Projektowanie stalowych słupów linii elektroenergetycznych

Projektowanie stalowych słupów linii elektroenergetycznych

Autorzy: Zbigniew Mendera Leszek Szojda Grzegorz Wandzik

Wydawnictwo: DW PWN

Kategorie: Branżowe

Typ: e-book

Formaty: MOBI EPUB

Ilość stron: 350

cena od: 37.60 zł

Każdy inżynier zajmujący się projektowaniem konstrukcji słupów i fundamentów napowietrznych linii elektroenergetycznych musi łączyć wiedzę z zakresu: niezawodności konstrukcji, metodologii określania oddziaływań, statyki konstrukcji, kształtowania i wymiarowania konstrukcji stalowych oraz geotechniki. Dodatkowo powinien on posiadać podstawową wiedzę na temat zagadnień energetycznych wpływających na kształtowanie tego typu konstrukcji. Niniejsza publikacja przybliża specyficzne zasady projektowania konstrukcji wsporczych linii elektroenergetycznych oraz pomaga zrozumieć współzależności między zapisami obowiązujących norm europejskich. Warto podkreślić, że książka bazuje na najnowszych wytycznych w tym zakresie, w tym na nowowprowadzonej normie PN-EN 50341-2-22:2016-04 dotyczącej projektowania linii napowietrznych o znamionowym napięciu powyżej 1 kV.

Projekt okładki i stron tytułowych: Aleksandra Regulska

Ilustracja na okładce: Shutterstock/gyn9037

Wydawca: Karol Zawadzki

Koordynator ds. redakcji: Renata Ziółkowska

Redaktor: Lech Oleksiak

Produkcja: Mariola Grzywacka

Dział reklamy: Agnieszka Borzęcka (agnieszka.borzecka@pwn.com.pl)

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwa Naukowego PWN: Tomasz Szymański / konwersja.virtualo.pl

Recenzent: prof. dr hab. inż. Andrzej Machowski

Za zaangażowanie w proces powstawania publikacji

dziękujemy firmie Polskie Sieci Elektroenergetyczne S.A.

Podziękowania kierujemy także do firmy Arinet Sp. z o.o.

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo

Więcej na www.legalnakultura.pl

Polska Izba Książki

Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN SA

Warszawa 2017

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2017 r., (wyd. I)

