elektro.info

Wobec powyższych uwag należy jednak pamiętać, że parametry stosowanych w liniach elektroenergetycznych przewodów typu AFL zmieniają się w wyniku procesów starzeniowych oraz oddziaływania środowiskowego. Zmiany te nie dotyczą tylko właściwości elektrycznych, ale również powodują zmiany parametrów mechanicznych przewodów linii. Dlatego też przeprowadzono badania mające wykazać, w jakim stopniu negatywne oddziaływanie środowiska wpływa na parametry mechaniczne przewodów.

Zakres badań

Celem badań było określenie stanu technicznego przewodów zdemontowanych z linii napowietrznej po 30-letniej eksploatacji przez porównanie z przewodem fabrycznie nowym. Specyfikacje techniczne dotyczące jakości przewodów napowietrznych stosowanych w sieci rozdzielczej odnoszą się do przewodów nowych i opierają się m.in. na normach PN-EN 50189, PN-EN 50182, Standard 889© IEC 1987. Brak jest kryteriów oceny jakości linii energetycznych po okresie wieloletniej eksploatacji. Dlatego też przy ocenie przewodów wykorzystano metodę porównawczą.

Zakres badań przewodów obejmował m.in.:

• kontrolę wizualną (identyfikacja przewodów, obecność wad powierzchniowych, smaru, występowanie spoin);
• badania metrologiczne (średnica przewodu i drutów, odchyłki wymiarów, owalizacja, skok);
• badania właściwości mechanicznych drutów (R_mAl, R_e1%Fe, R_mFe, A_250Fe, próba skręcania, próba nawijania drutu stalowego, ocena plastyczności drutów Al metodą podwójnego nawijania);
• ocena jakości ocynku (przyczepność, próba nawijania, równomierność pokrycia (próba zanurzania);
• badania metalograficzne (makro i mikroskopia),

przy czym w artykule przedstawiono wyniki tylko części badań, co wynika z ograniczeń objętościowych prezentowanego artykułu.

Badaniami objęte były odcinki przewodu typu AFL 6 240 (7 drutów Fe Φ2,7  i 26 drutów Al Φ 3,4 ), przy czym jeden z przewodów był nowy, a drugi po 30-letniej eksploatacji przy założonej maksymalnej temperaturze pracy 40°C.

Oba przewody składają się z dwuwarstwowego oplotu z drutów aluminiowych Φ 3,4 – warstwa zewnętrzna 16 drutów, warstwa wewnętrzna 10 drutów, wzmocnionego rdzeniem z 7 drutów stalowych ocynkowanych Φ 2,7.

Oplot zewnętrzny ma prawy kierunek skrętu, oplot wewnętrzny jest lewoskrętny, co odpowiada wymaganiom normy PN-EN 50182.

Kontrola wizualna

Zgodnie z normami PN-EN 50182 oraz PN-EN 50189 powierzchnia drutów aluminiowych powinna być gładka, bez opiłków, łuskowin, pęknięć ani widocznych wad, które mogłyby spowodować ich korozję, natomiast druty stalowe powinny być gładkie, pokryte ciągłą warstwą cynku bez wad powierzchniowych. Przewód po 30-letniej eksploatacji (rys. 1.) ma na powierzchni zewnętrznego oplotu aluminiowego czarny nalot (produkty korozji i osady o nieokreślonym składzie).

Stwierdzono także liczne odpryski kruchego nalotu, których wygląd przedstawiono na rys. 3. Rdzeń przewodu wypełniony był stwardniałym smarem.

Widok oraz przekrój poprzeczny przewodu starego i nowego przedstawiono odpowiednio na rys. 1. i rys. 2.

Warto przestudiować: Egzamin kwalifikacyjny grupa 1 | Urządzenia, instalacje i sieci elektroenergetyczne. Kurs przygotowawczy >>>

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

Pomiary metrologiczne

Pomiary metrologiczne przewodów wykonano przy użyciu mikrometru i suwmiarki. Kryteria oceny przewodów wg PN-EN 50182 zakładają, że stopień skrętu dla drutów Al warstwy zewnętrznej powinien mieścić się w zakresie 10÷14, dla warstwy wewnętrznej – 10÷16, dla drutów stalowych – 16÷26.

