SAVJETOVANJEHRVATSKA NORMIZACIJA I SRODNE DJELATNOSTITehničko usklađivanje na putu prema Europskoj unijiPlitvička jezera, 17-19. studeni 2005.

Ivo Šegvić, dipl.ing.HEP-Operator prijenosnog sustava d.o.o., ZagrebOdjel za izgradnju SplitGordana Hrabak-Tumpa, dipl.ing.Državni hidrometeorološki zavod, Zagreb

PROJEKTIRANJE POUZDANIHNADZEMNIH ELEKTROENERGETSKIH VODOVA I PRILAGODBA S MEĐUNARODNIM NORMAMA

DESIGN RELIABLE OVERHEAD ELEKTRICAL LINESAND ACCOMMODATE WITH INTERNACIONAL NORM

SAŽETAK

Smjernice za projektiranje pouzdanih nadzemnih elektroenergetskih vodova date su međunarodnom normom IEC 60826.Analizirajući opterećenja uslijed klimatskih događaja koja utječu na pouzdanost voda ustanovljena je neraspoloživost potrebnim podacima.Značaj raspolaganja rezultatima mjerenja klimatskih događaja razvidan je iz prikaza faktora sigurnosti pri dimenzioniranju pojedinih komponenti voda.U svrhu projektiranje pouzdanih nadzemnih elektroenergetskih vodova potrebno je izraditi odgovarajuću nacionalnu normu i dogovorno proširiti mrežu meteoroloških postaja.

SUMMARY

Directions for designing of overhead electrical lines are proposed by international norms - IEC 60826.Some analysis of certain climatic load occurrences, important for reliability of electrical lines, show some unavailability of certain figures.Availability of measured climatic occurrences results is very important as shown in correlation of security factors and designing of certain electrical line components.In view of reliable designing overhead electrical lines is very important to establish corresponding national norm and commonly agree to build a spread network of meteorological measure stations.

1. UVOD

Nadzemni elektroenergetski vodovi projektiraju se kao sustav koji se sastoji od komponenata, kao što su stupovi, temelji, vodiči i izolatorski lanci, u kojem lom bilo koje komponente ima za posljedicu gubitak sposobnosti prijenosa električne energije. Ovaj pristup, u kojem pouzdanošću nadzemnog elektroenergetskog voda upravlja najmanje pouzdana komponenta, omogućuje projektantu da uskladi faktore sigurnosti komponenata sustava kako bi projektirao pouzdan i siguran vod.Smjernice za projektiranje pouzdanih nadzemnih elektroenergetskih vodova date su međunarodnom normom IEC 60826. Ova norma predstavlja okvir za izradu nacionalnih normi kojim treba utvrditi klimatske kriterije specifične za određenu zemlju.Cilj zahtjeva pouzdanosti je da se osigura da nadzemni elektroenergetski vodovi izdrže definirana klimatska granična opterećenja (vjetar, led, istodobno led i vjetar) i opterećenja koja nastaju kao posljedica navedenih događaja za vrijeme predviđenog radnog vijeka voda, te da mogu osigurati neprekidnost rada pod tim uvjetima.Kao referentna razina pouzdanosti definirana je pouzdanost voda projektiranog za povratno razdoblje klimatskog događaja od najmanje 50 godina.Projektiranje nadzemnih elektroenergetskih vodova u Republici Hrvatskoj provodi se temeljem Pravilnika o tehničkim normativima za izgradnju nadzemnih elekroenergetskih vodova nazivnog napona od 1 kV do 400 kV (Narodne novine broj 53/91 i 24/97) (u nastavku: Pravilnik).

2. KLIMATSKI KRITERIJI

Pri projektiranju komponenata nadzemnih elektroenergetskih vodova definiraju se opterećenja uslijed klimatskih događaja:- vjetar i popratne temperature- led bez vjetra- led s vjetrom

2.1. Vjetar i popratne temperature

2.1.1. Vjetar

Vjetar je prirodna pojava koju karakterizira stalna promjena smjera i brzine. Za potrebe projektiranja nadzemnih elektroenergetskih vodova u Republici Hrvatskoj se temeljem važećeg Pravilnika razmatra isključivo horizontalno zračno strujanje, i to do visine od nekoliko desetaka metara.Tlak vjetra, mjerodavan za dimenzioniranje nadzemnih elektroenergetskih vodova, računa se prema maksimalnoj brzini vjetra koja se na području trase pojavljuje prosječno svakih pet godina. Tlakovi vjetra određuju se za osnovnu visinsku zonu koja obuhvaća prostor od tla do 40 m iznad zemlje. Kod toga je za užad mjerodavna visina točke ovješenja, a za ostale komponente nadzemnog elektroenergetskog voda njihov stvarni položaj iznad tla.

2

Utvrđivanje opterećenja vjetra na bilo koji od elemenata nadzemnog elektroenergetskog voda (stup, užad, izolatorski lanac) zasniva se na dugogodišnjem mjerenju i statističkoj obradi brzine i smjera vjetra na određenom području.Podatke o brzini vjetra odnosno tlakovima vjetra prikuplja hidrometeorološka služba i daje na korištenje investitorima ili projektantima u obrađenoj formi (preporuka tlaka vjetra) ili kao statistički pregled brzina vjetra u pojedinim razdobljima (godine, mjeseci).Najčešći je slučaj da se za trase, naročito na terenima gdje se pojavljuju jaki i olujni vjetrovi, ne raspolaže referentnim podacima o brzini i smjeru vjetra, jer na trasi budućeg nadzemnog voda ili u njezinoj blizini ne postoje meteorološke stanice. U tim slučajevima koriste se iskustva u eksploataciji postojećih energetskih i telekomunikacijskih instalacija na promatranom području, informacije s terena koje mogu pomoći u realnoj ocjeni maksimalnih brzina, te se u suradnji s meteorološkim stručnjacima procjenjuju potrebni parametri.U praksi redovito postoji veći ili manji raskorak između potreba koje postoje u pogledu poznavanja klimatskih uvjeta na trasi voda i raspoloživih podataka. Raskorak je rezultat činjenice da meteorološke stanice, a njihova osnovna namjena je daleko šira nego što su potrebe prikupljanja podataka za elektroprivredu, ne pokrivaju određeno područje tako gusto da mogu dati vjerodostojne podatke na predviđenoj trasi voda.Međunarodna norma IEC 60826 propisuje da se referentna brzina vjetra, koja odgovara povratnom razdoblju, odredi statističkom analizom odgovarajućih podataka o brzini vjetra na visini od 10 m iznad tla u mjernom razdoblju od 10 minuta.

2.1.2. Popratne temperature

Za mehaničke proračune vodiča i zaštitnih užadi potrebno je utvrditi slijedeće temperature:- minimalna - maksimalna - temperatura pri kojoj se pojavljuje dodatni teret na vodu. U Republici Hrvatskoj temperatura se mjeri se u tri puta dnevno na običnim te postoji kontinuirani zapis na glavnim meteorološkim postajama pomoću termografa ili pak pomoću automatskih meteoroloških postaja.Minimalna temperatura zraka mjeri se i na visini od 2 m iznad tla. Iako mjerna mjesta temperature nisu na mjestima većine elemenata nadzemnog elektroenergetskog voda (užad, oprema i veći dio stupa) te kako je temperatura užadi nadzemnih elektroenergetskih vodova, a ne temperatura zraka, mjerodavna za mehaničko dimenzioniranje, na nju pored temperature zraka utječu i drugi faktori (konstruktivne i termičke karakteristike užadi, strujno opterećenje, položaj užadi, direktna izloženost suncu, prisutnost vjetra itd.), mjerenje temperature zraka na uobičajeni način za većinu mehaničkih dimenzioniranja nadzemnih elektroenergetskih vodova predstavlja samo pokazatelj za izbor odgovarajućih temperatura.

2.2. Led bez vjetra

Kod mehaničkih proračuna užadi pretpostavlja se da su na užadi dodatni tereti od inja, snijega ili leda (u meteorološkoj terminologiji spadaju pod hidrometeore) koji uzrokuju dodatno vertikalno opterećenje.Propisi razlikuju normalni dodatni i izuzetni dodatni teret užadi. Normalni dodatni teret služi pri mehaničkim proračunima za određivanje maksimalnih radnih naprezanja, ako se radi o

3

rasponima koji su veći od kritičnih, dok izuzetni služi za kontrole izuzetnih naprezanja užadi. U osnovi oba se dodatna tereta utvrđuju prema prilikama na trasi.Pri projektiranju nadzemnih elektroenergetskih vodova potrebno je računati s najvećim dodatnim teretom koji se na promatranoj trasi ili karakterističnom dijelu trase pojavljuje prosječno svakih 5 godina, a iznos izuzetni dodatnog tereta određuje se na osnovi dodatnog tereta koji se na promatranoj trasi pojavljuje svakih 20 godina.Za procjenu izbora dodatnog tereta u pravilu se koriste podaci prikupljeni od hidrometeorološke službe.Mjerenje i motrenje pojave i količine pojedine oborine obavlja se u Republici Hrvatskoj na postajama redovne meteorološke mreže (obične i glavne meteorološke stanice) Državnog hidrometeorološkog zavoda te prema posebnim traženjima raznih investitora i to uglavnom na urbanom području, što, ni u kojem slučaju ne zadovoljava potrebe za projektiranje nadzemnih elektroenergetskih vodova.Budući da ne postoje odgovarajući podaci, Pravilnik je ostavio mogućnost izbora izuzetnog dodatnog tereta, vežući se za iznos normalnoga dodatnog tereta, tako da izuzetni dodatni teret ne smije biti manji od dvostruke vrijednosti normalnog dodatnog tereta.

2.3. Led s vjetrom

Važećim Pravilnikom nisu tretirani uvjeti opterećenja kombiniranim djelovanjem vjetra na zaleđenu užad već je propisano da se za područja gdje su rezultante od pritiska vjetra na nezaleđenu užad veće od težine užadi s izuzetnim teretom treba za izuzetni dodatni teret uzimati veći iznos.

Slika 1: Prekinuti međufazni odstojnik na DV 110 kV Velebit-Obrovac, 8-13.siječnja 2003.

Međutim dosadašnja iskustva u eksploataciji, posebno vezana za havarije većih razmjera, nedvosmisleno ukazuju na činjenicu da postoji određena koincidencija pojava vjetra i zaleđivanja s kojom se na pojedinim područjima, u svrhu postizanja adekvatne mehaničke sigurnosti voda, mora računati.

4

Slika 2 : Oštećenje stupa 111 dalekovoda 10 kV Benkovac-Obraovac, 8-13.siječnja 2003.

U nedostatku bilo kakvih pouzdanijih podataka za pojedine vodove kontrola opterećenja stupova radila se tako da se 70 %-tno opterećenje vjetrom računalo na površinu vodiča pretpostavljeno normalno dodatno opterećenje s ledom. Za napomenuti je da se u široj, međunarodnoj, praksi gradnje nadzemnih elektroenergetskih vodova projektanti susreću s problemima neadekvatnih podataka istodobnog djelovanja leda i vjetra. Zbog toga je u međunarodnoj normi IEC 60826 predložena pojednostavljena statistička metoda bazirana na nezavisnom promatranju triju osnovnih parametara:

- težina leda na užadi - oblik ledenog omotača- brzina vjetra

Kombinacija tih parametara utvrđuje se tako da se uvijek odabere mala vjerojatnost jednog i velika vjerojatnost pojave ostala dva čimbenika.

3. FAKTORI SIGURNOSTI

Značaj raspolaganja preciznim rezultatima mjerenja klimatskih događaja na trasi ili neposredno uz trasu predviđenog nadzemnog elektroenergetskog voda, a u svrhu projektiranja što pouzdanijeg i sigurnijeg voda, razvidna je iz u nastavku danog prikaza faktora sigurnosti propisanog važećim Pravilnikom.

5

3.1. Stupovi

Stupovi se dimenzioniraju tako da naprezanja materijala ne prekoračuju dozvoljena naprezanja ni u jednom slučaju normalnih ili iznimnih opterećenjaNormalna opterećenja stupova nastupaju u redovitom pogonu kada je nadzemni elektroenergetski vod neoštećen, a iznimna opterećenja u slučaju određene havarija na vodu. Pretpostavlja se da dolazi do prekida jednog vodiča (odnosno izolatorskog lanca) ili jednog zaštitnog užeta s jedne strane stupa.Slučajevi opterećenja ne predviđaju istodobno djelovanje vjetra i zaleđivanja, a pojedini slučajevi opterećenja na nastupaju istodobno.Za izračunavanje opterećenja stupova predviđaju se maksimalni parametri za koje se traži da općenito stup zadovolji u statičkom pogledu. To se uglavnom odnosi na slijedeće:- horizontalne vlačne sile užeta (presjeci užeta i maksimalna radna naprezanja)- poluzbroj susjednih raspona- kutovi loma trase- tlakove vjetra- vertikalne sile (gravitacione raspone i nazivni dodatni teret od leda).Faktor sigurnosti za proračun odnosno za dimenzioniranje iznosi 1,5 za normalne slučajeve opterećenja a 1,1 za izvanredne slučajeve opterećenja.

3.2. Užad

Uže zategnuto između dva uporišta poprima oblik lančanice. Horizontalna komponenta naprezanja užeta uzduž lančanice konstantna je za određeni raspon i temperaturu užeta. Ona poprima maksimalnu vrijednost pri minimalnoj temperaturi s normalnim dodatnim teretom ili pri maksimalnoj temperaturi. Ovo maksimalno naprezanje užeta u vodu nazivamo maksimalno radno naprezanje koje ne smije preći vrijednost normalno dopuštenog naprezanja određenih Pravilnikom.Osim ove odredbe o maksimalnom radnom naprezanju postoji odredba prema kojoj naprezanje u ovjesištu pri minimalnoj temperaturi s izuzetnim dodatnim teretom ne smije prijeći vrijednost izuzetnoga dopuštenog naprezanja, koje su također propisane Pravilnikom za razne vrste užadi.

Sl.3. Dodatni teret od leda na DV 110 kV Kraljevac-Makarska

6

Kad se obavlja izbor maksimalno radnog naprezanja, svakako treba uvažiti odredbe Pravilnika koje se odnose na prijelaze energetskih vodova preko raznih objekata gdje je potrebno smanjiti dopuštena naprezanja. Za izbor maksimalnog radnog naprezanja zaštitnog užeta postoji još dodatni zahtjev prema kojem se vodiči u pravilu moraju nalaziti u granicama zaštitne zone uzduž raspona u intervalu od 0 do 40 0C.Normalno dopušteno naprezanje užeta, može iznositi najviše 40 % od prekidne čvrstoće užeta, a izuzetno dopušteno naprezanje ne smije biti veće od 75 % prekidne čvrstoće užeta.Nastavljanje užeta u rasponima dopušteno je pomoću spojnica koje u mehaničkom pogledu moraju izdržati najmanje 90 % prekidne sile užeta, a spojnice koje po svojoj konstrukciji daju pouzdan vodljivi spoj i jamče najmanje 100 % sile kidanja užeta ne smatraju se nastavcima, tako da takav spoj zadovoljava uvjete prijelaza pojedinih objekata gdje se traži izvođenje raspona neprekinutim užetom.U statička naprezanja ubrajamo vlačno naprezanje užeta koje postiže svoj maksimum u ovjesištu, a osim toga imamo zbog zakrivljenosti stezaljke i određene krutosti užeta naprezanje na savijanje. Tome valja pribrojiti i tlačna naprezanja zbog mase užeta i učvršćenja užeta u stezaljci koje sprečava klizanje užeta kad se pojavi diferencija sila do određene veličine.Osim statičkog naprezanja pojavljuje se i dinamičko naprezanje koje je posljedica vibracija užeta od djelovanja vjetra. Pod srednjim godišnjim naprezanjem užeta voda podrazumijeva se ono naprezanje koje se pojavljuje u užetu pri srednjoj godišnjoj temperaturi za vrijeme eksploatacije voda, a da se pri tom na užetu ne pojave oštećenja zbog vibracija. Ovo naprezanje izražava se u postotku od čvrstoće užeta. Inače je to naprezanje poznato u svijetu pod nazivom „Every Day Stress“ ili skraćenicom EDS. Oštećenja užeta u praksi pojavljuje se najviše u ovjesištima nosivih stupova. To su mjesta gdje se pojavljuju maksimalna statička i dinamička naprezanja.Vibracije užeta, koje nastaju pod određenim uvjetima djelovanja vjetra na uže, uzrokuju na području nosive stezaljke naprezanje na savijanje koje, se nadopunjuje statičkim naprezanjima. O veličini ukupnog naprezanja ovisi da li će uže biti oštećeno ili ne.Pravilnik upozorava na opasnost od zamora materijala vibracija koje treba spriječiti montažom prigušivača ili smanjenjem radnog naprezanja.

3.3. Izolatorski lanci

Nosivi izolatorski lanci sastavljeni od kapastih izolatora moraju imati elektromehanički teret najmanje 3 puta veći od težine vodiča s dodatnim teretom, a izolatori u zateznim izolatorskim lancima najmanje 3 puta veći od maksimalne sile radnog zatezanja vodiča. Isto vrijedi i za masivne i štapne izolatore, s time da je ovdje mjerodavan prijelomni teret.Na mjestima gdje propisi zahtijevaju mehaničko pojačanje izolacije, za visokonaponske vodove s visećim izolatorima smatra se da je mehanički pojačana ako se izolatorski lanac sastoji od dvaju ili više paralelnih nizova izolatora kod kojih je opterećenje ravnomjerno raspoređeno na sve lance. U slučaju prekida jednog niza lanca sastavljenih od kapastih izolatora preostali smiju biti opterećeni najviše s polovinom elektromehaničkog tereta. Kod primjene masivnih i štapnih izolatora.preostali mogu biti opterećeni polovinom minimalnog prijelomnog tereta.

7

Stezaljke i ostali dijelovi izolatorskih lanaca i opreme za učvršćenje i montažu zaštitnog užeta trebaju biti dimenzionirani tako da izdrže teret s mehaničkim faktorom sigurnosti 2,5 u odnosu na prekidnu silu opreme.U slučaju mehanički pojačane izolacije sigurnosti kod višestrukih izolatorskih lanaca kad je opterećenje jednoliko raspodijeljeno na sve lance, metalni dijelovi opreme moraju biti dimenzionirani tako da pri prekidu jednog lanca ostali izdrže opterećenje maksimalnim vanjskim silama s mehaničkim faktorom sigurnosti od najmanje 1,7 u odnosu na prekidnu silu opreme.Sila izvlačenja vodiča odnosno zaštitne užadi od nosivih stezaljki ne smije biti manja od 60 % sile maksimalnog radnog naprezanja vodiča, odnosno zaštitnog užeta.

4. ZAKLJUČAK

Kako bi se uvažavajući smjernice za projektiranje pouzdanih nadzemnih elektroenergetskih vodova, date međunarodnom normom IEC 60826, projektirao pouzdan i siguran vod potrebno je izraditi nacionalnu normu kojom treba utvrditi klimatske podatke za korištenje i primjenu ove norme.Uvažavajući dosadašnja iskustva o neraspoloživosti s odgovarajućim podacima o klimatskim događanjima poradi u Republici Hrvatskoj ne postojanja odgovarajuće mreže hidrometeoroloških stanica nužno je istu proširiti.Proširenje mreže hidrometeoroloških stanica trebalo bi obaviti temeljem dogovora stručnih službi Državnog hidrometeorološkog zavoda i Hrvatske elektroprivrede uvažavajući lokacije trasa budućih nadzemnih elektroenergetskih vodova.

8