Technologie

Strunobetonowe żerdzie wirowane jako konstrukcje wsporcze dla elektroenergetycznych linii napowietrznych 110 kV

Historia elektroenergetyki i przesyłu energii elektrycznej w Polsce zna wiele rozwiązań konstrukcji wsporczych dla linii napowietrznych 110 kV, które na terenie naszego kraju pełnią rolę dystrybucyjną energii elektrycznej. Na przestrzeni lat, wraz z pojawianiem się nowych koncepcji, lepszych materiałów i efektywniejszej technologii, rozwiązania te ulegały ulepszaniu i dynamicznym zmianom.

Na przełomie aktualnie już nieco odległych lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych jako konstrukcje wsporcze dla jednotorowych napowietrznych linii 110 kV stosowano np. słupy z serii SBO (rys. 1, rys. 2) o konstrukcji bramowej wykonane z żerdzi strunobetonowych typu BSW.

Rys. 1 – słup z serii SBO

W następnych latach wraz w pojawieniem się możliwości sprawnego zabezpieczenia antykorozyjnego konstrukcji stalowych, w postaci cynkowania ogniowego prym wieść zaczęły słupy kratowe, które aktualnie najczęściej można spotkać, w przypadku linii jednotorowych 110 kV są to słupy serii B2, S24 i B24, a w przypadku linii dwutorowych są to słupy serii O24 i OS24. Te dotychczasowe, bardzo popularne serie słupów nie są już stosowane w nowobudowanych liniach 110 kV i zostały zastąpione nowymi seriami słupów kratowych np. EB24, EBW24, EO24 i EOW24 autorstwa Energoprojekt-Kraków S.A., które są odpowiedzią na coraz większe wymagania klientów oraz na wprowadzenie nowych aktów normatywnych regulujących wymagania gabarytowe i wprowadzające zwiększone obciążenia konstrukcji. Zastosowanie tych konstrukcji jest bezpośrednio związane z wdrożeniem zapisów nowej normy europejskiej PN-EN 50341-1 oraz załącznika krajowego do tej normy.Oprócz słupów kratowych, w ofercie projektantów i producentów konstrukcji wsporczych znaleźć możemy także słupy stalowe rurowe oraz słupy, w których jako trzon wykorzystano strunobetonowe żerdzie wirowane.

Rys. 2 – sylwetka słupa z serii SBO

W niniejszym artykule, pragniemy przedstawić i skupić się na rozwiązaniach konstrukcyjnych dla modernizowanych i nowobudowanych elektroenergetycznych liniach napowietrznych 110 kV, wypracowanych wspólnymi siłami przez projektantów i specjalistów z firmy Strunobet-Migacz Sp. z o.o. oraz biura Energoprojekt-Kraków S.A., gdzie jako trzony konstrukcji wsporczych dla jedno i dwutorowych linii napowietrznych 110 kV wykorzystano właśnie strunobetonowe żerdzie wirowane.

Strunobetonowe żerdzie wirowane jako trzony słupów 110 kV

Jak do tej pory strunobetonowe żerdzie wirowane głównie znajdowały zastosowanie jako podpory dla napowietrznych i napowietrzno-kablowych linii elektroenergetycznych niskiego i średniego napięcia, linii telekomunikacyjnych, słupowych stacji transformatorowych, również jako konstrukcje wsporcze elektrycznej trakcji kolejowej, tramwajowej i trolejbusowej. Znajdują one tak szerokie zastosowanie ze względu na szereg zalet, wśród których między innymi można wymienić ich nowoczesny i estetyczny wygląd, niewielką w stosunku do innych rozwiązań zajętość terenu, długoletnią eksploatację bez wykonywania zabiegów konserwacyjnych czy wyeliminowanie zjawiska kradzieży i wandalizmu gdzie często występuje ono w przypadku konstrukcji stalowych.

