1. No category

SLOVENIJA 2014
„Pregled podobnih ujm
po svetu in delo CIGRE"
Krešimir Bakič
Združenje elektroenergetikov
Ljubljana, 14. 04. 2014
1
Načrt predstavitve
1. Uvod – naravne ujme in CIGRE
2. Primeri velikih ledenih ujm
1.
Kanada (1998)
2.
Švedska (2005)
3.
Nemčija (2005)
3. Kaj se lahko naučimo iz teh primerov
4. Primerjave razredov žlednih obremenitev po EU
5. Monitoring žleda na Tatrah v Brkinih (od leta 2008)
6. Novi standard EN 50341-1 – regulatorna pravila
2
Uvod
• Naravne ujme in elektroenergetska infrastruktura
– viharji, ledene ujme, geomagnetne nevihte, gozdni
požari, zemeljski plazovi, povodnji, vročinski val,…
• Napovedi za prihodnost
Napovedi vplivov klimatskih sprememb na daljnovodno infrastrukturo (sestanek CIGRE B2 2008)
vpliv
Intenziteta in pogostost
ekstremnih vetrov
Ledene ujme
Porast poprečne temperature
Trajanje temp. nad 350C
Poplave
Onesnaženje izolacije
Vegetacija v koridorjih
Požari v naravi
2030
porast 5 - 10%
2070
porast 10 - 20%
manj ob večjih ekstremih
0.6 - 1.5 0C
1.0 - 2.5 0C
100% več
200% več
porast
porast
porast
veliki porast
porast
porast
10-20% več
20-70% več
Avtorji:
J. Rogier† (BE)
K. Lindsey (US)
H.Hawes (AU)
Vse napovedi vremenskih vplivov na DV infrastrukturo (za severno in južno poloblo)
napovedujejo s časom več ujm z močnejšo intenziteto.
3
CIGRE ŠK B2 in ledene ujme
CIGRE (mednarodni svet za velike elektroenergetske sisteme) analizira dlje časa
vplive ujm na elektroenergetsko infrastrukturo, zlasti v študijskem komiteju ŠK B2
(nadzemni vodi), ki ima nekaj ekspertnih skupin usmerjenih v delo meteoroloških in
mehanskih vidikov klimatskih sprememb oz. vplivov okolja na daljnovode.
CIGRE ŠK B2 pripravlja študijske osnove za nove standarde za daljnovode z
upoštevanjem klimatskih in tehnoloških sprememb.
4
Študije CIGRE vredne ogleda, ki obravnavajo
meteorološke in mehanske novosti glede DV:
Št. brošure
Letnica
izdaje
Originalni naslov
179
2001
Guidelines for field measurement of ice loadings on overhead
line conductors
178
289
2001
2006
Probabilistic design of Transmission lines
Reliability Based Design Methods for Overhead Lines
Advantages, Applications and Comparisons
291
2006
Guidelines for Meteorological Icing Models, Statistical Methods
and Topographical Effects
344
438
2008
2010
Big Storm Events - What we have learned
Systems for prediction and monitoring of ice shedding, anti-icing
and de-icing for power line conductors and ground wires
410
2010
Local wind speed-up on overhead lines for
specific terrain features
Nadaljevanje študije 438 z naslovom „COATINGS FOR PROTECTING OVERHEAD POWER NETWORK EQUIPMENT
5
IN WINTER CONDITIONS“ je pripravljena za izdajo (uradno bo izdana v avgustu 2014).
Primer iz Islandije – trend žledenja
Pomembna ugotovitev: z leti se žledne konične obremenitve povečujejo
6
ŽLED V KANADI in ZDA
7
Primeri velikih ledenih ujm in posledice na
Tehnologije za prenos in distribucijo
elektroenergetski infrastrukturi
Kanada 1998 – 05.-09. januarja
•
•
•
•
•
Debelina ledu na žicah do 100 mm /17 cm mokrega snega
3,100 stebrov in 120 DV poškodovanih
1.4 M odjemalcev brez elektrike
Na najtežjih območjih brez toka tudi 1 mesec po dogodku
8
Škoda je bila ocenjena na 2.4 milijarde USD
Primeri
velikih
naravnih
ujm
Tehnologije za prenos in distribucijo
Kanada 1998 – ukrepi po ujmi
PRIPOROČILA:
• Boljše načrtovanje
omrežja za primere
naravnih ujm
• Boljša koordinacija
med delom v času
obnove
• Uporaba simulatorja
za trening in planiranje
• Ojačitev omrežja in
• Pospešiti raziskave in
razvoj.
Narejene izboljšave:
- dodatno za-zankanje,
- termični de-icing,
- mehanska ojačitev in
- diverzifikacija virov.
9
Primeri
velikih
naravnih
ujm
Tehnologije za prenos in distribucijo
Kanada 1998- spremembe pri projektiranju DV
PRED 1998
SEDAJ
Število con za led-veter
4
8
Nivoji zanesljivosti
2
3
Samo kratek opis
Več elaboratov
Max. led
Max. led + 40% vetra
1,0
1,0 za led
1,2 žled
Enako kot za normalne
