Awaryjność sieci elektroenergetycznych niskiego napięcia w jednym z rejonów energetycznych w latach 2009-2013

Sieci elektroenergetyczne niskiego napięcia stanowią końcowy element przesyłowych urządzeń elektroenergetycznych, zasilających instalacje i urządzenia energetyczne odbiorców. W przesyle energii elektrycznej ważne jest zachowanie jej dopuszczalnych parametrów, zgodnie z wymaganiami i zaleceniami Unii Europejskiej. Energia elektryczna o standardowych parametrach może być przesyłana do miejsc, gdzie występuje jej niedobór zarówno w kraju, jak i poza jego granicami.

Przesył i dystrybucja energii elektrycznej wiąże się z jej stratami, gdyż urządzenia przesyłowe i rozdzielcze wykazują straty energii, wymagają konserwacji, ulegają degradacji (starzeniu), ich właściwości izolacyjne pogarszają się w miarę upływu czasu. W stanach awaryjnych i przeciążeniach izolacja zużywa się dużo szybciej. Elementy wiodące prąd niskiego napięcia są bardziej niezawodne, gdy ich przepustowość jest większa (wyższe przekroje przewodów), krótsze są obwody elektryczne, stosowane materiały izolacyjne są lepszej jakości i gdy linie elektroenergetyczne prowadzone są przez tereny o małym zagrożeniu środowiskowym.

Ze względu na dużą liczbę wyładowań atmosferycznych do linii elektroenergetycznych napowietrznych dąży się w trakcie realizacji inwestycji do rozwiązań tych linii w postaci kabli ziemnych. Kable ziemne nie są narażone na wyładowania atmosferyczne i w związku z tym nie ulegają awariom nie tylko z powodu wyładowań burzowych, ale także nie są narażone na: działanie wiatrów, wahań temperatury, zbyt dużych zwisów, kolizje z obiektami. Największą wadą linii kablowych nN są koszty ich budowy i zmiany trasy tych linii w związku z różnego rodzaju pracami ziemnymi. Dla określenia awaryjności sieci elektroenergetycznych napowietrznych i kablowych nN potrzebna jest znajomość jej parametrów, tj. przekrojów przewodów i kabli, rodzaju materiału, z jakiego są wykonane, temperatura pracy, warunki środowiskowe i inne czynniki, które są wynikiem działania anomalii pogodowych. Dużym utrudnieniem są tu działania ze strony odbiorców energii elektrycznej, którzy często swoim sprzeciwem niweczą zaplanowany przebieg trasy linii przez ich tereny. Roszczenia odbiorców energii elektrycznej co do odszkodowania za użyczony teren pod trasę linii często są zawyżane, podrażają koszty inwestycyjne, a tym samym wpływają na jej koszt.

Awaryjność linii napowietrznych na terenach miejskich i wiejskich w latach 2009-2013 w jednym z rejonów energetycznych 

W ciągu ostatnich pięciu lat, tj. od 2009 do 2013 r. awaryjność linii napowietrznych i kablowych wykazuje tendencję malejącą. Występują pewne wahania liczby awarii tych urządzeń, lecz są one wynikiem działania żywiołów. Ogólnie uszkodzeń jest coraz mniej dzięki wprowadzaniu urządzeń o lepszych parametrach technicznych i modernizacjom. W tab. I podano dane liczbowe uszkodzeń linii napowietrznych i kablowych w mieście i na wsi. Wskaźnik awaryjności linii napowietrznych na 100 km tych linii wynosi 78,69 przy ich łącznej liczbie 2717. Na terenach miejskich linie napowietrzne są rzadko spotykane i jest ich stosunkowo mało. Wskaźnik awaryjności przy 844 liniach wynosi 93,45. Linii napowietrznych na wsiach w 2013 r. było 1873, a ich wskaźnik wyniósł 73,47, co wskazuje, że są w dobrym stanie technicznym. Należy dodać, że linie napowietrzne wykonuje się w powłoce izolacyjnej, co jest bardziej bezpieczne dla otoczenia.

Linie kablowe stanowią niewielką część ogółu linii nN. Na terenach wiejskich spotykane są rzadko, lecz i tam (jak to pokazano na rys. 2) ich liczba rośnie. Od roku 2009 do 2011 liczba linii kablowych nN wykazywała spadek, lecz w 2012 r. wzrosła kilkakrotnie. Na terenach miejskich dynamiczny wzrost linii kablowych daje się zauważyć po roku 2012, lecz jest on w zdecydowanej większości spowodowany reorganizacją rejonów energetycznych (przejęcie terenów z odbiorcami miejskimi w zamian za tereny z odbiorcami wiejskimi). Na rys. 1 przedstawiony jest przebieg graficzny liczby uszkodzeń linii nN napowietrznych w jednym z rejonów energetycznych na przestrzeni lat 2009-2013.