Rozwój technologii, a wraz z tym zwiększone możliwości w zakresie nośności żerdzi oraz ustawiczne poszerzanie wiedzy technicznej, pozwoliło na przeniesienie wykorzystania strunobetonowych żerdzi wirowanych na kolejny poziom i zastosowanie ich jako konstrukcje wsporcze dla linii napowietrznych 110 kV. Jedną z pierwszych inwestycji gdzie z sukcesem zastosowano strunobetonowe żerdzie wirowane jako konstrukcje wsporcze dla jednotorowej linii napowietrznej 110 kV była modernizacja linii 110 kV Wykroty-Bolesławiec. W budowie linii oryginalnie zastosowano słupy serii SBO i Sc, po modernizacji natomiast jako konstrukcje wsporcze pojawiły się słupy przelotowe na strunobetonowych żerdziach wirowanych produkcji firmy WIRBET i pełnościenne stalowe słupy mocne produkcji firmy Kromiss-Bis.
Innym znanym przykładem stosowania strunobetonowych żerdzi wirowanych w liniach 110 kV jest modernizacja linii 110 kV Kietrz-Głubczyce o długości ok. 19,5 km. W inwestycji tej jako słupy istniejące były zastosowane słupy serii SBO. W celu poprawy stanu technicznego linii oraz zwiększenia jej możliwości przesyłowych zdecydowano się na przebudowę linii i w związku z tym niemal wszystkie słupy linii, zarówno przelotowe jak i mocne, zostały zastąpione słupami, których trzon stanowią jednoczęściowe strunobetonowe żerdzie wirowane produkcji firmy Europoles.

Nowa seria słupów strunobetonowych dla jedno i dwutorowych linii 110 kV

Jako owoc pracy projektantów i specjalistów z firmy Strunobet -Migacz Sp. z o.o. i biura Energoprojekt-Kraków S.A. oraz jako odpowiedź na restrykcyjne wymagania nowych norm i potrzeb rynku powstała nowa seria słupów dla jedno i dwutorowych linii 110 kV z wykorzystaniem strunobetonowych żerdzi wirowanych produkcji firmy Strunobet-Migacz Sp. z o.o. zastosowanych jako trzony konstrukcji wsporczych. Seria ta może być zastosowana zarówno w nowobudowanych liniach 110 kV jak i do przebudowy istniejących linii, które wybudowano z wykorzystaniem starych typowych stalowych serii słupów 110 kV jak np. S12, S24, Sc185, B2 oraz na konstrukcjach betonowych serii SBO.

Jednotorowy słup typu P1 gotowy do rozwieszenia przewodów

W zaprojektowanej serii słupów jednotorowych przewidziano dwa słupy przelotowe typu P1 (dla przęsła podstawowego) i P2 (dla zmniejszonych przęseł) oraz cztery typy słupów mocnych: M3, M6, M9 i K, dostosowane do pracy przy różnych kątach załomu, a ostatni jako słup krańcowy.

Dla linii dwutorowych gotowe do stosowania są słupy przelotowe typu P1 (dla przęsła podstawowego) i P2 (dla zmniejszonych przęseł), natomiast słupy mocne są aktualnie w przygotowaniu.

Na terenie Polski słupy te znajdą zastosowanie na obszarze strefy wiatrowej I i strefy sadziowej S1 zgodnie z normą PN-EN 50331-3-22, co stanowi ok. 72%

powierzchni kraju. Przewiduje się przygotowanie serii słupów tego typu, dostosowanej do pracy na obszarze strefy wiatrowej II i strefy sadziowej S2, aczkolwiek takie rozwiązanie może być przygotowane indywidualnie już teraz na życzenie inwestora.

Słupy te przystosowane są do zawieszenia powszechnie stosowanego na tym poziomie napięcia podstawowego przewodu roboczego czyli przewodu typu AFL- 6 240 mm2 oraz przewodu odgromowego AFL-1,7
70 mm2 lub AFL-1,7 95 mm2 bądź ekwiwalentnego przewodu skojarzonego z włóknami światłowodowymi typu OPGW. Dodatkowo, mając na uwadze potrzebę patrzenia w przyszłość oraz stosowania rozwiązań nowoczesnych, słupy z tej serii przystosowano także do pracy z przewodami typu 408-AL1F/34-UHST1, co zapewnia szeroki zakres zastosowania słupów z punktu widzenia prądu obciążenia linii i warunków zwarciowych.

Podstawowa wersja słupa jednotorowego standardowo przewiduje trójkątny układ przewodów, lecz prace nad rozwojem tego rozwiązania nie ustają i nowa seria słupów w oparciu strunobetonowe żerdzie wirowane będzie rozwijana w kierunku przygotowania słupów leśnych o pionowym układzie przewodów oraz przygotowania serii słupów małogabarytowych z zastosowaniem poprzeczników izolacyjnych, które umożliwiają budowę linii kompaktowych.