vode
Pojačana stopnja
In-cloud icing
Meja za obremenitve ledu
Drag faktor
Prehodi cest in železnice
10
Primeri
velikih
naravnih
ujm
Tehnologije za prenos in distribucijo
Kanada 1998 – novi kriteriji pri
načrtovanju
Dodatno za-zankanje prenosnega
omrežja: 813 M$
Dogodek iz aprila, 2005
Novi kriteriji:
• Zrušitev treh 735-kV stebrov hkrati
• Debelina ledu čez 50 mm, n/v: 400-450 m
• Nov dizajn stebrov je bolj odporen na
vremenske ujme.
• Monitoring za zaledenitve DV je omogočil varno rešitev brez
razpadov pri naslednjih ledenih ujmah.
11
Uničevalni učinki hurikana GUDRUN na Švedskem
(C. Lindquist, E-on, Elna Sverige, predstavitev na CIGRE, Pariz)
8.1.2005 ob 22. uri
Gre za najhujše poškodbe infrastrukture na Švedskem v zgodovini.
400.000 brez elektrike
200.000 brez telefona
Blokirane ceste in železnica
Operacija GUDRUN:
4520 ljudi – pomoč iz tujine
11 helikopterjev + 2 herkulesa
1000 tovornjakov
Hitrost vetra 29 ÷ 45 m/s s snegom
12
Finančna škoda: 130 M€
100 M€ stroški popravila in
30 M€ plačilo odjemalcem
Ukrepi za prihodnost:
- Obnova 17.000 km SN omrežja,
Območje
udara
GUDRUN-a
- Kabliranje 110 kV omrežja v
gozdovih v ruralnem območju
- v 5-ih letih investirati 1.3 mild.€ v
omrežje.
Tehnične rešitve:
Čas potreben za
obnovo napajanja
-Optimalna struktura omrežja,
-Redundantna radialna omrežja,
-PEX kabli s trdo izolacijo,
-Analize tveganj, napovedi vremena….
13
Sklepi primera GUDRUN iz leta 2005
-Nobena nadzemna konstrukcija ne bi vzdržala hurikana Gudrun,
-Potrebno je bilo razviti nov standard za oblikovanje nadzemnih vodov,
-Izogibanje gozdov ali kabliranje, če gre za napetosti do 110 kV,
-Razviti kable 0.4 kV za nadzemno polaganje z dvojno izolacijo in mehansko
ojačitvijo,
-Konstrukcije morajo biti enostavne in robustne,
-Regulator mora izdelati takšne metode reguliranja omrežja, ki spodbujajo
investicije za večjo sigurnost oskrbe z električno energijo,
-Obvezne analize ranljivosti in tveganj sistema od l. 2006,
-Ranljivost družbe na izpade elektrike je čedalje večja,
-Čas prekinitve dobave drastično zmanjšati.
14
Snežna ujma v Nemčiji (Münsterland)
25. 11. 2005
Najhujša snežna ujma v zadnjih 100 let
v Nemčiji.
Kombinacija mokrega snega,
izjemno velikih padavin,
zaledenitev in orkanski veter.
15
Nemčija, november 2005
Uničenih 25 km 220/110 kV DV in 120 km
SN/NN omrežja.
Škoda: 20 M€ in 5 M€ za odškodnine
odjemalcem.
Obtežitev nadzemnega voda 15x višja od
standardizirane
Normalna obtežba
Obtežba v Alpah
Obtežba
25.11.05
16
Nemčija, 2005 - Starost poškodovanih DV
Čas obnove:
5 dni.
Odziv javnosti
je bil
strašanski,
čeprav je bilo
brez toka samo
80.00 ljudi.
Obtožbe medijev:
•Nezadostno
vzdrževanje,
•Slaba gradnja,
•Slabo jeklo,…
Velika večina poškodovanih stebrov je bila starejša od 40 let.
17
DRUGE UJME, KI SO PRIZADELE
ELEKTROENERGETSKI SISTEM (Ref. 344)
V predstavitvi so bile predstavljene le tri ledene ujme (označene z rdečim),
ki so prizadele elektroenergetsko infrastrukturo v teh treh državah.
Seznam ujm po ref. 344:
1 CANADA – ICE STORM ON JANUARY 5-9, 1998
2 FRANCE – WINDSTORM ON DECEMBER 26AND 27-28, 1999
3 BELGIUM – WINDSTORM ON JANUARY 25AND FEBRUARY 26, 1990
4 SWEDEN – “GUDRUN”WINDSTORM ON JANUARY 8, 2005
5 GERMANY – WET SNOW STORM ON NOVEMBER 24-25, 2005
6 CZECHOSLOVAKIA – ICE AND WIND STORM ON JANUARY 15-20, 1974
7 UKRAINE – ICE STORM ON NOVEMBER 24-30, 2000
8 JAPAN – WET SNOW STORM ON DECEMBER, 1980 – DE-ICING
9 TENERIFE, SPAIN – TROPICAL CYCLONE DELTA ON NOVEMBER 28, 2005
10 AUSTRALIA – LARRY CYCLONE STORM ON MARCH 20, 2006
11 USA – HURRICANE SEASON 2004-2005
12 USA – ICE STORM ON DECEMBER 14-16, 2005
13 USA – WIND STORM ON AUGUST, 2006
18
Kaj se lahko naučimo iz teh primerov?
1.
2.
3.
4.
5.
Velike motnje zaradi naravnih ujm so nepredvidljive,
Zelo pomembno je treniranje posadk za take primere,
Izjemno pomembna je obveščenost javnosti,
Nujna je odlična funkcionalnost SCADA in centra vodenja,
