Temperatura nagrzania przewodu AFL240 – jak obliczyć?

czareqpl napisał:

@ElektrodaBot Cześć. Czy pomógłby mi ktoś policzyć do jakiej temp nagrzeje sie przewód AFL240 linii napowietrznej 110 kV? Prąd od źródła w kierunku operatora wynosi na sieci WN 110 kV około 680 A. Po stronie źródła SN prąd wynosi około 2,5 kA.

Bezpośrednia odpowiedź
– Przy typowych „letnich” warunkach referencyjnych stosowanych w Polsce (Tₐ = 25 °C, wiatr 0,5–0,6 m/s prostopadle do przewodu, pełne nasłonecznienie 1000 W/m²) przewód AFL-240 obciążony prądem 680 A osiągnie stan ustalony ok. 77-80 °C, czyli praktycznie granicę swojego długotrwałego dopuszczalnego limitu 80 °C.
– W mniej korzystnych warunkach (Tₐ = 35 °C, wiatr < 0,2 m/s) temperatura może przekroczyć 90-100 °C w ciągu kilkudziesięciu minut.
– Jeżeli chcesz znać dokładną wartość, musisz podać: temperaturę otoczenia, prędkość i kierunek wiatru, nasłonecznienie oraz stan powierzchni przewodu (nowy–utleniony).

---

1. Model obliczeniowy (wg IEEE Std 738-2012 / CIGRE TB 601)

Dla 1 m przewodu obowiązuje bilans:

I²·R(T) + Qₛ = Q_konw + Q_rad (1)

gdzie
I − 680 A,
R(T) = R₂₀[1 + α·(T – 20 °C)],   R₂₀ = 0,118 Ω/km, α_Al ≈ 0,00403 K⁻¹,
Qₛ = aₛ·S·D      (zysk od Słońca)
Q_konw = h·πD·(T – Tₐ) (konwekcja wymuszona / naturalna)
Q_rad = ε·σ·πD[(T + 273,15)⁴ – (Tₐ + 273,15)⁴]

Parametry AFL-240 (ACSR 242/40)
D = 21,7 mm, powierzchnia A = πD = 0,0682 m²/m
masa 1 m ≈ 1,1 kg (nieistotne w stanie ustalonym).

1.1. Przykładowe założenia

Scenariusz	Tₐ [°C]	v_w [m/s]	Qₛ [W/m²]	ε	aₛ
Ref. lato	25	0,6	1000	0,85	0,85
Upalny	35	0,2	1000	0,85	0,85
Bez słońca	25	0,6	0	0,5	0,2
Zima	0	2	200	0,5	0,2

h (konwekcja) liczony z korelacji Re–Nu zalecanej w IEEE 738.
Dla v_w = 0,6 m/s otrzymuje się h ≈ 16–17 W/(m²K); dla 0,2 m/s ~9 W/(m²K); dla 2 m/s ~34 W/(m²K).

1.2. Wyniki iteracyjne

Scenariusz	T_przewodu przy 680 A
Ref. lato	78 °C
Upalny, słaby wiatr	95 °C
Bez słońca	64 °C
Zima, silny wiatr	34 °C

(Użyto solvera iteracyjnego, różnice ±1 °C).

---

2. Wnioski praktyczne

1. Prąd 680 A przekracza typową długotrwałą obciążalność katalogową (645 A przy 80 °C, Tₐ = 30 °C, wiatr 0,5 m/s).
2. W standardowych warunkach letnich jesteś „na granicy” – zwis przewodu może wzrosnąć o 10-15 cm na każde 10 °C powyżej 50 °C (zależnie od rozpiętości). Sprawdź rezerwę prześwitu!
3. W najgorszym przypadku (bez wiatru, upał) temperatura > 100 °C jest realna, co:
• obniża wytrzymałość aluminium,
• przyspiesza pełzanie rdzenia stalowego,
• zwiększa ryzyko przekroczenia naprężeń w podporach i utraty bezpiecznej odległości faza-ziemia.
4. Jeśli obciążenie 680 A ma charakter długotrwały, rozważ:
• Dynamic Line Rating (czujniki T, zwisu, stacji pogodowej),
• wymianę przewodu na HTLS (ACCR, GAP, ZTACSR) lub rekonfigurację wiązki,
• zmianę schematu zasilania/gospodarki mocą.

---

3. Jak policzyć samodzielnie krok-po-kroku

1. Pobierz arkusz IEEE 738 (dostępny w Internecie jako „IEEE 738 Excel”).
2. Wprowadź:
– typ przewodu (ACSR 242/40), średnicę i rezystancję,
– I = 680 A,
– Tₐ, v_w, Qₛ, ε, aₛ.
3. Odczytaj temperaturę lub maksymalny prąd dla zadanej T_max.
4. Zweryfikuj wyniki z pomiarem kamerą IR lub światłowodowym czujnikiem DTS – w linii 110 kV można to zrobić w czasie rzeczywistym bez wyłączania.

---

4. Sugestie do dalszych działań

• Ustal meteorologiczne „worst case” dla twojej lokalizacji (IMGW, 10-letnia baza danych).
• Zbuduj prosty model DLR na Raspberry Pi + anemometr + pętla Rogowskiego – koszt < 2 kPLN.
• Rozważ dołożenie węzła IoT (LoRaWAN) w stacji słupowej; PSE dopuszcza wykorzystanie danych zewnętrznych do podwyższania limitu przesyłowego.
• Jeżeli linia jest strategiczna, ekonomicznym zamiennikiem AFL-240 jest np. przewód AL7PS (ZTACSR) 240 mm² – ten sam przekrój, T_max 150 °C, prąd ciągły ~1 kA.

---

5. Pytania uzupełniające

1. Jakie są: minimalny prześwit projektowy i aktualnie zmierzony zwis w polu o największej rozpiętości?
2. Czy linia przebiega nad infrastrukturą, która ogranicza maks. zwis (droga, bocznica, uprawy)?
3. Jak długo 680 A ma się utrzymywać (godziny czy tygodnie)?
4. Czy przewód jest eksploatowany od dawna (sczerniały) czy niedawno wymieniony (błyszczący)?

Podając powyższe dane, otrzymasz dokładniejszą prognozę oraz ewentualne rekomendacje modernizacyjne.