dr hab. in Ŝ. Aleksandra Rakowska Ŝ - STELEN · PN-E-05100-1, ustanowiona przez PKN 31 marca 1998...

12
1 dr hab. inŜ. Aleksandra Rakowska mgr inŜ. Michal Torbus dr. inŜ. Andrzej Grzybowski OCHRONA PRZED SKUTKAMI PRZEPIĘĆ W NAPOWIETRZNYCH LINIACH SN Z PRZEWODAMI PELNOIZOLOWANYMI I NIEPELNOIZOLOWANYMI Ochrona linii napowietrznych średniego napięcia z przewodami izolowanymi od skutków bezpośrednich lub bliskich wyladowań atmosferycznych moŜe być realizowana zgodnie z normą [1] przy pomocy ukladów lukochronnych, ograniczników przepięć lub iskierników. Specyfika przyjętych w Polsce rozwiązań konstrukcyjnych linii z przewodami niepelno- oraz pelnoizolowanymi powoduje, Ŝe dla polskich warunków burzowych wlaściwa ochrona przed skutkami przepięć stanowi powaŜny problem eksploatacyjny. Opracowania na ten temat mówią, Ŝe liczbę spodziewanych uszkodzeń izolacji z tych przyczyn naleŜy uznać w liniach średniego napięcia za bardzo duŜą. Wg opracowania [2] w liniach tych na 10 km dlugości, w których nie stosuje się środków ochrony od przepięć, naleŜy się spodziewać 2,25 uszkodzeń izolacji powodowanych przez pioruny przeciętne oraz 0,5 uszkodzeń izolacji powodowanych przez pioruny rzadkie. Rzeczywiste uszkodzenia mogą być 3 – krotnie wyŜsze, gdyŜ kaŜde z uszkodzeń moŜe być uszkodzeniem potrójnym. Znaczenie zagroŜenia przepięciami polega na tym, Ŝe izolacja kabla lub przewodu, (stanowiąca powlokę polietylenową w przypadku przewodów w technologii PAS) nie jest izolacją samoregenerującą się i po przebiciu i przeskoku luku elektrycznego izolacja przewodu nie odzyskuje w pelni swoich wlasności dielektrycznych [3]. Wynikające stąd wnioski, juŜ w pierwszych latach wprowadzania przewodów izolowanych do polskiej praktyki eksploatacyjnej, mówily o konieczności zwiększenia wytrzymalości izolacji przewodów oraz zastosowania znacznie bardziej, niŜ w liniach z przewodami golymi, rozbudowanej ochrony od przepięć. Początkowo budowa i rozwój linii z przewodami izolowanymi dotyczyl tylko linii niskiego napięcia. Kolejne lata to wdraŜanie tej technologii takŜe do budowy linii napowietrznych średniego napięcia. Przykladowo w Wielkiej Brytanii znaczący rozwój technologii izolowanej dotyczyl linii na napięcie 12 – 24 kV, w których Ŝyly najczęściej wykonywano ze stopu aluminium. Wykorzystywano glównie przewody o przekrojach 3 x 50, 3 x 95, 3 x 150 i 3 x 240 mm 2 . Interesujący moŜe być fakt, Ŝe Brytyjczycy stosujący od 1986 roku napowietrzne przewody wiązkowe do 1 kV (ABC) opracowali wlasne standardy (Electricity Supplay Industry - ESI Standard 43-13); dla wyŜszych napięć przez wiele jeszcze

Transcript of dr hab. in Ŝ. Aleksandra Rakowska Ŝ - STELEN · PN-E-05100-1, ustanowiona przez PKN 31 marca 1998...

Page 1: dr hab. in Ŝ. Aleksandra Rakowska Ŝ - STELEN · PN-E-05100-1, ustanowiona przez PKN 31 marca 1998 roku, dotyczyła jedynie projekto-wania i budowy elektroenergetycznych linii napowietrznych

1

dr hab. inŜ. Aleksandra Rakowska mgr inŜ. Michał Torbus dr. inŜ. Andrzej Grzybowski

