Linie i stacje elektroenergetyczne są źródłami pól elektrycznych i magnetycznych o częstotliwości 50 Hz. Ocena oddziaływania napowietrznych linii elektroenergetycznych wysokich napięć na środowisko jest istotnym elementem procesu budowy tych linii. Rozkłady pól w otoczeniu linii elektroenergetycznych są zależne od konstrukcji linii warunkujących usytuowanie znajdujących się pod napięciem przewodów. Badania pokazują, że wprowadzenie modyfikacji dotyczących konstrukcji słupów – polegających na zmianie odstępów miedzy przewodami roboczymi linii oraz sposobów ich zamocowania – nie pozostaje bez wpływu na środowisko, w którym te urządzenia pracują.

Osiągnięcie właściwego poziomu ochrony środowiska w zakresie oddziaływania pół elektromagnetycznych jest możliwe wyłącznie poprzez spełnienie restrykcyjnych wymogów dotyczących projektowania, budowy i eksploatacji obiektów elektroenergetycznych. Źródłem tych wymagań są prawne regulacje i dokumenty normalizacyjne. Biorąc je pod uwagę przy ocenie wpływu zmiany odstępów izolacyjnych w napowietrznych liniach elektroenergetycznych na środowisko szacuje się, że zmiana ta pozwala ograniczyć szerokość pasa ochronnego wzdłuż trasy linii. Oznacza to jednocześnie, że zmniejsza się także powierzchnia gruntu – z całkowitym lub znacznym stopniem ograniczenia użytkowania. I tak np., w przypadku jednotorowej linii napowietrznej o napięciu znamionowym 110 kV, efekt zmniejszenia powierzchni pasa ochronnego wskutek proponowanych zmian może wynieść nawet kilka procent.

Rys. 1. Linia 1 x 110 kV Narew – Bielsk Podlaski (przed zawieszeniem przewodów)

Zmiana odstępów izolacyjnych znacząco wpływa ponadto na wartość amplitud i rozkład składowych pola elektromagnetycznego wytworzonego wokół przewodów linii (zagadnienie oddziaływania na środowisko pola elektromagnetycznego wytwarzanego m.in. przez linie napowietrzne średniego i wysokiego napięcia jest ujęte w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 30 października 2003 r. w sprawie dopuszczalnych poziomów pól elektromagnetycznych w środowisku oraz sposobów sprawdzania dotrzymania tych poziomów). Zgodnie z obowiązującymi w tym zakresie regulacjami prawnymi, dopuszczalne poziomy pola elektromagnetycznego o częstotliwości 50 Hz dla miejsc dostępnych dla ludności wynoszą:
• dla składowej elektrycznej (E) 10 kV/m,
• dla składowej magnetycznej (H) 60 A/m.
Regulacje wskazują również wyraźnie, że na terenach przeznaczonych pod zabudowę mieszkaniową natężenie pola elektrycznego nie może przekraczać wartości 1 kV/m, a natężenie pola magnetycznego wartości 60 A/m.

Rys. 2. Sylwetki słupów przelotowych jednotorowych przyjętych do analizy; a – kratowy typu EB24, b – pełnościenny typu Src , c – pełnościenny ze zmodyfikowanym układem izolacyjnym typu SPPI

Rys. 3. Sylwetki słupów przelotowych dwutorowych przyjętych do analizy; a – kratowy typu EO24, b – pełnościenny typu Orc, c – pełnościenny ze zmodyfikowanym układem izolacyjnym typu DPPI

Konstrukcje słupów – rozkład składowych pola elektromagnetycznego

Przy budowie linii o napięciu 110 kV stosuje się słupy kratowe lub pełnościenne określonych typów (rys. 2-3). Geometryczne rozmieszczenie przewodów na słupie może być różne, na co wpływ bezpośredni ma sylwetka słupa.

Redukcja odstępów między przewodami
Badania naukowe potwierdzają, że w przypadku zastosowania stalowych słupów pełnościennych (słupy rurowe) istnieje możliwość uzyskania mniejszych odstępów między przewodami roboczymi i odgromowymi. Jest to wykonalne ze względu na mniejszą średnicę trzonu słupa rurowego w stosunku do alternatywnego obrysu przekroju słupa kratowego. Zamiana typowego rozwiązania poprzeczników stosowanych w przypadku słupów kratowych na poprzeczniki izolacyjne zastosowane w konstrukcjach pełnościennych pozwala na dodatkowe zmniejszenie odstępów przewodów względem siebie i osi słupa. Redukcja odstępów izolacyjnych, a także zmiana układu przewodów zawieszonych na pełnościennych słupach linii napowietrznej są działaniem korzystnym, pozostającym w całkowitej zgodzie ze środowiskowymi wymaganiami prawnymi.

