CONSIDERAŢII GENERALE PRIVINDSISTEMUL ELECTROENERGETIC NAŢIONAL
Ansamblul instalaţiilor electroenergetice interconectate, situate pe teritoriul unei ţări, prin care serealizează producerea, transportul, distribuţia şi utilizarea energiei electrice constituie un sistemelectroenergetic naţional.
Conducerea prin dispecer a sistemelor electroenergetice are drept scop exploatarea coordonată ainstalaţiilor şi echipamentelor componente, în vederea: alimentării consumatorilor în condiţii de siguranţă, calitate şi eficienţă economică; utilizării raţionale a resurselor energetice; asigurării unui echilibru permanent producţie-consum; reglării schimburilor comerciale cu ţările vecine; coordonarea regimurilor de funcţionare şi a manevrelor în regim normal şi de avarie.
PĂRŢI COMPONENTE
Centralele electrice
Un sistem electroenergetic este constituit din surse de energie electrică, reţele electrice detransport şi distribuţie, precum şi consumatori de energie electrică.
Ansamblul de instalaţii, construcţii şi echipamente care are drept scop producerea energieielectrice constituie o centrală electrică.
La nivelul anului 2007 sistemul energetic naţional al României însuma o putere instalată decirca 22 GW, repartizată după cum urmează: 40,4% în centrale funcţionând pe cărbune; 28,6% în centrale hidroelectrice; 27,6% în centrale funcţionând pe hidrocarburi; 3,4% în centrala nucleară de la Cernavodă.
Reţelele electrice
O reţea electrică este constituită din laturi (linii electrice) şi noduri (staţii electrice). În cadrulSEN, reţele electrice îndeplinesc funcţii de transport şi distribuţie a energiei electrice.
Reţelele electrice de transport (RET) sunt reţele de înaltă tensiune (de 220 kV şi mai mult) princare se transportă la distanţă puteri electrice importante.
În România, reţelele de transport exploatate de Compania Naţională TRANSELECTRICA sunt de(750) - 400 - 220 kV, totalizând o lungime de peste 8.000 km. Prin dezvoltarea reţelelor de transportde 220-400 kV, reţelele de 110 kV şi-au schimbat rolul iniţial, îndeplinind în prezent funcţii dedistribuţie zonală a energiei electrice.
Reţelele electrice de distribuţie (RED) sunt reţele prin care se transmite energia electrică înzonele de consum şi se distribuie la consumatori.
Reţelele de distribuţie pe care se bazează funcţionarea Societăţii Comerciale ELECTRICA,funcţionând la tensiuni sub 110 kV inclusiv, au o lungime totală de peste 18.500 km.
Aproximativ 12% din puterea produsă în centralele electrice se „pierde” în reţelele de transport şidistribuţie
Staţiile electrice sunt noduri în SEN care cuprind extremităţile liniilor electrice, legăturiconductoare, aparataj electric şi electronic, clădiri şi eventual, (auto)transformatoare de forţă. Dupălocul de amplasare în cadrul SEN staţiile electrice sunt staţii de evacuare (centrală) sau staţii de sistem.
2
Fig. 1.1. Locul staţiilor electrice în cadrul sistemului energetic naţional
Staţiile electrice se clasifică după funcţii realizate în cadrul SEN: staţii de evacuare (staţii de centrală): au funcţia de a transfera în SEN energia electrică produsă în
centralele electrice fără a alimenta direct vreun consumator; staţii conexiune: sunt destinate primirii şi distribuirii energii electrice, la aceeaşi tensiune şi
frecvenţă; staţiile de conexiuni de medie tensiune, destinate alimentării unor posturi detransformare constituie puncte de alimentare;
staţii de transformare: prin intermediul transformatoarelor este modificată tensiunea (staţiiridicătoare sau coborâtoare), fiind posibilă interconectarea mai multor reţele de diferite tensiuni;
staţii de distribuţie au funcţia de a alimenta direct consumatorii; staţiile de distribuţie carerealizează transformarea energiei la o treaptă de joasă tensiune ( 1 kV) sunt cele mai numeroaseşi constituie categoria posturilor de transformare;
staţii de conversie: prin intermediul convertizoarelor, curentul alternativ este convertit în curentcontinuu sau după o nouă conversie în curent alternativ cu alţi parametri.
staţii cu funcţii multiple îndeplinesc cel puţin două din funcţiile prezentate.Din totalul de peste 950 staţii de tensiune nominală 35 ... 750 kV existente în SEN, circa 90% sunt
de 110 kV, în SEN fiind în funcţiune peste 65.000 posturi de transformare, totalizând o putere instalatăde peste 23.000 MVA.
SE1
SE6/220; 400 kV
SC220; 400 kV
ST400/220 kV
400/750 kV, 50 Hz
ST
220/110 kV
SCON
220; 400 kV
ST
110/20 kV, 50 Hz
SE2
20 kV cc
SCON20 kV, 60 Hz
ST110/10 kV
220; 400 kV
SC(PA)
10 kV
SD(PT)
10/0,4 kV
SD(PT)
10/0,4 kVP < 1 MW
SD(PT)
10/0,4 kVP < 0,6 MW
ST(RA)
110/20 kV40…70 MW
SEN
ST750/400 kV, 50 Hz
750 kV, 50 Hz
3
Consumatorii de energie electrică
Consumatorul este o persoană fizică sau juridică ce cumpără energie electrică pe bază de contractpentru uzul propriu sau pentru un subconsumator racordat la instalaţiile sale.
Posibilitatea de a-şi alege furnizorul, consumatorii de energie electrică pot fi: eligibili: cei acreditaţi şi care îşi pot alege furnizorul1 şi pot contracta direct cu acesta energia
consumată, având acces la reţelele de transport şi/sau de distribuţie; captivi: cei care din motive de configurare a reţelei sunt obligaţi să contracteze furnizarea energiei
cu un anumit distribuitor2.
După natura consumului, consumatorii se împart în următoarele categorii: casnici: cei care folosesc energie electrică pentru iluminat şi receptoare din propria gospodărie;
aceşti consumatori reprezintă circa 94% din totalul consumatorilor de energie electrică; industriali şi similari: cei care folosesc energia electrică, în principal în domeniul extragerii de
materii prime, ori al prelucrării materiilor prime, a materialelor sau a produselor agricole, înscopul obţinerii de mijloace de producţie sau bunuri de consum; această categorie reprezintă circa1,5% din totalul consumatorilor;
terţiari (restul ): circa 4,5% din total.
Sarcina sau încărcarea unei staţii electrice exprimă valoarea la un moment dat a puterii saucurentului tranzitat şi arată posibilităţile de alimentare a consumatorilor racordaţi. Curbele de sarcinăse folosesc pentru a pune în evidenţă variaţia în timp a sarcinii.
Fig. 2. Curba de sarcină zilnică
Proiectarea şi exploatarea staţiilor electrice se bazează în mare măsură pe prelucrarea datelor statisticerezultate din curbele de sarcină şi pe evaluările probabilistice de perspectivă.
După puterea contractată (cea mai mare putere medie cu înregistrare orară sau 15 minuteconsecutiv), consumatorii de energie electrică se împart în următoarele categorii: mici consumatori (P < 100 kW, cu excepţia celor casnici): circa 6,4% din numărul total al
consumatorilor; mari consumatori (P 100 kW): circa 0,1% din numărul total al consumatorilor.
După sarcina maximă de durată (cea mai mare putere aparentă medie pe 15... 20 minute)absorbită în punctele de primire a energiei electrice:
Tabelul 1.3. Clasificarea consumatorilor în funcţie de sarcina maximă absorbită
clasa A clasa B clasa C clasa D> 50 MVA 7,5... 50 MVA 2,5... 7,5 MVA < 2,5 MVA
1 persoană juridică, titulară a unei licenţe de furnizare, care asigură alimentarea cu energie electrică a consumatorilor pebază de contract2 persoană juridică, titulară a unei licenţe de distribuţie şi deţinătoare a unei reţele electrice situată într-un anumit perimetru,cu niveluri de tensiune 110 kV, care asigură alimentarea cu energie electrică a consumatorilor situaţi în acest perimetru
6 12 18 24
t
P, Q, I
Capacitatea nominalăde tranzit a staţiei
0
Sarcina maximă dedurată
4
Consumatorii de energie electrică pot avea receptoare electrice sensibile la întreruperi înalimentare, sub acest aspect fiind definite următoarele categorii : categoria zero: întreruperea în alimentare poate provoca explozii, incendii, pierderi de vieţi
omeneşti sau distrugeri grave de utilaje; categoria I: întreruperea în alimentare poate provoca dereglarea unui proces tehnologic în flux
continuu, rebuturi şi pierderi materiale importante prin nerealizarea producţiei şi imposibilitatearecuperării acesteia;
categoria a II-a: întreruperea în alimentare presupune nerealizări ale producţiei pe perioadaîntreruperii, dar acestea pot fi recuperate;
categoria a III-a: restul.
Sub aspectul compatibilităţii electromagnetice în punctul comun de racord cu sistemul dealimentare cu energie electrică, consumatorii pot avea receptoare electrice: perturbatoare: provoacă perturbaţii electromagnetice conduse prin conductoarele reţelelor
electrice (regim deformant, nesimetrii, flicker etc.); sensibile la perturbaţii: la regim nesimetric şi/sau nesinusoidal, la variaţii lente sau rapide ale
frecvenţei sau tensiunii de alimentare etc.; în acelaşi timp, perturbatoare şi sensibile la perturbaţii electromagnetice.
În anul 1999, aproximativ 29,2% din totalul consumului de energie electrică a fost localizat laînaltă tensiune, 32% - la medie tensiune şi 38,8% - la joasă tensiune.
STRUCTURA GENERALĂ A STAŢIEI ELECTRICE
Principalele părţi componente ale unei staţii electrice în sensul cel mai larg sunt:
Instalaţiile circuitelor electrice primare formate din:- echipamentele electrice de înaltă tensiune (110, 220, 400 kV) care pot fi pe un nivel în cazul
staţiilor de conexiune (SC) sau pe cel puţin două nivele de tensiuni în cazul staţiilor detransformare (ST);- echipamentele electrice de medie tensiune (6 – 20 kV);- (auto)transfoarmatoare de putere;- sistemele de racordare şi izolaţie ce asigură legăturile aeriene sau în cablu între
(auto)transformatoarele de putere şi echipamentele electrice de I.T sau m.t.; instalaţiile electrice a circuitelor secundare; blocul de comandă amplasat într-o clădire ce conţine camera de comandă; instalaţiile serviciilor proprii; instalaţiile auxiliare.
Instalaţiile circuitelor electrice primare ale staţiei electrice realizează transferul fluxuluiprincipal de energie. În componenţa lor sunt incluse: întreruptoarele, separatoarele,(auto)transformatoarele de forţă, barele colectoare, conductoarele de legătură, elementele izolatoare,bobinele de reactanţă, transformatoarele de curent şi tensiune, descărcătoarele electrice.
Circuitele primare sunt realizate sub formă de celule.Montajul aparatajului electric în celulă se poate face pentru construcţie fixă sau debroşabilă.În construcţia staţiilor moderne, tendinţa generală este de a utiliza celule prefabricate
Instalaţiile circuitelor electrice secundare deservesc circuitele electrice primare contribuind labuna lor funcţionare. Nu sunt parcurse de fluxul principal de energie şi se caracterizează prin nivelurireduse ale curenţilor şi tensiunii nominale standardizate: In = 5 A (transformatoare de măsură curent),Un = 100 V (transformatoare de măsură tensiune), Un = 220 V cc.
Circuitele electrice secundare se împart în: circuite de comandă care asigură acţionarea locală sau de la distanţă a aparatelor electrice de
comutaţie sau a echipamentelor de reglaj a (auto)transformatoarelor;
5
circuite de control asigură realizarea semnalizărilor, blocajelor electrice pentru evitareacomenzilor (manevrelor) greşite, protecţiilor la avarii, sincronizarea grupurilor.Instalaţiile serviciilor proprii ale staţiilor electrice sunt echipamente electrice de joasă tensiune
care asigură alimentarea consumatorilor proprii tehnologici şi se împart în funcţie de tipulconsumatorilor în: servicii proprii de curent alternativ care cuprind instalaţiile electrice de răcire şi reglaj a tensiunii
(auto)transformatoarelor, instalaţiile electrice de încărcare şi ventilaţie a bateriei de acumulatoare,instalaţiile mecanismelor de acţionare ale aparatelor de comutaţie,
servicii proprii de curent continuu sunt formate din consumatorii staţiei care nu admit întreruperiîn funcţionare, instalaţia de iluminat de siguranţă, unele instalaţiile ale mecanismelor de acţionareale aparatelor de comutaţie.
Instalaţiile auxiliare sunt instalaţii ce concură la buna desfăşurare a activităţilor din staţie şi înacestă categorie se pot menţiona: instalaţia de legare la pământ, instalaţia de protecţie la supratensiuni,instalaţia de aer comprimat, instalaţia de supraveghere şi stingere a incendiilor, instalaţia de iluminat astaţiei, instalaţia de telecomunicaţii.
Planul general al staţiei electrice
Fig. 1.3. Planul general al staţiilor electrice de transformare: a, b, c. cu plecări paralele; d. cu plecări în unghi drept
Soluţia pentru planul staţiei rezultă pe baza unor studii tehnico – economice ce iau în considerarenumeroase criterii care în urma evaluărilor conduc spre varianta optimă.
1 - instalaţie electică exterioară 220 kV;2 - instalaţie electică exterioară 110 kV;3 - instalaţie electică interioară 6-20 kV;4 - bloc de comandă;5 - autotransformator 220/110 kV;6 – transformator 110/20(6) kV
a. b.
c. d.
2. CONDIŢII DE AMPLASARE A STAŢIILOR ELECTRICE
2.1. CONDIŢII GENERALE
Amplasarea staţiilor electrice se face în funcţie de factori tehnici, economici, sociali şi înconformitate cu normativele de protecţia muncii şi cele de prevenire şi stingere a incendiilor.
2.1.1. Condiţii climatice
La amplasarea staţiilor electrice trebuiesc luate în considerare condiţiile climatice ale zonei vizatedeoarece acestea au influenţă directă asupra soluţiei tehnice şi implică variaţii de costuri importante.
Fig. 2.1. Harta zonelor meteorologice din România
Harta zonelor meteorologice din România
II
Ib
Ia
Tabelul 2.1. Condiţii meteorologice limită utilizate în proiectarea elementelor staţiilor electriceZona meteorologică
I - a I - b II h > 1000 mCondiţii de proiectare
căi conductoare
UM
110kV
> 110kV
110kV
> 110kV
110kV
> 110kV
110kV
> 110kV
maximă(instalaţii ext.)
C 70 70 70 70 70 70 70 70
minimă C -30 -30 -30 -30 -30 -30 -30 -30
maximă(instalaţii int.)
C 70 70 70 70 70 70 70 70
Temperaturaconductorului
minimă C -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5
maximă / 24 h C 35 35 35 35 35 35 35 35
minimă C -30 -30 -30 -30 -30 -30 -30 -30
conductoareacoperite cuchiciură
C -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5Temperatura
aerului
vânt cu vitezămaximă
C -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5
maximă m/s 35 40 30 35 27 35 40 44Viteza
vântuluila 30 m de sol
conductoareacoperite cuchiciură
m/s 20 20 15 17 13 17 20 22
Stratul dechiciură
grosimemaximă
mm 23 25 17 23 13 20 25 30
Condiţii de proiectare înalegerea aparatajului şi
(auto)transformatoarelor
Instalaţii exterioareh < 1.000 m
Instalaţii interioareh < 1.000 m
momentanămaximă
C 40 40Temperatura
aerului momentanăminimă
C -30 -5
maximă 100 70Umiditatearelativă minimă
%- 50
2.1.2. Condiţii de sistematizare şi protecţia mediului
Având în vedere scumpirea terenurilor, dificultăţile de realizare a noi coridoare pentru liniileelectrice, amplasarea staţiilor electrice trebuie făcută prin utilizarea la maxim a terenurilor evitându-sezonele periculoase (cu posibile alunecări de teren sau inundaţii) şi urmărind posibilităţi de acces câtmai bune la utilităţi: drumuri de acces, sisteme de telecomunicaţii, sistemul de alimentare cu apă,canalizare. restricţiile urbanistice legate de estetica construcţiilor (culoare, calitate finisaje exterioare) şi
încadrarea arhitecturală (poluare vizuală) au impus ca noile staţii de distribuţie de înaltă tensiunesă fie realizate ca staţii de tip interior capsulate în SF6;
poluare chimică a mediului ambiant;la alegerea echipărilor staţiilor electrice amplasate în zone locuite trebuie să se ţină cont de
nivelul poluării sonore ce rezultă în funcţionarea normală sau la avarie a echipamentelor.