Pomembno je izdelati sistem vodenja v krizah:
• Mora obstajati procedura postopkov,
• Medsebojno informiranje posadk je ključno,
• Vodenje obnove je bistveno,
• Mobilna telefonija običajno ne funkcionira, zato je treba upoštevati …
• Sodelovanje s sosedi je zelo pomembno,
• Tiskovne konference, komunikacije z regulatorjem in politiko je zelo
pomembno ampak na drugi stopnji.
19
Primerjave razredov žlednih obremenitev
Država
Slovenija**
Avstrija
Nemčija
Nizozemska
Španija
Danska
Belgija
Italija*
Norveška
Francija
Formula
Stopnje upoštevanja ledenih obremenitev v N/m
N/m
empirična
1
g=1,8 √d
2
1,6g
empirična
4 + 0,2 d
empirična
3
2,5g
4
5g
5
-
35
40
50
-
5 + 0,1 d
10 + 0,2 d
20 + 0,4 d
-
-
empirična
g=1,8 √d
5g
-
-
-
empirična
g=1,8 √d
2g
3g
-
-
empirična
12 + 0,9 d
-
-
-
-
debelina ledu
b=20mm
-
-
-
-
debelina ledu
b=12mm
-
-
-
-
debelina ledu
b=20mm
b=30mm
b=35mm
b=40mm b=50mm
debelina ledu
b=20mm
b=30mm
b=40mm
b=50mm b=60mm
Tabela: Kako upoštevajo ledene obtežbe pri projektiranju DV?
G= 0,0277 b(b+d) N/m … obtežba za žled z gostoto 0,9 g/cm3
d… premer vodnika v mm
b … debelina ledu na vodniku v mm
g … izhodiščna obtežba v nekaterih državah v N/m
*… Italija upošteva ob zunanji temperaturi -20oC; pri ostalih državah pa pri -5oC.
** ... Slovenija upošteva po SIST EN 50341-3-21:2009 za prenosna omrežja 3 cone (2,3,4).
V distribuciji po SIST EN 50423-3-21:2008 pa se upoštevajo vse štiri cone.
Pri projektiranju se upošteva poleg ledu tudi veter s 30%.
20
Primer upoštevanja žledne obtežbe vodnika 30mm
Država
Slovenija
Avstrija
Nemčija
Nizozemska
Španija
Danska
Belgija
vodnik
d=30 mm
empirična
empirična
empirična
empirična
empirična
empirična
debelina ledu
Stopnje upoštevanja ledenih obremenitev v N/m
1
2
3
4
5
9,86
15,77
24,65
49,30
10,00
35,00
40,00
50,00
8,00
16,00
32,00
9,86
49,30
9,86
19,72
29,59
39,00
27,70
-
Italija*
debelina ledu
13,96
-
-
Norveška
debelina ledu
27,70
49,86
Francija
debelina ledu
27,70
49,86
-
-
63,02
77,56
110,80
77,56
110,80
149,58
Lastna teža vodnika Al/Je premera 30 mm je okrog 1,8 kg/m.
21
Razdelitev Slovenije po conah za obtežbe
ledu in vetra po SIST EN 50341-3-21:2009
Potencialne lokacije za merilne postaje.
Monitoring žleda na Tatrah v Brkinih
Izbran je bil češki senzor
METEO O
•
METEO je Avtomatska nadzorna
naprava za nadzor in obdelavo
meteoroloških podatkov s posebnim
poudarkom na glavne klimatske
veličine, ki vplivajo na obratovanje
daljnovodov.
• METEO naprava meri temperaturo
zraka, maso ledu, hitrost in smer
vetra.
Na mednarodnih konferencah IWAIS sta
bila objavljena 2 referata o monitoringu za
žled na Tatrah (2005, 2007).
23
Steber št. 40 območje Brkini,
Lokacija Tatre – inštalirano 2007
n/v 740 m
400 kV DV Divača - HR meja
Senzor METEO, Češka
24
Primer iz leta 2009: 02.02.2009
25
Primer iz 8-9 jan 2010 (I)
26
Merilni rezultati 8-9 jan 2010 (II)
27
Merilni rezultati 1.2.2014
(po urah)
28
Novi standardi – regulatorna pravila
Veljavni standard SIST EN 50341-3-21: 2009
Velja za DV nad 45 kV in sloni na SIST EN 50341-1:2001
Veljavni standard SIST EN 50423-3-21: 2008
Velja za DV 1kV do 45 kV in sloni na SIST EN 50423-1:2005
Standarda sta veljavna do sprejetja novega
Najnovejši evropski standard za projektiranje in
gradnjo nadzemnih vodov nad 1 kV: (do 800kV)
EN 50341-1: 2012 (december)
Slovenija pripravlja svoj dodatek evropskega
standarda (nad 1kV do 400 kV):
SIST EN 50341-2-21 … pričakuje se do konca leta 2014
29
V NADALJEVANJU GLEJ DODATEK
30
DODATEK O TEHNOLOGIJAH ZA
UBLAŽITEV ZALEDENITVE DALJNOVODOV
De-icing
Tip tehnologije
PASIVNI
Tabela 1/tehnologij 4
AKTIVNI
Tabela 2/tehnologij 3
MEHANSKI
Tabela 3/tehnologij 8
TERMIČNI
Tabela 4 /tehnologij 10
Izvlečki iz študije CIGRE,
ki je v zaključni fazi izdelave
(2014)
Tabela 1 – Pasivni de-icing
Technique
Description
Characteristics
(status, disadvantages, line length,
installation)
Country of Use
Cost level
Counterweights
Used for reducing ice or wet
snow accretion



