Scheme de Conexiuni

Capitolul 1

Scheme de conexiuni

Considerații generale

In sistemul energetic stațiile au rolul de a repartiza energia electrică primită de la centralele electrice cu sau fără schimbarea parametrilor: tensiunea și curentul.

Principalele tipuri de stații electrice din sistemul energetic:

Stații electrice de transformare în care se transformă parametrii energiei electrice (tensiunea și curentul) în funcție de necesități. Acestea sunt echipate cu transformatoare sau autotransformatoare ridicătoare sau coborâtoare de tensiune.

Stații ridicătoare de tensiune

Transmiterea energiei electrice presupune pierderi de energie în elementele rețelei datorită efectului termic (Joule) al curentului electric.

La aceeași putere transferată, cu cât tensiunea este mai ridicată, curenții vor fi mai mici și deci pierderile, proporționale cu pătratul curentului, scad corespunzător.

Din acest motiv, primul element al rețelei aflat după generatoare, este, de regulă stația ridicătoare de tensiune.

Când puterile care urmează a fi transportate sau (și) distanțele respective sunt foarte mari, tensiunile nominale ale liniilor cresc la valori foarte ridicate (400 kV).

Stațiile coborâtoare reduc tensiunea electrică a liniilor de transport la valori medii (6 – 20 kV) convenabile liniilor de distribuție.

Stațiile electrice ridicătoare sau coborâtoare de tensiune, servesc deseori și la interconectarea elementelor sistemului electric, prin intermediul liniilor de interconexiune.

In figura 1.1 este reprezentată simbolic schema fluxului de energie într-o porțiune de sistem energetic.

Figura 1.1

Stații electrice de conexiuni în care se realizează repartiția energiei electrice de o anumită tensiune. Acestea sunt realizate cu unul sau mai multe sisteme de bare colectoare la care se conectează liniile electrice de transport și distribuție a energiei electrice.

Alegerea schemelor de conexiuni ale stațiilor

Dintre factorii care au o influență hotărâtoare în alegerea schemei electrice a unei stații pot fi menționați:

cerințele consumatorilor cu privire la continuitatea în alimentare și calitatea energiei furnizate;

încadrarea stației în sistemul energetic;

mărimea curenților în caz de scurtcircuit;

elasticitatea schemei, posibilitatea adaptării prin manevre de comutație la diverse condiții de exploatare ;

investițiile necesare și cheltuielile anuale.

Echiparea circuitelor racordate la un sistem de bare

Sisteme de bare colectoare

Un sistem de bare colectoare reprezintă un nod de conexiuni electrice, de regulă extins în spațiu pentru a se crea condițiile constructive necesare racordării mai multor circuite primare.

Un sistem de bare colectoare poate fi realizat atât din conductoare de tipul barelor rigide, cât și cu conductoare flexibile, de tipul celor funie care se folosesc la liniile electrice aeriene.

Circuite de linie

In cazul unui scurtcircuit pe o linie se impune ca aceasta să fie deconectată în timpul cel mai scurt de către protecții adecvate pentru a reduce solicitările echipamentelor și totodată pentru a asigura continuitatea în funcționare a celorlalte circuite racordate la același sistem de bare.

De asemenea, în exploatarea curentă trebuie să existe posibilitatea conectării și deconectării fiecărei linii în parte, așa încât astfel de manevre de comutație să nu necesite întreruperi în funcționarea celorlalte circuite conectate la același sistem de bare.

Din aceste motive, fiecare linie trebuie să fie prevăzută cu întrerupător asociat cu o instalație automată de protecție.

Pentru realizarea unei separări vizibile față de barele colectoare și față de linia electrică se prevăd separatoare (separatoare de bare respectiv separatoare de linie).

Separatoarele de linie sunt prevăzute cu două rânduri de cuțite și anume: cuțitele SL pentru separarea întrerupătorului față de linie și cuțitele SPL pentru legarea la pământ a liniei.

Legarea la pământ este o măsură esențială pentru protecția personalului care efectuează lucrări în zona delimitată de separatoare. In acest scop, la toate extremitățile zonei de lucru trebuie legate la pământ toate fazele.

In stații, pentru legarea la pământ, sunt folosite scurtcircuitoare mobile sau cuțitele de legare la pământ ale separatoarelor

Montarea și demontarea scurtcircuitoarelor mobile devine cu atât mai dificilă cu cât tensiunea nominală și deci gabaritele instalației sunt mai mari.

Din acest motiv, în stațiile de înaltă tensiune cuțitele de legare la pământ se folosesc nu numai pentru linii, dar și pentru întrerupătoare, bare colectoare și alte echipamente (figura 1.2).

Figura 1.2

Circuite de transformatoare și autotransformatoare

Transformatoarele din stații care fac legătura între sisteme de bare, au pe fiecare înfășurare câte un întrerupător.

Fiecare întrerupător este prevăzut cu separatorul său de bare.

Racordarea transformatoarelor de tensiune și a descărcătoarelor

In cazul stațiilor de conexiuni se folosesc două variante de echipare cu transformatoare de tensiune.

Intr-o variantă, transformatoarele de tensiune se racordează la fiecare sistem de bare colectoare și, dacă este cazul, la circuite față de care poate fi necesară o verificare a sincronismului.

In cealaltă variantă, nu se mai racordează transformatoare de tensiune la bare. În schimb se prevede câte un transformator de tensiune la bornele fiecărui transformator de forță și la fiecare circuit de linie.

La sistemele de bare cu tensiuni înalte, transformatoarele de tensiune se conectează printr-un separator care face posibilă efectuarea unor lucrări la transformator fără scoaterea de sub tensiune a barelor (figura 1.3).

Figura 1.3

In această soluție însă, un scurtcircuit la transformatorul de tensiune scoate din funcțiune întregul sistem de bare pe care este conectat.

In stațiile cu tensiuni peste 110 kV se folosește varianta legării directe a câte unui transformator de tensiune capacitiv la fiecare circuit de linie și respectiv la fiecare transformator sau autotransformator (figura 1.4).

Figura 1.4

In stațiile cu linii aeriene, în același loc de racord al transformatorului de tensiune, se leagă și un descărcător cu rezistență variabilă (DRV) sau un eclator cu coarne.

Principalele scheme de conexiuni

In cele ce urmează sunt prezentate principalele categorii de scheme din care, prin combinare sau adaptare, se obține o mare varietate de soluții pentru nodurile de conexiuni ale sistemelor electroenergetice.

1.2.1. Scheme cu un singur sistem de bare

Varianta de bază

Schemele cu un sistem de bare cuprind un nod de conexiuni la care sunt racordate circuite cu soluții de echipare simple, de tipul celor prezentate în paragrafele precedente (figura 1.5).

Figura 1.5

Principalele caracteristici ale schemelor cu un sistem de bare sunt: configurația simplă și număr de aparate mai redus în raport cu majoritatea celorlalte categorii de scheme.

Prezintă însă o siguranță redusă în funcționare deoarece orice avarie sau revizie la barele colectoare sau la separatoarele de bare necesită scoaterea de sub tensiune a întregii instalații.

In scopul îmbunătățirii schemei se folosesc două soluții: secționarea longitudinală a sistemului de bare colectoare și ocolirea întrerupătoarelor.

Secționarea longitudinală a sistemului de bare

Soluția constă în secționarea longitudinală a nodului de conexiuni în două sau mai multe secții de bare colectoare (SBC) prin separatoare. Se creează astfel posibilitatea să fie efectuate lucrări de revizii sau de remediere a urmărilor avariilor numai pe secția de bare afectată, cealaltă secție rămânând în funcțiune; separarea secțiilor se realizează prin deschiderea separatorului de secționare.

Pentru a obține o elasticitate mai mare a schemei, se secționează barele prin întrerupător cu separatoare de bare de o parte și alta (figura 1.6).

Figura 1.6

Secționarea barelor voite sau în caz de defect prin protecție se face numai cu ajutorul întrerupătorului de secționare capabil să stingă arcul electric.

Scheme cu un sistem de bare colectoare și un sistem de bare de transfer

Datorită solicitărilor la care sunt supuse în exploatare, întrerupătoarele necesită cele mai frecvente lucrări de întreținere sau de remediere a unor defecte.

Aceste lucrări necesită scoaterea din funcțiune a racordului respectiv pe toată durata execuției.

Pentru a evita acest neajuns, în unele stații devine justificată prevederea unui întrerupător suplimentar intercalat pe o legătură de ocolire, așa fel încât să poată înlocui, pe rând, câte un întrerupător de linie sau de transformator (figura 1.7).

Figura 1.7

Instalația de ocolire cuprinde:

întrerupătorul Itr, care împreună cu separatoarele sale formează o cuplă de transfer;

sistemul de bare de transfer (SBtr) și un număr de separatoare pentru o racordare selectivă la circuitul al cărui întrerupător urmează să fie înlocuit.

Manevrele pentru înlocuirea unui întrerupător aflat în funcțiune trebuie să se facă fără întreruperea tranzitului de energie pe circuitul respectiv.

In stații de conexiuni cu tensiuni înalte și cu un tranzit important de energie electrică, în scopul creșterii elasticității schemei, se folosesc ambele modalități de perfecționare a schemei: secționarea longitudinală a sistemului de bare și ocolirea întrerupătoarelor.

Intr-o astfel de stație având două secții de bare colectoare și bară de transfer, trebuie prevăzute trei posibilități de cuplare prin întrerupător, între secțiile de bare colectoare și între fiecare secție și barele de transfer (figura 1.8).

Figura 1.8

Schema poate fi simplificată dacă funcțiile celor două cuple de transfer sunt realizate cu un singur întrerupător (figura 1.9).

Figura 1.9

1.2.2. Scheme cu două sisteme de bare

Varianta de bază

In cazul acestei categorii de scheme, ca variantă de bază este considerată schema cu două sisteme de bare colectoare și câte un întrerupător pe circuit (figura 1.10).

Fiecare circuit este prevăzut cu câte două separatoare de bare cu rolul de selectare a sistemului de bare la care circuitul respectiv urmează să fie racordat cât și pentru separarea vizibilă a întrerupătorului.

Figura 1.10

Cuplarea sistemelor de bare se poate face numai prin întrerupătorul cuplei transversale ICT cu controlul prealabil al sincronismului celor două sisteme.

Pentru securitatea personalului care efectuează revizii sau lucrări la barele colectoare, în stațiile de mare tensiune separatoarele cuplei transversale pot fi prevăzute cu cuțite de punere la pământ a celor două sisteme de bare.

Scheme cu două sisteme de bare colectoare cu secționarea longitudinală a unui sistem

Secționarea sistemului se realizează cu o cuplă longitudinală. Pentru o elasticitate ridicată a schemei, corespunzător fiecărei secții de bare, se prevede câte o cuplă transversală (figura 1.11).

Figura 1.11

In condițiile unei elasticități mai reduse, schema se poate simplifica prin folosirea unei cuple longo-transversale (figura 1.12).

Cu ajutorul unei astfel de cuple cu funcții multiple pot fi realizate pe rând o cuplă longitudinală (S2 – S3 – IC) și două cuple transversale (S1 – S3 – IC și respectiv S2 – S4 – IC).

Figura 1.12

Un dezavantaj al schemei îl reprezintă faptul că în timpul exploatării cupla longo-transversală poate fi blocată pentru o anumită funcțiune, timp în care o altă funcție necesară nu mai poate fi îndeplinită.

Scheme cu două sisteme de bare și bară de transfer

Soluția folosită la schemele cu un sistem de bare colectoare (paragraful 4.1) poate fi extinsă și la scheme cu două sisteme de bare (figura 1.13).

Figura 1.13

In acest caz schema este prevăzută cu două cuple distincte: una transversală și una de transfer.

La executarea manevrelor de ocolire a întrerupătorului unui circuit, trebuie avut grijă ca, în timpul manevrei de dublare a alimentării cele două căi să fie racordate la același sistem de bare colectoare (cupla de transfer se realizează pe sistemul de bare pe care este conectat racordul al cărui întrerupător se înlocuiește).

