SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A INFORMATIKY STOŽIARE PRE VONKAJŠIE ELEKTRICKÉ VEDENIA

Transcription

1 SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A INFORMATIKY EVIDENČNÉ ČÍSLO: FEI STOŽIARE PRE VONKAJŠIE ELEKTRICKÉ VEDENIA MÁJ 2011 BC. JOZEF LEHOTSKÝ 0

2 SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A INFORMATIKY STOŽIARE PRE VONKAJŠIE ELEKTRICKÉ VEDENIA Diplomová práca Študijný program: elektroenergetika Študijný odbor: elektrotechnika Školiace stredisko: Katedra elektroenergetiky Školiteľ: Ing. Marek Pípa, PhD. Konzultant: doc. Ing. Daniela Reváková, PhD. V BRATISLAVE MÁJ 2011 BC. JOZEF LEHOTSKÝ 1

3 2

4 Moja vďaka patrí Ing. Miroslavovi Tilingerovi z ELV Produkt, a.s., Ing. Hylcovi Hoekstrovi z TENNET za poskytnutie informácií o danej problematike a môjmu vedúcemu záverečnej práce Ing. Marekovi Pípovi, PhD a doc. Ing. Daniele Revákovej, PhD za trpezlivosť a cenné rady a pripomienky pri konzultáciách. 3

5 SÚHRN Slovenská technická univerzita v Bratislave FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A INFORMATIKY Študijný program: Elektroenergetika Autor: Bc. Jozef Lehotský Názov diplomovej práce: Stožiare pre vonkajšie elektrické vedenia Vedúci: Ing. Marek Pípa, PhD Mesiac a rok odovzdania: Máj 2011 Cieľom diplomovej práce je vykonať prehľad používaných stožiarov pre vonkajšie elektrické vedenia, popísať stožiare pre kompaktné vedenia, nové trendy vo vývoji a porovnanie priehradových a ohraňovaných stožiarov. Diplomová práca sa zaoberá významom elektrických vedení a ich rozdelením podľa rôznych kritérií, hlavnými zásadami pri navrhovaní trasy vedenia, postupom pri rozmiestnení stožiarov na trase, poveternostnými vplyvmi na vodiče, mechanickým výpočtom závesného vodiča a stavovou rovnicou, ktorá zohľadňuje vplyv zmeny teploty a preťaženia na mechanické napätie vo vodiči. Definované sú pojmy ako kritické rozpätie, kritická teplota, tiažové a vetrové rozpätia, päť klimatických podmienok. V ďalšej kapitole sú popísané typy vodičov a lán, izolátorov a armatúr a kvalitatívne požiadavky na ich bezporuchovú prevádzku. Zvýšená pozornosť je venovaná rozdeleniu stožiarov podľa rôznych kritérií, no hlavne podľa materiálu. Ide hlavne o oceľové priehradové stožiare, ktoré sú v prenosovej sústave Slovenska najviac zastúpené. V ďalšej časti je uvedený výpočet drieku a konzol priehradového stožiara, popísané sú základy stožiarov, ich rozdelenie, uzemnenie stožiarov a ich revízie. Popísané sú nové trendy vo vývoji stožiarov na Slovensku, porovnanie priehradových a ohraňovaných stožiarov, nové Wintack stožiare v Holandsku a netradičné trendy vo vývoji stožiarov vo svete. Prínosom diplomovej práce je jej ucelený pohľad na problematiku výroby a použitia stožiarov na Slovensku, pričom diplomová práca môže slúžiť aj ako podklad pre vývoj nových, hlavne ohraňovaných stožiarov. 4

6 ABSTRACT Slovak University of Technology in Bratislava FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND INFORMATION TECHNOLOGY Degree Course: Electrical Power Engineering Author: Bc. Jozef Lehotský Title of the diploma thesis: Poles for overhead power lines Supervisor: Ing. Marek Pípa, PhD Year of the submission: May 2011 The aim of the thesis is to perform an overview of pylons used for overhead power lines, to describe pylons for the compact line, new trends and the comparison of lattice and pyramidal towers. This thesis discusses the power lines importance and their divisions according to various criteria, the main principles of the line route designing, procedures of the deployment of poles along the route, weather effects on the conductors, mechanical calculations suspension driver and the equation that takes into account impact of changes in temperature and overload on the mechanical voltage in a conductor. Terms as critical margin, the critical temperature, gravity and the wind range, five climatic conditions are defined in first chapter. The next one describes the wire types, cables, insulators and fittings and quality requirements for their trouble-free operation. Particular attention is paid to distribution pylons according to various criteria, but mainly by material. Steel lattice towers are are in the major transmission system represented in Slovakia. In the next section, the calculation of the shank and consoles truss tower, pylon bases are described, their distribution, earthing poles and their revisions. New trends in comparison towers in Slovakia are described and compared to Wintack pylons in the Netherlands. The benefit of my thesis is the complex overview of the problem of the pylons production and the use in Slovakia. The thesis can serve as a basis for the development of new, mainly pyramidal towers. 5

7 OBSAH ÚVOD ELEKTRIZAČNÁ SÚSTAVA VÝVOJ NAPAŤOVÝCH HLADÍN PRI PRENOSE EL. ENERGIE PRENOSOVÁ SÚSTAVA Predpokladaná spotreba el. energie a jej výroba Stav elektrických vedení na Slovensku Najdôležitejšie vnútroštátne investičné zámery vo vedení 400 kv do roku Medzinárodná spolupráca Slovenska Norma STN EN DISTRIBUČNÁ SÚSTAVA ROZDELENIE ELEKTRICKÝCH SIETI Rozdelenie podľa významu elektrizačnej sústavy Rozdelenie podľa počtu vedení na jednej podpere Rozdelenie podľa uloženia vodičov a izolácie Kompaktné vedenia PODPERNÉ BODY AKO SÚČASŤ ELEKTRICKÝCH SIETI STOŽIARE VODIČE, LANÁ, IZOLÁTORY A ARMATÚRY Vodiče a laná Izolátory Armatúry ZÁKLADY STOŽIAROV UZEMNENIE STOŽIAROV Uzemnenie stožiarov podľa prevádzkového napätia Uzemňovacie laná REVÍZIE STOŽIAROV Revízie vonkajších vedení vysokého napätia Revízie vedení vvn a zvn STOŽIARE VONKAJŠÍCH ELEKTRICKÝCH VEDENÍ ROZDELENIE STOŽIAROV Rozdelenie stožiarov podľa účelu Rozdelenie stožiarov podľa materiálu DREVENÉ A BETÓNOVÉ STOŽIARE Drevené stožiare Betónové stožiare

8 3.3 OCEĽOVÉ STOŽIARE Priehradové stožiare Výpočet oceľových stožiarov POTREBNÉ ÚDAJE, PODKLADY A VÝPOČTY PRE NAVRHOVANIE VONKAJŠÍCH ELEKTRICKÝCH VEDENÍ (VEV) A PODPERNÝCH BODOV Voľba trasy VEV Rozmiestnenie stožiarov Rozdelenie stožiarov a určenie ich typov Vplyv VEV na okolie Poveternostné vplyvy na vodiče Mechanický výpočet zaveseného vodiča Vplyv zmeny teploty a preťaženia na mechanické napätie vo vodiči stavová rovnica Tiažové a vetrové zaťaženie, zaťaženie námrazou, kombinované zaťaženie a účinky teploty OHRAŇOVANÉ STOŽIARE TECHNICKO EKONOMICKÉ POROVNANIE PRIEHRADOVÝCH A OHRAŇOVANÝCH STOŽIAROV Investičné náklady Záber pôdy Veľkosť ochranného pásma STOŽIARE POUŽÍVANÉ V ELEKTRIZAČNEJ SÚSTAVE SLOVENSKEJ REPUBLIKY Trendy vývoja stožiarov na Slovensku NOVÉ TRENDY VO VÝVOJI STOŽIAROV WINTRACK STOŽIARE Základy V konzola NOVÉ, NETRADIČNÉ TRENDY VO VÝVOJI STOŽIAROV ZÁVER...83 Zoznam použitej literatúry

9 ÚVOD V súčasnosti sa na prenos energie na väčšie vzdialenosti používajú viaceré systémy, pričom najdôležitejšie sú: - doprava primárnych nositeľov energie, t.j. uhlia, ropy, dreva, skvapalneného plynu a pod., ktorá sa uskutočňuje pomocou železničnej, automobilovej (cestnej), lodnej (námornej, riečnej) alebo leteckej dopravy - doprava potrubím. Je to doprava už zušľachtených druhov palív ropovodmi a plynovodmi - prenos elektrickej energie diaľkovými vedeniami vysokého napätia. Z hľadiska mnoho účelnosti dopravovaného alebo prenášaného nositeľa energie je prenos elektrickej energie najúčelnejší, pretože tento finálny druh energie možno používať celkom univerzálne. Plyn alebo pevné palivo nemožno použiť priamo v takom rozsahu ako el. energiu, či už v priemysle alebo napr. v domácnostiach, kde je použitie el. energie viac ako pohodlne, na viac prevažná väčšina spotrebičov sú spotrebiče elektrické. Aby sa elektrická energia mohla takto využívať, musí byť vytvorený systém, pomocou ktorého sa v elektrárňach vyrobená el. energia dostane až k spotrebiteľovi. Dôležitú úlohu v tomto systéme distribúcie zohrávajú vonkajšie elektrické vedenia - VEV, ktoré sú v niektorých prípadoch investične náročnejšie ako samotné elektrárne. Význam VEV stúpol hlavne v poslednom období, kedy došlo k výraznej liberalizácii trhu s elektrickou energiou v medzi jednotlivými štátmi. Trasy VEV prechádzajú rôznymi aglomeráciami, s rôznymi klimatickými podmienkami, čo kladie spolu s rastom životnej úrovne a reštrukturalizáciou priemyslu zvýšené nároky na spoľahlivosť týchto sieti. V poslednom období sa kladie čoraz väčší dôraz na estetické začlenenie VEV do okolitej krajiny tak, aby tieto nepôsobili rušivo a pritom boli splnené aj požiadavky na dodávku elektrickej energie. [6] 8

10 1. ELEKTRIZAČNÁ SÚSTAVA Elektrická energia vyrobená v elektrárňach sa dostáva k spotrebiteľom pomocou elektrických sieti a elektrických staníc, pričom elektrárne, stanice, siete a spotrebiče tvoria elektrizačnú sústavu. Prenosová elektrizačná sústava s 220 a 400kV vedením zabezpečuje pomocou transformačných staníc a rozvodni prepájanie jednotlivých zdrojov tak, aby bolo možné operatívne riadiť prenos energie v závislosti od okamžitej spotreby v rôznych oblastiach, ale aj v prípade poruchy niektorej časti siete VÝVOJ NAPAŤOVÝCH HLADÍN PRI PRENOSE EL. ENERGIE Podľa [6], možno napäťové hladiny pre prenosové siete rozdeliť nasledovne: - do 1 kv nízke napätie - od 1 kv do 45 kv vysoké napätie - od 45 kv do 300 kv veľm vysoké napätie - od 300kV do 750 kv zvlášť vysoké napätie - nad 800 kv ultra vysoké napätie Pre prenos potrebného elektrického výkonu z elektrárni k spotrebiteľovi by mali byť štáty čo najmenšie, čo sa dosahuje práve vyšším napätím, pretože prenosová schopnosť vedenia rastie s druhou mocninou napätia. Aj z tohto dôvodu majú krajiny s veľkou rozlohou, ako sú Rusko, Kanada, Čína, India a Brazília prenosové siete s napätím 500 a 800 kv. V strednej a východnej Európe pracujú prenosové sústavy s napätím 400 kv (380kV). Napätia v rozsahu od 2 do 30 kv sa používajú v distribučných sieťach. Rozsah od 60 do 145 kv je vhodný pre veľkých odberateľov a regionálnu distribučnú sústavu. Napäťové hladiny od 145 do 300 kv sa prevažne používajú na zásobovanie oblasti s vysokou koncentráciou zaťaženia. [6] 1.2. PRENOSOVÁ SÚSTAVA Prenos a rozvod elektrickej energie z elektrárni do distribučnej siete a veľkým odberateľom napojených na 220 kv a 400 kv na Slovensku zabezpečuje spoločnosť Slovenská elektrizačná prenosová sústava Slovenská elektrifikačná sústava, a.s. (SEPS), [14] vznikla , ako prevádzkovateľ prenosovej sústavy (PPS). Hlavné ciele spoločnosti sú o..i. aj: 9

11 - prevádzka prenosovej sústavy SR, nakupovanie a vývoz el. energie, údržba a obsluha prenosovej sústavy, ktorá sa deje až z 81,5 % dodávateľským spôsobom. Pretože SEPS je prirodzený monopol, t.j. nemá v rámci SR konkurenciu, musí podliehať štátnej regulácii prostredníctvom Úradu pre reguláciu sieťových odvetví - ÚRSO, ktorý je v kompetencii Ministerstva hospodárstva SR. - riadenie prevádzky prenosovej sústavy a zabezpečovanie prevádzkových a investičných činnosti. V rámci týchto činnosti, SEPS základe vlastného plánu rozvoja rozhoduje, okrem hlavných technologických zariadeniach aj o nevyhnutnej obnove a rozvoji prenosovej sústavy, t.j. aj o preferovanom type vedenia a stožiarov. Aby SEPS mohla zodpovedne rozhodnúť o týchto investíciách, musí mať pre nové vedenia a stožiare prehľad o budúcej spotrebe el. energie a pre obnovu existujúcich elektrických vedení a výstavbe nových, musí zistiť reálny stav jednotlivých vedení, ktorý sa mení podľa rokov prevádzky. 10