Warszawa 2017

ISBN 978-83-01-18980-8

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321, faks 22 69 54 288

infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl; reklama@pwn.pl

www.pwn.pl

Spis treści

Przedmowa

Ważniejsze określenia

Wykaz ważniejszych oznaczeń

1. Wprowadzenie

1.1. Wymagania ogólne

1.2. Klasyfikacja słupów i układy zawieszenia przewodów

1.3. Podstawowe elementy sieci elektroenergetycznych i wymagania elektryczne

1.3.1. Odstępy izolacyjne i poziom obostrzenia

1.3.2. Izolatory

1.3.3. Przewody elektroenergetyczne

1.4. Podstawowe czynniki uwzględniane w projektowaniu linii napowietrznych

1.4.1. Warunki topograficzne

1.4.2. Warunki klimatyczne

1.4.3. Zanieczyszczenia powietrza i zabrudzenia

1.4.4. Zagrożenia drganiowe i środki zaradcze

2. Bezpieczeństwo i niezawodność konstrukcji wsporczych

2.1. Zasady zapewnienia bezpieczeństwa i niezawodności – informacje ogólne

2.2. Poziomy niezawodności

2.2.1. Poziomy niezawodności przyjmowane w Polsce

2.3. Stany graniczne

2.3.1. Zasady określania efektów oddziaływań Ed

2.3.2. Zasady określania nośności Rd

2.4. Współczynniki częściowe i kombinacyjne

2.4.1. Częściowe współczynniki bezpieczeństwa dla obciążeń γF

2.4.2. Częściowe współczynniki bezpieczeństwa dla materiału (nośności) γM

2.5. Wytyczne normowe – wątpliwości i ograniczenia stosowalności

3. Oddziaływania na napowietrzne linie elektroenergetyczne

3.1. Klasyfikacja podstawowa oddziaływań

3.2. Oddziaływania stałe

3.3. Oddziaływania wiatru

3.3.1. Wiatr – prędkość i ciśnienie

3.3.2. Oddziaływania wiatru na podzespoły linii – uwagi ogólne

3.3.3. Oddziaływania wiatru na przewody

3.3.4. Oddziaływania wiatru na słupy, poprzeczniki, izolatory i elementy ostrzegawcze

3.3.5. Ocena znaczenia kierunku działania wiatru

3.4. Oddziaływanie oblodzenia

3.5. Kombinacje oddziaływań wiatru i oblodzenia

3.6. Oddziaływania temperatury

3.7. Oddziaływania występujące w czasie budowy i utrzymania linii

3.8. Oddziaływania wyjątkowe

3.9. Znormalizowane przypadki układów oddziaływań (obciążeń)

3.10. Naciąg przewodów – obliczenia i kontrola wytrzymałościowa

3.10.1. Dobór sił naciągu przewodów

3.10.2. Obliczanie sił naciągu w sekcjach jedno- i wieloprzęsłowych

3.10.3. Kontrola wytrzymałościowa przewodów

4. Zarys mechaniki przewodów

4.1. Wprowadzenie

4.2. Obliczenia mechaniczne przewodu złożonego dwumetalicznego

4.3. Krzywa zwisu cięgna doskonale wiotkiego

4.4. Przybliżona krzywa zwisu cięgna jako parabola

4.5. Równanie stanów

4.6. Przęsła pochyłe lub o bardzo dużej rozpiętości

4.7. Numeryczna analiza przewodu opisanego krzywą łańcuchową

4.8. Przykłady obliczeniowe analizy przewodów (cięgien)

5. Stalowe konstrukcje wsporcze

5.1. Informacje ogólne

5.2. Projektowanie słupów kratowych – założenia obliczeniowe

5.3. Gatunki stali i łączniki konstrukcji wsporczych

5.4. Zasady kształtowania prętów i węzłów kratowych konstrukcji wsporczych oraz wymogi transportu i montażu

5.5. Zasady wymiarowania elementów słupów kratowych

5.5.1. Klasyfikacja przekrojów i ich charakterystyki

5.5.2. Pręty rozciągane

5.5.3. Pręty ściskane

5.5.4. Drugorzędne pręty skratowania

5.5.5. Połączenia śrubowe

5.6. Pełnościenne słupy powłokowe

5.6.1. Kształtowanie, wykonawstwo i montaż słupów pełnościennych

5.6.2. Obliczenia statyczne

5.6.3. Obliczanie przemieszczeń i kontrola ugięć

5.6.4. Kontrola nośności

5.6.5. Połączenia teleskopowe

5.7. Typizacja konstrukcji wsporczych

5.8. Badania obciążeniowe konstrukcji wsporczych

6. Posadowienie konstrukcji wsporczych

6.1. Rodzaje fundamentów konstrukcji wsporczych

6.2. Podstawy projektowania geotechnicznego

6.3. Projektowanie geotechniczne na podstawie obliczeń

6.3.1. Informacje wstępne

6.3.2. Stany graniczne w projektowaniu geotechnicznym

6.3.3. Podejścia obliczeniowe

6.3.4. Wartości charakterystyczne i obliczeniowe

6.4. Stany graniczne nośności

6.5. Stany graniczne użytkowalności

6.6. Wyznaczanie nośności (oporów) podłoża

6.6.1. Graniczny opór gruntu na wyparcie spod fundamentu

6.6.2. Graniczny pionowy opór podłoża na wyciąganie

6.6.3. Graniczny opór podłoża na przesunięcie

6.6.4. Graniczny opór podłoża na działanie sił poziomych i momentów

6.7. Obliczanie przemieszczeń fundamentów

6.7.1. Osiadania fundamentów

6.7.2. Przemieszczenia fundamentu na skutek działania sił wyciągających

6.7.3. Przemieszczenia poziome i przechylenia fundamentów

6.7.4. Przechylenie konstrukcji wsporczej dla fundamentów czterostopowych

6.7.5. Wskaźnik wygięcia fundamentów czterostopowych

6.8. Projektowanie fundamentów płytowych

6.9. Ogólne wytyczne posadowienia konstrukcji wsporczych na palach

6.10. Połączenie słupa z fundamentem

7. Przykład obliczeniowy słupa kratowego

7.1. Założenia oraz symbole stosowane w przykładzie obliczeniowym

7.1.1. Konstrukcja wsporcza – przyjęte oznaczenia

7.1.2. Przypadki i kombinacje oddziaływań – przyjęte oznaczenia i numeracja

7.1.3. Założenia przyjęte w obliczeniach przewodów i konstrukcji wsporczej

7.2. Podstawowe dane

7.3. Oddziaływania na przewody i wyznaczanie sił naciągu

7.3.1. Wartości oddziaływań

7.3.2. Przypadki układów oddziaływań

7.3.3. Równania stanów dla przewodów

7.4. Oddziaływania na konstrukcję wsporczą

7.4.1. Oddziaływanie przewodów na konstrukcję wsporczą

7.4.2. Oddziaływanie wiatru na konstrukcję słupa kratowego

7.4.3. Układy oddziaływań na konstrukcję wsporczą

7.5. Wyniki obliczeń konstrukcji wsporczej

7.5.1. Wyniki obliczeń statycznych

7.5.2. Wyniki dla kombinacji oddziaływań

7.6. Obliczenia wytrzymałościowe przewodów

7.7. Obliczenia wytrzymałościowe wybranych prętów konstrukcji wsporczej

7.8. Obliczenia fundamentu czterostopowego

7.8.1. Kontrola stanów granicznych – uwagi ogólne i przyjęte założenia

7.8.2. Stany graniczne nośności

7.8.3. Stany graniczne użytkowalności

Dodatek D1. Wyznaczanie charakterystyk geometrycznych przekrojów wielokątnych

D1.1. Ogólne zasady rozwiązania problemu

D1.2. Charakterystyki geometryczne trójkąta dowolnego

D1.3. Charakterystyki geometryczne wielokąta dowolnego

D1.4. Charakterystyki geometryczne wielokątów foremnych

D1.5. Charakterystyki geometryczne cienkościennych przekrojów o kształcie wieloboku foremnego

Literatura

Przypisy

Przedmowa

Od 2010 roku, w projektowaniu linii elektroenergetycznych w Polsce obowiązuje system norm europejskich oznaczonych numerem PN-EN 50341. W ich skład wchodzi norma podstawowa PN-EN 50341-1 i załączniki krajowe PN-EN 50341-2-xx, gdzie xx jest numerem identyfikującym kraj. Są to normy kompleksowe, obejmujące swoim zakresem zagadnienia budowlane, energetyczne i tematy wspólne dla obydwu tych branż. To całościowe ujęcie problematyki projektowania linii elektroenergetycznych sprawia, że chociaż są to normy europejskie (o symbolach PN-EN), nie stanowią jednak integralnej części systemu norm projektowania konstrukcji budowlanych, tzw. Eurokodów (aczkolwiek wielokrotnie się do nich odwołują).

Chociaż zestawienie w normach zagadnień budowlanych i energetycznych jest logiczne i uzasadnione, to pozostawanie norm PN-EN 50341 poza systemem Eurokodów niejednokrotnie utrudnia ich interpretację. Konstruktor budowlany (zajmujący się projektowaniem słupów i fundamentów napowietrznych linii elektroenergetycznych) powinien posiadać podstawową wiedzę na temat zagadnień energetycznych wpływających na kształtowanie konstrukcji, ale przede wszystkim musi biegle posługiwać się zbiorem kilkunastu norm. Powinien nie tylko wiedzieć, jak rozwiązywać problemy ogólne, występujące w projektowaniu typowych konstrukcji stalowych, ale także problemy charakterystyczne dla linii energetycznych. Nie dotyczy to wyłącznie zagadnień energetycznych, ale wiąże się również z zasadami zapewnienia niezawodności, ustalania oddziaływań i tworzenia ich kombinacji, zasadami kształtowania konstrukcji i projektowania fundamentów. Z wieloma swoistymi zasadami konstruktor nie spotka się w projektowaniu żadnej innej konstrukcji budowlanej. Książka Projektowanie stalowych słupów napowietrznych linii elektroenergetycznych ma stanowić pomoc w zdobyciu ogólnej wiedzy na temat projektowania linii napowietrznych i zdobyciu umiejętności w nawigowaniu w labiryncie wzajemnie przenikających się zaleceń technicznych określonych w normach.

Opanowanie i zrozumienie zasad obowiązujących w projektowaniu napowietrznych linii elektroenergetycznych poważnie utrudnia ich duże rozproszenie. Może to sprawiać kłopot nawet doświadczonemu projektantowi konstrukcji stalowych. Problemem jest nie tylko zapoznanie się z tymi obszernymi dokumentami, ale głównie zrozumienie istniejących współzależności między nimi (hierarchii ważności poszczególnych zapisów normowych i filozofii tworzenia poszczególnych dokumentów). Dodatkowo w niektórych sytuacjach dokumenty te mają na tyle ogólnikowy charakter, że ich interpretacja może budzić wiele wątpliwości.

Na początku 2012 roku w Wydawnictwie Naukowym PWN opublikowano książkę pt. Stalowe konstrukcje wsporcze napowietrznych linii wysokiego napięcia [21]. Przybliżała ona zasady projektowania tych konstrukcji po rewolucyjnej zmianie, jaką było wprowadzenie pierwszej edycji norm europejskich (rozpoczęte publikacją normy podstawowej EN 50341-1:2001 [57], a zakończone publikacją polskiego załącznika krajowego PN-EN 50341-3-22:2010 [62]).

Wieloletni okres przygotowania pojedynczej edycji norm sprawia, że w krótkim czasie tracą aktualność. Chociaż w 2010 roku zakończono prace nad pierwszą edycją norm, regulujących zasady projektowania linii elektroenergetycznych, to już w 2012 roku rozpoczął się cykl publikacyjny drugiej edycji. Pierwszym etapem była publikacja normy EN 50341-1:2012 [58], definiującej ogólne zasady projektowania. O pełnym zastąpieniu poprzedniej edycji można było mówić dopiero po ukazaniu się załącznika krajowego, dostosowującego zapisy normy podstawowej do specyficznych warunków dla Polski. Załącznik ten opatrzony numerem PN-EN 50341-2-22:2016-04 [63] został opublikowany w 2016 roku.

Pomimo, że Stalowe konstrukcje wsporcze napowietrznych linii wysokiego napięcia [21] ukazały się w niecałe dwa lata po opublikowaniu pierwszej edycji norm PN-EN 50341, to jednak liczne zmiany w drugiej edycji norm spowodowały, że zaledwie cztery lata po publikacji, książka [21] w wielu aspektach się zdezaktualizowała. W związku z tym Autorzy postanowili przygotować nową pozycję pt.: Projektowanie stalowych słupów napowietrznych linii elektroenergetycznych. Książka jest wzorowana na poprzedniej publikacji tego samego zespołu autorskiego. Nie jest jednak tylko jej aktualizacją, lecz zawiera szereg uzupełnień oraz dodatkowych wyjaśnień i analiz, pozwalających lepiej zrozumieć problematykę projektowania linii elektroenergetycznych. Niektóre z rozszerzeń zostały zasygnalizowane w omówieniu zawartości książki, w dalszej części Przedmowy.

Książka jest adresowana głównie do studentów wydziałów budownictwa. Również inżynierom projektującym linie elektroenergetyczne ułatwi zapoznanie się ze zmianami wprowadzonymi w normach europejskich.

Treść podręcznika podzielono na siedem rozdziałów. W omówieniu ich zawartości wskazano jednocześnie nowe elementy, niepublikowane w książce z 2012 roku [21].

Pierwszy rozdział (Wprowadzenie) jest poświęcony ogólnym wiadomościom związanym z projektowaniem linii elektroenergetycznych. Znaczna część tego rozdziału dotyczy podstawowych elementów linii elektroenergetycznych: przewodów i izolatorów. Uzupełnieniem tematyki są wymagania elektryczne (odstępy izolacyjne, poziomy obostrzenia), wpływające pośrednio na kształtowanie konstrukcji wsporczych. W początkowej części rozdziału zasygnalizowano (w formie encyklopedycznej) zmiany wynikające z wprowadzenia drugiej edycji norm energetycznych (PN-EN 50341-1:2013-03 [60] i PN-EN 50341-2-22:2016-04 [63]).