Schema de comutație, așa cum este prezentată în figura 1.13 se referă în general la stații întinse cu multe circuite. Pentru stații cu mai puține circuite se realizează scheme mai simple și mai ieftine care pot îndeplini pe rând, cu un singur întrerupător, rolurile ambelor cuple, transversală și de transfer.

Cupla combinată poate realiza atât configurația de cuplă transversală (S1, S3, S4 și I închise, S2 deschis), cât și de cuplă de transfer (S4 deschis).

Dezavantajul constă în imposibilitatea folosirii simultane a celor două cuple (figura 1.14).

Figura 1.14

Cupla combinată simplificată economisește un separator față de cupla combinată (figura 1.15), cumulând însă dezavantajul de a nu înlocui decât circuitele racordate la unul din sistemele de bare (SBC1 în cazul figurii). Inlocuirea și a circuitelor racordate la SBC2 implică trecerea lor prealabilă pe SBC1, folosind la cuplă mai întâi configurația transversală și apoi cea de transfer.

Figura 1.15

In toate cazurile, întrerupătorul cuplei este echipat cu aceeași protecție ca și a întrerupătorului circuitului pe care-l înlocuiește.

In unele situații, pentru mărirea elasticității schemei, unul din sistemele de bare se secționează. In acest caz apare necesitatea prevederii a două cuple transversale corespunzătoare fiecărei secții formate prin secționare (figura 1.16).

Figura 1.16

1.2.3. Scheme cu două sisteme de bare la care revin între unul și două întreruptoare pe circuit

Schema cu două întreruptoare pe circuit

Prin dublarea numărului de întrerupătoare caracteristicile schemelor cu două sisteme de bare colectoare se modifică substanțial obținându-se importante avantaje tehnico-economice. In figura 1.17 a, b sunt prezentate două moduri ale unei astfel de scheme.

Figura 1.17

Toate manevrele sub sarcină pot fi efectuate numai cu întreruptoare, spre deosebire de schemele cu câte un întrerupător pe circuit la care trecerile de pe un sistem de bare pe celălalt se realiza prin manevre sub sarcină a separatoarelor de bare.

Nu mai este necesară cupla transversală. Cuplarea sistemelor de bare se poate face prin perechile de întreruptoare cu care sunt prevăzute circuitele stației.

In caz de avarie la unul din sistemele sau separatoarele de bare rămân în funcțiune toate circuitele stației. In acest scop însă, în funcționare normală, toate circuitele trebuie să fie racordate la ambele sisteme de bare.

Probabilitatea ca ambele întreruptoare ale unui circuit să fie simultan indisponibile este mult prea mică pentru a se justifica prevederea unor posibilități suplimentare de ocolire a acestora.

Dezavantajul mare al acestor scheme îl reprezintă efortul de investiții pe care-l implică dublarea numărului de întrerupătoare.

Din această cauză, cu toate avantajele deosebite pe care le prezintă schemele cu două întreruptoare pe circuit, sunt foarte rar utilizate în practică.

Schema cu câte 1,5 întreruptoare pe circuit

Un mod de realizare a unei astfel de scheme este prezentat în figura 1.18.

Posibilitatea fiecărui circuit de a fi racordat la restul schemei prin câte două întreruptoare, reprezintă avantajul de bază a acestor scheme.

Apar însă dezavantaje, devin necesare întrerupătoare cu curent nominal tot mai ridicat, apar dificultăți în realizarea protecțiilor cât și în realizarea constructivă, pe teren, a stațiilor.

Ca urmare, utilizarea în practică a schemelor cu întreruptoare între unul și două pe circuit este obișnuit limitată la variantele cu 1,5 întreruptoare.

Figura 1.18

Scheme poligonale

In figura 1.19 este prezentată o astfel de schemă. Laturile conturului poligonal sunt prevăzute cu câte un întreruptor având de o parte și de alta câte un separator.

La fiecare nod al conturului, în mod obișnuit, se racordează câte un singur circuit și, în aceste condiții, circuitele sunt prevăzute numai cu separator.

Figura 1.19

In mod normal se funcționează cu toate întreruptoarele conturului închise și în acest fel fiecare circuit rezultă racordat la restul schemei prin câte două întreruptoare.

Sub aspectul investiției, fiecărui circuit îi revine câte un singur întrerupător.

Din punct de vedere al comutațiilor și al mărimii curenților tranzitați, întreruptoarele unui contur poligonal sunt folosite în comun, putând deservi câte două și uneori chiar mai multe circuite.

Folosirea în comun a întreruptoarelor conturului constituie în același timp și dezavantaje în privința întreruptoarelor care trebuie să fie de curent nominal ridicat, apar dificultăți în realizarea unei protecții selective precum și în realizarea constructivă, pe teren a stațiilor.

Tot un dezavantaj îl reprezintă și executarea manevrelor care se complică.

De exemplu, manevra de scoatere din funcțiune a unui circuit presupune următoarele operații succesive: deconectarea celor două întreruptoare adiacente, separarea circuitului față de nod și, în final, reanclanșarea acelorași întreruptoare pentru restabilirea legăturii inelare dintre circuitele care au rămas în funcțiune.

Succesiunea de racordare a circuitelor la nodurile conturului trebuie stabilită cu grijă pentru a uniformiza circulația de curenți prin întreruptoare și totodată pentru a mări continuitatea în alimentarea consumatorilor.

Dezavantajele unui contur poligonal se amplifică odată cu numărul circuitelor racordate. Ca urmare, în practică, extinderea unui contur poligonal este limitată la maximum 6 – 8 laturi.

Având în vedere avantajele și restricțiile care caracterizează aceste scheme poligonale, domeniul de utilizare îl reprezintă stațiile de înaltă și foarte înaltă tensiune.

Capitolul 2

Soluții constructive pentru stațiile electrice de înaltă tensiune

Condiții generale

Transpunerea fizică în teren a schemei electrice de conexiuni conduce la așa numita dispoziție constructivă. Soluțiile constructive care se adoptă trebuie să satisfacă o serie de condiții:

siguranța în funcționare a instalațiilor;

securitatea personalului de exploatare;

economicitatea soluției.

Siguranța în funcționare a instalațiilor

Modul în care se dispun aparatele și legăturile conductoare afectează direct gradul de siguranță în funcționarea instalațiilor în regim normal sau în cazul apariției unor perturbații.

Măsurile care se iau încă din faza de proiectare în vederea obținerii unei siguranțe satisfăcătoare în funcționare se referă la:

asigurarea nivelului de izolare între diferitele elemente sub tensiune sau între acestea și pământ. Altfel spus, trebuie asigurate distanțe minime izolante (tabelul 2.1).

Tabelul 2.1

reducerea riscului de avarie datorită arcurilor electrice produse la scurtcircuite polifazate, care în general sunt mobile deplasându-se sub acțiunea câmpurilor electromagnetice și termice intense, pot scoate din funcțiune parțial sau total stația electrică. La instalațiile în aer liber, din cauza distanțelor mari între părțile sub tensiune și într-o oarecare măsură și datorită acțiunii în general favorabile a curenților de aer, este suficient să se facă un amplasament corespunzător al aparatajului pentru a se limita efectele arcului electric.

reducerea riscului de avarie din cauza solicitării mecanice accidentale, se referă la următoarele aspecte:

dispunerea separatoarelor astfel încât să nu fie posibilă deschiderea accidentală a cuțitelor principale sub acțiunea greutății proprii sau a forțelor electrodinamice, respectiv închiderea cuțitelor de legare la pământ;

dispunerea corespunzătoare a legăturilor conductoare astfel încât avariile produse la ruperea acestor legături sau a lanțurilor de izolatoare să nu se extindă.

In figura 2.2 sunt prezentate exemple de dispunere a căilor de curent la care ruperea conductorului superior conduce la avaria:

a – ambelor bare colectoare;

b – un singur sistem de bare;

c – riscuri mult diminuate.

Figura 2.2

diminuarea pericolului de incendiu urmărește realizarea de dispozitive anexe care să limiteze efectele nocive ale unui incendiu la zona în care s-a produs.

Securitatea personalului de exploatare

Se are în vedere evitarea expunerii personalului din stația electrică la șocuri electrice, termice (la scurtcircuite sau puneri accidentale sub tensiune) sau mecanice (explozii).

In acest sens se prevăd dispozitive constructive care să împiedice pătrunderea accidentală a personalului de servire operativă în zone care prezintă asemenea riscuri, să protejeze termic și mecanic culoarele de acces în instalație.

Economicitatea soluției

Se apreciază sub aspectul efortului de investiție și a cheltuielilor de exploatare. Acestea pot fi influențate favorabil printr-o serie de măsuri, cum ar fi:

limitarea spațiilor ocupate și în special a volumului de construcții;

limitarea lungimii căilor de curent și a numărului de izolatoare;

simplificarea execuției prin folosirea elementelor tipizate;

reducerea volumului cheltuielilor de exploatare.

Dispoziții constructive pentru stații exterioare

Soluțiile constructive ale stațiilor exterioare cu izolare în aer sunt determinate în principal de următoarele elemente:

tipul constructiv și dispunerea separatoarelor;

tipul constructiv al căilor de curent și a modului de amplasare al acestora;

schema de conexiuni a stației;

restricții de teren.

Tipul constructiv și dispunerea separatoarelor

Prezența separatoarelor în schemele stațiilor electrice într-un număr destul de mare este cerută, în primul rând, de necesitatea asigurării posibilității de a lucra la părți din instalație cu menținerea restului instalației sub tensiune.

În al doilea rând, pentru stațiile cu mai multe sisteme de bare colectoare, separatoarele de bare au rolul de a selecta bara colectoare la care se va racorda circuitul. In cazul stațiilor exterioare clasice, tensiunea ridicată și izolația în aer fac ca aceste separatoare să aibă gabarit mare și să necesite spațiu și suprafață mare pentru amplasare. Prin urmare tipul lor constructiv precum și modul de amplasare al fazelor vor influența mult soluția constructivă a stației.

In figura 2.3 sunt prezentate diverse moduri de amplasare a celor trei faze:

amplasarea cu fazele alăturate;

amplasarea în tandem;

amplasarea în semitandem.

Figura 2.3

Cele trei faze se mai pot amplasa și în diagonală, atunci când legăturile pe cele două borne sunt în planuri diferite și au direcții perpendiculare.

Influența tipului constructiv al căilor de curent și a modului de amplasare

Căile de curent folosite în stațiile exterioare cu izolație în aer sunt practic fără excepție realizate doar cu două tipuri de legături conductoare ambele neizolate:

conductoare flexibile, de regulă sub formă de funii;

conductoare rigide, care la tensiuni peste 110 kV inclusiv sunt sub formă de țeavă.

In ceea ce privește materialul din care sunt confecționate în majoritatea cazurilor acesta este aluminiu, respectiv aluminiu-oțel pentru funii.

In cazul folosirii conductoarelor flexibile se practică două modalități de susținere a acestora:

prinse pe stâlpi, cadre de susținere sau pereți prin intermediul lanțurilor de izolatoare de întindere simple sau duble; în foarte multe situații, pentru reducerea deplasărilor pe orizontală a conductoarelor se folosesc lanțuri de izolatore duble, în V:

susținute pe izolatoare suport sau izolatoarele unor aparate, de regulă separatoare.

In figura 2.4 sunt prezentate cele două modalități de susținere a legăturilor conductoare flexibile la realizarea unei bare colectoare într-o stație.

Figura 2.4

Căile de curent realizate cu legături flexibile se folosesc, de regulă până la curenți de aproximativ 1500 A, ceea ce la tensiuni mari acoperă majoritatea cazurilor. Mai trebuie menționat că aceste legături conductoare nu transmit șocurile și vibrațiile la aparatele la care sunt racordate.

Circuitele trifazate realizate cu legături flexibile necesită distanțe mai mari între faze comparativ cu circuitele care folosesc conductoare rigide din cauza posibilului balans al conductoarelor flexibile. De asemenea la realizarea elementelor de susținere a legăturilor conductoare flexibile trebuie avută în vedere săgeata făcută de acestea, ceea ce delimitează deschiderea dintre două cadre de susținere.