OCHRONA PRZED SKUTKAMI PRZEPI ĘĆ W NAPOWIETRZNYCH LINIACH SN

Z PRZEWODAMI PEŁNOIZOLOWANYMI I NIEPEŁNOIZOLOWANYM I

Ochrona linii napowietrznych średniego napięcia z przewodami izolowanymi od

skutków bezpośrednich lub bliskich wyładowań atmosferycznych moŜe być realizowana

zgodnie z normą [1] przy pomocy układów łukochronnych, ograniczników przepięć lub

iskierników. Specyfika przyjętych w Polsce rozwiązań konstrukcyjnych linii z przewodami

niepełno- oraz pełnoizolowanymi powoduje, Ŝe dla polskich warunków burzowych właściwa

ochrona przed skutkami przepięć stanowi powaŜny problem eksploatacyjny. Opracowania na

ten temat mówią, Ŝe liczbę spodziewanych uszkodzeń izolacji z tych przyczyn naleŜy uznać

w liniach średniego napięcia za bardzo duŜą. Wg opracowania [2] w liniach tych na 10 km

długości, w których nie stosuje się środków ochrony od przepięć, naleŜy się spodziewać 2,25

uszkodzeń izolacji powodowanych przez pioruny przeciętne oraz 0,5 uszkodzeń izolacji

powodowanych przez pioruny rzadkie. Rzeczywiste uszkodzenia mogą być 3 – krotnie

wyŜsze, gdyŜ kaŜde z uszkodzeń moŜe być uszkodzeniem potrójnym.

Znaczenie zagroŜenia przepięciami polega na tym, Ŝe izolacja kabla lub przewodu,

(stanowiąca powłokę polietylenową w przypadku przewodów w technologii PAS) nie jest

izolacją samoregenerującą się i po przebiciu i przeskoku łuku elektrycznego izolacja

przewodu nie odzyskuje w pełni swoich własności dielektrycznych [3]. Wynikające stąd

wnioski, juŜ w pierwszych latach wprowadzania przewodów izolowanych do polskiej

praktyki eksploatacyjnej, mówiły o konieczności zwiększenia wytrzymałości izolacji

przewodów oraz zastosowania znacznie bardziej, niŜ w liniach z przewodami gołymi,

rozbudowanej ochrony od przepięć.

Początkowo budowa i rozwój linii z przewodami izolowanymi dotyczył tylko linii

niskiego napięcia. Kolejne lata to wdraŜanie tej technologii takŜe do budowy linii

napowietrznych średniego napięcia. Przykładowo w Wielkiej Brytanii znaczący rozwój

technologii izolowanej dotyczył linii na napięcie 12 – 24 kV, w których Ŝyły najczęściej

wykonywano ze stopu aluminium. Wykorzystywano głównie przewody o przekrojach 3 x 50,

3 x 95, 3 x 150 i 3 x 240 mm2. Interesujący moŜe być fakt, Ŝe Brytyjczycy stosujący od 1986

roku napowietrzne przewody wiązkowe do 1 kV (ABC) opracowali własne standardy

(Electricity Supplay Industry - ESI Standard 43-13); dla wyŜszych napięć przez wiele jeszcze

Page 2: dr hab. in Ŝ. Aleksandra Rakowska Ŝ - STELEN · PN-E-05100-1, ustanowiona przez PKN 31 marca 1998 roku, dotyczyła jedynie projekto-wania i budowy elektroenergetycznych linii napowietrznych

2

lat nie opracowali własnych norm, lecz przy projektowaniu i odbiorze linii korzystali z norm

skandynawskich. Podobnie polskie przepisy normalizacyjne [1] są oparte o doświadczenia

skandynawskie, gdzie występuje znacznie mniejsza intensywność występowania wyładowań

atmosferycznych.

Od roku 1962 zaczęto stosować przewody izolowane posiadające tylko jedną warstwę

izolacji termoplastycznej lub wykonanej z elastomerów. Najczęściej, jako izolację stosowano

modyfikowany polietylen oraz polichlorek winylu (PCV). Na świecie w kolejnych latach

zastąpiono PCV polietylenem usieciowanym.

W roku 1968 wprowadzono do przemysłu kablowego polietylen usieciowany (XLPE),

który od roku 1983 stał się równieŜ materiałem najbardziej popularnym w produkcji

przewodów niepełnoizolowanych. Jest to materiał najczęściej sieciowany chemicznie przy

wykorzystaniu metody SIOPLAS. Dla zwiększenia odporności materiału na działanie

promieniowania ultrafioletowego dodawana jest sadza.

W liniach średniego napięcia początkowo stosowano (np. we Francji) konwencjonalne

kable z linką stalową do podwieszania ich na słupach – tworząc w ten sposób linię

napowietrzną. Obecnie w liniach napowietrznych izolowanych średniego napięcia na świecie

generalnie stosuje się dwa podstawowe rozwiązania:

• przewody w pełnej izolacji,

• przewody w osłonie izolacyjnej (wg [1]- niepełnej izolacji).