Tabelul 2.2. Tipuri de izolaţie antifonicăIzolator antifonic Atenuarea
zgomotului[dB]
Foi de oţel de 4 mm, acoperite cu fibre de sticlă, azbest, montate pe cuvatransformatorului
8 – 10
Ecran din pâslă minerală 10 – 15Îngrădiri metalice simple 15Îngrădiri metalice dublate cu izolaţie antifonică 15 – 25Îngrădiri din cărămidă sau beton 20 – 35
Integrarea urbanistică a unei staţii electrice de distribuţie (post transformare)
2.1.3. Condiţii de amplasare din punct de vedere al factorilor de risc
La stabilirea amplasamentului staţiei electrice trebuie avut în vedere factorul de risc datoratfenomene naturale ce pot să se manifeste în zona vizată şi posibilitatea ca eventualele avarii din staţiesă afecteze în mod nedorit proprietăţile persoanelor fizice sau juridice din vecinătate.
Condiţii de amplasare din punct de vedere al pericolului de inundaţii.
Tabelul 2.3. Încadrarea staţiilor electrice în conformitate cu nivelul de risc maxim admis datorat inundaţiilor din viitură
Probabilitate / frecvenţă evenimentCondiţii normale de exploatare Condiţii speciale de exploatare
Tensiunea nominală astaţiei electrice [kV]
% 1 / ani % 1 / ani
400 (peste 4 circuite) 0,5 1 / 200 0,05 1 / 2.000400, 220 1 1 / 100 0,2 1 / 500
110 2 1 / 50 0,5 1 / 20020…60 5 1 / 20 1 1 / 100
< 20 10 1 / 10 3 1 / 33
În tabelul 2.4. sunt prezentate nivelele de risc maxim admise la inundaţii datorate ploilor locale cucaracter excepţional:
Tabelul 2.4. Încadrarea staţiilor electrice în conformitate cu nivelul de risc maxim admis datorat inundaţiilor provenite dinploi locale excepţionale
Probabilitate / frecvenţă evenimentTensiunea nominală astaţiei electrice [kV] % 1 / ani
400 (peste 4 circuite) 20 1 / 5400, 220 33 1 / 3
110 50 1 / 220…60 100 1 / 1
< 20 200 1 / 0,5
Condiţii de amplasare din punct de vedere al pericolului de incendii.
Tabelul 2.5. Distante minime de amplasare a instalaţiilor electrice din staţiile electrice în raport cu alte construcţiiDistanţa minimă în funcţiede categoria de pericol de
incendiu [m]Tipul staţiei electrice
Gradul derezistenţa la foc a
construcţieiA, B C D, E
Staţii electrice de tip interior I, II 20 12 10Staţii electrice de tip exterior Un < 110 kV III - 14 12Posturi de transformare IV, V - 16 14
I, II 25 16 14III - 20 16
Staţii electrice de tip exterior Un 110 kV
IV, V - 25 20
Tabelul 2.6. Distante minime de amplasare a instalaţiilor electrice din staţiile electrice de tip interior cu alimentări şidistribuţii subterane în raport cu alte construcţii
Caracteristicile construcţiei vecineCondiţii impuse staţiei
electrice de interiorDestinaţia Gradul de
rezistenţă la focCategoria de
pericol deincendiu
Condiţii de amplasare
Deserveşte numaiconsumatorii din clădirea deamplasament
I, II A, B Distanţă nenormată saualipită pe o latură
- I, II C, D, EDeserveşte numaiconsumatorii din clădirea deamplasament
Construcţiiindustriale
III C, D, EDistanţă nenormată, alipităsau înglobată
- Clădiricivile
I, II, III - Distanţă nenormată, alipităsau înglobată
Amplasarea staţiilor de distribuţie de tip post de transformare în mediul rural sau urban (cu acelaşiregim de construcţie) faţă de clădirile învecinate trebuie să respecte condiţiile din tabelul 2.7.:
Tabelul 2.7. Distante minime de amplasare a posturilor de transformare faţă de clădiri în mediul rural (sau similar urban)
Natura clădirilor învecinateDistanţe minime în funcţie de rezistenţa
la foc a clădirilor vecine [m]I, II, III IV, V
Clădiri social – administrative sau de producţieagrozootehnice
10 15
Clădiri de locuit sau anexele lor 4 6
Condiţii de amplasare din punct de vedere al zonei seismice
Harta zonelor cu risc seismic ridicat din România
3. ASPECTE TEHNICE ŞI ECONOMICE PRIVIND PROIECTAREASTAŢIILOR ELECTRICE
3.1. ESTIMAREA PRINCIPALILOR INDICATORI ENERGETICI UTILIZAŢI ÎNPROIECTAREA STAŢIILOR ELECTRICE
Curbele de sarcină se folosesc pentru a pune în evidenţă variaţia în timp a sarcinii.
Fig. 2.1. Curba de sarcină zilnică (anuală)
3.1.1. Indicatori ai gradului de utilizare a sarcinii maxime
Energia activă tranzitată într-un interval calendaristic t se defineşte prin relaţia:
t
dttPW0
)(
Sarcina medie este definită pentru puterea medie respectiv curentul mediu:
t
W
t
dttP
P
t
med 0
)(
t
dttI
I
t
med
0
)(
Coeficientul de aplatisare a curbei de sarcină
tP
W
tP
dttP
k
t
Smaxmax
0
)(
Durata teoretică de utilizare a puterii active maxime de durată
maxmax P
WtP
Durata teoretică de utilizare anuală a curentului maxim de durată
max
8760
0
)(
max I
dttI
tI
6 12 18 24
t [h]
S(I, P, Q)
Capacitatea nominalăde tranzit a staţiei
0
Sarcina maximă dedurată
Smax
8.760
Sarcina medieSmed
Si
2
Durata de utilizare anuală a puterii aparente maxime de durată se defineşte în mod similar în ipotezaunor variaţii de tensiune care se înscriu în limite normale şi pentru variaţii ale factorului de putere în intervalulcos = 0,5…0,95:
22
0 0
22
max
8760
0 03,1)()()(;
)(
maxmax r
t t
IS WWdttQtPdttStS
dttS
t
Durata de utilizare a sarcinii maxime de durată
max
2203,1maxmax S
WWtt r
SI
3.1.2. Indicatori ai gradului de utilizare a puterii instalate în staţia electrică.
Coeficientul de utilizare a puterii active instalate este definit de relaţia:
tP
Wk
iPi
Durata de utilizare a puterii active instalate
iP
P
Wt
i
3.1.3. Estimarea cererii de energie pentru consumatorii alimentaţi din staţia electrică
Pentru calculele de proiectare şi dimensionare a echipamentelor din staţia electrică sunt necesareestimări referitoare la necesarul de energie a noilor consumatori, în funcţie de următoareleconsiderente: indicatorii energetici specifici înregistraţi la consumatori de acelaşi profil; perspectiva de creştere în timp a cererii de energie a consumatorilor existenţi şi apariţie a unor
potenţiali consumatori; posibilitatea de reducere a consumului energetic din zonă în perspectiva introducerii în producţie a
unor tehnologii performante din punct de vedere energetic sau a dispariţiei unor consumatoriindustriali neperformanţi.
consumul specific de energie pe unitatea de produs (exemplu: kWh / t oţel).consumul specific pe locuitor exprimat în kWh / locuitor.metoda coeficienţilor de cerere care pleacă de la ipoteza probabilistică că la un moment dat nu toţiconsumatorii sunt în funcţiune. Metoda asigură determinarea sarcinii maxime în funcţie de natura şiputerile active de racordare Prac (puterea absorbită la sarcină nominală) a consumatorilor grupaţi pegrupe, în funcţie de caracteristici comune.
g
j jgrupa
m
i i
injgrupacg
j jgrupa
racjgrupacg
j jgrupa
j
jgrupajgrupa
Pk
PkPS
1
1
11
max
maxcoscoscos
unde g este numărul de grupe de consumatori; cosgrupă - factorul de putere la sarcină maximă algrupei; kc grupă – coeficientul de cerere al grupei; Pni – puterea nominală a unui consumator din grupă;mj – numărul de consumatori din grupa j.
3
3.2. ESTIMAREA PIERDERILOR DE PUTERE
3.2.1. Pierderile de putere în căile conductoare ale staţiei
Dacă este estimată sarcina maximă de durată tranzitată prin staţia electrică se pot determinapierderile maxime de putere activă în căile conductoare (circuitele primare) de rezistenţă echivalentă Rîn cazul unei încărcări trifazate simetrice:
2max2
2max2
2max2
2max3 Q
U
RP
U
RS
U
RRIP
nnn
LJ cai
3.2.2. Pierderile de putere în sistemul de transport datorate consumului propriutehnologic al staţiei electrice
Fig. 3.2. Alimentarea consumatorilor proprii tehnologici ai staţiei electrice
2max
2max2
2
2 CPTCPT
n
RET
n
RETLJ QQPP
U
RS
U
RP
retea
Pierderile de putere activă în reţea datorate numai consumurilor proprii tehnologice SCPT ale staţiei,rezultă prin separarea şi identificarea termenilor:
CPTCPT
CPTCPT
n
RETLJ
Q
P
PPQP
U
RP
retea
max2max22max
2max2
21
21
3.2.3. Pierderile de putere electrică în transformatoare
pierderile în fier (miezul magnetic): sunt pierderi independente de sarcina care trece printransformator; ele sunt însă proporţionale cu pătratul tensiunii aplicate transformatorului; pierderile în bobinaje: sunt pierderi proporţionale cu pătratul sarcinii care trece prin transformator.
Relaţia de calcul a pierderilor de putere activă în fier este :
0PPFe
Pierderile de puterea reactivă în fier QFe:
nTFenTnTnnTT SiQSiIiUIUSQQPS 00000020
200 ;33;
Relaţia de calcul a pierderilor în bobinaje la o sarcină S oarecare este :
2
2
2
2
nT
sc
nT
scCuI
IP
S
SPP
Pierderile de putere reactivă în bobinaje la sarcină nominală QCu:
nTsccunTscnTnscnTscTscscscscTsc SuQSuIUuIUSQQPS ;33;22
ST
SEN
RRET
SCPT
S Smax
4
Valoarea maximă a pierderilor de putere în bobinaje:
2
2max
2
2max
maxmax;
nT
TnTscCu
nT
TscCu
S
SSuQ
S
SPP
Rezultă expresia pierderilor totale de putere electrică activă şi reactivă într-un transformator tranzitatde sarcina maximă anuală:
2
2max
0max2
2max
0max ;nT
TnTscnT
nT
Tsc
S
SSuSiQ
S
SPPP
3.3. ESTIMAREA PIERDERILOR ANUALE DE ENERGIE ELECTRICĂ
3.3.1. Estimarea duratei de calcul a pierderilor de energie
Pierderile anuale de energie produse de funcţionarea unui consumator pentru o sarcină variabilăîn timp se calculează cu relaţiile generale:
dttU
tSRdttIRW
8760
0
8760
0
2
22
)(
)(3)(3
Pentru estimarea pierderilor de energie electrică în perspectivă se utilizează mărimea formală durata decalcul a pierderilor de energie , în care staţia ar funcţiona la pătratul sarcinii maxime de durată:
max
8760
0
2max
2 3)(3 PRIdttIRW Pentru durata de calcul în proiectare se utilizează relaţii de aproximare care dau rezultate corecte,verificate practic, în cazul în care durata estimată de utilizare a sarcinii maxime 000.1
maxIt ore / an:
8210240.1760.8max
It
max
max
max
max
500.27
000.1;
760.8760.8
8,1...6,1
I
II
I
t
tt
t
3.3.2. Estimarea pierderilor anuale de energie în principalele componente ale staţieielectrice
Pierderile anuale maxime de energie activă în căile conductoare ale staţiei electrice pentrusarcina maximă de durată se calculează cu relaţia:
caicai LJLJ PW
Pierderile anuale maxime de energie activă în reţeaua de alimentare a staţiei electrice datoratetransportului de energie ce corespunde consumurilor proprii tehnologice ale staţiei:
CPTCPT LJLJ PW
Pentru transformatoare pierderile de energie electrică se calculează în funcţie de pierderile deputere ţinând cont de intervalele de timp în care transformatorul funcţionează la gol respectiv însarcină.
maxmax
; CuCufFeFe PWtPW
5
2
2max
max
nT
T
scfFeTS
SPtPW
2
2max
0max
nT
TnTscfnTTr
S
SSutSiW
3.4. ALEGEREA (AUTO)TRANSFORMATOARELOR
3.4.1. Condiţii tehnice generale la alegerea transformatoarelor
La stabilirea numărului şi puterii nominale a transformatoarelor trebuie luate în consideraresoluţiile care satisfac următoarele condiţii tehnice.C 1. Puterea totală instalată în transformatoare
maxSSN nT
C 2. Valorile curenţilor de scurtcircuit
S
U uInT
n sc
sc ad
100
3 2 %
. .
C 3. Să se asigure pornirea celui mai mare motor sau autopornirea unui grup de motoare
85,0...7,0
1
05,1**
admisibil
sc
p
U
S
SU
3.4.2. Criterii tehnice utilizate pentru determinarea puterii şi numărului(auto)transformatoarelor din staţia electrică
Dacă există mai multe soluţii pentru problema tehnică de alegere a (auto)transformatoarelor seanalizează următoarele criterii tehnice: criteriul puterii nominale optime a (auto)transformatorului; criteriul numărului optim de (auto)transformatoare.
Criterii privind alegerea puterii nominale optime. Aplicarea acestui criteriu urmăreştedeterminarea puterii nominale a (auto)transformatorului SnT astfel încât în funcţie de cererea de energiea consumatorilor utilizarea sa să fie optimă din punct de vedere a distribuitorului de energie.
Criteriul randamentului maxim. Randamentul transformatorului depinde de gradul de încărcareconform relaţiei:
1
0
2
2P P
S
S
S
sc
nT
cos.
6
scnToptim
P
PSS 0
Dacă este cunoscută (estimată) sarcina medie anuală atunci conform acestui criteriu ar fi indicatăalegerea unui transformator a cărui putere nominală să respecte relaţia:
medoptimsc
mednT SSP
PSS ;
0
Criteriul pierderilor de energie minime. Pierderile relative anuale maxime de energie activă într-untransformator se calculează pentru sarcina maximă de durată Smax T cu relaţia:
TT PT
nT
Tscf
PT
nT
Tscf
TtS
S
SPtP
tP
S
SPtP
Wmaxmax
cosmax
2
2max
0
max
2
2max
0
0coscosd
d
maxmax
22max
0
max
TT PnT
sc
PT
f
T
T
tS
P
tS
tP
S
W
sc
fnToptim
P
tPSS
0max
Dacă este cunoscută (estimată) sarcina maximă de durată a (auto)transformatorului impunând caaceasta să fie sarcina maximă optimă de durată se poate determina valoarea puterii nominale optime a(auto)transformatorului astfel încât acesta să funcţioneze cu pierderi minime (eficienţă economicămaximă):
f
scToptimnT
tP
PSS
0max
Criterii privind alegerea numărului optim de (auto)transformatoare. La alegerea număruluide transformatoare instalate într-o staţie electrică din punct de vedere tehnic se aplică criteriulcontinuităţii în alimentarea cu energie electrică a consumatorilor
Problema numărului de transformatoare se analizează în două ipoteze: ipoteza unor daune neglijabile în caz de întrerupere a alimentării consumatorilor; ipoteza unor daune importante în caz de întrerupere a alimentării consumatorilor.
Soluţii tehnice în cazul daunelor neglijabile. Din analiza categoriilor de consumatori rezultă că nusunt restricţii privind continuitatea în alimentare deoarece consumatorii racordaţi la staţia electrică nusunt afectaţi de întreruperi (nu solicită daune) sau mai au o altă cale de alimentare cu energie electrică.În astfel de cazuri, este de preferat să se instaleze un singur transformator. Acest lucru se justifică prinaceea că: costul specific (lei/kVA) al unui transformator scade odată cu creşterea puterii nominale a
transformatorului; costul celulelor prin care transformatoarele se racordează la staţii; pierderile şi costul pierderilor pe kVA instalat scad odată cu creşterea puterii nominale a
transformatoarelor.
7
Soluţii tehnice în cazul daunelor importante.