Conductoarele rigide utilizate la realizarea căilor de curent din stații sunt susținute numai pe izolatoare suport sau pe izolatoarele unor echipamente, ca de exemplu, separatoarele sau transformatoarele de măsurare a curentului.

In cazul stațiilor exterioare, utilizarea conductoarelor rigide (țeavă la tensiuni peste 110 kV) permite:

distanțe între faze mai reduse;

trasee mai complicate;

valori mari ale curenților.

Pe de altă parte, utilizarea conductoarelor rigide necesită un număr mare de izolatoare suport și o serie de măsuri care să prevină transmiterea eforturilor de dilatare a șocurilor și vibrațiilor la izolatoare și aparate.

Influența schemei de conexiuni

Schema de conexiuni a unei stații influențează în mod evident soluția constructivă, în primul rând prin numărul de echipamente pe care le conține.

Numărul mare de separatoare influențează cel mai mult soluția constructivă a stației.

Un alt element al schemei de conexiuni care influențează mult soluția constructivă o reprezintă numărul de bare colectoare ale unei stații.

Racordarea la bare a fiecărui circuit implică mai multe separatoare și un anume mod de acces la bornele acestora. De exemplu în figura 2.5 este prezentată schema de conexiuni a unui circuit prevăzut cu un singur întrerupător racordat la două sisteme de bare. Se observă că trebuie realizată o legătură între trei aparate: întrerupătorul I și cele două separatoare de bare Sb1 respectiv Sb2. In teren modul de realizare a acestei legături influențează esențial soluția constructivă. Mai sunt și alte elemente ale schemei de conexiuni care influențează soluția constructivă, ca de exemplu numărul total de circuite ale stației; prevederea posibilității de șuntare a întrerupătorului (bară de transfer); folosirea cuplelor combinate etc.

Figura 2.5

In concluzie, clasificarea soluțiilor constructive se face în raport cu numărul barelor colectoare, cu dispunerea în teren a aparatelor și în special a separatoarelor de bare, în funcție de amplasare a legăturilor electrice, de natura flexibilă sau rigidă a acestor legături etc.

In esență se folosesc două concepții constructive:

soluții de înălțime medie, la care aparatajul se întinde pe suprafața stației;

soluții de tip înalt, la care aparatele se suspendă unele deasupra altora, atunci cand este lipsă de spațiu.

In cele ce urmează se prezintă soluții constructive pentru o stație cu un sistem de bare colectoare și bare de transfer (figura 2.6) o stație cu două sisteme de bare colectoare și sistem de transfer (figura 2.7) și cu un sistem simplu de bare colectoare cu întrerupător debranșabil (figura 2.8).

In primul caz, barele colectoare sunt realizate din conductoare rigide fixate elastic pe izolatoare suport. Racordurile la aparate sunt executate și sunt duse la barele colectoare pe deasupra.

Prezența legăturilor rigide pentru barele colectoare elimină cadrele suport din beton precomprimat.

Figura 2.6

In cazul stației cu două sisteme de bare s-a adoptat varianta de realizare cu portal central PC. Soluția oferă spații largi de acces dar are ca dezavantaj planul superior de legături și portalul central.

Figura 2.7 a. b.

In cazul celulelor de circuite cu ieșiri în direcții opuse, acestea se succed alternant; nu pot fi puse fizic față în față întrucât nu se pot plasa în același spațiu separatoarele de bare.

Varianta cu întrerupător debroșabil nu mai necesită separatoare de bare, astfel încât dispoziția constructivă necesită un spațiu minim. Intrerupătorul prevăzut cu contacte de separator debroșabil, poate fi broșat prin intermediul unui dispozitiv electric sau electrohidraulic – figura 2.8.

Figura 2.8

2.3. Soluții constructive moderne pentru stațiile exterioare

2.3.1. Stații exterioare cu izolația în aer

2.3.1.1 Aspecte generale

Stațiile electrice existente din SEN se caracterizează prin:

grad de uzură fizică ridicat,

echipamente de fabricație românească sau importate din țări est europene, care prezentau rămâneri în urmă de 20-25 ani față de echipamentele fabricate de firme cu tradiție din țările cu tehnologii avansate,

cheltuieli ridicate de exploatare,

impact asupra mediului ambiant (vizual, poluare a solului, etc.).

Din analiza stării tehnice a ansamblului de instalații ce intră în compunerea stațiilor electrice existente, precum și a actualelor condiții de funcționare a acestora, se pot desprinde următoarele considerații critice:

unele concepții de realizare și de exploatare ale instalațiilor existente, executate în diverse perioade de dezvoltare economică, prezintă soluții tehnico-economice ineficiente în prezent, depășite fizic și moral (cheltuieli mari de întreținere, transportul echipelor de intervenție la mari distanțe, cost ridicat al reviziei și reparării echipamentelor etc.);

fiabilitate scăzută în funcționarea instalațiilor însoțite de daune la consumatori;

există stații electrice în care apar avarii ca urmare a depășirii solicitărilor la efectele curenților de scurtcircuit sau ca urmare a pierderii stabilității unor grupuri;

majoritatea instalațiilor actuale prezintă o izolație necorespunzătoare (linii de fugă specifice sub limita admisă) în comparație cu prevederile prescripțiilor internaționale;

prezența unor potențiale pericole de incendii în stațiile electrice existente ca urmare a utilizării unor materiale combustibile și în special prin utilizarea uleiului electroizolant în instalații.

Compensarea parțială a efectului negativ provocat de existența unor echipamente neperformante și nesigure în exploatare s-a făcut, în general, prin adoptarea unor scheme primare mai complicate (sisteme de bare colectoare multiple, bare de transfer etc.).

Principalele dezavantaje ale soluțiilor “clasice” sunt reprezentate de:

separatoarele cu izolația între contactele deschise în aer. Aceste separatoare ocupă o suprafață mare, necesită operații de întreținere (revizii, reparații) care, chiar dacă nu sunt foarte frecvente, presupun scoaterea din funcțiune a elementelor stației care sunt direct racordate la aceste separatoare.

elementele componente (separatoare, întreruptoare, transformatoare de măsurare) se înlocuiesc greu, de cele mai multe ori fiind necesară repararea lor pe amplasament. Pentru aceasta este necesară prevederea unor zone de lucru cu distanțe de protecție corespunzătoare, deci o suprafață mai mare ocupată.

Constructorii de echipamente propun soluții moderne care urmăresc, în principal:

reducerea suprafețelor ocupate;

creșterea siguranței în funcționare și a disponibilității circuitelor;

reducerea volumului de lucrări necesare întreținerii echipamentelor;

reducerea costurilor totale de investiții;

reducerea duratelor de execuție;

reducerea costurilor de exploatare și de întreținere.

În dezvoltarea soluțiilor moderne de realizare a stațiilor electrice exterioare cu izolația în aer un rol important l-au avut progresele obținute în construcția echipamentelor electrice:

Întreruptoarele au devenit mai simple, mai mici și mai ușoare chiar la tensiuni foarte mari. Aceasta s-a obținut prin reducerea numărului de camere de stingere pe fază.

Folosirea tot mai mult a autosuflajului în realizarea camerelor de stingere a permis reducerea cantității de energie necesară funcționării întreruptorului și, ca urmare, a crescut fiabilitatea și disponibilitatea sa și a scăzut volumul de lucrări de întreținere.

Funcțiile de separare și legare la pământ pot fi integrate întreruptorului.

Separatoarele din circuitele clasice pot fi înlocuite de contacte debroșabile foarte sigure în exploatare și care nu necesită întreținere. Frecvența operațiilor de întreținere s-a îmbunătățit spectaculos, întreruptoarele necesitând o revizie la circa 10 ani.

Senzori de curent și tensiune având la bază principii optice sau electrice care înlocuiesc clasicele transformatoare de măsurare și care pot fi cu ușurință integrați altor echipamente ca, de exemplu, întreruptoarele.

În construcția echipamentelor și stațiilor electrice se folosesc din ce în ce mai mult izolatoarele din materiale compozite care nu necesită curățire sau ungere, sunt mai ușoare decât izolatoarele din porțelan și sunt mai ieftine.

Partea de protecție și control este realizată cu ajutorul unui computer de celulă și este amplasată în dulapuri speciale care conțin echipamentul a două celule. Sistemul este astfel conceput încât să permită adăugarea și a altor funcțiuni ca, de exemplu, de monitorizare a întreruptorului etc.

Proiectarea soluțiilor moderne are in vedere posibilitatea ca acestea să poată fi aplicate cu relativă ușurință la modernizarea stațiilor existente, avându-se în vedere numărul mare de stații cu durata de viață depășită.

Direcții de modernizare a celulelor electrice de IT

Gruparea aparatelor modulului S-I-TC-S într-o singură unitate constructivă. Această unitate, care are aparența unui singur echipament, este prefabricată în condiții corespunzătoare în hale industriale, folosindu-se separatoare, întreruptoare, transformatoare de măsurare obișnuite, aflate în fabricație curentă. Unitatea necesită un singur utilaj de transport și o singură fundație, timpul de montaj în stație este redus; de asemenea, poate fi înlocuită relativ rapid.

In figura 2.9 se prezintă o celulă de înaltă tensiune cu separatoare pantograf și întrerupătoare cu SF6 cu autosuflaj cu mecanism de acționare cu resoarte.

Figura 2.9

Realizarea de echipamente care să îndeplinească mai multe funcțiuni

Un astfel de echipament poate prelua de exemplu, funcțiile cerute de modulul S – I – Tc – S. Ideea de bază a acestei direcții de modernizare o reprezintă renunțarea la separatoarele cu contacte mobile clasice și înlocuirea lor cu contacte debroșabile amplasate chiar pe întrerupător (figura 2.10).

Figura 2.10

De asemenea, progresele realizate în construcția echipamentelor folosite la măsurarea curentului și tensiunii (în sensul renunțării la transformatoarele clasice și înlocuirea lor cu traductoare) au permis amplasarea acestora direct pe întrerupătoare, de regulă la izolatoarele de trecere ale acestora.

Un alt exemplu poate fi un modul care să înglobeze funcțiile aparatelor amplasate pe o plecare de linie: transformatorul de măsurare a tensiunii, descărcătorul de protecție împotriva supratensiunilor, cuțitele de legare la pământ.

Realizare de module S – I – Tc – S capsulate în SF6

Aceste soluții au fost gândite mai ales pentru modernizarea stațiilor existente prin înlocuirea a uneia sau mai multe celule clasice cu aceste module capsulate cu izolație în SF6, rezultatul fiind o stație hibridă.

In figura 2.11 este prezentată o secțiune printr-o celulă compactă capsulată în SF6 (ALSTOM).

Figura 2.11

O soluție constructivă de acest fel este propusă de firma ABB sub denumirea de PASS, care este de fapt prescurtarea de la Plug and Switch System, adică instalează, cuplează circuitele secundare (plug) și se poate face comutație dorită (switch).

Soluția PASS constă în realizarea unei celule complete de înaltă tensiune prin integrarea întrerupătorului, a separatoarelor de bare, a senzorilor de măsurare, a cuțitelor de legare la pământ într-un singur compartiment capsulat și cu izolație în SF6. Capsularea este monofazată și fiecare unitate constructivă este asamblată și complet testată în fabrică. La transport se demontează doar izolatoarele de trecere prin care căile de curent intră în modul. Capsula este realizată din fibră de sticlă impregnată cu rășini epoxidice.

Funcțiile transformatoarelor tradiționale de măsurare a curentului și tensiunii sunt realizate prin intermediul unei generații avansate de senzori care înglobează ambele funcții într-o singură unitate.

Există un echipament complet de monitorizare a funcționării modulului, începând cu măsurători ale gazului și continuând cu multe alte măsurători privind condițiile în care funcționează întrerupătorul (durata de funcționare a pompei, energia consumată pentru acționare, viteza de deplasare a contactelor, durata de viață rămasă etc.)

Necesarul de lucrări în stație pentru amplasare se rezumă la realizarea unor fundații relativ simple și ieftine pentru fiecare modul monofazat. Toate circuitele secundare se racordează prin cabluri din fibră optică speciale prevăzute cu conectori care nu necesită decât introducerea ”în priză” (plug). In figura 2.12 este prezentată schematic concepția modulului pentru cazul unei celule dintr-o stație cu două sisteme de bare colectoare.