12 Predpokladaná spotreba el. energie a jej výroba Podľa obr. č. 1 Vývoj celkovej skutočnej spotreby elektriky SR do roku 2018, je od r do r charakteristický mierny nárast spotreby el. energie, pričom od roku 1999 do druhej polovice roka 2006 sa na Slovensku vyrábalo viac el. energie ako sa spotrebovalo. Obr. č. 1: Vývoj celkovej skutočnej spotreby elektrickej energie SR.[15] V tabuľke č. A je uvedená prognóza spotreby el. energie na Slovensku do r Pôvodná prognóza spotreby el. energie do r uvažovala s ročným nárastom 1,6 %, no v dôsledku hospodárskej a finančnej krízy bol nárast znížený na 1,2 % ročne referenčný scenár. Pre časový horizont r sa očakáva v príslušnom časovom reze (3. streda v januári) max. zaťaženie sústavy 4480 MW a v letnom časovom reze (3. streda v júli) 3660 MW. Pre časový horizont r. 2019, sa prognózuje v zime 4840 MW a v leta 3960 MW. Tab. č. A: Prognóza spotreby el. energie na Slovensku do r [16] 11

13 Stav elektrických vedení na Slovensku Podľa údajov mala SEPS v r na Slovensku pre napätia 400 kv, 220 kv a 110 kv celkovú dĺžku vedenia 2756,5 km a počet stožiarov pre tieto vedenia spolu 6941 ks. Ďalšie údaje sú uvedené v nasledujúcich tabuľkách. Tab. č.2: Dĺžka vedenia. [15] Napätie Dĺžka trasy vedenia (km) Rozvinutá (kv) jednoduché dvojité celkom dĺžka (km) ,27 254, , , , , , , ,254 21,093 21,347 42,44 Spolu 1 881,60 449, , ,33 Tab. č.3: Počet stožiarov.[15] Napätie Jednoduché Dvojité Celkom (kv) (ks) (ks) (ks) Spolu V prenosovej sústave Slovenska už dlhodobo klesá prenos el. energie v 220 kv sústave, ktorá vzhľadom na vysoký vek postupne dožíva. Doba 220 kv vedenia je uvedená v grafe č. 1. Najstaršie vedenia č. 272 a 275 majú už vyše 57 rokov. Najmladšie vedenie č. 248 má 27 rokov. Vedenia 220 kv budú podľa SEPS využité v max. možnej miere, t.j. až do vyčerpania ich fyzickej životnosti. Následné budú odstavené a zlikvidované bez priamej náhrady novými 220 kv vedeniami. [15] 12

14 Graf č. 1: Doba prevádzky 220 kv vedenia. [15] V grafe č. 2 je uvedená doba prevádzky pre 400 kv vedenia. Najstaršie je vedenie č. 404, ktoré má v súčasnosti už 52 rokov, najmladšie, č. 405 má len 11 rokov. Graf č. 2 : Doba prevádzky 400kV vedenia. [15] 13

15 SEPS, ako prevádzkovateľ a vlastník prenosovej sústavy, je vystavený všetkým možným rizikám a dôsledkom škôd, ktoré by mohli nastať v prípade mimovoľného zrútenia jednotlivých stožiarov, resp. vedení. Pre zníženie uvedeného rizika a udržiavanie stožiarov v prevádzkovom stave bola uzavretá zmluva medzi spoločnosťou Prvá zváračská, a.s. Bratislava, ktorá je dnes profilovaná ako Centrum výskumu HIGT TECH technológii vo zváraní a SEPS, a.s. Prvá zváračská rieši pre SEPS projekt: Systémová optimalizácia životnosti a spoľahlivosti stožiarov vysokého napätia a ďalší projekt: Diagnostika zostatkovej hodnoty stožiarov, zvlášť vysokého napätia. Okrem financovania týchto projektov SEPS, a.s. sa na financovaní podieľa aj Agentúra na rozvoj a podporu výskumu a vývoja APVV. Zatiaľ Prvá zváračská vypracovala štúdiu Problematika starostlivosti o existujúce stožiare prenosovej sústavy 220 a 400 kv, vo vlastníctve SEPS, a.s. a stanovenie ich zvyškovej životnosti. V štúdii je navrhnutá metodika diagnostikovania stavu vedenia a stožiarov, spôsoby zaťaženia, príčiny medzných stavov a ich foriem. Doteraz Prvá zváračská diagnostikovala pre SEPS dve 400 kv vedenia č. 404 a 406, čo sú dve najstaršie vedenia s 52, resp. 48 rokov. [13] Najdôležitejšie vnútroštátne investičné zámery vo vedení 400 kv do roku [14] Zámery súvisiace s postupným vyraďovaním vedení 220 kv - 2x400 kv Lemešany Moldava Ukrajina, druhá časť - 2x400 kv pre transformátor Medzibrodie - vyvedenie výkonu z elektrárne EVO (5, 6 blok) do sústavy 400 kv - 2x400 kv Veľké Kapušany Voľa Lemešany - 2x400 kv Horná Ždaňa Bystričany - 2x400 kv Bystričany Križovany Investičné zámery nesúvisiace s vyraďovaním sústavy 220 kv - pripojenie elektrárne EMO 3 4 do rozvodne 400 kv Veľký Ďur - 2x400 kv Gabčíkovo Veľký Ďur - pripojenie 400 kv do vedenia 492, Veľký Ďur Horná Ždaňa 14

16 Medzinárodná spolupráca Slovenska Po rozpade RVHP bola založená v rámci štátov Višegrátskej štvorky organizácia CENTREL, ktorá je združením štyroch elektrárenských spoločností: Poľska s organizáciou PSE SA Polskie Sieci Elektroenergetyczne, Maďarska s organizáciou MAVIR ZRt. Magyar Villamosenergia ipari Rendszerirányoító, Českej republiky s organizáciou Česká elektrizačná a prenosová sústava ČEPS, a.s., Slovenskej republiky s organizáciou Slovenská elektrizačná a prenosová sústava SEPS, a.s. V roku 1995 bola naša prenosová sieť prepojená so západoeurópskou prenosovou sústavou UCTE. Plne členstvo v UCTE dosiahla organizácia CENTREL v r V roku 2008 bola na konferencii v Prahe založená nová spoločnosť ENTSO-E, ktorá združuje 42 krajín z celej kontinentálnej Európy a organizácie UCTE zanikla. K ukončil svoju činnosť Český a Slovenský energetický dispečing v Prahe a funkciu štátneho energetického dispečingu na Slovensku prevzal SED v Žiline Norma STN EN STN EN Vonkajšie vedenia so striedavým napätím nad 45 kv [24], je slovenskou verziou európskej normy EN ; 2001, ktorú vypracoval európsky výbor pre normalizáciu v elektrotechnike CENELEC. Táto norma nahrádza ustanovenia STN z r. 1983, týkajúcu sa napätia nad 45 kv a mení hodnotenie klimatického zaťaženia, pričom zavádza štatistický prístup na určenie numerických hodnôt zaťaženia a čiastkových koeficientov. Norma určuje všeobecné podmienky, ktoré sa musia dodržať pri navrhovaní a stavbe nových vonkajších vedení, s cieľom zaistiť, aby vedenie vyhovovalo určenému účelu so zreteľom na bezpečnosť osôb, údržbu, prevádzku a klimatické prostredie. Súčasťou tejto normy sú aj prílohy, z ktorých je 12 informatívnych a tri normatívne, tj. záväzné. 15

17 Národná príloha NA pre Slovensko dopĺňa alebo mení požiadavky uvedené v pôvodnej európskej norme na konkrétne podmienky Slovenska. Príloha obsahuje spôsoby a učenie klimatických zaťažení prvkov vonkajších vedení a medzné stavy. Určuje minimálne vnútorné a vonkajšie vzdialenosti medzi vodičmi, vedeniami a objektmi. Určuje dimenzovanie podperných bodov a základné požiadavky na mechanické a materiálové parametre jednotlivých vonkajších vedení. Sú stanovené všeobecné princípy konštrukčného návrhu, ktoré sú založené na metóde medzných stavov a metóde čiastkových koeficientov zaťaženia. Medzné stavy sú také, pri ktorých prekročení už vonkajšie vedenia nespĺňajú návrhové požiadavky DISTRIBUČNÁ SÚSTAVA Súčasťou elektroenergeticky SR sú najmä tieto subjekty: - SE - Slovenské elektrárne, a.s. ako dominantný výrobca el. energie na Slovensku - SEPS Slovenská elektrizačná prenosová sústava, a.s. ako prevádzkovateľ prenosovej sústavy 220 a 400 kv na Slovensku - RAES regionálne energetické akciové spoločnosti s distribučnými sústavami na určenom území, ktoré dodávajú el. energiu koncovým zákazníkom. Tieto distribučné sústavy slúžia na rozvod el. energie z prenosovej sústavy k odberateľom. Tieto sústavy sa prevádzkujú s menovitým napätím 110 kv a nižším a ich vedenia a stožiare sú vo vlastníctve distribučných spoločnosti. Na základe prehliadok a zistených porúch sa vyhotovuje ročný plán opráv a údržby, ktorý musí byť prispôsobený ročnému plánu vypínania zariadení. [10] - Sem patria nasledovné distribučné spoločnosti: - SSE, a.s. - Stredoslovenská energetika, - ZSE, a.s. - Západoslovenská energetika, - VSE, a.s. Východoslovenská energetika, - ostatní držitelia licencie na rozvod el. energie na vymedzenom území (priemyslové organizácie) 16

18 1.4. ROZDELENIE ELEKTRICKÝCH SIETI [7] Rozdelenie podľa významu elektrizačnej sústavy Elektrické vedenia sa rozdeľujú aj podľa významu elektrizačnej sústavy a to na: a) napájacie (tranzitné) na prenášanie výkonu bez medzi odberu, b) prenosové na dodávky veľkých výkonov na veľké vzdialenosti, ktoré prechádzajú jednou alebo niekoľkými veľkými odberovými stanicami, c) rozvodné s rozvodnými (distribučnými) stanicami, odbočkami a pripojenými odberateľmi, d) miestne siete vn alebo nn na území mesta alebo obce, e) pripojenie odberných elektrických zariadení) Rozdelenie podľa počtu vedení na jednej podpere Podľa počtu vedení na jednej podpere sa elektrické vedenia rozdeľujú na: a) jednoduché b) dvojité c) viacnásobné b) káblové vodiče úplne izolované a príslušné chránené, obvykle uložené v zemi, káblových kanáloch alebo lávkach, roštoch a podperách nad zemou Rozdelenie podľa uloženia vodičov a izolácie Elektrické vedenia je možné deliť podľa uloženia vodičov a izolácie na: a) vonkajšie vedenia nad zemou, holé alebo izolované, b) káblové vodiče úplne izolované a príslušne chránené, obvykle uložené v zemi, káblových kanáloch alebo lávkach, roštoch a podperách nad zemou c) vnútorné vedenia inštalácie v budovách a prevádzkach, obyčajne s izolovanými vodičmi pod omietkou alebo na nej. 17

19 Kompaktné vedenia Sú to vonkajšie vedenia, ktorých vzdialenosti fázových vodičov sú zmenšené na najnižšiu možnú mieru. Potrebu kompaktných vedení diktovala koncom minulého storočia potreba zvýšiť prúdovú hustotu v danom koridore, aby sa umožnil prenos zvýšených výkonov v husto obývaných oblastiach a pritom sa minimalizoval účinok elektrického poľa v blízkosti týchto vodičov. [6] Obmedzenie intenzity poľa na vodičoch je možné dosiahnuť pomocou zmeny počtu vodičov vo zväzku a ich optimálnym rozložením. 18

20 2. PODPERNÉ BODY AKO SÚČASŤ ELEKTRICKÝCH SIETI Podľa [24] sa podperné body nad 45 kv podľa účelu delia a označujú nasledovne: - nosný podperný bod N - je osadený nosnými izolátorovými závesmi - rohový podperný bod R nosný alebo kotevný podperný bod v mieste trasy vedenia - odbočný podperný bod O podperný bod vonkajšieho vedenia, z ktorého vedú jednotlivé vedenia aspoň tromi rôznymi smermi, pričom počet systémov napojených na podperný bod je väčší ako počet systémov pripojených na susedné podperné body - rozbočný podperný bod Y podperný bod vonkajšieho dvojitého alebo viacsystémového vedenia, na ktorý sú z jednej strany pripojené vodiče dvojitého alebo viacnásobného vedenia (na spoločnom stožiari), z druhej strany rovnaký celkový počet fázových vodičov aspoň dvoch vedení na samostatných podperných bodov - výstužný podperný bod V kotevný podperný bod, v ktorého mieste je alebo nie je lomový bod trasy vedenia, slúžiaci aj ako pevný bod na to, aby obmedzil lavínový efekt šírenia poruchy pozdĺž trasy vedenia - výstužný podporný bod pred elektrickou stanicou najbližší výstužný podperný bod vedenia pred vstupom vedenia do elektrickej stanice 2.1. STOŽIARE Stožiare sú spolu so základmi a s príslušenstvom na uchytenie vodičov a uzemňovacích lán súčasťou podperných bodov vonkajších elektrických vedení. Tvar stožiarov, typ konštrukcie, výška stožiarov a voľba materiálu, závisia od počtu systémov vedenia, ktoré budú na stožiari namontované, ako aj od veľkosti prenosového napätia. Základné časti stožiara sú: základ, driek, hlava stožiara, ktorú tvoria konzoly pre uchytenie vodičov, držiaky uzemňovacích lán, prípadne u kotevných stožiarov aj kotevné laná. 19