System przewodów pełnoizolowanych – posiada taką samą konstrukcję jak kabel ziemny

z izolacją XLPE – z tym, Ŝe powłoka zewnętrzna jest odporna na promieniowanie UV

i wpływy atmosferyczne. W wielu państwach system znany jest pod handlową nazwą

SAXKA, a stanowią go 3 skręcone Ŝyły robocze z linką stalową, do zawieszenia przewodu na

konstrukcjach wsporczych przy pomocy specjalnego osprzętu. System ten, najdroŜszy

inwestycyjnie, jest najbardziej przyjaznym ekologicznie rozwiązaniem, poniewaŜ pozwala na

ograniczenie do 1m. szerokości wycinki na linię w terenie zadrzewionym.

W ostatnich latach coraz powszechniej jest wprowadzany system samonośnych kabli

uniwersalnych EXCEL i AXCES. Kable takie o stosunkowo małych przekrojach roboczych

Ŝył, pozwalają na szybką poprawę warunków napięciowych u odbiorców, dzięki moŜliwości

ich zawieszenia na istniejących konstrukcjach wsporczych linii niskiego napięcia.

Ochrona od skutków przepięć w liniach napowietrznych z przewodami pełno-

izolowanymi jest realizowana tylko przy pomocy ograniczników przepięć i montowana, ze

względów konstrukcyjnych, jedynie w miejscach przejścia takiej linii w linię innego typu lub

na zakończeniach linii przy głowicach kablowych.

Page 3: dr hab. in Ŝ. Aleksandra Rakowska Ŝ - STELEN · PN-E-05100-1, ustanowiona przez PKN 31 marca 1998 roku, dotyczyła jedynie projekto-wania i budowy elektroenergetycznych linii napowietrznych

3

Tańszym rozwiązaniem jest opracowany przez firmy i energetykę fińską system

napowietrznych linii z przewodami niepełnoizolowanymi w osłonie izolacyjnej pod nazwą

PAS (fińska nazwa Päällystetty Avojohto Suurjännitteelle). Stosowane w tym systemie

przewody nie posiadają pełnej izolacji, a jej warstwa stanowi tylko osłonę, czyli pokrycie

części przewodzącej.

Według nazewnictwa przyjętego w Polsce są to przewody w niepełnej izolacji

Grubość izolacji na przewodach wynosi 2–3 mm, co nie stanowi pełnego

zabezpieczenia elektrycznego. Powoduje to, Ŝe przewody w tym systemie muszą być

prowadzone na izolatorach, a odległość między przewodami wynosi od 40 do 50 cm.

Doświadczenia eksploatacyjne wykazały przydatność tego rodzaju linii, głównie w terenie

leśnym. Wskazana dla tego typu linii napowietrznych wycinka lasu wynosi 3 - 3,5 m. Linia

wykonana w systemie PAS moŜe pracować bez zakłóceń, nawet w przypadku wywrócenia się

drzewa na linię lecz z pewnymi ograniczeniami wynikającymi z wpływu przepięć,

szczególnie pochodzenia atmosferycznego (Rys. 8). Podobne doświadczenia eksploatacyjne

potwierdzono takŜe w Polsce.

Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej popularyzuje

tematykę napowietrznych linii elektroenergetycznych z przewodami pełnoizolowanymi

i niepełnoizolowanymi od momentu swego powstania. Działanie Towarzystwa polegające na

organizacji wielu spotkań technicznych oraz opracowaniu kilkudziesięciu albumów

typizacyjnych i innych wydawnictw, zostało uzupełnione o sukcesywnie dokonywaną analizę

doświadczeń eksploatacyjnych linii na terenie działania polskiej energetyki zawodowej.

Towarzystwo podjęło się funkcji koordynatora działań zmierzających do

upowszechnienia stosowania tej technologii w budowie linii napowietrznych nn i SN.

Przy współudziale powołanego Zespołu – Towarzystwo zainicjowało prace naukowo-

badawcze w Politechnice Poznańskiej [4] i Instytucie Energetyki [5] oraz projektowe

zmierzające do typizacji rozwiązań konstrukcyjnych tych linii.

