rasponi uze

7/25/2019 rasponi uze

1/107

UNIVERZITET CRNE GORE

Elektrotehniki fakultet Podgorica

PROJEKTOVANJE I EKSPLOATACIJANADZEMNIH ELEKTROENERGETSKIH

VODOVA U USLOVIMA JEDNOVREMENOGDJELOVANJA VJETRA I ZALEENJA

PROVODNIKA

-

Magistarski rad -

Mentor: Kandidat:

Prof. dr Jadranka Radovi Nina ievi 7/11

Podgorica, jun, 2015.


2/107

ii

PODACI I INFORMACIJE OMAGISTRANTU

Ime i prezime: Nina ievi

Datum i mjesto roenja: 14.10.1988. god., Podgorica, Crna Gora

Zavrene osnovne studije: Elektrotehniki fakultet u Podgorici

INFORMACIJE O MAGISTARSKOMRADU

Naziv postdiplomskih studija: Postdiplomske magistarske akademskestudije iz oblasti elektroenergetskih sistema

Naslov rada: Projektovanje i eksploatacija nadzemnih

elektroenergetskih vodova u uslovimajednovremenog djelovanja vjetra i zaleenjaprovodnika

Fakultet: Elektrotehniki fakultet u Podgorici

UDK, OCJENA I ODBRANAMAGISTARSKOG RADA

Datum prijave magistarskog rada: 14.06.2013. godine

Datum sjednice Vijea na kojoj je prihvaena

tema:

09.07.2013. godine

Komisija za ocjenu teme i podobnostimagistranta:

Prof. dr Sreten kuleti, ETF Podgorica

Prof. dr Jadranka Radovi, ETF Podgorica

Doc. dr Saa Mujovi, ETF Podgorica

Mentor: Prof. dr Jadranka Radovi, ETF Podgorica,

Komisija za ocjenu rada: Prof. dr Sreten kuleti, ETF Podgorica


Prof. dr Duko Lui, Graevinski fakultetPodgorica

Komisija za odbranu rada: Prof. dr Sreten kuleti, ETF Podgorica


Prof. dr Duko Lui, Graevinski fakultetPodgorica

Datum odbrane: __.__.2015. godine


3/107

iii

IZVOD TEZE

Ova teza je rezultat izuavanja evropskih standarda u oblasti projektovanja nadzemnihelektroenergetskih vodova i njihovom uporeivanju sa postojeim propisima u Crnoj Gori, uz analizuklimatskih faktora i njihovog uticaja na proraun optereenja stubova kao najznaajnije konstrukcionekomponente nadzemnih elektroenergetskih vodova.

Materijal u ovoj tezi izloen je u etiri poglavlja.Nakon uvodnih razmatranja u prvoj glavi, drugo poglavlje daje prikaz osnovnih karakteristika

nadzemnih elektroenergetskih vodova. Navedeni su i opisani elementi voda: provodnici, zatitna uad,uzemljenje, izolatori i stubovi. Data je i objanjena podjela stubova prema namjeni, prema poloaju utrasi voda i prema materijalu. Takoe je dat pregled klimatskih parametara koji utiu na nadzemneelektroenergetske vodove: spoljanja temperatura, vjetar i atmosfersko zaleivanje. Led, ledena kia,

vlani snijeg i dr. su prirodne pojave koje mogu da stvore velika dodatna optereenja na nadzemnimvodovima.

Tree poglavlje sadri pregled standarda i pravilnika koji se odnose na projektovanje nadzemnihelektroenergetskih vodova. Daje se pregled prorauna klimatskih parametara po propisima vaeim uRepublici Crnoj Gori (Pravilnik) i po meunarodnim (IEC 60826) i evropskim (EN 50341) standardima.Analizirane su i smjernice za sprovoenje programa za posmatranje leda.

etvrto poglavlje posveeno je analizi optereenja stubova nadzemnih elektroenergetskih vodova urazliitim klimatskim uslovima. Dat je prikaz prorauna optereenja stubova nadzemnih vodova premaPravilniku. Nai propisi razlikuju normalna i vanredna optereenja, pri emu se ne rauna saistovremenim djelovanjem dodatnog tereta (uzrokovano taloenjem leda, inja i snijega) i vjetra naprovodnike i zatitnu uad. Meutim, te pojave nisu iskljuene, pa ukoliko se na osnovuhidrometeorolokih podataka registruju, treba ih uzeti u obzir. Stoga se ukazuje na nedostatke naihpropisa i daju preporuke i smjernice za odreivanje istovremenog optereenja vjetra i leda na vodovima.

Razvijen je algoritam za proraun optereenja pri istovremenom djelovanju vjetra i zaleenja, saanalizom optereenja na uad i optereenja na stubove nadzemnih elektroenergetskih vodova. Takoe jekreiran i Program za proraun sila na stubove nadzemnih vodova, pri razliitim klimatskim uticajima,ukljuujui i istovremeno optereenje leda i vjetra. Program je uraen u programskom jeziku MATLAB,uz primjenu grafikog okruenja GUI. Na osnovu razvijenog Programa izvreni su prorauni sila naelino-reetkaste stubne konstrukcije. Prikaz i analize rezultata daju se za elinoreetkasti zatezni i

nosei 110 kV stub, tipa jela. Prorauni su izvreni sa uvaavanjem klimatskih uticaja prema naempravilniku, prema inostranim standardima (standard IEC 60826) i prema optereenju koje se pojavilotokom analizirane havarije u elektroenergetskom sistemu Crne Gore, 2013 godine. Izvrena je i uporednaanaliza dobijenih rezultata, kao i analiza nivoa uticaja razmatranih klimatskih parametara od njihoveveliine (debljine leda) i karakteristika voda (prenik provodnika).

Na osnovu analize rezultata prorauna izvode se zakljuci od znaaja kako za dalje teorijske analizerazmatrane problematike, tako i za praktino djelovanje u oblasti planiranja, eksploatacije i odravanjavodova, pri istovremenom djelovanju vjetra i leda.


4/107

iv

ABSTRACT

This thesis is the result of the study of European standards in the field of designing overhead power

lines and their comparison with the existing regulations in Montenegro, with the analysis of climaticfactors and their influence of calculation load on towers, as the most important structural components ofoverhead power lines.

The material in this thesis is presented through four chapters.After the introduction in the first chapter, the second chapter gives an overview of the basic

characteristics of overhead power lines. It gives description of the elements of power lines: conductors,earthing wires, earthing, insulators and towers. This chapter explaines the division of the towers bypurpose, according to the position in the route of the power lines and by material. It also provides anoverview of climate parameters which are affecting the overhead power lines: temperature, wind andatmospheric icing. Ice, freezing rain, wet snow and others. are natural phenomens that can create largeadditional load on overhead lines.

The third chapter provides an overview of standards and regulations relating to the design ofoverhead power lines. It provides an overview of relevant climatic parameters of overhead power linesaccording to the valid regulations of the Republic of Montenegro, as well as according to international(IEC 60826) and European (EN 50341) standards relating to the design of overhead lines. There are alsogiven a guidelines for the implementation of the program for the observation of ice.

The fourth chapter is devoted to the analysis of load on towers of overhead power lines in differentclimatic conditions. It gives an overview of calculation of loads on towers of overhead power linesaccording to our regulations. Our regulations differs normal and extraordinary loads, with no

consideration of simultaneously effect of additional load (caused by deposition of ice, frost and snow) andwind on the conductors and earthing wires. However, these phenomens are not excluded, so if areregistered on the basis of hydrometeorological data, they should be taken into consideration. Therefore,this chapter points to the weaknesses of our regulations and provides recommendations and guidance fordetermining simultaneous loads of wind and ice on power lines. It is developed an algorithm forcalculation of loads of simultaneously effect of additional load and wind, with the analysis of loads onconductors and loads on towers of overhead power lines. Also, a Program is created for the calculation offorces on towers of overhead power lines with different climatic influences, including simultaneous loadof ice and wind. The program is developed in the programming language MATLAB, in the applicationGUI. Based on the developed program, calculations of forces on steel lattice tower structures are

executed. Representations and analysis of the results are given for steel lattice 110 kV tower, such as"jela". The calculations are executed with consideration to the climate impact according to our standards,according to international standards (IEC 60826) and to the load that appeared during the analyzedaccidents in the power system of Montenegro, 2013. It is executed a comparative analysis of the resultsand an analysis of the level of influence of the considered climatic parameters of their size (thickness ofice) and the characteristics of power line (conductor diameter).

Based on the analysis of the results of calculations, conclusions of significance are deduced for thefurther theoretical analysis of the discussed problems, as well as for practical action in the field ofplanning, operation and maintenance of power lines, with the simultaneous action of wind and ice.


5/107

v

SADRAJ:

Lista korienih skraenica 1

I. Uvod 2

II. Osnovi projektovanja nadzemnih elektroenergetskih vodova 5

II.1. Elementi nadzemnih vodova i njihove osnovne karakteristike 5

II.1.1. Provodnici 6

II.1.2. Zatitna uad i uzemljenje 8

II.1.3. Izolatori 10

II.1.4. Stubovi 14

II.2. Klimatski parametri koji utiu na nadzemne vodove 23

II.2.1. Spoljanja temperatura 23

II.2.2. Vjetar 25

II.2.3. Atmosfersko zaleivanje 25

II.3. Mehaniki proraun uadi nadzemnih vodova 27

II.3.1. Optereenja uadi 27II.3.2. Kriva uadi i njene karakteristike 29

II.3.3. Jednaina promjene stanja uadi 31

III. Analiza nacionalnih i inostranih propisa sa aspekta definisanja klimatskih uslova zaprojektovanje nadzemnih elektroenergetskih vodova 35

III.1. Klimatski uticaji - po Pravilniku 35

III.1.1. Klimatski uticaji 36

III.2. Klimatski uticaji po inostranim standardima 41

III.2.1. Norma IEC 60826 42

III.2.2. Norma IEC 61774 49

III.2.3. Standard EN 50341-1:2001 50

III.3. Klimatski uslovi za projektovanje nadzemnih vodova na podruju Crne Gore 52

III.3.1. Osnovne klimatske karakteristike podruja Crne Gore 52

III.3.2. Mjerenje i obrada meteorolokih podataka u Crnoj Gori 55


6/107

vi

III.3.3. Analiza havarija u prenosnoj mrei EES CG izazvanih ekstremnim klimatskim uslovimatokom januara 2013. Godine 57

III.4. Uporedna analiza metodologija za odreivanje dodatnog tereta 63

IV. Proraun optereenja stubova nadzemnih elektroenergetskih vodova 67

IV.1. Optereenja stubova nadzemnih vodova 67

IV.1.1. Optereenja prema Pravilniku 68

IV.1.2. Optereenja pri istovremenom djelovanju vjetra i zaleenja 74

IV.1.3. Tabelarni prikaz optereenja stubova 76

IV.2. Program za proraun sila na stubove nadzemnih vodova 77

IV.2.1. Programski algoritam 78

IV.2.2. Princip rada Programa 79IV.3. Primjeri prorauna sila na elino-reetkaste stubove nadzemnih vodova 110 kV naponskog nivoa

81

IV.3.1. Podaci za proraun 81

IV.3.2. Proraun sila na nosei stub 82

IV.3.3. Proraun sila na zatezni stub 84

IV.3.4. Analiza rezultata prorauna 86

IV.3.5. Proraun i analiza dodatnog tereta 89

Zakljuak 94

Literatura 100


7/107

Magistarski rad

1

Lista korienih skraenica

Al/ - Aluminijum/elik

CENELEC - Evropski odbor za standardizaciju u oblasti elektrotehnike(European Committee for Electrotechnical Standardization)

CEN - Evropski odbor za standardizaciju(European Committee for Standardization)

CGES - Crnogorski elektroprenosni sistem

EE - Elektroenergetski

EES - Elektroenergetski sistem

EES CG - Elektroenergetski sistem Crne Gore

EN - Evropski standardi (European Standards)

EPCG - Elektroprivreda Crne Gore

ETSI - Evropski institut za standarde u oblasti telekomunikacija(European Telecommunications Standards Institute)

EU - Evropska Unija (European Union)

GUI - Grafiko okruenje (Graphical user interfaces) u programu Matlab

IEC - Svjetska organizacija za normizaciju u oblasti elektrotehnke(International Electrotechnical Commission)

ISO - Meunarodna organizacija za standardizaciju(International Organization for Standardization)

HMZCG - Hidrometeoroloki zavod Crne Gore

WMO - Svjetska meteoroloka organizacija (World Meteorological Organization)


8/107

Magistarski rad

2

I.0Uvod

Sveopte prisutan trend globalizacije, ispoljava se i u donoenju jedinstvenih standarda umnogim oblastima. To je posebno izraeno u okviru Evropske unije, gdje se intenzivno radi nausavravanju i objedinjavanju propisa zemalja lanica, rezultat ega su jedinstveni Evropski standardi- Evrokodovi. Evrokodovi su, u paralelnoj viegodinjoj probnoj primjeni, pokazali znaajnu prednostu odnosu na vaee nacionalne propise zemalja lanica Evropske unije. Praktino, oni su postalivaei propisi u veini zemalja Evrope, a njihovo uvoenje u primjenu je zapoeto i kod nas. Zemljeizvan Evropske unije, posebno zemlje zapadnog Balkana koje su na putu za Evropsku uniju, imaju

poseban interes da to prije prihvate Evropske standarde, jer ovi standardi predstavljaju savremenadostignua teorije i prakse za predmetne oblasti. Osim toga, njihovom primjenom se otklanjajutehnike prepreke pristupu evropskom pa i svjetskom tritu, a time se poveava i konkurentnostdomae proizvodnje i trita. U narednom periodu, pred nama je vaan zadatak prilagoavanjadomae regulative evropskim standardima u oblasti elektroenergetike i sa njom povezanim

djelatnostima projektovanja i izvoenja konstrukcija i objekata. Za oblasti projektovanja i izvoenjakonstrukcija i objekata posebno je znaajno sprovesti to vie uporednih analiza propisa i uticajnih

parametara, kako bi se izvrilo njihovo optimalno prilagoavanje svim naim specifinostima ikarakteristikama podneblja, a to je preduslov za ispravno definisanje normi i parametra koje trebausvojiti kroz nove Nacionalne standarde ili u odgovarajuim Nacionalnim aneksima.

Nadzemni elektroenergetski vodovi su osnovna konstrukcija u sistemu prenosa elektrineenergije. Njihova uloga u funkcionisanju elektroenergetskog sistema svake drave, kao i u

povezivanju elektroenergetskih sistema drava pa i kontinenata, je fundamentalna. Stoga je zadatakobezbjeenja veoma visokog nivoa pouzdanosti funkcionisanja svih elemenata u okviru konstrukcije

nadzemnih elektroenergetskih vodova od prvorazrednog znaaja i ostvaruje se kroz sve faze odprojektovanja, izvoenja, eksploatacije do odravanja i revitalizacije. Zbog specifinosti konstrukcije,njene namjene i uslova korienja koji se razlikuju od ostalih graevinskih konstrukcija, optereenjaovih konstrukcija se definiu posebnim standardima (pravilnicima, preporukama). Smjernice za

projektovanje pouzdanih nadzemnih elektroenergetskih vodova date su meunarodnim standardomIEC 60826 (Design criteria of overhead transmission lines) [7]. Projektovanje nadzemnihelektroenergetskih vodova u Crnoj Gori realizuje se na temelju Pravilnika o tehnikim normativima

za izgradnju nadzemnih elektroenergetskih vodova nazivnog napona 1 kV do 400 kV ( u daljemtekstu Pravilnik) [2].

Nadzemni elektroenergetski vodovi projektuju se kao sistem koji se sastoji od komponenti kaoto su stubovi, temelji, fazni provodnici, izolatorski lanci, zatitna uad i uzemljenje, pri emu ispad

bilo koje komponente ima za posljedicu gubitak sposobnosti prenosa elektrine energije. Ovaj pristup,u kojem pouzdanou nadzemnog elektroenergetskog voda upravlja najmanje pouzdana komponenta,omoguava projektantu da uskladi faktore sigurnosti komponenti sistema kako bi projektovao

pouzdan i siguran vod. Cilj zahtjeva pouzdanosti je da se osigura da nadzemni elektroenergetskivodovi izdre definisana klimatska granina optereenja (vjetar, led, istovremeno led i vjetar) ioptereenja koja nastaju kao posljedica navedenih dogaaja za vrijeme predvienog radnog vijekavoda, te da mogu osigurati neprekidnost rada pod tim uslovima. U okviru nadzemnogelektroenergetskog voda stub je osnovna konstrukcija koja nosi fazne provodnike, izolatore i zatitnu

uad i koji je, zajedno sa svim tim elementima, konstantno izloen najrazliitijum klimatskimuticajima karakteristinim za podruje kojim prolazi vod. Danas su, kako kod nas tako i u svijetu


9/107

Magistarski rad

3

uopte, stubovi nadzemnih elektroenergetskih vodova na nivou prenosa dominantno prostorneelino-reetkaste konstrukcije sastavljeni od standardnih profila sa odgovarajuim spojem.

Proraun klimatskih uticaja (temperatura, vjetar, dodatni teret, odnosno zaleenje: snijeg, led,inje, ) na konstrukciju stubova nadzemnih elektroenergetskih vodova definisan Pravilnikom [2],nije u skladu sa propisima za proraun klimatskih optereenja na ostale vrste konstrukcija. Pravilnik

ne definie obavezu izbora stubova prema optereenju pri istovremenom djelovanju vjetra i dodatnogtereta od zaleenja. injenica je da se ovakvi klimatski dogaaji pojavljuju i na podruju Crne Gore,pa zbog dosadanje prakse projektovanja nadzemnih elektroenergetskih vodova u skladu saPravilnikom, upravo oni mogu biti glavni uzrok znaajnih havarija na nadzemnim vodovima

prenosne mree elektroenergetskog sistema Crne Gore. Takoe, maksimalna temperatura definisanaPravilnikom ne odgovara klimatskim uslovima za sve oblasti podruja Crne Gore. Stoga je, upravosada kada je i preuzeta obaveza usklaivanja svih domaih standarda u oblasti gradnje sa evropskimstandardima, potrebno na osnovu analize evropskih propisa koji se dotiu optereenja nadzemnihvisokonaponskih vodova, formirati domai standard, odnosno Nacionalni aneks za projektovanjenadzemnih elektroenergetskih vodova visokog napona usklaen sa evropskim standardom za tu

oblast, a to je EN 50341-1:2001: Overhead electrical lines exceedingAC 45 kV [9].Ovaj magistarski rad je posveen izuavanju evropskih standarda u oblasti projektovanja

nadzemnih elektroenergetskih vodova i njihovom uporeivanju sa postojeim propisima u Crnoj Gori,uz analizu klimatskih faktora i njihovog uticaja na proraun optereenja stubova kao najznaajnijekonstrukcione komponente nadzemnih elektroenergetskih vodova.

Razmatrana problematika i rezultati istraivanja prezentuju se kroz Uvod Poglavlje I, triosnovna poglavlja: Poglavlje II, Poglavlje III, Poglavlje IV i Zakljuak.

U okviru Poglavlja II: Osnovi projektovanja nadzemnih elektroenergetskih vodova daju seosnovne konstrukcione karakteristike nadzemnih elektroenergetskih vodova i njihovih elemenata,

karakteristike uticajnih klimatskih faktora pri projektovanju nadzemnih elektroenergetskih vodova,kao i osnovni teorijski aspekti njihovog mehanikog prorauna. Navedeni su i opisani elementi voda:

provodnici, zatitna uad, uzemljenje, izolatori i stubovi. Data je i objanjena podjela stubova premanamjeni (nosei i zatezni), prema poloaju u trasi voda (linijski, koji se nalaze u pravolinijskom dijelutrase i ugaoni, koji se nalaze na mjestima loma trase) i prema materijalu (drveni, betonski i elinoreetkasti stubovi). Dat je pregled klimatskih parametara koji utiu na nadzemne elektroenergetskevodove: spoljanja temperatura, vjetar i atmosfersko zaleivanje. Led, ledena kia, vlani snijeg i dr.su prirodne pojave koje mogu da stvore velika dodatna optereenja na nadzemnim elektroenergetskimvodovima. Pri istovremenoj pojavi dodatnog tereta (zaleenja) i vjetra, njihova stabilnost moe bitiznaajno ugroena. Na kraju ovog poglavlja dat je prikaz djelovanja optereenja na stubovenadzemnih elektroenergetskih vodova, karakteristike krive uadi nadzemnih elektroenergetskihvodova, kao i osnove njihovog mehanikog prorauna.

Poglavlje III: Analiza nacionalnih i inostranih propisa sa aspekta definisanja klimatskihuslova za projektovanje nadzemnih elektroenergetskih vodova, posveeno je prouavanjuklimatskih uslova za projektovanje nadzemnih elektroenergetskih vodova.

Daje se pregled prorauna klimatskih parametara po propisima vaeim u Republici Crnoj Gori(Pravilnik) i po meunarodnim (IEC 60826) i evropskim (EN 50341) standardima. Analizirane su ismjernice za sprovoenje programa za posmatranje leda.

Posebno se analiziraju klimatski uslovi za projektovanje nadzemnih elektroenergetskih vodova

na podruju Crne Gore. Prikazuje se naini mjerenja i obrade meteorolokih podataka u Crnoj Gori iukazuje na njihovu nedovoljnost za potrebe projektovanja nadzemnih elektroenergetskih vodova. Zaznaajnije nadzemne elektroenergetske vodove se sugerie izrada, zajedno sa strunjacima


10/107

Magistarski rad

4

Hidrometeorolokog zavoda Crne Gore, odgovarajue studije o meteorolokim parametrima na trasivoda i korienje tih realnih podataka pri njihovom projektovanju. Takoe, u ovom poglavlju se daje ianaliza havarija u prenosnoj mrei elektroenergetskog sistema Crne Gore, izazvanih ekstremnimklimatskim uslovima tokom januara 2013. godine. Zbog izuzetno velikog dodatnog tereta iistovremenog djelovanja vjetra, dolo je do znaajnih havarija na nadzemnim elektroenergetskim

vodovima, prvenstveno uzrokovanih prekidima provodnika, oteenjem izolatorskih lanaca i lomomstubova.Na kraju ovog Poglavlja, kroz uporednu analizu i povezivanje standarda, izvode se izrazi za

relevantne klimatske parametre. Definie se koeficijent zone leda iz Pravilnika po uslovima proraunadodatnog optereenja prema inostranim standardima (IEC 60826) i na osnovu toga dobija njegovazavisnost od debljine leda i prenika provodnika, pri razliitim gustinama dodatog tereta (vlani snijegi meko inje, tvrdo inje, glazirani led).

Poglavlje IV: Proraun optereenja stubova nadzemnih elektroenergetskih vodovaposveeno je proraunima i analizi optereenja stubova nadzemnih elektroenergetskih vodova urazliitim klimatskim uslovima.

Prikazuje se matematiki algoritam za proraun optereenja stubova nadzemnihelektroenergetskih vodova prema Pravilniku. Pravilnik razlikuje normalna i vanredna optereenja, priemu se ne rauna sa istovremenim djelovanjem dodatnog tereta (zaleenja) i vjetra na provodnike izatitnu uad. Meutim, te pojave nisu iskljuene, pa ukoliko se na osnovu hidrometeorolokih

podataka registruju kao este za posmatrano podruje, treba ih uzeti u obzir u proraunimaoptereenja stubova nadzemnih elektroenergetskih vodova na tom podruju. U radu se ukazuje na ovenedostatke Pravilnika i daju preporuke i smjernice za odreivanje optereenja pri istovremenomdjelovanju vjetra i zaleenja.

Razvijen je algoritam za proraun optereenja pri istovremenom djelovanju vjetra i zaleenja, sa

analizom optereenja na uad i optereenja na stubove nadzemnih elektroenergetskih vodova. Dat jetabelarni prikaz optereenja za sve vrste stubova (nosei, zatezni sa jednakim zatezanjem uadi izatezni sa nejednakim zatezanjem uadi), sa novouvedenim optereenjem za sluaj istovremenogdjelovanju vjetra i zaleenja.

Formiran je Program za proraun sila na stubove nadzemnih vodova pri razliitim klimatskimuticajima, ukljuujui i istovremeno optereenje leda i vjetra. Program je uraen u programskom

jeziku MATLAB, uz primjenu grafikog okruenja GUI. Na osnovu razvijenog Programa izvreni suprorauni sila na elino-reetkaste stubne konstrukcije. Prikaz i analize rezultata daju se za elinoreetkasti zatezni i nosei 110 kV stub, tipa jela. Prorauni su izvreni sa uvaavanjem klimatskihuticaja prema Pravilniku, prema inostranim standardima (standard IEC 60826) i prema optereenjukoje se pojavilo tokom havarije u elektroenergetskom sistemu Crne Gore 2013 godine. Izvrena jeuporedna analiza dobijenih rezultata, kao i analiza nivoa uticaja razmatranih klimatskih parametara odnjihove veliine (debljine leda) i karakteristika voda (prenik provodnika).

