RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP 2367247 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:.03. 002979.2 (13) (1) T3 Int.Cl. H02G 1/04 (06.01) H01B / (06.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: 09.03.16 Europejski Biuletyn Patentowy 16/ EP 2367247 B1 (4) Tytuł wynalazku: Sposób układania przewodów linii napowietrznej dla linii napowietrznych wysokiego napięcia () Pierwszeństwo: (43) Zgłoszenie ogłoszono: 21.09.11 w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 11/38 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono:.09.16 Wiadomości Urzędu Patentowego 16/09 (73) Uprawniony z patentu: Lumpi-Berndorf Draht- und Seilwerk GmbH, Linz, AT (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP 2367247 T3 PETER FIERS, Berndorf, AT HEINRICH POHLMANN, Erzhausen, AT (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Teresa Kuczyńska POLSERVICE KANCELARIA RZECZNIKÓW PATENTOWYCH SP. Z O.O. ul. Bluszczańska 73 00-712 Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).
1 8P37974PL00 EP 2 367 247 B1 Opis 1 2 [0001] Wynalazek dotyczy sposobu układania przewodów linii napowietrznej dla linii napowietrznych wysokiego napięcia, przy czym układane przewody są utworzone jako przewody rdzeniowe, które posiadają rdzeń z jednego lub wielu drutów rdzeniowych i płaszcz z wielu drutów płaszczowych, przy czym przewody są zamocowane na słupach i między słupami są napinane z zadanym naciągiem. Taki sposób jest znany z dokumentu DE-C- 749396. [0002] Przewody linii napowietrznej są stosowane w obszarze wysokiego napięcia do przesyłu energii elektrycznej, przy czym przewody linii napowietrznej są mocowane na słupach za pomocą zacisków i izolatorów. Słupy mogą być słupami przelotowymi i słupami odporowymi. Odstęp słupów wynosi na przykład dla poziomu 1 kv od 0 do 400 m oraz dla poziomu 400 kv od 400 do 600 m. Ze względu na długość łuku zwisających przewodów oraz ze względu na wymagane odstępy bezpieczeństwa zwisających przewodów od ziemi słupy muszą posiadać odpowiednią wysokość. W miarodajnych przepisach podawane są przy tym maksymalne naciągi dla różnych przewodów linii napowietrznej; wynikający z nich wymiar łuku determinuje wysokości słupów, przez co zostają zachowane minimalne odstępy między przewodami fazowymi linii napowietrznej i innymi krzyżującymi się pod nimi liniami jak również odstępy od ziemi przy wszystkich przypadkach obciążenia. Maksymalny naciąg pojawia się z reguły w przypadku obciążenia "- C i obciążenie sadziowe", największy zwis przy maksymalnie dopuszczalnej temperaturze roboczej przewodów linii napowietrznej, ponieważ zwis
2 1 2 powiększa się z reguły przy wyższych temperaturach przez rozszerzanie się materiału. [0003] Z uwzględnieniem tych warunków brzegowych, w ubiegłym stuleciu wybudowano różne linie napowietrzne dla różnych poziomów napięcia sieci elektroenergetycznej. Przy instalowaniu linii uwzględniano także odpowiednio obciążenia statyczne, które oddziałują na słupy i fundamenty. Z różnych powodów (np. liberalizacja rynku energii elektrycznej, zamykanie starych elektrowni, zasilanie energii z elektrowni wiatrowych) w niedawnej przeszłości znacząco zmieniły się rozpływy mocy w sieciach wysokiego nacięcia, tak że ciągle dochodzi do wąskich gardeł na poszczególnych liniach. Istnieje przy tym generalnie potrzeba, aby projektować przewody linii napowietrznej dla jak najwyższych mocy przesyłowych. [0004] Jedna możliwość, aby projektować przewody linii napowietrznej dla wyższych elektrycznych mocy przesyłowych, polega na zwiększaniu przekrojów przewodów. Zwiększanie przekrojów przewodów prowadzi jednak do znacznego zwiększenia masy przewodów. Istniejące słupy nie są do tego z reguły zaprojektowane. Zasadniczo istnieje wprawdzie możliwość, aby wymieniać słupy, a zatem projektować je dla większych przekrojów przewodów z wyższymi elektrycznymi mocami przesyłowymi. Jest to jednak kosztochłonne i w szczególności czasochłonne, zwłaszcza że z reguły trzeba przeprowadzać nowe procedury uzyskania pozwolenia. Z uwzględnieniem obowiązujących norm przekroje przewodów można powiększać i tak tylko nieznacznie. Modernizacja dla osiągalnych przez to korzyści jest z reguły zbyt nieekonomiczna.