Nowatorstwo technologii linii izolowanych i związana z tym konieczność opanowania

wielu problemów projektowych i wykonawczych zaowocowało organizacją wielu konferencji

spotkań technicznych i seminariów. Wiele z tych spotkań technicznych stało się spotkaniami

cyklicznymi, np. Konferencje Naukowo-Techniczne „Elektroenergetyczne linie napowietrzne

z przewodami izolowanymi” w Bielsko-Białej (rok 1994 i 1998). Problematyka linii

izolowanych stała się równieŜ tematem kilku sesji innych konferencji, jak na przykład

cyklicznych konferencji „Napowietrzna izolacja wysokonapięciowa w elektroenergetyce

NIWE” organizowanych przez Politechnikę Wrocławską, czy teŜ sympozjów „InŜynieria

Page 4: dr hab. in Ŝ. Aleksandra Rakowska Ŝ - STELEN · PN-E-05100-1, ustanowiona przez PKN 31 marca 1998 roku, dotyczyła jedynie projekto-wania i budowy elektroenergetycznych linii napowietrznych

4

Wysokich Napięć” organizowanych przez Politechnikę Poznańską.

Zainteresowanie liniami średnich napięć z przewodami izolowanymi i w osłonie

izolacyjnej notowano w Polsce juŜ od 1992 roku [6,8]. Początkowo linie z przewodami

izolowanymi, ze względu na ich znaczny koszt, były budowane tylko w przypadkach

przejścia linii przez tereny starodrzewia, parki krajobrazowe, itp. JednakŜe rozwój technologii

budowy i montaŜu tych linii oraz relatywne obniŜenie kosztów budowy spowodowało, Ŝe

w Polsce na koniec 1999 r. Sumaryczna długość linii izolowanych SN wynosiła juŜ ponad

700 km.

W Polsce nie wszyscy teoretycy i praktycy byli przekonani do szerokiego

wprowadzania do eksploatacji linii napowietrznych SN z przewodami w niepełnej izolacji.

Dyskusje merytoryczne, często bardzo ostre, prowadzone na temat tych nowych technologii

stosowanych w liniach średniego napięcia doprowadziły w końcu do ustalenia wspólnego

stanowiska [7], które moŜna było skrótowo określić w punktach:

• w polskich sieciach SN celowe jest stosowanie jedynie dostatecznie sprawdzonych

rozwiązań linii napowietrznych z przewodami w izolacji polimerowej,

• linie z przewodami w osłonie izolacyjnej spełniają wymagania w zakresie

koordynacji izolacji, ochrony przed poraŜeniami i ochrony przed przepięciami pod

warunkiem wyposaŜenia ich w nowoczesne ograniczniki przepięć,

• upowszechnienie linii w izolacji polimerowej w krajowych sieciach rozdzielczych

moŜe wpłynąć na poprawę warunków zasilania odbiorców.

Doświadczenia eksploatacyjne potwierdzają spodziewane korzyści ze stosowania linii

napowietrznych izolowanych. Dokonana analiza wyników przeprowadzonej w ramach

PTPiREE ankietyzacji wykazała, Ŝe znacząca większość zakłóceń polegała na zwarciu

przewodów przez upadające drzewa lub gałęzie, co nie powodowało wyłączenia linii. Dało

się takŜe zaobserwować coraz wyraźniejszą tendencję stosowania słupów drewnianych

w liniach izolowanych, prowadzonych zwłaszcza w terenach trudnodostępnych.

Ze względu na fakt, Ŝe linie napowietrzne izolowane stanowią, jak dotychczas

niewielki procent ogólnej długości linii energetycznych SN trudne jest przeprowadzenie

analizy awaryjności tych linii według obowiązujących kryteriów (np. współczynnik

awaryjności obliczany jako liczba uszkodzeń na 100 km linii w ciągu roku). Dodatkowo

naleŜy wspomnieć, Ŝe i okres eksploatacji linii izolowanych jest jeszcze ciągle stosunkowo

krótki. JednakŜe na podstawie dotychczas zebranych danych moŜna stwierdzić, Ŝe w liniach

wybudowanych zgodnie z wymogami technicznymi – doświadczenia eksploatacyjne są

bardzo pomyślne.