Operational
Any line length
Permanent installation
Japan, Iceland
France
Low
Snow rings (SR), wires,
combination of SR and
counterweight
Used for reducing wet snow
accretion



Operational
Any line length
Permanent installation
Japan
Low*
Modifying crossarms, using
separate structures for each
phase, rearranging phasing
configuration
Used for minimizing the
impact of icing on electrical
clearances in double circuit
lines



Operational
Any line length
Permanent installation
New Zealand and
others
Low-Moderate
Installing inter-phase
spacers (insulators)
Reduces probability of phase
clashing




Operational
Possible conductor fretting
Any line length
Permanent installation
New Zealand and
others
Moderate
31
Izvlečki iz študije CIGRE, ki je v zaključni fazi izdelave
Tabela 2 – Aktivni de-icing
Technique
LC spiral rods
Heated tracers
Ice electrolysis
Description
Used for melting and
shedding snow at milder
temperatures
Used for melting and
shedding ice and snow at
milder temperatures
Applicable to wires
equipped with electrodes
energized with DC












Characteristics
(status, disadvantages, line
length, installation)
Operational and promising
short-term for anti-icing
applications
Induces extra losses
Any line length
Permanent installation
Operational but used only
for water pipes
Needs external supply
Short line length due to need
for supply
Permanent installation
Not tested for real
applications
Needs external supply. May
degrade in UV light.
Short line length due to need
for supply
Permanent installation
Country of
Use
Cost level
Japan
Scotland
Low*
Japan
Moderate-High
N/A
High
32
Izvlečki iz študije CIGRE, ki je v zaključni fazi izdelave
Tabela 3 – Mehanski de-icing (8)
Technique
De-icing using ropes or roller
wheels
Remotely Operated Vehicle
(ROV)
Pneumatic hammer
De-icer Actuated by Cartridges
(DAC)
Electro-impulse methods
Description
Characteristics
(status, disadvantages, line length,
installation)