Na osnovu analize rezultata prorauna izvode se zakljuci od znaaja kako za dalje teorijskeanalize razmatrane problematike, tako i za praktina djelovanja u oblasti planiranja, projektovanja,eksploatacije i odravanja nadzemnih elektroenergetskih vodova pri razliitim klimatskim uticajima,ukljuujui i istovremenom djelovanju vjetra i zaleenja.

Na kraju je dat spisak koriene literature, a u okviru priloga dat je kod razvijenog Programa.


11/107

Magistarski rad

5

II. Osnovi projektovanja nadzemnih elektroenergetskih vodova

II.1. Elementi nadzemnih vodova i njihove osnovne karakteristike

Nadzemni elektroenergetski vod (skraeno nadzemni vod) je skup svih dijelova koji slue zanadzemno voenje provodnika koji prenose i razvode elektrinu energiju, kojim su obuhvaeni: fazniprovodnici, zatitna uad, izolatori, stubovi, temelji i uzemljenje (Slika1.).

a)

Slika 1.Elementi nadzemnog voda a) Detalj 400 kV voda, b) Skica dijela 110 kV voda na rasponu


12/107

Magistarski rad

6

II.1.1. Provodnici

Provodnici su metalne ice ili uad koji slue za provoenje struje. U trofaznom sistemu prenosato su uad tri fazna provodnika (slika 1.). Provodnici su jedini aktivni dio voda koji je pod naponom ikroz koje u sluaju ukljuenog stanja protie elektrina struja. Na stubove (konzole stubova) se

postavljaju preko izolatora.Materijal od kojeg se izrauju provodnici za nadzemne vodove mora imati zadovoljavajueelektrine i mehanike osobine. To znai da pored dobre elektrine provodnosti, materijal mora bitisposoban da izdri i mehanika optereenja kojima su izloeni provodnici nadzemnih vodova u tokueksploatacije.

S obzirom na cijenu bakra, u praksi je osnovni materijal za provodnike nadzemnih vodovaaluminijum (Al) i njegove legure (AlMg, AlMgSi). Do poprenog presjeka 16 mm2 provodnici seizrauju u vidu jedne ice. Za vee presjeke provodnici se izrauju u vidu uadi, da bi se obezbijedilafleksibilnost, tj. potrebna mehanika svojstva. Uad pruaju daleko veu mehaniku sigurnost negomasivne ice velikog presjeka, zbog eventualnih greaka u materijalu, a osim toga ue je otpornije na

vibracije.Uad mogu biti homogena i kombinovana. Kod homogenih uadi sve ice su od istog materijala.

Kombinovana uad se formiraju od ica dva razliita materijala, npr. aluminijuma i elika:aluminijum/elik, (Al/ ue). Za provodnike visokonaponskih (VN) nadzemnih vodova se koristekombinovana uad, a kod nas su to dominantno Al/ uad (slika 2.). Al/ uad se rade tako to se

prvo formira ue od elika (jezgro ueta), koje se zatim oblae slojevima od aluminijumskih ica(plat ueta). Aluminijumski plat slui za provoenje struje, dok elino jezgro obezbjeuje

provodnicima potrebna mehanika svojstva. Odnos presjeka aluminijumskog plata i elinog jezgraje obino 6:1. Ukoliko je potrebna vea mehanika vrstoa onda je odnos 4:1 ili 3:1. Prenici

aluminijumskih i elinih ica u principu nisu isti [1].

a) b)

Slika 2. a) Al/ue, b)Presjek Al/ueta

Provodnici, odnosno fazna uad, se imenuju preko nazivnog presjeka (SnAl/Sn [mm2]), npr.240/40 mm2. Prva vrijednost predstavlja nazivni presjek aluminijumskog plaa, a druga elinog

jezgra. Osnovne karakteristike Al/ uadi koja se kod nas najee primjenjuju za VN nadzemnevodove, date su u tabeli 1. [20].

Stvarni presjek ueta (SAl/ [mm2]) je zbir geometrijskih presjeka svih ica u uetu, bez obzira nato da li su ice od istog ili razliitih materijala. Stvarni presjeci se obino neto razlikuju od nazivnih idaju su u katalozima proizvoaa i odgovarajuim prirunicima, kao i u Pravilniku. Pri tome se


13/107

Magistarski rad

7

posebno daju vrijednosti za stvarni presjek aluminijumskog plata (SAl [mm2]) i za stvarni pesjekelinog jezgra (S [mm2]). Stvarni presjek ueta je zbir ta dva presjeka. U proraunima nadzemnihvodova, treba raunati sa stvarnim presjecima.

Tabela 1.Karakteristike Al/ uadi za vosokonaponske nadzemne vodove

Ue[mm2]

Prenikueta

Prenikjezgra

Stvarni presjekPrekidna

silaMasa

Al Al/

[mm] [mm] [mm2] [mm2] [mm2] [daN] [kg/km]

95/15 13,6 5,01 94,39 15,33 109,72 3640 383150/25 17,1 6,30 148,9 24,20 173,10 5700 605240/40 21,9 8,04 243,0 39,50 282,50 8810 985360/57 26,6 9,80 360,2 57,30 417,50 12745 1444490/65 30,6 10,2 490,3 63,60 553,90 15310 1866

Dimenzionisanje provodnika vri se u elektrinom i mehanikom pogledu. U elektrinompogledu provodnici se dimenzioniu s obzirom na napon i struju optereenja. Gubici u otporuprovodnika moraju ostati u granicama ekonominosti, zagrijavanje provodnika ne smije prekoraitidozvoljenu granicu, a jaina elektrinog polja oko provodnika ne smije biti velika. Kod nadzemnihvodova dozvoljeno poveanje temperature provodnika uslovljeno je veliinom maksimalnog ugiba.Strujno optereenje nadzemnog voda koje pri spoljanjoj temperaturi od 40 oC zagrije provodnik na80 oC naziva se termikom granicom provodnika (It [A]).

Mehaniko dimenzionisanje provodnika vri se radi usklaivanja mehanikog naprezanjaprovodnika koji se pri montiranju na zateznom stubu zateu odgovarajuom silom, u skladu saproraunatim naprezanjem, i koji su izloeni najrazliitijim klimatskim uticajima. Neophodno je danaprezanje provodnika u svim rasponima i pri ma kojim vremenskim prilikama ne prelazi vrijednost

maksimalnog radnog naprezanja. Maksimalno radno naprezanje (m [daN/mm2]) je zadata (izabrana)maksimalna vrijednost naprezanja za posmatrani nadzemni vod, definisana kao horizontalnakomponenta naprezanja u uetu koja se pojavljuje pri najteim klimatskim uslovima za naprezanje, ato su temperatura -5 oC sa pojavom dodatnog tereta (inje, led, snijeg) ili pak najnia temperatura od-20 oC bez dodatnog tereta [4].

Jedna od karakteristika dosadanje prakse gradnje nadzemnih vodova je izbor za maksimalnoradno naprezanja vrijednosti 10 do 20 % nie od normalno dozvoljenog naprezanja za odabrano ue.Eksplotaciona iskustva, kao i domaa i inostrana praksa, opravdavaju ovakav izbor. Pri tome treba

uvaiti i odredbe Pravilnika koje se odnose na prelaze nadzemnih vodova preko raznih objekata gdjeje potrebno smanjiti dozvoljena naprezanja, kao i dodatni zahtjev prema kojem se provodnici morajunalaziti u granicama zatitne zone uzdu raspona.

Normalna dozvoljena naprezanja (nd[daN/mm2] - najvee dozvoljeno naprezanje u normalnim

uslovima) i izuzetno dozvoljena naprezanja (izd [daN/mm2] - najvee dozvoljeno naprezanje u

izuzetnim uslovima) su definisana Pravilnikom, pri emu vai: m


14/107

Magistarski rad

8

radnog naprezanja, redukovana maksimalna radna naprezanja su: m = 8 daN/mm2- naseljena mjesta,

m=6 daN/mm2 - prelazi i m=5 daN/mm2- prikljuci.

II.1.2. Zatitna uad i uzemljenje

Zatitna uad imaju na nadzemnim vodovima dvojaku ulogu. U prvom redu slue za zatitu odatmosferskih prenapona koji nastaju uslijed udara groma. Za nadzemni vod je najnepogodniji direktniudar groma u provodnik, to dovodi do vrlo visokih prenapona, koje nijedna izolacija voda ne moeizdrati. Zbog toga se zatitna uad postavljaju kao gromobrani iznad provodnika i uzemljavaju se, da

bi preuzela na sebe direktni udar groma. I udar groma na stub je neugodan, jer zbog otpora uzemljenjastub poprima visok elektrini potencijal te moe doi do povratnog preskoka sa stuba na provodnik.Zatitna uad i ovdje pomau, tako to ukupnu struju groma podijele na vei broj stubova. A kad gromudari u okolinu nadzemnog voda, zatitna uad smanjuju indukovane prenapone u provodnicima.Zatitna uad imaju korisnu ulogu i kad nastane kratki spoj izmeu provodnika i zemlje, jer

preuzimaju na sebe dio struje koji bi inae tekao kroz zemlju. Time se smanjuju naponi dodira i

koraka, a takoe i indukovani naponi u telekomunikacionim vodovima [4].Zatitno ue se postavlja na vrh stuba i du itave trase voda prati provodnike. Moe ih biti

jedno ili dva. Provodnici e biti dovoljno zatieni od udara groma, ako se nalaze unutar zatitne zoneod 300koju stvaraju zatitna uad (slika 3.).

Slika 3.Zatitna zona kod stubova sa jednim i sa dva zatitna ueta

U sutini, zatitna uad se izrauju na isti nain i od istog materijala kao i provodnici. Ako onaslue samo za zatitu od atmosferskih prenapona (u mreama gdje zvjezdite nije kruto uzemljeno),

onda se za njih upotrebljavaju loije provodni materijali, npr. homogeno ue od elika (). Tamo gdjezatitna uad treba da preuzmu i dio struje kratkog spoja, ona moraju biti izraena od materijala boljeprovodnosti. Za ovu svrhu koriste se Al/ uad iste izvedbe kao za provodnike, eventualno sa manjimodnosom Al:. U novije vrijeme se zatitna uad izrauju sa optikim kablom u elinom jezgru, kojiomoguava korienje raunarskog praenja i upravljanja u elektroenergetskom sistemu (EES), kao i

primjenu u drugim oblastima.Osnovne karakteristike zatitnog ueta za 110 kV naponski nivo, date su u tabeli 2.

Tabela 2.Karakteristike zatitnog ueta 50

Zatitno ue[mm2]

Prenik

ueta

Presjek

ueta Prekidna sila Masa[mm] [mm ] [daN] [kg/km]

50 9 48,3 6672 387


15/107

Magistarski rad

9

Zatitna uad ne treba elektrino dimenzionisati s obzirom na napon (jer su ona uzemljena), veje jedino vano da struja u njima ne prekorai dozvoljenu granicu. U pogledu mehanikogdimenzionisanja i prorauna za njih vai isto to i za provodnike. Izbor maksimalnih radnihnaprezanja zatitnog ueta definisan je prethodnim izborom maksimalnih radnih naprezanja

provodnika.

Zatitna uad se postavljaju na stubove nadzemnih vodova pomou opreme za zavjeenje(ovjeenje), slika 4. i slika 5. Podaci o teini te opreme za elino zatitno ue koje se primjenjuje kodnadzemnih vodova 110 kV naponskog nivoa ( 50 mm2), dati su u tabeli 3 [20], [21].

Slika 4.Zavjeenje zatitnog ueta na zateznom stubu

Slika 5.Ovjeenje zatitnog ueta na noseem stubu

Tabela 3.Teina opreme za postavljanje zatitnog ueta 50 mm2

Zatitno ueprenik [mm]

Oprema na zateznom stubu[kg]

Oprema na noseem stubu[kg]

9 6,32 2,68

Zatitna uad nisu izolovana u odnosu na stub i na njega se direktno postavljaju, a da bi odigralisvoju funkciju, moraju biti vezana za uzemljiva.