Page 5: dr hab. in Ŝ. Aleksandra Rakowska Ŝ - STELEN · PN-E-05100-1, ustanowiona przez PKN 31 marca 1998 roku, dotyczyła jedynie projekto-wania i budowy elektroenergetycznych linii napowietrznych

5

DuŜym utrudnieniem w projektowaniu i budowie linii z przewodami izolowanymi był

brak uwarunkowań formalno-prawnych. Obowiązująca pod koniec lat 90–tych norma

PN-E-05100-1, ustanowiona przez PKN 31 marca 1998 roku, dotyczyła jedynie projekto-

wania i budowy elektroenergetycznych linii napowietrznych z przewodami gołymi. Dopiero

w roku 2003 ustanowiono normę N-SEP E-003:2003 Elektroenergetyczne linie napowietrzne.

Projektowanie i budowa. Linie prądu przemiennego z przewodami roboczymi w pełnej

izolacji i niepełnej izolacji.

Obecnie stan prawny zmienił się po wycofaniu normy PN-E-05100 1:1998 nadaniu

przez PKN normom PN-EN 50341-1:2005 Elektroenergetyczne linie napowietrzne prądu

przemiennego powyŜej 45 kV i PN-EN 50432-1:2007 Elektroenergetyczne linie napowietrzne

prądu przemiennego powyŜej 1kV do 45 kV włącznie statusu Polskiej Normy.

Ochrona linii z przewodami izolowanymi od przepięć była w Polsce szeroko

dyskutowana od początku ich stosowania a więc od lat 90 –tych XX wieku.

Pierwszym historycznie systemem ochrony od przepięć był lansowany przez

producentów, układ roŜków i iskierników. Jednak późniejsze rozwaŜania teoretyczne

i prowadzone badania laboratoryjne wskazywały na konieczność opracowania ochrony od

przepięć w postaci ograniczników przepięć w miejsce sugerowanych roŜków ochronnych lub

iskierników.

Na kolejnych rysunkach przedstawiono kilka rozwiązań technicznych systemów

ochrony, które do dziś są stosowane w praktyce. Na rys.1 przedstawiono schemat działania

roŜków ochronnych. Wg producenta firmy ENSTO [12] wyładowanie zapala się pomiędzy

przewodem aluminiowym (na izolatorze) z konstrukcją. Jednak w wyniku działania siły

elektrodynamicznej jest one przenoszone w stronę odbiorcy po aluminiowym drucie na

koniec roŜka. W konsekwencji przeradza się w zwarcie trójfazowe, które jest następnie

wyłączane przez zabezpieczenie linii.

Rys.1 RoŜki jako system ochronny od skutków fali przepięciowej [12]

Page 6: dr hab. in Ŝ. Aleksandra Rakowska Ŝ - STELEN · PN-E-05100-1, ustanowiona przez PKN 31 marca 1998 roku, dotyczyła jedynie projekto-wania i budowy elektroenergetycznych linii napowietrznych

6

Producenci przygotowali takŜe tabelę z danymi dotyczącymi doboru systemu ochrony

w zaleŜności od spodziewanego prądu zwarcia trójfazowego. Ograniczniki przepięć były

rekomendowane wtedy zamiennie z iskiernikami (przy odległościach przewodów fazowych

mniejszych niŜ 70 cm) tylko dla stosunkowo małych prądów zwarcia (do 1 kA). Tabela ta

z małymi zmianami do dziś jest powielana w katalogach dotyczących projektowania linii SN.

W latach późniejszych (rok 2004) firma ENSTO [14] wprowadziła takŜe inne układy

ochrony przeciwłukowej, pełniące równieŜ rolę iskiernikowej ochrony przeciwprzepięciowej,

przedstawione na rys.2.

Rys.2 Układy ochrony przeciwłukowej SDI 20.2 oraz SDI25 [14]

Innym proponowanym rozwiązaniem ochrony od przepięć był iskiernik (rys.3)

opracowany w pierwszych latach wprowadzania do Polski technologii linii izolowanych.

Iskiernik ten była zaprojektowany w firmie Amper Kielce (Prosper Sosnowiec) [12].

Przedstawiony iskiernik był przebadany na Politechnice Śląskiej i zastosowany w liniach SN

wybudowanych przez firmę Amper w okolicach Kielc

Rys.3 Iskiernik typu RNI – Iix firmy AMPER dla izolatora stojącego [15]

Page 7: dr hab. in Ŝ. Aleksandra Rakowska Ŝ - STELEN · PN-E-05100-1, ustanowiona przez PKN 31 marca 1998 roku, dotyczyła jedynie projekto-wania i budowy elektroenergetycznych linii napowietrznych

7

Jeden ze znanych autorytetów z dziedziny techniki wysokich napięć prof. R.Kosztaluk

z Politechniki Warszawskiej, juŜ w roku 1996 na konferencji w Kielcach mówił [2], Ŝe

stosowanie iskierników jednoelektrodowych (drugą elektrodę stanowił uziemiony

poprzecznik), czy iskierników dwuelektrodowych wg jego oceny naleŜy uznać za „całkowicie

chybione” ze względu na duŜe wartości napięć zapłonu, wybitną zaleŜność charakterystyki

zapłonowej od biegunowości i stromości napięcia, prawie całkowite prawdopodobieństwo

przekształcenia się przeskoku w zwarcie doziemne i duŜe prawdopodobieństwo zwarć

międzyfazowych oraz skierowanie łuku na przewody, co powoduje uszkodzenie izolacji

a nawet całego przewodu. Mimo tak druzgocącej krytyki rozwiązania te stosowane są do dziś

w praktyce (rys.4) a o pewnych wadach tych rozwiązań mówią autorzy referatów

nt. doświadczeń eksploatacyjnych [9,10,11,13]. NajwaŜniejsze z nich to problem właściwej

regulacji przerwy międzyelektrodowej i utrzymanie jej w ciągu całej przewidywanej

eksploatacji linii.

Rys. 4 RoŜki i iskierniki w liniach SN (Energa S.A. Oddział Płock) [13]

Badania laboratoryjne iskierników międzyfazowych w formie tzw. podwójnego roŜka

przeprowadzone w laboratorium TWN w Politechnice Poznańskiej [3] wykazały ich

całkowitą nieprzydatność. Przeskoki występowały bowiem między drutami wiązałkowymi na

główkach izolatorów przy bardzo duŜych wartościach napięcia. We wnioskach do

Page 8: dr hab. in Ŝ. Aleksandra Rakowska Ŝ - STELEN · PN-E-05100-1, ustanowiona przez PKN 31 marca 1998 roku, dotyczyła jedynie projekto-wania i budowy elektroenergetycznych linii napowietrznych

8

opracowania sugerowano modyfikacje konstrukcji roŜków tak aby nie dopuścić do

wyładowania na izolatorze i spowodować obcięcie fali przepięciowej na odpowiednim

poziomie ochrony. Przeprowadzone badania wykazały takŜe duŜy wpływ na skuteczność

działania ochrony dla róŜnych wartości rezystancji uziemienia.

Rys. 5 Układ do badań laboratoryjnych w Instytucie Elektroenergetyki PP [3]

Badania przeprowadzone w Instytucie Energetyki [4] wykazały takŜe małą

skuteczność ochrony przed łukiem elektrycznym dla przypadku zasilania dwustronnego i dla

czasu trwania zwarcia dłuŜszego niŜ 0,5 sek. Autorzy opracowania sugerowali takŜe

konieczność przekonstruowania roŜków w celu poprawienia ich skuteczności przejmowania

stóp łukowych oraz zastosowanie wzmocnionego drutu aluminiowego łączącego roŜki

poprzez izolator.

Rys.6 Badania zwarciowe w Instytucie Energetyki w Warszawie [4]

Page 9: dr hab. in Ŝ. Aleksandra Rakowska Ŝ - STELEN · PN-E-05100-1, ustanowiona przez PKN 31 marca 1998 roku, dotyczyła jedynie projekto-wania i budowy elektroenergetycznych linii napowietrznych

9

Praktyka i wnioski wypływające z awarii, które wystąpiły w liniach SN z przewodami

w niepełnej izolacji, z ochroną w postaci układów łukochronnych (roŜków) wykazały,

Ŝe faktycznie przepięcia mogły spowodować zniszczenie izolacji czy teŜ upalenie i zerwanie

przewodu. Zainicjowany łuk nie ma moŜliwości przesuwania się wzdłuŜ przewodu,

a wypływa w punkcie uszkodzenia izolacji, co prowadzi najczęściej do upalenia

przewodu. Spowodowane było to faktem, Ŝe taka ochrona nie sprowadza ładunku

elektrycznego do ziemi a fala przepięciowa rozchodzi się wzdłuŜ linii. Natomiast

układ łukochronny powoduje co najwyŜej wyrównanie potencjału między przewodami

fazowymi [9].

Na rys. 7 przedstawiono przykład awarii polegającej na upaleniu się przewodu w

pobliŜu roŜka ochronnego.

Rys.7 Upalenie się przewodu w pobliŜu roŜka ochronnego w linii napowietrznej SN

Poziom ochrony układów realizowanych za

pomocą iskierników (w przypadku elementów łuko-

ochronnych trudno mówić o ochronie przeciw-

przepięciowej) jest zbyt wysoki stąd istnieje duŜe

prawdopodobieństwo, Ŝe fala przepięciowa rozładuje się

do gałęzi drzew, powodując zagroŜenie przestawione

schematycznie na rysunku nr 8. Na tym samym rysunku

przedstawiono takŜe skutki rozładowania fali –

uszkodzenia przewodów.

Page 10: dr hab. in Ŝ. Aleksandra Rakowska Ŝ - STELEN · PN-E-05100-1, ustanowiona przez PKN 31 marca 1998 roku, dotyczyła jedynie projekto-wania i budowy elektroenergetycznych linii napowietrznych

10

Rys.8 Przykłady uszkodzenia przewodu w przęśle linii napowietrznej SN

Wśród spotykanych problemów ze stosowaniem elementów łukochronnych lub

iskiernikowych [16] moŜna jeszcze wymienić:

• przeinwestowanie – nadmierna ilość elementów łukochronnych i iskierników

projektowana „na zapas” jako skutek braku zaufania do tego rodzaju ochrony przed

skutkami przepięć pochodzenia atmosferycznego,

• zwieranie przerwy iskiernikowej przez ptaki,

• moŜliwość odpadnięcia elementów iskiernikowych, niekompatybilnych pod względem

montaŜowym z izolatorem (błędy wykonawstwa lub doboru na etapie projektowania),

• zbyt duŜe przerwy iskiernikowe ustawiane z obawy zwierania przez ptaki co skutkuje zbyt

wysokim poziomem ochrony przeciwprzepięciowej (nawet przy uziemionych

iskiernikach).

NaleŜy równieŜ wspomnieć, Ŝe czas trwania zwarcia moŜe wynosić około

0,5 – 1 sekundy, tj. do czasu zadziałania urządzeń automatyki zabezpieczeniowej. Lecz jest to

na tyle czas długi aby w znacznym stopniu osłabić wytrzymałość mechaniczną przewodów

przez ubytek materiału Ŝyły przewodu w czasie eksploatacji linii. Ponadto rezystancja

zwarcia jest zdecydowanie ograniczona w miejscu kontaktu przewodu z ziemią

w porównaniu z warunkami zwarcia w przypadku zerwania przewodów gołych,

co stwarza dodatkowo zagroŜenie poraŜenia prądem elektrycznym w związku z trudnością

działania automatyki zabezpieczeniowej w takich warunkach pracy.

Page 11: dr hab. in Ŝ. Aleksandra Rakowska Ŝ - STELEN · PN-E-05100-1, ustanowiona przez PKN 31 marca 1998 roku, dotyczyła jedynie projekto-wania i budowy elektroenergetycznych linii napowietrznych

11

Podsumowanie

Tak krótka charakterystyka stosowanych układów zabezpieczających od skutków

przepięć w liniach napowietrznych SN, pozwala stwierdzić Ŝe opisane systemy ochrony

przeciwłukowej lub przeciwprzepięciowej opartej na iskiernikach - czy to w postaci

montowanych na przewodach roŜków czy iskierników montowanych na izolatorach - nie

spełniają w niektórych przypadkach właściwie swojej roli.

Rys.9 Przykład ochrony przeciwprzepięciowej zrealizowanej w oparciu o ograniczniki

przepięć typu SBK oferowane przez firmę BEZPOL

Narzuca się więc wniosek, Ŝe stosowanie układów łukochronnych, nawet uziemionych

skutkuje zbyt duŜym poziomem przepięć (wysoki poziom zapłonu iskiernika w odniesieniu

do poziomu ochrony ogranicznika przepięć), niebezpiecznym dla izolacji przewodów

i trwałości materiału Ŝył. W przypadku zastosowania ograniczników (rys. 9) przepięć

amplituda fali przepięciowej zostaje ograniczona do poziomu zdecydowanie niŜszego dzięki

charakterystykom ogranicznika przepięć w powiązaniu z odprowadzaniem ładunku

do ziemi, co z rosnącą jakością tych urządzeń oraz malejącą ich ceną wskazuje

właściwy kierunek ochrony przeciwprzepięciowej szczególnie linii z przewodami

niepełnoizolowanymi.

Page 12: dr hab. in Ŝ. Aleksandra Rakowska Ŝ - STELEN · PN-E-05100-1, ustanowiona przez PKN 31 marca 1998 roku, dotyczyła jedynie projekto-wania i budowy elektroenergetycznych linii napowietrznych

12

Literatura [1] N SEP –E –003 Elektroenergetyczne linie napowietrzne. Projektowanie i budowa. Linie

prądu przemiennego z przewodami pełnoizolowanymi oraz z przewodami niepełnoizolowanymi.

[2] Flisowski Z., Kosztaluk R. Metoda oceny zagroŜenia piorunowego linii napowietrznych srednich i niskich napięć. Konferencja Naukowo – Techniczna Kielce – Cedzyna 21-23 maj 1996.

[3] Kosztaluk R. Linie napowietrzne z przewodami izolowanymi. Stan obecny i kierunki rozwoju. Konferencja Naukowo – Techniczna Kielce – Cedzyna 21-23 maj 1996.

[4] Analiza wytrzymałości statycznej i udarowej linii elektroenergetycznych niskiego i średniego napięcia z przewodami izolowanymi oraz ocena koordynacji izolacji. Praca zbiorowa na zlecenie PTPiREE wykonana w Instytucie Elektroenergetyki PP grudzień 1995

[5] Badania układów izolacyjnych linii napowietrznych średniego napięcia z przewodami systemu PAS w warunkach występowania łuku prądu zwarciowego. Praca zbiorowa na zlecenie PTPiREE wykonana w Instytucie Energetyki ZUE Warszawa, grudzień 1996

[6] Rakowska A., Linie napowietrzne z przewodami izolowanymi w Spółkach Dystrybucyjnych - stan na koniec 1995, Biuletyn Informacyjny PTPiREE nr 5/9

[7] Gacek Z., Kosztaluk R., Paszek G. Krajowe linie napowietrzne średniego napięcia z przewodami w izolacji polimerowej, Przegląd Elektrotechniczny 2/1998

[8] Rakowska A., Grzybowski A., Tomczykowski J., Doświadczenia zakładów energetycznych z eksploatacji napowietrznych linii izolowanych niskiego i średniego napięcia, NIWE’2000, Bielsko-Biała, czerwiec, 2000

[9] Oleksa J. Ochrona linii PAS przed skutkami wyładowań atmosferycznych III Konferencja n-t. Elektroenergetyczne Linie Napowietrzne Niskiego i Średniego Napięcia PTPiREE Jaworze Górne 25 –26 maja 2006

[10] Orzechowski A., Linder P. Typowe błędy doboru i montaŜu osprzętu linii napowietrznych niepełnoizolowanych średniego napięcia budowanch na terenie Koncernu Energetycznego ENERGA S.A. Oddział w Gdańsku III Konferencja n-t. Elektroenergetyczne Linie Napowietrzne Niskiego i Średniego Napięcia PTPiREE Jaworze Górne 25 –26 maja 2006

[11] Nowak Z., Wojciechowski P. Doświadczenia eksploatacyjne linii napowietrznych nN z przewodami izolowanymi i SN w osłonie izolacyjnej w Zakładzie Energetycznym Łódź – Teren S.A. III Konferencja n-t. Elektroenergetyczne Linie Napowietrzne Niskiego i Średniego Napięcia PTPiREE Jaworze Górne 25 –26 maja 2006

[12] Grodecki P., Słowiński R., Ziobro P. Zalecenia do projektowania linii średniego napięcia z przewodami pokrywanymi izolacją XLPE w systemie PAS ENSTO POL Gdańsk 1998

[13] Murzyński J. Elektroenergetyczne linie napowietrzne średniego napięcia z przewodami izolowanymi Praca dyplomowa wykonana pod kierunkiem A. Grzybowskiego IE PP 2006

[14] Osprzęt do linii napowietrznych średniego napięcia z przewodami z osłonie izolacyjnej w systemie PAS Materiały f-my ENSTO Październik 2004

[15] Kotowski A. Doświadczenia w zakresie projektowania i budowy linii izolowanych SN i nn na przykładach wykonanych i eksploatowanych obiektów. Konferencja Naukowo – Techniczna AMPER PROSPER Kielce – Cedzyna 21-23 maj 1996.

[16] Wytyczne ochrony przepięciowej linii napowietrznych 15 i 30 kV w technologii PAS, nr 3/DS/2004, strona internetowa ENION S.A., Oddział w Krakowie, Zakład Energetyczny Kraków, pod adresem: http://www.enion.pl/res/krakow/kontrahenci/3_ds_2004.pdf