Gordan Mirošević Franjo Vidaković
Projektiranje, gradnja i održavanje dalekovoda
Izdavač KIGEN d.o.o. Za izdavača Erna Lojna Lihtar Urednik Nenad Lihtar Recenzenti prof. dr. sc. Ivo Uglešić Marijan Kalea, dipl. ing. Božidar Radmilović, dipl. ing. Grafički urednik Nedjeljko Zarić Oblikovanje naslovnice Sandra Ilievski Lektura Vera Vujović Tisak GZH d.o.o. CIP-zapis dostupan je u računalnom katalogu Nacionalne i sveučilišne knjižnice u Zagrebu pod brojem 664645. ISBN 978-953-6970-53-7 Sva prava pridržana. Nijedan dio ove knjige ne smije se umnožavati ili prenositi elektronički ili mehanički u bilo kojem obliku ili značenju, uključujući fotokopiranje, presnimavanje te bilo koji drugi sustav prenošenja informacija, bez pismene dozvole Izdavača i Autora.
Gordan Mirošević, dipl. ing. Franjo Vidaković, dipl. ing.
Projektiranje, gradnja i održavanje dalekovoda
Zagreb, lipanj 2008.
Povodom obilježavanja pedesete obljetnice osnutka prijenosne djelatnosti u Hrvatskoj, ovo izdanje posvećuje se svima koji su uložili svoj trud i znanje da bi djelatnost dosegla današnju tehničku, stručnu i organizacijsku razinu.
PREDGOVOR
U suradnji s tvrtkom Hrvatska elektroprivreda d.d. kao vlasnikom studije – projekta: TIPIZACIJA Dalekovoda 110 kV u SR Hrvatskoj (1986 g.) i uz pomoć tvrtke Dalekovod d.d. Zagreb kao izrađivačem, provedene su neophodne korekcije, novelacije i dopune sadržaja koje danas nalaže novo Tehničko zakonodavstvo, normativna dokumentacija, tehnologije i alati za projektiranje i gradnju dalekovoda. Prikazom aktivnosti i postupaka, u ovoj obradi pokušali smo ukazati na svu složenost zahtjeva koji predstoje gospodarskim subjektima na rješavanju propusne moći prijenosnog i distributivnog sustava za osiguranje očekivanih potreba električne energije u dovoljnim količinama. Važeća zakonska regulativa s podzakonskim aktima nameće visoke standarde za izgradnju dalekovoda svih naponskih razina kroz prostorno-plansku dokumentaciju, minimalizaciju utjecaja na okoliš, ograničenja elektromagnetskih utjecaja, zaposjedanje prostora i slično. Predstavljeni sadržaj namijenjen je svim stručnim osobama iz područja elektroenergetike već uključenim u sustav dobave, ili onima koji se tek žele uključiti u djelatnost bilo kao planeri, projektanti, graditelji ili korisnici dalekovoda. Namjera je autora kroz pojedina poglavlja približiti svu opsežnost aktivnosti, postupaka i radnji neophodnih u fazi pripreme, projektiranja i gradnje dalekovoda, i to posebice onim stručnim kadrovima koji se žele posvetiti toj djelatnosti. Glede raspoloživosti i sigurnosti dalekovoda, u poglavlju Održavanje i eksploatacija dalekovoda dana je mogućnost usporedbe vlastitih aktivnosti s onima kojima pravilnik za održavanje obvezuje korisnike.
Gordan Mirošević, dipl. ing. el.
Franjo Vidaković, dipl. ing. el.
Sadržaj 1. UVOD ............................................................................................................................... 1 1.1. OPĆENITO O MREŽAMA PRIJENOSNIH I DISTRIBUCIJSKIH VODOVA .......................................................................... 1 1.2. ODABIR REFERENTNOG NAPONA ZA PRIKAZ OČEKIVANIH AKTIVNOSTI NA GRADNJI DALEKOVODA.................................................. 5 2. UTJECAJ OKOLIŠA NA PROJEKTIRANJE, GRADNJU I ODRŽAVANJE DALEKOVODA U POGONU........................................................................................ 6 2.1. OPĆENITO O ODNOSU DALEKOVODA I OKOLIŠA.................................... 6 2.2. IZBOR TRASE – POLAZIŠTA ............................................................................. 7 2.3. KLIMATSKI UVJETI .......................................................................................... 12 2.3.1. Temperatura ................................................................................................... 12 2.3.2. Dodatni teret................................................................................................... 13 2.3.3. Vjetar.............................................................................................................. 17 2.3.4. Mjerenje i obrada meteoroloških podataka .................................................... 18 2.3.5. Aerozagađenje................................................................................................ 20 2.3.6. Atmosferska pražnjenja.................................................................................. 20 2.4. UTJECAJ DALEKOVODA NA OKOLIŠ.......................................................... 21 2.5. UKLAPANJE DALEKOVODA U PROSTOR................................................... 21 2.5.1. Problematika osiguranja koridora .................................................................. 22 2.5.2. Utjecaj približavanja i prelaženja preko drugih građevina ............................. 24 2.5.3. Utjecaj na korištenje zemljišta ....................................................................... 26 2.5.4. Vizualni utjecaji ............................................................................................. 28 2.5.5. Električki efekti.............................................................................................. 38 2.5.6. Utjecaj gradnje i održavanja........................................................................... 41 3. ELEKTRIČKI I MEHANIČKI PARAMETRI DALEKOVODA 110 kV ............... 43 3.1. OSNOVNI PARAMETRI MREŽE 110 kV ........................................................ 43 3.2. METODOLOGIJA IZBORA PRESJEKA VODIČA I ZAŠTITNE UŽADI ZA NADZEMNE VODOVE 110 kV .............................. 44 3.2.1. Osnovni kriteriji za izbor vodiča .................................................................... 44 3.2.2. Osnovni kriteriji za izbor zaštitne užadi......................................................... 50 3.3. DOZVOLJENO STRUJNO OPTEREĆENJE VODIČA .................................. 52 3.3.1. Deterministički model određivanja dozvoljenih strujnih opterećenja vodiča............................................................................. 53 3.3.2. Probabilistički i real-time modeli određivanja dozvoljenih struja opterećenja vodiča.......................................................................................... 54 3.3.3. Tablični prikaz dozvoljenih strujnih opterećenja za promatrane presjeke vodiča ............................................................................................................. 55
3.4. KONSTANTE VODA ........................................................................................... 58 3.4.1. Proračun konstanta – općenito ....................................................................... 58 3.4.2. Direktne i nulte uzdužne impedancije i poprečne admitancije po jedinici duljine voda kod struja pogonske frekvencije .............................. 60 3.4.2.1. Jednostruki vod ...................................................................................... 61 3.4.2.2. Dvostruki vod odnosno paralelni vodovi ............................................... 61 3.4.3. Parametri neovisni o duljini voda................................................................... 63 3.4.3.1. Valni otpor ............................................................................................. 63 3.4.3.2. Konstanta prodiranja .............................................................................. 63 3.4.3.3. Valna brzina ........................................................................................... 64 3.4.3.4. Valna duljina .......................................................................................... 64 3.4.4. Parametri ovisni o duljini voda ...................................................................... 64 3.4.4.1. Nadomjesna π- i T-shema ...................................................................... 64 3.4.4.2. Opće konstante prijenosnih jednadžbi.................................................... 65 3.4.4.3. Impedancija praznog hoda i impedancija kratkog spoja ........................ 66 3.4.4.4. Formule za izračunavanje konstanti voda .............................................. 66 3.4.5. Tablični pregled konstanti izgrađenih karakterističnih vodova 110 kV na području Hrvatske ............................................................................ 68 3.4.6. Zaključak........................................................................................................ 72 3.5. ZAŠTITA OD PRENAPONA............................................................................... 72 3.5.1. Zaštitno uže .................................................................................................... 76 3.5.2. Uzemljenje stupova dalekovoda..................................................................... 77 3.5.3. Osnovni zaključci........................................................................................... 81 3.6. Izolacija voda ......................................................................................................... 81 3.6.1. Električki parametri za dimenzioniranje izolatorskih lanaca.......................... 82 3.6.2. Mehanički parametri dimenzioniranja izolatora ili izolatorskih razina .......... 84 3.7. Osnovni mehanički parametri voda..................................................................... 84 3.7.1. Elektromehanički i mehanički faktori sigurnosti............................................ 84 3.7.1.1. Izolatorski lanci...................................................................................... 85 3.7.1.2. Stezaljke i ostali dijelovi izolatorskih lanaca ......................................... 86 3.7.2. Maksimalno radno naprezanje vodiča i zaštitnog užeta ................................. 86 3.7.3. Srednje godišnje naprezanje vodiča i zaštitnog užeta .................................... 88 3.7.4. Rasponi i zatezna polja................................................................................... 91 3.8. Struje kratkog spoja i njihova raspodjela ........................................................... 93 3.8.1. Općenito ......................................................................................................... 93 3.8.2. Vrste neispravnosti......................................................................................... 94 3.8.3. Nadomjesne impedancije mreže..................................................................... 98 3.8.4. Proračun struja kratkog spoja ....................................................................... 102 4. DEFINIRANJE ELEMENATA DALEKOVODA ................................................... 107 4.1. STUPOVI ............................................................................................................. 107 4.1.1. Izbor konstrukcije i oblika stupa za jednosistemske i dvosistemske dalekovode........................................................................... 107
4.1.1.1. Konstrukcija stupova............................................................................ 107 4.1.1.2. Materijal konstrukcije .......................................................................... 110 4.1.1.3. Zaštita od korozije................................................................................ 110 4.1.1.4. Izbor oblika stupa................................................................................. 111 4.1.1.5. Vrste stupova........................................................................................ 115 4.1.1.6. Osnovni dijelovi stupa.......................................................................... 115 4.1.1.7. Primjena konstrukcije stupova na kosom terenu .................................. 117 4.1.1.8. Geometrijski oblik stupa ...................................................................... 117 4.1.1.9. Orijentacija konzola na stupovima oblika glave „jela“ ........................ 119 4.1.1.10. Zaključak.............................................................................................. 120 4.1.2. Dimenzioniranje glave stupa ........................................................................ 121 4.1.2.1. Dimenzioniranje glave stupa prema važećoj zakonskoj regulativi....... 121 4.1.2.1.1 Dimenzioniranje glave stupa s obzirom na propisane udaljenosti vodič – konstrukcija stupa.......................... 122 4.1.2.1.2 Dopušteni električki rasponi.......................................................... 130 4.1.2.1.3 Maksimalno dopušteni provjesi .................................................... 134 4.1.2.1.4 Maksimalno dopušteni rasponi...................................................... 136 4.1.2.2. Dimenzioniranje glave stupa s obzirom na stabilnost konstrukcije...... 146 4.1.3. Opterećenje stupa ....................................................................................... 148 4.1.3.1. Opterećenje stupa prema važećoj zakonskoj regulativi........................ 148 4.1.3.2. Opterećenje stupa sa stajališta iskoristivosti elemenata konstrukcije... 161 4.1.3.3. Proračun stupa...................................................................................... 162 4.1.4. Izbor stupova................................................................................................ 169 4.1.4.1. Svrstavanje stupova sa stajališta ekonomičnosti primjene ................... 169 4.1.4.1.1 Nosivi stupovi ............................................................................... 169 4.1.4.1.2 Zatezni stup ................................................................................... 172 4.1.4.2. Svrstavanje stupova sa stajališta izbora elemenata konstrukcije.......... 176 4.2. TEMELJI ............................................................................................................. 180 4.2.1. Klasifikacija karakteristika tla za proračun temelja ..................................... 180 4.2.1.1. Uvod..................................................................................................... 180 4.2.1.2. Karakteristike tla................................................................................. 180 4.2.2. Izbor načina izrade i oblika temelja ............................................................. 182 4.2.3. Proračun temelja........................................................................................... 184 4.2.3.1. Općenito............................................................................................... 184 4.2.3.2. Proračun ............................................................................................... 185 4.2.3.3. Geomehanička ispitivanja .................................................................... 186 4.2.3.4. Metoda proračuna temelja.................................................................... 186 4.2.3.5. Osnovni izrazi za proračun temelja ...................................................... 187 4.2.4. Izbor temelja................................................................................................ 190 4.2.4.1. Uvod..................................................................................................... 190 4.2.4.2. Geomehaničke karakteristike i proračun.............................................. 191
4.2.4.3. Izbor oblika i dimenzija temelja........................................................... 191 4.2.4.4. Osnovni oblici temelja ......................................................................... 192 4.3. VODIČI ................................................................................................................ 197 4.3.1. Vodiči do sada najčešće u uporabi ............................................................... 197 4.3.2. Sistematizacija presjeka vodiča.................................................................... 198 4.3.3. Izbor maksimalnih radnih naprezanja vodiča............................................... 201 4.4. ZAŠTITNO UŽE ................................................................................................. 203 4.4.1. Najčešći do sada upotrebljavani materijali i presjeci zaštitne užadi............. 203 4.4.2. Sistematizacija zaštitne užadi....................................................................... 203 4.4.3. Izbor maksimalnih radnih naprezanja zaštitnog užeta.................................. 204 4.5. MEHANIČKI PRORAČUN UŽETA ................................................................ 206 4.5.1. Suvremeni proračun provjesa....................................................................... 207 4.5.2. Proračun montažnih tablica .......................................................................... 210 4.6. OSTALI PROBLEMI VEZANI ZA UŽAD DALEKOVODA ........................ 213 4.6.1. Kompenzacija trajnog izduženja užadi......................................................... 213 4.6.1.1. Osnovno o neelastičnom izduženju...................................................... 213 4.6.1.2. Kompenzacija trajnog izduženja užeta u toku eksploatacije dalekovoda ..................................................................... 215 4.6.1.3. Montaža užeta ...................................................................................... 217 4.6.1.4. Preporuke na bazi dosadašnjih iskustava ............................................. 217 4.6.2. Rastojnici i rastojnici-prigušivači za vodiče u snopu ............................. 218 4.6.3. Zaštita vodiča i zaštitne užadi od mehaničkih oscilacija .............................. 219 4.6.3.1. Eolske vibracije.................................................................................... 219 4.6.3.2. Raspored prigušivača u rasponu........................................................... 220 4.6.3.3. Vibracije u podrasponima .................................................................... 222 4.6.3.4. Galopiranje........................................................................................... 222 4.7. IZOLACIJA DALEKOVODA ........................................................................... 223 4.7.1. Izbor tipa izolatora ....................................................................................... 223 4.7.2. Izbor ovjesne opreme za izolatorske lance................................................... 229 4.7.3. Dimenzioniranje izolacije ............................................................................ 231 4.7.3.1. Električno dimenzioniranje izolatorskih lanaca ................................... 231 4.7.3.2. Mehaničko dimenzioniranje izolatorskih lanaca .................................. 236 4.7.3.3. Dimenzioniranje razmaka .................................................................... 236 4.7.4. Mehaničko dimenzioniranje ovjesnog i spojnog materijala ......................... 237 4.7.5. Izolatorski lanci............................................................................................ 239 4.7.6. Zavješenje izolatorskih lanaca na stup ......................................................... 242 4.8. OSTALA OVJESNA I SPOJNA OPREMA...................................................... 242 4.8.1. Zavješenje zaštitnog užeta na stup ............................................................... 242 4.8.2. Spajanje vodiča i zaštitne užadi na dalekovodima ....................................... 245 4.9. UZEMLJENJE STUPOVA ................................................................................ 247 4.9.1. Mjerenje specifičnog otpora tla.................................................................... 247 4.9.2. Vrste uzemljivača......................................................................................... 249 4.9.3. Dimenzioniranje uzemljivača....................................................................... 251
4.9.4. Tipska rješenja uzemljivača ......................................................................... 254 4.9.5. Mjerenje otpora uzemljenja stupova ............................................................ 258 5. SISTEM IZRADE DOKUMENTACIJE I GRADNJA DALEKOVODA .............. 261 5.1. Dokumentacija za izgradnju i održavanje dalekovoda .................................... 261 5.1.1. Idejni projekt ................................................................................................ 271 5.1.1.1. Sadržaj idejnog projekta dalekovoda ................................................... 271 5.1.1.2. Opis izrade idejnog projekta ................................................................ 272 5.1.2. Investicijski program.................................................................................... 274 5.1.3. Glavni projekt............................................................................................... 275 5.1.3.1. Opća knjiga .......................................................................................... 276 5.1.3.2. Elektrotehnički projekt......................................................................... 276 5.1.3.3. Građevinski projekt.............................................................................. 277 5.1.3.4. Elaborat za nepotpuno izvlaštenje........................................................ 278 5.1.4. Izvedbeni projekt.......................................................................................... 278 5.1.5. Dokumentacija za održavanje dalekovoda ................................................... 279 5.2. DOBAVA OPREME I STUPOVA..................................................................... 280 5.2.1. Obrada podataka za nabavu opreme i stupova ............................................. 280 5.2.2. Nabava opreme i stupova sa stajališta izvođača radova ............................... 281 5.3. ORGANIZACIJA GRADNJE DALEKOVODA UZ PRIMJENU SUVREMENE TEHNOLOGIJE ....................................................................... 283 5.3.1. Pripremni radovi........................................................................................... 284 5.3.2. Organizacija građevinskih radova ................................................................ 288 5.3.3. Organizacija elektromontažnih radova......................................................... 290 5.4. TROŠKOVNIK.................................................................................................... 293 6. ODRŽAVANJE I KORIŠTENJE DALEKOVODA ................................................ 295 6.1. OPĆENITO O ODRŽAVANJU I KORIŠTENJU DALEKOVODA.............. 295 6.2. PRAVILNIK O ODRŽAVANJU NADZEMNIH VODOVA 110 kV.............. 296 6.2.1. Opći dio........................................................................................................ 296 6.2.1.1. Uvod..................................................................................................... 296 6.2.1.2. Definicije pojmova............................................................................... 296 6.2.1.3. Opseg primjene Pravilnika................................................................... 300 6.2.1.4. Organizacija rada ................................................................................. 300 6.2.1.5. Planiranje i priprema rada .................................................................... 301 6.2.1.6. Kontrola provedbe radova.................................................................... 302 6.2.1.7. Dokumentacija o provedenim radovima .............................................. 302 6.2.2. Radovi i rokovi održavanja .......................................................................... 303 6.3. MEHANIZACIJA I ALATI ZA ODRŽAVANJE DALEKOVODA .............. 306
7. PREGLED OSNOVNIH ZAKONA, PRAVILNIKA, ODREDABA I NORMA KOJIH SE TREBA PRIDRŽAVATI PRILIKOM PROJEKTIRANJA VISOKONAPONSKIH VODOVA.......................................... 308 7.1. 7.2. 7.3. 7.4.
ZAKONI............................................................................................................... 308 Pravilnici i Tehnički propisi ............................................................................... 309 Uredbe, upute, uvjeti, pravila i slično ................................................................ 310 Norme ................................................................................................................... 311
POPISTABLICA.............................................................................................................. 314 LITERATURA ................................................................................................................. 317
1. UVOD 1.1 OPĆENITO O MREŽAMA PRIJENOSNIH I DISTRIBUCIJSKIH VODOVA Elektroenergetski sustav za prijenos i distribuciju električne energije u Republici Hrvatskoj ima mreže razvrstane kako slijedi (slika 1.1) • • • •
Prijenosna mreža s naponima 110 kV, 220 kV i 400 kV, Srednjenaponska mreža s naponima 10 kV, 20 kV i 35 kV, Niskonaponska mreža 0,4/0,23 kV i elektroenergetska postrojenja – rasklopišta i transformacije.
Osim navedenih u primjeni se mogu naći i drugi zaostali visoki naponi iznad 1 000 V izmjenično. Prikazano razvrstavanje električne mreže po naponima je načelno, jer kod priključka velikih potrošača može doći do odstupanja, što ovisi o klasifikaciji i angažiranoj snazi. Počeci gradnje prijenosnog sustava u Hrvatskoj datiraju iz vremena između Prvog i Drugog svjetskog rata, a do pravog razvoja dolazi tek u razdoblju obnove i poslijeratne izgradnje 1945.–1955. godine. Sve do pojave prvih vodova 220 kV sredinom '50. godina prošlog stoljeća, mreža 110 kV predstavljala je osnovu prijenosnog sustava Hrvatske. Izgradnja 220 kV, a kasnije i 400 kV vodova nije usporila razvoj 110 kV dijela, koji u nastaloj situaciji preuzima funkciju tzv. primarne distribucije, pa time njegov daljnji razvoj još više dobiva na značenju. U perspektivi je za očekivati, da će se ovakva uloga 110 kV mreže mijenjati. U većem dijelu 110 kV potrošačkih čvorišta transformacija je na 35 kV, pa ova naponska razina preuzima daljnji distributivni razvod. Uz novi trend sve više favorizirane direktne transformacije 110/20 kV (a u prelaznoj fazi 110/10 kV) približit će 110 kV napon još više distribuciji. Na slici 1.2 dan je topografski prikaz prijenosnog sustava Hrvatske s vezama prema susjednim državama i uklapanjem na 400 kV naponu u europski sustav. Na slici 1.3 dan je shematski prikaz prijenosnog sustava Hrvatske prilagođen zemljopisnom obliku. Distribucijski sustav bilježi svoje početke na prijelazu iz 19. na 20. stoljeće i od tada ima stalni razvojni uzlet. Prikaz distribucijskog sustava je prezahtjevan za ovu obradu, odgovarajuća veličina formata nije prikladna za odabrane dimenzije tiskanog dijela, a smanjeni format bio bi nepregledan.
2
Slika 1.1: Opći shematski prikaz elektroenergetskog sustava
3
Slika 1.2: Hrvatski elektroenergetski sustav s okruženjem
4
Slika 1.3: Prijenosna mreža 400, 220 i 110 kV Hrvatske (nazivna 2010. godina)