Used for de-icing of ground wires

and line conductors up to 315 kV



Used for de-icing line conductors one 
span at a time



Used for de-icing conventional

ground wires



Used for de-icing of ground wires

and line conductors

Used for manual de-icing of
distribution lines up to 25 kV


Ice-shedder devices
Twisting devices
Weight attached to rope with
large knots
Used for de-icing of line conductors

and ground wires by inducing certain 
vibration ranges


Used for de-icing of single conductor 
lines one span at a time by

mechanically twisting the cables

Used for partial snow shedding in

mountainous areas using helicopters 

Country of Use
Cost level
Operational
Labour intensive
Short line length
Temporary installation
Promising in short-term
Installation onto line may be difficult
Up to 1km range
Temporary installation
Not tested for real applications
Labour intensive
Short line length
Temporary installation
Promising in short-term
Labour intensive
Short line length
Temporary fitting
Not tested for real applications
Risk of damage by lightning. May
cause telephone interference.
Short line length due to need for supply
Permanent installation
Canada
Moderate
Canada
Moderate
Canada
N/A
Canada
Low
N/A
High
Not tested for real applications
May damage line if used for long
periods
Any line length
Permanent installation
Not tested for real applications
Any line length
Permanent installation
Operational
Needs helicopter
Short line length
Canada
N/A
Canada
Low
Canada
Moderate-High
33
Izvlečki iz študije CIGRE, ki je v zaključni fazi izdelave
Tabela 4 – Termični de-icing (10)
Technique
Dielectric coating
Load shifting method
Description
Characteristics
(status, disadvantages, line length,
installation)




Theoretical
May cause telephone interference
Short-medium line length
Permanent installation
N/A
High
Used for anti- and de-icing of
line conductors by
transferring or shifting loads
from other circuits


Operational
Only works on single conductor
lines
Medium-long line length
Permanent installation
Operational
Only practical on MV lines due to
high power demand
Medium line length
Permanent installation
Operational
Large installation
Medium-long line length
Permanent installation
Many
Low
Many
Moderate
Former USSR /
Canada
High
USA / Canada
High




phase short-circuits
On-load Network De-Icer
method (ONDI)
Cost level
Application of dielectric
coating onto the line and
injection of high frequency
supply
Reduced voltage short-circuit Used for anti- and de-icing of
line conductors by using 3method
DC current method
Country of Use
Used for de-icing of long
sections of high current lines
by running DC current at
stages through the phase
conductors. Can also be
applied to ground wires.
Used for de-icing of lines by
using a phase-shifting
transformer to vary the
current from one conductor to
another, without requiring
disconnecting the section to be
de-iced from the network










Promising
Only works on single conductor
lines
Medium-long line length
Permanent installation
34
Izvlečki iz študije CIGRE, ki je v zaključni fazi izdelave
Tabela 4 – Termični de-icing -nadaljevanje
Technique
Description
Contactor load transfer
(bundle shifting) method
Used for de-icing of lines by
allowing the current flowing
in all conductors of a bundle
into a single one
Pulse electrothermal de-icer
method
Proposed for de-icing of line
conductors by allowing the
current pulse to heat an
external conducting coating
Ground wire de-icing
method
Used for de-icing many km
of ground wires using a
medium AC voltage
transformer as current
source. This requires the GW
to be insulated from the
towers.
Proposed for de-icing of line
conductors by using a high
frequency electric field to
induce dielectric losses
High frequency electric field
method
Steam generating device
Used for de-icing equipment
like disconnect switches and
post insulators
Characteristics
(status, disadvantages, line length,
installation)
Country of Use
Cost level
N/A
N/A






Promising but not tested
May prove difficult to install
into a real transmission line
Any line length
Permanent installation
Not tested for real applications
Reduces line rating
Medium line length
Permanent installation
N/A
N/A



Operational
Short-medium line length
Permanent installation
N/A
High


Not tested for real applications
May cause telephone
interference
Medium line length
Permanent installation
Operational
Labour intensive
Short line length
Temporary use
N/A
N/A
Canada
Moderate








35