Badania Naukowe

Słupy kablowe linii wysokiego napięcia w środowisku

opublikowany przez redakcja 21 lipca 2015 0 komentarzy

W artykule przedstawiono problem związany z lokalizowaniem słupów kablowych w miejscach ogólnie dostępnych dla ludności z uwagi na dotrzymanie wartości dopuszczalnych pól elektromagnetycznych w środowisku. Scharakteryzowano różnorodne linie energetyczne z uwagi na występowanie pól elektromagnetycznych w ich otoczeniu w odniesieniu do słupów kablowych. Podano sposoby na zmniejszeniu obszaru tych oddziaływań oraz na ograniczenie dostępu do tego terenu.

Pobierz artykuł w PDF

Wstęp

Tematyka oddziaływań linii energetycznych wysokiego napięcia na środowisko związana z polem elektromagnetycznym jest popularna z uwagi na ilość i różnorodność rozwiązań konstrukcyjnych na terenie Polski. Następująca ich rozbudowa wraz z modernizacją wiąże się zawsze z podstawowym pytaniem o ich wpływ na zdrowie ludności.
Większość dotychczasowych opracowań koncentrowała się na liniach napowietrznych. Aktualnie na terenie kraju powstają podziemne linie kablowe wysokiego napięcia uważane powszechnie za rozwiązanie o wiele korzystniejsze dla środowiska niż napowietrzne. Niewątpliwe zalety takiego rozwiązania to ograniczenie emisji składowej elektrycznej pola elektromagnetycznego generowanego przez linie energetyczne kablowe oraz ograniczenie obszaru związanego z ograniczonym użytkowaniem terenu w jej sąsiedztwie. Do wad należy jednak zaliczyć wysoki koszt budowy lub modernizacji linii wysokiego napięcia do standardu podziemnej linii kablowej oraz wzrost znaczenia składowej magnetycznej pola elektromagnetycznego. Dodatkowo powstaje problem jej oddziaływania na środowisko w miejscu, gdzie linia napowietrzna staje się linią kablową, czyli w obszarze jej usytuowania na słupach kablowych.

Wymagania przepisów

Oddziaływanie pól elektromagnetycznych jest tematem licznych prac naukowych. Prace te są prowadzone od bardzo dawna. Międzynarodowe organizacje naukowe i organizacje takie jak Światowa Organizacja Zdrowia realizują programy, których celem jest koordynacja prowadzonych na świecie badań, dotyczących oddziaływania pól na zdrowie ludzi.
W Polsce aktualnie obowiązujące rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 30 października 2003 r. w sprawie dopuszczalnych poziomów pól elektromagnetycznych w środowisku oraz sposobów sprawdzania dotrzymania tych poziomów [1] określa następujące wartości dopuszczalne dla terenów:
przeznaczonych pod zabudowę mieszkaniową 1 kV/m dla składowej elektrycznej oraz 60 A/m dla składowej magnetycznej, ogólnie dostępnych dla ludności 10 kV/m dla składowej elektrycznej oraz 60 A/m dla składowej magnetycznej.
Biorąc pod uwagę wyżej przywołane wymagania i przepisy, można stwierdzić, iż w przypadku, gdy w otoczeniu obiektu będącego źródłem pól elektrycznego i magnetycznego nie ma obszarów, na których występują takie pola o wartościach natężeń wyższych od określonych w ww. rozporządzeniu jako dopuszczalne, to nie ma podstaw do stwierdzenia negatywnego wpływu tych pól na zdrowie ludzi.
Dodatkowo zgodnie z rozporządzeniem wykonuje się pomiary pól elektromagnetycznych dla linii i stacji energetycznych o napięciu powyżej 110 kV, a w sąsiedztwie linii kablowych wyznacza się jedynie składową magnetyczną.

Słup kablowy

Słup kablowy jest konstrukcją nietypową, ale coraz częściej stosowaną w praktyce, szczególnie tam, gdzie istotne jest uwolnienie jak największej części gruntu od ograniczeń związanych z eksploatacją napowietrznej linii elektroenergetycznej. W przypadku linii niskiego i średniego napięcia konstrukcje słupów są dużo mniejsze niż w przypadku linii wysokiego napięcia, podobnie jak i moce przenoszone przez linie.
W przypadku typowej linii napowietrznej wysokiego napięcia problem stanowi zachowanie dopuszczalnych wartości składowej elektrycznej pola elektromagnetycznego, natomiast w przypadku podziemnej linii kablowej decydująca jest składowa magnetyczna. Słup kablowy, na którego konstrukcji następuje przejście z linii napowietrznej w linię podziemną jest miejscem, gdzie znaczenie na ograniczenie w użytkowaniu terenu traci wpływ składowa elektryczna a istotna staje się składowa magnetyczna.
Słup kablowy jest zazwyczaj konstrukcją specjalną z uwagi na zwiększone wymagania mechaniczne dla takiego słupa. Widok takiego słupa pokazano na fot. 1.

Fot. 1. Słupy kablowe 110 kV – różne rozwiązania techniczne: słup kratownicowy i słup rurowy.

Fot. 1. Słupy kablowe 110 kV – różne rozwiązania techniczne: słup kratownicowy i słup rurowy.

