Tilstandskontroll av kraftledninger. Grovanalyse av risikoen Forsker Steinar Refsnæs
Grovanalyse En enkel grovanalyse av risikoen, kan gi oversikt over: aktuelle feil / svikttyper (hva kan skje?) mulige årsaker (hvorfor?) de viktigste problemene (hvor ofte og hvor alvorlig)
Grovanalyse, forts Dette kan i noen tilfeller være et godt nok beslutningsgrunnlag eller det kan klarlegge behovet for mer informasjon gjennom tilstandskontroll og mer detaljerte risikoanalyser. På denne måten kan man lettere vurdere behovet for ulike tiltak som kan begrense konsekvensene. Som utgangspunkt for undersøkelsen bør en vurdere: Skader som er kjent gjennom tidligere erfaring med lignende utstyr Årsaksforhold som kan påvirke komponentenes kapasitet manglende kravspesifikasjon spesielle montasjemetoder korrosjonsmiljø, strømbelastning, overspenninger spesielt utsatte system, osv.) De viktigste problemene (sannsynlighet, konsekvenser)
Skader som er kjent gjennom tidligere erfaring med lignende utstyr
Skader som er kjent gjennom tidligere erfaring med lignende utstyr, forts Svikt kan eksempelvis gi seg til kjenne på følgende måter: Trådbrudd i eller like utenfor kontakt- eller hengeklemmer Utglidning av line Sprekker i klemmer og hylser Korrosjon Mørk line nær kontakten Høy resistans og temperatur Råteskader
Liner under hengeklemme Er det spenn med stor sannsynlighet for vibrasjoner, som kan gi utmattingsbrudd i spesielt utsatte hengeklemmer?
Liner under bendsling Er det mastepunkt med tette bendslinger eller plasthylser, som kan gi økt korrosjon og utmattingsbrudd under bendslingen?
Liner under avspenningsklemmer Finnes det lange looper i vindutsatte områder som kan gi pendelbevegelser, slitasje, korrosjon og linebrudd i loopen?
Liner Er det linjestrekninger utsatt for kraftig saltforurensning, som kan gi innvendig korrosjon i stålaluminiumlinene?
Liner Er det strekninger hvor det kan være langsgående riper på linen pga: dragning langs bakken slitasje i blokkene?
Liner Er det spesielle punkt på linjen hvor linen under montasje ble påført flere sår som senere kan ha ført til innvendig slitasje, vekselstrømskorrosjon og trådbrudd?
Liner Kan linene ha burdannelse, som kan gi slitasje og korrosjon pga. ising eller uheldig oppstrekking av linen?
Liner Benyttes det froskekjeft under oppstrekkingen, som kan føre til sprekkdannelse og utmattingsbrudd ved vibrasjon?
Oppheng Er det vindpåkjente master med lett bæring som kan gi slitasje og brudd i opphengsboltene?
Stolper Kan det være råte i de kreosotimpregnert stolpene?
Kjente skader på trestolper Er det stolper som kan ha avskalling på grunn av vibrasjoner eller lynnedslag?
Kjente skader på trestolper Er vi plaget av hakkespettangrep som kan gi mekaniske svekkelser og råte?
Kjente skader på trestolper Har vi maurangrep i stolpene?
Kjente skader på trestolper Er det mastetopper med manglende topphette?
Kontaktklemmer Har vi korte loopklemmer som ikke omslutter linen? Monteres klemmene i loopens laveste punkt?
Kontaktklemmer Brukes det tape eller annen bendsling på kontaktflatene i klemmer?
Lineskjøt, eksplosjonsarmatur Har vi skjøter som er sårbare for feilmontasje?
Forankringsstag Er det forankringsmaster eller selvbærende master som mangler bardunisolator, slik at det kan oppstå korrosjon staget?
Linjerydding Er det på tide med linjerydding?
Feil / svikt Plutselig svikt gir havari uten forvarsel og er umulig å forutsi ved tilstandskontroll ( trefall, is, vind, overspenning osv.). Gradvis svikt karakteriseres av en periode hvor slitasje, korrosjon, råte og lignende fører til brudd i komponenten / systemet.
Innkjøringsfeil Funksjonsegenskapene kan endres pga. feil montasje og gi umiddelbare feil eller akselerere nedbrytningen Kan dette skyldes: Manglende opplæring? Dårlig kravspesifikasjon / montasjeveiledning? Manglende kvalitetskontroll? Skadenivå Montasjefeil på kontakt med god korrosjonsholdfasthet Skadegrense Initieringsfase Utviklingsfase Alder
Innkjøringsfeil Viser driftserfaringen at det har oppstått plutselige og uforutsette hendelser på et tidlig stadium? Kan dette skyldes at : Det er brukt komponenter som ikke tilfredstiller kravspesifikasjonen angitt i normer og forskrifter, R d? Last / Kapasitet Skadegrense, Qd R o Q Tid
Plutselig svikt Har det oppstått plutselige og uforutsette hendelser på relativt nye linjer under uvær? Overlast eller ekstreme laster (Q) har overskredet den dimensjonerende kapasiteten R d? Kan årsaken være: Feildimensjonering slik at kapasiteten er for lav? Underestimerte miljø- og driftslaster (Q) pga. is, vind, overspenninger, strømbelastning og lignende? Last / Kapasitet Rd Q Tid
Gradvis svikt Er det områder i nettet med uventet kraftig, gradvis nedbrytning i form av slitasje, korrosjon, råte osv.? Anlegget tilfredsstiller ikke kravene når den dimensjonerende lasten Q d overskrider den gjenværende kapasiteten (Q d > R) Kan dette skyldes at : Komponentene er lite egnet i det aktuelle miljøet? Er komponentens egenskaper som bestilt? Er systemarrangementet slik at nedbrytningshastigheten akselereres? Last / Kapasitet Qd R Tid
Gradvis svikt og varierende påkjenninger Har det oppstått svikt etter en lang periode hvor materialegenskapene (R) har blitt endret pga. korrosjon, råte, slitasje osv? Havari oppstår når lastene (Q) overskrider gjenværende kapasitetet; Q R Kan dette skyldes: Lokale og uforutsett høye miljø- og driftslaster (Q), som is, vind, overspenning. Manglende skogrydding? Kraftig aldring som ikke er oppdaget pga. utilstrekkelig tilstandskontroll og vedlikehold? Last / Kapasitet Skadegrense, Qd R Q Tid
Økte driftspåkjenninger Har det oppstått svikt på et tidligere tidspunkt og er feilhyppigheten større enn forventet pga. økt strømbelastning? Dette kan skyldes at Virkelig overføringskapasitet ikke er dokumentert ved tilstandskontroll Økt strømbelastning har gitt akselerert nedbrytningen
Korttidslast Ledningsnettet har høyere kapasitet ved korttidslast pga. termisk treghet i systemet, men har det vært tilfeller av uforutsett svikt i nettet ved stor korttidslast? Dette kan skyldes: Manglende dokumentasjon på at kapasiteten ved korttidslast har endret seg over tid
Sannsynligheten for svikt over tid Total feilrate kan antas å være en sum eller kombinasjon av montasjefeil, dårlige komponenter, tilfeldige feil og gradvis nedbrytning Sviktintensitet Innkjøring Vanlig drift Redusert kapasitet Total sviktintensitet Gradvis nedbrytning Tilfeldige feil Last / Kapasitet Last / Kapasitet R o Skadegrense, Qd Q Rd Q Last / Kapasitet Skadegrense, Qd Q R Tid Tid Tid
Årsaksforhold som kan påvirke komponentenes kapasitet
Årsaker, forts Aldringshastighet Arv? Systemarrangement Montasje Vedlikehold Valg av komponenter eller Miljø? Systemarrangement / konstruksjon Mastekonstruksjon Høyde over mark Spennlengde Faseavstand Redundans Ledningssystem Linetype Kontaktforbindelser Drifts- og miljøpåkjenninger Forurensning Is Vind Nedbør Lufttemperatur Termisk belastning Lyn Kortslutning Montasje / vedlikehold Komponentenes egenskaper Last,[ kn ] Tøyning,[ m m ] Mekanisk holdfasthet Elastisitetsmodul Sigeegenskaper Egendemningsevne Utmattingsegenskaper Korrosjonsegenskaper Mikroklima for korrosjon, råte, slitasje osv. Egenskapene endres pga ulike nedbrytningsmekanismer
Årsaker, forts Ulike former for midlertidig eller permanent belastning kan føre til feil/svikt. Elektriske påkjenninger kan oppstå som partielle utladninger, lysbuer og overspenninger. Termiske prosesser kan oppstå pga. elektriske tap i klemmer og skjøter eller ved langvarige kortslutningsstrømmer. Mekaniske påkjenninger på master, liner og skjøter kan være permanente eller midlertidige (snø, is, vind, vibrasjon, osv.). Miljøpåkjenninger som omfatter atmosfærisk forurensing Menneskelige årsaker kan være dårlig utført montasje, dårlig kvalitetskontroll, feil prosedyrer, feil montasjeverktøy, dårlige montasjeanvisninger og uheldig komponentvalg. Kombinerte påkjenninger opptrer når kraftledningen blir utsatt for flere av de ovennevnte påkjenningene samtidig.
Årsaker, forts System Hvilke linjer og systemarrangement er kritiske?
Årsaker, forts Komponenter Hvilke komponenter er kritiske og mest sårbare med hensyn til montasje, miljø- og driftspåkjenninger?
Årsaker, forts Miljø Er det spesielle områder i nettet som utsettes for ekstraordinære drifts- og miljøpåkjenninger? Korrosjon Lyn Kortslutninger Strømbelastning Is Vind Temperatur
Sto rsan nsyn lighe t for kor osjon A M idel s ko ros ivitet Lako vrosi vitet B C D Kra iul ftleike dnin ger Atmosfærisk korrosjonsmiljø Hvilket korrosjonsmiljø er det i forsyningsområdet? Er det områder med mye saltforurensning som kan gi problemer? Linekorrosjon Kontaktproblemer i klemmer Redusert isolasjonsholdfasthet Er det spesielle områder som bør prioriteres? Traseer Spesielt korrosjonsutsatte komponenter
Lyn Er forsyningsområdet utsatt for stor lynaktivitet? Er det steder med stor sannsynlighet for: Jordfeil? Kortslutninger? Bryterutfall? Kan følgestrømmer resultere i: Brann? Mindre skader på installasjoner, klemmer og skjøter, som kan svikte på et senere tidspunkt?
Islast Er datagrunnlaget for islast i ditt nett like dårlig som ellers i Norge, eller finnes det målinger og erfaringsdata mht. isingsutsatte områder? Er det områder i nettet med stor sannsynlighet for: Kombinerte laster av is og vind? Galoppering i innlandet og i fjellet?
Vind Er det kraftledningsseksjoner eller mastepunkt som er spesielt utsatt for vind?
Miljø for stolperåte
Grunnforholdene Hvordan er grunnforholdene der stolpene står? Dyrket mark? Asfalt og betong inntil stolpen? Skog med næringsrik moldjord? Står det stolper i vann i myrområder? Står de i godt drenert morenejord med sand og grus? Er linjen bygd på fjell?
Trestolpenes klimaavhengige nedbrytning Hvilket klima er det i forsyningsområdet? Mildt kystklima Kaldt klima Råteutvikling uten utskifting [ % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 Alder [ N+i ] N = ca 40 år (origo), N+5år, N+10år, N+15år og 30år Kaldt klima Mildt kystklima
Trestolpenes klimaavhengige nedbrytning Står stolpene høyt over havet? 45 % Råteandel i prosent [%] 40 % 35 % 30 % 25 % 20 % 15 % 10 % 5 % 0 % 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Høyde over havet [m]
De viktigste problemene (sannsynlighet, konsekvenser)
Risikoen Risiko = Sannsynlighet for svikt/feil x konsekvens av svikt/feil Problem at en mangler god statistikk og historisk godt datagrunnlag
Risiko Bruk tilgjengelig kunnskap og erfaring fra montører, befaringsrapporter, feilstatistikk, andre elverk Hvilke linjer er viktigst? Har de sårbare system? Hvor er de største problemene? Hvor er det størst drifts- og miljøpåkjenninger? Hva kan ha skjedd med viktige komponenter? Last Q Strekkfasthet,R m Tid Tøyning LASTVIRKNING,σ d KAPASITET, R t,min
Eksempler på mulig svikt. Komponent Mulig hendelse Mulig årsak Line ved revolveringsmast Line i hengeklemme Utmattingsbrudd i avspenning - og toppklemmene på støtteisolatorene i loopene. Brudd i Al-trådene inne i klemmen Pendling i lange looper. Loddene forsterker bevegelsen i kraftig vind. Utmatting ved vibrasjon i linen Line i avspenning og loopskjøt Linebrudd i loopen Utmatting ved vibrasjon eller pendling av loopen.
Dokumentasjon av resultater Nr Linje Spenn Mast Komponent Hendelse (funksjon) Årsak Gradering fra 1-5 4 Haug- 169 Isolatorkjede Redusert Linge isolasjon 5 Haug- 138 Lineloop i Redusert Linge revolveringsmast bruddstyrke 6 Haug- 150- Linge 169 Line ID Posisjon Sannsynlighet Konsekvens 1 Dalen- 133- Fjøra 148 2 Dalen- 140 Lineoppheng Redusert Slitasje 2 5 Fjøra bruddstyrke 3 Dalen- 1-169 Lineskjøt Dårlig kontakt Korrosjon, 4 5 Fjøra Dårlig skjøt Stolpe Redusert bruddstyrke og ledningsevne Redusert bøyeholdfasthet Korrosjon 2 5 Skuddskade Fasesammenslag 3 2 4 2 Hellende 5 2
Risiko Konsekvens 5 1,2 3 4 3 2 4 5 6 1 0 1 2 3 4 5 Sannsynlighet Risiko = Sannsynlighet for svikt x konsekvens av svikt 1-8 9-16 17-25 Liten risiko Middels risiko Stor risiko