3 1 2 [000] W ostatnich pięćdziesięciu latach w Europie Środkowej instalowano głownie przewody aluminiowostalowe lub przewody AlMgSi (przewody aldrejowe). Są to przewody rdzeniowe z rdzeniem stalowym i płaszczem aluminiowym. Stosowane druty aluminiowe bądź druty ze stopu aluminiowego posiadają wysoką wytrzymałość materiału, która jest uzyskiwana przez ciągnienie na zimno. Te wytrzymałości materiału są wymagane w całym czasie eksploatacji przewodów. Maksymalna temperatura robocza tego rodzaju przewodów linii napowietrznej jest przy tym z powodów mechanicznych limitowana do 80 C. Gdy przewody ze względu na wąskie gardła przepustowości doznają wyższego obciążenia, wtedy prowadzi to do przekraczania dopuszczalnej temperatury przewodów i wskutek tego do osłabienia wytrzymałości drutów aluminiowych. [0006] Wychodząc od tego problemu mniej więcej lat temu opracowano stop aluminiowy (TAL), który umożliwia, aby przewody były eksploatowane z wyższymi temperaturami roboczymi, bez osłabienia wytrzymałości drutów aluminiowych. Ten efekt jest uzyskiwany przez cyrkon jako składnik stopu. Maksymalna temperatura robocza w przypadku drutów TAL wynosi około C. Nowsze rozwiązania umożliwiają temperatury aż do C. Gdy konwencjonalne druty aluminiowe w przewodach aluminiowo-stalowych (przewodach Al/stal) są wymieniane na posiadające jednakową średnicę druty TAL, w przypadku tych przewodów TAL/stal mogą być realizowane odpowiednio wyższe natężenia prądu z wykorzystaniem wyższej temperatury roboczej. Moce przesyłowe mogą być zwiększane o 0-0%. Zaleta tej technologii polega na tym, że - ze względu na tę samą konstrukcję przewodu - statyka słupa może pozostać bez zmian, ponieważ nie
4 1 2 dochodzi do żadnych wzrostów obciążenia. Wadą przy tym zastępowaniu konwencjonalnych przewodów Al/stal przez przewody TAL/stal jest to, że zwisy przewodów zwiększają się na tyle, iż nie można już zachować minimalnych odstępów od ziemi. Zastępowanie konwencjonalnych przewodów Al/stal przez nowsze przewody TAL/stal może być zatem stosowane tylko w przypadku takich linii, w przypadku których dysponuje się wystarczająco dużymi odstępami od ziemi lub w przypadku których nie wykorzystuje się w pełni możliwych wysokich temperatur roboczych. [0007] Wychodząc od tej objaśnionej problematyki w niedawnej przeszłości opracowano nowsze przewody rdzeniowe. Tak więc w przypadku konwencjonalnych przewodów rdzeniowych TAL/stal i przewodów TAL/Stalum ( Stalum stanowi skrót od niemieckiego określenia STahl Aluminium UMmantelte, oznaczającego druty stalowe w płaszczu/oplocie z aluminium), rdzeń stalowy, który ma współczynnik rozszerzalności cieplnej wynoszący ok. 12 µm/m*k, został zastąpiony przez nowoczesną niklową stal stopową, a mianowicie przez tak zwany inwar. Ten inwar jest też określany jako HACIN (High Strength Aluminium Clad Invar). Ten stop ma współczynnik rozszerzalności cieplnej w zakresie 4-6 µm/m*k. Ponieważ aluminium posiada współczynnik rozszerzalności wynoszący ok. 23 µm/m*k, dla całego przewodu (TAL/HACIN) daje to łącznie mniejszy współczynnik rozszerzalności cieplnej niż w przypadku konwencjonalnych przewodów TAL/stal. Gdy nowoczesne przewody rdzeniowe TAL/HACIN są obciążane prądem do standardowej temperatury wynoszącej 80 C, nadają się one pod kątem wydłużenia termicznego nieznacznie lepiej niż konwencjonalne przewody. Przy dalszym zwiększeniu