Podsumowanie

Na fot. 1 przedstawiono sylwetki słupów kablowych linii dwutorowych 110 kV. Zaletą tego drugiego rozwiązania jest mniejsza zajętość terenu z uwagi na węższy trzon słupa.
Słup taki zbudowany jest z trzonu o trzech parach poprzeczników fazowych (słup linii dwutorowej, ale może być więcej w przypadku większej ilości torów), przytwierdzonych do trzonu elementów wsporczych dla trzech par głowic kablowych i zabezpieczających je ograniczników przepięć. Ograniczniki przepięć zainstalowane są na tych słupach z uwagi na konieczność ochrony odgromowej. Dodatkowo od strony linii napowietrznej umieszczone są łańcuchy izolatorów. Z uwagi na rozmaitość konstrukcji słupów głowice kablowe montowane są na różnych wysokościach, ale cechą wspólną jest prowadzenie obok siebie kabli wysokiego napięcia po trzonie słupa do ziemi. Jedyną mechaniczną osłoną tych kabli jest zwykle blacha, ale dostęp do słupa zwykle nie jest niczym ograniczony.

Pole elektromagnetyczne przy słupach kablowych

Jak wynika z doświadczeń i prac naukowych Instytutu Energetyki pole magnetyczne o częstotliwości 50 Hz w sąsiedztwie słupów kablowych jest często bagatelizowane przez ich projektantów, wykonawców i właścicieli. W przypadku typowej eksploatacji linii kablowych w warunkach miejskich można spodziewać się wartości zbliżonych do 60 A/m w odległości ok. 1,5 m od trzonu słupa kablowego wysokiego napięcia, w przypadku słupów zlokalizowanych przy elektrowni są to wartości znacznie wyższe.
Specyfika rozkładu składowej magnetycznej pola elektromagnetycznego 50 Hz polega na tym, że składowa ta, maleje nieliniowo wraz z oddalaniem się od jego źródła.
Właściwość tą można wykorzystać ograniczając dostęp do słupa w celu zapewnienia, że w miejscach dostępnych dla ludności nie przekroczona zostanie wartość 60 A/m zgodnie z rozporządzeniem [1].
Dodatkowym sposobem obniżenia wartości składowej magnetycznej jest właściwe ułożenie przewodów z ich jednoczesną konfiguracją faz.
Kolejnym zagadnieniem jest zmienność obciążenia linii energetycznych w czasie doby, ale i roku. W związku z tym faktem wartości pola magnetycznego przy takim słupie powinny być skorygowane o poprawki uwzględniające te czynniki. Nie występowanie wartości zbliżonych do dopuszczalnych w chwili pomiarów bynajmniej nie oznacza, że takie warunki nie mogą tu wystąpić. Jest to szczególnie istotne w związku z faktem, że wzrasta zapotrzebowanie na energię elektryczną i należy się liczyć z coraz większym przepływem mocy (prądu) w tych liniach.

Podsumowanie

Problem występowania pól magnetycznych przy słupach kablowych jest mało znany i często bagatelizowany. Słupy takie znajdują się często w miejscach ogólnie dostępnych – w parkach, przy centrach handlowych, przy budynkach mieszkalnych i innych.
Istnieją możliwości ograniczenia występowania takich obszarów w środowisku, a ich przykłady pokazano na fot 2. Oprócz najbardziej wydawałoby się oczywistej metody ograniczenia polegającej na zbudowaniu specjalnych ekranów ograniczających pole magnetyczne, ale niestety mało efektywnym ze względów technicznych i ekonomicznych, warto mieć na uwadze dwa inne sposoby:

  • optymalizacja ułożenia kabli na trzonie słupa w celu zminimalizowania wzajemnych oddziaływań miedzy nimi;
  • zbudowanie fizycznych barier i wygrodzenie obszaru ograniczonego użytkowania w sąsiedztwie słupa kablowego.

Wobec coraz większej powszechności słupów kablowych należy się liczyć z możliwością przekroczenia dopuszczalnych pól magnetycznych w środowisku przy kablach oraz z koniecznością ograniczenia dostępu osób postronnych.

Fot. 2 Przykłady sposobów ograniczenia dostępu do słupów kablowych w miejscach ogólnie dostępnych dla ludności (po lewej stronie słup linii 110 kV, po prawej słup linii średniego napięcia)

Fot. 2. Przykłady sposobów ograniczenia dostępu do słupów kablowych w miejscach ogólnie dostępnych dla ludności (po lewej stronie słup linii 110 kV, po prawej słup linii średniego napięcia)

Wnioski końcowe

Dostęp do przewodów roboczych usytuowanych wzdłuż członu słupa kablowego powinien być ograniczony poprzez zastosowanie ekranu z blachy (najlepiej stalowej), która w znacznym stopniu ogranicza wartość składowej magnetycznej 50 Hz pola elektromagnetycznego.
Przy projektowaniu słupów kablowych wysokiego napięcia należy określić wartość maksymalną prądu, jaki może płynąć przewodami roboczymi w celu wyznaczenia obszaru w jego otoczeniu, w którym składowa magnetyczna 50 Hz pola elektromagnetycznego jest nie większa niż wartość graniczna w środowisku ogólnie dostępnym wg [1].
Minimalizację obszaru można uzyskać także metodą właściwego ułożenia przewodów z jednoczesną konfiguracją ich faz wzdłuż członu słupa kablowego.
W sytuacjach, w których minimalizacja składowej magnetycznej jest niemożliwa do wykonania, zaleca się wykonanie wokół słupa kablowego barier w celu wygrodzenia obszaru, gdzie nie mogą przebywać osoby postronne.

Literatura:

[1] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 30 października 2003 r. w sprawie dopuszczalnych poziomów pól elektromagnetycznych w środowisku oraz sposobów sprawdzania dotrzymania tych poziomów (Dz. U. Nr 192, poz. 1883)

Piotr PAPLIŃSKI, Hubert ŚMIETANKA
Instytut Energetyki, Pracownia Oddziaływań Środowiskowych i Ochrony Przepięciowej, 01-330 Warszawa, ul. Mory 8

Warto zobaczyć

Zostaw komentarz