Se observă absența separatorului de linie și a cuțitului de legare la pământ pe partea dinspre linie. Absența separatorului de linie este justificată de disponibilitatea foarte mare a modulului capsulat. In ceea ce privește necesitatea legării la pământ a liniei, aceasta se poate realiza cu ajutorul cuțitului dinspre separatoarele de bare, prin închiderea întrerupătorului. Constructorul oferă însă la cerere și posibilitatea amplasării în modul adițional, tot în SF6, conținând separatorul de linie și cuțitul respectiv de legare la pământ.

Figura 2.12

Soluția constructivă a modulului PASS pentru o fază este prezentată în figura 2.13.

Figura 2.13

Modulele PASS au multiple posibilități de utilizare, de la modernizări de stații existente până la realizări de stații noi.

Avantajele sunt:

fiabilitate foarte mare, datorită tehnologiei de izolare în SF6;

aplicare la orice configurație a schemei de conexiune;

realizarea pe teren într-o singură zi a echipamentului primar al unei celule etc.

Se poate remarca faptul că, deși aceste soluții reprezintă hibrizi între stațiile clasice și stațiile capsulate cu izolare în SF6, ele pot să reprezintă o opțiune de luat în seamă, mai ales în cazul modernizării stațiilor existente.

2.4. Stații capsulate cu izolare în SF6

Aspecte generale

Ca urmare a creșterii necesarului de energie electrică, în special în zonele aglomerate, construcția stațiilor electrice în aer liber sau extinderea celor existente, nu se mai pot realiza din lipsă de spațiu.

De asemenea, costul terenului în aceste zone face neeconomică amplasarea unor astfel de instalații.

Întrucât dimensiunile de gabarit ale instalațiilor de înaltă tensiune se stabilesc în special în funcție de distanțele de izolare necesare, compactarea presupune adoptarea unor măsuri pentru diminuarea acestor distanțe.

Printre măsurile principale de diminuare a distanțelor de izolare menționăm:

folosirea dispozitivelor de limitare a supratensiunilor;

aplicarea unui strat protector pe izolatoare pentru micșorarea efectelor poluării din marile orașe sau de pe platformele industriale;

montarea în spații interioare, pentru înlăturarea influenței condițiilor de climă, precum și a poluării;

capsularea, prin învelișuri metalice etanșe;

folosirea dielectricilor cu o rigiditate dielectrică mai mare decât cea a aerului la presiune atmosferică;

mărirea densității, mai ales cea a dielectricilor gazoși.

Pentru micșorarea substanțială a gabaritelor, elementul esențial pentru reducerea spațiului rămâne capsularea ermetică a tuturor elementelor aflate sub tensiune într-un înveliș metalic legat la pământ.

Dielectricul folosit ca izolație gazoasă este hexafluorura de sulf care are proprietăți foarte bune atât ca material izolant cât și ca mediu de stingere a arcului electric, pentru a se obține aceeași rigiditate dielectrică, aerul (mult mai ieftin decât SF6) trebuie comprimat la o presiune de cca. 6 ori mai mare.

Din considerente de rezistență mecanică cresc mult cheltuielile pentru carcase și etanșări în special la tensiuni mari, avantajul economic fiind net în favoarea utilizării SF6.

Ca materiale de construcție pentru carcasă se folosesc metale amagnetice, pentru a se reduce pierderile prin curenți Foucault, cum sunt oțelul amagnetic și aluminiul.

Aluminiul este mai ușor, mai rezistent la coroziune și pierderi electrice mai reduse.

Cercetări recente au arătat că pentru realizarea carcaselor se pot utiliza și anumite mase plastice.

Proprietățile hexafluorurii de sulf

In condiții normale de presiune și temperatură, SF6 este un gaz incolor, inodor, incombustibil și o densitate ridicată. Densitatea de cinci ori mai mare decât a aerului, atrage după sine, pe lângă creșterea rigidității dielectrice și conductibilitate fonică slabă, precum și o mai bună cedare a căldurii. Proprietățile de transmitere a căldurii sunt (la aceeași presiune) de 2 … 5 ori mai mari decât la aer, ceea ce permite o bună evacuare a căldurii care se poate acumula în interiorul unei incinte capsulate.

In figura 2.14 se indică relația dintre presiune, densitate și temperatura de lichefiere.

Figura 2.14

La temperatura ambiantă SF6 se lichefiază la o presiune de cca. 2000 KP (acest fapt ușurează stocarea), temperatura de lichefiere la presiunile de utilizare fiind destul de coborâtă (spre exemplu, sub – 40 oC la cca. 300 K Pa), ceea ce permite evitarea problemelor legate de apariția condensului.

Dacă SF6 conține umiditate, temperatura la care începe condensarea vaporilor de apă în gaz (punctul de rouă) prezintă mare interes. Modul în care depinde punctul de rouă de concentrația de apă și de presiunea gazului este arătat în figura 2.15.

Figura 2.15

Conținutul de umiditate este prezentat sub forma volumului de apă prezent în gaz raportat la volumul total de gaz (inclusiv conținutul vaporilor de apă).

Structura moleculei de gaz este foarte stabilă chimic. Pentru temperaturi sub 500 oC, SF6 nu atacă nici un material; dacă la temperatură mai ridicată se produce o descompunere, fenomenul este aproape în totalitate reversibil și cantitatea de produse de descompunere formată prin ruperea unui arc electric este practic neglijabilă.

Hexafluorura de sulf nu este toxică, cu condiția ca în incinta respectivă oxigenul să fie în cantitate suficientă pentru a se evita sufocarea. Hexafluorura de sulf are o rigiditate dielectrică și o capacitate de stingere a arcului electric mult mai mare în comparație cu aerul.

La presiunea atmosferică SF6 are o rigiditate dielectrică de aproximativ 2,5 – 3 ori mai mare decât a aerului, iar la o presiune mai ridicată, de 6 – 10 ori mai mare.

Calitățile dielectrice asociate cu proprietățile de stingere a arcului electric, au făcut ca pentru construcția celulelor prefabricate compacte să fie preferată hexafluorura de sulf.

Domeniul normal de variație a presiunii SF6 folosită în aparatajul de înaltă tensiune este cuprins între 100 – 800 K Pa, iar în celulele capsulate – între 400 și 500 K Pa, ceea ce corespunde unei temperaturi de lichefiere între – 30o și – 40 oC.

2.4.2. Schema electrică de conexiuni

Aparatajul mai compact cu funcții integrate (ca de exemplu, un modul de manevră, care reunește funcțiile întrerupătorului cu cele ale separatorului și un modul de întreținere, care combină funcțiile unui separator de izolare cu cele ale unui separator de legare la pământ, dispozitivele de măsurare optice etc.) permit reducerea costurilor de investiție și de mentenanță ale stației, asigurând totodată o mai mare fiabilitate.

In felul acesta s-au creat premisele utilizării unor scheme de conexiuni mult mai simplificate, printre care un loc important îl ocupă schemele de tip H, precum și cele cu un sistem de bare. Atunci când este necesar, pot fi realizate și cu scheme electrice mai complicate (de exemplu cu două sisteme de bare, 1,5 întrerupătoare pe circuit etc.) (figura 2.16 a, b, c)

Figura 2.16

2.4.3. Compartimentarea

Prin compartiment se înțelege partea unui aparataj în carcasă metalică cu izolație gazoasă în întregime închisă, cu excepția deschiderilor necesare conexiunilor și comenzii.

O celulă capsulată este constituită dintr-o serie de elemente normalizate, etanșe, interșanjabile (bare colectoare, întrerupător, separatoare etc.), care formează, de regulă, compartimentele cu același nume și care pot fi asamblate în moduri diferite pentru a se putea adapta fie la schema electrică necesară, fie la configurația terenului disponibil (sistem modular).

In figura 2.17 se prezintă schița de construcție a unei instalații capsulate iar în figura 2.18 compartimentarea instalației.

Figura 2.17

1a, 1b – bare colectoare; 2 – separator; 3 – separator de punere la pământ, de lucru;

4 – întreruptor de putere; 5 – reductor de curent; 6 – separator de linie; 7 – reductor de tensiune;

8 – separator rapid de punere la pământ; 9 – mufă terminală de cablu; 10 – izolator conic.

Figura 2.18

Compartimentarea este obținută cu ajutorul unor izolatoare rezistente la presiune. Aceste izolatoare servesc și ca suport pentru piesele parcurse de curent.

Impărțirea fiecărei faze într-un anumit număr de compartimente, atrage după sine:

limitarea propagării unui defect în instalație (puțin probabil); fiecare compartiment este dotat cu un dispozitiv de limitare a presiunii, proiectat să funcționeze ca o supapă de siguranță;

localizarea unor eventuale scăpări de gaz, precum și a unor defecte interne, prin monitorizarea permanentă a presiunii;

reducerea cantității de gaz ce trebuie manipulată în cazul intervenției la un compartiment;

posibilitatea demontării unora dintre elemente, care pot fi depresurizate menținând restul instalației sub presiune;

obținerea oricărui aranjament celular cerut de schema de conexiuni a stației prin combinarea unui număr relativ limitat de module.

In figura 2.19 este prezentată schema monofilară a unei stații de 400 kV în soluție capsulată cu izolare în SF6.

Figura 2.19

2.4.4. Capsularea tripolară sau monopolară

Utilizarea unei carcase comune pentru cele trei faze ale celulei conduce la o reducere mai mare a dimensiunilor instalației.

In plus, capsularea tripolară micșorează riscul pierderilor de gaz, crește claritatea schemei.

Capsularea monopolară conduce la următoarele efecte favorabile:

elimină total posibilitatea unui scurtcircuit între faze;

limitează eforturile electrodinamice între faze;

creează posibilitatea realizării unei scheme cu fazele dispuse separat.

In cazul instalațiilor cu așezarea în ordinea clasică a fazelor R, S, T și realizarea sistemului trifazat de bare colectoare în linie dreaptă sunt necesare o serie de legături conductoare hașurate care pot fi evitate prin separarea fazelor (figura 2.20).

Figura 2.20

In unele cazuri, deși întregul aparataj al celulei este introdus în elemente componente individuale cu izolare în SF6 capsulate monopolar, compartimentul sistemului de bare colectoare este realizat cu capsulare trifazată.

Problema capsulării monofazate sau trifazate a barelor colectoare depinde în ultimă instanță de alegerea materialului pentru capsulare, de încărcarea barei, precum și de posibilitățile de uzinare de care dispune constructorul.

Dispunerea întrerupătorului în montaj orizontal sau vertical

Se întâlnesc realizări în ambele variante de dispunere a întrerupătorului. Dispunerea orizontală a întrerupătorului prezintă avantaje pentru realizarea instalațiilor capsulate și izolate cu SF6 pentru tensiuni mari (peste 300 kV) , deoarece conduce la o înălțime mai mică a celulei, precum și la reducerea solicitărilor mecanice asupra fundației (Figura 2.21).

Figura 2.21

De asemenea, în cazul realizării unor scheme poligonale sau cu 1,5 întrerupătoare pe circuit, se pare că întrerupătoarele dispuse orizontal oferă soluția cea mai avantajoasă (Figura 2.22).

Figura 2.22

Dispunerea barelor colectoare

Barele colectoare ale unei instalații capsulate și izolate cu SF6 se formează prin asamblarea unor module standard, dotate cu o serie de accesorii (de racord, de umplere, de control al presiunii și vibrațiilor etc.). Ele pot fi dispuse în partea de jos, de sus sau laterală a instalației.

In cazul întrerupătorului dispus vertical, barele colectoare pot fi dispuse la borna de curent inferioară sau superioară a întrerupătorului.

In cazul dispunerii orizontale a întrerupătorului, dispunerea barelor colectoare depinde de spațiul disponibil, fiind de regulă preferată dispunerea barelor colectoare sus.

Interfețele

Conectarea liniilor electrice sau a transformatoarelor poate fi realizată aerian sau în cablu în funcție de caracteristicile rețelei cu care va fi în legătură celula respectivă (Figura 2.23).