Drugi rozdział (Bezpieczeństwo i niezawodność konstrukcji wsporczych) odnosi się do metod i zasad zapewnienia niezawodności i bezpieczeństwa linii przesyłowych. Omówione są w nim specyficzne regulacje w tym zakresie, odbiegające częściowo od zasad zdefiniowanych w Eurokodzie 0 (obowiązujących w projektowaniu typowych konstrukcji budowlanych). Poruszony jest też temat nieliniowości niektórych zagadnień występujących w projektowaniu linii elektroenergetycznych (analiza przewodów i obliczenia statyczne słupów pełnościennych) oraz związany z tymi zagadnieniami sposób wykorzystywania częściowych współczynników bezpieczeństwa. W tym kontekście omówione zostały zasady prowadzenia obliczeń statycznych. Rozdział w całości stanowi nowe ujęcie problemu i nie był wcześniej publikowany.

Trzeci rozdział (Oddziaływania na napowietrzne linie elektroenergetyczne) jest omówieniem normowych zasad określania wartości oddziaływań na przewody i słupy oraz tworzenia kombinacji tych oddziaływań. W rozdziale opisano zmiany wprowadzone w drugiej edycji norm energetycznych związane z wartością obciążenia oblodzeniem i wiatrem. Nowością jest pogłębienie wyjaśnień i nawiązanie do zasad obowiązujących w projektowaniu typowych konstrukcji budowlanych. Pozwala to Czytelnikowi na zidentyfikowanie podobieństw i różnic w stosunku do określania oddziaływań uwzględnianych w projektowaniu konstrukcji budowlanych według Eurokodów (np. wież stalowych). W treści zamieszczono również wyniki prostych analiz, pozwalające uzmysłowić znaczenie wpływu wybranych parametrów, takich jak: wysokość konstrukcji nad terenem, kąt natarcia wiatru, strefa oblodzenia, średnica przewodów, długość przęsła itp. Dużo uwagi poświęcono zmodyfikowanym układom oddziaływań uwzględnianym w projektowaniu linii napowietrznych. Wskazano znaczenie schematów związanych z interakcyjnym działaniem wiatru i oblodzenia, a uwagi uzasadniono analizami. W niezależnym punkcie omówiono możliwości regulowania oddziaływań przewodów na słupy przez odpowiedni dobór zwisu początkowego.

W rozdziale czwartym (Zarys mechaniki przewodów) przedstawiono podstawy analizy przewodów według zasad mechaniki cięgien. Zamieszczono dokładny opis przebiegu linii zwisu linią łańcuchową oraz aproksymującą ją parabolą drugiego stopnia. Wyjaśniono również zasady wyznaczania sił jako rozwiązania równań stanów przewodów. Podsumowaniem tej części są przykłady obliczeń sił naciągu przewodów w przęsłach o dużych rozpiętościach i zróżnicowanych spadach. Szczegółowo przedstawiono sposób prowadzenia analizy za pomocą metod numerycznych i opisano możliwość ich implementacji komputerowej. Podsumowanie stanowi porównanie wyników uzyskiwanych dla linii łańcuchowej i aproksymującej ją paraboli.

Podstawowym celem rozdziału piątego (Stalowe konstrukcje wsporcze) jest zapoznanie Czytelnika ze szczegółami projektowania kratowych konstrukcji wsporczych. W tej części omówiono zagadnienia doboru stali konstrukcyjnych i ich właściwości, kształtowania kratownic, sposobu wymiarowania prętów i kształtowania węzłów, a także podano podstawowe informacje o montażu i badaniach konstrukcji wsporczych. W zupełnie inny (niż w [21]), znacznie szerszy sposób, ujęto informacje na temat kształtowania konstrukcji wsporczych oraz założenia i uproszczenia przyjmowane w analizie statycznej słupów. W punkcie dotyczącym wymiarowania konstrukcji kratowych zamieszczono tablicę wskazującą źródła obowiązujących metod i zaleceń konstrukcyjnych. Wydzielono fragmenty poświęcone zasadom przyjmowania smukłości prętów oraz zamieszczono praktyczne uwagi dotyczące przyjmowania przekrojów prętów ściskanych i projektowania połączeń śrubowych. W książce omówiono podstawy projektowania stalowych słupów pełnościennych oraz podano podstawowe informacje na temat ich produkcji i montażu. W książce z 2012 roku ta tematyka nie była poruszana.

Rozdział szósty (Posadowienie konstrukcji wsporczych) dotyczy zasad projektowania fundamentów konstrukcji wsporczych. Duży nacisk położono na omówienie metod zapewnienia bezpieczeństwa, którym w dużej mierze jest poświęcony Eurokod 7. Celowo pominięto informacje na temat projektowania konstrukcji fundamentów, koncentrując się przede wszystkim na zagadnieniach geotechnicznych. Rozdział został istotnie rozbudowany w stosunku do analogicznego rozdziału w monografii [21]. Zdecydowały o tym istotne modyfikacje wprowadzone normą PN-EN 50341-1:2013 [60], która uzupełniła niektóre braki normy poprzedniej.

Ostatni, siódmy rozdział (Przykład obliczeniowy słupa kratowego) zawiera bardzo obszerny przykład obliczeniowy konstrukcji słupa mocnego. Samodzielne prześledzenie tego przykładu stwarza możliwość lepszego zrozumienia kolejnych etapów projektowania, od zestawienia oddziaływań, przez analizę przewodów, obliczenia statyczne, wymiarowanie wybranych prętów kratownicy, aż do obliczeń fundamentów. Uważne przeanalizowanie obliczeń i zapoznanie się z komentarzami autorskimi pozwala również zrozumieć, jak zasady ustanowione w normach i opisane w tej książce wpływają na przebieg obliczeń.

W książce próbowano przybliżyć zasady projektowania konstrukcji wsporczych i fundamentów według norm europejskich. Należy jednak wiedzieć, że zastąpienie dotychczasowych norm odpowiednimi częściami Eurokodów ma charakter formalny. Nie świadczy to o tym, że w normach zastępujących można znaleźć wszystkie informacje, które występowały w normach zastępowanych. Z brakiem szczegółowych zaleceń obliczeniowych mamy do czynienia głównie w niektórych zagadnieniach geotechnicznych. W takich sytuacjach autorzy odwoływali się do innych źródeł. Każdorazowo informacja na temat źródła pochodzenia cytowanych wzorów i zaleceń jest zamieszczana w treści książki.

Czytelnik musi mieć jednak świadomość, że proces tworzenia norm odbywa się dynamicznie i stosunkowo często ukazują się kolejne edycje oraz korekty i poprawki do norm. Nie można więc traktować podręcznika na równi z normami. Uprawniony projektant, przyjmujący odpowiedzialność za wykonany przez siebie projekt, jest zobowiązany do samodzielnego sprawdzenia, czy informacje znajdujące się w książce nie utraciły ważności.

Autorzy dołożyli wszelkich starań, aby wyjaśnienia zamieszczone w podręczniku były możliwie jasne i stanowiły poprawną interpretację zaleceń technicznych zawartych w normach. Nie można jednak ukryć, że autorzy zetknęli się w normach ze sformułowaniami, które były niejednoznaczne, a nawet wzajemnie sprzeczne. Pomimo ostatecznego przyjęcia jednoznacznych rozwiązań, należy jednak pamiętać, żeby traktować podręcznik tylko i wyłącznie jako przewodnik do nauki projektowania konstrukcji wsporczych elektroenergetycznych linii napowietrznych według norm europejskich, a nie jako oficjalną wykładnię tych przepisów.

Autorzy z wdzięcznością przyjmą wszelkie uwagi na temat książki. Można je przesyłać na adres grzegorz.wandzik@polsl.pl. Równie ciepło przyjęte zostaną materiały i informacje, którymi dysponują Czytelnicy, a które ich zdaniem mogłyby znaleźć się w następnych wydaniach podręcznika.

Zbigniew Mendera

Grzegorz Wandzik

Leszek Szojda

Gliwice, Kraków, wrzesień 2016 r.