21 Stožiare môžu byť z dreva, predpätého betónu a hlavne z ocele. Oceľové stožiare môžu byť priehradové alebo ohraňované. [6] 2.2. VODIČE, LANÁ, IZOLÁTORY A ARMATÚRY Vodiče a laná Vodiče a laná patria k najdôležitejším častiam VEV. Pomocou nich sa prenáša elektrická energia. Voľba vodičov ovplyvňuje cenu vedenia, konštrukciu stožiarov a prevádzkovú bezpečnosť. Vodiče rozhodujú o stratách elektrickej energie, úbytkov napätia a rušiacich vplyvov. Pretože vodiče sú vystavené rôznym klimatickým vplyvom (vietor, mráz, námraza, zmeny teplôt a chemické vplyvy), sú požiadavky kladené na vodiče často protichodné. Napríklad sa od nich žiada: a) malá merná hmotnosť vodiča z hľadiska dopravy a zaťaženia stožiarov, ale veľká z hľadiska vychyľovania spôsobeného vetrom, b) malý priemer vodiča, aby tlak vetra bol čo najmenší, ale veľký z hľadiska vzniku koróny a rušenia rozhlasu, c) veľká mechanická pevnosť, d) odolnosť proti chemickým vplyvom, e) odolnosť proti kmitaniu, f) mechanická odolnosť pri montáži, g) odolnosť pri zmenách teploty, h) nízka cena. Na vonkajšie vedenia sa používajú drôty alebo laná, pre nn prípojky závesné káble. Materiál vodičov je meď, bronz, hliník, zliatiny hliníka, oceľ, oceľ v kombinácii s meďou a hliníkom. Použitie drôtov pre vonkajšie vedenia je obmedzené. Hliníkové drôty sa môžu použiť iba u vedení do 1 kv, medené a bronzové drôty do 25 mm2 a do 35 kv, oceľové drôty výnimočné pre vedenia do 1 kv a priemeru 5 mm. Laná sú používanejšie a výhodnejšie ako drôty. Sú ohybnejšie a bezpečnejšie v prevádzke ako drôt, pretože materiálová vada znehodnotí celý drôt, ale nemusí celé lano. 20

22 Okrem lán z jedného kovu sa vyrábajú laná z rôznych kovov za účelom zvýšenia pevnosti, prípadne zväčšenia priemeru lana, aby sa znížili straty korónou. [7] Z kombinácie rôznych materiálov sa najviac osvedčili hliníkové laná v kombinácii s oceľovou dušou, tzv. AlFe laná. [6] Konštrukcia AlFe lán je na obr. č. 2. Obr. č 2: Konštrukcia AlFe lán. [6] Pre aktívnu ochranu pred vibráciou boli vyvinuté špeciálne antivibračné laná, ktoré majú duté hliníkové lano, vo vnútri ktorého je voľné uložené oceľové lano. Nakoľko obe laná sú napnuté rôznym ťahom, ich vlastná frekvencia je rôzna a nemôžu sa pôsobením vetra spoločne rozkmitať. [6] Konštrukcia antivibračného lana je na obr. č.3. Obr. č. 3 : Konštrukcia antivibračného lana. [6] Pre zníženie strát korónou sa používajú duté laná. Vo vnútri dutého vodiča je špirálovite navinutá pružina, ktorá zabraňuje splošteniu vodiča. 21

23 Použitie obidvoch typov vodičov si však vyžaduje špeciálne svorky a preto sa veľmi nepoužívajú. Zväzkové vodiče sa skladajú z viacerých vodičov, umiestených vo vrcholoch mnohouholníka. Vodiče sú od seba vzdialené asi 40 cm a sú elektricky a mechanicky spojené v určitých vzdialenostiach rozperkami. [6] Rozperky pre zväzkové vodiče sú na obr. č. 4. Obr. č. 4 : Rozperky pre zväzkové vodiče. [6] Izolátory Dôležitým prvkom siete z hľadiska bezpečného chodu sú izolátory. Na izolátory sa umiestňujú vodiče vonkajších vedení. Poznáme izolátory podperné do 35 kv a závesné nad 22 kv. Tieto izolátory sa ešte rozdeľujú na typ A a typ B podľa týchto kritérii: Typ A má najkratšiu prieraznú dráhu v tuhom izolačnom materiáli rovnú najmenej polovici dĺžky najkratšej preskokovej vzdialenosti vzduchom mimo izolačného telesa Typ B má najkratšiu prieraznú dráhu v tuhom izolačnom materiáli kratšiu, ako je polovica dĺžky najkratšej preskokovej vzdialenosti vzduchom mimo izolačného telesa. Izolátorové závesy na vedeniach s napätím 110 kv a viac, musia mať ochranné armatúry. Izolátory sa vyrábajú z porcelánu, steatitu, skla, lejacej živice a kompozitu.. Hlavné výhody kompozitných izolátorov sú: odolnosť proti UV žiareniu, kyselinám. 22

24 Vďaka ich hydrofobickému povrchu sa niekoľko násobne znížila povrchová vodivosť. Ich pevnosť je porovnateľná ako oceľ ale váha je o 75% menšia. [6] Príklady prevedenia izolátorov a príklad konštrukcie kompozitných izolátorov je na obr. č. 5 a 6. Obr. č. 5 : Konštrukcia kompozitných izolátorov. [6] 23

25 Obr. č. 6 : Čiapkové sklenené a keramické izolátory. [7] Pre vedenia 110 a 400 kv sa v súčasnosti používajú izolátorové reťazce zložené z plno-jadrových izolátorov, prípadne reťazce zo sklených tanierových izolátorov. Izolátorový záves je na obr. č. 7. Obr. č. 7 : Izolátorový záves.[6] 24

26 Závesné izolátory však o svoju dĺžku zväčšujú výšku stožiara a tak sa v poslednej dobe používa aj systém dvoch šikmých izolátorov v polohe na stojato, t.j. izolátory sú kĺbovo uchytené na hornej časti konzoly stožiara a ich horné konce sú spojené ďalším kĺbom, v ktorom je uchytený vodič. Izolátory sú tak namáhané tlakom a pretože pevnosť v tlaku je u izolátoroch aj 10 x väčšia ako v ťahu môžu byť izolátory menšie a tým aj stožiare. [6] Armatúry Armatúry sa používajú na VEV ako dôležitá súčasť týchto zariadení. Musia vyhovovať prevádzkovým požiadavkám, vzdorovať poveternostným podmienkam a atmosférickým vplyvom po dlhé desaťročia bez akejkoľvek údržby. Armatúry vonkajších vedení sa delia do dvoch skupín: a) armatúry pre vodiče. Sú určené na ich spojenie, upevnenie, nesenie, udržiavanie predpísanej vzdialenosti, tlmenie vibrácii a na ochranu poškodených vodičov. Ďalšie delenie týchto armatúr je na prúdové armatúry (spojovacie, odbočovacie, opravné a kotevné) a bezprúdové armatúry (kotevné, nosné, dištančné rozperky a tlmiče vibrácii). Príklady jednotlivých armatúr sú na obr. č. 8. b) armatúry pre izolátorové závesy. Sú určené na spojenie alebo ochranu izolátorových závesov. Ďalšie delenie je na spojovacie armatúry (pre spojenie izolátorov, dištančné, upevňovacie, regulačné a pomocné) a ochranné armatúry a závažia. Armatúry pre prúdové spojenia musia zachytiť ťah vodiča v jeho osi s pevnosťou, ktorá má veľkosť najmenej 30 % zaručenej celkovej pevnosti vodiča. Pritom nesmie prekĺznuť vodič v armatúre. [6] 25

27 Prúdové Ochranné Bezprúdové Spájacie Obr. č. 8 : Príklady používaných armatúr. [7] 26

28 2.3. ZÁKLADY STOŽIAROV Základy stožiarov sú namáhané veľkými momentmi vodorovných síl spôsobených ťahom vodičov a vetrov. Pre rozhodovanie o použití určitého typu základu nám slúžia výsledky geologického prieskumu pôdy v predpokladanej trase vedenia. Jednoduché stožiare drevené, betónové a z oceľových rúrok nepotrebujú v dobrej pôde osobitné základy. Osadzujú sa do jám, ktoré sa vykopú ručne alebo zemným vrtákom. Na dno jamy sa niekedy dáva zemná elektróda Pre oceľové stožiare sa robia špeciálne betónové základy, ktoré sú pomerne drahé. Betónové základy sa rozdeľujú na : a) celistvé (blokové) základy sú masívne betónové základy zapustené do neporušeného terénu, resp. do dôkladne ubitej zeminy, zabezpečujúcej svojou hmotnosťou a trením stabilitu celej konštrukcie stožiara proti pôsobeniu klopných momentov z vonkajších zaťažovacích síl. Rozdeľujú sa na hranolové a stupňové b) delené základy. Robia sa kvôli úspore železobetónu pri rozkročených priehradových stožiaroch. Môžu byť v tvare hranola alebo valca, s hladkým alebo odstupňovaným plášťom, tzv. stienkové základy. Jednotlivé prevedenia sú na obr. č. 9. Obr. č. 9 : Hranolovitý, stupňovitý Krakorcový, Šikmý c) špeciálne základy. Sem patria prefabrikované piliere, konzolové piliere postavené na rade pilót, pilierové základy - kedy po celom obvode zarážajú piliere, pilóty, stĺpiky atď. 27

29 Pri výkope jám pre základy stožiarov je potrebné dodržať tieto zásady: a) jama sa musí vykopať tak, aby zemina zostala súdržná a jej rozrušenie bolo čo najmenšie, b) základové jamy sa musia chrániť pred zatopením vodou a pôsobeniu mrazu, c) sypké zeminy sa musia chrániť pažením, d) betonáž sa musí robiť pokiaľ možno ihneď po vykopaní jamy. Betónové základy oceľových stožiarov musia prevyšovať okolitý terén o 20 cm, pri ornici o 30 cm. Povrch základov musí byť zošikmený tak, aby voda ľahko odtekala smerom od konštrukcie. Oceľové časti umiestnené v betóne sú chránené tmelom a natreté 2 x špeciálnym náterom. [7] Príklad vyhotovenia základu je na Obr. č. 10. Obr. č. 10 : Príklad vyhotovenia základov [27] 28

30 2.4. UZEMNENIE STOŽIAROV Uzemňovaniu stožiarov sa v minulosti nevenovala veľká pozornosť. Stožiare sa uzemňovali železnými pozinkovanými doskami 1x1 m, uloženými asi 50 cm od betónového základu. Niektoré uzemnenia tak vyhovovali predpísanému odporu, niektoré nie. Neskoršie sa rozborom porúch zistilo, že dokonalé uzemnenie má podstatný vplyv na spoľahlivosť prevádzky VEV. Ak sa totiž nepodarí pri veľkom zemnom odpore zviesť údery bleskov do zeme, vznikajú na vedení prepäťové vlny, ktoré pri kratších vedeniach sa prenášajú do rozvodni a spôsobujú škody na ich zariadeniach. Praktické pokusy ukázali, že ani použitím troch uzemňovacích lán sa nezamedzia poruchy spôsobené bleskom, ak nie je zároveň dokonalé uzemnenie stožiarov. [7] Taktiež bolo zistené, že do pásikového uzemňovača (pozinkovaný oceľový pásik s prierezom 30x4 mm v tvare 4 cípej hviezdy) odteká pri skrate na stožiaroch len 20 až 30% skratového prúdu, zbytok, tj. prevažnú časť preberá základ stožiara. Z toho vyplýva, že celkový odpor uzemnenia kovového stožiara vzdušného vedenia je daný prevažne vlastnosťami základu, merným odporom pôdy a len v menšej miere samotným uzemňovačom Uzemnenie stožiarov podľa prevádzkového napätia a) do 1 kv. Železobetónové stožiare a konzoly drevených stožiarov sa samostatne neuzemňujú. Celokovové stožiare sa uzemňujú iba vtedy, ak sú umiestnené na bleskom exponovaných miestach. Ak je celé vedenie na celokovových stožiaroch, tak sa uzemňuje každý tretí stožiar b) od 1 kv do 35 kv. Celokovové stožiare s uzemňovacím lanom sa uzemňujú iba vtedy ak prechodový odpor základu je väčší ako 15 Ω. Na železobetónových stožiaroch sa oceľová výstroj nesúca vodiče neuzemní, ani osobitne vodivo neprepojí c) od 110 do 400 kv. Oceľové stožiare sa v bežnej trase v pôdach s elektrickým odporom do 150 Ωm neuzemňujú, pretože sú uzemnené prostredníctvom svojich základov. STN EN stanovuje, že odpor uzemnenia jednotlivých stožiarov v trase nemá byť väčší ako 15 Ω a väčší ako 10 Ω na stožiaroch na prechode vonkajšieho vedenia na káblové a naopak a pri staniciach do výbehovej 29

31 vzdialenosti do 600 až 1000 m. Tieto hodnoty sú dôležité aj z hľadiska bezpečnosti osôb, resp. zvierat, ktoré sa pohybujú v ich blízkosti. [7] Uzemňovacie laná Uzemňovacie laná slúžia ako ochrana vedenia pred bleskom. Zemné lano sa nachádza na vrchole stožiara (nad ostatnými vodičmi) a je vodivo spojené s konštrukciou stožiara. Pri údere blesku je prvé zasiahnuté práve zemné lano a cez konštrukciu stožiara je zvedení do základu ktorý je uzemnený. S nástupom digitalizácie riadiacich informačných systémov v elektrizačnej sústave sa na prenos dát medzi jednotlivými stanicami začali používať optické káble, najčastejšie v prevedení ako kombinované zemné lano OPGW optical ground wire. Ich výhodou je : odolnosť proti úderu blesku, námraze, otrasom a skratovým prúdom. Nevýhodou je, že majú veľký priemer. [6] 2.5. REVÍZIE STOŽIAROV Spoľahlivosť dodávky elektrickej energie závisí od stavu elektrických zariadení a na minimálnom výskyte porúch. Poruchám možno predchádzať pravidelnými prehliadkami a revíziami. Stožiare v obývaných zónach sú napadnuté aj tzv. civilizačnou chorobou, čo je odcudzovanie skrutkovaných oceľových prvkov konštrukcie. Podľa [24] musia byť už na nových stožiaroch skrutkové spoje k rohovým uholníkom alebo stykovým platniam pripojené cez výstužné prúty zabezpečené aspoň do výšky 2,5 m nad terénom proti rozobratiu. Rovnako stúpačky alebo priečky rebríka musia byť najnižšie 2,5 m nad terénom alebo základom. Najčastejšou príčinou zlého stavu, najmä starších vedení, je zanedbaná údržba, zlý prístup k samotnému základu napr. v horskom prostredí, ťažký terén a pod. Vzhľadom na to, že poruchy stožiarov majú dominový efekt, je potrebné venovať sa celému vedeniu, t.j. každému stožiaru na celej trase. Najskôr sa urobí prehliadka a kontrola každého stožiara, so zvýšenou pozornosťou na rohové stožiare, kde sa mení optická os vedenia a pribúdajú ohybové a vzperové zaťaženia. Potom sa vykonajú fyzické merania (obkročné meracie zariadenie), magnetické, kapilárne, ale aj ultrazvukové merania na zistenie hrúbky profilov v kritickom mieste. V zásade najrizikovejšími miestami stožiarov sú prechody 30

