[12] J. Povh, W. Schultz, Analysis of Overvoltages caused by Transformer Magnetizing Inrush Current IEEE PAS-97, No.4, Jul/Aug 78. pp. 1355-1365. [13] J. G. Kappenman, Great geomagnetic storms and extreme impulsive geomagnetic field disturbance events - an analysis of observational evidence including the great storm of May 1921, Advances in Space Research, 38(2), 188 199, 2006. [14] J. G. Kappenman, Geomagnetic Disturbances and Impacts upon Power System Operation, Metatech Corporation, 2007. [15] Bing Zhang i inni, Effect of load current on leakage flux of transformer with geomagnetically induced current, Euro. Trans. Electr. Power 2011; 21:165 173. [16] H. Lundstedt i inni, Real-Time Forecast Service for Geomagnetically Induced Currents, ESA/ESTEC Contract Number 16953/02/NL/LvH, June 14, 2007 [17] J. G. Kappenman, Low-Frequency Protection Concepts for the Electric Power Grid: Geomagnetically Induced Current (GIC) and E3 HEMP Mitigation, FERC, Metatech Corporation, January 2010. [18] I. A. Erinmez, i inni Application of Modelling Techniques to assess geomagnetically induced current risks on the NGC transmission system, Cigre Sessions 2002, 39-304. [19] M. A Wik i inni, Calculation of Geomagnetically Induced Currents in the 400 kv Power System in Southern Sweden, Space Weather, 2008. [20] T. A. Tjimbandi, Geomagnetically induced currents in South Africa. BSc(Eng) thesis, University of Cape Town, 2007. Mgr inż. Adam Klimpel, absolwent Politechniki Śląskiej, specjalność automatyzacja systemów elektroenergetycznych. Pracował naukowo w Instytucie Energetyki oraz wykładał w Katedrze Zabezpieczeń Politechniki Warszawskiej. Prokurent doradca Zarządu w EPC SA, obecnie Ekspert w PSE Operator Autor szeregu publikacji, opracowań i patentów w zakresie elektroenergetyki, współtwórca zabezpieczeń statycznych typu RTX 35 i ZAZ. Mgr inż. Krzysztof Lipko, absolwent Politechniki Warszawskiej, wydziału elektrycznego ze specjalnością systemy i układy elektroenergetyczne. Zajmuje się m.in. problematyką prognozowania rozwoju systemów elektroenergetycznych, zagadnieniami współpracy systemów elektroenergetycznych, zarządzaniem procesami w elektroenergetyce, niezawodnością pracy Krajowego Systemu Elektroenergetycznego. Dyrektor Pionu Bezpieczeństwa Pracy Systemu w PSE Operator SA. Przewodniczący Centralnego Kolegium Sekcji Energetyki SEP. Naprawa linii 220 kv Włocławek Azoty Pątnów za pomocą oplotowych złączek mostkujących BELOS-PLP PREFORMED TM Splice Shunt Tadeusz Szczepański Jan Gramowski PSE-Północ S.A. 83
Coraz częściej pojawiają się problemy techniczne ze złączkami śródprzęsłowymi i zaprasowanymi uchwytami odciągowymi na eksploatowanych od lat, mocno obciążonych liniach przesyłowych, stanowiących ważny element Krajowego Systemu Przesyłowego. Elementy zaprasowywane montowane w latach 1960. w budowanych liniach elektroenergetycznych mają bowiem za sobą półwieczny okres eksploatacji. W trakcie ówczesnej elektryfikacji kraju, kiedy wyrastały nowe linie przesyłowe, wykonawcy musieli borykać się z problemami materiałowymi. Jednym z nich była dostępność przewodów elektroenergetycznych. Często koniec przewodu wypadał w środku przęsła, więc odcinki przewodu należało połączyć za pomocą złączek zaprasowywanych (fot. 1). Jednak po kilkudziesięciu latach pracy na przewodzie nawet dobrze zaprasowana złączka lub uchwyt odciągowy tracą swoje właściwości elektryczne i mechaniczne. Za taki stan rzeczy odpowiadają dobrze znane elektrykom zjawiska utleniania aluminium lub korozji jego powierzchni. Powodują one postępujące w czasie pogorszenie rezystancji elektrycznej na styku złączka-przewód. Prąd przepływający przez złączkę wywołuje silne wydzielanie się ciepła na skutek wzrostu rezystancji. Nagrzewanie się elementów prasowanych takich, jak złączki i uchwyty odciągowe, przynosi z kolei straty energii elektrycznej i niebezpieczeństwo mechanicznego uszkodzenia połączenia. W przypadku linii przesyłowych może to być katastrofalne w skutkach i zakończyć się zerwaniem przewodu roboczego, a efekcie może spowodować przerwę w dostawie energii elektrycznej. Dotychczas naprawa tego typu uszkodzeń wiązała się z wymianą złączki, czyli jej wycięciem. Konieczna była wymiana całego odcinka przewodu lub jego części przez wykonanie wstawki przewodu. Wymiana przewodu roboczego w całej sekcji jest długotrwała i kosztowna, a poza tym często bardzo kłopotliwa, przy braku możliwości wyłączeń linii w przeciążonych obszarach systemu. Od pewnego czasu problem nagrzewania się złączek zaprasowywanych pojawił się na linii elektroenergetycznej 220 kv Włocławek Azoty Pątnów (fot. 2), eksploatowanej przez PSE-Północ. W grudniu 2009 r. w ramach prac diagnostycznych na tej linii firma ELTEL Networks Rzeszów wykonała z pokładu śmigłowca badania termowizyjne złączek zaprasowywanych. W ich wyniku zostało ustalone znaczne nagrzewanie się kilku złączek. Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia Technologia W marcu 2010 r. PSE-Północ dokonała ponownych pomiarów termowizyjnych we wskazanych miejscach, w których zdiagnozowano znaczny przyrost temperatury. Pomiary wykonano z ziemi przy użyciu najnowszej generacji kamery termowizyjnej FLIR System AB. Temperatura niektórych złączek przekraczała 100 C w stosunku do temperatury przewodu (przy temperaturze otoczenia -4 C i dość dużym, 85 proc. obciążeniu linii). Dotychczas jedynym stosowanym rozwiązaniem w takich przypadkach była wymiana złączki na nową. Po konsultacjach i po rozeznaniu metod dostępnych na rynku, firma BELOS-PLP zaproponowała nowatorskie na polskim rynku rozwiązanie polegające na mostkowaniu uszkodzonych połączeń zaprasowywanych za pomocą oplotowych złączek mostkujących PREFORMED TM Splice Shunt. Oplotowe złączki mostkujące są zbudowane z pojedynczych drutów ze sprężystego stopu aluminium, uformowanych w prefabrykowane spirale. Zaplatane na przewodzie roboczym AFL i złączce tworzą jednolity pancerz z częścią środkową na złączce prasowanej w postaci pokazanej na fot. 3 i fot. 4, który przenosi obciążenia elektryczne zaprasowywanej złączki śródprzęsłowej i obciążenia mechaniczne warstwy aluminiowej przewodu. Złączka Splice Shunt pozwala na zachowanie istniejącej wytrzymałości mechanicznej elementu prasowanego na przewodzie AFL. Złączki Splice Shunt dobiera się w zależności od długości i średnicy uszkodzonej złączki mostkowanej, średnicy przewodu i kierunku jego skrętu: kierunek skrętu oplotu złączki oplotowej musi być taki sam, jak kierunek skrętu oplotu przewodu. Na podstawie tych informacji złączki oplotowe są dobierane i produkowane na indywidualne zamówienia. Podczas pierwszej, pilotażowej instalacji oplotowych złączek mostkujących udało się rozwiązać techniczny problem nagrzewania się złączek zaprasowywanych na linii elektroenergetycznej 220 kv Włocławek Azoty Pątnów (WLA-PAT). W lipcu 2010 r. złączki Splice Shunt zostały zamontowane na uszkodzonych złączkach zaprasowywanych, stanowiących największe zagrożenie dla poprawnej pracy linii. Zadanie wykonała firma SAG Elbud Gdańsk Holding pod nadzorem producenta. Do każdego stanowiska trzeba było dojechać podnośnikiem koszowym, bo ze względu na wynoszącą około 4,3 m długość oplotu dla przewodu na wspomnianej linii AFL 8-402 mm 2, montaż z wózka na przewodzie nie 84
Fot. 1. Zaprasowana złączka śródprzęsłowa Fot. 2. Widok fragmentu linii 220 kv Włocławek Azoty Pątnów
Fot. 3. Oplot spiralny złączki mostkującej PREFORMED TM Splice Shunt Fot. 4. Część środkowa oplotowej złączki mostkującej PREFORMED TM Splice Shunt
Fot. 5. Przygotowania do montażu oplotowej złączki mostkującej Fot. 6. Montaż oplotu złączki mostkującej na przewodzie za złączką zaprasowaną Fot. 7. Oplotowa złączka mostkująca PREFORMED TM Splice Shunt na linii
Zestawienie 1: Przęsło 42-43, różnica temperatur - przed: 90,7ºC ; po: 1,6ºC Zestawienie 2: Przęsło 59-60, różnica temperatur - przed: 118,4ºC ; po: 15ºC Zestawienie 3: Przęsło 127-128, różnica temperatur - przed: 37,9ºC ; po: 9,8ºC Tab. 1. Wyniki pomiarów termowizyjnych przed i po montażu oplotowej złączki mostkującej
był możliwy. Taka długość oplotu jest determinowana odpowiednią powierzchnią styku pojedynczych drutów z przewodem. Pierwszy etap instalacji tego rozwiązania polega na dokładnym oczyszczeniu przewodu i złączki z zabrudzeń za pomocą szczotki drucianej na długości montażu oplotów złączki mostkującej. Następnie przewód jest smarowany pastą (inhibitorem wilgoci), załączoną do zestawu. Na tak przygotowany przewód i złączkę można w odpowiedniej kolejności montować oploty złączki mostkującej (fot. 5 i fot. 6). Czas takiej operacji, liczony od dojazdu monterów pod linię do zakończenia instalacji złączki Splice Shunt, wynosi około 1 godziny. Na linii WLA-PAT założono 10 złączek mostkujących Splice Shunt na różnych odcinkach trasy (fot. 7). W sierpniu 2010 r. przedstawiciele PSE-Północ dokonali ponownych pomiarów termowizyjnych złączek zaprasowywanych, na których zostały założone oplotowe złączki mostkujące. Wyniki okazały się w pełni zadowalające. Oplotowe złączki mostkujące przejęły obciążenie prądowe uszkodzonych złączek zaprasowywanych, co zredukowało nagrzewanie się złączek. Dla przykładu: w przęśle między słupami 59 i 60, poprzednia temperatura uszkodzonej złączki zaprasowywanej w stosunku do temperatury przewodu wynosiła ponad 118,4 C, a po montażu oplotowej złączki mostkującej została zredukowana do 15 C. Podobne rezultaty uzyskano w innych naprawionych punktach połączeń przewodu. Wyniki pomiarów termowizyjnych przed i po montażu złączek oplotowych zostały przedstawione w tab. 1. Prototypowe w skali kraju użycie oplotowych złączek mostkujących PREFORMED TM Splice Shunt przyniosło znaczne ograniczenie kosztów naprawy linii. Okazało się, że koszt założenia dziesięciu oplotowych złączek Splice Shunt, odtwarzających właściwości elektryczne i mechaniczne złączek zaprasowywanych, jest porównywalny z wymianą jednej uszkodzonej złączki zaprasowanej na linii (przy założeniu, że pod uwagę są brane całkowite nakłady związane z montażem w tym koszt zakupu, usługa montażu i odszkodowania za zniszczenia w uprawach spowodowane przez samochody technologiczne). Dodatkowo, istotne dla zarządzającego siecią jest poważne skrócenie czasu montażu złączek Splice Shunt w stosunku do wymiany jednej uszkodzonej złączki zaprasowywanej lub odcinka przewodu, zwłaszcza, gdy naprawiana linia jest newralgicznym punktem systemu elektroenergetycznego. Opisane rozwiązanie może być powszechnie stosowane w podobnych sytuacjach, gdyż zapewnia prosty i pewny środek na odtworzenie właściwości uszkodzonych złączek zaprasowywanych. Mgr inż. Jan Gramowski, absolwent Wydziału Elektrycznego Politechniki Gdańskiej. Wieloletni specjalista techniczny w zakresie eksploatacji napowietrznych linii przesyłowych ze szczególnym uwzględnieniem prac pod napięciem. Zastępca kierownika Wydziału Sieci w PSE-Północ. Mgr inż. Tadeusz Szczepański, od 2001 r. prezes zarządu Polskich Sieci Elektroenergetycznych Północ. Absolwent Wydziału Telekomunikacji i Elektrotechniki Akademii Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy (1976), Wydziału Elektrycznego Politechniki Poznańskiej (1980), specjalności energetyka jądrowa na Wydziale Mechanicznym, Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej (1984); kierunku menedżerskiego w Kolegium Zarządzania i Finansów Szkoły Głównej Handlowej w Warszawie (1998); studiów podyplomowych z zakresu zarządzania spółką na rynku Unii Europejskiej w Kolegium Gospodarki Światowej SGH (2003). Od 1977 r. pracował w Zakładach Energetycznych Okręgu Północnego na stanowisku samodzielnego inżyniera do spraw sieci niskiego napięcia w Wydziale Sieci. W kolejnych latach był: kierownikiem Wydziału Sieci w PSE Oddział Bydgoszcz (1994 1997); zastępcą dyrektora do spraw technicznych i kierownikiem Obszarowej Dyspozycji Mocy w PSE-Północ sp. z o. o. (1998 2001), a w latach 1997 2000 członkiem rady nadzorczej PSE Działacz i rzeczoznawca SEP, od 2006 roku prezes Zarządu Oddziału Bydgoskiego SEP. nr 3 (9) 2011 89