Pentru conexiunea la o linie aeriană se folosesc compartimente speciale cu SF6 etanșe, care includ izolatoare de trecere a fiecărei faze a LEA de la SF6 la aer (ca mediu izolant), construite din rășină sintetică sau porțelan.

Figura 2.23

2.5. Supravegherea și întreținerea instalațiilor capsulate în SF6

Sistemele moderne se bazează pe autosupraveghere și transmiterea datelor la un nivel superior de control. Deoarece toate componentele se află complet în interiorul carcasei, simptomele unei funcționări anormale sunt dificil de detectat. Prin urmare s-au dezvoltat metode variate de diagnosticare locală și prin telesupraveghere.

Supravegherea

Toate informațiile importante referitoare la sistemul de acționare, nivelul de izolație, curent sau tensiune sunt obținute de senzori insensibili la mediu și sunt transmise unor calculatoare descentralizate; de la acest nivel datele sunt preluate prin magistrale de proces și transmise altor calculatoare cu funcții de comandă sau protecție, unde sunt evaluate și interpretate. In plus informațiile sunt stocate în memorie și servesc pentru elaborarea unor strategii individualizate, ceea ce duce la durate de indisponibilități mai mici.

Printre funcțiile importante ale sistemului de supraveghere se menționează funcția referitoare la nivelul de izolare al celulei. După cum s-a arătat, unul din principiile de realizare care stau la baza construcției instalațiilor capsulate în mediu SF6 este compartimentarea; urmărirea nivelului de izolare în fiecare compartiment prezintă mare importanță.

Evacuarea și umplerea cu gaz a fiecărui compartiment se face cu ajutorul unei instalații mobile prin intermediul unor dispozitive de racordare cu care sunt prevăzute toate compartimentele.

Pierderile de SF6 sunt nu numai prin îmbinări, dar și prin porii carcasei. Pierderile de gaz anuale sunt reduse, ele se situează în general sub 0,5% din masa totală de gaz. De asemenea pierderile de gaz în timpul lucrărilor de întreținere sunt de regulă sub 1%, doar în cazuri foarte rare pot ajunge la 5%.

Menținerea nivelului de izolare în fiecare compartiment, necesită supravegherea sigură a mediului izolant.

Există de regulă două posibilități de a efectua această supraveghere:

supravegherea densității gazului;

supravegherea presiunii gazului.

Pentru creșterea rigidității dielectrice, mai ales la tensiuni foarte mari, se folosesc valori ridicate ale densității SF6. In acest domeniu al densității, presiunea hexafluorurii de sulf este puternic dependentă de temperatură. Din acest motiv, se preferă pentru instalații cu tensiuni de peste 245 kV supravegherea densității gazului. Toate compartimentele unei instalații sunt prevăzute cu dispozitive de supraveghere a densității.

In cazul în care, datorită pierderilor de gaz, se atinge densitatea de alarmă, intervine o semnalizare optică și acustică la care personalul specializat trebuie să intervină și să completeze cu gaz până la presiune normală. Dacă densitatea gazului continuă să scadă, compartimentul în pericol este scos din circuit prin comandă electrică.

Mentenanța instalațiilor capsulate cu SF6

Instalațiile capsulate cu SF6 au o fiabilitate mult mai ridicată în comparație cu cele convenționale izolate în aer sau ulei.

Ca urmare, acestea necesită o mentenanță mai redusă.

Lucrările de întreținere pentru instalații capsulate sunt foarte simple, putând fi efectuate în timpul funcționării și constau în principal din două operații:

completarea gazului, ca urmare a controlului sau a semnalizării dispozitivului de supraveghere a densității, operație care se face cu instalația de umplere specială;

verificarea dispozitivului de supraveghere a densității; întrucât acestea sunt atașate instalației prin intermediul unor supape de reținere, retragerea lor din funcțiune se poate face fără pierderi și cu minimum de operații.

Revizia dispozitivelor de acționare, care de regulă se află în afara carcaselor, nu pune probleme speciale.

Pentru celelalte lucrări de revizie eventual reparații, trebuie izolat compartimentul respectiv, golit compartimentul de gaz (în acest scop fiind prevăzut un ansamblu de golire și stocare a gazului) și efectuate legăturile la pământ pentru protecția personalității.

Influența SF6 asupra persoanelor

SF6 este de cca. 5 ori mai grea decât aerul și tinde să se acumuleze în punctele joase ale clădirilor (subsoluri, canale de cabluri), rezervoare și în alte spații deschise, înlocuind aerul din aceste zone. Dacă în aceste spații se acumulează o cantitate importantă de SF6, există riscul de sufocare din cauza lipsei de oxigen.

Hexafluorura nouă nu este toxică

Aerul inhalat poate conține o proporție mare de SF6, cu condiția ca să nu scadă proporția de oxigen sub 16%.

Reglementările din diverse țări limitează concentrația admisibilă la locul de muncă la cca. 0,1% pe volum. In timpul lucrărilor de revizie la întrerupător sau ca urmare a unui arc electric într-un interval din compartimente, când se intră în contact cu produsele de reacție ale SF6, sunt suficiente măsurile elementare de protecție.

In condiții de lucru incorecte, personalul poate fi expus la produse de descompunere solide sau gazoase. Acestea pot genera o senzație de arsură pe pielea neprotejată, precum și probleme respiratorii. Dacă expunerea este de scurtă durată, acest efect este reversibil și fără urmări.

In caz de inhalare a unor produse de descompunere gazoasă în concentrație mare, pot apărea edeme ale plămânilor, care pot conduce la asfixie.

Concentrațiile de gaze sesizate prin miros (de ouă clocite) sunt însă cu două ordine de mărime sub concentrațiile periculoase și deci personalul este avertizat.

Principalele gaze care se produc în cantitate importantă și care sunt suficient de stabile pentru a prezenta un risc pentru sănătate sunt oxifluorura de sulf, dioxidul de sulf și acidul fluorhidric.

Principalele componente ale produselor de descompunere solide sunt fluorurile de cupru și aluminiu și oxidul de wolfram. Acestea au dimensiuni foarte reduse prezentându-se și ca o pudră și pot pluti în aer un timp considerabil (peste 2 ore), mai ales în absența ventilației.

Pudra poate deveni acidă în prezența umidității și ca urmare personalul trebuie să fie echipat în mod corespunzător.

Capitolul 3

Sisteme de comandă-control-protecție

3.1. Prezentarea sistemelor de comandă-control-protecție

Prin utilizarea intensivă a sistemelor de telecomunicație, sistemele moderne de comandă-control și protecție, permit alegerea locului de unde se poate face supravegherea și operarea instalațiilor, care poate fi de la fața locului sau de de la distanță.

Modernizarea căilor de comunicație permite, prin utilizarea sistemelor specifice tehnologiei informației, culegerea, prelucrarea și stocarea tuturor datelor necesare supravegherii de la distanță a instalațiilor .

Se ajunge astfel la scopul final al acestei acțiuni de modernizare a sistemelor de comandă-control și protecție și anume teleconducerea stațiilor.

Toate sistemele de comandă-control-protecție moderne sunt sisteme tip SCADA, destinate urmăririi și coordonării unor procese aflate în desfășurare.

Pe calculatoarele utililizate în sistemele moderne de comandă-control este instalat unul dintre sistemele de operare cunoscute, adică Windows 95/98, Windows 2000, NT/XP, iar pentru controlul procesului, diverse firme au produs softuri dedicate diverselor aplicații, al căror acronim sugerează, în principiu, denumirea sistemului de comandă-control. Astfel întâlnim mai multe sisteme de comandă-control dintre care, în această lucrare vor fi tratate următoarele:

SICAM PAS (Substation Integration Control Automation And Monitoring) produs de firma Siemens și care poate fi întîlnit în stațiile Dumbrava, Urechești ș.a.;

PACIS (Protection Automation & Control Integrated Solution) produs de firma Areva și care poate fi întîlnit în stațiile Bacău Sud, Florești, Peștiș ș.a.;

SAS 2000 (Substation Automation System) produs de firma Cruickshanks Ltd. Și care poate fi întîlnit în stația Porțile de Fier;

μ-SCADA produs de firma ABB și care poate fi întîlnit în stațiile Gutinaș, Slatina, Constanța Nord ș.a.;

Enumerarea nu este exhaustivă, fiind utilizate și alte aplicații: Power Link Advantage produs de General Electric, SINAUT LSA produs de Siemens, MyOASys produs de firma Telvent ș.a.

În ceea ce privește tratarea celor două subsisteme secundare realizate cu aparatură digitală, adică sistemul de comandă-control și, respectiv sistemul de protecție, sunt posibile două moduri de realizare și anume:

sisteme integrate de protecție și control, unde sistemele de protecție și comandă- control sunt concepute ca un tot unitar utilizând în comun resursele hard și soft . În acest caz asistăm la o descentralizare foarte puternică a funcțiilor de comandă, control și protecție, elementul cheie în acest concept fiind comunicația de mare viteza între modulele componente.

sisteme coordonate de protecție și control, unde cele două sisteme de protecție și de comandă-control își păstrează autonomia unul față de celălalt însă conțin funcții de colaborare reciprocă. Cele două sisteme comunică unul cu altul, transmițându-și reciproc informații globale rezultate în urma prelucrării mărimilor de proces.

Coordonarea sistemelor de protecție si comandă este realizată cu ajutorul sistemului de comunicație, folosind informația suplimentară din întreg sistemul. Motivul principal pentru un asemenea concept coordonat nu este doar de a înlocui protecția convențională cu dispozitivele de control bazate pe microprocesoare, ci de a exploata toate facilitățile acestei noi tehnologii, pentru o mai bună performanță a protecției si controlului în stație și pentru un control îmbunătățit al rețelei. Este prevăzut un sistem unificat care coordonează controlul stației și protecția statiei, bazate pe microprocesoare, într-o arhitectură descentralizată.

Coordonarea constă în combinarea controlului și a protecției fără a se pierde autonomia protecției.

Unificarea înseamnă că toate datele și informațiile din sistem sunt accesibile în același mod prin sistemul comun de comunicație.

Descentralizarea înseamnă că atât informațiile (datele achiziționate sau calculate) cât și funcțiile sunt distribuite și sunt folosite, procesate, în cel mai apropiat loc de procesul tehnologic la care se referă.

Tendințele actuale în domeniul protecției și controlului în stațiile de transformare elimină din ce în ce mai mult granițele tradiționale dintre subsistemele de protecție, control, comunicație și masură care încă mai există. Gradul de integrare a diverselor funcții ale subsistemului secundar pe de o parte și a echipamentelor primare și celor secundare pe de altă parte, devine o preocupare importantă a companiilor de electricitate, nivelul de acceptare fiind determinat de considerațiile privind costul, fiabilitatea, mentenanța și funcționalitatea.

Subsistemul secundar dintr-o stație electric trebuie să asigure:

deconectarea porțiunilor defecte din rețea la apariția unui defect – izolarea defectului. Astfel, sistemul de protecție trebuie să determine porțiunea defectă și să comande corespunzător întrerupătoarele pentru a izola defectul cât mai repede posibil;

echipamentul primar trebuie corect întreținut pentru a rămâne operațional. Subsistemul secundar trebuie să colecteze informații despre starea echipamentelor primare și să ofere suport pentru mentenanța acestora;

dispeceratele energetice de la diferite nivele (local, teritorial, național) trebuie să primească informațiile de stare din stație. Subsistemul secundar al stației are datoria de aface posibil transferul datelor spre centrele de control și , respectiv, de a transmite comenzile către procesul tehnologic controlat;

Controlul local. Subsistemul secundar trebuie să asigure funcțiunile de control local ale stației fie ca o rezervă la caderea sistemului de teleconducere, fie ca o funcțiune de sine stătătoare în cazul stațiilor necuprinse în sistemul de teleconducere.

Pornind de la cerințele enumerate mai sus, principalele funcțiuni ale subsistemului secundar al stației sunt:

protectia împotriva defectelor în sistemul primar;

stăpânirea stărilor anormale ale echipamentelor primare;

automatizări;

suport pentru conducere locală, teleconducere, măsură locală și telemăsură;

monitorizarea rețelei și a echipamentelor primare;

analiza automată a datelor.