În astfel de situaţii, calculele arată că, începând chiar cu daune specifice destul de reduse, esteeconomic să se instaleze rezerve în transformatoare care să evite întreruperile în alimentareaconsumatorilor. Ca urmare, este de preferat instalarea a mai multor transformatoare care să respecteregula numită (N-1). Adică (N-1) transformatoare să fie capabile să tranziteze sarcina maximă dedurată (eventual cu o uşoară supraîncărcare). Deci în aceste cazuri restricţia R1 ar trebui să fie aplicatăsub forma:
N S SnT M 1
Este uşor de demonstrat că şi în aceste cazuri este de preferat ca N să fie cât mai mic posibil,adică N=2. Considerentele de ordin economic sunt aceleaşi ca în paragraful anterior. Un număr detransformatoare mai mare decât 2 poate să rezulte prin aplicarea restricţiei R2 privind plafonul descurtcircuit admisibil.
Desigur este posibil ca decizia de trecere de la un transformator la două transformatoarerezervate reciproc să se bazeze pe un calcul economic.
Două transformatoare se vor justifica dacă:
CTA CTAT T1 2 ,
respectiv dacă daunele totale exced surplusul de investiţii şi cheltuieli cu pierderile în fier pentru cel deal doilea transformator (termenul cu minus arată că la instalarea celui de al doilea transformatorpierderile în bobinaje se reduc la jumătate):
Puterea instalată şi densitatea staţiilor de transformare este influenţată de criterii de planificare şi deconcepţie a reţelelor electrice, precum şi de mai multe aspecte tehnice şi economice, cum ar fidensitatea de sarcină, terenul disponibil şi costul acestuia, dreptul de trecere pentru linii. Putereaunitară şi numărul transformatoarelor dintr-o staţie electrică sunt mai mult sau mai puţin legate deaceste aspecte, cu toate că anumite limite tehnice cum ar fi gabaritul şi masa sau nivelul puterii descurtcircuit admisibil la tensiunea inferioară, pot fi foarte importante în cazuri concrete.
4. SCHEME DE CONEXIUNI ALESTAŢIILOR ELECTRICE
4.1. SOLUŢII TRADIŢIONALE DE ECHIPARE ACIRCUITELOR PRIMARE DIN STAŢIILE ELECTRICE
Echiparea circuitelor de bare colectoare
Echiparea tradiţională a circuitelor de bare colectoare este prezentată în figura 4.1.:
Fig. 4.1. Echiparea cu aparate a circuitelor de bare colectoare
Schemă de conexiuni cu un sistem de bare colectoare.
Fig. 4.2. Schemă de conexiuni cu un sistem de bare colectoare
Schemă de conexiuni cu bare colectoare secţionate longitudinal.
Fig. 4.3. Schemă de conexiuni cu două secţii de bare colectoare
BC – bare colectoare;
SB – separator bare;
I – întreruptor;
SB – separator linie;
TC – transformator de curent;
TT – transformator tensiune;
SP – separator punere la pământ;
D – descărcător.
CL
SBC1 SBC2
L1 L2
110 kV 110 kV
1BC
L1
110 kV
2
Schemă de conexiuni cu un sistem de bare colectoare şi bară de ocolire
Fig. 4.4. Schemă de conexiuni cu un sistem de bare colectoare şi bară de transfer
În condiţiile unei elasticităţi mai reduse, efortul de investiţii poate fi micşorat prin folosirea unor cuplecu funcţiuni multiple CFM. Printr-o selectare convenabilă a separatoarelor de bare, cu ajutorul uneiastfel de cuple pot fi realizate pe rând, cuple longitudinale sau de ocolire:
Fig. 4.5. Echiparea cuplei cu funcţiuni multiple
Schemă de conexiuni cu două sisteme de bare colectoare şi un întreruptor pe circuit.
Fig. 4.6. Schemă de conexiuni cu două sisteme de bare colectoare şi un întreruptor pe circuit
1BC
BO
CO
BO
CFM
SBC2SBC1
2BC
CT
220 kV
Y
110 kV 220 kV
L1
110 kV
L1
3
Pentru mărirea continuităţii în alimentarea consumatorilor, schemelor de conexiuni cu barecolectoare duble 2BC li se poate asocia secţionarea longitudinală a unuia (soluţie frecventă) sau aambelor sisteme de bare respectiv adăugarea barelor de ocolire BO. Pentru o elasticitate ridicată înfuncţionarea unor astfel de scheme, corespunzător fiecărei noi secţii de bare se prevăd cuplelongitudinale, transversale sau de ocolire conform figurii 4.7.:
Fig. 4.7. Echiparea cuplelor pentru scheme de conexiuni 2BC cu secţionare longitudinală şi ocolire
Schemă de conexiuni cu două bare colectoare şi două întreruptoare pe circuit. Schemele deconexiuni cu 1,5 sau 2 întreruptoare pe circuit oferă o siguranţă mărită în alimentarea circuitelor întimpul exploatării deoarece: fiecare circuit este în permanenţă cuplat la ambele sisteme de bare colectoare, deci prezintă
avantajele unei duble alimentări; toate comutaţiile se fac prin întreruptoare, ceea ce reduce riscul de avarii; fiecare bară colectoare poate fi izolată în scopul executării lucrărilor de întreţinere, fără
întreruperea vreunui circuit;În figura 4.8 este prezentată o schemă de conexiuni 2BC cu două întreruptoare pe circuit:
Fig. 4.8. Schemă de conexiuni 2BC şi două întreruptoare pe circuit
Datorită avantajelor mai sus menţionate, este redus considerabil timpul de întrerupere în alimentare,nemaifiind necesare circuite suplimentare de cuplă transversală şi de ocolire. Principalele dezavantajeale unor astfel de scheme de conexiuni constau în investiţii mai mari pentru echiparea cu aparate,costurilor mai ridicate pentru cheltuielile de întreţinere şi asigurarea protecţiilor, cât şi rigiditate mareîn ceea ce priveşte posibilitatea de reconfigurare a circuitelor. Din acest motiv aceste scheme deconexiuni sunt uzuale în S.U.A. şi Canada şi mai puţin utilizate în practica ţărilor europene careutilizează cu precădere scheme de conexiuni 2BC cu un întreruptor pe circuit şi cu posibilităţi degrupare a circuitelor mai bune prin utilizarea secţionării longitudinale.
BO
SBCSBC
CT
2BC
CTCLCO
2BC
L1
400 kV
Y
220 kV 400 kV
4
Schemă de conexiuni cu două bare colectoare şi 1,5 întreruptoare pe circuit. Schema de conexiunireprezintă o soluţie de reducere a investiţiilor, aplicată în cazul staţiilor de foarte înaltă tensiune (staţiicu Un 220 kV):
Fig. 4.8. Schemă de conexiuni 2BC şi 1,5 întreruptoare pe circuit
Dezavantajul principal al acestei scheme de conexiune este costul ridicat al protecţiilor şi alreanclanşării automate rapide, datorită întreruptorului median care trebuie să funcţioneze independentîn fiecare din direcţiile celor două plecări. Un exemplu de utilizare în România a schemei electrice cu1,5 întreruptoare pe circuit este cel al staţiei de 400 kV, a centralei nuclearo – electrice de laCernavodă.
Schema de conexiuni poligonală. Schemele de conexiuni de acest tip sunt indicate pentru tensiuni Un
220 kV, fiind realizate sub forma unui contur închis pe laturile căruia se montează câte unîntreruptor. Datorită conturului închis schema prezintă avantajul conectării fiecărei plecări prin douăîntreruptoare. Aceasta conduce la o mai mare flexibilitate deoarece: toate comutaţiile se fac prin întreruptoare; deconectarea oricărui întreruptor se face fără întreruperea sarcinii pe circuit; legăturile între noduri sunt asigurate prin laturile poligonului ceea ce face inutile circuitele de
ocolire şi cuplă transversală.
400 kV
2BCL1
400 kV
Y
220 kV
400 kV
L2
220 kV
Y
5
Fig. 4.9. Schemă de conexiuni poligonală
400 kV
P
L1
400 kV
Y
220 kV
400 kV
L2
Y
220 kV
400 kV
6
4.2. SOLUŢII MODERNE DE ECHIPARE ACIRCUITELOR PRIMARE DIN STAŢIILE ELECTRICE
4.2.1. Aspecte privind evoluţia şi fiabilitatea aparatelor de comutaţie
Fig. 4.10. Evoluţia întreruptoarelor de înaltă tensiune şi a fiabilităţii aparatelor de comutaţie (ABB)
Analiza fiabilităţii echipamentelor de comutaţie arată cu claritate că elementul critic rămâneseparatorul cu comutaţie în aer a cărui slabă fiabilitate compromite siguranţa în funcţionare asistemelor energetice cu echipare tradiţională. Pentru a se suplini acest neajuns s-au căutat soluţii derealizare a schemelor de conexiuni ale staţiilor electrice care să utilizeze un număr minim deseparatoare sau ca funcţiile acestora să fie preluate de noile generaţii de întreruptoare: întreruptoare – separator sunt întreruptoare în SF6 care printr-o construcţie specială a camerei de
stingere asigură în poziţia deschis a contactelor un spaţiu de izolare cu o rigiditate dielectricăsuficient de ridicată astfel încât să poată fi suplinită funcţia separatorului, figura 4.11.;
Fig. 4.11. Întreruptor – separator ABB:a. LTB Combined 72 – 145 kV; b. HPL Combined 170 – 420 kV
IAC cu 10 camere de stingere1950 - 1960
IUP cu 4 camere de stingere1970 - 1980
SF6 cu o cameră de stingere 300 kV1990 - 2000
Acţionare cu resorturi
1950 2000
Acţionare hidraulică
Acţionare pneumatică
IUM
IUP
SF6
Separatoare
1950 2000
IAC
Rata de defect Rata de defect
a. b.
7
Fig. 4.12. Echiparea unui circuit de linie: a. tradiţional; b. cu întreruptor – separator
întreruptoare compact configurabile sunt întreruptoare în SF6, prevăzute cu contacte debroşabile(Un < 300 kV) şi care se pot deplasa pe un cărucior mobil astfel încât să realizeze şi funcţia unuiseparator în aer, figura 4.13, iar pentru tensiuni mari (Un > 420 kV) sunt echipate cu un separatorde tip pantograf.
Fig. 4.13. Întreruptoare compact HPL Compact 245 kV, ABB
Sistemul de contacte debroşabile este foarte sigur fiind testat în diverse condiţii de funcţionare şigarantat pentru 2.000 acţionări ale întreruptorului (anduranţa mecanică a contactelor fiind de 10.000cicluri) şi nu necesită întreţinere. Opţional întreruptorul poate fi echipat cu cuţite de legare la pământ,transformatoare (traductoare numerice) de curent şi tensiune, descărcătoare electrice sau modulespecializate de control şi înregistrarea parametrilor de funcţionare. Simplificarea circuitelor primarerealizată de această soluţie rezultă conform figurii 4.14.:
1
2
3
7
6
4
5
8
9
1 – sistem bare colectoare;2 – izolator compozit;3 – întreruptor compact;4 – izolator susţinere contact inferior;5 – izolator susţinere contact superior;6 – cadru fixare modul întreruptor;7 – şină rulare modul întreruptor;8 – mecanism acţionare;9 – cadru metalic.
SF6
a. b.
8
Fig. 4.14. Echiparea unui circuit de linie: a. tradiţional; b. cu întreruptor compact configurabil
Principalele avantaje ce rezultă din utilizarea acestor soluţii constructive în realizarea noilor staţiielectrice sunt: modularizarea şi compactarea a permis reducerea suprafeţei ocupate de aparatele electrice cu până
la 60 % ; reducerea volumului de fundaţii necesar amplasării aparatelor; simplificarea schemelor de conexiuni prin reducerea numărului de legături dintre aparate şi a
lungimii căilor de curent; posibilitatea ansamblării şi testării întregului modul de aparate în condiţii de laborator; operaţiile de instalare şi punere în funcţiune se realizează în 2…4 zile; operaţii de înlocuire şi transport foarte uşoare; control şi mentenanţă mult simplificată în parte şi datorită monitorizării parametrilor cu ajutorul
computerului de celulă care facilitează diagnoza.
Fig. 4.15. Compararea costurilor de realizare a unei staţii electrice în variantă de echipare tradiţională sau echipare cuîntreruptoare compact configurabile
Cost echipamentCompact
Total costuri1+2+3
Cost echipamenttradiţional
3.Cost proiectare
2.Cost construcţiicivile
1.Cost instalareechipamente
Cost daune
Cost întreţinere
Cost dauneCost întreţinere
Valoarea soluţiei = Fiabilitate + Simplitate + Economie de timp!
SF6
a. b.
9
Scheme de conexiuni cu echipare modernă
Schemele de conexiuni realizate cu echipamente moderne sunt principial asemănătoare cu schemele deconexiuni realizate cu echipamente tradiţionale fiind insă mult mai simple şi implicit mai fiabile.
Scheme de conexiuni moderne pentru staţiile electrice de mică putere. Aceste scheme de conexiunise utilizează în special la realizarea staţiilor electrice de distribuţie şi transformare cu tensiuni nominale Un 110kV în care numărul de (auto)transformatoare N 2, pentru care nu se impun condiţii deosebite privitoare laasigurarea continuităţii în alimentarea consumatorilor.
Fig. 4.16. Scheme de conexiuni moderne: a., b. cu un sistem de bare colectoare; c. cu un sistem de bare colectoare secţionatelongitudinal; d. poligonală cu întreruptoare compact configurabile
1BC
L1
SBC1
L1
SBC2
CL
L2
d.
1BC
L1
a. b.
d.
L2L1
c.
10
Scheme de conexiuni bloc. O schemă bloc este un ansamblu funcţional realizat compact, cu echipare şiconexiuni minime. Schemele bloc sunt indicate atunci când fiabilitatea elementelor componente este ridicată şisarcina admite întreruperi în alimentare ori poate fi preluată de altă sursă. Avantajele unei astfel de soluţii sunt:investiţii reduse, fiabilitate mărită datorită simplificării schemei electrice, spaţiu redus de amplasare în teren,operaţii de exploatare şi întreţinere simplificate. Dezavantajul utilizării unei astfel de soluţii este că defectareaunui element determină scoaterea din funcţiune a întregului bloc.
Scheme de conexiuni pentru staţii de tip racord adânc (SRA). Acest tip de staţie cu schemă deconexiuni simplificată (fără sistemul de bare colectoare) este destinată alimentării direct la înaltă tensiune (110kV) a obiectivelor industriale sau centrelor urbane cu densitate mare de sarcină.
Fig. 4.17. Scheme de conexiuni bloc pentru staţii electrice de tip racord adânc: a. pentru P < 5 MW: cu separator descurtcircuitare; b. cu canal de telecomunicaţii sau întreruptor; c. pentru P > 5 MW
Schema de conexiuni H utilizează două celule bloc linie – transformator, un număr mai mic de aparate înraport cu schema din figura 4.16.c., prezintă o flexibilitate bună deoarece în cazul defectării unui circuit, staţiaelectrică poate funcţiona cu elementele rămase, prin cupla longitudinală CL. În funcţie de poziţia cuplei în raportcu întreruptoarele schemei, se pot realiza scheme de conexiuni tip H superior sau de tip H inferior.
Fig. 4.18. Schemă de conexiuni bloc tip H realizată cu întreruptoare compact configurabile
L1 > 10% L
a.
L15…10 km
110 kV
I1
Sl Ssc
T
I3
SE
SRA
LR
b.
L15…10 km
110 kV
I1
Sl
T
I3
SE
SRA
LR
c.
110 kV
SlI2.1
T1
I3.1
SE1
SRA
L
CL(AAR)
SE2
S2I2.2
T2
I3.2
L1 L2
CL
CBL-TCBL-T
11
Scheme de conexiuni moderne pentru staţiile electrice de mare putere. Staţiile electrice de mareputere se caracterizează, în funcţie de tip, prin număr mare de generatoare, (auto)transformatoare şiplecări prin care se vehiculează puterea produsă sau transferată prin staţie. Pentru staţiile de putere cunumăr de (auto)transformatoare N 4 şi numeroase linii de plecare se preferă schemele de conexiunicu sistem triplu de bare colectoare, figura 4.19.b., sau schemele poligonale cu mai mult de patru laturi,figura 4.19.d.:
Fig. 4.19. Scheme de conexiuni moderne: a. cu 2 întreruptoare – separator pe circuit; b. cu 3 bare colectoare; c. cu 1,5întreruptoare (separator şi compact) pe circuit; d. schemă poligonală complexă
L1
2BC 3BC
L3L1
3BC
L2
L1
L2
L3
L4
L5
L6
a. b.
L1 L2
c. d.