Uzemljenje je elektrino provodno spajanje pojedinih djelova voda sa zemljom. Uzemljenje

osigurava djelove voda koji nisu pod naponom od pojave nedozvoljenog potencijala na njima i timetiti okolinu od opasnosti od napona. Ujedno predstavlja vaan element za elektrinu pogonskusigurnost nadzemnog voda.


16/107

Magistarski rad

10

Uzemljenje se sastoji od uzemljivaa, tj. metalne elektrode ukopane u zemlju i od dozemnogvoda koji povezuje sa uzemljivaem one take na stubu nadzemnog voda koje treba uzemljiti. Metalnistubovi slue kao veza zatitnih uadi i uzemljivaa, dok se kod neprovodnih stubova (drvenih i

betonskih) za vezu zatitnog provodnika i uzemljivaa koristi pocinkovana elina traka [1].Uzemljivai svojim oblikom i dimenzijama definiu elektrino polje u svojoj okolini i od njih

zavisi otpor uzemljenja i potencijalne razlike na povrini tla u okolini stuba. Izrauju se od nerajuegili pocinkovanog elika ili bakra. Po obliku se dijele na ploaste, ipkaste ili trakaste. Za otporuzemljenja vaan je specifini otpor tla, koji dosta varira za razliite vrste tla [4].

II.1.3. Izolatori

Izolacija nadzemnih vodova je u principu vazduh. Meutim, na mjestima gdje se provodnicipostavljaju na stubove neophodno ih je izolovati izolatorima. Izolatori elektrino odvajaju (izoluju)provodnike od stubova i njihovih uzemljenih djelova. Istovremeno, izolatori imaju vanu mehanikuulogu na vodu, time to teinu provodnika, kao i dodatni teret (inje, led, snijeg) i djelovanje vjetra, sa

provodnika prenose na stub.Izolatori moraju imati potrebna elektrina i mehanika svojstva, moraju biti otporni na

atmosferske i hemijske uticaje, ne smiju pretjerano brzo stariti i moraju biti ekonomini.Klasini materijal za izolatore je porcelan: kaolin (50 %), glinic (25 %) i kvarc (25 %). Za izradu

izolatora upotrebljava se i steatit, koji ima veu mehaniku vrstou, a takoe i staklo kaljano naposeban nain. Prednost izolatora od stakla je to su sva oteenja vidljiva, dok porcelanski izolatorimogu biti loi, a na oko neoteeni. Izolator se sastoji od izolacionog tijela i od metalnih djelova.

Prema nainu kako nose provodnike, izolatori se dijele na potporne i lanaste. Kod lanastihizolatora koji su danas u upotrebi za VN nadzemne vodove postoje tri tipa: kapasti, masivni i tapni

izolatori. Najvie se upotrebljavaju lanasti kapasti izolatori koji se sastoje od vie lanaka kapastihizolatora [4], [12], [21]. Na slici 6. su prikazani porcelanski - a) i stakleni - b) lanci kapastihizolatora, a na slici 7. je data skica i dimenzije kapastog izolatora JUS K 146/254 [12].

Svojim mjerama i karakteristikama porcelanski kapasti izolatori tipa K, esto korieni uprenosnoj mrei EES Crne Gore, su u skladu sa IEC 305 i IEC 383 standardima [12], dok se novijistakleni kapasti izolatori (oznake U 120BS) usklauju sa EN 60383 standardom [5], koji predstavljaIEC normu prihvaenu na evropskom nivou.

Kompletni izolatorski lanci sadre pored povezanih lanaka izolatora koji ine izolacioni diomontanog sklopa konstrukcije i odgovarajuu ovjesnu opremu. U sastav ovjesne opreme zaizolatorske lance ubrajaju se elementi koji slue za spajanje izolatorskih lanaca sa nosivim i zateznimkonstrukcijama, elementi za meusobno spajanje izolatorskih lanaka, elementi koji spajajuizolatorske lance sa provodnicima, kao i zatitna armatura u obliku rogova i prstena. Rogovi slue dase, kod kvara, udalji elektrini luk od izolatora, a prsten za jednolinu raspodjelu elektrinognaprezanja na izolatore u lancu.

Izolatori su optereeni elektrino i mehaniki, a u sluaju proboja ili pojave elektrinog luka itermiki. Stoga se, izbor parametara izolatorskih lanaca vri na osnovu elektrinog i mehanikogdimenzionisanja, uz uvaavanje karakteristika mree (nain uzemljenja), atmosferskih uslova (istaatmosfera, zagaena atmosfera, posolica), nadmorske visine, kao i funkcije izolatorskog lanca(zatezni, na zateznim stubovima ili nosei izolatorski lanci, na noseim stubovima).

Elektrino dimenzionisanje izolatorskih lanaca podrazumijeva odreivanje tipa i brojaizolatorskih lanaka u izolatorskom lancu te odreivanje oblika i meusobnog razmaka zatitnearmature. Osnovu tog dimenzionisanja ine zahtijevane vrijednosti podnosivih atmosferskih udarnih


17/107

Magistarski rad

11

napona, zahtijevane vrijednosti podnosivih naizmjeninih napona industrijske uestanosti, kao izahtjevi za poveanjem podnosivih napona za vie nadmorske visine.

a) b)

Slika 6.a)Porcelanski kapasti izolatori; b) Stakleni kapasti izolatori

Slika 7. Skica kapastog izolatora K 146/254

Zavisno od tog da li je oprema u mrei sa kompenzacijom struje zemljospoja ili ne, predviajuse dva stepena izolacije. U direktno uzemljenim mreama primjenjuje se nii stepen izolacije.Atmosferski uticaji diktiraju izbor tipa izolatorskih lanaka, npr. izbor staklenih kapastih izolatora tipaKT -120M u uslovima zagaene atmosfere. Podnosivi naponi su definisani za referentne atmosferskeuslove (pritisak 101325 Pa, temperatura 20 oC, vlaga 11 g/m3), na koje se moraju preraunativrijednosti podnosivih napona izolatorskih lanaca koje se postignu pri drugim atmosferskim uslovima.Zahtijevane vrijednosti podnosivih napona treba poveati pri nadmorskim visinama veim od 1000 m,mnoenjem sa odgovarajuim faktorom koji se poveava sa porastom nadmorske visine [2].

Izolacija dimenzionisana za definisane vrijednosti podnosivih napona (npr. za 110 kV naponskinivo: podnosivi atmosferski udarni napon od najvie 450 kV i podnosivi napon industrijskeuestanosti do 185 kV) predstavlja osnovnu izolaciju nadzemnog voda, tj. onu koja na vodu

preovladava. U sluajevima prelaza nadzemnog voda preko pojedinih objekata i za karakteristineprelaze definisane Pravilnikom, potrebno je primjeniti elektrino pojaanu izolaciju. Kod elektrinopojaane izolacije podnosivi napon industrijske uestanosti vei je za 15 % od njegove vrijednosti zaosnovni nivo izolacije, odnosno od izolacije na preostalom dijelu voda. Kod kapastih izolatorskihlanaca, elektrino pojaana izolacija se postie ugradnjom jednog (dva) izolatorskog lanka vie uizolatorskom nizu, u odnosu na osnovni izolatorski nivo.

Mehaniko dimenzionisanje izolatorskih lanaca obuhvata dimenzionisanje izolatorskih nizova iovjesne opreme u sklopu izolatorskog lanca. Izolatorski nizovi u sklopu noseih izolatorskih lanaca

moraju biti dimenzionisani za prekidno optereenje koje je najmanje 3 puta vee od teine provodnikasa dodatnim teretom. Za zatezne izolatorske lance izolatorski nizovi moraju biti dimenzionisani za

prekidno optereenje koje je najmanje 3 puta vee od sile zatezanja provodnika. Princip mehanikog


18/107

Magistarski rad

12

dimenzionisanja ovjesne opreme isti je kao i za izolatorske nizove, s tim to se za ovjesnu opremuuzima faktor sigurnosti 2,5.

Pojaana mehanika sigurnost izolatorskih lanaca postie se upotrebom dvostrukih (trostrukih)izolatorskih nizova u sklopu izolatorskog lanca, pri emu se zahtijeva ravnomjerna raspodjelaoptereenja na pojedine izolatorske nizove.

U tabeli 4. date su karakteristike izolatorskih nizova sainjenih od kapastih lanaka tipa K,definisane za primjenu u okviru prenosne mree EES Crne Gore, uz referentne atmosferske uslove,osnovnu nadmorsku visinu i nezagaenu atmosferu. Vrijednosti u zagradama, odnose se na elektrino

pojaanu izolaciju.

Tabela 4.Karakteristike kapastih izolatorskih nizova za prenosne naponske nivoe

Nazivni naponUn [kV]

Broj lanakaK 146/254

Ukupna duinaL [mm]

Masa (priblino)[kg]

35 3 (4) 438 (589) 16,2 (21,6)110 7 (8) 1022 (1168) 37,8 (43,2)

220 13 (15) 1898 (2190) 70,2 (81,0)400 2x17 (19) 4964 (5548) 183,6 (205,2)

Na slici 8.a) prikazani su zatezni izolatorski lanci (trostruki), sa zateznom stezaljkom izategnutim faznim provodnicima, a na slici 8.b) nosei izolatorski lanac, sa noseom stezaljkom iovjeenim faznim uetom sa dva provodnika u snopu. U tabeli 5. date su konstrukcione karakteristikedvostrukih izolatorskih lanaca za 110 kV naponski nivo, a njihove skice sa osnovnim dimenzijama,date su na slici 9. (dvostruki zatezni izolatorski lanac) i slici 10. (dvostruki nosei izolatorski lanac)[21].

a) b)

Slika 8.a)Trostruki izolatorski lanci na zateznom stubu b)Izolatorski lanac na noseem stubu

Tabela 5.Konstrukcione karakteristike dvostrukih izolatorskih lanaca za 110 kV (slike 9. i 10.)

Za Al/ ue

prenika [mm]

Zatezni izolatorski lanac Nosei izolatorski lanacDimenzije Masa

[kg]Dimenzije Masa

[kg]L [mm] Lp[mm] L [mm] Lp[mm]18-24 1760 1906 15,22 1455 1601 14,22


19/107

Magistarski rad

13

Slika 9.Dvostuki zatezni izolatorski lanac, napona 110 kV

Slika 10.Dvostuki nosei izolatorski lanac, napona 110 kV


20/107

Magistarski rad

14

II.1.4. Stubovi

Stub je konstrukcija koja nosi izolatore, provodnike i zatitnu uad. Stubovi osiguravajuprovodnicima odgovarajuu visinu nad tlom. Stubovi nadzemnih vodova, zavisno od razliitih uslovatehnikog, prostornog, arhitektonskog pa i umjetnikog karaktera, poprimaju najrazliitije oblike uz

primjenu raznovrsnih materijala.

II.1.4.1. Vrste stubova

Podjela, odnosno grupisanje stubova moe se izvriti prema raznim kriterijumima: funkcijistuba, poloaju du trase voda, materijalu, obliku glave stuba i dr.

Osnovnim vrstama stubova smatraju se:

zatezni stub i

nosei (nosni) stub.

Zatezni stub (slika 11.) slui za kruto privrivanje uadi nadzemnog voda, nakon njihovogzatezanja odgovarajuom silom (koja se uobiajeno izraava naprezanjem, jednakim sili zatezanja po

jedinici poprenog presjeka ueta). Kod zateznih stubova naprezanje provodnika, odnosno zatitneuadi, ne mora biti jednako u oba raspona. Kako su uad na njima vrsto spojena, na stub se direktno

prenose sile zatezanja uadi sa jedne i druge strane stuba.Nosei stubovi nose uad nadzemnog voda koja su na njima ovjeena. Kod noseeg stuba (slika

12.) naprezanje provodnika, kao i zatitne uadi, je isto u oba raspona stuba. Kako uad na njima nisukruto privrena, na stub se ne prenose sile zatezanja s jedne strane stuba nego se prenosi rezultantnasila zatezanja s obje strane, ako ta rezultanta postoji.

Slika 11.Zatezni stub Slika 12.Nosei stub


21/107

Magistarski rad

15

Prema poloaju na trasi, stubovi se mogu nalaziti na pravolinijskom dijelu trase, i tada ihnazivamo linijskim, ili na mjestu skretanja trase, a to su ugaoni stubovi. U principu nosei stubovi sulinijski, a zatezni ugaoni stubovi. Nosei stub moe biti ugaoni, ako je lom trase neznatan (sasvimmali uglovi skretanja trase). Zatezni stubovi mogu biti i linijski, a to su rasteretni stubovi.

