Podstawowymi podzespołami linii elektroenergetycznych są słupy, przewody oraz izolacja. Słupy 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
Różne 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 linii o wyższych napięciach są wyższe i szersze niż słupy linii 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.
Projekt Eltel Networks Engineering SA: seria słupów WT335, w skład której wchodzą m.in. przedstawione powyżej słupy przelotowe w linii 2x400 kV/1x220 kV relacji Łagisza – Rokitnica/Tucznawa, zastosowane do wyprowadzenia mocy z elektrowni Łagisza. Na słupach energetycznych zawieszone są dwa tory 400 kV oraz jeden 220 kV. Jak widać na tym przykładzie, poszczególne tory nie muszą pracować na takim samym napięciu.
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 ogólny 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. Podstawowymi typami słupów elektroenergetycznych stosowanych w linii są wspomniane powyżej słupy przelotowe i mocne. 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.
Projekt Eltel Networks Engineering SA – słup energetyczny ED24 W3S3 M6/K/R na linii 110 kV Boguszów – Podzamcze/Boguszów – Marciszów.
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 słupów elektrycznych, ale również na ich wymiary. 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.
Słup energetyczny na linii 110 kV Pelplin – Malbork. Projekt – Eltel Networks Engineering SA, wykonanie – Eltel Networks Energetyka SA.
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 dla linii o napięciu 400 kV nierzadko konstrukcje projektuje się indywidualnie 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 Engineering SA również opracowała takie konstrukcje, ma je w swojej 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 eltelnetworks.pl.
Autor: Dominik Brudniak