temperatury, druty aluminiowe (TAL lub ZTAL), ze względu na znacznie wyższe współczynniki rozszerzalności w stosunku do rdzenia stalowego HACIN, wydłużają się na tyle, że od określonej temperatury - tak zwanego punktu przejścia - druty leżą na rdzeniu HACIN całkowicie bez naprężenia, to znaczy bez naprężenia mechanicznego. Od tego punktu przejścia dalsza zmiana długości całego przewodu w przęśle linii napowietrznej zależy już tylko od zmiany długości drutów HACIN. Ta opisana charakterystyka fizyczna prowadzi do charakterystyki wykreślnej z dwoma różnymi nachyleniami. Przy mniejszej temperaturze (poniżej punktu przejścia) występuje wyższy współczynnik rozszerzalności cieplej, zaś przy wyższej temperaturze 1 (powyżej punktu przejścia) występuje mniejszy współczynnik rozszerzalności cieplnej przewodu. Ta charakterystyka występuje zasadniczo przy wszystkich przewodach rdzeniowych bądź zespolonych materiałach przewodowych. Punkt przejścia w przypadku konwencjonalnych przewodów Al/stal leży powyżej C do 0 C. Te temperatury są poza obciążeniami użytkowymi, a zatem nie mogą zostać wykorzystane. W przypadku przewodów TAL/stal lub TAL/Stalum, punkt przejścia leży również jeszcze powyżej 0 C, a zatem z 2 reguły nie może być wykorzystany dla linii ze względu na odstępy od ziemi. W przypadku nowoczesnych przewodów TAL/HACIN ten punkt przejścia, który tworzy niejako punkt załamania charakterystyki wykreślnej, leży mniej więcej w zakresie od 1 do 140 C. [0008] Przewody rdzeniowe a w szczególności nowoczesne przewody rdzeniowe TAL/HACIN sprawdziły się zatem zasadniczo w praktyce. Technologia ta ma jednak
6 1 2 potencjał rozwojowy. Tutaj wykorzystywany jest wynalazek. [0009] Poza tym znane są tak zwane "przewody GAP", które posiadają rdzeń stalowy, na którym utworzony jest oplot z warstwy drutów profilowych (Z)TAL, między którą a stalowym rdzeniem utworzona jest szczelina, a z tą warstwą graniczy warstwa drutów okrągłych (Z)TAL. Rdzeń stalowy chwytany jest w obszarze uchwytu oddzielnie od drutów (Z)TAL i jest naciągany z dokładnie zdefiniowanym naciągiem. Ma to taki efekt, że te warstwy drutów przy wzroście temperatury zbliżają się do stanu bez naciągu, zaś od punktu kolanowego lub punktu przejścia już tylko stal utrzymuje naciąg. Jednakże takie "przewody GAP" ze względu na konstrukcję szczelinową są bardzo trudne do zainstalowania. Czas montażu podwaja się i wymagany jest przy tym szczególnie dobrze wyszkolony zespół montażowy. [00] U podstaw wynalazku leży zadanie stworzenia sposobu układania przewodów linii napowietrznej dla linii napowietrznych wysokiego napięcia opisanego na wstępie rodzaju, dzięki któremu można zoptymalizować zakres zastosowania bądź warunki eksploatacji przewodów rdzeniowych z konwencjonalnych materiałów. [0011] Do rozwiązania tego zadania proponuje się sposób układania przewodów linii napowietrznej dla linii napowietrznych wysokiego napięcia według zastrzeżenia 1. [0012] Ten sposób można zastosować w przypadku przewodów (Z)TAL/HACIN, to znaczy jako druty rdzeniowe są stosowane druty HACIN, a jako druty płaszczowe są stosowane druty (Z)TAL. Przewody te są przy tym przeprężane z takim wskazaniem, że druty płaszczowe, np. druty (Z)TAL są przeprężane plastycznie, a druty
7 1 2 rdzeniowe, np. druty HACIN są przeprężane (jedynie) elastycznie. [0013] Wynalazek bazuje przy tym na wiedzy, że przez przeprężanie bądź wstępne przeprężanie przewodów rdzeniowych w zakresie plastycznym punkt przejścia można przesunąć ku niskim temperaturom. Dzięki takiemu przesunięciu punktu przejścia bądź punktu kolanowego charakterystyki wykreślnej dla rozszerzalności cieplnej również przy wyższych temperaturach dochodzi zatem do znacznie mniejszego zwisu przewodów. Umożliwia to optymalne wykorzystanie technicznych zalet przewodów (Z)TAL/HACIN, ponieważ przewody bez zwiększania przekroju a zatem również bez zwiększania masy mogą być eksploatowane przy wyższych temperaturach a zatem również z wyższymi mocami przesyłowymi, bez znacząco zmieniającego się przez to zwisu przewodów. Nastawienie punktu przejścia już na bardzo niskie temperatury prowadzi do tego, że cała siła rozciągająca przy niskich temperaturach jest przejmowana przez rdzeń HACIN. Charakterystyka rozszerzalności cieplnej zostaje zatem planowo