Rys. 1. Liczba uszkodzeń linii napowietrznych nN w jednym z rejonów energetycznych w latach 2009-2013

Duża różnica pomiędzy liczbą uszkodzeń linii napowietrznych w mieście i na wsi wynika z lokalizacji i charakteru odbiorów energii elektroenergetycznej. Na terenach wiejskich odbiorcy są rozlokowani na dużej przestrzeni i warunki terenowe sprzyjają prowadzeniu linii napowietrznych. Z tego powodu także koszty budowy linii napowietrznych są nieco niższe w porównaniu z kosztami budowy linii kablowych. Ponadto w skupiskach miejskich linie napowietrzne stwarzają duże zagrożenie dla wysokich obiektów budowlanych, mieszkańców i ruchu komunikacyjnego. Co do wskaźnika uszkodzeń linii napowietrznych nN, to ma on przebieg podobny do wykresu liczby uszkodzeń tychże linii, lecz przeważa w nim większa liczba uszkodzeń linii na terenie miejskim, na którym występuje dużo różnych zagrożeń, chociażby nieumyślne spowodowanie zagrożeń przez pracę maszyn w pobliżu napięcia, zwarcia doziemne itp. Na rys. 2 przedstawiono wskaźnik uszkodzeń dla linii napowietrznych, który ma przebieg malejący. Obniżanie wskaźnika uszkodzeń linii napowietrznych nN jest następstwem dużego zaangażowania w prace modernizacyjne tych linii (linie napowietrzne izolowane), wprowadzanie nowych rozwiązań technicznych oraz skracanie obwodów nN i SN. Duże zaangażowanie w inwestycje sieciowe pozytywnie wpływa na efektywne wykorzystanie tych linii.

Każda przerwa w dostawie energii elektrycznej do odbiorców jest ewidencjonowana i na jej podstawie obliczane są straty zakładu energetycznego z powodu jej niedostarczenia do odbiorników. Większe trudności z dostarczeniem energii elektrycznej do odbiorców są na terenach wiejskich niż miejskich, co potwierdzają wyniki w tab. I. Średni czas przerwy w dostawie energii elektrycznej do odbiorców spada w mieście i na wsi. Na przykład na terenie miejskim wynosił on w 2009 r. 4,2 godz., zaś na wsi 4,6 godz. dla linii napowietrznych. W 2013 r. w mieście ten czas wynosił odpowiednio 1,5 godz. na terenach miejskich i 3,6 godz. na wsi. Przerwy spowodowane usuwaniem awarii na liniach kablowych wynosiły odpowiednio w mieście 3,8 godz. w roku 2009 i 4,9 godz. na wsi, natomiast w roku 2013 w terenach miejskich 2,4 godz. i na wsi 3,1 godz. Wynika z tego, że szybkość usuwania awarii na liniach kablowych jest większa. Wielkość niedostarczonej energii elektrycznej wiąże się ze stratami, które corocznie się zwiększają (ogółem w 2009 r. 2761 kWh, a w 2013 r. już 154 997 kWh). Zabezpieczeniem linii nN są bezpieczniki w stacjach SN/nN, które chronią linię przed prądami zwarciowymi i przeciążeniowymi.

TABELA 1. Liczba uszkodzeń linii napowietrznych i kablowych nN w jednym z rejonów’ energetycznych w latach 2009-2013:

Awaryjność linii kablowych nN na terenach miejskich i wiejskich w latach 2009-2013 w jednym z rejonów energetycznych

Rozwiązanie zasilania odbiorców energii elektrycznej w postaci linii kablowych nN stosowane jest zwykle na terenach, gdzie występuje duże zbliżenie tych linii z innymi obiektami, a przede wszystkim w dużych skupiskach ludności i w przypadku występujących przeszkód naturalnych i sztucznych (budynki, fabryki, tereny zanieczyszczone ekologicznie, gęsta sieć komunikacyjna). Zasilanie kablowe urządzeń odbiorczych ma dużą zaletę, gdyż nie jest narażone na wyładowania atmosferyczne i w niewielkim stopniu wpływa na zmianę kształtu terenu. Istotną wadą linii kablowej nN są duże koszty usunięcia jej awarii. W latach 2009-2011 linii kablowych było stosunkowo mało. Dopiero po roku 2011 nastąpił wydatny ich przyrost, co można wytłumaczyć trudnościami w uzyskaniu zgody właścicieli gruntów, przez które planowane było prowadzenie inwestycji (duże rozdrobnienie gruntów, wielu właścicieli i dużo roszczeń co do rekompensaty za użyczenie gruntu pod zabudowę). Rozkład liczby uszkodzeń linii kablowych w mieście i na wsi obrazuje rys. 3.