Prema posebnim funkcijama stubovi se dijele i na:

- rasteretne (najstroiji uslovi optereenja, moraju izdrati jednostrani prekid svih uadi),- krajnje (na krajevima voda, na prelasku sa nadzemnog na kablovski prenos, prije spajanja narasklopno postrojenje, obino je i rasteretni),

- prelazne (stub koji nije jednako zategnut sa obje strane zbog promjene presjeka ili promjenenaprezanja uadi, npr. u sluaju prelaza preko rijeka, puta, pruge i sl., najee je irasteretni),

- ukrsne (na ukrtanju sa drugim vodom),- prepletne (stub na kome se vri preplitanje uadi radi postizanja simetrije parametara) i- meustub (nosei stub umetnut u prelazno zatezno polje, da bi uad dobila potrebnu visinu).Prema materijalu od kojeg su izgraeni stubovi se dijele na:

- drvene,- betonske i- elino-reetkaste.

Drvene stubove karakterie mala teina, brza montaa, relativno su jeftini, ali su kratkogivotnog vijeka, pa su takvi stubovi dosta skupi u pogonu. Trajnost drvenih stubova je 7 do 8 godina.

Najprije istrunu u visini povrine zemlje. Da bi im se vijek produio na 15 do 20 godina, drvenistubovi se impregniraju po raznim postupcima i raznim sredstvima. Drveni stubovi se u principu radesve do napona 220 kV, meutim danas se prvenstveno upotrebljavaju kod niskonaponskih (NN) i

srednjenaponskih (SN) nadzemnih vodova. Tipine siluete (pojednostavljeni prikaz konstrukcije)drvenih stubova prikazane su na slici 13. [1].

Slika 13. Tipine siluete drvenih stubova

Armirano-betonski stubovi se izrauju do napona 110 kV, ali se praktino upotrebljavaju uniskonaponskim i srednjenaponskim mreama, do nazivnog napona 35 kV. U mreama visokognapona armirano-betonski stubovi se ne upotrebljavaju, zbog pretjerane teine i tekoa vezanih zanjihov transport. Armirano-betonski stubovi se rade od betona i elinih ica. Veoma su trajni, pod

uslovom da su dobro izvedeni. Vijek trajanja armirano-betonskih stubova je oko 50 godina. Ovistubovi su istovremeno laki za odravanje. Na slici 14. su date tipine siluete armirano-betonskihstubova.


22/107

Magistarski rad

16

Slika 14.Tipine siluete armirano-betonskih stubova

elino-reetkasti stubovi imaju najiru primjenu. Koriste se u mreama vieg srednjeg napona(35 kV) i dominantno u mreama visokog i veoma visokog napona (110, 220, 400 kV i vii). Ree sesrijeu u srednjenaponskim mreama (10, 20 kV). U mreama niskog napona i mreama srednjeg

napona izgraenim sa drvenim ili armirano-betonskim stubovima esto se pojedini stubovi, kojima serealizuje ukrtanje sa putem, prugom, drugim nadzemnim vodom ili premoenje jaruge ili rijeke,grade kao elino-reetkasti.

elino-reetkasti stubovi se rade od elika. Sastavi na reetki se zavaruju i u komadimapogodnim za transport dopremaju na odreena mjesta. Dalje se spajaju vijcima. S obzirom narelativno malu teinu i duinu elemenata, nema veih problema sa transportom tih elemenata i doveoma tekih i nepristupanih lokacija stubnih mjesta. Radi zatite od korozije, moraju se premazivati.Da bi se izbjeglo esto premazivanje, odnosno smanjili trokovi odravanja, vri se vrue

pocinkavanje. Vijek trajanja im je oko 50 godina. Variranjem irine stuba te veliine profila elemenata

konstrukcije mogue je konstruisati stub praktino za svako optereenje koje se pojavljuje.Istovremeno, tei se ostvarenju optimalnog oblika stuba, kako za jednostruke (jedan sistem prenosa: 3fazna provodnika) tako i za dvostruke (dva sistema prenosa istog napona: 2 x 3 fazna provodnika),odnosno uopteno za viesistemski prenos. Neke tipine siluete elino-reetkastih stubova za

jednosistemski prenos, date su na slici 15.

Slika 15.Tipine siluete jednostrukih elino-reetkastih stubova


23/107

Magistarski rad

17

Primjenom viesistemskih nadzemnih vodova postiu se, prije svega, znaajne utede uzauzimanju prostora, a takoe i ekonominiji prenos. Na slici 16. su prikazana neka karakteristinarjeenja dvostrukih elino-reetkastih stubova [1].

Slika 16.Tipine siluete dvostrukih elino-reetkastih stubova

Po pravilu, elino-reetkasti stubovi se ne ukopavaju direktno u zemlju. Za njih se prave temeljiod armirano-betonskih blokova iz jednog ili etiri dijela (za svaki elini nogar po jedan).

II.1.4.2. Osnovni djelovi i karakteristike izvedbe elino-reetkastih stubova

Stubovi VN nadzemnih vodova poprimaju razliite oblike uz primjenu razliitih materijala,zavisno od niza uslova tehnike, ekonomske, prostorne, arhitektonske pa i umjetnike prirode.Razvojem industrije elika, poboljanjem kvaliteta elika, usavravanjem asortimana i tehnologijeizrade i spajanja elinih elemenata, primjena elino-reetkastih konstrukcija postaje dominantna zaizradu VN nadzemnih vodova i sa ekonomskog aspekta zasad nema alternative. Prema dosadanjoj

praksi gradnje nadzemnih vodova, kod nas i u svijetu primjena stuba tipa jela je najrasprostranjenijaza jednosistemske vodove 110 kV naponskog nivoa (tri fazna provodnika, jedno zatitno ue).Konstrukcija stuba je jednostavna, horizontalni razmak izmeu krajnjih provodnika je takav daomoguava koridore male irine, a i estetski utisak je povoljan.

Na slici 17. prikazana je silueta elino-reetkastog stuba tipa jela sa oznakama osnovnihdjelova i karakteristinih veliina stuba [5].

elino-reetkasta konstrukcija sastoji se od etiri pojasnika, dijagonala ispune i konzola.Pojasnici odreene duine nastavljaju se preko montanih nastavaka sa vijcima. Dijagonale ispunemogu biti jednostruke i dvostruke (unakrsne), a spajaju se na pojasnike sa vijcima isto kao i tapovikonzola (horizontalni i kosi). Od 2,5 do 3 m iznad terena na pojasnike se montiraju penjalice u oblikuvijka na razmacima 300 - 400 mm.

Osnovni djelovi stuba su:

glava stuba - dio stuba od donje konzole do najvie take stuba,

tijelo ili trup stuba - dio stuba od gornjeg ruba temelja do donje konzole, temeljni dio - dio stuba sa temeljima.


24/107

Magistarski rad

18

U okviru glave stuba izdvaja se dio sa konzolama (najmanje tri: donja, srednja i gornja, za svakifazni provodnik po jedna) i vrh stuba (dio stuba od gornje konzole do najvie take stuba).

Tijelo ili trup stuba je osnovna nosea konstrukcija kojom se, pored ostalog obezbijeujepotrebna visina provodnika iznad tla, odnosno iznad objekata na tlu.

Temelji osiguravaju statiku stabilnost cijelog objekta. Prenose sile sa stubova u tlo, a izvedbe

mogu biti razliite.

Slika 17.elino-reetkasti stub sa oznakama osnovnih djelova i veliina

Osnovne konstrukcione veliine stuba prikazane na slici 17. su:H - nazivna visina stuba, vertikalni razmak od donje konzole do zadnjeg vijka na tijelu stuba;Hk - vertikalni razmak konzola, vertikalna udaljenost izmeu mjesta zavjeenja provodnika na

konzolama;Hp - visina vrha stuba, vertikalna udaljenost izmeu zavjeenja provodnika na gornjoj konzoli i

vrha stuba (zavjeenje zatitnog ueta);C1, C2, C3 - raspon gornje, srednje i donje konzole, horizontalna udaljenost izmeu mjesta

privrenja izolacije provodnika od ose stuba;


25/107

Magistarski rad

19

a - irina stuba po strani X, b - irina stuba po strani Y, predstavljaju horizontalni razmakizmeu osa pojasnika. Stranica stuba normalna na vod oznaava se kao stranica X, a stranica voda

paralelna sa smjerom voda oznaava se kao stranica Y;P - prirast stuba;L - duina temeljnog dijela pojasnika;T - dubina temelja.

Kod noseih stubova uglavnom vai a > bi > , a kod zateznih a = bi = .

Kod odreivanja geometrijskog oblika stuba treba voditi rauna o statikom aspektu - stabilnostistuba, o ekonomskom aspektu - to manja masa stuba, te o estetskom aspektu. Tlocrtni oblik noseihstubova je u veini sluajeva pravougaonik s duom stranicom u smjeru normalnom na smjer voda,dok je tlocrtni oblik zateznih stubova u veini sluajeva kvadratni.

Iz statikih, ekonomskih i estetskih razloga stubovi se rade sa prirastom - nagibom pojasnika.Prirast, tj. ugao nagiba pojasnika u odnosu na vertikalnu osu kod noseih stubova je zbog manjegoptereenja manji nego kod zateznih stubova. Isto je tako kod noseih stubova, iz razloga to jeglavno optereenje stuba u smjeru straniceX(normalno na osu trase dalekovoda) prirast u tom smjeru

vei nego prirast u smjeru manjeg optereenja po stranici Y.Stubovi se rade sa jednim ili vie prirasta. Kod stubova gdje su optereenja manja, konstrukcija

se obino izvodi sa jednakim prirastom, ime se moe postii optimalna iskoristivost pojasnika ipovoljan estetski utisak. Kod veih optereenja potrebno je proiriti stub kako bi se dobila optimalnadimenzija profila za najvea optereenja i za najveu visinu stuba. Pri tome se ide na primjenu vie

prirasta, jer se na taj nain postiu maksimalni efekti u smislu iskorienja profila pojasnika idijagonala, a najee se dobija se i na estetskom utisku.

Konstruktivnoj izvedbi glave stuba posveuje se posebna panja. Oblik glave stuba definisan je

izborom siluete stuba, dok su osnovne dimenzije (razmaci izmeu ovjeenja izolacije provodnika irazmaci od ovjeenja zatitnog-ih ueta-uadi) diktirane propisanim sigurnosnim razmacima izmeu

provodnika pojedinih faza, izmeu provodnika i zatitnog ueta i izmeu provodnika i tijela stuba, kaoi otklonima izolatorskih lanaca i ueta.

Dimenzije glave stuba moraju zadovoljavati propisane razmake i udaljenosti te istovremenoobezbijediti da se izmeu uadi ostvare razmaci koji omoguavaju postizanje potrebnih rasponaizmeu susjednih stubova, ali ne smiju biti neracionalno velike da nepotrebno poveavaju ukupnedimenzije, a time i cijelu konstrukciju. Pri tome, treba ii na maksimalnu tipizaciju dimenzijaelemenata glave stuba, tj. na rjeenja da se jednaki konstruktivni elementi primjenjuju na vie tipova

(sa aspekta uticajnog optereenja) stubova razmatranog oblika. Tako se npr. za 110 kV naponski nivo,nosei stubovi tipa jela grade sa dva rjeenja glave stuba, s obzirom na osnovni pritisak vjetra: za 60daN/m2s mogunou primjene i za 75 daN/m2za stubove vie od 40 m2i za vee pritiske vjetra do150 daN/m2. Kod zateznih stubova glave stuba su jednake za sve pritiske vjetra. Rjeenja razliitihglava stuba za svaki osnovni pritisak vjetra bila bi sasvim neracionalna.

Pri dimenzionisanju glave stuba s obzirom na stabilnost konstrukcije, posebna panja seposveuje: koncentraciji optereenja, simetrinosti optereenja i to je mogue manjem krakudjelovanja i to povoljnijem prenosu optereenja preko konzola na tijelo i temelje stuba. Kod stubovaoblika jela dva provodnika (konzole) nalaze se sa jedne, a trei provodnik (konzola) sa druge straneod ose stuba. Zatitno ue je montirano na vrhu stuba. Oigledno je da kod ove konstrukcija nije

postignuta potpuna simetrinost optereenja. Meutim, kako su konzole vezane na pojasnike stuba naetiri mjesta, optereenja se vrlo povoljno prenose na konstrukciju stuba, odnosno preko etiri

pojasnika na temelje stuba.