Zgodnie z wymaganiami norm PN-EN 50182 i PN-EN 50189 tolerancja dla całego przewodu powinna wynosić ±1%, dla drutów Al po ciągnieniu ± 0,03 mm, dla drutów stalowych ST1A ± 0,05 mm.

Poza drutami aluminiowymi z warstwy zewnętrznej przewodu starego, gdzie stwierdzono odchyłki wymiarów przekraczające zakres tolerancji (owalizacja), pozostałe wymiary zgodne były z wymaganiami dla przewodu nowego. Wyniki badań zestawiono w tab. 1., przy czym wartości przekraczające dopuszczalne parametry zaznaczono na czerwono.

Badania właściwości mechanicznych drutów

Badania wytrzymałości drutów aluminiowych

Dla drutów Al o średnicy 3,00–3,50 mm (wg normy 889 © IEC 1987) minimalna wytrzymałość na rozciąganie R_{m min}. wynosi 165 MPa. W ocenie drutów pobranych z przewodu wartość tę można obniżyć o współczynnik korekcyjny związany z operacją skręcania drutów, który wynosi 5% (R_{mAl min}. – 5% = 156,75 MPa).

Wyniki analizy wykazały, że wartość średnia wytrzymałości na rozciąganie zarówno drutów wewnętrznych, jak i zewnętrznych pobranych z przewodu starego jest wyższa od wytrzymałości Rm min. (165 MPa) przewidzianej dla drutu nowego, z którego wykonuje się przewody. Przy czym dla połowy z nich wytrzymałość na rozciąganie nie przekroczyła o 5% wartości minimalnej, a jeden spośród przebadanych drutów warstwy zewnętrznej miał wytrzymałość mniejszą od wymaganej. Świadczy to o postępującej degradacji właściwości mechanicznych przewodów.

W przypadku przewodu nowego wszystkie druty spełniły wymagania stawiane przez normę, zarówno co do wartości średniej, jak i w indywidualnych wskazaniach.

Badania wytrzymałości drutów rdzenia stalowego

Zgodnie z normą PN-EN 50189:2000 druty stalowe (stal ST1A) po uwzględnieniu współczynników korekcyjnych powinny zapewnić: dla granicy plastyczności R_e1%Fe – 5% = 1083 MPa, dla wytrzymałości na rozciąganie R_mFe – 5% = 1282,5 MPa i wydłużenia minimalnego A₂₅₀ – 0,5% = 3,0%. Wyniki badań dla drutów z przewodu używanego zestawiono w tab. 2.

Wyniki badania drutów stalowych po eksploatacji wskazują, że średnia wartość R_e1%Fe oraz R_mFe spełniają kryteria wytrzymałości obniżone o 5%, natomiast jeden wynik spośród sześciu jest niższy od obniżonego minimum. Jedynie dwa druty wykazały wytrzymałość na rozciąganie powyżej 1350 MPa (były to próbki pobrane z centralnego drutu w rdzeniu).

Próba rozciągania drutów stalowych z przewodu nowego dała we wszystkich przypadkach wynik pozytywny, a wartości były o około 20% większa niż wyznaczone dla przewodu używanego.

Czytaj też: Struktury teleinformatyczne (część 1.) >>>

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

Badania makro- i mikroskopowe

Badania mikroskopowe wykonano na pobranych w sposób losowy odcinkach drutów aluminiowych i stalowych na zgładach poprzecznych i podłużnych. Ocenę prowadzono na mikroskopie optycznym, stosując powiększenia 500x oraz 200x. Przykładowe obrazy warstwy powierzchniowej drutów stalowych przedstawiono na rys. 4. i rys. 5., a drutów aluminiowych na rys. 6. i rys. 7.

Analiza mikroskopowa wykazała, że drut stalowy zarówno nowy, jak i używany ma nierówności powierzchniowe, które wypełnia powłoka cynkowa (rys. 4. i rys. 5.). W przewodzie starym, tj. po 30-letniej eksploatacji, w wielu takich nierównościach zaobserwować można pęknięcia, które najprawdopodobniej powstały w wyniku procesów zmęczeniowych. Pęknięcia powłoki cynkowej umożliwiają dostęp czynników atmosferycznych i zjawisko korozji drutu stalowego.