Rys. 3. Liczba uszkodzeń linii kablowych nN w jednym z rejonów energetycznych w latach 2009-2013

 
Znaczny wzrost uszkodzeń linii kablowych po roku 2011 jest wynikiem tego, że w 2012 r. nastąpiła reorganizacja rejonów energetycznych. Przejęto rejon energetyczny o charakterze miej skim z większością linii kablowych nN, a oddano część rejonu z odbiorcami w większości wiejskimi i liniami napowietrznymi nN.

Stąd też liczba awarii w mieście zamyka się liczbą 334, a na wsi tylko 66. Duża awaryjność linii kablowych w gęsto zabudowanym terenie miejskim wynika z często prowadzonych prac ziemnych, przy których łatwo jest uszkodzić kable elektroenergetyczne ułożone w gęstwinie innych urządzeń podziemnych. Ponadto zdarzają się przypadki rozbieżności pomiędzy wskazaniami na mapach geodezyjnych a rzeczywistym przebiegiem ułożonych kabli nN. Na rys. 4 przedstawiono wykres wskaźników uszkodzeń linii kablowych w mieście i na wsi.

Rys. 4. Wskaźnik uszkodzeń w jednym z rejonów energetycznych w okresie od 2009 do 2013 r. na 100 km linii kablowych

Na 100 km linii kablowych w mieście i na wsi od roku 2009 do 2011 wykres awaryjności był malejący. Po roku 2011 wyraźnie wzrósł, przy czym na terenie miejskim osiągnął wartość 6,62 na 100 km linii, w roku 2012 i w 2013 r. 18,06. Na terenach wiejskich wskaźnik uszkodzeń analogicznie wynosił 5,79 w 2012 r. i 9,83 w 2013 r. Liczby awarii linii kablowych mają swoje potwierdzenie we wskaźnikach uszkodzeń i są ewidencjonowane w kartach uszkodzeń PGE Dystrybucja w każdym oddziale.

Wpływ długości linii nN i przekroju przewodów na awaryjność tych linii

Duży wpływ na awaryjność linii nN mają takie parametry tych linii, jak: przekrój i długość, a ponadto rodzaj materiału, z którego są one wykonane, temperatura otoczenia, wilgotność, zanieczyszczenie powietrza, zwarcia przemijające i inne. Działanie zapobiegawcze – jakie jest podejmowane w tym kierunku – to zwiększanie przekrojów tychże nośników energii, stosowanie materiałów o wyższej przewodności i stosowanie środków zaradczych przeciw pozostałym zagrożeniom. W tab. II i III są podane zmiany długości i przekrojów przewodów linii napowietrznych i kablowych na przestrzeni lat 2009-2013. Jak można wywnioskować z danych przedstawionych w tabelach, ich długości się zmieniają na korzyść krótszych obwodów, dzięki czemu są one mniej narażone na awarie, przeciążenia i występują na nich mniejsze spadki napięć. Co do przekrojów przewodów sieciowych nN, ich wartości w zależności od obciążenia zachowują dopuszczone w energetyce normy wartości, przy czym najniższe przekroje to 25 mm². Ilościowo przewodów o tym przekroju nie przybywa, gdyż nie są już praktycznie przyjmowane do eksploatacji. W sumie w mieście i na wsi w roku 2009 było ich 543,500 km, a w 2013 r. tylko 359,983 km. Im dłuższa linia nN, tym większe jest prawdopodobieństwo jej uszkodzenia. Na terenach wiejskich są one rozległe i rozgałęzione, zaś w mieście ich przebieg wymuszony jest przez gąszcz budynków, obiektów przemysłowych i inne podziemne urządzenia. Obwody są krótkie, a przekroje przewodów i kabli zasilających wyższe, gdyż pobór mocy przez wiele odbiorników skupionych na małym terenie jest wyższy. Chcąc uniknąć komplikacji związanych z dostosowaniem sieci nN do zwiększonego poboru mocy, projektuje się je na wyższe obciążenia. Porównując długości linii nN w przedziaie lat 2009-2011 widać, że wzrosły one z 2871,400 km do 2880,625 km. W roku 2011 (tab. III) po reorganizacji (konsolidacji rejonów energetycznych) długość linii nN wzrosła z 2880,625 km (2012 r.) do 1988,797 km w roku 2013.

Długości obwodów linii niskiego napięcia zmieniają się na korzyść obwodów krótszych o większej obciążalności, gdyż pobór mocy przypadający na jednego mieszkańca wzrasta (komputery, laptopy, urządzenia kuchenne, mechanizacja w gospodarstwach domowych, itp.). W następstwie wzrostu poboru energii elektrycznej sieci elektroenergetyczne są ciągle modernizowane i dostosowywane do wzrastających potrzeb ich użytkowników.

TABELA II. Długości obwodów linii napowietrznych w mieście i na wsi w jednym z rejonów energetycznych w latach 2009-2013:

TABELA III. Przekroje przewodów linii napowietrznych niskiego napięcia w jednym z rejonów energetycznych w latach 2009-2013: