Eksploatacja energetycznych linii napowietrznych – problemy i rozwiązania

Wszystkie prace eksploatacyjne wykonywane na liniach napowietrznych mają na celu weryfikację ich stanu technicznego. Wyszukuje się miejsca zagrożone ewentualną awarią oraz sprawdza, czy bieżący stan techniczny konstrukcji słupa oraz przewody fazowe i odgromowe nie powodują zagrożenia dla zdrowia i życia ludzi oraz zwierząt będących w zasięgu oddziaływania danej linii. Jakie problemy związane z eksploatacją linii napowietrznych pojawiają się najczęściej?

Procesy reologiczne – degradacja linii napowietrznej postępująca z czasem

Każda energetyczna linia napowietrzna ma określony czas bezawaryjnej eksploatacji. Niestety jest on trudny do precyzyjnego ustalenia ze względu na zmieniające się warunki, którym jest poddawana cała infrastruktura linii. Przewód zawieszony w przęśle z czasem wydłuża się pod wpływem własnego ciężaru i procesów reologicznych (procesy odkształcania ciał stałych i cieczy pod wpływem warunków zewnętrznych). W rezultacie stopniowo zmniejsza się jego odległość od ziemi, co w konsekwencji może doprowadzić do awarii. Proces ten jest uwarunkowany wieloma czynnikami.

Jak zminimalizować wpływ procesów reologicznych?

Duże znaczenie ma rodzaj przewodu (jakość materiałów, budowa, właściwości mechaniczne, elektryczne etc.), sposób montażu (długość przęsła, wysokość konstrukcji wsporczych) oraz uwarunkowania klimatyczne i ilość przesyłanej energii. Minimalizowanie tego zjawiska polega na obliczeniach (jeszcze na etapie projektowym) szacujących zachowanie się przewodów w konkretnych warunkach klimatycznych. Uwzględnienie wszystkich danych projektowanej linii napowietrznej umożliwia prawidłowy dobór parametrów linii, montażu i późniejszej eksploatacji.

Wiatr, oblodzenie i temperatura – wpływ na linie energetyczne NN

To typowe w polskiej strefie klimatycznej sezonowe zagrożenia dla napowietrznych linii energetycznych. Drgania przewodów pod wpływem wiatru mogą spowodować uszkodzenie przewodów roboczych lub odgromowych.

Oblodzenie oznacza zarówno lód, szadź, jak i mokry śnieg osadzające się na przewodach. Teoria mówi o osadzie tworzącym wokół przewodu cylinder o ściankach równej grubości. Taką sytuację przyjmuje się do obliczeń podczas projektowania linii i ustalania odległości, w jakiej znajdą się od siebie przewody. Tymczasem w rzeczywistości bywa różnie. Zjawisko „tańca przewodów” powstaje w wyniku drgań nierównomiernie oblodzonej linii. Powoduje to nadmierne zbliżanie się do siebie przewodów różnych faz, skutkujące powstaniem łuku elektrycznego.

Wysoka temperatura z kolei powoduje zwiększenie zwisu przewodów, może też spowodować ich stopienie i w konsekwencji oberwanie.

Jak zminimalizować wpływ wiatru, oblodzenia i wysokiej temperatury?

W celu zapobieżenia uszkodzeniom przewodów stosuje się tłumiki wibracji lub ciężary antywibracyjne.

Jedynym sposobem zapobiegania temu zjawisku jest zwiększenie odległości pomiędzy przewodami.

Dbanie o obszar pasa zieleni (brak wysokich drzew i krzewów) znajdujący się bezpośrednio pod linią przewodów pozwala uniknąć wystąpienia zwarcia w wyniku zwiększenia zwisu przewodów.

Zabudowania w pobliżu energetycznej linii napowietrznej

Problemy w związku z usytuowaniem budynków w pobliżu infrastruktury energetycznej są dwojakiego rodzaju.

• Budowa linii napowietrznych blisko istniejącej już zabudowy. Obecność dróg, torów kolejowych, budynków etc. często wymusza kompromis uwzględniający konieczność ominięcia na przykład terenów chronionych. Pod względem technicznym taka lokalizacja nie stanowi problemu, o ile przestrzegane są zapisy norm regulujących warunki budowy linii energetycznych w takich miejscach.
  
• Pojawienie się budynków w pobliżu już istniejącej elektroenergetycznej linii napowietrznej. Warunkiem jest zachowanie bezpiecznych odległości pomiędzy przewodami linii a nowo powstającym obiektem. Konieczne jest przestrzeganie zarówno norm dotyczących linii energetycznych, jak również przepisów techniczno-budowlanych.

Wypadki losowe – awarie niemożliwie do przewidzenia

Niestety w branży elektroenergetycznej zdarzają się awarie będące wynikiem ukrytych wad materiałowych czy naturalnie występujących w przyrodzie zjawisk (ruchy tektoniczne ziemi, nietypowe uwarunkowania klimatyczne pojawiające się incydentalnie na danym terenie).

Jak zminimalizować ryzyko awarii wywołanych wypadkami losowymi?

Nie ma możliwości zabezpieczenia linii napowietrznych na każdą ewentualność, dlatego świadomość istnienia nieprzewidzianych sytuacji nakłada na projektantów linii energetycznej obowiązek takiego jej zaplanowania, aby w razie awarii w wyniku zdarzeń losowych maksymalnie ograniczyć zakres szkód. Jednym ze sposobów jest umieszczanie w linii, w określonych odstępach, mocnych słupów, tak zwanych słupów odporowych, które mają na celu powstrzymanie efektu domina w razie awarii i lawinowego niszczenia słupów przelotowych. Dodatkowo norma PN-EN 50341 zakłada w fazie projektowej symulację ewentualnych awarii i obciążeń większych niż faktyczne. Napowietrzna linia energetyczna powinna zostać wykonana zgodnie z tym standardem, uwzględniającym konieczny margines bezpieczeństwa.

Więcej o tworzeniu efektywnych rozwiązań energetycznych dla przemysłu i biznesu

Regularne kontrole to podstawa zapobiegania awariom podczas eksploatacji napowietrznych linii energetycznych

W ramach prac eksploatacyjnych wykonuje się coroczne, oddolne oględziny linii napowietrznych na całej ich długości. Sprawdzeniu podlega wiele elementów instalacji, a także jej otoczenie:

• fundamenty,
• złącza kontrolne oraz przewody uziemiające,
• konstrukcja słupa (w tym kompletność zakratowania oraz zabezpieczenie antykorozyjne),
• obecność ciał obcych na słupach (na przykład opony, plandeki, ptasie gniazda),
• izolatory (łącznie z oceną stanu technicznego osprzętu izolatorowego),
• stan techniczny zawiesi odgromowych,
• przewody odgromowe i fazowe (ze zwróceniem szczególnej uwagi na ewentualne rozploty drutów na przewodzie i geometrię wiązki przewodów fazowych),
• teren w pobliżu słupa i w jego wnętrzu (weryfikacja pod kątem zapadlisk i ewentualnych zagrożeń dla słupa – na przykład obecność roślinności),
• przewody fazowe (czy wiszą w odpowiedniej, czyli normatywnej/bezpiecznej odległości od gruntu),
• drzewa pod przewodami, jak i z boku linii napowietrznej (czy są w bezpiecznej odległości).

Średnia wysokość słupów linii NN waha się w granicach od 50 do 60 m. Mimo dużej dokładności przeglądów oddolnych, nawet doświadczony elektromonter nie jest w stanie dojrzeć wszystkich potencjalnych usterek z poziomu gruntu. Niekiedy również przy użyciu lornetki pracownik nie może (stojąc na ziemi) zweryfikować stanu poszczególnych elementów, z których zbudowany jest każdy łańcuch izolatorowy i zawiesie odgromowe. W tym celu wykonuje się przeglądy odgórne, w trakcie których elektromonter dokonuje szczegółowego sprawdzenia całej konstrukcji słupów przy szczególnym zwróceniu uwagi na stan techniczny połączenia konstrukcji słupa z izolatorem, izolatora z przewodem fazowym oraz połączenia konstrukcji słupa za pomocą zawiesia odgromowego z przewodem odgromowym.

Tradycyjne, odgórne przeglądy linii napowietrznych NN mają jedną zasadniczą wadę – do ich wykonania należy wyłączyć daną linię na kilka dni lub nawet na tydzień czy dwa. Przy obecnym zapotrzebowaniu kraju na energię elektryczną (2021 rok był rekordowy, jeśli chodzi o zapotrzebowanie na energię elektryczną), wyłączenie napowietrznych linii NN na dłuższy czas jest bardzo trudne bądź w niektórych przypadkach wręcz nierealne. Co wtedy?

Przegląd odgórny linii – prace pod napięciem (PPN)

Brak możliwości długotrwałych wyłączeń linii energetycznych napowietrznych zdeterminował środowisko specjalistów do opracowania sposobu wykonywania odgórnego przeglądu linii NN w technologii prac pod napięciem (PPN). W III kwartale 2021 Eltel Networks wykonał przegląd jednej z najważniejszych linii NN w Polsce – linii 2 x 400 kV Joachimów – Rogowiec 3 oraz Tucznawa – Rogowiec. Zakresem prac było szczegółowe sprawdzenie 213 konstrukcji słupowych, stanu łańcuchów izolatorowych, zawiesi odgromowych, ze szczególnym uwzględnieniem wieszaków śrubowo-kabłąkowych. W trakcie przeglądu zdiagnozowano liczne usterki/uszkodzenia o różnym stopniu zagrożenia, z których najpoważniejszymi okazały się:

• uszkodzone zawiesia odciągowe

• uszkodzone mostki odgromowe

• uszkodzone wieszaki śrubowo-kabłąkowe oraz łączniki przedłużające na pięciu słupach

Łączna liczba elementów do wymiany wyniosła 30 kompletów. Kontrola ta potwierdziła konieczność wykonywania przeglądów odgórnych w technologii PPN (prac pod napięciem), ponieważ dzięki temu udało się zlokalizować usterki aż na 8 słupach strategicznie ważnej linii dla bezpieczeństwa energetycznego kraju. Dzięki opracowanej technologii prac pod napięciem i zaangażowaniu specjalistów być może udało się uniknąć blackoutu w okresie zimowym.

***

Awarie linii elektroenergetycznych są nieuniknione. W związku z dużą ilością możliwych przyczyn, należy starać się wyeliminować wszystkie możliwe do uniknięcia czynniki. Niestety, najczęściej nie ma możliwości zapobieżenia ekstremalnym zjawiskom pogodowym, które stanowią jedno z największych niebezpieczeństw dla infrastruktury elektroenergetycznej. Ochrona linii powinna przebiegać w oparciu o prognozowane zjawiska pogodowe analizowane na bazie modeli matematycznych.

Autor: Bogdan Sobolak