Instandhaltung von Freiluftleitungen – Probleme und Lösungen

Alle Wartungsarbeiten, die an Freiluftleitungen durchgeführt werden, dienen der Überprüfung ihres technischen Zustands. Sie suchen nach möglichen Ausfallrisiken und prüfen, ob der aktuelle technische Zustand der Maststruktur sowie der Phasen- und Blitzableiter keine Gefahr für die Gesundheit und das Leben von Menschen und Tieren im Bereich der Leitung darstellt. Welches sind die häufigsten Probleme im Zusammenhang mit dem Betrieb von Freiluftleitungen?

Rheologische Prozesse – Verschlechterung der Freiluftleitung im Laufe der Zeit

Jede Freiluftleitung hat eine bestimmte Dauer des störungsfreien Betriebs. Leider ist dies aufgrund der wechselnden Bedingungen, denen die gesamte Infrastruktur der Strecke ausgesetzt ist, nur schwer genau zu bestimmen. Ein in einer Spannweite aufgehängtes Kabel dehnt sich mit der Zeit unter dem Einfluss seines Eigengewichts und rheologischer Prozesse (Verformungsprozesse von Festkörpern und Flüssigkeiten unter äußeren Bedingungen). Infolgedessen verringert sich der Abstand zum Boden allmählich, was zum Versagen führen kann. Dieser Prozess wird von vielen Faktoren beeinflusst.

Wie kann der Einfluss rheologischer Prozesse minimiert werden?

Die Art des Kabels (Qualität der Materialien, Konstruktion, mechanische und elektrische Eigenschaften usw.), die Verlegeart (Länge der Spannweite, Höhe der Stützkonstruktionen) sowie die klimatischen Bedingungen und die Menge der übertragenen Energie sind von großer Bedeutung. Zur Minimierung dieses Phänomens sind (noch in der Planungsphase) Berechnungen erforderlich, die das Verhalten der Kabel unter bestimmten klimatischen Bedingungen abschätzen. Die Berücksichtigung aller Daten der geplanten Freiluftleitung ermöglicht die richtige Auswahl der Leitungsparameter, die Installation und den späteren Betrieb.

Wind, Vereisung, Temperatur – Auswirkungen auf Niederspannungsfreiluftleitungen

Dies sind typische saisonale Gefahren für Freiluftleitungen in der polnischen Klimazone. Durch Wind verursachte Kabelschwingungen können zu Schäden an Leitern oder Blitzableitern führen.

Vereisung bedeutet sowohl Eis, Reif als auch nasser Schnee, der sich auf den Drähten ablagert. Die Theorie besagt, dass die Ablagerung einen Zylinder mit gleich dicken Wänden um den Leiter herum bildet. Dies ist die Situation, von der bei den Berechnungen für die Auslegung der Leitungen und die Bestimmung des Abstands zwischen den Leitern ausgegangen wird. In der Realität ist dies jedoch nicht der Fall. Das Phänomen der „tanzenden Leitungen“ entsteht durch die Vibrationen einer ungleichmäßig vereisten Leitung. Dadurch kommen sich die Drähte verschiedener Phasen zu nahe, was zu einem Lichtbogen führt.

Eine hohe Temperatur wiederum führt zu einem erhöhten Durchhang der Leitungen und kann auch dazu führen, dass sie schmelzen und schließlich brechen.

Wie können die Auswirkungen von Wind, Eis und Hitze minimiert werden?

Um Schäden an den Kabeln zu vermeiden, werden Schwingungsdämpfer oder Antivibrationsgewichte verwendet.

Die einzige Möglichkeit, dies zu verhindern, besteht darin, den Abstand zwischen den Leitern zu vergrößern.

Durch die Pflege des Grüngürtels (keine hohen Bäume oder Sträucher) direkt unter der Freiluftleitung kann das Auftreten eines Kurzschlusses aufgrund eines erhöhten Leitungsüberhangs vermieden werden.

