V Sloveniji je več kot 45.000 kilometrov električnih vodov napetosti 400 voltov, torej nizkonapetostnih, od tega približno polovica v nadzemni izvedbi. Električne vode nad 1000 voltov delimo po napetostnih nivojih na srednjenapetostne (napetosti od 10 do 35 kV) in visokonapetostne (od 110 do 400 kV). Prvih je v Sloveniji okoli 18.000 kilometrov, od tega 70 odstotkov v nadzemni izvedbi, drugih okoli 3800 kilometrov, od tega jih je več kot 99 odstotkov v nadzemni izvedbi. Samo pet kilometrov je visokonapetostnih kablovodov. V slovenskem elektroenergetskem omrežju je torej skupaj 66.800 kilometrov električnih vodov, od tega 38.800 kilometrov v nadzemni izvedbi. Med 38.800 kilometrov nadzemnih električnih vodov je okoli 16.000 kilometrov srednje- in visokonapetostnih, torej takih, ki jih imenujemo daljnovodi. Eles kot sistemski operater prenosnega omrežja Slovenije skrbi za 2843 kilometrov visokonapetostnih daljnovodov oziroma 2060 kilometrov daljnovodnih tras. Distribucijska elektro podjetja, teh je v Sloveniji pet, pa skrbijo za srednjenapetostne daljnovode v dolžini več kot 10.000 kilometrov in okoli 800 kilometrov visokonapetostnih 110 kV daljnovodov.
Prvi daljnovodi
Zgodovina daljnovodov sega v obdobje začetkov uporabe električnega toka. Prvi trifazni daljnovod izmeničnega toka napetosti 15 kV med nemškima mestoma Lauffen in Frankfurt na razdalji 177 kilometrov, ki je poskusno začel delovati 25. avgusta 1891, za svetovno razstavo v Frankfurtu, je bistveno vplival na zmago izmeničnega toka nad enosmernim in odigral ključno vlogo pri nadaljnji poti svetovne elektrifikacije. Odlični tehnični rezultati prvega daljnovoda na trifazni izmenični tok v Nemčiji so prepričali lorda Kelvina, takratno svetovno avtoriteto s področja naravoslovja in predsednika komisije za odločitev o gradnji Niagare (Power Station 2), da je za prenos moči najbolj primeren večfazni izmenični tok. Po zgraditvi prve velike svetovne hidroelektrarne na Niagari leta 1895 in leto kasneje daljnovoda za prenos moči v mesto Buffalo v državi New York, je bila določena smer razvoja električnih sistemov, kot jih poznamo danes.
Prvi trifazni izmenični daljnovod se pojavlja na Slovenskem v letu 1897, ko je bila zgrajena hidroelektrarna ob Fužinskem gradu na Ljubljanici, vendar je ta industrijski daljnovod napetosti 3000 voltov (3 kV) predstavljal le prenos moči do papirnice Vevče oziroma interni industrijski daljnovod. Prvi pravi daljnovodi z razpletom omrežja do odjemalcev so nastali leta 1915 na Gorenjskem, zato to leto velja za začetek gradnje slovenskega daljnovodnega omrežja.
Po prvi svetovni vojni in začetku obratovanja prve hidroelektrarne na Dravi, HE Fala, ki je bila izjemno velika elektrarna za evropske razmere tega časa, so na Štajerskem od HE Fala do Laškega zgradili prvi daljnovod napetosti 80.000 voltov (80 kV). Štajerski projekti so bili grajeni z zasebnimi vlaganji, medtem ko so bili projekti Kranjskih deželnih elektrarn financirani z javnimi sredstvi. V obdobju med obema vojnama je potekal nenehni boj za odjemalce in koncepte razvoja med tema dvema konkurentoma, javnim in zasebnim. Združila sta se šele leta 1938. Med nemško okupacijo leta 1943 pa so zgradili prvi 110 kV daljnovod.
Po drugi svetovni vojni in intenzivni elektrifikaciji se hitro razvija 110 kV omrežje, od leta 1966 se nadgradi z 220 kV, leta 1976 pa je Slovenija dobila omrežje z najvišjo napetostjo, 400 kV. V letih od 1975 do 1989 je bilo slovensko elektrogospodarstvo združeno, ravno v tem obdobju pa je bilo zgrajenih največ elektrarn, daljnovodov in transformatorskih postaj. Takrat je bila večinoma postavljena sedanja infrastruktura elektrogospodarstva, ki je v zadnjih dvajsetih letih omogočila zelo kakovostno oskrbo Slovenije z električno energijo. Po številu in trajanju izpadov električnega toka je bila Slovenija v času od 1975 do 1989 nad evropskim poprečjem.