1
STAŢII ELECTRICE DE EXTERIORDE ÎNALTĂ TENSIUNE
Staţiile electrice exterioare sunt realizate prin amplasarea în aer liber a echipamentelorcomponente. În prezent aceste staţii se realizează pentru tensiuni înalte (Un 110 kV) şi se întâlnesc înurmătoarele variante: staţii exterioare echipate tradiţional cu izolaţia aparatelor în aer; staţii exterioare echipate cu module compact configurabile cu izolaţia aparatelor în aer; staţii exterioare echipate cu module capsulate în SF6 cu izolaţie mixtă a aparatelor în aer şi SF6.Principalele avantaje ale staţiilor electrice cu izolaţia în aer sunt: consum redus de materiale de construcţii pentru clădiri ceea ce conduce la scăderea timpului de
realizare şi implicit la investiţii mai mici; posibilităţi pentru dezvoltarea (extinderea) ulterioară; extinderea avariilor şi efectele acestora sunt limitate de spaţiile mari dintre circuite; vizibilitate bună, acces uşor la echipamente pentru exploatare şi mentenanţă.Dezavantajele principale ale acestei soluţii: ocupă suprafeţe mari de teren şi sunt inestetice ca urmare amplasarea lor în zone urbane este
dificilă; echipamentul este mai scump deoarece trebuie realizat pentru condiţii deosebite de mediu,
poluare; soluţia implică cheltuieli mai mari de exploatare şi mentenanţă.
CONDIŢII GENERALE PENTRU REALIZAREA INSTALAŢIILORELECTRICE DE EXTERIOR DE TIP DESCHIS
Condiţii determinate de tensiunea staţiei electrice
Tabelul 5.1. Trepte de înaltă tensiune standardizate în România
Un reţea [kV] 6* 10 20 110 220 400 750Umax reţea [kV] 7,2* 12 24 123 245 420 765
* aceste valori nu sunt utilizate pentru reţele de distribuţie publică.
În funcţie de nivelele de tensiune din staţie normativele prevăd nivelele de izolaţie între fază şi pământale echipamentelor (1) respectiv (auto)transformatoarelor (2) în conformitate cu Tabelul 5.2.:
Tabelul 5.2. Nivele de izolaţie pentru echipamentele electrice din staţii
Tensiuni nominale de ţinereTensiuneanominală a
reţelei
[kV]
Tensiuneanominală a
echipa-mentului
[kV]
la impuls de trăsnet,
[kVmax]
la impuls de comutaţie,
[kVmax]
la frecvenţăindustrială,
[kV]1 2 1 2 1 2
6 7,2 40(60) - - - 20 -10 12 60(75) - - - 28 -20 24 95(125) - - - 50 -
110 123 550 450 (440) (360) 230 185220 245 1050 950 (750) (650) 460 395400 420 1425 1425 1050 1050 - -750 765 2100 2100 1425 1425 - -
2
Tabelul 5.3. Distanţe de izolaţie minime admise pentru staţiile exterioare
Distanţe minime admise [mm]Simbol Formula decalcul 10 kV 20 kV 110 kV 220 kV 400 kV 750 kV Condiţii
A0 200 300 900 1800 3.100 5.500 echilibruA 1,1 A0 220 330 1.000 2.000 3.400 6.000 echilibru
A1
Un / 0,15*min. 200
mm200 200 750 1.500 2.700 5.000 balans la vânt
A2 *A0 / 2 200 200 450 900 1.550 2.750 balans la scurtcircuit
Fig. 5.1. Distanţe minime admise: a. conductoare rigide amplasate pe izolatoare suport; b. conductoare flexibile fixate delanţuri de izolatoare
Condiţii determinate de gradul de poluare a mediului ambiant
Aceste condiţii se referă la depunerile de praf, cenuşă, vapori ai unor substanţe chimice (caredevin activi în prezenţa umidităţii) pe sistemele de izolaţie a aparatelor electrice din staţie, datorităpoluării atmosferei în zonă, în urma activităţilor industriale. Din punct de vedere al gradului depoluare, standardele naţionale (PE 109) împart zonele poluate în patru nivele, Tabelul 5.4., pentru carese recomandă lungimea liniei de fugă necesară alegerii izolaţiei externe a echipamentelor electrice.
Tabelul 5.4. Clasificarea zonelor de poluare
Nivel (grad) de poluare a zonei Lungimea specifică a liniei de fugă, mm/kVI - slab 16
II - mediu 20III - puternic 25
IV - foarte puternic 31
Condiţii de siguranţă determinate de solicitările mecanice
Aparatele şi echipamentele electrice din staţiile electrice exterioare cu izolaţie în aer sunt supuseîn funcţionare unor solicitări mecanice de intensitate variabilă care în timp pot afecta buna lorfuncţionare: solicitări datorate propriei greutăţi; solicitări datorate acţiunii depunerilor de chiciură şi gheaţă; solicitări datorate presiunii vântului; solicitări datorate dilatării căilor conductoare în cazul regimurilor de suprasarcină; solicitări datorate acţiunii forţelor electrodinamice, cu valori maxime la scurtcircuit; solicitări datorate funcţionării mecanismelor de acţionare; solicitări datorate fenomenelor seismice.
R S TAA0
A0
R S T
A0
A1 A1
AA2 A2
a. b.
3
Calculele mecanice se fac pentru cele mai defavorabile condiţii de exploatare luându-se în consideraresolicitările datorate greutăţii proprii (căi conductoare, izolatoare, cleme), depunerilor de chiciură,presiunii vântului, forţelor electrodinamice la scurtcircuit:
Tabelul 5.5. Stările de calcul mecanic şi condiţii limită admise ale solicitărilor mecanice
Condiţii de calcul Condiţii impuseStareTempe-ratura[C]
Vitezavânt
Tabel 2.1
Chiciură Scurt-circuit
Elemente solicitate Nivel solicitareadmis
I - 30 - - -II - 5 vmax - -
25 % rupere
III - 5 vchiciură da -IV 70 - - -
- conductor, armături;
- izolatoare de suspensie 25 % încercare
V - 5 vchiciură da isc max - conductor, armături;- izolatoare de suspensie
50 % rupere
50 % încercare
VI 15 0,6vmax
- - - distanţa A1 fază - pământ Tabel 5.3.
Solicitări datorate greutăţii proprii. Calculul acestor solicitări mecanice se face prin reducereaconfiguraţiei electrice a circuitului considerat la o grindă echivalentă rezemată pe un anumit număr depuncte de sprijin şi formată din intervale cu sarcină constantă şi uniform distribuită respectiv sarciniconcentrate conform figurii 5.2.:
Fig. 5.2. Solicitări mecanice datorate propriei greutăţi a elementelor: a. încărcările datorate sarcinilor specifice verticale şiconcentrate; b. încărcările datorate sarcinilor specifice orizontale şi concentrate;
c. forţele tăietoare
;4
EJ
qlf cu valori limită
100...
150
llf (5.1)
22
;; ; hiviihviiHVi qqqqlG (5.2)
În punctele de fixare componenta verticală FV a forţei de tensiune din conductor T se calculează cu
l l
l1 l2 l3 l4
f1
f2
q1v
q2vq4v
a.
Ft
c.
Fc4
T1
q3vV
q1h q2h
b.
q3hH
FV
FH
4
relaţia:
l
lFlG
F
n
j
jcj
n
i
iiV
V
1
11(5.3)
unde li este distanţa considerată de la mijlocul sarcinii uniform distribuite i până la punctul de fixare;Fcjlj – momentul sarcinii concentrate j în raport cu punctul de fixare; l – lungimea deschiderii întrepunctele de fixare.
n
i
iHHHv GFFFT1
22 (5.4)
Solicitări datorate depunerilor de chiciură. Sarcina specifică suplimentară datorată depunerilor dechiciură (tabelul 2.1) pe conductoarele orizontale şi izolatoarele tip tijă qhc se calculează pentruunitatea de lungime de un metru cu relaţia:
chcvc
cch qq
dgdq 5,0;1
44
2 22
(5.5)
Pentru bare dreptunghiulare sarcina specifică se calculează în mod asemănător în funcţie de grosimeastratului de chiciură şi încărcarea se reduce cu 25 % în cazul barelor rigide.Solicitări datorate presiunii vântului. În cazul barelor rigide forţa FHvânt şi solicitarea la efort datoratăpresiunii vântului vânt se consideră orizontală şi se calculează cu relaţia:
W
lF
vSclqF vantHvantladhvantvantH 3
2
1025,1;163
(5.7)
160)2(;
160
22 vgdcq
vdcq cadcvanthadvanth
(5.8)
Solicitări datorate forţelor electrodinamice. Funcţionarea fără deteriorări ale aparatelor trebuieasigurată în cazul curentului maxim de scurtcircuit trifazat, curentul de lovitură:
a
lilqF leldeld
22,0max
(5.9)
scpll Iki 2 (5.10)
Pentru verificarea elementelor instalaţiilor se consideră condiţiile de solicitare corespunzătoare tuturorstărilor de calcul iar dimensionarea se face pentru cazul cel mai defavorabil corespunzător solicităriitotale maxime t max:
2,01max
max 5,1
adj
jj
tW
lF
W
M (5.11)
unde 0,2 este limita de curgere convenţională a materialului căii de curent.
5
Condiţii pentru asigurarea siguranţei personalului
Alegerea aparatelor electrice (nivelul de izolaţie) şi dimensionarea distanţelor ce trebuiesc realizateîntre elementele instalaţiei electrice aflate sub tensiune corespund solicitărilor maxime de tensiune cepot apare în reţea în condiţii normale de exploatare (Umax reţea) sau în condiţii deosebite (supratensiunidatorate loviturilor de trăsnet sau fenomenelor de comutaţie).
Tabelul 5.3. Distanţe minime admise pentru protecţia personalului în staţiile exterioare
Distanţe minime admise [mm]Simbol Formula decalcul 10 kV 20 kV 110 kV 220 kV 400 kV 750 kV Condiţii
A0 200 300 900 1.800 3.100 5.500 la echilibru
B1 A0 + 30 230 330 930 1.830 3.130 5.530B2 A0 + 100 300 400 1.000 1.900 3.200 5.600B3 A0 + 750 950 1.050 1.650 2.550 3.850 6.250C A0 + 2.500 2.700 2.800 3.400 4.300 5.600 8.000D A0 + 1.250 1.450 1.550 2.150 3.050 4.350 6.750E A0 + 600 800 900 1.500 2.400 3.700 6.100
FA0
(min. 500 mm)500 500 900 1.800 3.100 5.500
G A0 + 1.500 1.700 1.800 2.400 3.300 4.600 7.000H - - 6.000 7.000 8.000 10.000
Staţiile electrice de exterior se protejează printr-un gard cu sârmǎ ghimpatǎ, înalt de 2 m, realizat dinmateriale incombustibile şi prevăzut cu inscripţii şi indicatoare de securitate cu rol de avertizare apersoanelor care se pot afla întâmplător în apropierea staţiei electrice. Accesul persoanelor autorizateîn staţie se face numai prin porţi de acces închise cu cheie. Distanţa minimă a împrejmuirilor de accesîn raport cu instalaţiile electrice este indicată în figura 5.3. şi depinde de modul de amplasare aechipamentului pe sol sau pe suporţi din beton:
Fig. 5.3. Distanţe minime admise pentru protecţia persoanelor care se pot afla în apropierea împrejmuirii unei staţii electricede exterior
Protecţia personalului de exploatare împotriva atingerii accidentale a unor elemente sub tensiunese realizează în cazul echipamentelor montate pe sol prin îngrădiri de protecţie definitive amplasate ladistanţele B1, B2, B3 în funcţie de tipul îngrădirii de protecţie, figura 5.4.a., sau prin amplasareaaparatelor pe suporţi, la înălţimi corespunzătoare (minim 2.300 mm) cu respectarea lăţimii E adomeniului de protecţie, a înălţimii minime de 1.900 mm a acestuia şi a distanţei C pe verticală, de lasol la elementele sub tensiune, figura 5.5.:
HD
căi conductoare
G
împrejmuire
max. 50 mmin. 1 m
min. 2 m
legǎturǎ la pǎmânt
6
Fig. 5.4. Domenii de protecţie şi distante minime de protecţie: a. îngrădiri definitive pline, din plasa sau tip balustradă; b.elemente sub tensiune amplasate pe suporţi
Fig. 5.5. Limita domeniului de lucru
Coridoarele de acces şi transport a echipamentelor grele (transformatoare, întreruptoare) trebuiescdimensionate astfel încât să suporte sarcina transportată şi să permită deplasarea utilajului de transport,încărcat cu echipamentul cu gabaritul cel mai mare, precum şi a utilajelor de ridicare. Drumurile dinstaţie trebuie sǎ asigure accesul cu utilaje al pompierilor la construcţii şi instalaţii pânǎ la o distanţǎ deminim 200 m. Pentru deplasarea în siguranţă a acestor utilaje grele coridoarele de acces se definescavând în vedere prevederea pe ambele părţi laterale a unei zone de abatere de la traseu de câte 350mm, conform distanţelor de protecţie precizate în figura 5.6.:
domeniul de lucru
domeniul de protecţie
LEA
1.9
00
D
C
E
B1
2.0
00
C
B2 B3
1.5
00
a.
2.3
00
1.9
00
E
C
b.
7
Fig. 5.6. Dimensiunile culoarelor de transport a echipamentelor grele
E
LEA
F
C
350 mm
gabarit utilaj + încărcătură
1
ELEMENTE TEHNICE CE DETERMINĂ ALEGEREA SOLUŢIEI CONSTRUCTIVE
1. Performanţele aparatelor
Aparatele electrice principale utilizate în staţiile electrice de exterior şi care prin importanţăfuncţională, număr, spaţiu necesar pentru montare ar putea influenţa soluţia tehnică sunt: întreruptoarele,separatoarele, transformatoarele de putere, sistemul de bare colectoare.Întreruptoarele. Performanţele întreruptoarelor de IT au evoluat constant astfel încât în prezent soluţiastandard oferită de majoritatea producătorilor cu tradiţie o reprezintă întreruptoarele în SF6 cuautoexpansiune pentru tensiuni de până la 550 kV şi capacităţi medii de rupere de 50 kA sauîntreruptoarele în SF6 cu autocompresie pentru tensiuni de până la 800 kV şi capacităţi mari de rupere de63...80 kA. Pentru tensiuni de pânǎ la 550 kV se pot folosi întreruptoare în variantele live- tank sau dead-tank care ocupǎ aproximativ acelaşi spaţiu în plan orizontal. Întreruptoarele dead-tank sunt mai sigure dinpunct de vedre al protecţiei personalului şi al comportǎrii la seism datoritǎ dimensiunii mai reduse peverticalǎ (cu 30...50 %). Pentru tensiuni de 800 kV s-a impus tehnica live tank (utilizată în special înEuropa) care este mai avantajoasǎ din punct de vedere tehnologic dar şi al spaţiului ocupat de polulîntreruptorului.
Fig. 5.13 Întreruptoare în SF6: live-tank (ABB tip LTB 550 kV ), dead-tank (Toshiba 550 kV)
Separatoarele sunt utilizate în schemele tradiţionale într-un număr foarte mare pentru separarea vizibilă acircuitelor din staţie după scoaterea lor de sub tensiune, legare la pământ a circuitelor în vederea asigurăriipersonalului de intervenţie sau pentru selecţia barei colectoare la care se comută un circuit electric. Înstaţiile de înaltă tensiune se folosesc în special următoarele variante constructive: separatoarele rotative înplan orizontal, separatoarele cuţit, separatoarele pantograf.Transformatoarele de putere tradiţionale cu circuit magnetic vertical cu trei sau cinci coloane, suntproiectate unitar ca urmare soluţiile tehnice oferite de producători pentru o putere dată nu diferă esenţial şinu influenţează soluţia constructivă a staţiei. Pentru puteri foarte mari 500...3.000 MVA şi tensiuni înaltede până la 1.050 kV este mult mai eficientă soluţia constructivă cu circuit magnetic montat în planorizontal, dezvoltată de firma Mitsubishi Electric Ako Works, pentru unităţile sale care depăşesc putereade 120 MVA şi tensiunea de 230 kV.Transformatoarele de mare putere şi foarte înaltă tensiune (800...1050 kV) pot fi realizate ca unităţitrifazate sau prin conectarea a trei unităţi monofazate, atunci când lipsa spaţiului de manevră la locul demontaj sau puterile foarte mari fac dificil sau imposibil transportul pe module distincte a unităţii trifazate
2
Fig. 5.21. Transformatoare de foarte mare putere în construcţie: a. trifazată; b. unităţi monofazate
Descǎrcǎtoarele electrice sunt echipamente indispensabile în staţiile electrice care asigură protecţiaizolaţiei instalaţiilor circuitelor primare. În prezent cele mai utilizate descărcătoarele electrice sunt cele cuozixi metalici (DOM) care au o caracteristică mult mai neliniară şi înlocuiesc vechile descărcătoare cueclatoare şi elemente neliniare din carbură de siliciu, deoarece prezintă o serie de avantaje precum: simplitate constructivă, gabarit redus şi fiabilitate sporită prin eliminarea eclatoarelor şi a rezistenţelor
de egalizare; nivelul de protecţie este cu circa 20 % mai mic decât în cazul descărcătoarelor cu rezistenţă variabilă
(DRV); stabilitate foarte bună a caracteristicii de protecţie tensiune - timp.