32 konštrukcie do betónového základu, kde sa koncentruje veľká časť vlhkosti. Ďalej sú to rôzne kúty a rohy konštrukcie, kde vlhkosť zostáva dlhší čas. Najkritickejšie sú miesta na stožiaroch do dvoch metrov od povrchu zeme. Po zhodnotení zostatkového prierezu sa podľa rozsahu poškodenia pristúpi k oprave poškodeného miesta ošetrením povrchu, s cieľom zastaviť korózny proces, prípadne zosilnením alebo výmenou skorodovanej časti stožiara. [13] Všetky prehliadky a merania sú zdokumentované a analyzované tak, aby sa dala určiť zostatková životnosť stožiarov a na jej základe prijať rozhodnutie o opravách, resp. výmenách poškodených stožiarov Revízie vonkajších vedení vysokého napätia a) Denné pochôdzkové revízie. Robia sa raz za šesť mesiacov. Kontroluje sa pri nich stav stožiarov, izolátorov, zvodov uzemnení, čiže všetky závady, ktoré sa dajú pri pochôdzke zistiť. V okolí stožiarov sa odstránia kry. Pri revízii sa používa ďalekohľad. b) Mimoriadne pochôdzkové revízie. Robia sa podľa potreby, ak sa tvorí námraza, po víchriciach, záplavách a iných živelných pohromách. c) Lezecké revízie. Robia sa raz za dva roky. Prehliadajú sa podperné body, izolátory, svorky, spojky, závesy a uzemňovacie zvody. Skontroluje stav čiapok betónových stĺpov. Raz ročne sa zmeria izolačný odpor križovatkových stožiarov a ich uzemnení a stožiarov, ktoré sa nachádzajú v blízkosti verejných priestranstiev. Ostatné uzemnenia sa merajú raz za šesť rokov. 31

33 Revízie vedení vvn a zvn a) Denné pochôdzkové revízie. Robia sa raz za tri mesiace. Pomocou ďalekohľadu sa prehliadajú podperné body, stav izolátorových reťazcov, armatúr, vodičov, svoriek, spojok, uzemňovacích lán a uzemnení. Kontroluje sa stav križovatiek a dodržiavanie ochranných pásiem. Denné pochôdzkové revízie sa dajú nahradiť leteckými revíziami pomocou vrtuľníka. b) Žeravenie svoriek a spojok. Pri nočnej revízii musí byť vedenie maximálne zaťažené. Tieto revízie sa robia raz za rok. Žeravenie svoriek sa dá zistiť aj cez deň termovíznou kamerou. c) Mimoriadne denné a nočné revízie. Robia sa pri poruchách a výpadku siete d) Lezecké revízie bez napätia. Vykonávajú sa po prvom roku prevádzky a potom v každom nepárnom roku. Kontrolujú sa skrutkové spoje, svorky, armatúry a uzemňovacie laná. Ďalej prechodové zemné odpory stožiarov križovatkových polí a aj prechodové zemné odpory pri cestách a v husto zastavaných územiach. Zemné odpory sa nesmú merať, keď sa blíži búrka. Vtedy sa musí prerušiť aj lezecká revízia. [7] 32

34 3. STOŽIARE VONKAJŠÍCH ELEKTRICKÝCH VEDENÍ 3.1. ROZDELENIE STOŽIAROV Základné časti stožiara sú: základ, driek, hlava, most (pre portály), priečky, konzoly, vzpery a zakotvenie. Stožiar je nosná konštrukcia, na ktorej sú umiestnené vodiče. Výška stožiara je vlastne jeho dĺžka, vrátane časti v zemi, až po zemné lano. Výška stožiara závisí od usporiadania vodičov na hlave stožiara, od priehybu vodičov, dĺžky izolátorových reťazcov a od výšky zemného lana nad vodičmi. Vodiče sú na hlavách stožiarov usporiadané zvisle alebo vodorovne, prípadne ich kombináciou. Vodorovne usporiadanie, t.j. uloženie vodičov vedľa seba je výhodné pre vvn a pri veľkých rozpätiach, kedy sa vodiče pri vyšvihnutí, spôsobenom náhlym odpadnutím námrazku nedotknú. Vedenie je nižšie, a preto menej vystavené bleskom, aj stožiare sú nižšie a vodiče na nich môžu mať väčšie vzdialenosti medzi sebou. [7] Usporiadanie vodičov dvojitých vedení vvn môže byť v troch, dvoch alebo v jednej vodorovnej rovine. Na obr. č. 11 je zvyčajne usporiadanie vodičov na našich vedeniach nn, vn a vvn, ako aj rozmery stožiarov. 33

35 Obr. č. 11 : Usporiadanie vodičov Legenda k obrázku č.11 : a) usporiadanie vedení nn, b) zvyčajne usporiadanie vedení vn (22kV), c) usporiadanie jednoduchých vedení 110 kv, d) usporiadanie dvojitých vedení 110 kv hlava typu súdok, e) usporiadanie jednoduchého vedenia 220 kv na portáloch, f) usporiadanie jednoduchého vedenia 220 kv na jedno - driekovom stožiari, g) usporiadanie dvojitého vedenia 220 kv, typ Donau, h) usporiadanie jednoduchého vedenia 400 kv, typ Mačka, i) usporiadanie 400 kv vedenia na portáloch, j) usporiadanie 400 kv vedenia dvojitého, typ Donau 34

36 Portálové stožiare ako aj kotevné stožiare typu V sa už v súčasnosti neprojektujú pre veľký záber pôdy, hoci je ich v našej prenosovej sústave v napäťovej úrovni 220 a 400 kv veľké množstvo. Povolené sú už len jedno driekové stožiare. Časť stožiara na ktorom sú zavesené vodiče sa nazýva hlava Na obr. č. 12 sú nakreslené jednotlivé typy hláv pre priehradové stožiare jednoduchého vedenia ELV Žilina, ktoré sa dnes už nepoužívajú, s označením od A po F a pre stožiare podľa STN s označením od A po E a hlavy pre dvojité vedenie. Obr. č. 12 : Jednotlivé typy hláv pre priehradové stožiare Pri navrhovaní hláv priehradových stožiarov sa podľa požadovaného rozpätia medzi stožiarmi najskôr určí rozteč fáz a podľa tejto hodnoty sa z tabuľky vyberie typ hlavy. Takto sa postupuje u každého nosného stožiara. Pre iné typy stožiarov, napr. rohových a výstužných je postup zložitejší. 35

37 Max. dovolené rozpätie medzi stožiarmi je závislé od námrazovej oblasti, teploty okolia, prierezu vodiča, napätia na vodiči, typu konzoly a uhla vodiča na vedení. [7] Ďalšími kritériami sú vodiče v rovnakej výške, nerovnakej výške, jednoduché vedenie, dvojité vedenie a iné Rozdelenie stožiarov podľa účelu a) N nosné dimenzujú sa na tiaž vodičov s prídavným zaťažením (námraza, vietor). Ak je výstužný úsek dlhší ako 3 km a vyloženie konzol viac ako 1 m, aj na pretrhnutie jedného vodiča. b) R rohové dimenzujú sa ako nosné a okrem toho na výslednicu ťahov vodičov. Umiestňujú sa pri zmene smeru trasy vedenia. c) V výstužné (aspoň každé 3 km vedenia). Dimenzujú sa ako nosné a okrem toho na dvojtretinový ťah vodičov (počíta sa na pretrhnutie dvoch z troch vodičov), d) rohové výstužné dimenzujú sa ako rohové a okrem toho na dvojtretinový jednostranný ťah vodičov, e) O odbočné dimenzujú sa ako nosné a tiež na výslednicu ťahov vo vodičoch, f) OV odbočné výstužné dimenzujú sa ako odbočné, a tiež na dvojtretinový ťah všetkých vodičov v poli priebežného a odbočujúceho vedenia. Umiestňuje sa na tých miestach, kde sú tzv. tupé odbočky. g) KO koncové h) RZ rozvodné stožiare pred rozvodňou dimenzujú sa na rozdiel ťahov susedných polí. Umiestňujú sa ako prvý stožiar pred portálom rozvodne. i) KN križovatkové nosné j) KV križovatkové výstužné k) KRV križovatkové rohové výstužné Pre križovatkové stožiare platia pre dimenzovanie prísnejšie podmienky, ktoré sú uvedené podrobnejšie v [24]. U vedenia na nosných stožiaroch s jednoduchými fázovými vodičmi musia byť výstužné, rohové výstužné a odbočné výstužné stožiare, vyhovujúce podmienkam výstužných stožiarov, postavené min. po 3 km vedenia, tak ako to predpisuje STN EN [24]. Pokiaľ sú všetky stožiare vedenia počítané na pretrhnutie vodiča, tak potom toto obmedzenie dĺžky kotevného úseku neplatí. 36

38 Ak sa ako podpery elektrických vedení použijú budovy, musia tieto vydržať ťahy predpísané pre stožiar s predpísanou bezpečnosťou. [7] Rozdelenie stožiarov podľa materiálu Stožiare sa rozdeľujú podľa materiálu na: a) drevené stožiare, b) betónové stožiare, c) oceľové stožiare. Okrem týchto troch typov sú ešte stožiare z vybetónovaných oceľových rúrok, z hliníka a pod., ktoré sa však u nás nepoužívajú. [7] 3.2. DREVENÉ A BETÓNOVÉ STOŽIARE Drevené stožiare Aj keď je dnes na území Slovenska ešte veľa drevených stožiarov, používajú sa nové drevené stožiare len vo zvláštnych prípadoch, napr. v horských oblastiach a sú postupne nahradzované drevenými stožiarmi na betónových pätkách. Drevo sa donedávna používalo ako podpera vedení nn a vn, pričom podľa použitého dreva sa uvažovalo s dovoleným napätím od 50 do 80 MPa. Druhy normalizovaných drevených stožiarov a drevených stožiarov s betónovými pätkami sú uvedené [26]. Tabuľky potrebné k výpočtu sú v [1], pričom ide hlavne o vzper a jednoduchý ohyb. V týchto normách sú uvedené všetky dôležité hodnoty pre typizované stožiare, takže v skutočnosti stačí z týchto noriem vybrať len správny typ stožiara a jeho rozmery bez výpočtu, ktorý je však aj tak veľmi jednoduchý. Pre jednotlivé stožiare máme tak pre jednotlivé dĺžky stožiarov a priemery ich čapov udané príslušné vrcholové sily, tlak vetra na stožiar a tlaky na pôdu. Na drevené stožiare sa používa drevo s prírastkom od čapu k päte (kónicita) 0,7 cm na 1 m dĺžky. Aby drevené stožiare vydržali čo najdlhšie, na ich stavbu sa používajú výhradne stĺpy impregnované. [7] 37

39 Pri drevených stožiaroch sa nepoužívajú žiadne zvláštne základy. V prípade keď sú bočné tlaky na pôdu väčšie, je treba pre zníženie týchto tlakov použiť priečne pražce, tzv. klieštiny. Typy drevených stožiarov sú na obr. č. 13. Obr. č.13 : Typy drevených stožiarov [6] Legenda k obrázku: J - jednoduchý stožiar D - stožiar dvoják, zložený z dvoch jednoduchých stožiarov tesne vedľa seba U - stožiar (úzky kozlík), zložený z dvoch rozkročených stĺpov na šírku podvalu cm Š - stožiar (štíhly kozlík), zložený z dvoch rozkročených stĺpov na šírku 1 m A - stožiar (široký kozlík), zložený z dvoch stĺpov, rozkročených na väčšiu šírku, bežne na 1/6 výšky stožiaru Drevené stožiare s betónovou pätkou majú označenie ako obyčajné drevené stožiare, len k základnému označeniu sa pridáva index p. Na obr. č. 14 sú stožiare Jp a Ap. 38

40 Obr. č 14 : Drevené stožiare s betónovou pätkou Oceľová výzbroj drevených stožiarov je takmer rovnaká ako pre betónové stožiare. Na drevené stožiare je možne navrhnúť nasledovné konzoly: ľahká konzola L pre rozteč fáz 1440 mm ťažká konzola T pre rozteč fáz 1455 mm odbočná konzola O pre rozteč fáz 805 mm 39

41 Betónové stožiare K masovému rozšíreniu betónových stožiarov došlo po 2. svetovej vojne v súvislosti s vysokým hospodárskym rastom, kedy takmer všetky štáty v Európe sa snažili obmedziť spotrebu dreva alebo ho efektívnejšie využiť.[7] Je treba pripomenúť, že v podstate ide o železobetónové stožiare, pôvodne len armované oceľovými prútmi, neskoršie duté stožiare z predpätého betónu. Pokiaľ predpätý betón má napätie v ťahu 40 až 50 MPa i viac, tak armovaný betón len 5-6 MPa. U predpätých betónových stožiarov sa pozdĺžne oceľové prúty armatúry pred zhutnením betónom napnú až na medzu pružnosti a povolia sa až po zatvrdnutí betónu. Tým je betón v stĺpe stlačený tak, že po ohybe nevznikne na vypuklej strane namáhanie v ťahu, ale zmení sa len na namáhanie v tlaku. Pevnosť v tlaku je u betónu vyššia ako v ťahu. Železobetónové stožiare majú okrem úspory dreva veľké výhody v životnosti, nepodliehajú hnilobe a škodcom, lepšie odolávajú poveternostným vplyvom a nie je ich potrebné natierať. Nevýhody treba vidieť vo vyššej hmotnosti a tým vo vysokých nárokoch na dopravné a montážne mechanizmy a v cene. V súčasnosti sa u nás vyrábajú stožiare z predpätého betónu ako nosné stožiare v dĺžkach 9, 10,5 a 12 m, s vrcholovými silami 3, 4,5, 6, 10, 12, 15, 20, kn. Pre zvláštne prípady až 45 kn. Na obr. č. 15 je stožiar z predpätého betónu, ktorý vyrába ELV Produkt, a.s. Senec. 40

