Lujuuskoordinaatio voimajohtojen suunnittelussa ja rakentamisessa

Abstract

Voimajohtojen lujuuskoordinaatiolla pyritään minimoimaan vikojen tai vaurioiden aiheuttamien häiriöiden kesto ja kustannukset. Tätä toteutetaan suunnittelussa komponenttien mekaanisten lujuuksien koordinoinnilla ja eri kertoimilla voimajohdon kuormiin ja komponenttien materiaaliominaisuuksiin. Rakentamisvaiheessa lujuuskoordinaatio voidaan todeta eri komponenttien käyttöasteita vertailemalla.

Tässä diplomityössä perehdyttiin voimajohtojen suunnittelua ja rakentamista Suomessa ohjaavaan standardiin SFS-EN 50341-1, sen kansalliseen liitteeseen SFS-EN 50341-2-7 sekä vertailun vuoksi käytännöllisempää tietoa aiheesta tarjoaviin kansainvälisiin julkaisuihin. Näiden pohjalta tutkittiin lujuuskoordinaation toteutumista Suomen kantaverkkoyhtiö Fingrid Oyj:n voimajohtojen suunnittelussa ja rakentamisessa. Työssä perehdyttyjen vika- ja vaurioraporttien perusteella Fingridin voimajohdoilla on toimiva lujuuskoordinaatio, mistä johtuen toimeksiantaja halusi tässä työssä tarkastettavan myös mahdollisen voimajohtokomponenttien ylimitoituksen määrän. Työssä perehdyttiin tarkemmin esimerkkinä voimajohtohanke Metsälinjaan, mistä mahdollisesti saataisiin kehityskohtia tulevaisuuden hankkeisiin.

Työn tuloksina todettiin, että Fingridin voimajohtosuunnittelussa lujuuskoordinaatiota toteutetaan eurooppalaisen standardin mukaan osavarmuusluvuilla kuormissa ja materiaaliominaisuuksissa. Rakentamisvaiheessa voimajohtokomponenttien mekaanisissa lujuuksissa todettiin olevan paikoin paljonkin marginaalia käyttöasteissa johtuen esimerkiksi suunnittelun standardiratkaisuista ja komponenttikatalogien suppeudesta. Lujuuskoordinaation perusperiaatteen toteutuminen on kuitenkin hyvällä tasolla Fingridin voimajohtotoiminnassa.

Työn lopussa pohdittiin ilmastonmuutoksen myötä muuttuvien ilmastollisten kuormien vaikutuksia voimajohtoihin. Voimajohtokomponenttien lujuuksissa oleva marginaali riittänee, mutta tulevaisuudessa mitoitusperiaatteita voidaan joutua muuttamaan.

Strength coordination aims to minimize the costs and duration of disruptions on transmission lines. In the design of overhead transmission lines, it is implemented by coordinating the strengths of different components and by applying factors to component material properties and line actions. In the construction phase the strength coordination may be verified by comparing usage rates of the line components.

The European standard SFS-EN 50341-1 and its national normative aspects SFS-EN 50341-2-7 guide the design and construction of transmission lines in Finland. Along with these standards this thesis is based on international publications that provide more practical approach on the subject. The subject of this thesis was to investigate how strength coordination is implement-ed in the design and construction in the Finnish transmission network owned and managed by Fingrid Oyj. Indicated by the examined disruption reports Fingrid’s lines perform very well regarding strength coordination which rose the concern if the line components are overengineered. The subject was studied with a case line project, Metsälinja, with an intention to improve future projects.

This thesis found that the design of Fingrid’s transmission lines implement strength coordination as it is recommended in the European standard, by using partial factors in the loads on the lines and material properties of the components. Investigation of construction documents and test reports indicated some line components’ usage rates of mechanical strength were quite low. This turned out to be a result of standardization of line design and limited component catalogues. However, the main principle of strength coordination is realized in Fingrid’s transmission line operations.

This thesis also briefly considers the possible effects of changing climatic load cases caused by the climate change to the transmission lines. Most line components’ usage rates in strengths allow increasing climatic loads to some extent but design criteria may need to be updated some-time in the future.