În funcţie de echipamentul protejat şi locul de montare se construiesc două tipuri de descărcătoare cuoxizi metalici. Descărcătorul fără eclator exterior, utilizat în staţiile electrice pentru a asigura protecţia lasupratensiunile atmosferice şi de comutaţie, are parametri tehnici şi preţ de cost superiori descărcătoruluicu eclator exterior, care este utilizat pentru reducerea conturnărilor lanţurilor de izolatoare ale LEA încazul supratensiunilor atmosferice.
Fig. 5.25. Tipuri constructive de descărcătoare cu oxizi metalici
1 – borne conexiuni;2 – inel de gardă;3 – izolator din polimer
siliconic sau ceramică;4 - descărcător;5 – eclator exterior;6 – izolator LEA;7 – conductor LEA.
4
5
6
7
1
1
2
3
3
Transformatoarele de măsură se utilizează pentru măsurarea parametrilor electrici curent, tensiune,putere, energie, furnizarea de semnale din sistem către circuitele de protecţii sau realizarea reglăriiautomate a parametrilor din sistem (tensiune, frecvenţă).
Fig. 5.26. Variante constructive de transformatoare de curent tradiţionale: a. în ulei, cu circuit magnetic inferior; b. în SF6, cucircuit magnetic superior; c. transformator măsură combinat
2. Tipul, amplasarea căilor de curent şi a sistemul de izolaţie
căi de curent realizate cu conductoare flexibile:
Fig. 5.7. Susţinerea conductoarelor flexibile cu lanţuri de izolatoare de întindere:a. simple; b. duble şi în V
Căile de curent realizate din conductoare rigide.Soluţia de realizare a căilor conductoare de tip rigid este avantajoasă deoarece:
se reduce distanţa dintre faze (nu apare balans); permite realizarea de economii şi simplificarea soluţiei constructive dacă se folosesc ca izolatoare
suport chiar izolatoarele unor aparate ca: separatoare, transformatoare de curent, tensiune,
a. b.
a. b. c.
4
întreruptoare; se pot racorda la bornele aparatelor prin legături elastice simple care preiau efectul dilatării termice şi
al şocurilor determinate de funcţionarea aparatelor.Amplasarea conductoarelor rigide se face pe izolatoare suport, iar în punctul de susţinere fixarea poate firigidă (legături scurte sau cu capete libere), cu trecere liberă sau elastică (bornele aparatelor utilizate şi caizolatoare suport), conform cu figura 5.8.:
Fig. 5.8. Soluţii de montare a căilor conductoare rigide pe izolatoare suport: a. cu fixare rigidă; b. cu trecere liberă şi îndoire lacapătul dinspre aparat; c. cu legătură elastică la borna de aparat
Dispunerea celor trei faze ale circuitelor primare din staţiile electrice, figura 5.9., se face în principalîn trei moduri: cu faze asociate; cu faze separate; cu faze mixte.
Fig. 5.9. Soluţii de dispunere a fazelor: a. cu faze asociate; b. cu faze separate; c. cu faze mixte
c.b.a.
R
S
T
R
S
T
I1 I2
BC1
BC2
R
I1.R
BC2
BC1
I2.R
S
I1.S
BC2
BC1
I2.S
T
BC2
BC1
I1.T I2.T
R
I1
BC2
BC1
S
BC2
BC1
T
BC2
BC1
I2
a. b. c.
5
EVOLUŢIA SOLUŢIILOR CONSTRUCTIVE ALESTAŢIILOR ELECTRICE DE EXTERIOR
1. Soluţii constructive tradiţionale ale staţiilor electrice de exterior
Staţiile electrice de exterior sunt realizate într-o varietate mare de soluţii constructive care se potclasifica după următoarele criterii:1. numărul de nivele de tensiune: instalaţii cu două nivele de tensiune sunt mai avantajoase şi sau impus în instalaţiile noi; instalaţii cu trei nivele de tensiune au fost utilizate în instalaţiile mai vechi.2. înălţimea faţă de sol la care se montează echipamentele: instalaţii de tip înalt, se utilizează în situaţii în care se impun restricţii de spaţiu, echipamentele se
montează la înălţimi de 5…10 m; instalaţii de tip semiînalt, sunt cele mai utilizate soluţii, separatoarele se montează pe suporţi înalţi de
până la 2,5 m iar întreruptoarele şi celelalte echipamente grele pe fundaţii joase; instalaţii de tip scund, ocupă suprafeţe mari, se utilizează în cazul staţiilor de foarte înaltă tensiune în
care datorită greutăţii echipamentele se montează exclusiv la nivelul solului.
Fig. 5.10. Plan şi secţiune printr-o celulă de linie 2BC, de 110 kV, cu separatoarele montate în linie, longitudinal faţă de barelecolectoare
60.000
40.000
R S T1
2
4
3
5 5 7
6
8 9 10 11 12
5 5 7
4
1
6
8 9 10 11 12
BC2L1
110 kV
BC1
1
Fig. 5.11.Plan şi secţiune printr-o staţie de 110 kV cu separatoarele montate în linie longitudinal şi transversal pe barele colectoare
R S T1
2
4
3
5 5 7
6
8 9 10 11 12
55 7
4
1
8 9 10 11 12
L2
BC2
L1
110 kV
BC1
2
O folosire mai raţională a suprafeţei staţiei se obţine prin adoptarea soluţiei constructive cu două barecolectoare din care una este dublată (una din bare este în formă de U). Soluţia permite plecări în ambelesensuri în cadrul aceluiaşi pas celular dar necesită un consum mai mare de mareriale conductoare şisisteme de izolaţie.
Fig.5.12. Eficienţa de utilizare a pasului celular la soluţia cu două bare colectoare din care una în U
Fig. 5.13. Plan prin două celule de linie cu separatoare de bare amplasate în unghi drept
BC1
BC2Spaţiu nefolosit Spaţiu nefolosit
Spaţiu nefolosit Spaţiu nefolosit
BC1
BC2
5 5 7
4
1
6
8 95
1
L2
L1
R1 S1 T1 R2 S2 T2
RL2
SL2
TL2
RL1
SL1
TL1
T
S
R
3
Utilizarea separatoarelor monocoloană (tip pantograf) se impune la tensiuni mari 220, 400 kV, încazurile în care există limitări legate de teren (20 % economie de spaţiu) şi conduce la realizarea unorinstalaţii simple, clare şi compacte:
Fig. 5.14. Plan şi secţiune printr-o celulă de linie de 220 kV cu separatoare pantograf
R S T1
2
4
3
5 5 7
6
8 9 10 11 12
5 5 7
4
1
6
8 9 10 11 12
BC2L1
220 kV
BC1
4
În staţiile electrice complexe cu multe circuite, pentru creşterea flexibilităţii în exploatare, limitareadaunelor datorate întreruperilor (revizii, avarii), s-a utilizat soluţia cu bară de ocolire. Deoarece racordareaunui circuit la bara de ocolire 15 implică realizarea unor legături suplimentare (stâlpi de susţinere,izolatoare), utilizarea unui separator de linie 13 şi a unuia suplimentar de ocolire 14, rezultă o creşteresemnificativă a dimensiunilor staţiei, ca urmare trebuie analizată pentru fiecare circuit, necesitatea şiavantajele racordării la bara de ocolire comparativ cu valoarea costurilor.
Fig. 5.15. Staţie de distribuţie 110 / 20 kV, cu bare colectoare duble şi bară de ocolire
47.000
R S T1
2
4
3
5 5 7
6
8 9 13 14 12
9 13 14 125 5 7
4
1
6
8
162
15
BC2BO
110 kV
BC1
5
Tabelul 5.10. Caracteristici constructive ale principalelor tipuri de staţii de înaltă tensiune de exterior
Mod montare separatoare bare(schemă conexiui 2BC)
Tensiune(maximă)
reţea[kV]
Suprafaţăteren[m2]
Volumfundaţii
[m3]
Construcţiimetalice
[t]
În lungul barelor colectoare (un întreruptor) 110 418 75,6 10,9100 % 100 % 100 %
Perpendicular pe bare (un întreruptor) 110 584 105,6 17,4139,7 % 139,7 % 159,6 %
În lungul barelor colectoare (un întreruptor) 220 667 91,2 14,9100 % 100 % 100 %
Perpendicular pe bare (un întreruptor) 220 846 101,2 18,5126,8 % 110,9 % 124,1 %
În diagonală (1,5 întreruptoare) 220 (750) 568 75,1 16,685,1 % 82,3 % 111,4 %
Consumurile de beton pentru realizarea fundaţiilor circuitelor de transformator sunt în general dublefaţă de cele pentru circuitele de linie în timp ce consumurile de construcţii metalice sunt asemănătoare.
Soluţii constructive moderne ale staţiilor electrice de înaltă tensiune de exterior
Noile soluţii constructive de staţii electrice dezvoltate după anii 1995 se bazează pe evoluţia aparatelorde comutaţie, măsură şi protecţie, pe aplicarea unor soluţii standardizate şi au la bază următoareleprincipii: limitarea efortului de proiectare particularizat pe soluţii prin utilizarea unor module funcţionale şi
proiecte de staţii standardizate, verificate în practică; modernizarea ansamblului clasic S-I-TC-S prin înlocuirea separatoarelor clasice nefiabile şi care
necesită suprafeţe mari de montaj cu întreruptoare separator din noua generaţie capabile să preia şifuncţia separatoarelor de bare;
utilizarea modulelor compact configurabile echipate cu întreruptoare debroşabile ce realizează şifuncţia de separare şi care asigură prin adăugarea unor aparate opţionale, echiparea cu acelaşi modulde bază a circuitelor de transformator, de linie şi a sistemelor de bare colectoare prefabricate;
controlul digital descentralizat şi distribuit al aparatelor de comutaţie asigură optimizarea proceselorde comutaţie şi monitorizarea unui număr important de parametri: poziţie contacte, stare mecanismacţionare, presiune în camera stingere, tip sarcină, poziţii interblocaje;
Staţii de exterior de IT cu module compacte (EMAIS)
În evoluţia soluţiilor moderne pentru staţiile electrice de exterior o primă direcţie a constituit-omodernizarea modulului S-I-TC-S prin reamplasarea pe verticală a aparatelor clasice de exterior, montatepe un suport metalic astfel încât să se obţină un modul funcţional compact. Firma ABB AB a realizatpentru tensiuni de până la 170 kV un modul compact MUW AIS pentru staţii de exterior. Acest modulprefabricat este ansamblat şi testat în condiţii de fabrică şi are avantajul că necesită un volum redus defundaţii, de lucrări pentru montaj şi ocupă o suprafaţă cu aproximativ 60 % mai redusă decât în cazul uneisoluţii tradiţionale:
6
Modul compact configurabil MUW (separator bare, CLP, întreruptor, transformator curent)
7
Un modul compact debroşabil foarte performant, Un = 170 kV, In = 1.600 A, este produsul firmei ABB ABdenumit COMPASS. Aparatele care sunt montate pe cadrul metalic mobil 7, sunt dispuse după oconfiguraţie geometrică asemănătoare cu litera Γ, la o înălţime care asigură protecţia personalului deexploatare:
Modul compact COMPASS
Staţie cu modul compact COMPASS
1
22
4
5
6
3
7
7
8
8
Durata timpilor de întrerupere este mult limitată prin introducerea sistemului debroşabil care asigură pe deo parte înlocuirea întregului modul în maxim 3 ore şi pe de altă parte reparaţia acestuia în atelier şi nu lafaţa locului. Modulul este utilizat în special pentru staţiile electrice de mică putere şi asigură simplificareaconstrucţiei civile care necesită un volum mic de fundaţii, numai pentru modulele compact şitransformatoare (sistemele de bare colectoare se sprijină direct pe bornele aparatelor electrice):
A treia direcţie de modernizare a echipamentelor staţiilor electrice o constituie integrarea funcţiilorseparatorului de bare şi aparatelor de măsură în corpul întreruptorului de I.T. Întreruptoarele de ultimăgeneraţie în SF6 au fost perfecţionate în permanenţă prin:
generalizarea soluţiei cu contacte specializate, separat de lucru şi de rupere;
realizarea comutaţiei sarcinilor inductive la trecerea curentului prin zero şi micşorareasupratensiunilor de comutaţie;
perfecţionarea geometriei camerei de stingere care asigură chiar la presiunea atmosferică (pierderegaz) nivelul de izolare dielectrică necesar între contactele aflate în stare deschisă;
proiectarea optimizată pe calculator a tuturor componentelor mecanice astfel încât s-a obţinutcreşterea anduranţei mecanice şi îmbunătăţirea comportamentului la solicitările seismice.
Toate aceste perfecţionări au condus la realizarea unor întreruptoare care practic nu mai necesitămentenanţă (durata de viaţă a componentelor principale este de 15 ani). În schimb, cu toate perfecţionărileaduse, separatoarele în aer actuale au nevoie de mentenanţă la întervale de maxim 4...5 ani, în condiţiile încare funcţionează în medii fără poluare sau cu un nivel de poluare maxim I (vezi Tabelul 5.4.). În acestecondiţii eliminarea separatorului tradiţional şi integrarea sa în noul tip de întreruptor separator a condus lasimplificarea schemelor de conexiuni, creşterea fiabilităţii, scăderea numărului de echipamente, a spaţiuluinecesar de montaj, timpului de realizare a investiţiei, costurilor totale şi de exploatare.
9
Staţii de exterior de IT hibride (EHAIS)
Staţiile electrice construite cu module hibride utilizează tehnologia aparatelor electrice izolate în aer(AIS) pentru realizarea sistemelor de bare colectoare, a circuitelor de intrare – ieşire din staţie, aconexiunilor dintre acestea şi tehnologia aparatelor cu izolaţie în SF6 (GIS) pentru circuitele de linie sautransformator. Acestea sunt realizate sub forma unui modul trifazat în SF6 ce conţine întreruptorul 1, douăsau trei separatoare de bare 2 (în funcţie de destinaţia particulară a modulului în schema de conexiuni),separatoarele de legare la pământ 3, transformatoarele combinate de curent şi tensiune 4. Circuitele deintrare sau ieşire din modul se realizează prin intermediul izolatoarelor de trecere 5 ce conţin la parteasuperioară bornele de conexiuni (după caz acestea se utilizează şi ca suport pentru barele colectoare).
Fig. 5.54. Module hibride trifazate pentru un singur sistem de bare colectoare:a. Hypact 123...145 kV [AREVA]; b. PASS M0 72,5...245 kV [ABB AB]
1
1
2
2
3
43
5
2
3
4
5
a. b.
67
88
10
Fig. 7.11. Staţie hibridă IT realizată cu module PASS, schemă conexiuni H
Fig. 7.12. Staţie hibridă mobilă 110/20 kV, 25...30 MVA
11
Deoarece au fost concepute pentru a îmbina avantajele unui sistem deschis ce poate fi dezvoltat (AIS) cufiabilitatea foarte bună a sistemelor închise (GIS) dar care sunt mult mai greu de dezvoltat, modulelehibride prin dimensiunile compacte şi performanţe superioare reprezintă o soluţie tehnică mai puţincostisitoare pentru modernizarea staţiilor vechi cu tehnologie AIS sau chiar a staţiilor în tehnologie GISdin prima generaţie.
În Tabelul 5.12 se prezintă comparativ costurile de investiţii, costurile datorate daunelor denefuncţionare plătite consumatorilor şi costurile de service în cazul realizării unei staţii de 110 kV, într-unmediu puţin poluat, în variantele de echipare: tradiţional ca variantă de referinţă, cu module compactdebroşabile şi module hibride (EHIS):
Tabelul 5.12. Costuri comparative de realizare a staţiilor electrice(110 kV, nivel poluare I)
Denumire capitol EAIS[%]
MCD[%]
EHIS[%]
Costuri totale de investiţii 69,18 50,91 71,87Costuri daune de nefuncţionare (estimate pentru 10 ani) 18,92 1,23 4,14Costuri service (estimate pentru 10 ani) 11,90 1,89 3,67
COSTURI TOTALE (estimate pentru 10 ani) 100,00 54,03 79,68
Avantaje majore din punct de vedere al costurilor rezultă în cazul folosirii modulelor hibride în mediiputernic poluate, pentru realizarea schemelor de conexiuni simple cu două bare colectoare sau a schemelorde tip H.Modulul hibrid de bază format din întreruptor, două separatoare, trei separatoare de legare la pământ,transformator curent şi transformator tensiune, poate fi configurat în funcţie de necesităţile impuse deschema de conexiuni prin adăugarea unor unităţi funcţionale suplimentare independente cum ar fi:descărcătoare electrice, separatoare de bare, unitate terminală pentru conexiune în cablu, la linia aerianăsau la transformator, unitate de conexiune (dintre modulele hibride) pentru compensarea toleranţelorconstructive de aliniere, dilatărilor.
12
Fig. 5.57. Construcţia modulului hibrid la 550 kV, H-GIS [Mitsubishi]
Staţii electrice de înaltă tensiune de exterior de tip închis cu izolaţia aparatelor în gaz(EGIS)
Instalaţiile energetice de tip închis s-au dezvoltat ca răspuns la cerinţele în creştere de a realizaechipamente de înaltă tensiune compacte, cu fiabilitate ridicată în medii industriale puternic poluate şi cucosturi de întreţinere cât mai mici.
Pentru a răspunde acestor cerinţe principalul impediment este legat de reducea distanţelor de izolaţiedintre elementele sub tensiune care implică următoarele posibilităţi: montarea unor elemente de limitare a supratensiunilor (descărcătoare cu oxid de zinc) cu prag de
acţionare coborât care să limiteze valorile maxime ale undelor de supratensiune; montarea echipamentelor în spaţii interioare climatizate astfel încât să fie înlăturate efectele
nefavorabile ale factorilor de mediu (umiditate excesivă, diferenţe de temperatură, etc.) şi a poluăriiasupra sistemelor de izolaţie;
capsularea echipamentelor prin introducere în învelişuri de protecţie metalice etanşe; utilizarea unor dielectrici cu proprietăţi mai bune decât a aerului: dielectrici solizi, ulei, aer sau
hexafluorură de sulf (SF6) sub presiune; adoptarea unor soluţii pentru uniformizarea distribuţiei câmpurilor electrice în spaţii restrânse (studiul
formei geometrice a echipamentelor, calitatea prelucrării suprafeţelor, a materialelor izolatoare, atehnologiilor de fabricaţie şi igienei de montaj).
Ansamblarea tuturor componentelor se face în laboratoare presurizate (presiunea din interior uşorsuperioară celei atmosferice), în condiţii strict controlate de puritate a aerului admis pentru a împiedicapătrunderea şi depunerea particulelor de praf pe suprafeţele interioare ale echipamentelor de înaltătensiune, figura 5.67.a. Deoarece operaţiile de ansamblare sunt deosebit de laborioase şi ca urmare dificilde reluat (costuri foarte mari), tehnologia de montaj implică respectarea strictă a procedurilor şi realizareaa numeroase teste de verificare prin care să poată fi identificate din timp eventualele defecte ascunse defabricaţie sau erori umane, figura 5.67.b.:
întreruptor SF6
TC
separator
mecanism acţionare hidraulic
separator legare lapământ
separatorizolator
13
Fig. 5.67. Asigurarea condiţiilor de montaj pentru echipamentele GIS [TOSH 05]:a. cameră presurizată de montaj; b. inspecţia de calitate a separatoarelor conice înaintea montajului
După finalizarea operaţiilor de montaj în laborator dar şi în condiţii de exploatare pe teren, o metodăeficientă de testare a stării sistemelor de izolaţie o constituie măsurătorile privitoare la amplitudineadescărcărilor parţiale (DP).Suprafeţele necesare amplasării staţiilor exterioare blindate EGIS faţă de a staţiilor moderne similare cuizolaţia aparatelor în aer EAIS (100 %), în funcţie de nivelul tensiunii, se încadrează aproximativ înurmătoarele limite:
20...25 % pentru o staţie electrică EGIS cu tensiunea de 110 kV;
15 % pentru 220 kV;
10 % pentru 400 kV;
3...5 % pentru 800 kV.Astfel o staţie de IT de tip închis blindată îmbină avantajele injecţiei de putere la IT cu restricţiile de spaţiuridicate de dezvoltarea oraşelor şi a zonelor industriale. Studiile CIGRE realizate în 2008 au arătat că faţăde situaţia din anul 1995 (43 % din GIS erau montate în exterior) există o tendinţă generală abeneficiarilor de a prefera realizarea de staţii electrice de exterior, în special la tensiuni de peste 200 kV,unde oferta este asigurată numai de firme cu experienţă şi care asigură echipamente cu o fiabilitate uneorisuperioară celei atinse de echipamentele de interior. Pe clase de tensiuni se constată că 78,79 % dinechipamentele GIS sunt utilizate în domeniul 60 – 200 kV în special la realizarea staţiilor electrice dedistribuţie şi evacuare, 17,9 % în domeniul de tensiuni 200 - 500 kV pentru staţii electrice de transport şinumai 3,31 % la tensiuni de peste 500 kV pentru echiparea staţiilor electrice de sistem de foarte mareputere, respectânduse astfel tendinţa generală din ţările europene de a limita tensiunea maximă asistemelor energetice spre tensiunea de 500 kV. Datorită complexităţii tehnologiei, condiţiile climatice facmai dificile operaţiile de mentenanţă şi reparaţii a staţiilor blindate de exterior dar având în vederefiabilitatea foarte ridicată a echipamentelor, că nu există diferenţe între suprafeţele de montaj în cele douăcazuri, costurile suplimentare ale clădirii nu sunt justificate economic decât în cazul unor restricţii severeprivind estetica urbanistică.
14
Fig. 5.75. Instalaţie capsulată tripolară Siemens 8DN8, 72,5...145 kV, 3.150 A [SIEM 04]
Pentru a se asigura o flexibilitate ridicată echipamentului cu un număr limitat de module funcţionale,acestea sunt proiectate standardizat astfel încât pot fi ansamblate în diferite moduri pentru a se obţinediferite scheme de conexiuni şi pentru a se realiza o adaptare optimă la volumul spaţiului disponibil.Ansamblarea modulelor se face prin cuplarea şi strângerea cu bolţuri a flaşelor terminale între care, pentruo bună etanşare, sunt prevăzute garnituri din cauciuc siliconic şi un sistem dublu de inele O. În cazul unordefecte de etanşare rezultate în urma unor suprapresiuni generate de amorsarea unui arc electric intern,gazul nu poate trece de la un modul la altul, fiecare compartiment fiind prevăzut cu supape de siguranţăcu deschidere rapidă (5...10 ms) către exterior care limitează presiunea şi semnalizează avaria. Evacuarea
1 – dulap comandă locală;2 – transformator de curent;3 – bară colectoare I, separator bare şi
de legare la pământ;4 – întreruptor forţă;5 - bară colectoare II, separator bare şi
de legare la pământ;6 – mecanism acţionare 4;7 – transformator tensiune;8 – separator rapid de legare la pământ;9 – separator de linie şi legare la
pământ;10 – cutie terminală pentru
plecări în cablu;11 – izolator modul funcţional;12 – contact izolat de legare la pământ.
3.650 x 2.850 mm
11
12
15
şi umplerea cu gaz a fiecărui compartiment se realizează cu instalaţii mobile care se cuplează la ventilul deumplere/golire al compartimentului iar pierderea de gaz în urma efectuării operaţiilor de întreţinere saureparaţii este de regulă sub 1 %.
Modul de dispunere al aparatelor în celulă influenţează dimensiunile geometrice ale acesteia. În cazulcapsulării tripolare producătorii preferă dispunerea mixtă a aparatelor pe verticală şi orizontală careasigură, la înălţimi acceptabile, micşorarea suprafeţei necesare la 40 % faţă de o dispunere numai peorizontală a aparatelor (care prezintă avantaje importante la tensiuni mai mari de 300 kV). Chiar latensiuni sub 170 kV, dispunerea pe verticală a întreruptorului este mai avantajoasă din punct de vedere algabaritului, producătorii oferind ambele soluţii care practic sunt realizate cu aceleaşi module funcţionaledar diferit ansamblate:
Fig. 5.79. Influenţa modului de dispunere a aparatelor asupra dimensiunilor de gabarit ale GIS cu capsulare tripolară, Mitsubishi,GMKD, 72,5...145 kV, 3.150 A [MITS 06]:
a. dispunere verticală a întreruptorului; b. dispunere orizontală a întreruptorului
2
7
8
10
9
4
5 3
6
11
3 5
2
6
10
8
7
9
4 2
11
5.100 x 3.300 mm4.100 x 3.600 mm
a. b.
STAŢII ELECTRICE DE INTERIORDE ÎNALTĂ TENSIUNE
Staţiile electrice de interior sunt realizate prin amplasarea în interiorul unor construcţii aechipamentelor componente. Realizarea unei staţii electrice în variantă de interior se impune atuncicând avem următoarele restricţii: de spaţiu mai ales dacă staţia trebuie construită într-o zonă urbană sau industrială şi necesită un
racord la înaltă tensiune (SRA); condiţii severe de estetică urbanistică ce impun încadrarea într-un ansamblu arhitectural; gradul ridicat de poluare (nivel III, IV) caracteristic marilor aglomerări urbane, anumitor platforme
industriale; necesitatea de a limita nivelul de poluare sonoră în zonele urbane; se impune amplasarea staţiei în vecinătatea unor zone de producţie ce fabrică produse inflamabile
sau explozibile; condiţii speciale de exploatare datorate condiţiilor mediului: altitudine, atmosferă salină;În prezent aceste staţii se realizează în următoarele variante: staţii de interior de tip deschis, echipate tradiţional sau cu module compact configurabile, cu
izolaţia aparatelor în aer (IDAIS); staţii de interior de tip închis capsulate, echipate cu aparate de interior, întreruptoare debroşabile,
montate în carcase prefabricate din oţel sau aluminiu, cu mediu izolant aerul la presiuneatmosferică (ICAIS).
staţii de interior hibride, echipate cu module prefabricate blindate în SF6 şi aparate tradiţionale, cuizolaţie mixtă a aparatelor în SF6 şi aer (IHIS);
staţii de interior de tip închis blindate, echipate cu celule prefabricate montate în carcase dinaluminiu, configurabile, cu izolaţia aparatelor în SF6 (IGIS).
Principalele avantaje ale staţiilor electrice de interior sunt: se obţin importante reduceri ale suprafeţei de teren faţă staţiile de exterior tradiţionale EAIS, cu
aceeaşi schemă de conexiuni:- cu cel puţin 20…30 % la varianta IDAIS, cu posibilităţi de reducere dacă staţia de interior se
realizează pe două sau trei nivele;- cu 75 % la varianta ICAIS şi cu 85 %…90 % la varianta IHIS;- cu 94 % (staţii cu Un = 110 kV)…98 % (staţii cu Un 750 kV) în cazul IGIS.
impact redus asupra mediului ambiant; pentru zonele puternic poluate cheltuielile de investiţii devin comparabile cu ale staţiilor de
exterior la cheltuieli de exploatare şi de întreţinere mai mici; fiabilitate generală mai bună deoarece echipamentele sunt mai puţin solicitate de factorii de mediu
şi funcţionează în condiţii îmbunătăţite (de interior).Dezavantajele principale ale staţiilor de interior: consum mai mare de materiale de construcţii şi manoperă pentru realizarea construcţiilor civile
ceea ce conduce la investiţii mai mari şi creşterea timpului de finalizare a investiţiei; dacă staţia este realizată pe mai multe nivele, este mai scumpă iar exploatarea este mai dificilă
datorită dificultăţilor de acces la echipamente; posibilităţile pentru dezvoltarea (extinderea) ulterioară sunt mai reduse datorită spaţiului limitat;
acest aspect se poate rezolva numai prin utilizarea unor generaţii de echipamente superioarecalitativ, de dimensiuni inferioare;
necesită măsuri suplimentare pentru a limita extinderea avariilor şi efectele acestora laechipamentele învecinate deoarece spaţiile dintre circuite sunt mai mici.
CONDIŢII GENERALE PENTRU REALIZAREA INSTALAŢIILORELECTRICE DE INTERIOR DE TIP DESCHIS
Condiţii determinate de tensiunea staţiei electrice. Distanţele minime ce trebuie realizate întrediversele părţi ale instalaţiilor de interior astfel încât să nu apară străpungerea spaţiului izolator (aer)sunt prezentate în Tabelul 6.1.:
Tabelul 6.1. Distanţe de izolaţie minime admise pentru staţiile interioare
Distanţe minime admise [mm]Simbol Formula decalcul 10 kV 20 kV 35 kV 60 kV 110 kV 220 kV Condiţii
A0 120 180 290 500 900 1800 echilibru
A 1,1 A0 130 200 320 550 1.000 2.000 echilibru
A2 A0 / 2 100 150 200 330 450 900 balans la scurtcircuit
Condiţii pentru asigurarea siguranţei personalului. În principal măsurile de protecţie constau înmontarea echipamentelor la înălţimi corespunzătoare sau realizarea de îngrădiri de protecţie definitive,pline, din plasă sau cu balustrade. Pentru ţara noastră aceste distanţe sunt precizate în Tabelul 6.2.:
Tabelul 6.2. Distanţe minime admise pentru protecţia personalului în staţiile interioare
Distanţe minime admise [mm]Simbol Formula decalcul 10 kV 20 kV 35 kV 60 kV 110 kV 220 kV Condiţii
A0 120 180 290 500 900 1.800 la echilibruB1 A0 + 30 150 210 320 530 930 1.830B2 A0 + 100 220 280 390 600 1.000 1.900B3 A0 + 750 870 930 1.040 1250 1.650 2.550C A0 + 2.500 2.620 2.680 2.790 3.000 3.400 4.300D A0 + 1.250 1.370 1.430 1.540 1.750 2.150 3.050E A0 + 600 720 780 890 1.100 1.500 2.400H 4.500 4.750 4.750 5.500 5.500 6.500
Fig. 6.1. Domenii de protecţie şi distanţe minime de protecţie în staţiile interioare: a. îngrădiri definitive pline, din plasăverticale sau orizontale; b. elemente sub tensiune amplasate pe suporţi
B2
E
1
.90
0
2.3
00
1.9
00
E
a. b.
B1
1.8
00
C
2.0
00
B1 B2
1
.80
0
C
B3
1
.20
0
1.200
Condiţii determinate de pericolul de incendii. Elementele de rezistenţă (planşee, pereţi) şi acces aleconstrucţiei civile a staţiei electrice de interior trebuie să prezinte anumite caracteristici din punct devedere al rezistenţei la foc în conformitate cu datele precizate în Tabelul 6.3.:
Tabelul 6.3. Limite de rezistenţă la foc a elementelor incombustibile a construcţiilor civile în care se amplasează instalaţiielectrice cu tensiunea nominală de peste 1 kV
Limită de rezistenţă la foc[h]
Conţinutul încăperii
pereţi planşee uşiEchipamente cu max. 60 kg ulei pe cuvă (fără depozite de materiale combustibile) 0,25Echipamente cu peste 60 kg pe cuvă, cu colectarea uleiului prin prag 4 - -Echipamente cu peste 60 kg pe cuvă, cu colectarea uleiului prin colector 1Depozite de materiale combustibile necesare instalaţiilor electrice - 3 -Posturi de transformare în construcţie independentă 1Clădire a staţiei alipită sau înglobată 4 1,5 1,5
Condiţii de montare şi amplasare a transformatoarelor. În mod obişnuit transformatoarele de forţăse montează în exteriorul clădirii staţiei dacă puterea unitară depăşeşte câţiva MVA. Montarea îninteriorul staţiei se face în mod excepţional dacă nu sunt alte soluţii deoarece implică soluţiicomplicate şi scumpe ce trebuie să rezolve următoarele probleme suplimentare: evacuarea căldurii degajate în timpul funcţionării transformatorului; prevenire şi combaterea eventualelor incendii; limitare a efectelor zgomotelor şi vibraţiilor.Între transformatoare şi pereţii şi uşile încăperilor trebuiesc păstrate distanţele minime precizate înTabelul 6.4.:
Tabelul 6.4. Distanţe minime de la transformatoarele de putere la pereţii şi uşile camerelorPuterea transformatorului [MVA]
< 0,4 0,4 - 1 > 1la pereţi 0,3 0,5 0,6Distanţa de la transformator
[m] la uşi 0,6 0,8 1
Fig. 6.2. Amplasarea transformatoarelor de forţă în staţiile de interior
200
2 %
1
12
2
3
4
5
10
76
11
9
8
1 – transformator de forţă;2 – perete antifoc;3 – planşeu antifoc;4 – fereastră de ventilaţie;5 – uşi etanşe;6 – şină;7 – strat de pietriş;8 – grătar demontabil;9 – cuvă etanşă din beton;10 – recipient pentru extragerea apeişi uleiului;11 – canal de ventilaţie;12 – fereastră de aducţie a aerului deventilaţie naturală.