Combinarea mai multor funcțiuni într-un singur echipament, presupune că la o eventuală cădere a echipamentului, toate funcțiunile sunt pierdute. Pe de altă parte, reducerea semnificativă a complexității hard a ansamblului, prin integrarea funcțiilor într-un singur echipament, are efecte benefice asupra fiabilității. În esența, problema nu este nouă iar rezolvarea constă, ca și la echipamentele clasice, prin rezervarea funcțiilor vitale.

Utilizarea echipamentelor multifuncționale aduce și alte avantaje:

autotestarea și autodiagnosticarea sunt active permanent și detectează imediat apariția unui defect care poate conduce la funcționarea incorectă;

testarea periodică nu mai este necesară sau poate fi efectuata la intervale mult mai mari de timp. Astfel, mentenanța preventivă este redusă la minim, aplicându-se numai componentelor care nu intră în testarea automată sau asupra cărora eficacitatea acesteia este redusă;

starea de bună funcționare a echipamentului poate fi determinată în orice moment de la un punct central de control prin intermediul căilor de comunicație. Pot fi lansate în execuție rutine suplimentare de test si diagnostic, verificând astfel însăsi integritatea funcției de autotest.

Pe schema de principiu a unui sistem coordonat de comandă-control și de protecție se pot face următoarele observații:

echipamentele prelucrează datele achiziționate local;

transferul de informație se face între nivele diferite;

funcțiile care reclamă informații de la mai multe celule sunt asigurate de nivelul stației;

sunt implementate funcții de supraveghere la nivelul sistemului, alături de cele de autosupraveghere la nivel local.

Schema de principiu a unui sistem coordonat de comandă-control și protecție

3.2. Arhitectura sistemelor SCADA

Un sistem SCADA modern trebuie să se conformeze cerințelor sistemelor deschise OSI – ISO (Open System Interconnection – International Standard Organization). Un sistem deschis dispune de posibilități care permit implementarea aplicațiilor astfel încât:

să poată fi implementate pe sisteme provenind de la mai mulți furnizori de echipamente;

să poată conlucra cu alte aplicații realizate pe sisteme deschise;

să prezinte un stil consistent de interacțiune cu utilizatorul;

La nivelul legăturii cu procesul tehnologic (echipamentele din stația electrică), găsim echipamentele de achiziție a datelor și comandă (EAC) destinate interfațării cu instalațiile electroenegetice distribuite în punctele de interes. Acestea asigură preluarea informațiilor din proces precum și transmiterea comenzilor către proces. În sistemele moderne se asigură un grad înalt de prelucrare locală , la nivel EAC.

Echipamentele EAC sunt interconectate prin magistrale locale (LAN) cu calculatoarele care au rol de procesare a datelor la nivelul întregului proces (de exemplu la nivelul stației de transformare). Legătura de date între stațiile de transformare și punctul de comandă și control se realizează prin rețele de date specifice transmisiei la distanță (WAN): Transferul datelor între WAN și LAN situate la punctul (punctele) de comandă-control este asigurată de calculatoare cu rol de concentrator de date (FEP – Front End Processor).

3.3. Funcțiile sistemului tipic de comandă-control

Funcțiile principale ale subsistemului de comandă, control și teleconducere sunt grupate în:

funcții de bază (măsuri, comenzi, supraveghere);

funcții de prelucrare extinsă (modificarea încadrării în limite prestabilite, interpretarea automată a alarmelor, afișarea stărilor anormale, înregistrarea evenimentelor în timp real etc.);

funcții de prelucrare operațională (adaptarea semnalelor de intrare-ieșire care străbat interfețele către operator și proces, suprimarea vibrației contactelor, controale de plauzibilitate, validarea informațiilor incrementate, operații aritmetice, supravegherea circuitelor de comandă);

funcții de transmisie a datelor (asigurarea unui grad înalt de integritate a datelor, timp de transfer foarte redus, răspunsuri în timp real, capacitate mare în transferul informației, operare corectă în prezența perturbațiilor electromagnetice).

Funcțiile asigurate de subsistemul de conducere/teleconducere, pe nivele de operare, sunt:

La nivel de dispecer, prin intermediul interfeței om-mașină, de supraveghere și comandă, existentă la DET ;

La nivel central de stație, prin intermediul interfeței om-mașină, de supraveghere și comandă :

comenzi de tipul conectare/deconectare (cu afișarea tuturor parametrilor pentru verificarea condițiilor de sincronism), comutare;

interblocaje pentru prevenirea manevrelor greșite la nivel de stație (de tipul blocaje generale, blocaje pe celulă), cu menționarea că separatoarele cu cuțite de legare la pământ (clp) vor avea constructiv și o blocare mecanică între cuțitul principal și clp;

afișarea și înregistrarea măsurilor , inclusiv supravegherea limitelor;

afișarea schemelor de ansamblu și/sau detalii care constituie ecranele pentru operare;

afișarea și înregistrarea alarmelor;

afișarea listelor de semnalizare și alarme;

comenzi, achiziția datelor și supravegherea instalațiilor de servicii proprii c.c. și c.a.;

protocolarea tuturor evenimentelor cu marca de timp;

comunicarea în interiorul sistemului cu nivelul ierarhic superior, dispecerul energetic, de la care se operează pe nivele de tensiune;

furnizarea informațiilor pentru activitatea de mentenanță și reparații;

supravegherea stării sistemului și autodiagnoză;

instruirea personalului pe baza datelor arhivate;

stocarea datelor pe termen scurt și mediu;

sincronizarea în timp a întregului sistem integrat de conducere/teleconducere și protecție cu o baza de timp unică pe sistem, în sistemul GPS.

Tot la acest nivel ierarhic se află și interfața de comunicație redundantă către:

treapta ierarhic superioară din structura de conducere operativă a instalațiilor din SEN (treapta superioară de dispecer căreia îi este subordonată stația);

sucursala căreia îi aparține stația.

La nivel de celulă, distribuit (următorul nivel ierarhic), subsistemul de comandă –control va asigura următoarele funcțiuni:

achiziția și prelucrarea de date logice în timp real (semnalizări de poziție și stare, semnalizări preventive și semnalizări de avarie);

achiziții și prelucrări de date analogice în timp real (măsura I, U, P, Q. f);

comanda de la nivel de celulă a echipamentelor de comandă primară, aferente celulei (cu verificarea condițiilor de sincronism), cu sau fără menținerea blocajelor pe celulă, prin intermediul unei interfețe de operare om-mașină, constituită de ecranul cu cristale lichide, propriu al echipamentului de conducere pe celulă;

interblocaje la nivel de celulă, împotriva manevrei greșite a separatoarelor;

interfața cu subsistemul de protecție pe celulă;

comunicația cu nivelul central, având ca suport rețeaua de fibră optică

redundantă (radială sau în buclă);

afișarea schemei pe ecranul cu cristale lichide a echipamentului de conducere pe celulă/diametru;

afișarea mărimilor caracteristice necesare supravegherii și operării de la nivelul echipamentului tip BCU;

stocarea evenimentelor;

autosupravegherea stării echipamentului de conducere pe celulă și autodiagnoză.

3.4. Volumul de informații

Volumul de informații achiziționat, prelucrat și valorificat de subsistemul de comandă-control al stației este următorul :

Măsuri :

U, I, P, Q, f, ∆φ;

Poziția comutatorului de ploturi la T, AT;

Energia activă și reactivă în ambele sensuri și toate cadranele (achiziționată și prelucrată prin sistemul independent de măsurare a energiei electrice.).

Semnalizări :

De poziție: întrerupătoare, separatoare (de bare, de linie/borne aferente transformatorului, de legare la pământ), cuplat/decuplat pentru automatizări;

Preventive: de tipul defecte de întrerupător, separator, puneri la pământ, integritatea circuitelor, semnalizări tehnologice de la transformatorul de forță, semnalizări de stare ale sistemului în sine;

De incident : de tipul funcționarea protecțiilor, funcționarea automatizărilor.

Comenzi:

De comutare pentru echipamente primare etc.;

De cuplare/decuplare automatizări;

De acționare a comutatorului de ploturi și a grupelor de răcire (ventilatoare și pompe).

3.5. Protocoale de comunicație (interfețe de comunicație)

Protocolul de comunicații recomandat între o stație și DET, este noul protocol standard IEC 61850, elaborat prin colaborarea europeano-americană și care acoperă practic toate protocoalele utilizate de firmele de prestigiu furnizoare de sisteme de comandă-control, protecție, inclusiv standardele IEC 60870.

Intre stație și DET se acceptă și protocolul de comunicație standard IEC 870-5-103, complet dezvoltat, în prezent agreat și aprobat de către DEN. Transmisia întregului volum de informații tehnologice de la stație la DET se va realiza în timpii reglementați de normele în vigoare.

Numărul de biți pentru fiecare tip de informație este alocat astfel :

semnalizare simplă (poziție separatoare, semnal preventiv sau incident) – 1 bit;

semnalizare dublă (poziție întrerupător) – 2 bit;

valoare parametru analogic (P,Q,U, I, f) – 15 bit.

Acest volum de informații se majorează cu 75 % reprezentând structura suplimentară impusă de protocolul de comunicație. Volumul de date care se transmite la DET trebuie sa fie întregul volum de informații care este gestionat în sistemul de conducere de către echipamentele de la nivelul central pe stație și afișat, pentru operare, la nivelul interfeței om-mașină din camera de comandă. Acest volum de informații se va transmite atât la DET cât și la ST pe două căi independente.

In vederea comunicației cu centrele de comandă și pentru monitorizare, subsistemul de conducere va conține, la nivelul celor doua gateway (redundante), un număr de 3 porturi (redundante, total 6) necesare, configurabile și interogabile independent. De asemeni, în vederea teleconducerii stației, configurația sistemului de conducere și protecție permite conectarea la LAN-ul stației și a unor posturi de lucru îndepărtate, amplasate în centrele de teleconducere. Prin terminalele îndepărtate, necesare teleconducerii, pentru sistemul de conducere și protecție se va putea realiza configurarea, parametrizarea, reglarea și supravegherea de la distanță, din camera de comandă DEN/DET a terminalelor numerice de protecție din stație. Comunicația cu terminalele numerice și cu sistemul de înregistrare a avariilor este independentă de comunicația cu BCU și redundantă.

3.6. Moduri de operare

In regim normal de funcționare, stațiile de 400/220/110 kV supuse modernizării vor fi conduse de la DET sau de la alt centru de teleconducere.

De la DEN vor fi comandate stațiile de interconexiune și stația de conexiuni Cernavodă.

Temporar se poate transfera conducerea stației în camera de comandă a acesteia, operarea făcându-se în acest caz cu personalul permanent aflat în tură.

Pe aceasta perioadă, nivelul control pe stație este considerat nivelul ierarhic superior al sistemului de comandă, control și protecție, în ierarhie, în ordin descrescător urmând nivelul pe celulă și nivelul local (dispozitivele de acționare ale echipamentelor de comutație).

Subsistemul de comandă-control ales va trebui să respecte următoarele cerințe de bază, în ceea ce privește siguranța și securitatea în modul de operare, și anume :

nivelul selectat de la care urmează să se opereze va fi indicat la toate nivelele operaționale hardware și software, operarea de la celelalte nivele fiind blocată în consecință, hardware și/sau software;

nivelul ierarhic inferior, în cazul în care se operează de la acest nivel, va avea întotdeauna prioritate asupra nivelelor superioare, orice posibilitate de operare de la aceste nivele fiind blocată harwdare și/sau software.

3.6.1. Nivelul ierarhic superior – centrele de teleconducere

Operarea de la acest nivel constituie modul normal de operare și se materializează de către operator de la tastatura de operare a modulului de lucru, având afișate pe ecranul postului de lucru ecranele de detaliu pentru operare.

Comenzile se fac cu verificarea condițiilor de sincronism (parametrizabile on-line) și cu verificarea condițiilor de blocaj generale pe stație la manevră greșită și a separatoarelor de celulă. Conform normativelor în vigoare (PE 029 și PE 504), subsistemul va fi prevăzut cu două posturi de lucru de la care operatorii din stație, funcție de competențe, să poată să-și desfășoare activitatea de exploatare nestingheriți.