Ważniejsze określenia

W celu lepszego ogólnego zrozumienia terminów używanych przez środowiska mechaników, konstruktorów i elektryków, uczestniczących w projektowaniu linii elektroenergetycznych, podano poniżej niektóre określenia, zgodnie ze słownikiem międzynarodowym PN-IEC 60050-466 [82]:

• system elektryczny – zbiór urządzeń, które wspólnie służą do wytwarzania, przesyłu i rozdziału energii elektrycznej;

• system mechaniczny – zbiór podzespołów, które wspólnie tworzą napowietrzną linię elektroenergetyczną, tzn. konstrukcje wsporcze (z fundamentami), przewody, izolatory i osprzęt;

• niezawodność elektryczna – prawdopodobieństwo, jako miara zdolności systemu do realizacji funkcji zasilania w określonych warunkach przez dany okres użytkowania;

• niezawodność mechaniczna – prawdopodobieństwo jako miara poprawności systemu mechanicznego konstrukcji w spełnianiu swej funkcji w określonych warunkach i w okresie odniesienia;

• konstrukcja wsporcza (słup, wspornik na istniejącej konstrukcji itp.) – ogólny termin określający konstrukcje, które podtrzymują przewody napowietrznych linii elektroenergetycznych;

• słup przelotowy – słup podtrzymujący przewody, wyposażony w przelotowe łańcuchy izolatorów (wyrównujące niewielkie różnice naciągów z dwóch stron słupa);

• słup mocny – słup podtrzymujący przewody, wyposażony w odciągowe łańcuchy izolatorów, przenoszące różnice naciągów i ich składowe;

• słup odporowy (przeciwkaskadowy) – słup mocny, pełniący dodatkowo funkcję sztywnego punktu linii, ograniczający zakres awarii kaskadowej;

• słup narożny – słup przelotowy lub mocny na załomie trasy linii;

• słup krańcowy – słup mocny mogący przenieść jednostronny całkowity naciąg przewodów;

• obliczeniowy okres użytkowania – przyjmowany czas, w którym konstrukcja ma spełniać swoje funkcje, z przewidywanymi czynnościami konserwacji, ale bez potrzeby przeprowadzania gruntownych napraw;

• okres odniesienia – okres, uwzględniający obliczeniowy czas użytkowania systemu bądź jednego z jego elementów, lub okres określania wartości charakterystycznej oddziaływania zmiennego;

• okres powrotu oddziaływania – średni czas między kolejnymi powtórzeniami oddziaływania zmiennego (np. klimatycznego) o wartości nie mniejszej niż zdefiniowana (np. charakterystyczna); odwrotność okresu powrotu daje prawdopodobieństwo przewyższenia tej wartości oddziaływania w jednostce czasu (czyli ryzyko przewyższenia);

• bezpieczeństwo – zdolność systemu do niepowodowania obrażeń lub śmierci ludzi w czasie budowy, użytkowania i utrzymania linii;

• pewność (asekuracja) – zdolność systemu do przeciwdziałania rozległym awariom (efektu kaskadowego), jeśli uszkodzenie zapoczątkowane jest w danym podzespole przez czynniki elektryczne lub mechaniczne (konstrukcyjne);

• odstęp izolacyjny – najmniejsza odległość w powietrzu między dwoma częściami przewodzącymi; rozróżnia się odstęp izolacyjny wewnętrzny, tzn. między przewodami fazowymi lub między przewodami fazowymi, a stalowymi częściami konstrukcji wsporczej lub przewodami odgromowymi i odstęp izolacyjny zewnętrzny, tzn. odległość przewodów fazowych od powierzchni ziemi, drzew lub wody, od dróg, budynków, instalacji naziemnych, mostów itp.;

• ulot – świecące wyładowanie, spowodowane jonizacją powietrza otaczającego elektrodę, wywołane przez krytyczny gradient napięcia;

• sytuacja obliczeniowa (projektowa) – zbiór warunków fizycznych, dotyczących okresu odniesienia, dla którego należy wykazać obliczeniowo, że odpowiedni stan graniczny nie zostanie przekroczony; rozróżnia się normalną sytuację obliczeniową, w której uwzględnia się normalne przypadki oddziaływań, w tym montażową sytuację obliczeniową, zawierającą montażowe przypadki oddziaływań i wyjątkową sytuację obliczeniową, w której uwzględnia się wyjątkowe przypadki oddziaływań.

Wykaz ważniejszych oznaczeń

Duże litery łacińskie

A



pole przekroju (przewodu lub trzpienia śruby); efektywne pole powierzchni segmentu ściany słupa kratowego; oddziaływanie wyjątkowe; pole powierzchni podstawy fundamentu

A′



efektywne pole powierzchni podstawy fundamentu

AAl



pole przekroju drutów splotu aluminiowego tworzących przewód

Ad



pole powierzchni docisku (kontrola zakotwienia kątowników w fundamencie)

Aeff



efektywne pole przekroju kątownika lub słupa powłokowego

AFe



pole przekroju drutów rdzenia stalowego przewodu

Agv



pole przekroju brutto ścinanej części przekroju (rozerwanie blokowe)

Ains



pole powierzchni rzutu łańcucha izolatorów

Ak



wartość charakterystyczna oddziaływania wyjątkowego

Ant



pole przekroju netto rozrywanej części przekroju (rozerwanie blokowe)

Anet



pole przekroju netto kształtownika

As



pole przekroju czynnego śruby

At1, At2



efektywne pola powierzchni ścian nr 1 i 2 trzonu słupa

B



szerokość podstawy fundamentu

B′



zredukowana szerokość podstawy fundamentu

Bz



wymiar zastępczy podstawy fundamentu

Cc



współczynnik oporu aerodynamicznego przewodu

CcI



współczynnik oporu aerodynamicznego przewodu oblodzonego

Cd



graniczna obliczeniowa wartość efektu oddziaływania

Cins



współczynniki oporu aerodynamicznego łańcucha izolatorów

Ct



współczynniki oporu aerodynamicznego ścian konstrukcji kratowych

Ct1, Ct2



współczynniki oporu aerodynamicznego dla ścian nr 1 i 2 trzonu słupa

Ctc



współczynniki oporu aerodynamicznego poprzecznika

Cx



współczynnik oporu aerodynamicznego elementu w kierunku działania wiatru

D



średnica zastępcza przewodu przy ekstremalnym oblodzeniu; głębokość posadowienia lub zagłębienie fundamentu

D0,37



średnica zastępcza przewodu przy nominalnym oblodzeniu

Del



minimalny odstęp izolacyjny w powietrzu wymagany w celu zapobieżenia wyładowaniu między przewodem fazowym, a obiektami o potencjale ziemi w czasie przepięć

Dmin



minimalne zagłębienie odsadzki fundamentu (do kontroli wyrywania fundamentu)

Dpp



minimalny odstęp izolacyjny w powietrzu wymagany w celu zapobieżenia wyładowaniu zupełnemu między przewodami fazowymi w czasie przepięć

E



moduł sprężystości stali; uśredniony, zastępczy moduł sprężystości przewodu złożonego; efekt (np. oddziaływań);

E′



moduł sprężystości gruntu w warunkach z odpływem

E0



moduł odkształcenia pierwotnego gruntu

EAl



moduł sprężystości aluminium

Ed



wartość obliczeniowa efektów oddziaływań

Edst;d



wartość obliczeniowa efektu oddziaływań destabilizujących

EFe



moduł sprężystości stali

Eoed



edometryczny moduł ściśliwości gruntu

Estb;d



wartość obliczeniowa efektu oddziaływań stabilizujących

F



oddziaływanie (ogólnie)

Fb,Rd



nośność obliczeniowa śruby na docisk do ścianki otworu

Fd



wartość obliczeniowa oddziaływania

Fk



wartość charakterystyczna oddziaływania

Frep



wartość reprezentatywna oddziaływania

FV,Rd



nośność obliczeniowa śruby na ścinanie

G



oddziaływanie stałe

Gc



współczynnik odpowiedzi na działanie porywów wiatru lub współczynnik przęsła

Gf,k



wartość charakterystyczna ciężaru własnego fundamentu

Gg,k



wartość charakterystyczna ciężaru własnego gruntu nad fundamentem

Gg,klin



wartość charakterystyczna ciężaru własnego gruntu nad fundamentem w obszarze poszerzonym o kąt βd