Fig. 6.3. Soluţii de sisteme de răcire pentru transformatoare montate în interior:a. cu turn de răcire; b. cu radiatoare aer – ulei plasate în exteriorul staţiei
15 1
12
2
3
4
5
14
13
11 14
16
P
R R R
T
M
K
a. b.
încăpere transformator
Condiţii determinate de ventilarea încăperilor. Funcţionarea echipamentelor electrice este însoţităde fenomene termice care determină creşterea temperaturii din interiorul spaţiilor staţiei electrice Tint.În perioada de vară creşterea temperaturii mediului ambiant T0 poate determina creşterea temperaturiiechipamentelor Tech peste limitele maxim admise Tmax şi din acest motiv trebuiesc proiectate sisteme declimatizare care să menţină temperatura din interiorul spaţiilor funcţionale ale staţiei electrice înlimitele stabilite de standarde (vezi Tabelul 2.1). Deoarece la aceeaşi tehnologie de realizare aechipamentelor staţiile electrice de interior sunt mai compacte decât cele de exterior rezultă un volummai mic al construcţiei civile şi implicit un volum mai mic de aer care ar putea prelua prin ventilaţienaturală căldura dezvoltată de funcţionarea instalaţiilor electrice. Din acest motiv instalaţiile deinterior se proiectează să poată funcţiona la temperaturi ridicate iar pentru reducerea încălziriiîncăperilor se prevăd sisteme de ventilaţie forţată.
Fig. 5.84 Sisteme de ventilaţie forţată a staţiilor electrice de interior:a. ventilaţie forţată prin depresiune; b. ventilaţie forţată prin suprapresiune
Deoarece staţiile electrice de interior se construiesc preponderent în zonele urbane, problemaprotecţiei mediului ambiant din punctul de vedere al poluării vizuale, a căpătat o atenţie deosebită înspecial în ţările cu potenţial turistic important.
Fig. 5.87. Staţii electrice de I.T. de interior amplasate în zone urbane şi încadrate urbanistic
T0; p0
Tech > Tint
T0 < Tint < Tmax
pint < p0
T0; p0
Tech > Tint
pint > p0
a. b.
filtru aer
canalizaţie aer
ventilator
echipamentelectric
clădirea staţiei
În vederea creşterii puterii livrate consumatorilor, cât mai aproape de centrul de consum, s-a amplificattendinţa de realizare a staţiilor electrice de interior la tensiuni tot mai mari de 145...170 kV. Utilizareamodulelor compact debroşabile în staţiile de interior permite creşterea fiabilităţii generale prineliminarea unui număr important de separatoare de bare, micşorarea volumului instalaţiilor (cu 30...40%) şi a costurilor de investiţii, creşterea siguranţei personalului de exploatare care poate identifica maiuşor separarea vizibilă a părţilor aflate sub tensiune. În figura 5.89 se prezintă structura unei staţiielectrice de interior realizată cu module compact debroşabile. Pentru micşorarea preţului de costschema de conexiuni este cu un singur sistem de bare colectoare iar echipamentele de înaltă şi medietensiune sunt amplasate în aceeaşi construcţie civilă conform figurii 5.89.b:
Fig. 5.89. Variante de dispunere a echipamentelor electrice în staţiile prefabricate de I.T. de interior:a. staţia de I.T. cu un sistem de bare colectoare ; b. staţie de racord adânc 52...145 kV
Staţia electrică este formată din trei module testate de producător, care se ansamblează şi se testează lafaţa locului în maxim o săptămână iar în cazul reducerii necesarului de energie în zonă întreaga staţie(inclusiv fundaţiile) poate fi dezansamblată fără a agresa mediul ambiant, fiind astfel completecologică:
modulul transformatorului de forţă, cu puterea maximă de 16 MVA este amplasat în zona centralăşi include fundaţia prefabricată realizată ca bazin de captare a uleiului, pereţii şi acoperişul dintablă ondulată;
modulul de înaltă tensiune, realizat cu întreruptoare compact debroşabile din gama 52...145 kV,nu necesită fundaţie pentru fixare datorită construcţiei speciale a cadrului metalic pe care suntmontate aparatele celulei de transformator şi linie;
modulul de medie tensiune, este alipit de modulul transformatorului de forţă şi conţine un anumitnumăr de celule de m.t. corespunzător circuitelor alimentate, circuitele secundare de protecţii şimăsură, circuitele auxiliare de curent continuu şi alternativ, echipamentele de comandă,supraveghere şi interconectare digitale ce asigură managementul informatic al staţiei în reţea.
Staţii electrice de înaltă tensiune de interior blindate IGIS. Din punct de vedere constructiv nu suntdiferenţe majore între echipamentele GIS realizate pentru interior faţă de cele de exterior decât înprivinţa sistemelor de izolaţie exterioare ale modulelor ce realizează conexiunea către reţeleleelectrice. Deoarece echipamentele sunt mai scumpe decât în cazul modulelor compacte debroşabile,staţiile electrice IGIS datorită faptului că sunt mult mai compacte şi fiabile se folosesc în aplicaţii încare condiţiile de proiectare şi realizare sunt deosebite:
la evacuarea energiei electrice produse în marile centrale hidroelectrice sau termoelectrice (înspecial la cele pe lignit care produc o intensă poluare în zonă);
la alimentarea consumatorilor importanţi de mare putere sau strategici ce fac parte din categoriazero;
module compact debroşabile145 kV
staţia de m.t. 20 kV transformator forţă 110/20 kV staţia I.T. 110 kV
alimentarea unor zone situate la mare altitudine (2.000...3.000 m) caracterizate prin condiţiiclimatice extreme (vânt, căderi masive de zăpadă, variaţii zilnice importante de temperatură) şi încare aerul rarefiat şi cu o rigiditate dielectrică mult mai mică, fac dificilă realizarea staţiilorelectrice de exterior;
în nodurile principale de distribuţie din interiorul marilor aglomerări urbane cu atmosferă puternicpoluată, salină sau atunci când beneficiarul impune restricţii severe de spaţiu sau urbanism.
Fig. 5.90. Staţie electrică de interior de evacuare, Three Gorges, China, realizată cu module monofazate ELK-3 de 550 kV,4.000 A, 63 kA [ABB 09]
Lipsa de spaţiu din marile oraşe determină realizarea unor construcţii gigantice pe verticală,dezvoltate ca mici oraşe cu toate utilităţile aferente în care lucrează mii de persoane. Cea mai mareconstrucţie de acest fel este situată în Taipei şi are înălţimea de 509 m, este deservită de 96 lifturi caretransportă în medie 40.000 de persoane pe zi, ce desfăşoară activităţi în diversele sale spaţii (birouri,hoteluri, săli conferinţe, supermagazine, săli cinema, teatru, restaurante). Energia electrică consumatăeste echivalentul consumului a 6.000 case ceea ce necesită un sistem de alimentare individual,amplasat cât mai aproape de clǎdire şi capabil să furnizeze 120...150 MW.
Fig. 5.95. Staţii electrice de înaltă tensiune IGIS amplasate în mari centre urbane:a. Taipei 101 cea mai mare clădire funcţională; b. staţie înaltă tensiune subterană, 170 kV [ABB AB]
a. b.
parc
guri ventilaţiecamerǎtransformator
staţia Î.T.subteranǎ
O staţie electricǎ de înaltǎ tensiune nu poate fi amplasatǎ la suprafaţǎ într-un centru urban,datoritǎ riscurilor la care pot fi supuşi cetaţenii, impactului vizual negativ dar poate fi relativ uşoramplasatǎ subteran.
Staţii de înaltǎ tensiune marine. În ultimii ani perspectiva schimbǎrilor climatice a impulsionatutilizarea energiei eoliene care a consemnat un progres deosebit dovedind cǎ o mare cantitate deenergie poate fi produsǎ fǎrǎ utilizarea combustibililor fosili, a resurselor de apǎ de rǎcire, fǎrǎ emisiide gaze de serǎ sau poluanţi nocivi. Astfel, între anii 1995 – 2005, rata mondialǎ anualǎ de creştere îndomeniu a fost de 30 %, conducând la o putere instalatǎ totalǎ nouǎ de 32.000 MW, adică dublu decâtîn domeniul energiei nucleare. Datorită dificultăţilor de construcţie şi amplasare a structurii pilonuluide rezistenţă (pericol seismic ridicat datorat înălţimii de 30 m la care se amplasează greutatea staţieielectrice de 440 t), a condiţiilor dificile de exploatare specifice climatului marin (salinitate, umiditate,furtuni) preţul terenului disponibil pe platforma staţiei electrice marine este foarte ridicat. Din acestmotiv şi datorită faptului că spaţiul în plan (23 x 15 m) reprezintă numai 25 % din cel al unei staţiielectrice terestre similare, s-a adoptat soluţia modulelor containerizate dispuse şi în plan vertical,figura 5.101.a.:
Fig. 5.101. Modulele funcţionale ale unei staţii electrice de I.T. marine
Transformatorauxiliar Generator
Diesel rezervăMagazie
Instalaţiiauxiliare j.t.
Instalaţiistingereincendii
Transformator deforţă
Modul A Modul B
Modul Cplatforma staţiei
Cameră control
Modul A
Transformator deforţă
Modul E
Heliport
Modul D
Modul C
Modul B
Transformatorauxiliar
Platformă
plecări cablu 132 kVintrări cabluri
colectoare 33 kV
a.
b.
STAŢII ELECTRICE DE MEDIE TENSIUNE
Staţiile electrice de medie tensiune sunt cele mai numeroase şi sunt utilizate în cadrul sistemuluienergetic atât pe partea de producere a energiei electrice cât şi la distribuţia primară a energieielectrice la medie tensiune şi pot fi clasificate în funcţie de rolul funcţional astfel:
staţie de evacuare (de mică putere), este staţia de medie tensiune 6 kV / 20 kV sau 110 kV princare se evacuează energia electrică produsă într-o mică hidrocentrală sau centrală eoliană directcătre reţeaua de distribuţie sau în sistemul energetic;
staţie de servicii proprii, este staţia de 6 sau 10 kV care deserveşte consumatorii blocului (cazan) –turbină - generator dintr-o centrală electrică şi serviciile proprii generale;
staţie de distribuţie de tip rural, este staţia de medie tensiune 10, 20 kV din cadrul staţiilor detransformare 110 kV / 10 (20) kV, care alimentează reţelele de distribuţie din mediul rural;
staţie de distribuţie de tip urban, este staţia de medie tensiune 10, 20 kV din cadrul staţiilor detransformare 110 kV / 10 (20) kV, care alimentează un centru urban cu consum casnic, edilitar şiindustrial;
staţie de conexiuni tip punct de alimentare, este o staţie de medie tensiune amplasată în centrul degreutate al consumatorilor dintr-o zonă, care asigură alimentarea cu energie electrică a posturilorde transformare din acea zonă.
Scheme de conexiuni ale staţiilor de medie tensiune
Schemele de conexiuni ale staţiilor de distribuţie de medie tensiune se aleg în funcţie de puterea consumatoriloralimentaţi, importanţa acestora, condiţiile de siguranţă în alimentarea cu energie electrică, posibilităţile derealizare în funcţie de caracteristicile aparatajului şi perspectiva de dezvoltare a reţelelor de distibuţie din zonă înurmătorii 15...20 ani. Staţiile de distribuţie de tip rural se realizează uzual cu un singur transformator iar staţiade medie tensiune cu o schemă electrică de conexiuni cu un singur sistem de bare colectoare nesecţionate. Înfigura 7.2. este prezentată o staţie de medie tensiune de tip rural echipată tradiţional, cu plecări pe medie tensiunerealizate cu linii electrice aeriene.
Fig. 8.1. Staţie de distribuţie de medie tensiune, tip rural, cu echipare tradiţională
BC20 kV
110 kV
L1 L2 L3 L4
Y/
8. Staţii electrice de medie tensiune116
Staţiile de medie tensiune de tip urban se realizează curent cu două transformatoare, cu barecolectoare simple secţionate longitudinal sau cu două sisteme de bare colectoare nesecţionate şi cuplătransversală. Soluţiile moderne de echipare utilizează celule prefabricate închise sau blindate cuizolaţia aparatelor în SF6, întreruptoare debroşabile rotative cu SF6 sau în vid care cumulează şi funcţiaseparatoarelor, separatoare compact cu funcţii multiple (separator de sarcină, separator de punere lapământ cu capacitate de scurtcircuitare), transformatoare de tensiune debroşabile, Plecările cătreconsumatorii urbani, posturile de transformare sunt în cablu iar pentru compensarea factorului deputere staţia de medie tensiune este prevăzută cu baterii de condensatoare comutabile în trepte.
Fig. 8.2. Staţie de distribuţie de medie tensiune, tip urban, echipată cu celule prefabricate
SBC1 20 kV
110 kV
Y/
SBC2
LC1 LC2
20 kV
110 kV
Y/
LC4LC3
117
Staţiile de conexiuni de tip punct de alimentare se utilizeaza în mediul urban în situaţia în care într-o anumită zonă trebuiesc instalate un număr mare de posturi de transformare cu putere nominală maimică de 1.000 kVA şi pentru care nu este economică racordarea individuală din staţia de distribuţie IT/ m.t. Punctele de alimentare au scheme electrice de conexiuni simple, cu un sistem de bare colectoaresecţionate longitudinal pentru a limita valoarea curentului de scurtcircuit, cu dublă alimentare din douăstaţii de distribuţie ÎT / m.t. şi plecări în cablu pentru posturile de transformare din zonă:
Fig. 8.3. Staţie de conexiuni de medie tensiune 20 kV, echipare modernă cu celule prefabricate
Tabelul 8.1. Puterile de scurtcircuit recomandate pentru staţiile de distribuţie de medie tensiuneTensiunea reţelei [kV] Psc recomandată [MVA] Psc maximă [MVA]
6 150 25010 200 35020 250 500
8.1.2. Condiţii generale de amplasare a echipamentelor
Fig. 8.4. Distante minime de protecţie şi amplasare a echipamentelor: 1 – clădire staţie; 2 – coridor de trecere; 3 – canal ieşirecabluri; 4 – canal celulă; 5 – coridor supraveghere şi manevră; 6 – celulă de m.t. prefabricată; 7 – coridor de manevră; 8 –
canalizaţie capsulată a sistemului de bare colectoare
SBC1 20 kV
20 kV
SBC2
la PT1
20 kV
ST1
20 kV
ST2
la PT2 la PT3 la PT4
600 200
H2H1 H3
1
2
3
7
5
4
8
600 < 1.200
6
>1
.90
0
8. Staţii electrice de medie tensiune118
Dimensiunile principale ale canalelor de cabluri [Merli96] în funcţie de secţiunea cablului de racord lacelulele prefabricate sunt precizate în Tabelul 8.2.:
Tabelul 8.2. Dimensiunile canalelor de cabluri pentru racordări pe la partea inferioară a celulelor
Secţiune cablu[mm2]
Rază curbură cablu[mm]
H1[mm]
H2[mm]
H3[mm]
Curent niminalcelulă
[A]50 370 140 400 35070 400 150 430 35095 440 160 470 350
120 470 200 500 -150 500 220 550 -185 540 270 670 -240 590 330 730 -
630
400 800 1.000 1.350630 940 1.000 1.350
1.250
CELULE PREFABRICATE DE MEDIE TENSIUNE
Celulele prefabricate de medie tensiune sunt instalaţii containerizate ce conţin aparate cu funcţiide conectare, separare, comutaţie şi protecţie, echipamente de măsură şi automatizare, care suntansamblate şi testate la producător fiind livrate într-o gamă largă de opţiuni, complet pregătite pentru afi montate în instalaţii de medie tensiune în domeniul 3…24 kV. Principalele condiţii de calitaterealizate de noile generaţii de celule electrice prefabricate sunt: fiabilitate şi durată de exploatare ridicată; ecologice; dimensiuni reduse ce au permis realizarea de staţii electrice compacte; fără pericol de explozie sau incendii; întreţinere minimă, practic sunt instalaţii fără întreţinere; flexibilitate şi posibilităţi de realizare a oricărei scheme de conexiuni datorită gamei variate de
module funcţionale standardizate; vizibilitate foarte bună a stării aparatelor cu excluderea din construcţie a posibilităţilor de manevre
greşite; partea de comandă, control şi circuite secundare este inclusă în celulă şi îndeplineşte funcţii
complexe: monitorizarea parametrilor de funcţionare ai aparatelor şi celulei, teleconducere,diagnoză;
greutate şi volum redus ceea ce facilitează operaţiile de transport şi instalare.Evoluţia aparatelor de comutaţie, a tehnicilor de proiectare au condus la realizarea de către mariiproducători a unor celule prefabricate a căror costuri şi performanţe sunt sensibil egale astfel încâtmajoritatea staţiilor de medie tensiune se proiectează prin utilizarea următoarelor tipuri de celuleprefabricate: celule prefabricate de tip închis, la care aparatele cu izolaţie în aer sunt amplasate în
compartimente funcţionale, protejate prin pereţi metalici de o structură care nu permite atingereapărţilor sub tensiune;
celule prefabricate blindate la care izolarea echipamentelor se face în gaze inerte SF6, azotpentru toate compartimentele sau parţial numai pentru anumite compartimente ale celulei.
119
Celule metalice închise compartimentate. Aceastǎ variantǎ constructivǎ este în prezent cea mairǎspânditǎ soluţie ce echipeazǎ staţiile electrice de medie tensiune pentru care beneficiarul nu a impuscondiţii speciale de exploatare sau restricţii de spaţiu. Celulele sunt realizate dintr-un schelet metalicdin profile 1 pe care sunt montaţi pereţii şi uşile din tablă ambutisată 2. Celula conţine uncompartiment pentru circuitele secundare de joasǎ tensiune 3, restul spaţiului fiind rezervatechipamentelor de medie tensiune conform figurii 7.25.:
Fig. 7.25. Celulă metalicǎ de tip închis, compartimentată cu dublu sistem de bare colectoare, 24 kV , PIX 2B realizată defirma AREVA [AREV 06]
Zona de medie tensiune este formatǎ din compartimentul barelor colectoare 4 prevǎzut cuconectori de interconexiune pe capete 5, compartimentul separatoarelor de bare 6, compartimentulîntreruptorului debroşabil 7 şi al aparatelor de măsură ce conţine transformatoarele de curent 8,tensiune 9 şi plecǎrile în cablu 10 prevǎzute cu conectori multipli şi separatoare de legare la pǎmânt.În caz de defect intern, gazele fierbinţi formate sub acţiunea arcului electric au o cale de liberǎ eşaparespre mediul ambiant o datǎ cu deschiderea ventilelor de suprapresiune (în 5...15 ms) montate în fiecarecompartiment care la rândul sǎu comunicǎ cu tunelul 11 respectiv flapsurile mobile 12 care se deschidcǎtre exterior şi nu permit creşterea excesivǎ a presiunii în incintǎ.
12
3
4
5
6
7
8
9 10
11
12
8. Staţii electrice de medie tensiune120
Celule prefabricate de medie tensiune în SF6
Tehnologia izolării aparatelor electrice în SF6 a fost implementată la înaltă tensiune şi după anii1990 s-a aplicat şi la medie tensiune pentru realizarea unor celule prefabricate de tip compact. Înprezent aceste celule se realizează în două variante constructive:
celule prefabricate cu izolaţie mixtă în aer şi SF6, care au numai compartimentul întreruptoruluiizolat în SF6;
celule prefabricate blindate, care au toate compartimentele etanşe iar izolaţia dintre aparate esteSF6, azot, heliu sau aer uscat la o presiune superioarǎ presiunii atmosferice.
Principalul avantaj al acestei tehnologii este independenţa parametrilor funcţionali faţǎ de mediulambiant în ceea ce priveşte efectul umiditǎţii, salinitǎţii şi al substanţelor poluante agresive.Compartimentele etanşe sunt realizate din plăci de oţel tăiate şi sudate cu laser pentru a se garanta laansamblare precizia deosebită solicitată de această tehnologie. Toate conexiunile electrice întrecompartimente sunt realizate prin conectori etanşi, barele celulelor adiacente fiind conectate prinelemente de conexiune asemănătoare celor de la cablurile de forţă.
Fig. 7.33. Celulǎ prefabricatǎ cu izolaţie mixtǎ ZX2 [ABB 00]
Celule prefabricate de medie tensiune blindate. Pentru condiţii foarte grele de exploatare şireducerea cu 20...30 % a volumului de montaj se utilizează celule ce au echipamentul de medietensiune total izolat în hexafluorură de sulf:
1 – interfaţǎ operator;2 – mecanism acţionare separator;3 – separator cu trei poziţii;4 – senzor de presiune;5 – mecanism acţionare întreruptor;6 – conector secundare TC;7 – conector cablu;8 – capǎt terminal cablu;9 – releu multifuncţional de protecţie;10 – transformator tensiune TT;11 – conector de etanşare;12 – supapǎ suprapresiune;13 – transformator de curent TC;14 – tunel evacuare gaze arc electric;15 – întreruptor în vid;16 – soclu indicator tensiune;17 – bare conductoare izolate.
121
Fig. 7.35. Celule blindate în SF6: a. ecranare trifazate; b. ecranare monofazată
În figura 7.37. sunt prezentate schemele electrice ale principalelor tipuri de celule menţionate:
Fig. 7.37. Schemele electrice ale principalelor tipuri de celule de medie tensiune: a. celulǎ de întreruptor cuseparator; b. celula de descǎrcǎtor; c. celulǎ de transformator; d. celulǎ de motor; e. celulǎ de comutaţie baterie
condensatoare; f. celulǎ de mǎsurǎ; g. celulǎ de cuplǎ transversalǎ; h. celulǎ de cuplǎ longitudinalǎ
a. b.
M C
a. b. c. d. e.
f. g. h.
POSTURI DE TRANSFORMARE
CONDIŢII GENERALE
Posturile de transformare sunt staţii electrice de distribuţie de mici dimensiuni alimentate lamedie tensiune şi utilizate pentru alimentarea cu energie electrică a consumatorilor de joasă tensiunecu Un 1.000 V.
În funcţie de destinaţie, tipul consumatorilor ce trebuiesc alimentaţi, posturilor de transformare seclasifică în următoarele categorii: post transformare varianta reţea, destinat alimentării reţelelor de distribuţie de joasă tensiune
rurale sau urbane ce deservesc consumul casnic sau alţi mici consumatori ce nu ridică problemedeosebite privind continuitatea în alimentare (mici ateliere de producţie, magazine, depozite),echipat cu un singur transformator de putere;
post de transformare varianta abonat, destinat alimentării cu energie electrică a consumatorilorindustriali individuali (sau similari acestora), echipat în funcţie de nivelul de continuitate cerut deabonat cu unul sau două transformatoare.
În raport cu modul de amplasare faţă de sol posturile de transformare pot fi clasificate în următoarelecategorii: post de transformare aerian, este o staţie al cărei echipament este montat pe o construcţie specială
din stâlpi din beton sau direct pe un stâlp al liniei aeriene, fiind echipată cu un transformator demică putere Sn = 20…250 kVA, alimentat în derivaţie de la linia aeriană rurală de 20 kV şidestinat alimentării la joasă tensiune a consumatorilor rurali;
post de transformare suprateran, este o staţie cu puterea Sn = 100…1.600 kVA, destinatăalimentării consumatorilor urbani şi industriali, amplasată la nivelul solului în cabine metaliceprefabricate sau în clădiri, în incinte speciale din zidărie, amplasate la parterul blocurilor delocuinţe sau în spaţiul unei societăţi comerciale;
post de transformare subteran, este o staţie cu puterea Sn = 250…630 kVA, amplasată într-oconstrucţie specială subterană, în zone urbane centrale sau foarte aglomerate în care restricţiile desistematizare urbană nu au permis o amplasare supraterană.
În marile aglomerări urbane tendinţa actuală este de a amplasa posturile de transformare în interiorchiar în clădirile pe care le alimentează. În cazul clădirilor foarte înalte posturile de transformare cuputeri Sn = 1.000…3.150 kVA se amplasează în etajele tehnice situate la nivelele extreme sau lanivelul central iar acestea alimentează transformatoare cu puteri mai mici (sute kVA) amplasate astfelîncât fiecare să deservească un anumit număr de etaje în funcţie de destinaţia acestora: birouri, spaţiicomerciale, camere control şi supraveghere etc. În ţările dezvoltate în zonele urbane se consideră caoptimă amplasarea posturilor de transformare astfel încât acestea să deservească zone cu raza de250…300 m.
Scheme de alimentare la medie tensiune a posturilor de transformare
Alimentarea posturilor de transformare poate fi realizată aerian sau în cablu în funcţie decaracteristicile reţelei de alimentare şi a consumatorilor. Tendinţa actuală este de a realiza alimentareaprin utilizarea treptelor ridicate de medie tensiune 20 (35) kV (85 % din totalul posturilor detransformare din România) şi de a realiza distribuţia pe joasă tensiune în următoarele trepte detensiune (conform recomandărilor IEC): 230/400 V, 400/690 V, 1.000 V. Utilizarea treptelor ridicatede tensiune este avantajoasă deoarece conduce la micşorarea pierderilor de putere şi tensiune pecircuitele de distribuţie care astfel pot tranzita puteri superioare spre consumatori amplasaţi la distanţemai mari. Cele mai utilizate scheme de alimentare a posturilor de transformare sunt: schema de alimentare derivaţie (linie singulară); schema de alimentare dublă derivaţie; schema de alimentare în inel (în sistem intrare – ieşire).
2
Fig. 9.1. Schema de alimentare derivaţie a posturilor de transformare
Acest tip de schemă de alimentare este utilizat în reţelele de distribuţie urbane, cu alimentare în cablu,tranzitate de fluxuri importante de energie ce alimentează consumatori ce necesită un grad sporit desiguranţă.
Fig. 9.2. Schema de alimentare dublă derivaţie a posturilor de transformare
Schema de alimentare în inel, figura 9.3., este utilizată în sistemele de distribuţie urbane cualimentare în cablu. Schema realizată în buclă închisă are fiecare capăt al buclei legat la baracolectoare BC prin intermediul unui întreruptor. Pentru îmbunătăţirea flexibilităţii operaţionale barelestaţiei I.T. / m.t. se secţionează printr-un întreruptor normal închis şi fiecare capăt al inelului seconectează la un sistem de bare colectoare. Schema pune la dispoziţia utilizatorului două surse deenergie electrică şi reduce probabilitatea de întrerupere a alimentării consumatorilor datorită unoravarii în sistem sau datorită unor manevre greşite ale furnizorului.
BC
20 kV
110 kV
PT
LEA
Y/
0,4 kV
BC
20 kV
110 kV
PT
LEC1Y/
0,4 kV
LEC2
3
Fig. 9.3. Schema de alimentare în inel a posturilor de transformare
Circuitul inelului principal este tranzitat de puterea maximă solicită de toate posturile de transformare.Pe un principiu asemănător funcţionează şi schema de alimentare de tip interconector – distribuitorcare are circuitul principal conectat la barele colectoare a două staţii I.T. / m.t. prin intermediul câteunui întreruptor de putere. Pe parcursul circuitului principal acesta alimentează în sistem intrare –ieşire una sau mai multe staţii electrice de distribuţie (posturi de transformare).
SBC1 20 kV
110 kV
Y/
SBC2
LC1
20 kV
110 kV
Y/
LC2
PT1
0,4 kV
PTk
0,4 kV
PTn
0,4 kV
4
Echiparea electrică a posturilor de transformare
Principalele elemente componente ale unui post de transformare modern sunt: construcţia civilă sau carcasa prefabricată de protecţie a echipamentului; celulele de medie tensiune; transformatorul de putere; tabloul de distribuţie de joasă tensiune; legăturile dintre echipamentele de forţă, măsurare, protecţie; echipamentele instalaţiilor auxiliare: protecţie, (tele)măsurare, iluminat, etc.
Celulele de medie tensiune. Sunt celule prefabricate, fără întreţinere, cu izolaţia aparatelor în aer sauSF6 realizate în construcţie modulară sau în construcţie blindată (monobloc).
Fig. 9.4. Celule prefabricate modulare de medie tensiune pentru posturi de transformator:a. schema de conexiuni la m.t.: 1 – celula de intrare; 2 – celula de ieşire; 3 – celula transformatorului de tensiune (măsură); 4
– celulă întreruptor principal, circuite de măsură şi protecţii; 5 – celulă de transformator; b. celule de medie tensiune înconstrucţie modulară ansamblate
Echiparea pe partea de medie tensiune prezentată corespunde unui post de transformare de tip abonat,alimentat în inel, cu contorizare pe partea de m.t. În cazul alimentării unor consumatori importanţiunele standarde naţionale impun alimentarea de siguranţă de la un generator local care după caz poatesau nu poate funcţiona în paralel cu reţeaua publică de energie electrică.
Fig. 9.5. Echiparea circuitelor de medie tensiune cu celulă de alimentare de siguranţă
1 2 3 4 5 5
kWh
1 2 3 4 5 5
a. b.
I>
lasursa m.t.
P < 20 MVA
1 1 2 3
1 – celula de transformator;2 – celula de comutare automată;3 – celula barelor de transfer.
5
Transformatorul de putere. Transformatoarele utilizate în posturile de transformare sunt cu puterinominale din gama Sn = 25…2.500 kVA, de tip uscat (izolaţie cu răşini epoxidice) sau de tip imersat(izolaţie în dielectrici lichizi).
Reglajul tensiunii se realizează fără sarcină, prizele de reglaj din circuitul primar trebuie săpermită variaţia tensiunii înfăşurării cu tensiunea cea mai mare în raport cu tensiunea nominală (înfuncţie de necesităţi) în domeniile 2,5 %, 5 % sau 2 x 2,5 % iar la cerere sunt posibile şi altedomenii.Transformatoarele imersate utilizează pentru izolarea bobinajelor dielectrici lichizi care au şi rolulde agent de răcire, preluând căldura de la bobinaje. Lichidele dielectrice utilizate în construcţiatransformatoarelor sunt prezentate în Tabelul 9.1.:
Tabelul 9.1. Clasificarea dielectricilor lichizi utilizaţi la transformatoarele de putere
Cod Dielectric Punct de inflamare[ C]
Capacitate calorică[MJ/kg]
O1 ulei mineral < 300 -K1 hidrocarburi > 300 48K2 esteri > 300 34 – 37K3 ulei siliconic > 300 27 – 28L3 lichide cu halogen - 12
Pentru a prelua modificările de volum ale dielectricului în funcţie de temperatura acestuia sau în cazulunor degajări de gaze survenite la avarii, producătorii au dezvoltat două tipuri de transformatoare: transformator cu pernă de aer la presiunea atmosferică transformator cu umplere totală ermetic închisTransformatoarele cu umplere totală sunt avantajoase până la puteri de 10 MVA deoarece:- transformatorul este mai uşor şi cu gabarit mai redus faţă de un transformator similar cu
conservator;- se evită oxidarea dielectricului prin contactul cu oxigenul atmosferic;- se elimină pentru o perioadă de 10 ani necesitatea verificării rigidităţii dielectrice;- nu necesită întreţinere, lipseşte filtrul şi dispozitivul de uscare care trebuiesc schimbate periodic;- protecţie simplificată, detecţie imediată a pierderilor de ulei.Transformatoarele uscate au înfăşurările izolate cu răşini turnate în vid ca urmare prezintă o bunărezistenţă la foc, sunt neinflamabile, nu prezintă risc de poluare (nu conţin halogeni, cloruri, bromuri)şi nu necesită amenajări speciale pentru prevenirea incendiilor.Transformatoarele uscate sunt mai scumpe de circa 5 ori şi prezintă pierderi cu 30 % mai mari faţă decele cu ulei.
Fig. 9.6. Transformatoare moderne pentru posturile de transformare:a. cu umplere totală; b. uscat
a. b.
6
Tabloul de distribuţie de joasă tensiune
Fig. 9.7. Tabloul general de distribuţie de joasă tensiune şi modul de conectare a elementelor de j.t. în cazul unuipost de transformare de tip abonat
Soluţii constructive pentru posturile de transformare
Posturi transformare aeriene (PTA)
Fig. 9.8. Post de transformare aerian montat pe stâlp de beton şi transformatorul montat pe platformă
PTA
LEA
0,4 kV
kWh
20 kV
/Y
7
Posturi de transformare supraterane
Posturi de transformare supraterane în construcţie metalică (PTM)
Fig. 9.9. Post de transformare suprateran în construcţie metalică, varianta reţea cu deservire din interior
bazin de uleitransformator
canal cabluri j.t.conexiune cabluri m.t.
conexiune la transformator
3.200
2.1
00
8
Posturi de transformare supraterane în construcţie civilă
Fig. 9.10. Post de transformare suprateran în construcţie civilă, varianta abonat cu deservire din interiorşi transformator în exterior
Fig. 9.11. Post de transformare suprateran cu echipare modernă în construcţie civilă, varianta abonat cu deservire din interiorşi transformator montat în interior
9
Posturi de transformare subterane
Fig. 9.12. Post de transformare subteran în construcţie civilă, varianta reţea 20 / 0,4 kV, 250 – 630 kVA
Fig. 9.13. Sisteme de legare la pământ
Recommended