Žile sistema
Daljnovodi predstavljajo nekakšno ožilje elektroenergetskega sistema in jih je najlažje razumeti z analogijo s človeškim telesom. Enako kot pri človeku se v razvitem elektroenergetskem sistemu pojavljajo bolezni, infarkti, delni ali popolni mrki, ki so večinoma pogojeni s stanjem omrežja (ožilja). Najpogostejši razlog za razpade elektroenergetskih sistemov so prav daljnovodi in dogajanja okrog teh. Omrežje je struktura povezav z daljnovodi ali kablovodi med različnimi vozlišči, ki so lahko elektrarne, transformatorske postaje, veliki ali mali odjemalci električnega toka. Omrežja visokonapetostnih električnih povezav imenujemo prenosna omrežja, ta pa imajo 95 odstotkov povezav med vozlišči z daljnovodi. Distribucijska ali razdelilna omrežja imenujemo omrežja, ki vsebujejo srednjenapetostne in nizkonapetostne električne povezave, v njihovih vozliščih pa so transformatorske postaje oziroma manjše elektrarne. Pri distribucijskih omrežjih na srednji in nizki napetosti je znatno večji delež podzemnih izvedb povezav v obliki kablovodov. Nizozemska je edina evropska država, ki ima celotno srednjenapetostno omrežje pod zemljo – v kabelski izvedbi. Tudi v nekaterih drugih evropskih državah je tendenca spraviti čim več srednjenapetostnega omrežja pod zemljo, zlasti na gozdnih območjih. Po zadnji veliki naravni ujmi na Švedskem januarja 2005, ko je bilo uničenih več kot 10.000 kilometrov srednje- in visokonapetostnih daljnovodov, so sprejeli odločitev intenzivnega kabliranja srednjenapetostnih in 110 kV daljnovodov. Ko so pred petnajstimi leti v Franciji začeli z zamenjavo 75.000 kilometrov srednjenapetostnih daljnovodov za podzemno izvedbo, so naleteli na velik odpor kmetov, ki so imeli rajši nadzemne izvedbe kot podzemne, saj so se bali možnih poškodb kablov pri oranju ali drugih delih na zemljiščih.
Že v začetnem času elektrifikacije na Slovenskem je bilo zaznati strah ljudi pred nevidno elektriko. Tako je v časopisih iz tega časa najti zapise o bojazni nekaterih občin pred postavitvijo drogov za elektriko ob vaških poteh – bali so se, da bo nevidna elektrika ljudi ubila. Kasneje, vse do sedemdesetih let 20. stoletja, torej v obdobju najbolj intenzivne elektrifikacije, ni bilo odpora do gradnje daljnovodov, nasprotno, nastalo je pravo tekmovanje, katera vas bo prej dobila električni tok. Šele v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja se prvič pojavijo pomisleki o vplivih daljnovodov na okolje in predvsem na ljudi.
Danes je vsepovsod po razvitem svetu prisoten odpor proti gradnji daljnovodov najvišjih napetosti. Zanimivo je, da se v Evropi že leta 1930 porajajo ideje o panevropskem električnem povezovanju in že takrat so določili napetost 400 kV kot najvišjo napetost tega povezovalnega omrežja. Omejitev za ta nivo napetosti je bil hrup – meja hrupa je bila določena pri 55 decibelih. Kasneje je bilo zgrajeno evropsko povezovalno omrežje prav napetosti 400 kV. Na območju Vzhodne Evrope (Madžarska, Poljska, Romunija, Bolgarija, Rusija, Ukrajina) so zgradili tudi 750 kV daljnovode, ki naj bi služili napajanju teh držav iz rusko-ukrajinskih jedrskih elektrarn. Ta koncept se je kasneje spremenil. Za razliko od naseljene Evrope na drugih celinah obstajajo daljnovodi za napetosti tudi nad milijon voltov. ZDA in Kanada imata daljnovode napetosti 735 kV, Kitajska 1000 kV, Rusija v Sibiriji 1150 kV, Japonska 1000 kV.