26/107

Magistarski rad

20

Kod stubova tipa jela, izbor orijentacija konzola se u principu realizuje u fazi projektovanjakonkretnog voda, uvaavajui sljedee uticajne faktore: poloaj voda na najintezivnije djelovanjevjetra, konfiguracija terena, prelazi i pribliavanja postojeim objektima kao i prikljuak ilirekonstrukcija nekog voda.

Uloga temelja stubova nadzemnih vodova je da sile sa stuba prenesu na tlo. Pri tome temeljimogu biti napregnuti vertikalno prema dolje (na pritisak), na izvlaenje i na prevrtanje. Oblik iveliina temelja prvenstveno zavisi od vrste i veliina naprezanja, te od vrste i karakteristika tla.

Prema nainu izvedbe, temelje dijelimo na one koji se izvode na gradilitu (stubnom mjestu) iprefabrikovane temelje. Temelji elino-reetkastih stubova visokonaponskih nadzemnih vodova seizvode od betona, odnosno armiranog betona. Prema osnovnom tlocrtnom obliku razlikujemoraslanjene temelje i zajednike (blok) temelje. U naim uslovima, temelji se najee izvode nasamom stubnom mjestu, kao raslanjeni.

II.1.4.3. Raspored stubova du trase nadzemnog voda

Trasa nadzemnog voda je teren kojim prolazi vod od svoje poetne do krajnje take.Karakteristike terena du trase znaajno utiu na konstrukcione i ekonomske karakteristikenadzemnog voda. Najuticajnije su: duina trase, postojee ceste i pristupni putevi, konfiguracijaterena, klimatski uslovi meteoroloke prilike, geomehaniki i hidroloki uslovi, kulture kojima jezemljite pokriveno, naseljenost terena, postojea i planirana gradnja, seizmoloki parametri i dr.

Trasa nadzemnog voda du koje se postavljaju stubove ima prave dionice i lomove trase podrazliitim uglovima. Na mjestima loma trase postavljaju se zatezni stubovi, sa fiksnom takomvjeanja uadi, projektovani da podnose horizontalna i vertikalna naprezanja, kao i naprezanja usljed

udara vjetra. Du pravolinijskog dijela trase postavljaju se nosei stubovi, sa noseim izolatorskimlancima i ovjeenim uadima, projektovani da podnose vertikalna naprezanja i naprezanja usled vjetra.Dio voda izmeu dva zatezna (ili rasteretna) stuba naziva se zatezno polje (slika 18.).

Slika 18.Raspored stubova du dijela trase nadzemnog voda - zatezno polje


27/107

Magistarski rad

21

Tei se da rasponi u zateznom polju budu jednaki, ali je u praksi to rijetko mogue, jer jeraspored stubova odreen uslovima na terenu, topologijom, objektima koji se ukrtaju i slino. Zateznistubovi se postavljaju i na kraju i poetku trase i to su tzv. krajnji stubovi. Takoe, na svakih 3 do 5km (zavisno od napona voda, max. 8 km i 30 raspona) pravolinijske trase moraju se umetnuti zateznistubovi (rasteretni stubovi), koji rastereuju vod kod montae i u sluaju prekida provodnika. Od

rasteretnih stubova se trae najstroiji uslovi, jer oni moraju izdrati potpuni jednostrani prekid uadi.Na prelasku preko saobraajnica, eljeznikih pruga, rijeka, PTT vodova kao i na svim onimmjestima gdje se zahtijeva vea elektrina i mehanika sigurnost, postavljaju se esto sa obije strane

prelaska takoe rasteretni stubovi.Krajnji stubovi se postavljaju i pri prelasku sa nadzemnog voda na kabl, jer mogu da izdre

trajno optereenje sa punom silom zatezanja provodnika samo sa jedne strane. Takvi stubovi sepostavljaju i na ulasku ili izlasku iz transformatorske stanice, jer na kratkom rastojanju od zgradetransformatorske stanice, do prvog stuba uad su veoma malo zategnuta, kako konstrukcija zgrade ne

bi bila ugroena.Stubovi za preplitanje, odnosno transpozicioni stubovi, ine posebnu vrstu zateznih stubova na

kojima se vri preplitanje faznih provodnika. Kapacitivnost i induktivnost svake faze nadzemnog vodazavise, izmeu ostalog, od rasporeda provodnika na stubu. U sluaju nesimetrinog rasporeda

pojavie se razlika u veliini kapacitivnih i induktivnih otpornosti pojedinih faza, naroito kod dugihvodova, to nije preporuljivo, pogotovo ako je vod dui i vieg napona. Da bi se izjednaile njihovevrijednosti po fazama, na odreenim stubovima du trase nadzemnog voda vri se promjena mjestafaznih provodnika preplitanjem, to zahtijeva promjene i pojaanja konstrukcije stuba, a koji su uosnovi zatezni stubovi.

Zatezna polja du trase nadzemnog voda sadre raspone, u optem sluaju razliitih parametara

(duina, visinska razlika, poloaj najnie take i dr.). Sa aspekta uticaja raspona na optereenja uadikoja se prenose na stubove, relevantni su srednji raspon ( sa [m]) i gravitacioni raspon ( gra [m]).

Srednji raspon je poluzbir susjednih raspona ( 2a [m] i 3a [m]), odnosno polovina zbira raspona

sa jedne i druge strane stuba (slika 18.):

232 aaas

(1.)

Optereenje stuba od pritiska vjetra na provodnike i zatitnu uad, rauna se prema srednjem

rasponu.Gravitacioni raspon je horizontalna udaljenost od najnie take provodnika (lananice) s jedne -

lijeve strane stuba ( grla [m]) do najnie take provodnika s druge desne strane stuba ( ][magrd ):

grdgrlgr aaa (2.)

Pri tome, pojedinani gravitacioni rasponi (lijevi i desni) mogu biti pozitivni (slika 19.a),negativni (slika 19.b), ili jedan pozitivan, a drugi negativan (slika 19.c).

Gravitacioni raspon se u projektantskoj praksi koristi za proraun vertikalnih sila koje djeluju na

stub. Vertikalne sile na stub se izraunavaju kao proizvod gravitacionog raspona i podune teineueta, odnosno podune teine uadi sa dodatnim teretom [16].


28/107

Magistarski rad

22

Slika 19.Gravitacioni raspon

U principu, u sklopu nadzemnih vodova imamo zatezne i nosee stubove. Sa aspekta sameizvedbe nadzemnih vodova bilo bi najjednostavnije kada bi se primjenjivao samo jedan tip (istekonstruktivne karakteristike) za zatezne i jedan tip za nosee stubove, bez obzira na razliite terenske iklimatske uticaje du trasa nadzemnih vodova. Takvi stubovi bi morali biti dimenzionisani za najteeklimatske uslove, pa bi njihova primjena u oblastima sa znatno slabijim optereenjem, prije svega bilaneekonomina. S obzirom na injenicu da graevinski dio (stubovi i temelji) ini preko 60 % ukupne

cijene nadzemnog voda [5], takav izbor stubova znaajno bi poskupio cijeli objekat.Teorijski, najpovoljniji ekonomski efekat postie se kad bi se za svaki nadzemni vod

projektovao skup stubova, izborom najlakih (najekonominijih) stubova za konkretne klimatskeuslove i karakteristika terena. To znai, primjenu velikog broja razliitih-netipskih stubova, odnosnoveliki broj nestandardnih projektnih i radionikih razrada stubova (to uvijek dovodi do poveanecijene), dodatni problemi pri narudbi stubova, kao i probleme pri odravanju. Ovo sve, bez obzira na

pojedinano gledano manje cijene stubova, vodi do poveanih ukupnih trokova, odnosnoneekonominog izvoenja nadzemnog voda.

Sa stanovita projektovanja stubova, ekonomino rjeenje znai pronalaenje optimalnog brojastubova za nadzemne vodove odreenog naponskog nivoa, koji e svaki za sebe, uz maksimalnuiskoristivost konstrukcije, zadovoljiti primjenu za odreene uslove optereenja.

Veoma vaan aspekat, kako za projektovanje tako i za sam izbor stubova su optereenja koja pritom treba uvaavati. Tako, uvaavanje optereenja pri istovremenom djelovanju dodatnog tereta ivjetra, uvodi nove aspekte u proraunu stubova, kao i u njihovoj tipizaciji. To praktino znai izborsnanijih, a time i skupljih stubova s jedne strane, a s druge strane znaajno pouzdaniji objekat,otporan na mogue havarije pri ovim ekstremnim klimatskim uticajima. Ovakvim objektima, bezobzira na njihovu poveanu cijenu izgradnje, pored kvalitetnog napajanja, mogu se, kroz izbjegavanjehavarijskih dogaaja, ostvariti i pozitivni ekonomski efekti.

Pored rasporeda stubova du trase nadzemnog voda, na karakteristike voda i njegovu

ekonominost znaajno utiu i visine stubova.Visina stubova prvenstveno zavisi od visine nazivnog napona mree. Istovremeno stubovi istog

nazivnog napona i istog tipa rade se sa razliitim visinama, a primjenu stuba odreene visine diktiraju


29/107

Magistarski rad

23

karakteristike terena i uslovi na terenu. Visine stubova se biraju tako da provodnici najnie faze nacijeloj trasi budu udaljeni od zemlje u skladu sa propisima definisanim sigurnosnim visinama. PoPravilniku to je bar 6 m, a na prelazima preko puteva, eljeznike pruge i sl. bar 7 m. Ako su u pitanjunepristupani tereni, dovoljno je 4 m [2].

Ekonominost primjene stubova u sklopu nekog nadzemnog voda, postie se i izborom to

manjeg broja nazivnih visina za odabrani tip stuba, pa ak i na raun vee mase stubova na nekimstubnim mjestima. Opet e se negativni efekat poveanja mase kompenzovati jednostavnijomnarudbom za izvoenje stubova, samom serijskom izvedbom stubova i odravanjem.

II.2. Klimatski parametri koji utiu na nadzemne vodove

Stubovi nadzemnih vodova su predvieni da nose uad na odreenoj meusobnoj udaljenosti iudaljenosti od tla, te da izdre optereenja koja nastaju od karakteristika (teine) uadi i elemenata zanjihovo postavljanje (izolatori, ovjesna oprema, ...), optereenja od sila zatezanja uadi, kao ioptereenja od spoljanjih uticajnih faktora na uad, elemente i sami stub. Karakteristike stubova

zavise prvenstveno od nazivnog napona nadzemnog voda, od vrste, dimenzija i mehanikognaprezanja uadi, od funkcije i poloaja stuba du trase, kao i od klimatskih uslova na mjestu lokacijestuba, odnosno karakteristika klimatske(ih) zone(a) kojom(im) se prostire nadzemni vod.

Uad prenose na stubove optereenja koja se mijenjaju pod dejstvom spoljanjih faktora,nastalih uglavnom zbog klimatskih uticaja (spoljanja temperatura, vjetar, inje, led, ledena kia,snijeg). Ti uticajni parametri moraju biti definisani i standardizovani sa niza aspekata (relavantnivremenski period posmatranja, naini mjerenja i obrade podataka, vrijednosti po klimatskim zonama,metodologija izraunavanja, istovremenost djelovanja i dr.), kao i adekvatno primjenjeni u proraunuoptereenja stubova nadzemnog voda. Za svaki stub, mjerodavni su klimatski parametri na mjestu

njegovog postavljanja. Oni uzrokuju promjenljiva optereenja koja poveavaju horizontalne ivertikalne sile koje djeluju na stub.

Pravilno definisanje uticajnih klimatskih parametara i njihovo uvaavanje u fazamaprojektovanja i izvedbe nadzemnih vodova, osnovni je preduslov njihove pouzdane eksploatacije.

II.2.1. Spoljanja temperatura

Temperatura vazduha iroko varira po razliitim regijama. U Evropi, moemo smatrati da tatemperatura varira izmeu -30 i + 35 oC, dok se sa negativnim spoljanjim temperaturama od -50 pa i-60 oC moemo susresti u Kanadi i Sibiru, a sa temperaturama iznad nule od +50 i +60 oC usuptropskoj zoni.

U odreenim suptropskim regijama, gdje je koliina osunanosti zraenja i reda veliine od 1200W/m2, maksimalna temperatura s kojom treba raunati moe biti od +80 i +90 oC.