Druty aluminiowe z przewodu nowego mają powierzchnię gładką bez pęknięć i wżerów (rys. 6.), podczas gdy druty aluminiowe z przewodu używanego wykazują powierzchniowe wżery i pęknięcia (rys. 7.). Wżery jednoznacznie wiążą się z procesami korozyjnymi, natomiast pęknięcia powstałe podczas eksploatacji mogą być związane z procesem zmęczenia czy korozji naprężeniowej. Mogą również być skutkiem procesu ciągnienia drutu i skręcania przewodu w procesie produkcyjnym. Głębokość ujawnionych pęknięć powierzchniowych wynosi 15–50 μm.

Podsumowanie

Badania porównawcze przewodu nowego i używanego (po 30-letniej eksploatacji) objęły ocenę wizualną przewodów, badania metrologiczne, badania właściwości mechanicznych drutów i badania mikroskopowe.

Przewód stary pokryty jest czarnymi, przywartymi i odpryskującymi produktami korozji, szczególnie na powierzchni zewnętrznej   drutów aluminiowych. Nie stwierdzono korozji stykowej związanej z bezpośrednim kontaktem drutów aluminiowych z ocynkowanymi drutami stalowymi czy szczelinowej w stykach pomiędzy drutami aluminiowymi przewodu.

Poza widocznymi przywartymi produktami korozji w warstwie powierzchniowej obecne są liczne wżery korozyjne sięgające w głąb drutów aluminiowych. Korozja wżerowa jest najbardziej rozpowszechnionym typem korozji aluminium, ujawniającym się jedynie w obecności elektrolitu, np. wody lub wilgoci, w której rozpuszczone są unoszące się w atmosferze cząsteczki związków chemicznych.

Obecność wżerów powierzchniowych nie wywołała kruchości drutów Al.

Jednak wady powierzchniowe wywierają ujemny wpływ na właściwości wytrzymałościowe drutów stalowych, prowadząc do obniżenia granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie.

Wytrzymałość na rozciąganie drutów stalowych została obniżona do minimalnej wartości dopuszczalnej dla drutów pobranych z przewodu starego, chociaż na wartości średnie wpłynęła wysoka wytrzymałość drutów centralnych rdzenia. Równocześnie stwierdzono, że procesy degradacji zarówno w drutach stalowych, jak i aluminiowych nie obniżyły właściwości plastycznych drutów.

W ocenie przydatności przewodów do dalszej pracy w liniach elektroenergetycznych należy uwzględnić wpływ wad powierzchniowych (wżery korozyjne i pęknięcia) powstałych podczas dotychczasowej eksploatacji. Mogą one wykazać swoje negatywne oddziaływanie na rezystancję przewodu oraz rezystancję zestykową, np. przy mostkach na połączeniach na izolatorach odciągowych.

Należy również wspomnieć, że smar, którym pokryte są druty rdzenia stalowego w przewodzie po 30-letniej eksploatacji, utracił swoje cechy smarne i ochronne, zmieniając się w stwardniałą suchą masę podatną na wykruszanie. Wskazane byłoby zatem przeprowadzenie badań dotyczących zachowania się układu przewód–zacisk w zakresie wytrzymałości mechanicznej przy ponownych połączeniach zacisków przy izolacji odciągowej.

Czytaj też: Straty energii w sieciach i transformatorach rozdzielczych SN/nn – zagadnienia wybrane >>>

Literatura

1. Bare overhead transmission conductor ratings, guide for determination of bare overhead transmission conductors, PJM Interconnection, January 2010.

2. M. Konstanciak, Potrzeby własne w liniach elektroenergetycznych, Portal CIRE, Wrocław 2001.

3. PN-EN 50189:2002 Przewody do linii napowietrznych. Przewody stalowe ocynkowane.

4. PN-EN 50182:2002 Przewody do linii napowietrznych. Przewody z drutów okrągłych skręconych współosiowo.

5. Norma 889© IEC 1987 Hard-drawn aluminium wire for overhead line conductors.

6. T. Knych, Elektroenergetyczne przewody napowietrzne. Teoria – Materiały – Aplikacje, Wydawnictwa AGH, Kraków 2010.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!