Gins



współczynnik odpowiedzi na działanie porywów wiatru dla łańcucha izolatorów

Gk



wartość charakterystyczna oddziaływania stałego

Gs



oddziaływanie stałe przekazywane z konstrukcji na fundament

Gs,d



wartość obliczeniowa oddziaływania stałego przekazywanego z konstrukcji na fundament

Gs,k



wartość charakterystycznego oddziaływania stałego przekazywanego z konstrukcji na fundament

Gt



współczynnik odpowiedzi (konstrukcyjny) na działanie porywów wiatru (dla trzonu słupa)

Gtc



współczynnik odpowiedzi (konstrukcyjny) na działanie porywów wiatru (dla poprzecznika)

Gx



współczynnik konstrukcyjny (ogólnie – dla dowolnego elementu linii)

Gz



współczynnik porywistości wiatru

H



wysokość całkowita słupa; wysokość bezwzględna nad poziomem morza; pozioma składowa siły naciągu

H0



pozioma składowa siły naciągu przewodu w warunkach początkowych

Hd



wartość obliczeniowa poziomej składowej siły naciągu przewodu

Hd



wartość obliczeniowa siły poziomej obciążającej fundament

Hk



wartość charakterystyczna poziomej składowej siły naciągu przewodu

Hk(g), Hk(q), Hk(g+q)



wartość charakterystyczna poziomej składowej siły naciągu przewodu odpowiednio od obciążeń stałych (g), zmiennych (q) i sumy obciążeń stałych i zmiennych (g+q)

Hx, Hy



poziome składowe sił oddziałujących na fundament

I



obciążenie oblodzeniem na jednostkę długości przewodu

I3



nominalne obciążenie oblodzeniem na jednostkę długości przewodu

Id



obliczeniowe obciążenie oblodzeniem na jednostkę długości przewodu

Ik



charakterystyczne obciążenie oblodzeniem na jednostkę długości przewodu

Iins



charakterystyczne obciążenie oblodzeniem na jednostkę długości łańcucha izolatorów

Iv



współczynnik intensywności turbulencji wiatru

Ix, Iy



moment bezwładności względem osi x–x (y–y)

K0



współczynnik parcia spoczynkowego gruntu

Ka



współczynnik parcia aktywnego gruntu

Kh



współczynnik odkształcenia bocznego gruntu

L



rozpiętość przęsła linii; odległość między węzłami przestrzennymi na pręcie krawężnika; długość podstawy fundamentu

L′



zredukowana długość podstawy fundamentu

L1



odległość między węzłami płaskimi na pręcie krawężnika

Ln



rozpiętość kolejnych przęseł w sekcji naciągowej (n = 1,2,…)

LR



rozpiętość przęsła równoważnego (zastępczego)

M



moment zginający

Md



wartość obliczeniowa momentu wywracającego

MEd



wartość obliczeniowa momentu zginającego

MEd0



wartość obliczeniowa momentu zginającego (według teorii I rzędu)

N



siła podłużna; wypadkowa siła naciągu przewodu



wartość średnia siły naciągu na długości przewodu

NB,0



siła naciągu przewodu w punkcie B w warunkach początkowych

NB,1



siła naciągu przewodu w punkcie B w rozpatrywanym stanie (stan 1)

Nb,Rd



obliczeniowa nośność elementu przy wyboczeniu

NEd



wartość obliczeniowa siły w przewodzie

NEd



wartość obliczeniowa siły podłużnej w pręcie

NG,k



wartość charakterystyczna siły naciągu przewodu od obciążeń stałych

Nk



wartość charakterystyczna siły naciągu przewodu

NQ,k



wartość charakterystyczna siły naciągu przewodu od obciążeń zmiennych

NRk



nośność charakterystyczna przewodu na rozciąganie (równoznaczna z RTS)

NRd



nośność obliczeniowa przewodu na rozciąganie

Nt,Rd



nośność obliczeniowa elementu na rozciąganie

NVW



wypadkowa dwóch składowych sił naciągu V i W

P



oddziaływanie montażowe; obwód podstawy fundamentu

Q



oddziaływanie zmienne

QIk



wartość charakterystyczna oddziaływania oblodzenia

Qk



wartość charakterystyczna oddziaływania zmiennego

Qn,k



wartość charakterystyczna obciążenia naziomu

Qs



oddziaływanie zmienne przekazywane z konstrukcji na fundament

Qs,d



wartość obliczeniowa oddziaływania zmiennego przekazywanego z konstrukcji na fundament

Qs,k



wartość charakterystycznego oddziaływania zmiennego przekazywanego z konstrukcji na fundament

Qw



siła oddziaływania wiatru na element linii

Qwc



siła oddziaływania przewodu na słup, wynikająca z działania wiatru na przewód

QwcI



wypadkowa siła oddziaływania przewodu na słup, wynikająca z oddziaływania wiatru na oblodzony przewód

Qwc_U



równoległa do osi poprzecznika składowa siły oddziaływania przewodu na słup, wynikająca z działania wiatru na przewód

Qwc_V



prostopadła do osi poprzecznika składowa siły oddziaływania przewodu na słup, wynikająca z działania wiatru na przewód

Qwins



siła wypadkowa, wynikająca z oddziaływania wiatru na łańcuch izolatorów

Qwk



wartość charakterystyczna oddziaływania wiatru

Qwt



wypadkowa siła, wynikająca z oddziaływania wiatru na segment trzonu słupa kratowego

Qwtc



wypadkowa siła, wynikająca z oddziaływania wiatru na ramię poprzecznika

R



nośność

Rd



nośność o wartości obliczeniowej; wartość obliczeniowa oporu na ścinanie w podstawie fundamentu

RH;d



wartość obliczeniowa oporu gruntu na działanie sił H (przesunięcie lub poślizg)

RM;d



wartość obliczeniowa oporu gruntu na wywrócenie

Rm



wytrzymałość doraźna na rozciąganie stali (według normy wyrobu)

Rp;d



wartość obliczeniowa oporu gruntu na przesunięcie

Rs



opór gruntu przy wyciąganiu fundamentu związany ze ścinaniem

Ru,d



wartość obliczeniowa nośności na wyciąganie fundamentu

RV;d



wartość obliczeniowa oporu gruntu na działanie siły pionowej

Rw



opór gruntu związany z ciężarem gruntu i fundamentu

T



temperatura (np. temperatura przewodu); okres powrotu obciążenia zmiennego

T0



temperatura przewodu w sytuacji początkowej (wartość charakterystyczna)

T1



temperatura przewodu w analizowanej sytuacji obliczeniowej (stan 1)

TEd



wartość obliczeniowa momentu skręcającego

TEd0



wartość obliczeniowa momentu skręcającego (według teorii I rzędu)

V



objętość; składowa pionowa siły naciągu przewodu

VB0



pionowa składowa siły naciągu w punkcie B w warunkach początkowych

VB1



pionowa składowa siły naciągu w punkcie B w rozpatrywanym stanie (stan 1)

Vbc



objętość części bryły fundamentu znajdującej się pod poziomem gruntu

Vc



objętość bryły fundamentu

Vd



wartość obliczeniowa siły pionowej

Veff1,Rd



nośność na rozerwanie blokowe (obciążenie osiowe)

Veff2,Rd



nośność na rozerwanie blokowe (obciążenie mimośrodowe)

Vk



wartość charakterystyczna siły pionowej

Vmax



maksymalna wartość składowej pionowej siły naciągu przewodu

Vs



siła pionowa przekazywana z konstrukcji na koronę fundamentu

Vtot



całkowita siła pionowa przekazywana z fundamentu na grunt

W



pozioma składowa siły naciągu prostopadła do przewodu

Weff



efektywny wskaźnik wytrzymałości przekroju na zginanie

Wel



wskaźnik wytrzymałości przekroju na zginanie (dla fazy sprężystej)