Tot de la distanță se va putea asigura și configurarea/supravegherea terminalelor numerice de protecție precum și analizarea/evaluarea oscilogramelor din timpul avariilor.

Selectarea executării comenzilor de la centrul de teleconducere sau transferarea la nivel de stație se face printr-o cheie software.

3.6.2. Centrul – nivel pe stație

Operarea la acest nivel constituie un mod temporar, de operare de rezervă și se materializează de către operator de la tastatura de operare a postului de lucru, având afișate pe ecranul postului de lucru ecranele de detaliu pentru operare.

Comenzile se fac cu verificarea condițiilor de sincronism (parametrizabile on-line) și cu verificarea condițiilor de blocaj la manevră greșită a separatoarelor pe celulă și generale pe stație. In cazuri excepționale, condițiile de blocaj vor putea fi anulate opțional cu semnalizarea obligatorie a acestei stări. Conform normativelor în vigoare, subsistemul va fi prevăzut cu două posturi de lucru de la care operatorii din stație, funcție de competențe, să poată să-și desfășoare nestingheriți activitatea de exploatare.

Din camera de comandă se va asigura și configurarea/supravegherea terminalelor numerice de protecție precum și analizarea/evaluarea oscilogramelor din timpul avariilor. Selectarea executării comenzilor de la nivel de stație sau transferarea la nivel de celulă se poate face printr-o cheie software.

3.6.3. Nivelul pe celulă

Selectarea comenzilor se face de la nivelul interfeței de operare om-mașină a unității de conducere a unei celule amplasate în cabina de relee aferentă celulei primare respective.

Comanda se face cu verificarea condițiilor de sincronism și a condițiilor de blocaj la nivel de celulă și stație. Opțional, se pot anula interblocajele, dar aceasta stare se va semnaliza în mod obligatoriu. Operarea de la nivelul celulei se face în cazuri excepționale cum ar fi: deteriorarea comunicației la nivelul central sau atunci când echipamentul de la acel nivel este temporar indisponibil.

Selectarea executării comenzilor de la nivel de celulă sau transferarea la nivel de dispozitiv de acționare se face printr-o cheie software.

3.6.4. Local – de la dispozitivele de acționare ale echipamentului

Selectarea comenzii la nivel de echipament de comutație primară se face manual prin cheie de selecție (hardware) a regimului de comandă (local sau de la distanță) sau anulat. Comanda, în acest caz, se face independent de orice alte condiționări. Operarea de la acest nivel se face în timpul probelor sau după revizii la echipamentul primar.

Capitolul 4

Sisteme de supraveghere video în stații

Instalație de televiziune cu circuit închis

Instalația CCTV (televiziune cu circuit închis) monitorizează perimetrul stației și intrarea principală.

Este compusă din:

Camere video exterioare (Speed Dome) cu următoarele caracteristici:

sursă de alimentare 24Vca;

orientare orizontală și verticală;

viteza de rotație reglabilă;

protecție împotriva înghețului.

Înregistrator digital cu 16 intrări și multiplexo, cu 160 Gb spațiu de stocare.

ieșire video pentru monitor;

intrări pentru stare de alarmă.

Pupitru de comandă

joyestick pentru controlul manual al Speed Dome-urilor.

Monitor color

Echipament de transmitere video.

Dar poate fi folosită și pentru a vizualiza diferite echipamente dacă există o sesizare în ce privește funcționarea lor (vezi imaginile de mai jos).

Instalația de detecție și semnalizare a tentativelor de efracție în clădirile tehnologice

4.2.1. Componente:

Centrala de efracție

Sistemul este bazat pe o centrală adresabilă îndeplinind următoarele funcții:

colectarea și procesarea datelor de la senzorii de efracție și de la cei de pe perimetru;

alarmare optică și acustica la detectarea unei tentative de efracție în una dintre clădiri, alarmare care se face pe tastatura centralei și prin intermediul sirenei exterioare.

Senzori de efracție amplasați pe ușile clădirilor din stație și pe ușile cabinelor de relee.

Sirena de alarmare

Dispozitive de achiziție și transmitere la/de la centrala de semnalizare și comandă

Sursa de alimentare

Obiectivele tehnologice monitorizate sunt:

porțile de acces în stație;

ușile de acces în clădirea de comandă;

ușile de acces în cabinele de relee.

4.2.2. Condiții tehnice de instalare a echipamentelor

Centrala de efracție se montează în camera de comandă și are posibilitatea de a monitoriza aproximativ 200 de senzori și echipamente auxiliare distribuite în una sau mai multe bucle de detecție pe fiecare centrală, în funcție de repartiția în teren a obiectivelor monitorizate.

Centrala poate realiza avertizări acustice și optice în cazul detectării unei tentative de efracție, cu indicare pe tastatură sau la imprimantă a zonei în care a fost detectată tentativa.

Centrala are capacitatea de memorare a evenimentelor (maxim 1000) pentru o perioadă definită de timp. De asemenea are posibilitatea de a le reproduce, la cerere, indicând evenimentul, tipul acestuia, data și ora la care s-a întâmplat.

În afară de semnalizările exterioare, centrala are anumite comenzi și semnalizare proprii, accesibile pe panoul sinoptic (display cu cristale lichide – LCD) :

semnal de funcționare normală;

semnalizare acustică a controalelor.

Centrala permite transmiterea la distanță a unui număr minim de semnale, disponibile pe contacte fără potențial (care permit max. 220Vcc, 0,1 A), după cum urmează :

semnalizarea tentativelor de efracție;

defecțiune a instalației;

defecțiune a sursei principale.

Centrala este prevăzută cu sursă de alimentare de siguranță (cu acumulatori incorporați).

Senzorii de efracție

Pentru semnalizarea deschiderii ușilor de acces în clădirile monitorizate sunt necesari senzori care funcționează prin schimbarea poziției relative a dispozitivelor (micro contacte magnetice).

De asemenea, pe căile ce acces și în cabinele de relee, se instalează senzori de mișcare.

Pentru paza perimetrală se folosește o soluție bazată pe bariere în infraroșu pentru detecția mișcării cu 4 fascicule.

Sirena

Pentru alarmarea personalului stației în caz de efracție, se montează sirene interioare și exterioare. Acestea sunt electronice, de tip piezoelectric.

Dispozitive de preluare și transmitere a semnalului și controlului.

Centrala are 255 ieșiri pentru transmiterea semnalului primit de la senzorii de efracție și pentru control. Aceștia sunt identificabili prin adrese.

Surse de alimentare auxiliare.

Detecția tentativelor de efracție în interiorul stației

Sistemul va include următoarele componente.

Echipamente pentru alarmarea perimetrală și a paznicilor;

Echipamente pentru supravegherea video a perimetrului.

Sunt prevăzute:

unitate centrală adresabilă pentru efracție;

tastatură pentru comenzi și control centrală efracție;

modul extensie zone, centrală efracție;

modul extensie ieșiri pe relee, centrală de efracție;

bariere IR (infraroșu), multifascicol.

Sunt prevăzute de asemenea:

o unitate centrală adresabilă pentru efracție;

tastatură pentru comenzi și control centrală efracție;

modul extensie zone, centrală efracție;

modul extensie ieșiri pe relee, centrală de efracție;

bariere IR, multifascicol;

detectori de prezență dublă tehnologie, în IR și microunde (pt.interior);

contacte magnetice, monitorizare stare ușă;  

sursă auxiliară alimentare;

acumulatori;

workstation tip.PC.

4.3. Sistemul de detecție efracție și pază perimetrală (aparataj montat local) :

Detectoare tip barieră în IR , care execută supravegherea automată a întregului perimetru, divizat în zone supravegheate de aproximativ 100-200 m, în care pot apărea tentative de efracție.

Detectoare de mișcare dublă tehnologie, care execută supravegherea automată a spațiilor în care pot apărea tentative de efracție.

Sunt prevăzute detectoare automate în toate încăperile în care se găsesc documente sau obiecte de valoare, aparatură tehnologică de importanță vitală pentru obiectivul supravegheat.

Contacte magnetice, care execută supravegherea automată a poziției ușilor de acces, în care pot apărea tentative de efracție.

S-au prevăzut contacte magnetice pt. toate ușile de la încăperile în care se găsesc documente sau obiecte de valoare, aparatură tehnologică de importanță vitală pentru obiectivul supravegheat.

Tastatura de comandă și programare pentru armare/dezarmare subsisteme sau partiții, pentru anulare alarme, luare la cunoștința și ștergere evenimente , etc.

Există o tastatură de comandă și programare și la dispecer.

Sirena efracție interior pentru alarmare în cazul unei tentative de efracție sau pătrundere în perimetrul protejat.

4.4. Integrarea protecției perimetrale cu sistemul TVCI

Sistemul de detecție efracție și sistemul de televiziune închis este conectat, în sensul că prin comunicația dintre expanderul de efracție montat pe stâlp și releu se comandă mișcarea camerei mobile de tip Speed Dome către zona în care s-a detectat o tentativă de pătrundere prin efracție.

Studiu de caz

Se studiază siguranța în funcționarea și exploatarea instalațiilor din stația 400/110/20 kV Smârdan, instalații prin care tranzitează energia electrică din S.E.N. și din S.E. al Republicii Moldova

Importului de energie electrică în insula pasivă se face prin LEA 400 kV Vulcănești-Isaccea și LEA 400 kV Isaccea –Smârdan circ 2. Din acest motiv, Stația 400/110/20 kV Smârdan, funcționează cu două sisteme energetice separate :

Sistemul Energetic Național [S.E.N. – România]

Sistemul Energetic din Republica Moldova ( stația 400 kV Vulcănești)

Fig.1. Schema Insula Vulcănești – Isaccea

Pentru ca funcționarea R.E.T. din zona de acțiune a C.E. Galați să se desfășoare în condițiile stabilite prin codul Tehnic al Rețelei Electrice de Transport , personalul operațional trebuie sa fie instruit pentru o bună cunoaștere a instalațiilor, a delimitărilor dintre sistemele energetice separate, modul de intervenții în caz de incidente și avarii, modul de executare a manevrelor programate normal cu identificarea corectă a echipamentelor, supravegherea parametrilor normali de funcționare a sistemelor energetice (tensiuni: în benzile admisibile, curenți: sub valorile maxime admisibile de durată prin elementele rețelei, frecvența: 49,95-50,05 Hz).