Gebäude in der Nähe einer Freiluftleitung

Die Probleme im Zusammenhang mit der Lage von Gebäuden in der Nähe von Energieinfrastrukturen sind zweifacher Art.

• Bau von Freiluftleitungen in der Nähe von bestehenden Gebäuden. Das Vorhandensein von Straßen, Eisenbahnen, Gebäuden usw. macht oft Kompromisse erforderlich, um z. B. Schutzgebiete zu umgehen. Aus technischer Sicht stellt ein solcher Standort kein Problem dar, solange die Normen für die Verlegung von Freiluftleitungen an solchen Orten eingehalten werden.
  
• Aufbau der Gebäude in der Nähe einer bestehenden Freiluftleitung. Es ist notwendig, sichere Abstände zwischen den Drähten der Leitung und dem neuen Gebäude einzuhalten. Es müssen sowohl die Normen für Freiluftleitungen als auch die technischen und baulichen Vorschriften eingehalten werden.
  

Zufällige Unfälle – unvorhersehbare Ausfälle

Leider kommt es in der Energiewirtschaft immer wieder zu Ausfällen aufgrund von versteckten Materialfehlern oder natürlichen Phänomenen (tektonische Erdbewegungen, ungewöhnliche klimatische Bedingungen, die zufällig in einem bestimmten Gebiet auftreten).

Wie lässt sich das Risiko von Ausfällen, die durch zufällige Ereignisse verursacht werden, minimieren?

Es ist nicht möglich, Freiluftleitungen für alle Eventualitäten zu schützen. Das Wissen um die Existenz unvorhergesehener Situationen zwingt die Konstrukteure der Freiluftleitung dazu, diese so zu planen, dass das Schadensausmaß bei einem Ausfall durch zufällige Ereignisse so weit wie möglich begrenzt wird. Dies geschieht unter anderem dadurch, dass in der Leitung in bestimmten Abständen starke Masten, die so genannten Widerstandsmasten, aufgestellt werden, die im Falle eines Versagens den Dominoeffekt und die lawinenartige Zerstörung der durchgehenden Masten verhindern sollen. Darüber hinaus geht die Norm EN 50341 in der Entwurfsphase von der Simulation möglicher Ausfälle und Belastungen aus, die höher als die tatsächlichen sind. Eine Freiluftleitung sollte nach dieser Norm gebaut werden, wobei die erforderliche Sicherheitsmarge zu berücksichtigen ist.

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Regelmäßige Kontrollen sind die Grundlage für die Vermeidung von Ausfällen beim Betrieb von Freiluftleitungen

Im Rahmen der Wartungsarbeiten wird jährlich eine visuelle Inspektion der Freiluftleitungen von unten nach oben auf ihrer gesamten Länge durchgeführt. Viele Teile der Anlage werden überprüft, ebenso wie ihre Umgebung:

• Fundamente,
• Steuerverbindungen und Erdungsleitungen,
• Maststruktur (einschließlich Vollständigkeit der Gitterdichte und des Korrosionsschutzes),
• Vorhandensein von Fremdkörpern auf den Masten (z. B. Reifen, Planen, Vogelnester),
• Isolatoren (einschließlich der Bewertung des technischen Zustands der Isolatorarmaturen),
• den technischen Zustand der Blitzschutzschlingen,
• Blitzableiter und Phasenleiter (mit besonderem Augenmerk auf mögliches Abflachten der Drähte und die Geometrie des Phasenkabelbaums),
• das Gelände in der Nähe und im Inneren des Pfahls (Prüfung auf Erdfälle und mögliche Gefahren für den Pfahl – z. B. das Vorhandensein von Vegetation),
• Phasendrähte (ob sie in einem angemessenen, d.h. normativen / sicheren Abstand zum Boden hängen),
• Bäume unter den Drähten sowie auf der Seite der Freiluftleitung (ob sie sich in sicherer Entfernung befinden).