zmieniona, tak że przy prawidłowo trwale naciągniętych przewodach występują mniejsze zwisy przewodów przy wysokich temperaturach przewodów. Przy stosowaniu takich przewodów bądź przy zgodnym z wynalazkiem układaniu tego rodzaju przewodów, słupy przelotowe - w porównaniu z konwencjonalnymi przewodami - przez jednakowe ciśnienie wiatru nie doznają żadnych wyższych obciążeń i ze względu na jednakowe siły rozciągające, obliczone na - C plus obciążenie sadziowe, nie dochodzi również do podwyższania słupów odporowych. Przy zachowaniu odstępów od ziemi przy przewodach ułożonych zgodnie z wynalazkiem, można teraz
8 1 2 realizować znacznie większe przesyły energii na istniejących liniach. [0014] W przeciwieństwie do opisanych na wstępie przewodów GAP z konstrukcją szczelinową, w ramach wynalazku można korzystać z konwencjonalnych kompaktowych konstrukcji przewodów, a w szczególności z przewodów TAL/HACIN bądź (Z)TAL/HACIN. Te kompaktowe konstrukcje przewodów są identyczne z konstrukcjami konwencjonalnych przewodów AL/stal, tak że mogą być one mocowane przy użyciu zwykłej techniki zacisków i mogą być instalowane według standardowych metod montażu. W ramach wynalazku szczególne znaczenie ma przy tym to, że przewody (Z)TAL/HACIN w trakcie montażu zostają wstępnie przeprężone a przy tym druty (Z)TAL zostają odkształcone plastycznie, aby przesunąć punkt przejścia jak najdalej na dół. Druty HACIN pozostają przy tym w zakresie elastycznym. [001] Zasadniczo jest przy tym możliwe, aby wymagane wstępne przeprężanie ze związanym odkształceniem plastycznym wykonywać już w toku produkcji przewodów linii napowietrznej, to znaczy niejako jeszcze "w fabryce". [0016] Aby jednak uniknąć problemów występujących wtedy ewentualnie przy montażu przewodów, wynalazek w szczególnie korzystnej postaci wykonania proponuje, aby przeprężać przewody dopiero podczas układania, a szczególnie korzystnie dopiero po zamocowaniu przewodów na słupach, ponieważ jest pożądane, aby w momencie układania przewodów (jeszcze) wszystkie druty były jednakowo naciągnięte i nie występują żadne przesunięcia warstw w trakcie czynności układania. Po zainstalowaniu przewodów druty (Z)TAL powinny jednak posiadać mniejszy naciąg niż druty HACIN.
9 1 2 [0017] Aby to osiągnąć, istnieje możliwość, aby wytwarzać przewody (Z)TAL/HACIN najpierw konwencjonalnie bądź stosować konwencjonalnie wytworzone przewody rdzeniowe, na przykład przewody (Z)TAL/HACIN, i układać je również z wykorzystaniem konwencjonalnej techniki na linii od bębna poprzez hamulec i rolki toczne do stanowiska wciągarki. Dopiero potem przewód linii napowietrznej zostaje przeprężony przy użyciu bardzo dużych sił w zadanym przedziale czasu, tak że dochodzi do plastycznego wydłużenia metalowych drutów, np. drutów TAL, ponieważ korzystnie przeprężanie odbywa się z takim wskazaniem, że plastycznie zostają wydłużone (jedynie) druty płaszczowe, na przykład druty TAL, podczas gdy druty rdzeniowe, na przykład druty HACIN, zostają wydłużone jedynie w zakresie elastycznym. [0018] Wysokość plastyfikacji jest zależna od wysokości siły rozciągającej i od czasu obciążenia. Korzystnie wstępne przeprężanie odbywa się w czasie ponad minut, korzystnie ponad minut. Celowy może być więc przedział czasu od do 1 minut, na przykład od 1 do 90 minut. Badania praktyczne wykazały, że przedział czasu od do 60 minut może spowodować już znaczną plastyfikację warstw drutów (Z)TAL. [0019] Plastyczne wstępne przeprężanie odbywa się przy tym szczególnie korzystnie z siłą rozciągającą, która odpowiada mniej więcej do 60% (obliczeniowej) siły zrywającej przewodu. Gdy zaraz potem przewód linii napowietrznej jest naciągany ze zwykłymi naciągami (od 1 do % obliczeniowej siły zrywającego przewodu), dla których zaprojektowana jest linia, wtedy obserwuje się, że przy rozgrzaniu się przewodów linii napowietrznej