42 Obr. č. 15 : Stožiar z predpätého betónu ELV Produkt, a.s. Senec [19] 41

43 3.3. OCEĽOVÉ STOŽIARE Oceľové stožiare sa používajú v prípade, ak ide o veľké výšky alebo ťahy. Sú pomerne ľahké a konštrukcia i veľmi vysokých stožiarov je pomerne jednoduchá. Dajú sa jednoducho dopravovať po ceste, železnici, pretože je ich možne rozdeliť na jednotlivé diely. Oceľové stožiare sa musia chrániť pred koróziou, a to pomocou rôznych náterov, ako aj žiarovým pozinkovaním. Použitie nehrdzavejúcich ocelí je pre vysokú cenu možné len u malých alebo spojovacích súčiastok. [7] Najčastejšie používané typy oceľových stožiarov sú: a) Stožiare z profilovej valcovanej ocele. Najvhodnejší je širokopásový profil I alebo H, na ktorý sa pripevňujú konzoly. Namiesto základov majú niekedy len betónové pätky. Stožiare sú pomerne ľahké a lacné, pretože ich netreba ďalej upravovať nitovaním, skrutkovaním alebo zváraním. U nás sa však prakticky nepoužívajú. b) Stožiare z oceľových bezšvových valcovaných rúrok. Stožiare sú ľahké, doprava je jednoduchá, betónové základy malé. Stožiare sú štíhle, vkusné, zužujúce sa smerom hore. Okrem jednoduchých stožiarov boli vyvinuté štvorboké stožiare, ktoré sú zvarované a vystužené len v horizontálnych rovinách. Rúrkové stožiare sa vyrábajú aj ako priehradové a v niektorých prípadoch aj stožiare vyplnené betónom, ktoré majú potom vyššiu odolnosť v vzpere. Ani tento typ stožiara sa u nás nepoužíva. c) Stožiare priehradovej konštrukcie. Tieto stožiare sa u nás používajú najčastejšie a to aj na vedenia nn a vn ako ťažké stožiare (rohové, výstužné, križovatkové) a výlučne na vedenia vvn zvn. Nakoľko tieto stožiare musia vyhovovať nielen technickým, ale aj miestnym požiadavkám, vzniklo veľa rôznych konštrukcií a preto sú uvedené v samostatnej časti. d) Najnovšie sa používajú tzv. ohraňovacie stožiare so n - uholníkovým profilom. 42

44 Priehradové stožiare Tvary a rozmery priehradových stožiarov sú rôzne. Vodiče sú usporiadané podľa miestnych podmienok od usporiadania horizontálneho cez usporiadanie Donau až k usporiadaniu súdok. Veľká rozmanitosť je v tvare konštrukcie s ohľadom na základ. Zväčša sa používajú stožiare rozkročené s pätkovými základmi, najmä pri stožiaroch kotevných, ale aj so stienkovými základmi, hlavne pri nosných stožiaroch a výnimočne aj stožiare s blokovými základmi. [7] Typizácia bola v minulosti urobená len pre dvojité vedenie 110 kv, pretože jednoduché vedenie sa už dávno nepoužíva z ekonomického hľadiska a pre záber poľnohospodárskej pôdy a tento stav trvá aj dnes. Tvar stožiara je súdok, stromčekový tvar je zriedkavý. Stožiare 110 kv sú oceľovej, priehradovej, skrutkovanej konštrukcie, z ocele , pružné prvky z ocele Najviac sa používajú oceľové profily L. Pre všetky štyri hlavné rohové profily sú to hlavne rovnoramenné uholníky 100x100 mm o hr. prírub od 8 do 10 mm. Konzoly a výstuhy stožiarov sú z rovnoramenných uholníkov od 45 do 75 mm, s rôznou hrúbkou prírub. Stožiare sú navrhnuté v štyroch typových radoch (N nosné a kotevné - I, II, III), so šesť metrovým výškovým delením. Stožiare zohľadňujú záťažové stavy s kotevným úsekom 5 km, v strednej námrazovej oblasti. Stožiar 110 kv Súdok pre dvojité vedenie je na obr. č.16, 17 a stožiar typu Donau je na obr. č.18. Stožiar je jedno driekový, úzky, väčšinou ako rozkročený, s deleným základom. Na obr. č.19 je stožiar typu Portál. 43

45 Obr. č. 16: Nosný stožiar 110 kv pre dvojité vedenie Súdok [6] [27] 44

46 Obr. č. 17 : Rohový stožiar Súdok [27] Obr. č. 18 : Stožiar typ Donau [27] Obr. č. 19 : Stožiar typ Portál [27] 45

47 Napäťová sústava 220 kv sa prestala budovať už pred rokom 1990, a preto sa nové stožiare pre túto sústavu od tohto termínu prestali na Slovensku vyrábať. Keďže táto sústava je stále v prevádzke, tak v niektorých prípadoch sa ešte opravuje, dokonca aj s výmenou stožiarov. Asi do roku 2000 boli typizované aj stožiare sústavy 400 kv typu Mačka, ktorý je zobrazený na obr. č. 20 a 21 ktoré vyrábal Elektrovod Žilina. Ide o stožiar N+0. Stožiare boli rovnako, ako stožiare pre dvojité vedenie 110 kv, oceľovej, priehradovej, skrutkovanej konštrukcie, vyrobené z ocelí a a boli žiarovo pozinkované, spojovací materiál bol pozinkovaný galvanicky. Stožiare boli vyrábané v piatich typových radoch, so šesť metrovým výškovým delením, pre ľahké a stredné námrazové oblasti. Obr. č. 20 : Nosný Stožiar 400 kv typ Mačka [6] [27] 46

48 Obr. č. 21 : Výstužný a rohový Stožiar 400 kv typ Mačka [27] V súčasnosti už typizácia stožiarov 400 kv na Slovensku neexistuje. Nová trasa vedenia sa navrhuje a realizuje vždy ako originálna, s novými, atypickými stožiarmi. 47

49 Výpočet oceľových stožiarov Oceľové stožiare sú prevažne prútové sústavy tvaru štvorbokého zrezaného ihlanu, takže ich steny tvoria prútové sústavy rovinné, čiže sústavy priehradové. V týchto sústavách sú takmer zvislé (kónicita stožiarov) štyri rohové stojiny z rovnoramenných uholníkov spojené vodorovnými a šikmými priečkami. Šikmé priečky sú buď skrížené alebo tvoria so stojinami tvar písmena K. Priečky sú taktiež prevažne z rovnoramenných uholníkov a sú spájané so stojinami skrutkami alebo sú zvárané cez tzv. styčníky. Väčšina stožiarov sú staticky neurčité sústavy, a preto sa pri jednoduchom výpočte vypúšťajú niektoré priečky, aby konštrukcia bola staticky určitá. Pri statickom výpočte stožiara najprv urobíme podľa napätia vo vedení výpočet elektrických vzdialenosti medzi vodičmi, medzi vodičmi a zemniacím lanom a stanovíme vzdialenosť vodičov od konštrukcie alebo tieto hodnoty zistíme z tabuliek a noriem. Ide vlastne o stanovenie typu hlavy stožiara a dĺžky konzol pre konkrétne vodiče a charakter vedenia (jednoduché, dvojité, v rovnakej výške, nerovnakej výške). Potom na základe priehybovej krivky, dĺžky izolátorov a vzdialenosti vodičov od zeme stanovíme výšku konzol na stožiari od zeme. Tým máme v podstate všetky vzdialenosti na údaje pre momentovú rovnováhu. Silové zložky momentovej rovnováhy, ako sú výslednice ťahov vo vodičoch a tlaky vetra na výstroj stožiara získame z výpočtov z kap Potom sa určí funkcia stožiara a podmienky výpočtu. [7] V súčasnosti existuje na výpočet priehradových oceľových stožiarov rada programov a výpočet nových typov robí statik. 48

50 3.4. POTREBNÉ ÚDAJE, PODKLADY A VÝPOČTY PRE NAVRHOVANIE VONKAJŠÍCH ELEKTRICKÝCH VEDENÍ (VEV) A PODPERNÝCH BODOV Voľba trasy VEV Hlavnými časťami vonkajších silových vedení sú: a) stožiar, b) základy, c) uzemnenie, d) vodiče, e) izolátory, f) uzemňovacie laná, g) armatúry. VEV sú investičné veľmi náročnou časťou kompletného elektrického zariadenia a sú často drahšie ako elektráreň, preto optimálne navrhnuté VEV majú vplyv na počet a typ stožiarov a tým aj na ich cenu. [7] Aby VEV bolo nielen bezpečné, ale aj ekonomické, musia sa pri návrhu jeho trasy dodržať nasledovné zásady 1 : a) vedenie musí byť pokiaľ možno ľahko dostupné a to nielen pri montáži, ale aj neskôr pri opravách, dozoroch, revíziách a pri odstraňovaní porúch, b) trasa vedenia sa má voliť tak, aby sa dali jednoducho realizovať odbočky k budúcim elektrárňam a rozvodiam; c) vedenie má byť technické vkusné, aby čo najmenej rušilo vzhľad krajiny a pokiaľ možno sa vyhlo historickým pamiatkam, lesom a sídelným útvarom; d) trasa vedenia má byť čo najkratšia a mať podľa možnosti čo najviac dlhých, priamych úsekov. Každý lom vedenia je nákladný, pretože je potrebné použiť rohový stožiar, ktorý je drahší ako bežný nosný stožiar. Pri vhodnom umiestnení lomu môže stožiar križovatky alebo stožiar výstužný slúžiť zároveň ako stožiar rohový; e) uhol lomu vedenia má byť čo najtupší, lebo výslednica ťahu vedenia závisí úmerne od uhla lomu; Je to dôležité hlavne u veľkých prierezov vodičov a pri námrazách. Stožiar je tak zbytočne mohutný a drahý; 1 Podrobne o týchto podmienkach hovorí STN EN

51 f) rohový stožiar sa má dávať do blízkosti svahu, pretože ďalej od svahu by musel byť stožiar vzhľadom na priehyb vodiča a jeho predpísanej vzdialenosti od zeme vyšší; g) trasa VEV má viesť pokiaľ možno v blízkosti ciest, aby bol jednoduchý dovoz materiálu, kontroly a opravy; h) pri voľbe trasy sa nesmie zabúdať na vyloženie konzol a vychýlenie vedenia vetrom; i) pri križovatkách so splavnými riekami nesmú byť nábrežné stožiare ako kotevné Rozmiestnenie stožiarov Po predbežnom návrhu trasy VEV na špeciálnej mape, sa trasa prejde priamo v teréne a spresní sa. Na základe výškového merania terénu sa zakreslí jeho výškový profil, ktorý slúži na definitívne určenie stožiarových miest a typov stožiarov. Profil terénu je obvykle zakreslený v mierke 1:250 u výšky a v mierke 1:1000 u dĺžky. [7] Rozdelenie stožiarov a určenie ich typov Na profilovej mape terénu sa hlavne v mieste križovatiek musia vyznačiť priestory, do ktorých nesmie vodič zasahovať ani pri najväčšom priehybe. Tento priestor je daný obrysom objektu a ochrannými vzdialenosťami uvedenými v norme [24], ktoré sú závislé od napäťovej hladiny vedenia. V uvedenej norme sú ďalej zadané podmienky v okolí vonkajších vedení pre pestovanie porastov, obmedzenie výšky stromov, najkratšie vzdialenosti od budov, dopravných ciest, železníc a vodných ciest. Každé vedenie má svoje ochranné pásmo, v ktorom je zakázané uskladňovať výbušné a horľavé látky, zriaďovať stavby, alebo umiestňovať rôzne konštrukcie a zariadenia. V rozpätiach, ktoré križujú budovy s prítomnosťou osôb, ďalej v miestach kde vedenie križuje železnice, pozemné komunikácie vodné cesty, rekreačné a športové zariadenia, nadzemné elektrické vedenie nízkeho napätia a telekomunikačné vedenia, musia sa na oboch priľahlých podporných bodoch - stožiarov použiť dvojité, alebo viacnásobné izolátorové závesy. V rozpätiach, kde vedenie križuje železnice, diaľnice, rýchlostné cesty a miestne komunikácie sa nesmú vodiče spájať. V prípade, že vedenie križuje 50