Die durchschnittliche Höhe von NS-Leitungsmasten liegt zwischen 50 und 60 m. Trotz der hohen Genauigkeit von Bottom-up-Kontrollen ist selbst ein erfahrener Elektriker nicht in der Lage, alle potenziellen Fehler vom Boden aus zu erkennen. Selbst mit einem Fernglas ist es dem Arbeiter manchmal nicht möglich, vom Boden aus den Zustand der einzelnen Komponenten zu überprüfen, aus denen die Isolatorketten und Blitzschutzschlingen bestehen. Zu diesem Zweck werden Top-Down-Kontrollen durchgeführt, bei denen die Elektrofachkraft eine eingehende Prüfung des gesamten Mastaufbaus vornimmt, wobei sie besonders auf den technischen Zustand der Verbindung des Mastaufbaus mit dem Isolator, des Isolators mit dem Phasenleiter und der Verbindung des Mastaufbaus über die Blitzschutzschlinge mit dem Blitzschutzleiter achtet.

Herkömmliche Top-Down-Kontrollen von Niederspannungsfreiluftleitungen haben einen großen Nachteil: Um sie durchzuführen, muss die Leitung für einige Tage oder sogar für ein oder zwei Wochen abgeschaltet werden. Bei der derzeitigen Stromnachfrage des Landes (2021 war ein Rekordjahr in Bezug auf die Stromnachfrage) ist es sehr schwierig bzw. in einigen Fällen unrealistisch, Niederspannungsfreiluftleitungen für einen längeren Zeitraum abzuschalten. Was dann?

Top-Down-Kontrollen – Arbeiten unter Spannung

Die fehlende Möglichkeit, Freiluftleitungen für längere Zeit abzuschalten, veranlasste die Fachleute, eine Methode zur Überprüfung von Niederspannungsleitungen unter Einsatz der Technologie der Arbeiten unter Spannung zu entwickeln. Im dritten Quartal 2021 führte Eltel Networks die Übersicht einer der wichtigsten Niederspannungsleitungen in Polen durch – 2 x 400-kV-Freiluftleitungen Joachimów – Rogowiec 3 und Tucznawa – Rogowiec. Der Arbeitsumfang umfasste eine detaillierte Übersicht der 213 Mastkonstruktionen, des Zustands der Isolatorketten und der Blitzschutzschlingen mit besonderem Augenmerk auf die Bolzenaufhängungen. Im Zuge der Inspektion wurden zahlreiche Mängel/Schäden unterschiedlichen Gefährdungsgrades festgestellt, von denen die schwerwiegendsten waren:

• beschädigte Abspannschlingen

• beschädigte Blitzschutzbrücken

• beschädigte Bolzenaufhänger und Verlängerungsstücke an fünf Masten

Die Gesamtzahl der zu ersetzenden Gegenstände betrug 30 Sets. Diese Kontrolle bestätigte die Notwendigkeit von Top-Down-Kontrollen mit der Technologie AuS (Arbeiten unter Spannung), da es möglich war, Fehler an bis zu 8 Masten einer strategisch wichtigen Leitung für die Energiesicherheit des Landes zu lokalisieren. Dank der entwickelten Technologie der Arbeiten unter Spannung und der Einbeziehung von Spezialisten konnte Blackout im Winter möglicherweise vermieden werden.

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Ausfälle von Stromleitungen sind unvermeidlich. Aufgrund der Vielzahl möglicher Ursachen sollte man versuchen, alle vermeidbaren Faktoren zu beseitigen. Leider ist es in der Regel nicht möglich, extreme Wetterereignisse zu verhindern, die eine der größten Gefahren für die Strominfrastruktur darstellen. Der Schutz der Leitungen sollte sich auf vorhergesagte Wetterphänomene stützen, die auf der Grundlage mathematischer Modelle analysiert werden.

Autor: Bogdan Sobolak