Wmax



wartość maksymalna poziomej składowej siły naciągu prostopadłej do przewodu

Xd



obliczeniowa wartość właściwości materiału

Xk



charakterystyczna wartość właściwości materiału

Małe litery łacińskie

a



rozpiętość przęsła (pozioma odległość między podporami)

ad



wartość obliczeniowa wielkości geometrycznej

anom



wartość nominalna wielkości geometrycznej

b



spad przęsła (różnica wysokości zawieszenia przewodu); szerokość półki kątownika

beff



szerokość współpracująca półki kątownika

b1, b2



długość półki kątownika

c′



spójność efektywna gruntu

cALT



współczynnik wysokości terenu nad poziomem morza

cdir



współczynnik kierunkowy działania wiatru

ce



współczynnik ekspozycji (działanie wiatru)

co



współczynnik orografii terenu (działanie wiatru)

cr



współczynnik chropowatości terenu (działanie wiatru)

cseason



współczynnik sezonowy działania wiatru

cu



wytrzymałość gruntu na ścinanie bez odpływu

d



średnica zewnętrzna przewodu; średnica trzpienia śruby

do



średnica otworu dla śruby

dj



średnia średnica złącza teleskopowego

e1



odległość od otworu na śrubę do krawędzi przekroju w kierunku działania siły

e2



odległość od otworu na śrubę do krawędzi przekroju prostopadle do kierunku działania siły

eB , eL



mimośród siły względem środka ciężkości fundamentu (równoległy do boku o długości B lub L)

emax



maksymalny mimośród siły względem środka ciężkości fundamentu

f



ugięcie słupa lub ugięcie całkowite

f(x)



funkcja zwisu przewodu

f0



strzałka zwisu przewodu w warunkach początkowych

fJ



ugięcie słupa wywołane obrotem w złączach teleskopowych

fM



ugięcie słupa wywołane momentem zginającym; zwis przewodu w połowie rozpiętości przęsła (w punkcie M)

fM,0



zwis przewodu w połowie rozpiętości przęsła w warunkach początkowych

fM,1



zwis przewodu w połowie rozpiętości przęsła w rozpatrywanym stanie (stan 1)

fmax



maksymalny zwis przewodu (maksymalna odległość od cięciwy łączącej punkty zawieszenia do przewodu w płaszczyźnie linii zwisania); ugięcie dopuszczalne słupa

fu



wytrzymałość doraźna stali na rozciąganie

fub



wytrzymałość stali na rozciąganie (dla śrub)

fy



granica plastyczności stali (wartość charakterystyczna)

g



ciężar własny przewodu na jednostkę długości; całkowite obciążenie przewodu na jednostkę długości (rozdz. 3)

gk



wartość charakterystyczna ciężaru własnego przewodu na jednostkę długości

hj



długość złącza teleskopowego

iv



minimalny promień bezwładności przekroju względem osi v-v

iy, iz



promień bezwładności przekroju odpowiednio względem osi y-y lub z-z

k



w wisu przewodu

kg



współczynnik porywistości wiatru

kr



współczynnik terenu

kw,H



proporcja obciążeń przewodów wcd,H i wcd

kw,L



proporcja obciążeń przewodów wcd,L i wcd

kv



współczynnik smukłości efektywnej względem osi v-v

ky



współczynnik smukłości efektywnej względem osi y-y





parametr niestateczności miejscowej

l



długość teoretyczna ukośnika; długość przewodu

l1



długość teoretyczna ukośnika między węzłami skratowania głównego i drugorzędnego

lanch



długość strefy zakotwienia kątowników w fundamencie

lAB



całkowita długość przewodu między punktami zawieszenia A i B

lAB,f



całkowita długość przewodu obliczona z warunków fizycznych

lAB,g



całkowita długość przewodu obliczona z warunków geometrycznych

lv



długość pręta do wyznaczenia smukłości względem osi v-v

ly



długość pręta do wyznaczenia smukłości względem osi y-y

m



masa przewodu na jednostkę długości; mimośród linii zwisu (odległość od najniższego punktu przewodu do środka rozpiętości przęsła mierzona w rzucie poziomym)

p



napór jednostkowy (złącze teleskopowe)

p1



odległość między osiami otworów w połączeniu na śruby

q



ciśnienie prędkości wiatru

q1



obciążenie wypadkowe na jednostkę długości przewodu w rozpatrywanym stanie (stan 1)

qc



opór wciskania stożka przy badaniu gruntu sondą CPT

qgh



ciśnienie prędkości wiatru w porywie na wysokości h nad poziomem terenu

qh(z)



ciśnienie prędkości wiatru na wysokości z nad terenem

qk



charakterystyczne obciążenie zmienne na jednostkę długości przewodu

qp



ciśnienie prędkości wiatru w porywie

qtot



obciążenie wypadkowe na jednostkę długości przewodu

qv



obciążenie pionowe na jednostkę długości przewodu

s



osiadanie fundamentu

smax



dopuszczalna wartość osiadania fundamentu

t



grubość półki kształtownika (np. kątownika) lub grubość ścianki przekroju cienkościennego; czas użytkowania w latach

tmin



grubość najcieńszego z łączonych elementów (połączenia śrubowe)

u



przemieszczenie poziome (np. fundamentu)

uanch



obwód obrysu kątownika (kontrola zakotwienia kątowników w fundamencie)

v



prędkość wiatru

vb



prędkość bazowa wiatru

vb,0



podstawowa prędkość bazowa wiatru

vh



prędkość wiatru na wysokości z nad terenem

vp



prędkość wiatru w porywie

w



przemieszczenie pionowe fundamentu przy wyciąganiu

wcd,L



obliczeniowa wartość obciążenia wiatrem mało prawdopodobnym

wcd,H



obliczeniowa wartość obciążenia wiatrem bardzo prawdopodobnym

wck,L



charakterystyczna wartość obciążenia wiatrem mało prawdopodobnym

wck,H



charakterystyczna wartość obciążenia wiatrem bardzo prawdopodobnym

x, y



współrzędne prostokątne (np. dla linii zwisu przewodu)

x, y, z



współrzędne prostokątne węzłów konstrukcji wsporczej

xA, yA, xB, yB



współrzędne punktów zawieszenia przewodu (punkty A i B)

y(x)



równanie krzywej opisującej przebieg linii zwisu przewodu

z



wysokość nad powierzchnią terenu

z0



wymiar chropowatości terenu

z0,II



wymiar chropowatości terenu dla terenu kategorii II

Duże litery greckie

Δ



wyróżnik równania trzeciego stopnia w metodzie Cardana; strzałka wygięcia fundamentu

Δmax



dopuszczalna wartość strzałki wygięcia fundamentu

Δa



odchyłka wymiarowa

Δl



zmiana długości przewodu

Δs



różnica osiadań fundamentów rozdzielonych

ΔH



zmiana wartości poziomej składowej siły naciągu

ΔT



zmiana temperatury (różnica temperatur)

Δw



wskaźnik wygięcia fundamentu

Φ



średnica pojedynczego drutu stalowego lub aluminiowego; parametr krzywej niestateczności przy określaniu nośności prętów na wyboczenie; kąt natarcia wiatru mierzony między kierunkiem działania wiatru i normalną do przewodu lub normalną do ściany trzonu słupa

Θ



kąt obrotu fundamentu

Θmax



dopuszczalna wartość kąta obrotu fundamentu

Małe litery greckie

α



parametr imperfekcji dla krzywej wyboczeniowej; kąt nachylenia przewodu do poziomu

α, α1, α2, α3, α4, α5



współczynniki redukcyjne oblodzenia przewodów

β2, β3



współczynniki uwzględniające wpływ otworów na nośność kątownika na rozciąganie

χ



współczynnik wyboczeniowy według odpowiedniej krzywej niestateczności

χmin



minimalna wartość współczynnika χ dla rozpatrywanych kierunków wyboczenia pręta

ε



współczynnik uwzględniający wpływ granicy plastyczności na nośność prętów stalowych; odkształcenie poziome terenu; odkształcenie podłużne (np. przewodu)

εAl



odkształcenie podłużne aluminiowej części przewodu

εFe



odkształcenie podłużne stalowej części przewodu

εT



współczynnik rozszerzalności termicznej przewodu złożonego

εT,Al



współczynnik rozszerzalności termicznej aluminium

εT,Fe



współczynnik rozszerzalności termicznej stali

φ



kąt określający kierunek działania wiatru w odniesieniu do przebiegu linii; kąt między kierunkiem wiatru, a osią podłużną poprzecznika