52 budovy s prítomnosťou osôb, cesty 1. a 2. triedy, vodné cesty, rekreačné a športové plochy, môže byť v jednom vodiči max. jedna spojka. Pre jednoduché určenie miesta a výšky stožiara sa používajú priehybové šablóny vyrezané z priesvitného materiálu. Pre bežné rozpätie sa priehybová šablóna zostrojí pre prípad, keď je priehyb vodiča čo najväčší. Priehybové šablóny sa zostrojujú podľa výpočtu reťazovky alebo paraboly, ako bude uvedené ďalej, pričom každý typ vodiča má inú prehybovú krivku. Vedľa priehybovej krivky nakreslíme ešte krivku vzdialenosti od zeme. Pre 110 kv 6 m, 220 kv 7 m, 400 kv 8 m. Keď máme určenú vzdialenosť medzi stožiarmi a vzdialenosť od zeme, tak priesečník zvislej osi stožiara s priehybovou krivkou nám udáva výšku stožiara. Preto okrem krivky, ktorá udáva základný typ stožiara N, nakreslíme ešte krivky pre zvýšené typy stožiarov, napr. N+3, N+6, N+12 a pod. Pri rozmiestnení stožiarov sa musí rešpektovať vzdialenosť medzi susednými stožiarmi. Rozdiel vo vzdialenostiach by nemal byť väčší ako 20%, aby pri zmenách teploty nevznikli veľké rozdiely ťahov v susedných poliach. Stredné rozpätie kotevného úseku sa má približne rovnať hospodárnemu úseku (podľa typu vedenia). Kotevný úsek je časť vedenia medzi dvoma najbližšími kotevnými stožiarmi, t.j. stožiarmi, na ktorých je vodič upevnený pomocou kotevného izolátorového závesu. Medzi kotevnými stožiarmi sú umiestnené nosné stožiare. Pri rozmiestnení stožiarov je potrebné vyhnúť sa umiestneniu stožiara vo vrchole alebo v blízkosti vrcholu priehybovej krivky. Keď výslednica vertikálnych síl na stožiar pôsobí smerom hore, hovoríme o utopenom stožiari. Pre odstránenie tohto nedostatku sa buď pod izolátory pridajú závažia alebo se zvýši stožiar. Rohové stožiare sa na profilovej mape výrazne označia s uhlami lomov a profil sa na týchto miestach preruší. Miestami rohových stožiarov sa už potom nesmie posúvať. Okrem nárysu, t.j. profilu, sa vyhotoví aj pôdorys. Dole pod profilom musia byť podrobne zakreslené všetky križovatky (oznamovacie a silové vedenia, cesty, železnice a iné objekty). V pôdoryse sa zakreslia ochranné pásma v lesnom prieseku, ktorých vzdialenosť od okrajového vodiča na stožiari je závislá od menovitého napätia na vedení. Trasa sa potom zakresľuje do katastrálnych máp. 51

53 Na VEV môžu nastať prípady, pri ktorých sa jednotlivé stožiare nachádzajú v iných pracovných podmienkach, ako boli predpokladané pri projektovaní. V týchto prípadoch ak sa nepoužije iný stožiar, treba ho skontrolovať výpočtom, či vyhovuje. K tomu je potrebné určiť veľkosť tiažového rozpätia, z ktorého sa vypočíta vertikálne zaťaženie. Tiažové rozpätie je maximálna dĺžka vodiča, ktorá môže pôsobiť na stožiar vertikálnou tiažou vlastnou aj prídavnou. Zohľadniť je potrebné vetrové rozpätie, ktoré pôsobí kolmo na trasu vedenia, námrazu a búrkovú činnosť, čo je tzv. náhodné zaťaženie. [7] Vplyv VEV na okolie Vonkajšie silové vedenia nespôsobujú podstatné ekologické problémy. Neznečisťujú vodu, pôdu ani ovzdušie a ich vplyv je skôr vizuálny. Nedostatkom VEV je skutočnosť, že spôsobujú sršanie, rušenie rozhlasu, ohrozenie vtáctva, znemožňujú migráciu niektorých druhov zvierat vplyvom vysokého gradientu elektrického poľa a tým spôsobujú ich možné vyhynutie. K ďalším nedostatkom je vplyv na poľnohospodárstvo pre záber poľnohospodárskej pôdy, čiastočné obmedzenie závlah a chemických postrekov zo vzduchu. Aj keď sa v niektorých situáciach stretnú všetky vymenované negatívne vplyvy, nebudú mať na verejnú mienku taký vplyv, ako vizuálna zložka. Na jej potlačenie je vhodne použiť napr. stožiare rovnakého typu a výšky, vhodného, tzv. maskovaného náteru, vonkajšiu úpravu povrchu vodičov a materiálu izolátorov tak, aby celkový vzhľad harmonizoval s pozadím prostredia. [7] Poveternostné vplyvy na vodiče Prostredie, ktorým prechádza vedenie, ovplyvňuje jeho vyhotovenie. Na vonkajšie silové vedenia pôsobia svojimi účinkami vetry, víchrice, búrky, blesky, námrazy, zmeny teplôt, chemické účinky ovzdušia, nadmorská výška a pod. [7] Potrebné údaje pre navrhovanie VEV: - max. a min. teplota - vietor - námraza - búrky 52

54 - súčasné pôsobenie nasledovných javov: a) teplota a vietor, b) teplota a námraza, c) teplota, vietor a námraza, d) teplota a búrková činnosť Mechanický výpočet zaveseného vodiča Týmto výpočtom sa rozumie určenie priehybu a mechanického napätia vo vodiči, ktorý sa robí z nasledujúcich dôvodov: a) pre určenie najmenšej výšky vodiča od zeme, nad cestami, koľajnicami, inými vedeniami a pod; výpočty sa robia pre rôzne podmienky, ako sú teplota, vietor, námraza a niekedy aj na pretrhnutie vodiča; b) z prevádzkových dôvodov, aby vedenie bolo dostatočne mechanicky odolné pri vetroch, námrazách a nespôsobilo poruchy v dodávkach el. energie; c) z ekonomických dôvodov, pretože hodnota mechanického napätia a teda aj priehybu vodiča pôsobí na cenu vedenia; tvar krivky závesného vodiča medzi dvoma podpernými bodmi je pružná reťazovka; pre jej komplikovaný výpočet sa v praxi počíta s nepružnou reťazovkou alebo s parabolou, ktorá sa do rozpätí 400 m len málo líši od reťazovky. Výpočty sa robia pre nasledovné polia: a) súmerné pole, ktoré je charakterizované tým, že závesné body vodiča sú v rovnakých výškach; b) nesúmerné pole, ktoré je charakterizované tým, že závesné vodiče nie sú v rovnakých výškach, čo spôsobí, že vrchol priehybovej krivky nie je v strede rozpätia. Pre výpočty týchto polí sa do jednotlivých vzorcov musia dosadiť nasledovné hodnoty: - prierez lana v mm 2 ; - priemer lana v mm; - váha jedného metra lana v kg; - merná tiaž vodiča v N/m3; - modul pružnosti v MPa; - koeficient tepelnej lineárnej rozťažnosti v 1/ C; - preťaženie vodiča vetrom; 53

55 - váha jedného metra námrazy v kg. Podľa vzorcov sa potom dá vypočítať maximálny priehyb vedenia, priehyb vedenia v ľubovoľnom mieste, dĺžka vedenia, celkové napätie v závesnom bode, ťah v závesnom bode, zvislá zložka mechanického napätia, zvislá zložka ťahu v závesnom bode, charakteristický priehyb, viditeľný priehyb a ďalšie hodnoty Vplyv zmeny teploty a preťaženia na mechanické napätie vo vodiči stavová rovnica Pri zmenách teplôt a preťaženia vodiča od vetra a námrazy sa mení mechanické napätie vo vodiči a taktiež jeho priehyb. Mechanický výpočet z predchádzajúcej kapitoly sa robí pre najnepriaznivejší prípad, t.j. pre také klimatické podmienky, pri ktorých vzniká max. priehyb a z neho najmenšia vzdialenosť vodiča od zeme, ktorá sa nesmie v žiadnom prípade prekročiť. Vodiče sa však montujú pri rôznych klimatických podmienkach, takže sa vodič pri montáži musí napnúť na také mechanické napätie a taký priehyb, aby aj pri najnepriaznivejších podmienkach nenastalo väčšie mechanické napätie a priehyb, ako to dovoľujú predpisy. Zmenou teploty sa mení mechanické napätie vo vodiči, pretože s poklesom teploty sa skracuje jeho dĺžka v kotevnom poli a rastie v ňom mechanické napätie. Matematická závislosť, ktorá popisuje vzájomnú závislosť medzi mechanickým napätím, preťažením, rozpätím a teplotou sa nazýva stavová rovnica. Stavová rovnica je rovnica tretieho stupňa a môže sa riešiť počtársky, graficky (abakom) alebo použitím výpočtovej techniky. [7] Na základe tejto rovnice sa určuje tzv. montážna tabuľka, ktorá sa používa pri montáži vedenia a jeho správnom napnutí. Okrem montážnej tabuľky sa zo stavovej rovnice určuje ešte kritické rozpätie a kritická teplota. Tieto pojmy mali význam hlavne v období platnosti normy STN a jej predchádzajúcich noriem. [6] Na základe výpočtu kritickej teploty pre daný kotevný úsek bolo jednoznačne určené, či nastanú najväčšie priehyby pri 5 C a námrazku, alebo pri najvyššie navrhovanej teplote + 40 C. Kritické rozpätie bolo zasa vhodným nástrojom na určenie najmenšieho rozpätia, od ktorého by sa za daných podmienok kratšie rozpätia nemali používať 54

56 V súčasnosti pri platnosti STN EN už kritická teplota a kritické rozpätie nemajú taký význam. Kritickú teplotu možno v pozmenenom stave využívať aj dnes, v čase platnosti tejto normy, ktorá neodporúča za najvyššiu návrhovú teplotu použiť hodnotu menšiu ako + 70 C. [6] Tiažové a vetrové zaťaženie, zaťaženie námrazou, kombinované zaťaženie a účinky teploty Na každý stožiar pôsobí vertikálny ťah, ktorý je daný tiažou vodiča príslušnej dĺžky s prídavným zaťažením alebo bez neho. Maximálna dĺžka vodiča, ktorá môže pôsobiť na stožiar, sa nazýva tiažová a rozpätie tiažové. Pri rovnakej výške závesných bodov vodiča sa vertikálne zaťaženia určuje ako tiaž, ktorá sa rovná súčtu polovičných rozpätí z oboch strán stožiara. Pri rozmiestňovaní stožiarov potom musí platiť, že všetky tiažové rozpätia musia byť menšie alebo rovné zadanému tiažovému rozpätiu, s ktorým sa uvažuje pri výpočte stožiarov. Vietor svojím účinkom spôsobuje preťaženie vodičov vonkajších vedení a keďže vodiče sú cez izolátory upevnené na stožiaroch, dochádza aj k namáhaniu stožiarov. Silové pôsobenie vetra je priamo úmerné veľkosti plochy, na ktorú pôsobí. [7] Z tohto dôvodu je potrebné poznať tzv. vetrové rozpätie, t.j. rozpätie alebo dĺžku vodiča, pri ktorom dochádza k najväčšiemu silovému pôsobeniu v smere horizontálnom a kolmom na trasu vedenia a stožiar. Vetrové rozpätie je rovné tiažovému rozpätiu. Pri rozmiestňovaní stožiarov je preto potrebné, aby všetky vetrové rozpätia boli menšie alebo rovné vetrovému rozpätiu zadaného pri výpočte stožiarov. Norma STN EN [24] pre zaťaženie vetrom zavádza tzv. základnú referenčnú rýchlosť vetra, čo je rýchlosť vetra vo výške 10 m nad zemou. Táto je závislá od vetrovej oblasti Slovenska a od nadmorskej výšky a možno ju vypočítať aj pre iné výšky ako 10 m. Z tejto rýchlosti a hustoty vzduchu, ktorá sa mení od nadmorskej výšky sa, vypočíta dynamický tlak vetra. Po dosadení ďalších koeficientov a hodnôt, ako sú napr. nárazový koeficient vetra, koeficienty aerodynamických odporov vodiča, izolátorov a stožiarov, pri ktorých je potrebný aj koeficient zaplnenia panela stožiara, ako aj dĺžka vodiča plocha izolátorov a uhol pôsobenia vetra, je možné vypočítať silu vetra pôsobiacu na vodiče, izolátory 55

57 a stožiare, čiže zaťaženie vetrom. Podobným spôsobom sa tieto hodnoty vypočítajú aj pre stĺpy. Pri zaťažení námrazou rozlišujeme podľa [24] dva druhy námrazy. Prvá sa tvorí z oblačnosti vo forme ťažkej alebo ľahkej inoväte, druhá vzniká vo forme mrznúceho dažďa alebo usádzaním mokrého alebo suchého snehu. Pre určenie zaťaženia námrazou sa pre podmienky Slovenska počíta len s námrazou z oblačnosti vo forme inoväte s hustotou 500 kg/m3. Aj v tomto prípade je zavedené tzv. referenčné zaťaženie námrazou, čo je zaťaženie s časom návratu 50 rokov na 1 m dĺžky vodiča vo výške 10 m nad zemou. Na určenie tohto zaťaženia je územie Slovenska rozdelené na námrazové oblasti zobrazené na námrazovej mape. Hodnoty referenčného zaťaženia v N/m dĺžky vodiča sú závislé od námrazovej oblasti a priemeru vodiča pod a nad 30 mm. Zaťaženie vodičov námrazou je potom súčinom referenčného zaťaženia a dĺžky vodičov na obidvoch priľahlých rozpätiach. Je to vlastne vodorovná vzdialenosť medzi najnižšími bodmi reťazoviek vodičov obidvoch susedných polí, čo je vlastne váhové rozpätie. S námrazou na izolátorových závesoch sa ráta len pri výpočtoch zvislého zaťaženia, pričom zaťaženia sú v rozmedzí 35 až 350 N/m dĺžky izolátora. Pri kombinovanom zaťažení sa v norme STN EN počíta pre podmienky Slovenska len s kombináciou extrémneho zaťaženia námrazou a zaťažením miernym vetrom. Účinky teploty sú pre overenie nasledujúcich medzných stavov: a) na overovanie medzných stavov únosnosti je minimálna teplota 30 C pre úroveň spoľahlivosti 1, pre úroveň spoľahlivosti 2 je to 35 C a pre úroveň spoľahlivosti 3 je teplota mínus 40 C b) pri extrémnej rýchlosti vetra je teplota 5 C c) znížená rýchlosť vetra v kombinácii s minimálnou teplotou sa neberie do úvahy vtedy, ak sa v projektovej dokumentácii neuvádza iné. d) pri extrémnom zaťažení námrazou sa predpokladá teplota 5 C e) pri kombinovanom zaťažení námrazou a vetrom sa predpokladá teplota 5 C [6] 56

58 3.5. OHRAŇOVANÉ STOŽIARE V 90-tych rokoch sa začali na Slovensku používať oceľové stožiare ohraňovanej konštrukcie ktoré vyrába spoločnosť ELV Produkt a.s. Ich hlavnou výhodou sú menšie rozmery, menšia veľkosť ochranného pásma a pre svojú štíhlosť, ktorá je vnímaná aj z veľkých vzdialenosti majú výraznú estetickú hodnotu. [6] Stožiar je zložený z drieku, ktorý je vyhotovený z dielov, ktoré sú nasunuté na seba. Povrchová úprava je zinkovaním. Ohraňované oceľové stožiare sú určené pre 1x110 kv a 2x110 kv vedenie a sú navrhnuté v štyroch základných typových radoch N (nosné), RV I (rohové), RV II (rohové, výstužné stožiare), KO III-4 (koncový stožiar). [19] Jednotlivé typy ohraňovaných stožiarov sú na obr. č. 22 a 23. Spoločnosť ELV pripravuje aj výrobu 400 kv ohraňovaných, 12 až 16 uhoľníkových stožiarov do výšky až 41 m. Pretože ohraňované stožiare sú ťažšie ako priehradové, bol pre zníženie hmotnosti ohraňovaných stožiarov urobený Návrh plnostenného nosného stožiara pre 400 kv vedenie. [13] Jedná sa o votknutý stožiar s driekom 16 hranného ohraňovaného prierezu, kónicky sa rovnomerne zmenšujúceho od päty k vrcholu s celkovou nadzemnou výškou 41,4 m. Stožiar je navrhnutý z ocele Konštrukcia drieku je navrhnutá z piatich montážnych dielov s rôznou dĺžkou a hrúbkou steny od 6 do 10 mm. Priemer päty spodného dielu je 1,8 m, priemer vrchu horného dielu 0,8 m. Montážne diely drieku sú spájané nasúvaním a nalisovaním. Návrh je na obr. č. 24. Vo vývoji sú aj kombinované stožiare, kde na jednej konzole bude napätie 2x220 kv a na druhej 2x110 kv, alebo na jednej konzole 400 kv a na druhej 2x110 kv. Spoločnosť uvažuje aj s inováciou stožiarov 22 kv do výšky 12 až 24m. Stožiare budú mať dva drieky, ktoré sa hydraulicky nalisujú do seba bez zvárania. 57

59 Obr. č. 22: Oceľové ohraňované stožiare pre 1x110 a 2x110 kv [19] 58

60 Obr. č. 23: Oceľové ohraňované stožiare pre 1x110 a 2x110 kv [19] 59

61 Obr. č. 24: Ohraňovaný nosný stožiar pre 1x400kV [19] 60

62 3.6. TECHNICKO EKONOMICKÉ POROVNANIE PRIEHRADOVÝCH A OHRAŇOVANÝCH STOŽIAROV Základnými kritériami pre porovnanie týchto typov stožiarov sú: - investičné náklady - záber pôdy - veľkosť ochranného pásma - náklady na opravu a údržbu - životnosť - odolnosť voči poveternostným vplyvom Hodnoty posledných troch kritérií sú takmer rovnaké u obidvoch typov, aj keď životnosť 50 a viac rokov, ktorá je u priehradových stožiaroch bežná, nie je u ohraňovaných stožiarov zatiaľ overená, pretože prvé ohraňované stožiare sú v prevádzke len niečo viac ako 10 rokov Investičné náklady Z porovnania hmotnosti 110 kv priehradových a ohraňovaných stožiarov vyplýva, že ohraňované stožiare nosné, alebo rohovo- výstužné sú pri zrovnateľnej výške, t.j. N+0, N+2, N+4, N+6 asi o 30-35% ťažšie. Priemerná kilogramová cena uholníkov, z ktorých sú prevažne vyrobené priehradové stožiare je asi o 5% nižšia, ako kilogramová cena plechov, z ktorých sú vyrobené ohraňované stožiare. To znamená, že náklady na materiál sú asi o 32-37% vyššie u ohraňovanej konštrukcie. Podobným porovnaním hmotnosti 400 kv priehradového nosného stožiara o výške 44 m s nosným ohraňovaným stožiarom o výške 43 m dôjdeme k záveru, že ohraňovaný nosný stožiar je až o 60% ťažší ako nosný priehradový stožiar. Rohovo- výstužné ohraňované stožiare sa zatiaľ na Slovensku nevyrábajú. Možno teda konštatovať, že ohraňované stožiare s porovnateľnou výškou sú vzhľadom na ich vyššiu hmotnosť drahšie v priemere asi o 50%, ako stožiare priehradové. Do celkovej ceny je potrebné ešte započítať náklady na energie, mzdy, réžiu, odpisy, zisk a ďalšie náklady u výrobcov. Náklady na montáž stožiarov sú však vďaka jednoduchej a rýchlej montáži ďaleko nižšie ako u priehradových stožiarov. Stožiare sa aj s izolátormi pripravia 61

63 a zmontujú uložené na zemi a postavia pomocou žeriavu do pripraveného základu. Ohraňované stožiare majú spolu so samonosnými izolátormi ďalšiu výhodu v tom, že tieto izolátory sú oproti keramickým izolátorom, používanými na priehradových stožiaroch, asi o polovicu ľahšie. Použitie samonosných izolátorov odstráni nutnosť inštalácie konzol na ohraňovaných stožiaroch, čím sa váha týchto stožiarov zníži v niektorých prípadoch aj o niekoľko ton, pretože váha jednej konzoly je aj jedna tona. Výhoda samonosných izolátorov pre 110 kv je aj lepšia odolnosť pri odľahčení, pretrhnutí lana, kedy vydržia aj intenzívne kmitanie. Ich nevýhodou je, že pri výmene lana je potrebné vyhotoviť pomocnú konzolu na ohraňovaných stožiaroch Záber pôdy Aj keď veľkosť základov u obidvoch typov stožiarov je závislá od kvality a charakteru podložia, ktoré sa zisťuje geologickým prieskumom, je možné konštatovať, že záber poľnohospodárskej pôdy je väčší u priehradových stožiarov. Je to hlavne preto, že priehradové stožiare, okrem stožiarom portálových, majú vzhľadom na štyri rohy, v ktorých sú základy, väčšiu pôdorysnú plochu ako stožiare ohraňované. U ohraňovaných stožiaroch sú základy hlbšie, ale základ je len jeden, aj keď je väčší. V praxi je základ vyhotovený tak, že asi jeden meter pod úrovňou pôdy je základ široký, vyhotovený podľa výpočtov a nad touto hranicou má základ podstatne menšiu plochu. Tento stav umožňuje jednak obrábanie pôdy nad rozšíreným základom, jednak výkupná cena je len za plochu základu, ktorá je nad zemou. V štádiu vývoja sú základy bez základovej jamy. Základom má byť rúra, ktorá sa pomocou buchara zatlčie do zeme tak, aby vyčnievala v určitej výške nad zemou. Potom sa vnútro rúry zabetónuje, čím sa zvýši tuhosť rúry ako základu. Nakoniec sa na rúru privarí príruba s otvormi pre skrutky, pričom proti príruba bude na päte ohraňovaného stožiara. Týmto riešením sa ešte viac urýchli výstavba trasy a znížia sa náklady na vyhotovenie základov. 62

64 Veľkosť ochranného pásma Toto kritérium je dôležité hlavne v zalesnených oblastiach, ale aj v mestských aglomeráciách. Porovnanie veľkosti ochranných pásiem vybraných priehradových stožiarov so stožiarmi ohraňovanými je na obrázkoch č. 25 až Ochranné pásmo ohr. stožiara 17,43m 3700 Ochranné pásmo priehrad. stožiara 18,70m Obr. č. 25 : Porovnanie 2x110 kv Súdok a 2x110 kv ohraňovaný stožiar. [6] úspora 1,268 m 63

65 220 kv 25 úspora Ochranné pásmé ohr. stožiara 22,786 m úspora 5,214m Ochranné pásmo priehr. atožiara 28 m Obr. č. 26 : Porovnanie 1x220 kv Portál a 1x220 kv ohraňovaný stožiar. [6] Obr. č. 27 : Porovnanie 1x220 kv Portál a 2x220 kv ohraňovaný stožiar.[6] 64

66 25 úspora O chranné pásm o ohr. stožiara 29,257m - 30,257 m úspora 1,34 m 6600 O chranné pásm o priehr. stožiara 31,60m Obr. č. 28 : Porovnanie 1x400 kv Mačka a 1x400 kv ohraňovaný stožiar.[6] 2 5 úspor Ochranné pásmo ohr. stožiara úspor 1, Ochranné pásmo priehr. stožiara Obr. č. 29: Porovnanie 1x400 kv Mačka a 2x400 kv ohraňovaný stožiar.[6] 65

67 25 úspora 8,343 m Ochranné pásmo ohr. stožiara 30,257 m Ochranné pásmo priehr. stožiara 38,6 m úspora 8,543m Obr. č. 30: Porovnanie 1x400 kv Donau a 2x400 kv ohraňovaný stožiar.[6] Z uvedených obrázkov je zrejme, že veľkosť ochranného pásma je u ohraňovaných stožiarov menšia o 1,26 až 8, 54 m. Podľa výrobcu ELV Produkt, a.s. Senec, je táto výhoda hlavným faktorom výberu ich firmy na dodávku nosných ohraňovaných stožiarov pre niektoré zalesnené časti trasy z Medzibrodia do Liptovského Mikuláša cez Donovaly [19]. Pre podobnú výhodu je v rokovaní dodávka ohraňovaných stožiarov pre trasu na Česko Moravskej vrchovine[19]. V obidvoch prípadoch ide o dodávku len nosných stožiarov. Ostatné stožiare budú priehradové. 66

68 3.7. STOŽIARE POUŽÍVANÉ V ELEKTRIZAČNEJ SÚSTAVE SLOVENSKEJ REPUBLIKY História podnikov vyrábajúcich stožiare na Slovensku je vlastne históriou organizácie Elektrovod Bratislava, ktorý zabezpečoval elektrifikáciu Slovenska, ktorá sa neskoršie rozšírila aj na Moravu. Elektrifikácia celej ČSR bola dokončená v r V posledných rokoch, najmä po vytvorení spoločného podniku s nemeckou firmou TVF, sa Elektrovodu Holding podarilo trvalejšie zakotviť v zahraničí, hlavne v škandinávskych krajinách. V súčasnosti sa spoločnosť zameriava o.i. aj na oblasť projektovania, inžinierskej činnosti, dodávok zariadení a stavebno- montážnych prác pre el. vedenia kv a prenosových vedení 400 kv. Ďalším podnikom je Elektrovod Žilina, a.s., ktorého 100% vlastníkom sú od r vlastní zamestnanci. Elektrovod Žilina zabezpečuje v súčasnosti výrobu, povrchovú úpravu a dodávku priehradových, rámových a pomocných oceľových konštrukcii všetkých druhov. Nosným programom sú priehradové, zvárané a skrutkované konštrukcie stožiarov od 22 do 400 kv. Tieto konštrukcie sú chránené zinkovou vrstvou, ktorá sa vytvorí po ponorení konštrukcii do bazénu špeciálnej pece s roztaveným zinkom. Táto pec je s určitými úpravami v prevádzke od r Dovtedy sa natierali stožiare ručne. Pec na tzv. žiarové zinkovanie umožňuje pozinkovanie do max. rozmerov 1x1,8x8,6 m. Dĺžka 8,6 m limituje max. dĺžku jednej sekcie stožiara. Ekonomický výhodným zariadením je pre a.s. skúšobné zariadenie pre statické skúšky stožiarov v skutočnej veľkosti, kde sa overuje správnosť statických výpočtov, zmontovateľnosť, skutočná únosnosť a zistenie uzlov s najnižšou tuhosťou. Max. výška skúšanej konštrukcie stožiarov je 48 m, šírka 36 m. Spoločnosť nemá vlastnú projekčnú zložku a nezaoberá sa ani vývojom a novými trendmi vo vývoji stožiarov. Má ale oddelenie konštrukcie, ktoré na základe projektov od rôznych odberateľov, vyhotoví dielenskú dokumentáciu, podľa ktorej sa zabezpečuje výroba stožiarov vo vlastných dielňach. Výrobný program stožiarov tejto spoločnosti je na obr. č

69 Obr. č. 31: Výrobný program stožiarov Elektrovod Žilina, a.s. [5] Ďalšou spoločnosťou, ktorá sa zaoberá výrobou stožiarov na Slovensku je ELV Produkt, a.s. Senec, ktorá vznikla privatizáciou š.p. ELV Senec v r ELV Senec je najväčším výrobcom predpätých betónových stožiarov a oceľových ohraňovaných stožiarov do 110 kv na Slovensku. Predpäté betónové stožiare typu EPV/PBS sa vyrábajú pre rozvody do 35 kv kde plnia funkciu nosných podperných bodov vonkajších rozvodov. Stožiare majú životnosť min. 30 rokov a nepotrebujú údržbu. Stožiare sú vyrábané v dĺžkach od 9,3 do 12,1 m a nosnosti od 3 do 45 kn. Nosným programom je však výroba ohraňovaných stožiarov, uvedených v kapitole

70 Trendy vývoja stožiarov na Slovensku Ako je zrejmé z predchádzajúcej kapitoly, je vlastníkom 220 a 400 kv vedení SEPS, a.s., ktorá podľa Programu rozvoja SEPS, a.s., na roky , [14] bude v tomto období preferovať priehradové, pozinkované, skrutkované stožiare, konfigurácie Donau, resp. Súdok so zvislými závesmi. V niektorých odôvodnených prípadoch zvažuje SEPS použitie aj 400 kv ohraňovaných stožiarov, ale to až po spracovaní metodiky technicko ekonomickej výhodnosti, pretože doteraz používané ohraňované stožiare majú oproti priehradovým stožiarom rovnakej úžitkovej hodnoty vyššiu hmotnosť a tým sú aj drahšie. Je to hlavne preto, že základňa ohraňovaného stožiara nemôže mať taký veľký prierez, pretože je vyrobená ako uzavretý profil, ako má základňa priehradových stožiarov, ktoré sú vyrobené napr. z uholníkov. Podľa [10] je navrhnutá nová koncepcia uloženia vodičov a izolátorov na nosné stožiare vn a vvn. V doterajšej technológii týchto prenosových vedení sa montujú lanové vodiče na konzoly nosných stožiarov prostredníctvom izolátorov, ktoré visia vo vertikálnej polohe. Dĺžka závesného izolátora zabezpečuje aj pri jeho výkyvoch elektrickú ochranu stožiara, ale súčasne o túto svoju dĺžku pasívne zväčšuje výšku stožiara a tým aj jeho hmotnosť. Ako je všeobecne známe, materiály, z ktorých sa vyrábajú izolátory, majú pevnosť v tlaku asi desaťnásobne väčšiu ako pevnosť v ťahu. Preto je koncepcia s namáhaním izolátora na tlak výhodnejšia. Výsledkom tejto novej koncepcie sú dva izolátory kĺbovo uložené na hornú časť konzoly stožiara v polohe nastojato, aby boli namáhané na tlak a vo vrchole sú spojené s vodičom nosnou svorkou. Prednosťou tohto riešenia je zníženie výšky izolátorov, a tým aj stožiara a jeho váhy a ceny. Aj keď sú použité dva izolátory namiesto jedného, je výsledná hmotnosť dvoch izolátorov menšia ako jedného namáhaného ťahom. Podľa [11] je možne dosiahnuť úsporu materiálu použitím prútov namáhaných na vzper z uzavretých dutých profilov, ktoré majú vyššie kvadratické momenty prierezu ako plné profily. Preto aj najčastejšie používané L profily sú z tohto hľadiska menej výhodné ako napr. oceľové rúrky. Z dôvodov menšieho záberu pôdy a priestorových obmedzení v husto obývaných aglomeráciách bude dochádzať k tzv. kompaktizácii vedení, čo je použitie stožiarov s menšími rozmermi a väčšími prenosovými výkonmi. [6] 69

71 4. NOVÉ TRENDY VO VÝVOJI STOŽIAROV Ešte počas 60-tych rokov minulého storočia sa vonkajšie vedenia budovali prevažne tak, aby zabezpečili dostatočné množstvo elektrickej energie pre rozvoj danej krajiny, bez ohľadu na ekologické a estetické podmienky. Táto skutočnosť sa začala meniť v 70-tych rokoch, kedy už bolo obtiažnejšie získanie nových koridorov pre prímestské oblasti s klasickými stožiarmi. Keďže elektrická energia je nevyhnutná pre chod celej krajiny, museli sa energetické spoločnosti zaoberať myšlienkou budovania vedení v tesnej blízkosti zastavaných území, s prihliadnutím na environmentálne a estetické aspekty. Rozvoj priemyslu a celej spoločnosti má za následok stále sa zmenšujúce plochy pôdy, a preto je pochopiteľný tlak, aby zaberané pásma diaľkových vedení boli čo najmenšie alebo aby sa pre nové vedenia používali trasy dožívajúcich vedení. To vedie k používaniu jednodriekových stožiarov a k zmenšovaniu vzdialenosti krajných vodičov, a tým k užším a vyšším stožiarom. Výkyvy zavesených izolátorových reťazcov vyvolané tlakom vetra sa eliminujú používaním V - reťazcov alebo izolátorových konzol. Zvýšené náklady na izolátory sú potom kompenzované zmenšením vzdialenosti medzi jednotlivými fázami a znížením výšky stožiarov. Výstavba vonkajších silových vedení, najmä vn a vvn, je spojená s vysokými investičnými nákladmi, preto každá pozitívna zmena v konštrukcii, použitých materiálov a technológie výstavby prináša zníženie týchto nákladov. Dnes už existujúce výpočtové metódy mechanického namáhania vodičov, izolátorov, armatúr a samotných stožiarových konštrukcii dospeli do tak vysokého stupňa presnosti a spoľahlivosti, že umožňujú nájsť aj také rezervy, ktoré sa v minulosti nepredpokladali a ktoré znižujú váhu, a tým aj cenu stožiarov WINTRACK STOŽIARE [20] Spoločnosť Tenne T v spolupráci s nezávislou výskumnou spoločnosťou Kema, vyvinuli na základe požiadavky holandskej vlády nový typ vedenia 380 kv pre husto obývané oblasti Holandska. Nové vedenie sa obyčajne skladá z dvojíc stožiarov, vzdialených od seba asi 16,5 až 20 m, podľa toho, či sú konzoly s izolátormi pre uchytenie vodičov z jednej alebo z obidvoch strán. Štandardná výška nadzemnej časti stožiara je 46 70

72 a 50 m tak, ako je to znázornené na obr. č. 32. Najvyšší stožiar používaný nad križovatkami, železnicami, alebo kanálmi, je vysoký 65 m. Priemer stožiara vysokého napr. 57 m je od 2,4 m v päte po 0.5 m v najvyššej časti drieku stožiara. Stožiare dostali pomenovanie WINTRACK a od priehradových stožiarov sa o.i líšia aj tým, že nemajú dlhé bočné oceľové konzoly orientované do strán, na ktorých sú uchytené izolátory, ale na driek stožiara Wintrack sú priamo uchytené dva izolátory orientované v tvare písmena V, ako tzv. V konzola. Vzdialenosť zavesených zväzkov vodičov od osi stožiara je pre 380 kv asi 6 m. Vo zvislom smere je to 8,5 m. Bežná vzdialenosť stožiarov od seba je 350 m, max. 400 m. Najťažší je spodný dielec stožiara, ktorý váži aj 40 t. Hmotnosť najvyššieho dielu je max. 13 t. Obr. č. 32 : Rozmery stožiarov [20] V Holandsku existujú štúdie, ktoré poukazujú na zvýšený výskyt detskej leukémie u detí, ktoré žijú v blízkosti vedenia vysokého napätia, a preto jednou z požiadaviek holandskej vlády na spoločnosť Tenne T bolo aj zníženie sily 71

73 elektromagnetického poľa na hodnotu 4 mikro Tesla. Aby bola šírka elektromagnetického poľa čo najužšia, sú štyri vodiče zavesené na jednej konzole umiestnené čo najbližšie k sebe a čo možno najbližšie k zvislej osi stožiara. Tým sa splnila ďalšia požiadavka vlády, a to zníženie doterajšieho ochranného pásma z 300 m, t.j. po 150 m na každú stranu, na šírku 100 m, t.j. po 50 m na každú stanu. Obr. č. 33 : Bežne používane stožiare [20] Obr. č. 34 : Stožiare Wintrack [20] 72

74 Toto je podľa spoločnosti Tenne T najdôležitejší prínos celého systému Wintrack pre tak husto osídlenú krajinu, akou je Holandsko. Samotná sústava Wintrack musí byť schopná prepraviť výkon 2x2650 MVA cez vedenie 380 kv, ale v niektorých úsekoch má aj dve 150 kv vedenia. Sú to úseky kde existujú staré 150 kv vedenia, ktoré sa po dokončení 380 kv vedenia na Wintrack stožiaroch zrušia. Stožiare sú vyrobené z konštrukčnej ocele S 355, čo je obdoba našej ocele Pôvodne boli stožiare navrhované ako mnohouholníky, ale po vyhodnotení výpočtov a ekonomickom rozbore, boli navrhnuté ako kruhové. Hrúbka steny v päte stožiara je 18 mm a postupne až k vrcholu klesá na 8 mm. Max. priemer päty stožiara je 2,7 m. Vzhľadom na dopravu sú stožiare dodávané v sekciach, ktoré sa potom spájajú na cieľovom mieste. Aby vonkajší vzhľad stožiarov nerušil estetické videnie a stožiare sa tak svojím vzhľadom začlenili bez rušivých vplyvov do prostredia, sú stožiare spájané pomocou vnútorných prírub, takže ich nie je vidieť a stožiare sú natreté svetlo šedou farbou, čo je podľa autorov farba holandského neba. Stožiare sú buď pozinkované alebo oblúkovo nastriekané, pričom vonkajšia plocha je ešte natretá epoxidovým náterom, čo zabezpečuje ich vysokú životnosť. Vnútorný priestor stožiarov je vetraný, aby sa v ňom nezdržiavala vlhkosť. Skrutky vnútorných prírub musia byť prístupné kontrole, a preto sú v stožiaroch kontrolné dvierka a vnútorné rebríky. Údržba, prístup k vodičom a zemniacím lanám je pomocou výsuvných rebríkov a zdvíhacích plošín Základy Každá z dvojice stožiarov má vlastný základ. Základy medzi stožiarmi nie sú spojené, aby v prípade sadania spojeného základu nedochádzalo k sadaniu obidvoch stožiarov. Základy sú vyhotovené zo železobetónu, postavené na oceľových alebo betónových pilótoch. Výška ŽB základu je vzhľadom na pôdne podmienky v Holandsku až 2,8 m, pričom 0,3 m základu je nad terénom. Detail základu je na obr. č

75 Obr. č. 35 : Detail základu [20] V konzola Nosné konzoly pre 380 a 150 kv vedenia pozostávajú z dvoch izolátorov, usporiadaných v tvare vertikálneho V, obr. č. 36. Na jednej konzole pre 380 kv sú uchytené 4 vodiče jedného zväzku na oceľovom nosiči v tvare ležatého písmena C. Ako je zrejme z obr. č. 37, sú tieto vodiče zavesené vo vzdialenosti len 500 mm od seba. Na obr. č. 38 je znázornené usporiadanie vodičov na rohovom stožiari v tvare tzv. flexibilnej slučky, ktorá umožňuje aj určitý pohyb, a ktorá sa skladá z najmenej štyroch izolátorov a kovovej lišty, ktoré umožňujú pohyb v horizontálnej rovine. 74

76 Obr. č. 36 : Nosné konzoly [20] Obr. č. 37 : Uchytenie vodičov [20] 75

77 Obr. č. 38 : Usporiadanie vodičov na rohovom stožiari [20] Stožiare Wintrack majú byť pre uvedené výhody v blízkej budúcnosti postavené v dĺžke asi 450 km hlavne na severe a západe Holandska. Začlenenie stožiarov Wintrack do okolitej krajiny je na obr. č. 39 a č

78 Obr. č. 39 : Začlenenie stožiarov do okolitej krajiny [20] Obr. č. 40 : Začlenenie stožiarov do okolitej krajiny [20] 77

79 4.2. NOVÉ, NETRADIČNÉ TRENDY VO VÝVOJI STOŽIAROV V súčasnosti sa vo viacerých krajinách sveta, najmä v európskych krajinách a v krajinách severnej a južnej Ameriky zaoberajú štúdiami, ako dať dohromady požiadavky na dodávku elektrickej energie s požiadavkami životného prostredia pri budovaní nových prenosových vedení. V rámci týchto štúdií sa kladie dôraz na vzhľad a estetiku stožiarov, pretože práve stožiare sú najviac viditeľnými prvkami pri celkovom ráze krajiny. A preto sa dnes diskutuje medzi odborníkmi, umelcami a architektmi o umeleckom stvárnení nielen stožiarov ale aj celých prenosových sústav tak, aby okrem svojej základnej funkcie, t.j. prenosu el. energie, spĺňali aj určité umelecké poslanie, ktoré by bolo v súlade s okolitým prostredím a nepôsobilo rušivým vplyvom na prírodnú scenériu. Realizácie týchto trendov (obrázok 41 až 46) je možné nájsť napríklad vo Fínsku, v Dánsku a vo Francúzsku. Obr. č. 41 : Realizácie [28] Obr. č. 42 : Realizácie [28] 78

80 1996 Tuusula. IVO Power Engineering. Obr. č. 43 : Realizácie [28] Obr. č. 44 : Realizácie [28] Obr. č. 45 : Realizácie [28] Obr. č. 46 : Realizácie [28] 79

81 Niektoré návrhy sú zatiaľ len v štádiu umeleckých štúdii, v ktorých sú tieto umelecké predstavy prezentované [16]. Samotné stožiare sú navrhnuté z rôznych materiálov, ako sú umelé hmoty, kompozitné materiály, betón, ale aj tradičná oceľ. Hlavne u kompozitných materiáloch a umelých hmôt je zdôrazňovaná ich bez údržbová prevádzka a dlhá životnosť. Niektoré návrhy sú na obr. č. 47 a 48. Obr. č. 47 : Návrh stožiarov z kompozitných materiálov [16] 80

82 Obr. č. 48 : Vizualizácia kompozitných stožiarov [16] Podobne v štádiu umeleckého návrhu je aj predstava umiestniť na Islande stožiare podobné postavám ľudí [17]. Podľa zdroja Daily Telegraph ide v tomto prípade o projekt s názvom Krajina obrov, ktorého autorom je americká architektonická firma Choi Shine, ktorá počíta s umiestnením desiatok kovových stožiarov v tvare kráčajúcich postáv tvoriacich jedinú obrovskú ľudskú reťaz, umiestnenú na tomto sopečnom ostrove. 81

83 Postavy by podľa architektov mali byť modernou variáciou starovekých sôch z Veľkonočného ostrova. Podľa projektu predloženého islandskej energetickej spoločnosti,majú byť stĺpy skonštruované z ocele, skla a betónu. Náklady na takéto pretvorenie rázu krajiny by sa podľa autorov nemali pre energetickú firmu podstatne zvýšiť, pretože projekt nekladie nároky na nové materiály, iba na mierne úpravy tvaru stožiarov. Vizuálna predstava stožiarov je na obr. č. 49. Obr. č. 49 : Vizuálna predstava stožiarov [17] 82