Temperatura ambijenta se prenosi na provodnike i zatitnu uad nadzemnih vodova. Zadefinisanje temperature provodnika, treba uzeti u obzir i poveanje temperature ueta zbog Dulovogefekta, koji se dodaje spoljanoj temperaturi. Stoga su u projektovanju nadzemnih vodova definisanerazliite maksimalne temperature. Tako se, npr. u Francuskoj, vodovi proraunavaju za maksimalnetemperature 65, 75, 80 i 90 oC, u zavisnosti od regije i vrste voda [6].

Spoljanja temperatura utie na naprezanje uadi, a time i na optereenje stubova nadzemnih

vodova. Naime, usljed toplote, odnosno poveanja temperature okoline, provodnici se ljeti izdue,zbog ega se povea ugib, a smanji naprezanje. Zimi se uslijed hladnoe, odnosno snienjatemperature okoline, provodnici skrate, zbog ega se ugib smanji, a naprezanje povea [5].


30/107

Magistarski rad

24

Spoljanja temperatura, kao uticajni parametar, definie se u odgovarajuim propisima(standardi, pravilnici, preporuke) za projektovanje nadzemnih vodova. Pri tome se relevantnitemperaturni intervali i karakteristine vrijednosti, prvenstveno maksimalna temperatura, dati u

propisima pojedinih zemalja mogu razlikovati, u skladu sa klimatskim razlikama pripadnih podruja.Neadekvatno definisani uticaji spoljanje temperature, mogu uzrokovati probleme pri eksploataciji

nadzemnih vodova, kao to su nedozvoljeno poveanje ugiba ili ogranienje prenosne moi.II.2.2. Vjetar

Vjetar se definie kao pokretanje atmosfere pri tlu, ili kao pomjeranje vazdune mase razliitogpravca i inteziteta. Vjetar moe duvati u svim pravcima, u kontinuitetu ili u naletima razliitih brzinaod 5 do 200 km/h u sluaju uragana ili oluja.

Svaka meteoroloka stanica kao jedan od osnovnih parametara, pored temperature, vlanosti,broja sunanih sati, mjeri i brzinu vjetra. Brzina vjetra se obino izraava u kilometrima na sat, ili uboforima. Anemometrijska skala po Boforu koju je objavila Meunarodna meteoroloka organizacija

(IMO International Meteorological Organization) daje podatke za svaku vrstu vjetra kao iodgovarajuu brzinu (za visinu od 10m iznad ravnog nepokrivenog terena), tabela 6. [29].

Tabela 6.Anemometrijska skala

Brojbofora Opisni termin vjetra

Brzina[km/h] Dejstvo

0 Miran


31/107

Magistarski rad

25

II.2.3. Atmosfersko zaleivanje

Atmosfersko zaleivanje je opti pojam za niz procesa kojima se voda u raznim oblicima uatmosferi zamrzava i prijanja uz objekte u vazduhu. Uopteno, postoje dvije vrste zaleivanja koje suimenovane u skladu s glavnim procesima: zaleene padavine i zaleivanje unutar oblaka.

II.2.3.1. Zaleene padavine

Zaleene padavine pojavljuju se u nekoliko oblika, meu kojima su najvaniji: ledena kia,vlani snijeg i suvi snijeg.

Kad kie padaju kroz sloj hladnog vazduha (sub-niske temperature), kapljice vode se hlade.Dakle, one su jo uvijek u tekuoj fazi i ne zamrzavaju prije nego to dodirnu tlo ili bilo koji predmetkoji je na njihovom putu. U dodiru sa preprekom, taj proces se usporava i kapljice se tada lededovoljno sporo tako da tena voda ima dovoljno vremena da ispuni slobodne meuprostore izmeuestica leda, ime se dobija providna i homogena naslaga leda sa velikom gustinom 800-900 kg/m 3.

Ovaj vrst sloj leda se naziva glazura, esto je praen ledenicama i vrlo se teko uklanja.Ledena kia se javljaju uglavnom u prostranim ravnicama i kotlinama, gdje se akumulira

relativno dubok sloj hladnog vazduha tokom hladnog zimskog vremena. Kada polje niskog pritiska satoplim frontom i kiom prodire u oblast, hladan i tei vazduh moe ostati blizu tla i na taj nain moeomoguiti stvaranje glei (temperaturna inverzija). Takva situacija moe trajati dok vjetrovi ne

pomijeaju topliji vazduh sa veih visina sa povrinskim slojem hladnog vazduha [6]. Slina situacijase moe desiti u zonama preklapanja hladnog i toplog vazduha. Topliji vazduh, esto sa padavinama,se podie preko hladnijeg vazduha i formira frontalnu zonu u kojoj se poveava intezitet padavina.Obino tokom ledenih kia duvaju samo umjereni vjetrovi. Otuda koliina nagomilanog leda zavisi od

inteziteta i trajanja padavina. Ledena kia moe da uzrokuje znaajno dodatno optereenje na samo nauadima nadzemnih elektroenergetskih vodova nego i na ostalim elementima: izolacija, konzole,stubna konstrukcija i dr.

Ukoliko je temperatura vazduha u blizini tla iznad nule, snijene pahuljice e poeti da se topeprilikom prolaska kroz izotermu od 0 C, pa e pahuljice sadrati mjeavinu leda i vode (pri 0 C).Ako je topli sloj vazduha dovoljno dubok, pahuljice e se pretvoriti u kapi kie. Sve dok su pahuljedjelimino istopljene, one ce prijanjati na objekte na koje padnu. Gustina vlanog snijegamoe davarira (100 - 800 kg/m3), ali uglavnom se kree u opsegu od 400 do 600 kg/m3. Gustina i intenzitetnapadalog vlanog snijega zavisi od koliine padavina, brzine vjetra i temperature. Intezitet snijenih

padavina je odluujui faktor. Ovim se objanjava pojava da se velika optereenja ponekad dogode zasamo nekoliko sati, nasuprot procesima gomilanja leda i poledice koji su relativno spori [5]. Kadavlani snijeg napada, a temperatura padne ispod 0 C, snijeg ce zamrznuti i tako predstavljati teak igust sloj koji vrsto prianja na objekte. Vlani snijeg moe da se zamrze na objektima i ukoliko jetemperatura u blizina tla niska, kao i u sluaju ledene kie. Vlaan snijeg nastaje pri vjetru brzineizmeu 1 i 20 m/s. Gustina napadalog vlanog snijega (u sluaju zaleenja) obino se povecava sa

brzinom vjetra, to rezultuje manjim povrinama na koje djeluje vjetar. U tom sluaju, moguce je dasile na provodnicima, koji su izloeni veim brzinama vjetra, mogu biti manje kritine, nego namanjim brzinama vjetra na referentnoj visini od 10 m.

Suvi snijeg je snijeg, koji se taloi na uad slabim vjetrom (brzine manje od 2 ili 3 m/s), pri

temperaturama koje su na nuli ili neto ispod nule. U ovom sluaju, nagomilavanje snijega se formirakretanjem i akumulacijom oko uadi. Poto je prisutno i malo vjetra, ovaj snijeg se razvejava, dok jonije prionuo. Gustina snijenog omotaa je vrlo mala, nia od 200 kg/m3[6].


32/107

Magistarski rad

26

II.2.3.2. Zaleivanje unutar oblaka

Zaleivanje unutar oblaka je proces kojim se vrlo hladne kapljice vode u oblaku ili magli naniskim temperaturama zamrznu odmah nakon to dodirnu predmete ija je povrina na temperaturiispod ili neto malo vioj od nule. Te kapi su veoma malih dimenzija, manje od 100 mikrona.

Kada je temperatura dosta ispod nule (ispod -5

o

C), kapljice se lede u samom trenutku pada. Ledkoji tako nastaje, djeluje zrnasto i uglavnom je bijele boje, neproziran i naziva se meko ili tvrdo inje,prema gustini koja je obino 300 kg/m3za meko inje i 700 kg/m3za tvrdo inje. Ova vrsta leda neprianja snano uz podlogu.

Kako se temperature povrine pribliavaju nuli, zaleivanje kapljica je sporije. Voda, koja jeostala u tenom stanju, ima vremena da prodre u pukotine izmeu estica leda, prije nego to sezaledi. Led je kompaktan, gladak i uglavnom providan. Njegova gustina je izmeu 600 i 900 kg/m 3injegovo prianjanje je veoma jako.

Zaleivanje varira uglavnom zbog sljedec ih razloga: tenog sadraja vode u vazduhu, srednjeveliine kapljica, brzine vjetra, temperature i dimenzije objekta na kojem se stvara led.

Na temperaturama ispod -10 C vlanost vazduha je manja, zbog ega i rjee dolazi dozaleivanja. Pod istim uslovima, stopa stvaranja leda ce biti vec a za mali, nego za veliki objekat.Dakle, velika opterecenja leda su vanija za uad, nego za stubove. Treba napomenuti da senajkritinije zaleivanje unutar oblaka deava na odreenim lokacijama, kao na primjer, priobalne

planine zbog kombinacije vlanog snjega i tekog inja. Tabela 7. daje tipine vrijednosti parametarakojima se kontrolie stvaranje leda [5].

Tabela 7.Meteoroloki parametri kontrole stvaranja leda

Vrsta leda

Temperatura

vazduhat [C]

Prosjena

brzina vjetrav [m/s]

Veliina

kapljice Sadraj vode

Trajanje

karakteristinihuslovaLed sa glazurom -10 < t < 0 Sve brzine Velika Srednji Sat

Vlani snijeg 0 < t < 3 Sve brzine Pahuljice Vrlo visok Satvrsto inje -10 < t < 1 10 < v Srednja Srednji do visoki DanimaMeko inje -20 < t< 1 v < 10 Mala Nizak Danima

Prelaz izmeu mekog inja, tvrdog inja i zaleivanja unutar oblaka je uglavnom funkcijatemperature vazduha i brzine vjetra, kao to je prikazano na slici 20. Meutim, krive na slici 20. se

pomjeraju udesno sa povecanjem tenog sadraja vode i sa smanjenjem veliine objekta.

Slika 20.Vrsta zaleivanja unutar oblaka u funkciji brzine vjetra i temperature


33/107

Magistarski rad

27

II.2.3.3. Uticaj terena

Usljed uticaja regionalne i lokalne topografije dolazi do promjena vertikalnih kretanja vazdunihmasa u atmosferi, to dovodi do promjene strukture oblaka i zaleivanja. Primorske planine, koje suizloene vjetru, dovode do pomjeranja vlanih vazdunih masa nagore, to dovodi do hlaenja

vazduha, kondenzacije vodene pare, rasta kapljica i eventualno padavinama. Najozbiljnije zaleivanjeunutar oblaka javlja se iznad nivoa kondenzacije i zamrzavanja, na velikim visinama, gde planinskedoline primoravaju vlaan vazduh da prolazi preko prevoja, to dovodi do uzdizanja vazdunih masa i

jaanja vjetra.Na strani planina koje nijesu izloene vjetru, dolazi do sputanja vazdunih masa to dovodi do

zagrijavanja vazduha i isparavanja kapljica, usljed ega moe doi do potpunog nestajanja oblaka.Kod mjesta, koja su zaklonjena i nijesu via od 50 m od strane koja nije izloena vjetru, moe doi doznaajnog smanjenja opterecenja ledom. Usljed ovog razloga, rute u visokim planinama mogu biti

pogodne za nadzemne vodove, pod uslovom da se oni smetaju u trasama u kojima nee biti izloenivjetrovima usljed kojih moe doi do stvaranja leda [7].

U principu, zaleene padavine se mogu javiti na bilo kojoj visini. Meutim, vjerovatnoca zapojavu zaleenih padavina generalno je veca u dolinama nego na pola puta od doline navie zbogpovecane pojave hladnog vazduha. Na velikim ravnicama moe doc i do pojave i ledene kie i vlanogsnijega.

Najvece koliine vlanog snijega mogu se formirati, kada je poprena komponenta vjetranajjaa. Dakle, kod nadzemnih vodova du doline dolazi do manjeg gomilanja nego kod vodova koji

prelaze popreno dolinom. Meutim, glatka brda i planine poprene na pravac vjetra mogu dovesti dojaanja vjetra na zavjetrinskoj strani, posebno ukoliko ne postoje nikakve prepreke. U kombinaciji savlanim snijegom, kod brda i planina ovog tipa, moe doi do velike greke u procjeni vjerovatnoe

za stvaranje velikih optereenja usljed leda u kombinaciji sa vjetrovima velikih brzina.

II.3. Mehaniki proraun uadi nadzemnih vodova

Mehanikim proraunom uadi nadzemnih vodova kontroliu se optereenja i mehanikanaprezanja same uadi (provodnika i zatitne uadi), odreuju optereenja stubova, vri kontrolasigurnosnih visina i udaljenosti, formiraju montane krive sa razradom optimalnih uslova montae.

II.3.1. Optereenja uadi

Svako ue (konkretno, provodnici su Al/ uad sa oznakompu indeksu, a zatitno ue je ue,sa oznakomzu indeksu veliina) opisuje se odreenim fizikim parametrima koji se koriste za analizu

ponaanja ueta u raznim uslovima, i to su:

- modul elastinosti ueta (Jungov modul)E[daN/mm2],- koeficijent linearnog irenja [1/C],- jedinina masa ueta m[kg/km],- popreni presjek ueta S[mm2],- prenik ueta d [mm] i dr.

Optereenja na uadima (provodnici i zatitna uad) nadzemnih vodova u eksploataciji,izloenim dejstvu uticajnih klimatskih parametara, su: vlastita teina ueta, odnosno optereenje


34/107

Magistarski rad

28

ueta; teina ueta i dodatnog tereta (inje, led, snijeg) formiranog na uetu, odnosno optereenje uetasa dodatnim teretom; sila djelovanja vjetra na ue, odnosno optereenje ueta pri djelovanju vjetra;kao i sila djelovanja vjetra na ue sa dodatnim teretom (zaleeno ue), odnosno optereenje pridjelovanju vjetra na zaleeno ue. U proraunima nadzemnih vodova se rauna sa jedininimoptereenjima ( [daN/m]) ili sa specifinim optereenjima (p [daN/m mm2]). Na slici 21. su

prikazani pravci djelovanja sila koje se prenose na stubove nadzemnih vodova.

Slika 21.Sile na stubove nadzemnih vodova

Teine uadi ( pg ili pp za provodnike i zg ili p za zatitnu uad) djeluju vertikalno nanie. I

dodatno optereenje ( dg ili dp ) djeluje vertikalno nanie. Tako je ukupno (rezultantno) optereenje

uadi sa dodatnim teretom jednako njihovom zbiru:dpppd

ggg ilidpppd

ppp za

provodnike, dzzzd ggg ili dzzpz ppp za zatitnu uad, i takoe djeluje vertikalno nanie

(pozosi).Teine uadi su odreene njihovim fizikim karakteristikama (specifina masa, presjek).

Dodatni teret se, za posmatranu klimatsku zonu kojom prolazi trasa nadzemnog voda, odreuje naosnovu procedure definisane relevantnim propisom (kod nas Pravilnik). Pri tome se esto dodatnokoriste podaci hidrometeorolokih slubi o vrijednostima dodatnih tereta registrovanim na postojeimnadzemnim i telekomunikacionim vodovima du i u blizini trase nadzemnog voda.

Optereenje od vjetra ( vpg ili vpp na provodnike, vzg ili vzp na zatitnu uad) uslovljeno je

pritiskom vjetra, pod odreenim uglom, na povrinu ueta. Rauna se sa najnepovoljnijimdjelovanjem vjetra, normalno na povrinu ueta, odnosno normalno na pravac trase nadzemnog voda.

Ukupno optereenje uadi pri djelovanju vjetra ( pvg ili pvp za provodnike, zvg ili zvp za

zatitnu uad) je rezultanta dvije normalne sile: teine ueta i sile djelovanja vjetra na ue, pa je:

22vpppv ggg ili

22vpppv ppp i

22vzzzv ggg ili

22vzzzv ppp .

Pri djelovanju vjetra na zaleenu uad, optereenje se poveava, u skladu sa poveanjemprenika ueta za dvostruku debljinu nataloenog dodatnog tereta.

Teine uadi i teina dodatnog tereta, izraunate za gravitacioni raspon, su sile

( pG [daN] grp ag , zG [daN] grz ag i dG [daN] grd ag ) koje se prenose na stub i koje djeluju uvertikalnom pravcu (pozosi) . Njima se dodaje i teina pribora (teina izolatorskog lanca sa spojnomi zatitnom opremom, oprema za zavjeenje zatitne uadi i dr.).


35/107

Magistarski rad

29

Optereenja vjetra na provodnike i zatitnu uad, izraunata za srednji raspon, su sile

( vF [daN] sv ag ) koje se prenose na stub i koje djeluju normalno na pravac trase voda (poxosi).

II.3.2. Kriva uadi i njene karakteristike

Osnova matematikog modela svakog mehanikog prorauna uadi sastoji se u odreivanjupoloaja ueta ovjeenog izmeu dvije take (raspon), za razliite atmosferske uslove (temperatura,dodatni teret, vjetar).

Na slici 22. je prikazan oblik i karakteristine veliine za ue u horizontalnom rasponu (takevjeanja na istoj visini), a na slici 22.a. za ue u kosom rasponu (take vjeanja na razliitim visinama,

h [m] 12 yy ).

Slika 22. Ue na horizontalnom rasponu

Slika 22.a. Ue na kosom rasponu

Oznake i veliine na slikama 22. i 22.a. imaju sljedea znaenja:1(x1,y1) i 2(x1,y2) - take vjeanja (taka u kojoj je ue zategnuto i uvreno na zateznom stubu

ili ovjeeno na noseem stubu),a [m] - raspon (horizontalno rastojanje izmeu taaka vjeenja, tj. izmeu osa stubova),h [m] - visinska razlika ovjesita, odnosno vertikalno rastojanje izmeu taaka vjeenja,

f [m] - ugib (vertikalni razmak od prave koja spaja ovjesita do ueta, mjeren u sredini raspona),


36/107

Magistarski rad

30

fX[m] - ugib u proizvoljnoj taki X (vertikalni razmak od prave koja spaja ovjesita do ueta,mjeren u taki X ueta)

at[m] - totalni raspon (raspon fiktivnog horizontalnog raspona, koji se formira iz posmatranogkosog raspona produavanjem krive ueta do izjednaavanja visina taaka vjeanja),

ad[m] - dodatni raspon (razlika totalnog raspona i raspona, za posmatrani kosi raspon),FX[daN] - ukupna sila zatezanja ueta u taki X,

FXx[daN] =

S - horizontalna komponenta sile zatezanja ueta u taki X,FXy[daN] - vertikalna komponenta sile zatezanja ueta u taki X,[daN/mm2] - horizontalna komponenta naprezanja ueta, jednaka u svakoj taki ueta.

Kod prorauna provodnika, odnosno zatitnih uadi, polazi se od pretpostavke da je uehomogeno, savitljivo i neistegljivo, te nema naprezanja na savijanje ve se javljaju samo zateznanaprezanja, a smjer im je tangencijalan na ue u taki u kojoj se trai naprezanje. Sile na ue susopstvena teina ueta i optereenja od klimatskih uticaja (dodatni teret: snijeg, led, inje i pritisakvetra). Pretpostavlja se da je teret jednoliko rasporeen po cijelom uetu.

Kriva ravnotee takvog ueta ovjeenog svojim krajevima na dvije vrste take je lananica.

Jednaina lananice i veliine krive ueta karakteristine za mehaniki proraun, dati su ([1], [4], [5],[6], [16]) sljedeim izrazima:

Jednaina krive ueta, sa koordinatnim poetkom u tjemenu lananice (slike 21. i 22.) je:

pp

xch

py

(3.)

gdje su:

[daN/mm

2

] - horizontalna komponenta naprezanja (naprezanje jednako u svakoj taki ueta),p[daN/m mm2] - specifina teina ueta (teina ueta po jedinici duine i jedinici poprenogpresjeka, poznata za posmatrano ue).

Jednaina krive ueta u sopstvenom koordinatnom sistemu, kada se tjeme lananice postavi u

taku (0,p

), je:

p

xch

py

(3.a.)

Duina uetaL[m] na kosom rasponu, izmeu taaka 1i 2sa visinskom razlikom h [m], je:

2

42

22 apsh

phL (4.)

Za ue na horizontalnom rasponu je:

22 apsh

pL

(4.a.)

Totalni raspon at [m] odreen je izrazom:


37/107

Magistarski rad

31

22

2ap

sh

hpshAr

paat (5.)

Ugib uetafA[m] u proizvoljnoj taki A (slika 22.a.) sa koordinatama (xA,yA) je:

AAA yyf

ha

xxyh

a

xxyy AAA

11

22

(6.)

p

xch

py AA

Kako su parametri p [m], a [m] i h[m] poznati, mogu se odrediti koordinate 1x [m] i 2x [m]:

2

21

aax t

,

22tax (7.)

Ugibf[m](ugib u sredini raspona) je:

242

)2(2

hapsh

paash

pf t

(8.)

Za ue na horizontalnom rasponu je:

pxapch

pf AA 2

(6.a.)

i:

2

apch

pf (8.a.)

Naprezanja ueta u ovjesitima 2[daN/m2], 1[daN/m2] su:

22pa

ch t ,

2

)2(1

paach dt

(9.)

Poznavanjem naprezanja u takama vjeanja, moemo odrediti silu zatezanja uadi u njima.

II.3.3. Jednaina promjene stanja uadi

Uad nadzemnih vodova podvrgnuta su uticaju: varijacija temperature ambijenta, udara vjetra i

dodatnih optereenja uslijed inja, leda i snijega.Varijacije temperature ne stvaraju dodatno optereenje u uetu. Kako je zategnuto izmeu dva

fiksna oslona na rasponu a [m], ue se pod uticajem pada temperature skupi, poveava se sila


38/107

Magistarski rad

32

zatezanja, a ugib se smanjuje. Nasuprot tome, pri poveanju temperature, ue se oputa, sila zatezanjase smanjuje, a ugib ueta se poveava.

Pod uticajem dodatnog tereta teina ueta raste i ue trpi vertikalno dodatno optereenje.Pod uticajem vjetra (pretpostavlja se da vjetar djeluje horizontalno i normalno na zategnuto ue)

ue trpi horizontalno dodatno optereenje.

Ue je, dakle, podvrgnuto naprezanjima uslijed podune teine ueta, podune teine dodatnogtereta i pritiska vjetra na ue. Posebno znaajna naprezanja ue trpi pri djelovanju vjetra na ue sadodatnim teretom. Treba napomenuti da posljednji sluaj (pritisak vetra na zaleeno ue) nijeobuhvaen Pravilnikom, pa se u naim uslovima ni ne razmatra u analizama jednaine stanja.

Kako se mijenjaju klimatski uticaji mijenja se i ravnoteno stanje ueta. Novo ravnoteno stanjeueta moe se odrediti iz jednaine stanja, polazei od poznatnog- poetnog ravnotenog stanja ueta.

Do izraza za jednainu stanja dolazi se na osnovu sljedeih razmatranja.Za poetno (poznato) stanje (indeks 0 u oznakama veliina) uzmimo stanje maksimalnog

radnog naprezanaja: 0 [daN/mm2] m , pri temperaturi 0 [

oC] i optereenju 0p [daN/m mm2]. U

ovim (poetnim) uslovima duina ueta je 0L [m].

Novo (traeno) ravnoteno stanje ueta uzrokovano je promjenjenim (novim) klimatskim

uslovima sa temperaturom [oC] i optereenjem uetap [daN/m mm2], pri kojima je naprezanje

ueta [daN/mm2], a promjenjena (nova) duina ue je L [m].Prelazei iz poetnog ravnotenog stanja u novo ravnoteno stanje, ue trpi:

- elastino izduenje koje potie od promjene naprezanja, odnosno sile zatezanja, jednako:

)( 00

E

L

L (10.)i

- termiko izduenje uslijed promjene temperature, jednako:

)( 00 LL . (11.)

Promjena duine ueta, pod istovremenim uticajem varijacije temperature i sile je:

E

LLLL

00000 )()( (12.)

Kada ovu jednainu podijelimo sa 0L i zamijenimo izraz (4) za duinu ueta, dobijamo:

0

0220

202

22

22

0

2

4

2

4

1)(

apsh

ph

apsh

ph

E (13.)


39/107

Magistarski rad

33

Posljednji izraz predstavlja jednainu promjene stanja uadi nadzemnih vodova, odnosno

zavisnost koja omoguava odreivanje naprezanja u svakom novom ravnotenom stanjuizazvanom novim klimatskim uticajima sa temperaturom .

Kako izduenje L [m] zavisi od ukupnog naprezanja X [dan/mm2] koje se mijenja u svakoj

taki, a ne samo od horizontalnog naprezanja [daN/mm2], greka koja se zbog toga pojavljuje u

jednaini (13.) smanjuje se uvoenjem sre

Documents

rasponi uze