Słup jednotorowy

Słup dwutorowy

Bardzo ważnym aspektem etapu projektowania nowej linii napowietrznej bądź planowania przebudowy istniejącej, jest analiza przebiegu linii i bezpośrednio związane z tym przebiegiem określenie ilości oraz typów wymaganych konstrukcji wsporczych. Możliwość zastosowania jak najmniejszej ilości słupów w linii to więcej pieniędzy w portfelu Inwestora. Wychodząc naprzeciw potrzebom właśnie takiej optymalizacji, nową serię słupów zaprojektowano do pracy przy dużych dopuszczalnych długościach przęseł, większych w stosunku do dotychczas stosowanych serii słupów. Wartości te wynoszą 350 m dla przęsła wiatrowego, 400 m dla przęsła gabarytowego oraz 440 m dla przęsła ciężarowego.

Przygotowane wersje wysokościowe słupów pozwalają z powodzeniem zawieszać przewody, które w maksymalnej temperaturze pracy 80°C, zachowają wymagane odległości od ziemi określone w normie oraz wynikające z wymagań przepisów dotyczących ochrony środowiska. Możliwe do wyprodukowania trzony słupów przelotowych pozwalają również na opracowanie dodatkowych ponadnormatywnych podwyższeń słupów.

Podstawowe parametry nowoprojektowanych konstrukcji wsporczych
Słupy jednotorowe
Typ słupa Wymiary słupa
h [m] H [m] φ [mm]
P1 +0 15,4 21,1 803
P1 +3 18,4 24,1 848
P1 +6 21,4 27,1 893
P1 +9 24,4 30,1 938
P2 +0 9,4 15,1 713
P2 +3 12,4 18,1 758
P2 +6 15,4 21,1 803
P2 +9 18,4 24,1 848
M3 +0 10,5 18,0 983
M3 +3 13,5 21,0 1028
M3 +6 16,5 24,0 1073
M3 +9 19,5 27,0 1118
M6 +0 10,5 18,0 1208
M6 +3 13,5 21,0 1253
M6 +6 16,5 24,0 1298
M6 +9 19,5 27,0 1343
M9 +0 16,5 24 1298
M9 +3 19,5 27 1343
KR +0 10,5 18,0 1208
KR +3 13,5 21,0 1253
KR +6 16,5 24,0 1298
KR +9 19,5 27,0 1343
Słupy dwutorowe
P1 +0 14,7 24,0 983
P1 +3 17,7 27,0 1028
P1 +6 20,7 30,0 1073
P1 +9 23,7 33,0 1118
P2 +0 8,7 18,0 893
P2 +3 11,7 21,0 938
P2 +6 14,7 24,0 983
P2 +9 17,7 27,0 1028
M3 +0 10,5 18,0 983
M3 +3 13,5 21,0 1028

 

Nowatorskie rozwiązanie techniczne poprzeczników słupów

Poprzeczniki słupów z trzonami ze strunobetonowych żerdzi wirowanych zaprojektowano jako stalowe blachownicowe elementy. Mają one przekrój prostokątny o zmiennej sztywności. Wzdłuż poprzeczników zaplanowano montaż relingów do asekuracji. Wszystkie elementy poprzeczników są mocowane ze sobą za pomocą spawania. Mocowanie poprzecznika do konstrukcji strunobetonowej żerdzi wirowanej wykonane jest za pomocą śrub wkręcanych w nagwintowane stalowe gniazda osadzone w słupie na etapie ich produkcji. To innowacyjne „ukryte” połączenie poprzecznika ze słupem, będące rozwiązaniem opatentowanym przez firmę Strunobet-Migacz daje duże udogodnienia dla tej serii słupów takie jak skrócony czas montażu, możliwość szybkiej wymiany stalowego poprzecznika nawet po kilkudziesięciu latach eksploatacji, jak również daje możliwość wymiany poprzecznika na mocniejszy gdyby zaszła taka potrzeba. Ponadto niska masa zaprojektowanych poprzeczników oraz mała ilość elementów składowych daje niższe koszty budowy linii napowietrznej 110 kV.

Mocowanie poprzecznika

Rozwiązanie to, ze względu na swoje nowatorstwo i oryginalność zostało opatentowane w Urzędzie Patentowym RP nr Patent PL 228290.

Takie rozwiązanie techniczne budowy poprzeczników zostało przebadane wytrzymałościowo przez specjalistów w laboratorium Politechniki Wrocławskiej. Badania wykazały, iż zaprojektowane poprzeczniki posiadające mniejszą masę w stosunku do konkurencyjnych rozwiązań, wykazały się spełnieniem wszystkich założeń projektowych z odpowiednim marginesem bezpieczeństwa.

Fundamenty

Dla każdego typu słupa przygotowano fundamenty dla gruntów o dobrej i słabej nośności. Przewidziano zastosowanie fundamentów studniowych o średnicy od 1,5 do 2 m i głębokości od 3 m do 5 m. Dla słabszych typów gruntów można zastosować fundamenty palowe. Jako podstawowe rozwiązanie przewidziano budowę fundamentu wyposażonego w kosz kotwowy, za pomocą którego można połączyć fundament ze słupem żerdziowym. Słupy są przykręcane do fundamentu przy wykorzystaniu śrub kotwiących zabetonowanych w fundamencie. Taki sposób połączenia słupa z fundamentem daje możliwość szybkiego montażu co znacznie ułatwia modernizowanie istniejących linii lub budowę nowej linii w pobliżu istniejącej infrastruktury między innymi ze względu na skrócone czasy wyłączeń. Tego typu połączenie słupa z fundamentem może mieć zastosowanie dla terenów gdzie mogą występować szkody górnicze ze względu na możliwość rektyfikacji nachylenia słupa. Jeśli zaistniałaby taka potrzeba, przewidziano także konstrukcję fundamentu studniowego przeznaczonego do montażu słupa bez płyty ustojowej – w tym przypadku słup żerdziowy jest wpuszczany do fundamentu. Jest to rozwiązanie możliwe do zastosowania przy budowie linii bez ograniczeń związanych z czasem jej budowy. Zastosowanie takich rozwiązań pozwala na ograniczenie kosztów budowy.

Podsumowanie i wnioski

Celem specjalistów z firmy Strunobet-Migacz Sp. z o.o. i biura Energoprojekt-Kraków S.A. było stworzenie serii słupów 110 kV z wykorzystaniem strunobetonowych żerdzi wirowanych jako trzonów konstrukcji wsporczych, wpisującej się w aktualne potrzeby rynku, restrykcyjne wymagania norm i przepisów oraz oczekiwania inwestorów. Czy cel udało się zrealizować? Tak, a świadczy o tym szereg zalet nowej serii słupów i jej szerokie możliwości stosowania.

Po pierwsze zastosowanie tego typu słupów wiąże się z mniejszą zajętością terenu w stosunku do słupów stalowych o konstrukcji kratowej, a nawet w stosunku do stalowych słupów pełnościennych, gdyż ta technologia pozwala na stosowanie konstrukcji sztywniejszych, co wiąże się z ich mniejszymi średnicami przy tych samych parametrach użytkowych. Po drugie właściciel linii 110 kV wykonanej z wykorzystaniem strunobetonowych żerdzi wirowanych zapewnia sobie spokój i oszczędność w zakresie eksploatacji takiej linii. Konstrukcje strunobetonowe są trwałe, odporne na warunki pogodowe i posiadają długi czas nieprzerwanego użytkowania. Do ewentualnej renowacji pozostają jedynie poprzeczniki, które dzięki swojej nowatorskiej konstrukcji mogą być sprawnie demontowane i montowane.

Po trzecie przebudowa istniejących linii elektroenergetycznych 110 kV bardzo często nie jest związana tylko z ich wiekiem, ale także z potrzebą zwiększenia ich możliwości przesyłowych. Konstrukcje strunobetonowe umożliwiają osiągnięcie tego celu z wykorzystaniem tradycyjnych rozwiązań w zakresie przewodów elektroenergetycznych, gdzie aktualnie królują i jeszcze pewnie przez długi czas będą przewody stalowo-aluminiowe typu AFL.

Za serię słupów strunobetonowych spółka Strunobet-Migacz otrzymała wyróżnienie podczas międzynarodowych targów energetycznych Energetab 2018

Strunobet-Migacz Sp. z o. o.

Kolejowa 1

49-340 Lewin Brzeski

Click to comment

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

To Top