φ′



efektywny kąt tarcia wewnętrznego gruntu

φu



kąt tarcia wewnętrznego gruntu bez odpływu

γ



ciężar objętościowy materiału (np. gruntu)

γA



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla obciążeń wyjątkowych

γc



ciężar objętościowy betonu

γc′



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla spójności efektywnej gruntu

γcu



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla wytrzymałości gruntu na ścinanie bez odpływu

γE



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla efektów oddziaływań

γF



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla oddziaływań (ogólnie)

γG



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla oddziaływań stałych

γG;dst



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla destabilizujących oddziaływań stałych

γG;stb



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla stabilizujących oddziaływań stałych

γI



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla oddziaływań oblodzeniem

γM



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla właściwości materiałów

γM0



częściowy współczynnik bezpieczeństwa stosowany przy sprawdzaniu nośności przekroju poprzecznego pręta stalowego

γM1



częściowy współczynnik bezpieczeństwa stosowany przy sprawdzaniu stateczności elementu stalowego

γM2



częściowy współczynnik bezpieczeństwa przy sprawdzaniu nośności przekroju pręta stalowego na rozerwanie

γMc



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla przewodu

γqu



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla wytrzymałości gruntu na ściskanie jednoosiowe

γQ



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla oddziaływań zmiennych

γQ;dst



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla destabilizujących oddziaływań zmiennych

γQ;stb



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla stabilizujących oddziaływań zmiennych

γR



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla oporu gruntu lub nośności

γR;h



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla nośności podłoża na przesunięcie (poślizg)

γR;M



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla nośności podłoża ze względu na obrót fundamentu

γR;v



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla nośności podłoża na wyparcie spod fundamentu

γw



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla oddziaływań wiatru

γφ′′



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla efektywnego kąta tarcia wewnętrznego gruntu

γγ



częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla ciężaru objętościowego gruntu

η



współczynnik redukcyjny, uwzględniający wpływ liczby śrub w połączeniu na nośność pręta ściskanego Nb,Rd

λ



smukłość pręta; współczynnik wypełnienia ściany konstrukcji kratowej



względna smukłość pręta

λ1



smukłość porównawcza

eff



efektywna smukłość względna pręta

eff ,v, eff,y



efektywna smukłość względna pręta względem osi v-v lub y-y

λmax



smukłość maksymalna (graniczna) pręta

λp



smukłość płytowa ścianki kształtownika

p



względna smukłość płytowa

λv



smukłość pręta względem minimalnej osi bezwładności v-v

λy



smukłość pręta względem osi y-y

ν



współczynnik Poissona

νI



współczynnik zmienności dla ekstremalnych wartości oblodzenia

νw



współczynnik zmienności dla ekstremalnych prędkości wiatru

θ



kąt zwrotu trasy linii elektroenergetycznej

θ1,θ2



kąt między przewodem, a normalną do płaszczyzny poprzecznika (dla przęsła 1 lub 2)

ρ



gęstość masy powietrza

ρI



gęstość masy lodu

ρN



współczynnik redukcyjny ze względu na niestateczność ścianek przekroju przy ściskaniu

ρW



współczynnik redukcyjny ze względu na niestateczność ścianek przekroju przy zginaniu

σ



naprężenie średnie w przewodzie złożonym

σ0



naprężenie średnie w przewodzie złożonym w warunkach początkowych

σAl, σFe



naprężenie w drutach aluminiowych/stalowych

σd



naprężenie w gruncie na głębokości d

Al, Fe



naprężenia w drutach aluminiowych/stalowych z uwzględnieniem wpływów termicznych

σh



nacisk boczny fundamentu na podłoże

σEd



naprężenie normalne

σRd,max



dopuszczalna wartość naprężenia normalnego (ściskającego)

σred



naprężenie zredukowane

σult,d



naprężenie dopuszczalne w gruncie na głębokości d

τEd



naprężenie styczne

τRd,max



dopuszczalna wartość naprężenia stycznego

ψ



współczynnik kombinacyjny (ogólnie)

ψG



współczynnik kombinacyjny dla oddziaływania stałego

ψI



współczynnik kombinacyjny dla oddziaływania oblodzenia

ψQ



współczynnik kombinacyjny dla oddziaływania zmiennego

ψw



współczynnik kombinacyjny dla oddziaływania wiatru

ω



przechylenie fundamentu

ωmax



dopuszczalna wartość przechylenia fundamentu

1

Wprowadzenie

1.1. Wymagania ogólne

Wymagania, jakim powinny odpowiadać linie elektroenergetyczne ze względu na niezawodność sieci, tzn. warunki bezpieczeństwa i pewności, są tym większe, im wyższe ma być napięcie znamionowe projektowanej linii. Dla coraz wyższych napięć trzeba stosować izolatory o coraz większych wymiarach, przewody o coraz większych przekrojach, zwiększać odstępy izolacyjne, tzn. odległości między przewodami, odległości przewodów od konstrukcji wsporczej, od terenu oraz przekraczanych obiektów. Pociąga to za sobą konieczność zwiększenia gabarytów i przekrojów słupów, zmianę ich kształtu (sylwetki i wysokości), a często nawet materiału, z którego są zbudowane.

Obecnie w Polsce (i na świecie) do przesyłania energii elektrycznej (mocy) buduje się linie napowietrzne o napięciu znamionowym od 1 kV do 750 kV. Na liniach magistralnych stosuje się napięcia 220 kV, 400 kV oraz wyjątkowo 750 kV (w Polsce istnieje jeden niewykorzystywany odcinek o takim napięciu). Chociaż sumaryczna długość odcinków linii o napięciu 220 kV i 400 kV jest w Polsce zbliżona, to jednak w nowo projektowanych liniach przesyłowych, ze względu na większą efektywność, stosuje się niemal wyłącznie napięcie 400 kV. Przy przesyle na krótszych odcinkach jest stosowane napięcie 110 kV. We Włoszech, USA i Kanadzie zrealizowano pojedyncze linie o napięciu 1500 kV, lecz pasmo zajętego przez linie terenu było tak szerokie, a słupy tak wysokie, a także straty energii spowodowane ulotem tak duże, że tego rodzaju projekty ze względów ekonomicznych i ekologicznych będą realizowane, jak się wydaje, tylko wyjątkowo.

Podobnie jak w przypadku każdej konstrukcji budowlanej, także w projektowaniu linii elektroenergetycznych bardzo istotne znaczenie mają normy. Definiują one wymagania, jakie muszą spełniać poszczególne elementy linii w odniesieniu do wytrzymałości, niezawodności, trwałości i bezpieczeństwa użytkowania. W 2010 roku, równolegle z Eurokodami, w krajach członkowskich UE został wprowadzony europejski system norm do projektowanie napowietrznych linii elektroenergetycznych. Ze względu na szczególną tematykę, w tym konieczność powiązania zagadnień elektrycznych i budowlanych, nie został on włączony w skład Eurokodów, przez co nie spełnia wszystkich formalnych wymagań funkcjonujących w Eurokodach.

Interdyscyplinarność sprawia, że przygotowania norm do projektowania linii elektroenergetycznych są koordynowane przez Komitet Techniczny TC11, funkcjonujący w ramach CENELEC (Comité européen de normalisation en électronique et en électrotechnique), a więc instytucji, której głównym obszarem działalności są zagadnienia elektryczne. Należy wiedzieć, że Eurokody są opracowywane przez CEN (Comité européen de normalisation). Wymienione dwie kwestie (interdyscyplinarność i dwie różne instytucje, opracowujące wymienione systemy normy) powodują, że normalizacja w obszarze projektowania linii elektroenergetycznych jest wyłączona z głównego nurtu Eurokodów, chociaż często się do nich odwołuje.

Do niedawna podstawowymi dokumentami tworzącymi system norm do projektowania linii elektroenergetycznych były: norma europejska EN 50341-1:2001 Overhead electrical lines exceeding AC 45 kV. Part 1: General requirements – Common specifications. [57] i jej polskie tłumaczenie PN-EN 50341-1:2005 [59] wraz z załącznikiem krajowym PN-EN 50341-3-22:2010 [62]. Zastąpiły one tzw. polskie normy PN-E-05100-1:1998 Elektroenergetyczne linie napowietrzne. Projektowanie i budowa. Linie prądu przemiennego z przewodami roboczymi gołymi [94] oraz PN-B-03205:1996 Konstrukcje stalowe. Podpory linii elektroenergetycznych. Projektowanie i wykonanie [90].

W projektowaniu linii elektroenergetycznych bardzo istotne znaczenie mają obciążenia środowiskowe zależne od lokalnych warunków klimatycznych. Publikacja jednej, wspólnej normy europejskiej stanowiła więc duże wyzwanie, a głównymi trudnościami były:

• diametralnie różne warunki klimatyczne w państwach objętych normą;

• olbrzymia różnorodność metod projektowania, często wynikająca z wieloletniej tradycji ich lokalnego (ograniczonego do terytorium jednego państwa) stosowania.

W wielu państwach, w tym i w Polsce, część ze stosowanych przez wiele lat założeń ma charakter empiryczny i nie jest potwierdzona wystarczająco licznymi danymi statystycznymi. Tym trudniej zdecydować o radykalnej zmianie zasad projektowania, gdyż mogłoby to być przyczyną, np. nadmiernej liczby kłopotliwych i bardzo kosztownych awarii.

Wymienione wyżej fakty powodują, że norma podstawowa ma charakter szkieletu, w który wpisują się załączniki krajowe. Zakres modyfikacji wprowadzanych w załącznikach krajowych jest znacznie większy niż ten, do którego przyzwyczajeni jesteśmy w Eurokodach. Tylko w nielicznych krajach są to dokumenty kilku- lub kilkunastostronicowe. W większości państw, w tym w Polsce, załączniki krajowe liczą ponad 50 stron. Oczywiście tylko w pewnej części modyfikacje dotyczą zagadnień budowlanych.

Idea koegzystencji normy podstawowej i załączników krajowych jest taka sama, jak w Eurokodach. Pierwsza z nich jest w każdym kraju wiernie tłumaczona z oryginału bez wprowadzania jakichkolwiek modyfikacji, natomiast druga nie powiela treści pierwszej, a jedynie wprowadza specyficzne dane krajowe (oznaczane pochodzącym z języka angielskiego skrótem snc – special national conditions) oraz modyfikacje i uzupełnienia krajowe (oznaczane skrótem ncpt – national complements). W związku z tak przyjętą filozofią, żadna z tych norm nie jest dokumentem kompletnym. Dodatkowo dochodzi duża liczba odwołań do wielu innych norm, szczególnie Eurokodów, co jeszcze komplikuje pracę projektanta. W projektowaniu linii elektroenergetycznych istotna jest rola inwestora (zarządcy), który planując budowę nowej linii korzysta często z możliwości zdefiniowania dodatkowych wymagań w specyfikacjach technicznych. Mogą one wynikać z bogatych doświadczeń eksploatacyjnych na terenie planowanej inwestycji lub z dodatkowych wymagań, których narzucenie ma podnieść niezawodność linii lub bezpieczeństwo jej funkcjonowania.

Dziewięcioletni okres (2001–2010) od wydania normy EN 50341-1:2001 [57] do jej wprowadzenia do stosowania był przeznaczony głównie na opracowanie zintegrowanych z nią załączników krajowych. Prowadzone pod nadzorem CENELEC prace nad normami „energetycznymi” zostały zakończone wcześniej niż publikacja przez CEN ostatecznej wersji Eurokodów. Stało się to źródłem niezamierzonych różnic w podejściu do zagadnień budowlanych lub zagadnień wspólnych dla tych dwóch systemów norm (obciążenia, wymiarowanie elementów stalowych).

W pierwszej edycji norm zdecydowano się na rozdzielenie zasad projektowania linii elektroenergetycznych w zależności od napięcia sieci. Norma EN 50341-1:2001 [57] była przeznaczona do projektowania linii o napięciu wyższym niż 45 kV. Równolegle, od 2005 roku, istniała norma europejska EN 50423-1:2005 [64] z załącznikiem krajowym [67], stanowiąc uzupełnienie normy [57] w zakresie napięć od 1 kV do 45 kV włącznie.

Jeszcze przed 2010 rokiem rozpoczęto w CENELEC prace nad normą jednolitą: Overhead electrical lines exceeding AC 1 kV. Part 1: General requirements – Common Specifications [58], która ukazała się w 2012 roku. Jej tłumaczenie opublikowano w Polsce w 2013 roku jako PN-EN 50341-1:2013-03 pod tytułem: Elektroenergetyczne linie napowietrzne prądu przemiennego powyżej 1 kV. Część 1: Wymagania ogólne. Specyfikacje wspólne [60], natomiast załącznik krajowy dla Polski ukazał się 3 lata później jako PN-EN 50341-2-22:2016 [63].

Norma [60] utrzymała ogólną strukturę swojej poprzedniczki [57], zachowując taki sam podział treści na główne rozdziały. Wprowadzono jednak liczne zmiany, a za najważniejsze z nich można uznać:

• ujednolicenie wytycznych dla wszystkich linii o napięciu wyższym niż 1 kV, bez rozbicia na linie do 45 kV i powyżej;

• rezygnację ze sztywnego rozdziału sposobów wyznaczania wartości liczbowych oddziaływań na podejście ogólne lub empiryczne na rzecz podejścia jednolitego, łączącego cechy obydwu wyżej wymienionych;

• zbliżenie sposobu określania oddziaływań wiatru (klasyfikacja i nazewnictwo, metoda określania prędkości w porywie) do Eurokodu 1 (PN-EN 1991-1-4:2008 [44]);

• wprowadzenie zasady różnicowania niezawodności linii przez klasyfikowanie do jednego z trzech poziomów niezawodności;

• zróżnicowanie wartości współczynników częściowych po stronie obciążeń w zależności od rodzaju obciążenia oraz wymaganego poziomu niezawodności;

• utrzymanie możliwości wyboru metod wymiarowania kratowych podpór linii elektroenergetycznych według załącznika J do normy PN-EN 50341-1:2013-03 [60] lub Eurokodami, jednak z pełniejszym oparciem się na Eurokodzie 3, a więc PN-EN 1993-1-1:2006 [46], PN-EN 1993-1-6:2009 [48], PN-EN 1993-1-8:2006 [49] (ustalanie nośności połączeń śrubowych i rozciąganych kątowników osłabionych otworami na śruby) i przede wszystkim PN-EN 1993-3-1:2008 [50] (ustalanie efektywnych długości wyboczeniowych i określanie nośności na ściskanie z wyboczeniem);

• zdefiniowanie w załączniku M normy [60] podstawowych zasad projektowania fundamentów, całkowicie pominiętych w poprzedniej edycji normy.

Dalsze zmiany w zasadach projektowania są efektem modyfikacji zapisów zamieszczonych w załączniku krajowym [63]. Jako najistotniejsze można wymienić:

• zmianę podziału terytorium Polski na strefy oblodzenia, a głównie rozszerzenie zasięgu stref S2, z jednoczesnym zwiększeniem obciążenia oblodzeniem w strefie S1 (zmiany są efektem wniosków wynikających z zaistniałych awarii [4], [22]);

• wprowadzenie do projektowania linii elektroenergetycznych, za normą podstawową [60], zróżnicowanych poziomów niezawodności;

• zmianę sposobu podejścia do współczynników częściowych w analizie przewodów i stosowania ich bezpośrednio do obciążeń, a nie do efektów, jak było to zalecane w poprzedniej edycji załącznika [62];

• modyfikację znormalizowanych przypadków układów obciążeń dla przewodów i słupów;

• jednoznaczne wskazanie Eurokodu 3, jako źródła zależności do wymiarowania prętów i połączeń śrubowych w słupach kratowych (z wyłączeniem kontroli rozerwania blokowego);

• modyfikację zasad przyjmowania współczynników częściowych dla nośności (γM) i zastąpieniu wartości proponowanych w Eurokodzie i normie [60] wartościami ustalonymi w załączniku krajowym [63].

KSIĄŻKI TEGO AUTORA

Projektowanie stalowych słupów linii elektroenergetycznych