Konstrukcija daljnovodov
Daljnovod je kajpada gradbeni objekt, ki ga sestavljajo temelji, podpore, vodniki, izolatorji in obesni materiali. Njegove električne značilnosti so odvisne od vodnikov in izolatorjev, mehanske značilnosti pa določajo podpore (drogovi, stebri) in njegovi temelji. Izhodišče pri načrtovanju daljnovoda so želeni prenosna moč, napetost, mehanska zanesljivost in pomembnost daljnovoda. Gre v bistvu za tehnično-ekonomsko optimizacijo. Na osnovi izkušenj in analiz tveganj se določa zanesljivostni razred, ki je seveda povezan z ekonomskimi parametri. Kolikor mehansko močnejši oziroma tokovno zmogljivejši je daljnovod, toliko višji je njegov investicijski strošek.
Vodniki daljnovoda so kovinski materiali iz aluminija in aluminijevih zlitin (včasih so bili bakreni), ki so v jedru ojačani z jeklom ali drugim trdnim materialom. Ker se vodniki pod obtežbo (žled, visoke termične obremenitve) obesijo in na razpetini ustvarjajo povesno verižnico, so novi materiali, ki imajo zelo majhen termični raztezek in veliko mehansko trdnost, zelo zaželeni, saj omogočajo višje obremenjevanje daljnovoda, ne da bi se vodniki povesili pod dovoljeno varnostno mejo. Pri določeni gostoti toka se vodniki segrevajo do maksimalno dovoljene meje, ki je tudi standardizirana glede na vrsto uporabljenega materiala za vodnike. Pri standardnih vodnikih je meja segrevanja 80 stopinj Celzija, pri novih materialih tudi do 250 stopinj Celzija. Novi materiali za vodnike so tudi precej dražji.
Maksimalni tok vodnika ni enoumno določen in je odvisen tudi od vremenskih pogojev v okolici vodnika oziroma možnosti hlajenja vodnika. Če na primer piha veter pravokotno na vodnik, so pogoji hlajenja mnogo boljši in možnosti obremenjevanja daljnovoda večje. Ker se ti okoljski pogoji stalno spreminjajo, se tudi stalno spreminja možna meja obremenjevanja daljnovoda. Daljnovod je torej po svojih zmogljivostih zelo dinamična naprava. Vendar, ker daljnovod poteka po območjih različnih klimatskih pogojev, se za stacionarno stanje upoštevajo tako imenovani najslabši pogoji. Najslabši pogoji za zmogljivosti vodnika so brezvetrje, visoka temperatura okolice in zelo sončno vreme.
Poleg zunanjih pogojev na mejne vrednosti daljnovoda vplivajo tudi obratovalne razmere v zazankanem električnem omrežju. Pri visokonapetostnih daljnovodih igra pomembno vlogo tudi tako imenovana jalova moč, ki kroži med virom in ponorom z dvojno frekvenco in predstavlja oviro pri aktivnem delovanju daljnovoda. To si lahko predstavljamo kot holesterol v človeškem ožilju. Ima dobro in slabo lastnost. Preveč jalove moči lahko zamaši daljnovod in povzroči napetostne probleme ter posledično razpad sistema.
Optimizacija gradnje daljnovodov torej sloni na optimiranju električnih, mehanskih, ekonomskih in zanesljivostnih parametrov. Zaradi mehansko močnejših konstrukcij daljnovodov se lahko ti upirajo mnogim naravnim ujmam, a to pomeni tudi gradnjo dražjih daljnovodov. Novi evropski standardi za gradnjo daljnovodov predvidevajo za vsaj 30 odstotkov mehansko močnejše konstrukcije daljnovodov, kar je tudi odgovor na klimatske spremembe, s katerimi se soočamo. V Sloveniji je treba čim prej sprejeti nove evropske standarde za gradnjo daljnovodov in več pozornosti posvetiti tehnični zakonodaji. Na področju gradenj in obnove srednjenapetostnega omrežja je treba vložiti veliko več sredstev v gradnjo tega omrežja in po možnosti graditi podzemne vode (kablovode) na občutljivejših območjih.
Mag. Krešimir Bakič je član mednarodnega študijskega komiteja za nadzemne vode, razvoj in ekonomijo elektroenergetskih sistemov CIGRE.V tokratni rubriki Objektivno (stran 24) prikazujemo, kako je žledolom v začetku tega tedna ohromil slovenski elektroenergetski sistem.