Redukcja natężenia pól
Średnie natężenie pola elektrycznego w otoczeniu linii jednotorowej wykonanej z wykorzystaniem słupów pełnościennych z typowymi poprzecznikami jest o 7% mniejsze od średniego natężenia pola elektrycznego występującego w analogicznych warunkach, ale w przypadku zastosowania słupów kratowych. Natomiast przy zastosowaniu stalowych słupów pełnościennych, w których zamocowanie przewodów jest zrealizowane za pomocą układu poprzeczników izolacyjnych, istnieje możliwość obniżenia natężenia pola elektrycznego aż o 30%.
Jeśli zaś chodzi o oddziaływanie pola magnetycznego, można stwierdzić, że w przypadku linii jednotorowych wykonanych na słupach pełnościennych z typowymi poprzecznikami średnia wartość natężenia tego pola jest o 10% mniejsza od wariantu zastosowania w linii słupów kratowych. Natomiast zastosowanie poprzeczników izolacyjnych obniża wartość średniego natężenia pola magnetycznego o 38% – porównując do rozwiązań wykorzystujących kratowe konstrukcje wsporcze.
Adekwatne relacje dotyczą także rozwiązań stosowanych w dwutorowych liniach napowietrznych. Zastosowanie słupów pełnościennych (z typowym rozwiązaniem poprzeczników) pozwala uzyskać niższą wartość natężenia pól elektrycznego i magnetycznego o około 8% w stosunku do rozwiązań opartych na słupach kratowych. Natomiast analogiczne porównanie natężenia pól elektrycznego i magnetycznego – jednak wykonane na słupach pełnościennych z zamocowaniem przewodów na poprzecznikach izolacyjnych – daje rezultat obniżenia natężenia tych pól o około 19%.

Rys. 4. Linia 2 x 100 kV Sochaczew – Żyrardów na słupach rurowych

Słupy pełnościenne

Zmiana rodzaju konstrukcji wsporczej zastosowanej w elektroenergetycznej linii napowietrznej może mieć znaczący wpływ na rozkład pól elektrycznego i magnetycznego w otoczeniu linii. W przypadku zastosowania słupów kratowych natężenie składowych pola elektromagnetycznego jest istotnie wyższe od wyznaczonego przy zastosowaniu słupów pełnościennych. W szczególności dotyczy to rozwiązań wykorzystujących poprzeczniki izolacyjne – zamiast typowych poprzeczników stalowych. W porównaniu z liniami dwutorowymi, linie jednotorowe wykazują większe różnice wartości natężeń składowych pola elektromagnetycznego wynikające z rodzaju zastosowanego słupa.
Ograniczenie odstępów izolacyjnych (przy zachowaniu wymaganych poziomów wytrzymałości udarowej izolacji) jest możliwe oraz uzasadnione technicznie i ekonomicznie. Skutkuje bowiem osiągnięciem wymiernych korzyści ekonomicznych (np. ograniczeniem szerokości pasa ochronnego biegnącego wzdłuż trasy linii). Maksymalizacja tego efektu jest możliwa, ale zależy od uwzględnienia istniejących potrzeb inwestycyjnych w zakresie elektroenergetycznych linii napowietrznych.
Nie bez znaczenia dla poziomu możliwych do uzyskania korzyści jest przyjęcie odpowiednich rozwiązań już na etapie projektowania linii napowietrznych. Czy będą to linie jedno- czy wielotorowe oraz czy przyjęty system mocowania przewodów będzie opierał się wyłącznie na rozwiązaniach tradycyjnych (z użyciem poprzeczników stalowych), czy zostaną wprowadzone modyfikacje – z zastosowaniem rozwiązań ograniczających m.in. oddziaływanie linii napowietrznych na środowisko.

mgr inż. Piotr Szpindler
Autor jest dyrektorem handlowym ds. energetyki w firmie Kromiss-Bis.
W roku 2010 rozpoczął studia doktoranckie na Wydziale Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki Politechniki Opolskiej.
W pracy naukowo-badawczej zajmuje się problematyką wpływu pełnościennych słupów stalowych na niezawodność i poziom oddziaływania na środowisko linii napowietrznych wysokiego napięcia wykonanych z wykorzystaniem nowych rodzajów słupów.

Bibliografia
[1] Waldemar Skomudek, Piotr Szpindler „Rozkład składowych pola elektromagnetycznego wokół przewodów linii napowietrznych wysokich napięć wykonanych na słupach pełnościennych”. Pomiary Automatyka Kontrola (59) 07/2013;
[2] Stefan Różycki „Ochrona środowiska przed polami elektromagnetycznymi”. Informator administracji samorządowej, GDOŚ, Warszawa 2011.