1 2 punkt załamania bądź punkt przejścia przesuwa się o mniej więcej do K ku mniejszym temperaturom. Wielkość tego przesunięcia zależy od stosunku przekroju (Z)TAL/HACIN, od wysokości przeciągnięcia bądź wysokości wstępnego przeprężania i od czasu oddziaływania. [00] Korzystne jest, że przeprowadzenie przeciągania bądź przeprowadzenie wstępnego przeprężania może odbywać się z wykorzystaniem jednakowych maszyn, bądź jednakowych urządzeń napinających, które są stosowane także przy układaniu przewodów linii napowietrznej. Może być jednak korzystne, aby stosować własne maszyny bądź urządzenia podnoszące i wciągające jako urządzenia napinające, za pomocą których przez stosunkowo krótki przedział czasu można wytworzyć wtedy wymagane siły rozciągające. Dzięki temu można zoptymalizować i przyspieszyć proces układania, ponieważ podczas gdy wysokie siły rozciągające są wytwarzane za pomocą specjalnych urządzeń, wciągarka może być już ponownie wykorzystywana do układania kolejnych przewodów linii napowietrznej. [0021] Objaśniono już, że wymagane siły rozciągające są wprowadzane szczególnie korzystnie podczas układania bądź po zamocowaniu przewodów linii napowietrznej na słupach. Wzmocnienie już i tak istniejących słupów mimo to z reguły nie jest konieczne. W każdym razie w obszarze słupów przelotowych, które doznają tylko niewielkich dodatkowych obciążeń, środki wzmacniające z reguły nie są konieczne. Przy słupach odporowych mogą być jednak celowe bądź konieczne wzmocnienia, i to z reguły na stanowisku wciągarki i na stanowisku bębna, gdzie przy montażu wzmacniane są punkty zawieszenia
11 1 przewodów np. za pomocą kotwy czołowej. Przez przewieszenie rolek tocznych na trzon słupa, na czas wprowadzania wysokiej siły i wysokiego naciągu przewodu, można również odciążyć poprzeczniki słupa. [0022] Konieczne wstępne przeprężanie może być realizowane szczególnie korzystnie jako przeprężanie przez ciągnięcie, przez wytworzenie koniecznych sił rozciągających. Alternatywnie lub uzupełniająco plastyfikacje drutów (Z)TAL mogą jednak odbywać się również przez planową zmianę kierunku prowadzenia przewodów na zdefiniowanych promieniach gięcia. Miejsce tej plastyfikacji powinno przy tym znajdować się dopiero za pierwszym krążkiem tocznym, aby zapobiec koszyczkowym wybrzuszeniom na przewodach. Lumpi-Berndorf Draht- und Seilwerk GmbH Pełnomocnik:
12 8P37974PL00 EP 2 367 247 B1 Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób układania przewodów linii napowietrznej dla linii napowietrznych wysokiego napięcia, przy czym układane przewody są utworzone jako przewody rdzeniowe, które posiadają rdzeń z jednego lub wielu drutów rdzeniowych i płaszcz z wielu drutów płaszczowych, przy czym przewody są zamocowane na słupach i między słupami są napinane z zadanym naciągiem, przy czym druty rdzeniowe są utworzone jako druty HACIN, a druty płaszczowe są utworzone jako druty TAL lub druty ZTAL, znamienny tym, że przewody po zamocowaniu na słupach poprzez zadany przedział czasu z zadaną siłą są tak przeprężane, że druty płaszczowe utworzone jako druty TAL lub druty ZTAL są przeprężane plastycznie, a druty rdzeniowe utworzone jako druty HACIN są przeprężane elastycznie z przesunięciem punktu przejścia ku niższym temperaturom. 2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że przewody są przeprężane plastycznie w czasie ponad minut, korzystnie ponad minut, na przykład w czasie od do 1 minut, korzystnie od 1 do 90 minut, szczególnie korzystnie od do 60 minut. 3. Sposób według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienny tym, że przewody są przeprężane z siłą, która odpowiada od 2 do 7% obliczeniowej siły zrywającej przewodu, korzystnie od do 60% obliczeniowej siły zrywającej przewodu. Lumpi-Berndorf Draht- und Seilwerk GmbH Pełnomocnik: