Projektowanie i wykonywanie inwestycji

24

© Projektowanie i wykonywanie inwestycji elektroenergetycznych ... - józef j. zawoDniak Doi: 10.17274/aez.2015.19.03

www.ePISMO-AeZ.Pl

STUDIUM PRZYPADKU (Case Study)AUTOMATYKA - ELEKTRYKA - ZAKŁÓCENIA Vol. 6, Nr 1 (19) 2015, marzec, ISSN 2082-4149

WSTęP

inwestycje polegające na budowie nowej infrastruktury elektroenergetycznej lub modernizacji istniejącej powinny być przemyślane również pod względem późniejszych kosztów związanych z eksploatacją. koszty eksploatacyjne ponoszone przez operatorów sieci można podzielić na stałe, możliwe do przewidzenia na etapie planowania budżetu i ukryte, nieprzewidywalne, ale obciążające budżet firmy [7, 10]. Do kosztów eksploatacyjnych stałych (przewidywalnych) zaliczane są środki finansowe potrzebne na wykonanie: oględzin infrastruktury sieciowej, pomiarów, podcinki konarów drzew itp., natomiast do kosztów ukrytych (nieprzewidywanych) zalicza się koszty związane z nagłymi naprawami uszkodzonych elementów infrastruktury elektroenergetycznej, które teoretycznie nie powinny ulec uszkodzeniu.

zasadnicze pytanie brzmi zatem, czy można ograniczyć koszty ukryte w eksploatacji. zdaniem autora jest to możliwe, pod warunkiem że: po pierwsze, posiada się wiedzę na temat czynników generujących te koszty, a po drugie, potrafi się oszacować ich ziemność w całym okresie eksploatacyjnym oraz zakres oddziaływania [7], i wreszcie po trzecie, istnieją ekonomiczne uzasadnienia wyboru określonego rozwiązania technicznego.

DośWIADCZenIe eKSPloATACYjne – WIeDZA Do WYKoRZYSTAnIA

inwestor na etapie opracowywania wytycznych do projektów technicznych powinien angażować osoby zajmujące się bezpośrednio eksploatacją, zarówno ze szczebla dozoru, jak i terenowej eksploatacji, np. elektromonterów pogotowia. Dlaczego? Ponieważ czynniki terenowe (lokalne) powodujące awarie najlepiej znają przedstawiciele służb eksploatacyjnych. ich doświadczenie zawodowe stanowi przekrojową wiedzę (teoretyczno-praktyczną) z zakresu problematyki eksploatacyjnej, dotyczącej danego typu urządzenia elektroenergetycznego na określonym terenie. trudno takiej wiedzy wymagać od projektantów zatrudnionych w biurach projektowych. oczywiście opracują oni projekt techniczny, zgodny z obowiązującym prawem, rozporządzeniami, normami, a nawet standardami danej spółki dystrybucyjnej oraz wiedzą techniczną, ale bez szczegółowej wiedzy praktycznej nie będzie on optymalny pod względem eksploatacyjno-ekonomicznym dla określanego terenu. zdaniem autora przy opracowaniu wytycznych do projektów technicznych należy uwzględniać: doświadczenie eksploatacyjne, innowacyjność w przewidzianych rozwiązaniach technicznych oraz koszty eksploatacyjne, oczywiście przy zachowaniu odpowiednich proporcji.

Projektowanie i wykonywanie inwestycji elektroenergetycznych na podstawie doświadczenia eksploatacyjnego

dr inż. Józef Jacek ZAwODNIAK Enea Operator, e-mail: [email protected]

s. 24 – 39 Doi: 10.17274/aez.2015.19.03

Design and Manufacture of electric Power Investments Based on operating experience

Abstract: The article examined the economic and technical problems associated with the operation of overhead power lines in rural areas, resulting from a failure caused by agronomic works and wild birds. The proper conduct of the proceedings when designing should be taken into consideration to limit generating failures and extra costs.

Streszczenie: W artykule rozpatrzono ekonomiczne i techniczne problemy związane z eksploatacją napowietrznych linii elektroenergetycznych na terenach rolniczych, wynikające z awarii spowodowanych przez prace agrotechniczne oraz dzikie ptaki. Wskazano prawidłowy tok postępowania w fazie projektowania linii uwzględniający rolę takich nieprzewidywalnych czynników zewnętrznych w generowaniu awarii i ograniczania ich kosztów.

Keywords: foverhead power lines, use line, agriculture damage

Słowa kluczowe: napowietrzne linie elektroenergetyczne, eksploatacja linii, szkody rolnicze

http://epismo-aez.pl

http://www.epismo-aez.pl/dr-inz-jozef-zawodniak.php

http://www.epismo-aez.pl/dr-inz-jozef-zawodniak.php

25


www.ePISMO-AeZ.Pl

(Case Study) STUDIUM PRZYPADKUAUTOMATYKA - ELEKTRYKA - ZAKŁÓCENIA Vol. 6, Nr 1 (19) 2015, marzec, ISSN 2082-4149

TeRenY PRZeZnACZone PoD UPRAWę Rolną – jAKo PRZYKłAD DośWIADCZeń eKSPloATACYjnYCh

tereny przewidziane pod uprawę rolną charakteryzują się tym, że na gruntach tych prowadzona jest działalność gospodarcza związana z zabiegami rolnymi oraz występują oddziaływania związane z obecnością zwierząt (w szczególności ptaków). te charakterystyczne czynniki poza stałymi, ujętymi w normach, będą miały również wpływ na późniejszą eksploatację i związane z tym koszty finansowe.

MASZYnY RolnICZe

Dla elementów podziemnej infrastruktury sieciowej, takich jak: fundamenty stanowisk słupowych, uziemienia, linie kablowe, największe zagrożenie będzie stwarzał głębosz (rys. 1), ponieważ spulchnia on glebę na głębokość do 0,8 m, zaś w perspektywie długookresowej, – orka jednostronna [29]. natomiast dla elementów nadziemnej infrastruktury sieciowej, np. linii średniego i niskiego napięcia, aktualnie takie zagrożenie będą stanowić kombajny służące do wyorywania buraków (rys. 2) [24, 25], ładowarki teleskopowe (rys. 2b) [12, 26] oraz ptaki [9, 17, 18, 23].

a) b)

Rys. 1. Ciężki kultywator zwany głęboszem: a) ząb głębosza, b) głębosz w trakcie pracy [19]

Fig. 1. Heavy cultivator called subsoiler; a) subsoiler tooth, b) the subsoiler at work [19]

a) b)

Rys. 2. Maszyny rolnicze stwarzające zagrożenie dla napowietrznych linii elektroenergetycznych ze względu na wysokość roboczą: a) kombajn służący do wyorywania buraków [25], b) ładowarka teleskopowa [12]

Fig. 2. Agriculture equipment posing a threat for overhead power lines due to the work height; a) combine harvester used for lifting beets [25], b) telescopic loader [12]

linie kablowe niskiego i średniego napięcia powinno się układać na głębokości minimum 1,0 m, ze względu na głębokość roboczą głęboszy (możliwość spulchniania gleby). co prawda zabieg ten zaleca się wykonywać raz na cztery lata i raczej na głębokość ok. 0,5 m, ale ze względu na bezpieczeństwo linii kablowej lepiej zakopać kabel na głębokości ponad 1,0 m [29]. Przejście kabla z ziemi na stanowisko słupowe powinno być tak zrealizowane, aby zapewniało ochronę przed uszkodzeniami mechanicznymi. Dlatego kabel w ziemi powinien być chroniony przez fundament słupa na głębokości od ok. 1,0 m do ok. 0,5 m, o ile jest to możliwe, a następnie przez rurę ochronną. istotne jest, aby:


26


www.ePISMO-AeZ.Pl


• lokalizować rury ochraniające kable w taki sposób, aby były jak najmniej narażone na działanie maszyn rolniczych (rys. 3a), np. od strony drogi, granicy pola, jeżeli słup jest posadowiony przy granicy;

• rury ochraniające kabel przylegały bezpośrednio do żerdzi (rys. 3b), a nie były zamocowane tak jak na rysunku 3c – istnieje wówczas mniejsze prawdopodobieństwo ich zahaczenia przez maszynę rolniczą.

a) b) c)

Rys. 3. Mocowanie rury ochronnej kabla do żerdzi; a) od strony drogi, b) bezpośrednio do żerdzi – zalecane rozwiązanie, c) rura ochronna oddalona od żerdzi – niezalecane rozwiązanie

Fig. 3. Attaching the power cable protective pipe to the pole; a) from the side of the road, b) directly to the pole - recommended solution, c) the protective pipe away from the pole – not recommended solution

a) b) c)

Rys. 4. Mocowanie bednarki uziemiającej do żerdzi: a) za pomocą taśmy stalowej ok. 0,3 nad i pod powierzchnią gruntu, b) bednarka podłożona pod obejmę płyty fundamentu słupa, c) zacisk probierczy przy gruncie, możliwość uszkodzenia uziemienia

Fig. 4. Fixing the earthed hoop to the pole; a) by means of the steel strip approx. 0.3, above and below the ground surface, b) the earthed hoop planted under the foundation plate of the pole, c) test clip close to the ground, damage of the earthing is possible

zabiegi rolne wykonywane za pomocą głęboszy są również niebezpieczne dla uziemień linii elektroenergetycznej czy stacji transformatorowych, dlatego należy starać się zabezpieczyć uziemienia przed uszkodzeniem mechanicznym – np. przerwaniem bednarki. Podobnie jak w przypadku rur ochraniających kable, również bednarka powinna przylegać do żerdzi. Dodatkowo autor zaleca, aby:

• na głębokości 0,3 m i 0,6 m w gruncie, jak również ok. 0,3 m nad gruntem, bednarka została przymocowana do żerdzi za pomocą taśmy stalowej (rys. 4a);


27


www.ePISMO-AeZ.Pl


• bednarka była wkładana pod obejmę płyty ustojowej (rys. 4b), chociaż ze względu na ochronę przeciwporażeniową w sieciach SN nie zawsze jest to możliwe, ze względu na zapewnienie wymaganego rozkładu napięcia na powierzchni gruntu przy słupie [14];

• zacisk probierczy od uziemienia, niezależnie od głębokości posadowienia żerdzi, powinien znajdować się na wysokości ok. 1,0 m, a nie nad ziemią (rys. 4c), ze względu na możliwość uszkodzenia mechanicznego – zahaczenia bednarki przy pracach rolnych.

górne elementy fundamentów (np. płyty ustojowej) linii napowietrznej, stacji transformatorowej słupowej, jeżeli zostaną zabudowane na żerdzi zgodnie z wytycznymi podanymi w albumach [1, 2, 3, 4], będą narażone na uszkodzenia mechaniczne, nawet przy zabiegu rolnym, jakim jest orka (rys. 5a). zabieg ten polega na spulchnieniu i jednoczesnym odwróceniu gleby uprawnej na głębokość od 0,1 m do 0,3 m [29]. również współczesne agregaty do uprawy gleby, w sposób bezorkowy (rys. 5b) stanowią zagrożenie dla fundamentów słupa, ponieważ ich głębokość robocza wynosi do 0,3 m [19].

a)

b)

Rys. 5. Maszyny służące do uprawy gleby: a) pług obrotowy w czasie pracy, wykorzystywany do orki jednostronnej, b) agregat służący do uprawy gleby bez potrzeby wykonywania orki [19]

Fig. 5. Machinery for soil cultivation; a) the plow during operation, used for unilateral plowing, b) the aggregate used for soil cultivation without plowing [19]

Dlatego należy zmienić sposób posadowienia słupów. Po pierwsze należy zwiększyć głębokość zakopania żerdzi, po drugie górny element fundamentu (płytę) warto zabudowywać na żerdzi tak, aby znajdował się minimum 0,5 m pod gruntem. istotne jest przy tym, żeby posadowienie słupa zmodyfikować w taki sposób, aby środek płyty górnej fundamentu znajdował się na głębokości ok. 1/3 wykopu, ze względu na największą nośność gruntu (rys. 6). Umieszczenie górnej płyty niżej, bez zwiększenia głębokości posadowienia słupa, jest rozwiązaniem niezalecanym, gdyż zbliża ją do 2/3 głębokości wykopu, gdzie występuje praktycznie zerowa nośność gruntu [19]. Może to doprowadzić do pochylenia się słupa i stworzenia zagrożenia porażeniowego z powodu zwiększenia się zwisu w linii. Dodatkowo, jeżeli płyty prefabrykowane typu U-130 przewiduje się do słupów funkcyjnych, powinno się je umieszczać


28


www.ePISMO-AeZ.Pl


w elemencie do mocowania płyty (rys. 7) lub mocować do żerdzi za pomocą innej konstrukcji, ponieważ nośność płyty U-130 jest mniejsza od płyty U-85 (wytrzymałość na pęknięcie) [1]. zapewni to lepszy (równomierny) rozkład sił

działających na płytę, w szczególności tę zabudowaną na dole, ponieważ działa na nią trzykrotnie większa siła, niż na płytę górną fundamentu, umieszczoną na głębokości 1/3 wykopu (rys. 6) [15, 22]. konstrukcję służącą do mocowania płyty można wykorzystać również jako element ochronny dla płyty górnej przed uszkodzeniami mechanicznymi.

Rys. 6. Rozkład naprężeń w ziemi, występujący w fundamentach zginanych [na podstawie 22]; F – kierunek działania siły, np. wynikającej z naciągu przewodów, t – głębokość posadowienia stanowiska słupowego, PO – punkt, w którym następuje obrót fundamentu

Fig. 6. Stress distribution in the ground in the bending foundations [22]; F - direction of the force, for example as a result of the wire tension, t - the foundation depth of a pole position, PO - the turning point of foundation

a) b)

Rys. 7. Element do mocowania płyty: a) przed montażem, b) zamontowany do żerdzi z płytą

Fig. 7. The part for fixing the plate; a) before assembling, b) mounted to the pole with plate

zwiększenie głębokości posadowienia słupów, ze względu na ochronę fundamentów przed uszkodzeniami mechanicznymi, wiąże się oczywiście ze zmniejszeniem wysokości zawieszenia przewodów nad ziemią, co ze względu na maszyny służące do zbioru plonów rolnych, takie jak kombajny czy ładowarki teleskopowe, nie jest rozwiązaniem korzystnym. kombajny służące do wyorywania buraków, w zależności od potrzeby, mogą zmieniać swoją wysokość [24, 25], np. przy wyorywaniu buraków kombajn buraczany typu euro-tiger V8 rozkłada się do wysokości 5,8 m, przy złożonej taśmie wyładowczej – jest to prawidłowe ustawienie maszyny do pracy [13]. niestety, jeżeli operator kombajnu po rozładunku buraków (rys. 8a) zapomni złożyć taśmę i uniesie ją w całości do góry (rys. 8b), to wysokość zwiększy się do ok. 6,3 m (dane od serwisu). co istotne, w instrukcji [13] jest podane ostrzeżenie dotyczące zagrożenia wynikającego z obecności elektroenergetycznych linii napowietrznych na polu (punkt 6.2.1. Prace w pobliżu wiszących przewodów elektrycznych). kombajny służące do wyorywania buraków zmniejszają swoją wysokość do 4,0 m (rys. 9), jeżeli poruszają się po drogach publicznych [13, 24, 25], tym samym spełniają wymagania zawarte w rozporządzeniu [28].


29


www.ePISMO-AeZ.Pl


a) b)

Rys. 8. Kombajn do wyorywania buraków: a) w trakcie rozładunku buraków (taśma wyładowcza opuszczona), b) w trakcie pracy przy podniesionej taśmie wyładowczej [25]

Fig. 8. Combine harvester for lifting beets; a) during unloading beets (lowered unloading belt), b) when operating at elevated unloading belt [25]

Rys. 9. Kombajn przygotowany do poruszania się po drogach publicznych, wysokość do 4,0 m [13]

Fig. 9. Combine harvester prepared to move on public roads, height up to 4.0 m [13]

wysok ość robocza k ombajnów służących do wyorywania buraków jest mniejsza niż ładowarek teleskopowych, używanych w rolnictwie do załadunku plonów rolnych na przyczepy lub inne maszyny transportowe. Ładowarki tego typu potrafią unieść ładunek na wysokość do ok. 11,0 m (rys. 10) [12, 26].

Rys. 10. Wykres przedstawiający możliwości podnoszenia ładunku przez ładowarkę teleskopową w zależności od masy ładunku [26]

Fig. 10. Graph showing the possibility of lifting the load by telehandler depending on the weight of the load [26]


30


www.ePISMO-AeZ.Pl


w opisanych wyżej dwóch sytuacjach poruszany temat jest o tyle skomplikowany, że wysokość maszyn rolniczych pracujących na polu nie jest uregulowana, zgodnie z wiedzą autora, przez żadne rozporządzenie analogiczne do tego dotyczącego pojazdów poruszających się po drogach publicznych [28]. z związku z tym trudno określić minimalną odległość przewodów od ziemi. wydaje się, że obecnie, ze względu na kombajny buraczane, odległość ta powinna wynosić min. 6 m, co oczywiście zwiększa koszty związane z planowaną inwestycją.

zdaniem autora w projektowanych inwestycjach sieciowych powinno się zalecić stosowanie na terenach płaskich lub niewielkiej różnicy w wysokości terenu:

• w linii SN z przewodami gołymi: słupy przelotowe o wysokości minimum 12,0 m, a funkcyjne o wysokości 13,5 m;

• w liniach SN z układzie płaskim z przewodami w osłonie izolacyjnej: słupy przelotowe o wysokości minimum 13,5 m, a funkcyjne 15,0 m;

• w stacjach transformatorowych słupowych: żerdzie o wysokości minimum 13,5 m;

• w liniach nn z przewodami izolowanymi: słupy przelotowe o wysokości 12,0 m, a funkcyjne o wysokości 13,5 m.

Powstająca różnica w wysokości słupów przelotowych i funkcyjnych wynika z zasad posadowienia tychże słupów (głębokości zakopania) oraz wysokości zamocowania poprzecznika lub poprzeczników do żerdzi [1, 2]. słupy funkcyjne ze względu na to, że przenoszą siły wynikające z naciągu przewodów, są głębiej zakopywane w gruncie niż słupy przelotowe. Poza tym poprzecznik lub poprzeczniki na słupach funkcyjnych są zabudowywane niżej niż poprzecznik na słupach przelotowych. stosując słupy o jednakowej wysokości (w szczególności w liniach sn) na terenach płaskich, uzyskuje się rezultaty przedstawione na rysunku 11a – zdaniem autora są one nieestetyczne i niepraktyczne. gdy słupy funkcyjne mają większą wysokość w porównaniu z przelotowymi, linia zyskuje na estetyce i bezpieczeństwie, ponieważ przewody linii zawieszone są prawie na jednakowej wysokości (rys. 11b). Można ten efekt osiągnąć, jeżeli dobierze się odpowiednio: wysokości słupów oraz głębokość ich posadowienia (zawsze głębiej, nie płycej), adekwatnie do warunków terenowych.

a)

b)

Rys. 11. Widok profilu linii SN: a) w przypadku zastosowania słupów o jednakowej wysokości, b) przy zróżnicowaniu wysokości słupów [na podstawie 2]

Fig. 11. View of the medium voltage power line profile; a) in the case of using poles of the same height, b) in the case of diversity in pole heights [2]


31


www.ePISMO-AeZ.Pl


Problemy związane z lokalizacją stanowisk słupowych wynikają nie tylko z warunków terenowych, ale przede wszystkim z przeprowadzonych negocjacji z właścicielami działek, więc są to cechy indywidualne każdego projektu technicznego, zatem nie można ich uregulować szczegółowo w sposób jednoznaczny.

PTACTWo

zlecając opracowanie dokumentacji projektowej na terenach przeznaczonych pod uprawę rolną, należy się również liczyć z oddziaływaniem środowiska naturalnego na infrastrukturę elektroenergetyczną. Powinno się uwzględniać zmienne warunki klimatyczne (problem ujęty w normach), jak również wpływ zwierząt, a w szczególności ptaków (brak stosownych zapisów w normach). Do oceny tego drugiego czynnika potrzebne jest doświadczenie eksploatacyjne oraz wiedza dotycząca zasad i relacji, jakie zachodzą pomiędzy infrastrukturą elektroenergetyczną a ptakami. zrozumienie tych podstawowych zależności pozwoli na wybranie rozwiązań technicznych, istotnych z punktu widzenia późniejszej eksploatacji [30].

Ptaki na terenach otwartych (niezadrzewionych) traktują konstrukcje wsporcze linii elektroenergetycznych jako doskonałe miejsca do odpoczynku oraz wypatrywania zdobyczy, powodując przy tej okazji zwarcia w sieci, przemijające lub trwałe, oraz przeskoki zabrudzeniowe na izolatorach (odchody ptasie). zwarcia w sieci powstają w trakcie lądowań lub odlotów ptaków, kiedy skrzydła są w pełni rozpięte [30]. natomiast przeskoki zabrudzeniowe są skutkiem wydalania przez ptaki odchodów na izolatory, ponieważ charakteryzują się one znaczą przewodnością elektryczną [9].

Problemy wynikające z zaistnienia kolizji odnoszą się głównie do linii przesyłowych wysokiego napięcia, natomiast zwarciowe i przeskoki zabrudzeniowe występują przeważnie w sieciach średniego napięcia i ten problem najbardziej interesuje autora ze względu na doświadczenie zawodowe.

Rys. 12 Martwy bielik na odłączniku zainstalowanym na poprzeczniku [6]

Fig. 12. Dead eagle on the disconnecting switch installed on the cross-arm [6]

Można praktycznie niewielkim nakładem finansowym ograniczyć liczbę wyłączeń linii elektroenergetycznych, w szczególności sn, z powodu śmiertelnych porażeń ptaków (zwarć trwałych) na stanowiskach słupowych z łącznikami (rys. 12). wystarczy spełnić kilka warunków. Po pierwsze łącznik instalować na stanowisku słupowym pod przewodami linii (rys. 13a), a nie nad przewodami linii (rys. 13b). takie zalecenie zostało umieszczone w albumie [5]. Po drugie na poprzeczniku słupowym nie powinno się pozostawiać izolatorów wsporczych do podtrzymania mostków wykonanych przewodem gołym, czy ograniczników przepięć, tak jat to pokazano na rysunku 14. lepiej wykonać mostek przewodem w osłonie izolacyjnej, a na izolator wsporczy lub ogranicznik przepięć nałożyć ochronę przeciw ptakom. Po trzecie odległość pomiędzy okuciem izolatora będącym pod napięciem (od strony przewodu) a poprzecznikiem słupa powinna wynosić minimum 0,6 m (rys. 15). Można w tym celu zastosować dodatkowo łącznik


32


www.ePISMO-AeZ.Pl


jednowidlasty nitowy, np. h-150. Po pierwsze zwiększy on odległości do wymaganej wartości, a po drugie łącznik w pojedynczym łańcuchu odciągowym ułatwi wymianę uszkodzonego izolatora, ponieważ nie zachodzi wówczas konieczność odkręcania wieszaka śrubowo-kabłąkowego od poprzecznika, co zdecydowanie skraca czas usuwania awarii [30].

a) b)

Rys. 13. Stanowiska słupowe z łącznikami: a) zainstalowanym pod przewodami linii – rozwiązanie zalecane, b) zainstalowanym nad przewodami linii – rozwiązanie niezalecane [na podstawie 20]

Fig. 13. The pole positions with connectors; a) installed under the line wires – recommended solution, b) installed above the line wires - not recommended solution [20]

Rys. 14. Nieosłonięte elementy pod napięciem nad poprzecznikiem słupa - ryzyko wyłączeń linii z powodu zwarć w sieci [20]

Fig. 14. The exposed live parts under the pole cross-arm - a risk of the power switching due to short-circuits in the network [20]

Rys. 15. Odległość pomiędzy okuciem izolatora będącym pod napięciem a poprzecznikiem nie powinna być mniejsza niż 0,6 m [na podstawie 20]

Fig. 15. The distance between the insulator end under the work voltage and the pole cross-arm should not be less than 0.6 m [20]


33


www.ePISMO-AeZ.Pl


na stanowiskach słupowych z łącznikami w liniach wykonanych przewodem w osłonie izolacyjnej w układzie płaskim powinno się również instalować łączniki pod przewodami linii. należy także zwiększyć odległość pomiędzy okuciem

izolatora będącym pod napięciem a poprzecznikiem słupa do wymaganej wartości. Dodatkowo zaleca się rezygnację z iskierników zabudowanych na łańcuchach odciągowych na rzecz ograniczników przepięć, a jeżeli jest to niemożliwe, rekomenduje się zamocowanie elektrody pod odpowiednim kątem – o czym będzie mowa w dalszej części artykułu. ze względu na małą odległość pomiędzy przewodami roboczymi linii sugeruje się instalować na stanowiskach słupowych konstrukcję umożliwiającą siadanie ptakom (rys. 16) lub zastosować osłony przeciw ptakom na uchwyty odciągowe [30].

Rys. 16. Stanowisko słupowe z łącznikiem w linii systemu PAS ze specjalną konstrukcją umożliwiającą siadanie ptakom; h – wysokość konstrukcji ok. 0,55 m [21]

Fig. 16. The pole position with a switch in the PAS system line with the special construction enables birds to sit down; h - the construction height of approx. 0.55 m [21]

również stanowiska odporowe w liniach napowietrznych średniego napięcia mogą się przyczyniać do powstawania zwarć spowodowanych przez ptaki. najgorszym pod tym względem jest rozwiązanie stosowane w liniach z przewodami gołymi o przekroju 25–35 mm2 z izolatorami wsporczymi (rys. 17), przeznaczonymi do zawieszenia odciągowego przewodu. lepiej stosować słupy odporowe z izolacją wiszącą w formie łańcuchów odciągowych [17, 18, 23]. w uzasadnionych przypadkach można rozważyć zmianę położenia izolatora wsporczego do podtrzymania

mostka, jeżeli mostek jest wykonany przewodem gołym, tak jak to pokazano na rysunku 18. w układzie trójkątnym linii izolator należy zabudować ok. 0,4 m poniżej górnego elementu poprzecznika, natomiast w układzie płaskim należy zachować minimalną wymaganą odległość między przewodem (najlepiej w osłonie izolacyjnej) a poprzecznikiem słupa – 0,22 m [30]. w pierwszej kolejności należy wymienić mostek wykonany przewodem gołym na przewód w osłonie izolacyjnej, co powinno już wyeliminować zwarcia w sieci powstające w wyniku obecności ptaków na słupie.

Rys. 17. Słup odporowy z izolatorami wsporczymi [30]

Fig. 17. The anchor support pole with the post-insulators [30]

a) b)

Rys. 18. Zmiany w uzbrojeniu słupa odporowego linii z przewodami gołymi: a) układ trójkątny linii, b) układ płaski linii [30]

Fig. 18. Changes in the armed support pole of the power line with the bare conductors: a) triangular line arrangement, b) the flat line arrangement [30]


34


www.ePISMO-AeZ.Pl


na stanowiskach słupowych przedstawionych na rysunku 18 można również zastosować konstrukcje umożliwiające siadanie ptakom o znacznej rozpiętości skrzydeł (rys. 19). rozwiązanie to zalecane jest na obszarach, gdzie występuje duże nasilenie ptactwa drapieżnego, i skuteczne pod warunkiem, że konstrukcja będzie stanowiła najwyższy element słupa [27, 30]. konstrukcję na poprzeczniku należy umieścić w taki sposób, aby – o ile jest to możliwe – ograniczyć maksymalnie oddziaływanie odchodów ptasich na izolatory (przeskok zabrudzeniowy) i przewody (korozja) [30].

a) b)

Rys. 19. Słupy odporowe z dodatkowymi konstrukcjami przewidzianymi dla ptaków: dla układu trójkątnego linii, b) dla układu płaskiego linii [30]

Fig. 19. The anchor support poles with additional structures provided for birds; a) for the triangular arrangement of line, b) for the flat arrangement of line [30]

słupy odporowe wykonane w tak zwanym systemie Pas powinno się zabezpieczać przed powstawaniem zwarć w linii z powodu ptaków w taki sam sposób jak stanowiska odporowe z łącznikiem (rys. 16) [30].

Rys. 20. Negatywne skutki zastosowania ochrony przeciwłukowej iskiernikowej [na podstawie 2]

Fig. 20. The negative effects of the spark gap arc protection [2]

Powróćmy jeszcze na chwilę do iskierników, które przyczyniają się do powstawania zwarć z powodu siadania na nich ptaków średniej wielkości, takich jak szpaki (rys. 20). Można to niekorzystne zjawisko wyeliminować na kilka sposobów. Po pierwsze zamiast iskierników w linii zastosować ograniczniki przepięć z osłonami na zaciskach przeciw ptakom (rys. 21) lub ograniczniki przepięć, np. w formie izolatora odciągowego (rys. 22). rozwiązanie to warte jest polecania wszędzie tam, gdzie występuje grunt o małej rezystywności, ze względu na ograniczenie kosztów związanych z wykonaniem rozbudowanych uziemień. zdaniem autora jest to rozwiązanie bardziej kosztowne na etapie budowy linii, ale najmniej uciążliwe w późniejszej eksploatacji ze względu na brak wyłączeń linii w przypadku przepięcia (palenia się łuku elektrycznego pomiędzy elektrodami iskiernika). jest to także rozwiązanie szczególnie zalecane w przypadku współpracy linii kablowej z linią napowietrzną typu Pas (brak zwarć wielokrotnych i przepięć wolnozmiennych). Po drugie, jeżeli rezygnacja z iskierników nie jest możliwa na stanowiskach przelotowych, proponuje się stosowanie iskierników z tak zwanym jeżem, uniemożliwiającym ptakom siadanie pomiędzy


35


www.ePISMO-AeZ.Pl


elektrodami iskiernika (wykonanego z materiału izolacyjnego) – jest to rozwiązanie już wdrożone, dodatkowo autor zaleca również odpowiednie wyprofilowanie elektrod iskiernika w celu uzyskania efektu polegającego na wypychaniu

łuku elektrycznego od izolatora podczas przepięcia (rys. 23). wreszcie po trzecie, w przypadku iskierników zabudowanych na łańcuchach odciągowych, sugeruje się zmianę sposobu ustawienia elektrod (rys. 24). Proponuje się ustawienie elektrod iskiernika pod kątem od 100o do 120o lub od 240o do 260o, a nie pod kątem 0o (w górę – duże prawdopodobieństwo zwarcia w sieci spowodowane przez ptaki) lub 180o (w dół – negatywne oddziaływanie łuku elektrycznego na izolator). Pozwoli to na eliminację liczby sPz-tów spowodowanych przez ptaki i ograniczy negatywne oddziaływanie łuku elektrycznego na izolator.

Rys. 21. Słup z ogranicznikami przepięć

Fig. 21. The pole with surge arresters

a) b)

Rys. 22. Ogranicznik przepięć w formie izolatora odciągowego; a) przygotowany do montażu, b) przekrój poprzeczny ogranicznika

Fig. 22. Surge arrester in the form of a strain insulator; a) ready for installation, b) the cross section of the surge arrester

Rys. 23. Zmodyfikowany iskiernik uniemożliwiający siadanie ptakom pomiędzy elektrodami [2]

Fig. 23. The modified spark gap prevents birds from sitting down between electrodes [2]

Rys. 24. Miejsce lokalizacji elektrod iskiernika na izolatorze zainstalowanym w łańcuchu odciągowym; 1 – obszar niezalecany z powodu ptaków, 2 – obszar zalecany, 3 – obszar niezalecany ze względu na oddziaływania łuku elektrycznego na izolator

Fig. 24. The location place of the spark gap electrodes on the insulator installed in the strain insulator string; 1 - the area not recommended because of the birds, 2 - the area recommended, 3 - the area not recommended due to the electric arc impact on insulator


36


www.ePISMO-AeZ.Pl


na słupowych stacjach transformatorowych będą również występowały zwarcia z powodu obecności ptaków, w szczególności jeżeli w pobliżu znajduje się gniazdo lub gniazda bociana białego. wynika to z faktu, że młode uczące się latać bociany siadają na najbliższym im obiekcie [16], np. stacji słupowej, powodując tym samym zwarcie w sieci. Dlatego nie powinno się:

• montować łączników nad poprzecznikiem stacyjnym; • wykonywać mostków przewodem gołym, zwłaszcza przy podejściu linii zasilającej od przeciwnej strony

transformatora (izolatory wsporcze na poprzeczniku stacyjnym do podtrzymania mostka); • pozostawiać rożków na izolatorach SN transformatora nawet po zastosowaniu osłony przeciw ptakom; • instalować iskierników na łańcuchach odciągowych, w strefach niezalecanych.

w dalszej części artykułu przedstawiono rozwiązania techniczne, które zdaniem autora mogą się przyczynić do ograniczenia liczby zwarć w sieci z powodu obecności ptaków, ale nie zostały opisane wcześniej.

a) b) c)

Rys. 25. Izolatory przepustowe transformatora średniego napięcia: a) bez osłony przeciw ptakom z iskiernikiem rożkowym, b) z osłoną przeciw ptakom – kompletna z „noskiem” na górną elektrodę rożka, c) zabudowane na transformatorze bez „noska”

Fig. 25. The bushing insulators; a) without protection against birds with an arcing horn spark gap, b) with protection against birds - complete with a "nose" for the upper spark gap electrode, c) built on the transformer bushing insulator without the "nose"

Do tej grupy można zaliczyć montaż osłon przeciw ptakom na izolatorze przepustowym transformatora po stronie średniego napięcia (rys. 25a) – izolują one sworzeń izolatora przepustowego z zaciskiem przyłączeniowym oraz osłaniają górną elektrodę rożka (rys. 25b). często na izolatorze przepustowym transformatora umieszczane są osłony, tak jak to pokazano na rysunku 25c, a więc bez „noska” osłaniającego elektrodę rożka. wydaje się, że najlepiej byłoby zrezygnować z rożków, a zamiast nich zastosować ograniczniki przepięć (rys. 26), nie tylko ze względu na ochronę ptaków, ale przede wszystkim ze względu na ochronę przeciwprzepięciową transformatora – eliminacja spadku napięcia na przewodzie pomiędzy ogranicznikiem przepięć a transformatorem [8, 11].

Rys. 26. Ograniczniki przepięć średniego napięcia zainstalowane na transformatorze [8]

Fig. 26. The medium voltage surge arresters installed on the transformer [8]

również na izolatorach przepustowych transformatora, po stronie niskiego napięcia, powinno się stosować osłony przeciw ptakom (rys. 27a) w celu wyizolowania elementów znajdujących się pod napięciem (rys. 27b). jednak zastosowanie osłon na zaciskach niskiego napięcia staje się bezcelowe, jeżeli ogranicznik przepięć nie jest przyłączony w sposób przedstawiony na rysunku 27b, ale tak jak to przedstawiono na rysunku 28. zdaniem autora, zdjęcie izolacji z kabla lub przewodu powoduje uszkodzenie. Poza tym dostanie się pomiędzy te zaciski jakiegokolwiek zwierzęcia spowoduje zwarcie w sieci, ze względu na małą odległość pomiędzy zaciskami znajdującymi się pod napięciem.


37


www.ePISMO-AeZ.Pl


a) b)

Rys. 27. Zastosowanie osłon przeciw ptakom na zaciskach izolatorów przepustowych nn transformatora: a) przed przyłączeniem przewodów, b) po przyłączeniu kabli i ograniczników przepięć – pełna izolacja elementów znajdujących się pod napięciem

Fig. 27. Use of the guards against birds on the terminals of the LV transformer bushings: a) before connecting wires, b) after connecting the cables and surge arresters - full insulation of the live elements

Rys. 28. Zabudowane ograniczniki przepięć na kablu łączącym transformator z rozdzielnicą za pomocą zacisku do przewodów gołych (nieizolowanego) – brak izolacji pomiędzy poszczególnymi fazami kabla

Fig. 28. The surge protection devices installed on the cable connecting the transformer with the switchgear using an uninsulated bare wire clamp - no insulation between cable phase wires

WnIoSKI

Podejmowanie decyzji zawsze jest związane z pojęciem ryzyka, czyli z założeniem bardziej lub mniej prawdopodobnego scenariusza zdarzeń. to z kolei wynika z wiedzy i doświadczenia decydenta lub decydentów, którzy podejmują decyzje ze względu na zaistniałe okoliczności. w przypadku energetyki to głównie wiedza na temat tego, które czynniki (zewnętrzne, wewnętrzne) mają największy wpływ na generowanie awarii w infrastrukturze elektroenergetycznej oraz jak one wpływają na przewidywany czas życia danego urządzenia


38


www.ePISMO-AeZ.Pl


elektroenergetycznego. w artykule przedstawiono przykładowe problemy związane głównie z eksploatacją linii elektroenergetycznych napowietrznych sn i nn na terenach przeznaczonych pod uprawę rolną i zaproponowano rozwiązania techniczne, mające na celu ograniczenie liczby awarii. oczywiście tych propozycji nie należy kopiować i umieszczać automatycznie w wytycznych projektowych. należy je przemyśleć i ocenić pod względem opłacalności ich zastosowania. Pomocniczymi narzędziami w tym zakresie może się okazać prasa i literatura, nie tylko z zakresu elektrotechniki, ale również np. rolnictwa czy ochrony przyrody. w katalogach, artykułach, książkach poświęconych tym zagadnieniom są publikowane dane dotyczące np. wysokości maszyn rolniczych, rozwiązań technicznych, które są zalecenie ze względu na ograniczenie lub eliminację zwarć w sieci elektroenergetycznych, np. z powodu ptaków. skoro wykonano w tym zakresie analizy, umieszczono dane w literaturze przedmiotu, to warto z tej wiedzy korzystać, ponieważ im większy zasób wiedzy, tym bardziej ryzyko staje się poznawalne – większe prawdopodobieństwo podjęcia poprawnej decyzji. Doskonałym tego przykładem jest montaż łączników pod przewodami linii zamiast nad poprzecznikiem słupa, dlatego że: po pierwsze koszty w przypadku wymiany stanowiska słupowego z łącznikiem lub zabudowy nowego są porównywalne dla obu wariantów, po drugie zwarcia związane z ptakami praktycznie są wykluczone (udowodnione naukowo, np. [6, 18, 23]), po trzecie i najważniejsze, ograniczona jest liczba oraz czas wyłączenia linii z powodu porażeń ptaków, w przypadku zwarć przemijających, lub dodatkowe koszty związane z robocizną, jeżeli jest to zwarcie trwałe i wymaga usunięcia martwego ptaka przez pogotowie energetyczne.

Śledzenie artykułów naukowych oraz branżowych ma istotne znaczenie ze względu na kierunki zmian, jakie mogą nastąpić w ustawodawstwie polskim, zwłaszcza z zakresu ochrony środowiska. jeżeli dzisiaj jakieś opracowanie wydane przez instytucję państwową, np. generalną Dyrekcję ochrony Środowiska w warszawie, ma rangę zalecenia lub wytycznych, to istnieje duże prawdopodobieństwo, że za kilka lat, po korektach, stanie się rozporządzeniem lub innym aktem prawnym, które będzie trzeba respektować.

BIBlIoGRAFIA[1] album linii napowietrznych średniego napięcia 15–20 kV z przewodami gołymi na żerdziach wirowych w układzie trójkątnym, lsns 35(50),

t. i, Stelen, Poznań 2006.

[2] album linii napowietrznych średniego napięcia 15–30 kV z przewodami niepełnoizolowanymi o przekroju 50–120 mm2 w układzie płaskim, na żerdziach wirowych, lsni 50–120, t. i, PTPiREE, Poznań 2003.

[3] album linii napowietrznych średniego napięcia 15–30 kV z przewodami gołymi w układzie trójkątnym na żerdziach wirowych, lsn 35(50), t. i, PTPiREE, Poznań 2002.

[4] album słupowych stacji transformatorowych sn/nn stn, stnu z transformatorami o mocy do 630 kVa na żerdziach wirowanych, t. i i ii, PTPiREE, Poznań 2007.

[5] album słupów z odłącznikami i rozłącznikami dla linii napowietrznych średniego napięcia 15–30 kV w układzie płaskim i trójkątnym na żerdziach wirowych, lsno-120(70), t. ii, PTPiREE ,Poznań 2012.

[6] D. anderwald, Przyczyny śmiertelności ptaków szponiastych oraz sów na podstawie analizy danych „kartoteki ptaków martwych i osłabionych” komitetu ochrony orłów, http://cepl.sggw.pl/bubobory/artykuly/121_sim22.pdf (dostęp 31.12.2014).

[7] D. apgar, inteligencja ryzyka, wydawnictwo HELION, gliwice 2008.

[8] Bezpol, katalog ograniczniki przepięć niskiego i średniego napięcia, 2010.

[9] k.l. chrzan, a. wuczyński, z. jakubiec, Problemy i zagrożenia wynikające z wzajemnego oddziaływania ptaków i napowietrznych linii elektroenergetycznych, Wiadomości Elektrotechniczne 1/2008, s. 24–27.

[10] w. Dołęga, Planowanie rozwoju sieciowej infrastruktury elektroenergetycznej w aspekcie bezpieczeństwa dostaw energii i bezpieczeństwa ekologicznego, Prace naukowe instytutu elektroenergetyki Politechniki wrocławskiej, seria Monografie 34, wrocław 2013.

[11] D. Duda, z. gacek, Przepięcia w sieciach elektroenergetycznych i ochrona przed przepięciami, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, gliwice 2015.

[12] http://www.pl.manitou.com/manitou/pl/market/2-agriculture (dostęp 31.12.2014).

[13] instrukcja obsługi euro-tiger V8 od 2005, 2006.

[14] w. jabłoński, ochrona przeciwporażeniowa w urządzeniach elektroenergetycznych niskiego i wysokiego napięcia, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, warszawa 2006.

[15] l. kacejko, t. kahl, elektroenergetyczne linie napowietrzne, Państwowe Wydawnictwa Techniczne, warszawa 1961.,

[16] i. kaługa, h.t. sparks, P. tryjanowski, the end of death by electrocution? reducing mortality of the white stork ciconia ciconia in Poland. conservation letters, 2011, vol. 4, no. 6: 483–487.


39


www.ePISMO-AeZ.Pl


[17] i. kaługa, P. tryjanowski, ochrona bociana białego na urządzeniach energetycznych – doświadczenia praktyczne, V konferencja naukowo-techniczna elektroenergetyczne linie napowietrzne, Dźwirzyno 15–16 maja 2012.

[18] kaługa i., tryjanowski P., ochrona bocianów na urządzeniach elektroenergetycznych, Energia Elektryczna 6/2012, s. 22–24.

[19] katalog maszyn rolniczych firmy Unia grup, 2011.

[20] katalog słupów z łącznikami i głowicami kablowymi dla linii napowietrznych średniego napięcia 15–20 kV z płaskim układem przewodów gołych 70 i 50 mm2 na pojedynczych żerdziach wirowych e i em, http://www.wirbet.com.pl/resources/katalogi_wirbet/2-en-340-lsnog-70-50.pdf (dostęp 02.01.2015).

[21] katalog słupów z łącznikami i głowicami kablowymi dla linii sn z przewodami w osłonie na żerdziach wirowanych, ENSTO, Poznań 2009.

[22] s. kończykowski, B. Mayzel, konstrukcje wsporcze linii napowietrznych, Wydawnictwo Arkady, warszawa 1962.

[23] M. Maniakowski i in., wpływ napowietrznych sieci elektroenergetycznych średniego i wysokiego napięcia, w tym również kolejowych sieci trakcyjnych, na ptaki, GDOŚ, warszawa 2013.

[24] Prospekt, kombajn do wyorywania buraków terra Dos t4-40, 2013.

[25] Prospekt, kombajn do wyorywania buraków tiger 5, 2014.

[26] Prospekt, Ładowarka teleskopowa Mht, 2013.

[27] raport sporządzony przez Birdlife, ochrona ptaków przed liniami elektroenergetycznymi. Praktyczny przewodnik na temat zagrożeń dla ptaków ze strony urządzeń do przesyłu energii elektrycznej oraz sposoby minimalizacji takich zagrożeń, strasburg, 15 września 2003.

[28] rozporządzenie Ministra infrastruktury z dnia 31 grudnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych pojazdów oraz zakresu ich niezbędnego wyposażenia (Dz.U. 2003, nr 32, poz. 262 z późniejszymi zmianami).

[29] j.j. zawodniak, Maszyny do uprawy roli a stanowiska słupowe, Energia Elektryczna 7/2012, s. 19–21.

[30] j.j. zawodniak, słupy odporowe linii sn a ochrona ptaków, Energia Elektryczna 1/2014, s. 20–22.

otrzymano / received: 8.01.2015 przyjęto do publikacji / accepted: 31.01.2015


Documents

Projektowanie i wykonywanie inwestycji