Rodzaje konstrukcji wsporczych linii elektroenergetycznych

Podstawowymi podzespołami linii elektroenergetycznych są słupy, przewody oraz izolacja. Słupy elektryczne konstruowane są w taki sposób, aby umożliwiać prowadzenie przewodów roboczych, którymi przesyłana jest energia elektryczna, z odpowiednimi odstępami izolacyjnymi od obiektów w pobliżu linii oraz od samych konstrukcji słupów. Wymiary i rodzaj słupów elektrycznych uzależnione są od wielu czynników, między innymi od napięcia znamionowego linii elektroenergetycznej, usytuowania danej konstrukcji oraz od roli jaką ma ona pełnić w linii. Wszystkie rodzaje słupów energetycznych powstają w oparciu o normy gwarantujące bezpieczeństwo użytkowania i trwałość.

Wielkość słupów energetycznych dla linii wysokiego napięcia 110 kV i więcej

Rodzaje słupów energetycznych projektuje się odpowiednio do napięcia, na jakim pracuje dana linia. Im wyższe napięcie, tym większe odległości należy zachować pomiędzy przewodami linii elektroenergetycznej a ziemią i samymi konstrukcjami słupów. Skutkuje to tym, że słupy wysokiego napięcia są wyższe i szersze niż słupy średniego napięcia czy niższych napięć.

Drugim czynnikiem determinującym gabaryty słupów elektrycznych jest liczba torów oraz przewodów odgromowych. W związku z tym można wyróżnić trzy typy słupów energetycznych:

• słupy jednotorowe – na których zawieszone są trzy przewody fazowe składające się na jeden tor w liniach prądu przemiennego oraz jeden lub dwa przewody odgromowe,
• słupy dwutorowe – na których zawieszonych jest sześć przewodów fazowych (dwa tory) oraz jeden lub dwa przewody odgromowe,
• słupy wielotorowe – wszystkie konstrukcje, które mogą pomieścić więcej niż dwa tory.

Materiały wykorzystywane do konstrukcji słupów energetycznych

Słupy energetyczne można podzielić również ze względu na materiał, z jakiego zostały wykonane. Często rodzaj materiału skorelowany jest z wysokością napięcia danej linii, np. słup wysokiego napięcia najczęściej jest wykonany ze stali i jest najwyższy spośród omawianych tutaj konstrukcji. Widząc słup elektryczny betonowy, można z kolei założyć, że jest to słup energetyczny niskiego lub średniego napięcia. Obecnie stosowane konstrukcje cechują się wysoką trwałością i wytrzymałością mechaniczną. W przeszłości stosowano w takich konstrukcjach również drewno – współcześnie jednak widok drewnianych słupów należy już do rzadkości.

To może Cię zainteresować: Zalety przesyłu prądu w systemie transmisji HVDC. Czy są też jakieś wady?

Słupy energetyczne – rodzaje konstrukcji wsporczych

Słupy energetyczne różnicuje się również ze względu na rolę, jaką mają pełnić w linii. Uwzględnianych jest tu kilka kryteriów, z których najbardziej ogólne obejmuje dwa rodzaje konstrukcji wsporczych – przelotowe i odporowe.

• Konstrukcje przelotowe – według definicji zamieszczonej w aktualnie obowiązującej normie (PN-EN 50341-1:2013-03 „Elektroenergetyczne linie napowietrzne prądu przemiennego powyżej 1 kV. Część 1: Wymagania ogólne. Specyfikacje wspólne”) są to konstrukcje wyposażone w łańcuchy przelotowe izolatorów. Taka definicja niewiele jednak wyjaśnia. Bardziej zrozumiała jest ta zawarta w wycofanej polskiej normie (PN-E-05100-1:1998 „Elektroenergetyczne linie napowietrzne. Projektowanie i budowa. Linie prądu przemiennego z przewodami roboczymi gołymi”), która mówi, że są to słupy przeznaczone do podtrzymywania przewodów bez przejmowania ich naciągu.

Podstawowym typem takich konstrukcji są słupy przelotowe. Stosowane są zwykle na prostych odcinkach linii napowietrznych, gdzie trasa nie zmienia swojego przebiegu więcej niż o 2 stopnie. Zadaniem słupów przelotowych w takim usytuowaniu jest podtrzymywanie przewodów, w związku z tym przenoszą one głównie obciążenia pionowe, nie przenoszą natomiast większych sił pochodzących od naciągu przewodów. Zastosowanie konstrukcji przelotowych na stanowiskach, na których następuje załamanie trasy linii, powoduje ich obciążenie wypadkową siłą pochodzącą od naciągu przewodów w kierunku dwusiecznej kąta załomu. Obciążenia takie mogą być znaczne i silnie rosną wraz ze wzrostem kąta załomu. Takie usytuowanie konstrukcji wymaga jej odpowiedniego zaprojektowania i jest ona wtedy zwyczajowo nazywana słupem narożnym.

Obciążenia słupów przelotowych są silnie powiązane z długością przęseł (odległość pomiędzy słupami w linii prostej), które słup rozdziela, dlatego w celu optymalizacji konstrukcji projektuje się różne typy słupów przelotowych, w zależności od długości tych przęseł (dla każdego typu przyjmuje się maksymalną długość przęseł, między którymi słup może być ustawiony).

• Konstrukcje odporowe (mocne) – norma PN-EN 50341-1:2013-03 podaje ich enigmatyczną definicję mówiącą o konstrukcjach wyposażonych w łańcuchy odciągowe izolatorów. Norma PN-E-05100-1:1998 wyjaśnia natomiast ich funkcję w linii, jako konstrukcji przeznaczonych do przejmowania naciągu przewodów. Podstawowym typem tych konstrukcji są słupy mocne. Słupy te są stosowane na szlaku prostym (w celu ograniczenia długości sekcji linii) lub na załomie linii (w celu przejęcia siły wypadkowej pochodzącej od naciągu przewodów). Kształt i konstrukcja odporowego (mocnego) słupa elektrycznego są uzależnione od wartości kąta załomu linii. Dla danego rodzaju słupa określa się dopuszczalny zakres kątów załomu.

W praktyce na danej linii wykorzystuje się wiele rodzajów konstrukcji przelotowych i mocnych (odporowych), które tworzą tak zwaną serię słupów. Podstawowym typem słupów elektroenergetycznych stosowanych w linii jest słup energetyczny przelotowy i mocny. Oprócz nich wyróżnia się również inne, rzadziej spotykane, typy słupów.

• Słupy przekroczeniowe – spotykane w przypadku bardzo długich przęseł, głównie na skrzyżowaniach z dużymi rzekami, gdzie występuje konieczność zaprojektowania bardzo wysokich konstrukcji (wysokość słupa energetycznego dla linii 400 kV sięga często powyżej 100 m).
  
• Słupy krańcowe – przystosowane do przeniesienia obciążeń w przypadku zawieszenia przewodów tylko z jednej strony. Stosuje się je najczęściej na końcach linii przed stacjami elektroenergetycznymi, a przewody są z nich sprowadzane na konstrukcję stacji elektroenergetycznej.
  
• Słupy kablowe – są podtypem słupów krańcowych, tyle że w ich przypadku następuje przejście linii napowietrznej w podziemną linię kablową. Na słupach montowany jest osprzęt łączący przewody napowietrzne z kablami. Słupy te wykorzystuje się w przypadku potrzeby kablowego wprowadzenia linii na stację elektroenergetyczną, bądź też gdy występuje konieczność skablowania odcinka linii – na przykład w przypadku uwolnienia terenu pod zabudowę.
  
• Słupy rozgałęźne – dość rzadko spotykany rodzaj, stosowany w punktach rozgałęzienia torów. W zależności od pełnionej funkcji łączą w sobie cechy różnych rodzajów słupów energetycznych.

Miejsce usytuowania linii napowietrznych

Konstrukcja słupów elektroenergetycznych jest uwarunkowana w dużej mierze lokalizacją projektowanej linii. W zależności od jej położenia ustalane są, w oparciu o odpowiednie normy, obciążenia klimatyczne, które należy uwzględnić. Obciążenia te wpływają nie tylko na wymaganą wytrzymałość, ale również na wymiar, jaki powinien mieć słup elektryczny w danej lokalizacji. Trzeba bowiem mieć na uwadze zachowanie się przewodów pod wpływem obciążenia wiatrem i/lub oblodzeniem.

Istotny jest również charakter terenu, przez który prowadzona jest linia. W przypadku prowadzenia linii przez tereny leśne zazwyczaj, w celu ograniczenia koniecznej wycinki, projektuje się dodatkowe typy konstrukcji. Pod względem warunków pracy są one najczęściej odpowiednikami słupów podstawowych, jednak mają inną geometrię – w celu bądź zmniejszenia szerokości linii (tzw. słupy leśne), bądź też poprowadzenia przewodów ponad lasem (tzw. słupy nadleśne). Podobnie dla linii 110 kV, w przypadku terenów zurbanizowanych, często stosuje się tzw. słupy wąskotrzonowe. Są one również odpowiednikami słupów podstawowych, ale wymiary ich podstawy są istotnie mniejsze. Kosztem większej masy konstrukcji zmniejsza się w ten sposób zajmowany teren.

Standardy i normy, jakie muszą spełniać słupy energetyczne

Słupy energetyczne należy projektować zgodnie z normą PN-EN 50341-1:2013-03 wraz z załącznikiem PN-EN 50341-2-22:2016-04. Polskie Sieci Energetyczne oraz dystrybutorzy opracowali również własne specyfikacje techniczne określające dodatkowe wymagania. Ponadto, należy brać pod uwagę specyficzne czynniki występujące na danej realizacji mające niejednokrotnie istotne znaczenie dla projektowanych konstrukcji. W praktyce, podczas gdy w przypadku słupów linii o napięciu 400 kV nierzadko projektuje się indywidualnie konstrukcje na konkretny obiekt, na liniach 110 kV są zwykle stosowane słupy katalogowe. Opracowane są one w sposób umożliwiający ich wykorzystanie na liniach projektowanych dla standardowych parametrów. Firma Eltel Networks również opracowała takie konstrukcje, ma je w ofercie i wykorzystuje na swoich realizacjach. Projekty tych słupów są również dostępne w sprzedaży.

Szukasz dostawcy rozwiązań w zakresie projektowania i realizacji inwestycji elektroenergetycznych z międzynarodowym doświadczeniem? Sprawdź naszą ofertę na https://alterga.com/oferta/.