Pentru ca funcționarea celor două sisteme energetice (S.E.N. și S.E. Republica Moldova) să se desfășoare în condiții optime, personalul operațional al stației Smârdan trebuie să fie instruit sub următoarele aspecte:

Delimitarea instalațiilor dintre cele două sisteme energetice ;

Exploatarea instalațiilor sus menționate;

Funcționarea atât în regim normal cât și de incident;

Instrucțiuni de exploatare, operare, prevenire și intervenție în caz de incident;

Ghid de manevre pentru realizarea schemei de insulă și revenirea la S.E.N. ;

Schema normală cu cele două sisteme energetice ;

Fig.2 – Schema stației 400 kV si 110 kV Smardan:

Delimitarea instalațiilor dintre cele două sisteme energetice:

Stația 400 kV, compusă din sistem dublu de bare colectoare, funcționează cu Bara 1-400 kV în S.E.N. si Bara 2-400 kV în S.E. Republica Moldova :

Bara 1 – 400 kV : alimentată din S.E.N., cu echipamentele :

LEA 400 kV GUTINAȘ

LEA 400 kV LACU SĂRAT

LEA 400 kV ISACCEA circuit 1

TRAFO-2-400/110 kV-250 MVA cu barele 2A+1B+2B-110 kV

BOBINA DE COMPENSARE – 100 MVAR

Bara 2 – 400 kV : alimentată din S.E. Republica Moldova (insulă de import energie), cu echipamentele:

LEA 400 kV ISACCEA circuit 2

TRAFO-1-400/110 kV-250MVA cu bara 1A-110 kV

Celula 400 kV CUPLĂ TRANSVERSALĂ este cu : I400 kV deconectat și condamnat în poziția deconectat, SB1-400 kV închis și SB2-400 kV deschis și condamnat în poziția deschis

Substația “A” – 110 kV:

Bara 1A – 110 kV – alimentată din S.E.N. prin CLTv – 110 kV din Substația ”B” – 110 kV, cu echipamentele:

LEA 110 kV CFR Barboși

Măsură + Descărcători 1A – 110 kV

Celula 110 kV CLTv -110 kV în funcțiune între barele 1A si 2B – 110 kV

Separatorii de secționare SS1A si SS1B – 110 kV deschiși

Bara 2A – 110 kV – alimentată din S.E. Republica Moldova (insulă de import energie), din stația de 400 kV prin TRAFO 1 – 400/110 kV – 250 MVA cu echipamentele:

LEA 110 kV SCHELA

LEA 110 kV VÂNĂTORI

LEA 110 kV SRP 1 Vânători circuit 1

LEA 110 kV SRP 1 Vânători circuit 2

LEA 110 kV SNG

LEA 110 kV LAMINOR

LEA 110 kV GALAȚI NORD

LEA 110 kV FILEȘTI

LEA 110 kV BRĂILIȚA

LEA 110 kV ABATOR

Măsură+Descărcători 2A – 110 kV

TRAFO 4 – 110/20 kV

Celula 110 kV CTv-A cu: I110 kV deconectat și condamnat în poziția deconectat, SB1A – 110 kV închis și SB2A – 110 kV deschis și condamnat în poziția deschis

STAȚIA “B” – 110 kV:

Bara 1B și 2B – 110 kV alimentate din S.E.N., din stația de 400 kV prin TRAFO 1 – 400/110 kV – 250 MVA având următorii consumatori:

LEA 110 kV SC 1-1

LEA 110 kV SC 1-2

LEA 110 kV SC 2

LEA 110 kV SC 3

Măsură + Descărcători 1B+2B – 110 kV

Celula 110 kV CTv – B în funcțiune

ATENȚIE !!!

În camera de comandă s-au montat plăcuțe de atenționare cu inscripția “INTERZIS ACȚIONAREA – INSULĂ DE CONSUM” pe toate cheile de comandă ale separatoarelor din schema insulei de consum, care sunt în schema normală în poziția deschis.

În stația exterioară 400 kV si 110 kV, din insula de consum, toți separatorii aflați în poziția deschis, sunt condamnați (prin scoaterea siguranțelor de comandă ale dispozitivelor de acționare, A.S.E.) pe poziția deschis și s-au montat plăcuțe de atenționare cu inscripția “INTERZIS ACȚIONAREA – INSULĂ DE CONSUM” pe toate dispozitivele de acționare a dispozitivelor A.S.E., aferente separatorilor aflați in poziția deschis la barele de 400 si 110 kV.

Manevrele programate normal se vor face cu asistență tehnică.

Daca D.E.T. Bacău solicită efectuarea unui paralel între cele două sisteme diferite (sisteme separate) la brațul de sincronizare se vor urmări:

Tensiunile să fie egale, se admit diferențe dintre tensiunea barei și cea de linie astfel : U110[220]=20%un; U400=10%Un.

Frecvența bară = Frecvența rețea.

Unghiul dintre cele două tensiuni = 0O

Exploatarea instalațiilor deservite

Stația 400/110/20 kV Smârdan este interconectată în insula de consum și are drept consumator tot județul Galați. Alimentarea fiind radială, din stația Vulcănesti-Isaccea-Smârdan (fără rezervă de alimentare) orice întrerupere a acestui lanț se răsfrânge asupra tuturor consumatorilor județului Galați. De asemenea, alimentarea cu energie electrică a Combinatului Siderurgic Arcelor Mittal Galați este importantă, întreruperea alimentării chiar și pe perioade scurte producând pagube însemnate. Din acest motiv, în fiecare tură de serviciu, personalul operațional (P.O.) va efectua conform atribuțiilor de serviciu 3 controale amănunțite, consemnând în caietele de rond, controlul. În timpul controlului de rond se dă o atenție deosebită presiunilor și nivelelor de ulei la dispozitivele M.O.P. (mecanism oleopneumatic) aferente: Celulei LEA 400 kV ISACCEA 2, Celulei 400 kV TRAFO 1, Celulei 400 kV TRAFO 2, Celulei 110 KV TRAFO 1, precum și PRESIUNEA de SF6 de la dispozitivul de acționare al întreruptorului aferent Celulei 110 kV TRAFO 2-110 kV. De asemenea, se va acorda o atenție deosebită și la acționarea separatorilor de bare, pentru a se manevra corespunzător sistemului din care fac parte.

Funcționare în regim normal cât și de avarie

Funcționarea în regim normal al stației 400/110/20 kV Smârdan, după realizarea schemei de funcționare mai sus descrisă, impune urmărirea parametrilor de alimentare cu energie electrică a consumatorilor, urmărirea comportării echipamentelor aflate in funcțiune, sesizând imediat abaterile și neconformitățile apărute în timpul exploatării. Cei mai importanți parametri care trebuie imediat comunicați dispecerului sunt tensiunea și frecvența, cu consemnarea în registrul operativ al neconformităților sesizate.

Modul de acționare al P.O. pentru realimentarea consumatorilor

A. Există legătură telefonică cu dispecerul

Personalul operațional evaluează situația, raportează și acționează conform dispozițiilor primite de la treapta de dispecer cu comanda nemijlocită.

B. Nu există legătură telefonică cu dispecerul

CAZUL 1: Bara 2 – 400 kV rămâne fără tensiune (cu sau fără declanșări) Bara 2A – 110 kV rămâne fără tensiune

Se deconectează TRAFO 1 – 250 MVA pe ambele înfășurări

Se deconectează întreruptorii I110 kV aferenți Barei 2A-110 kV, mai puțin întreruptorii I110 kV aferenți LEA 110 kV Laminor, LEA 110 kV SNG, LEA 110 kV Vânători, LEA 110 kV SRP 1-1 si Trafo 4 – 110/20kV

Se închide SB2A – 110 kV aferent celulei 110 kV CTv-A, apoi se conectează cu control lipsa tensiune întreruptorul I110 kV aferent celulei 110 kV CTv-A dându-se tensiune pe Bara 2A – 110 kV din Bara 1A – 110 kV (bara 1A – 110 kV alimentată din S.E.N. prin CLTv-110 kV din Substația B – 110 kV)

Se așteaptă restabilirea legăturilor telefonice cu dispecerul

CAZUL 2: Declanșează TRAFO 1 – 250 MVA pe ambele înfășurări Bara 2A – 110 kV rămâne fără tensiune. Cazul este posibil la apariția unui defect în Trafo 1 –250 MVA, a unui defect pe Bara 2A – 110 kV , a unui refuz de declanșare a unui întreruptor .

Se consideră Trafo 1 – 250 MVA 400/110 kV în stare caldă indisponibil, indiferent dacă declanșarea s-a produs prin protecție de bază sau de rezervă , dacă a fost defect pe Bara 2A – 110 kV sau a fost un refuz de întreruptor ;

Se deconectează întreruptorii aferenți Barei 2A – 110 kV mai puțin I110 kV la celulele: LEA 110 kV Laminor, LEA 110 kV SNG, LEA 110 kV Vânători, LEA 110 kV SRP 1-1 și Trafo 4 – 110/20 kV (dacă nu a fost refuz de declanșare la unul din întreruptoarele lor) ;

Daca Bara 2A-110 kV se poate repune sub tensiune , se închide SB2A – 110 kV aferent celulei 110 kV CTv-A apoi se conectează cu control lipsă tensiune întreruptorul I110 kV aferent celulei 110 kV CTv-A dându-se tensiune pe Bara 2A – 110 kV din Bara 1A – 110 kV (Bara 1A – 110 kV alimentată din S.E.N. prin CLTv-110 kV din Substația B – 110 kV).

Observații: Se consideră că Bara 2A – 110 kV se poate pune sub tensiune și dacă s-a separat elementul aferent Barei 2A – 110 kV care a refuzat declanșarea.

Dacă Bara 2A- 110 kV nu se poate pune sub tensiune, se trec toate elementele din Bara 2A- 110 kV în Bara 1A- 110 kV (trecerea se va face prin deconectare I110 kV corespunzător fiecărui element , fără a mai face manevre cu CTvA-110 kV);

Se așteaptă restabilirea legăturilor telefonice cu dispecerul ;

Se face o evaluare a situației, pentru stabilirea posibilităților de revenire la o schemă corespunzătoare, după restabilirea legăturilor telefonice cu dispecerul ;

Se aduce în stare rece, eventual, echipamentul depistat defect.

CAZUL 3: Declanșează TRAFO 2 –250 MVA pe ambele înfășurări Barele 1B – 110kV, Barele 2B – 110 KV , Barele 1A – 110 KV rămân fără tensiune.

Se consideră Trafo 2 – 250 MVA , 400/110 kV în stare caldă indisponibil, indiferent dacă declanșarea s-a produs prin protecția de bază sau de rezervă.

Apoi se așteaptă restabilirea legăturilor telefonice cu dispecerul

Ghid de manevre pentru realizarea schemei de insulă de consum și revenirea la S.E.N.

SOI: Schema normala stația 400 kV

Schema normala stația “A” 110 kV

TEMA: Realizare schemă preferențială insulă de consum

Pregătirea stației “A” 110 kV:

Se deconectează LEA 110 kV CFR Barboși

Se deschide SB2A LEA 110 kV CFR Barboși

Se închide SB1A LEA 110 kV CFR Barboși

Se condamnă în poziție conectat I110 kV celula 110 kV CTvA

Se închide SB2A LEA 110 kV Filești (rigidizare Bare 1A si 2A – 110 kV)

Se închide SB2A LEA 110 kV Brăilița

Se deschide SB1A LEA 110 kV Brăilița

Se închide SB2A Trafo 4 – 110/20 kV

Se deschide SB1A Trafo 4 – 110/20 kV

Se închide SB2A Trafo 1 – 400/110 kV

Se deschide SB1A Trafo 1 – 400/110 kV

Se deschide SB2A LEA 110 kV Filești (derigidizare Bare 1A si 2A – 110 kV)

Se deconectează I110 kV CTvA

Se deschide SB2A – 110kV CLTv

Se închide SB1A –110 kV CLTv

Se conectează I110 kV CLTv cu control lipsa tensiune pe bara 1A – 110kV

Se conectează I110 kV LEA 110 kV CFR Barboși

Pregătirea stației 400 kV:

Se deconectează I400 kV CTv – 400 kV

Se deschide SB2 –400 kV celula 400 kV CTv

Bara 1 – 400 kV rămâne alimentata din S.E.N. cu elementele: TRAFO 2-250 MVA, Bobina de Compensare -100 MVAR ,LEA 400 kV ISACCEA 1 LEA 400 kV LACU SARAT, LEA 400 kV Gutinaș

După dispariția tensiunii pe LEA 400 kV Isaccea 2 bara 2A rămâne cu tensiune din LEA 110 kV Filești

Se deconectează I110 kV Trafo 1- 250 MVA

Se deconectează I400 kV Trafo 1- 250 MVA

Se primește tensiune pe LEA 400 kV Isaccea 2 si in bara 2 – 400 kV

Dispare tensiunea din bara 2A-110 kV

Se deconectează I400 kV Trafo 1-250 MVA

Se deconectează I110 kV Trafo 1- 250 MVA – alimentând consumatorii din stația 110 kV prin bara 2A – 110kV din Insula de Consum din Republica Moldova

Dispare tensiune din INSULA DE CONSUM se procedează astfel:

LEA 400kV Isaccea 2 rămâne fără tensiune

Se deconectează I110 kV Trafo 1- 250 MVA

Se deconectează I400 kV Trafo 1- 250 MVA

Se primește tensiune în bara 2A – 110 kV din stația Filești si se alimentează consumatorii

CONCLUZII :

Retehnologizarea stațiilor de transformare este un proces început după anul 1990, ca urmare a necesității asigurării energiei la parametrii de calitate ceruți de piață.

Eficiența energetică are astfel un scop bine definit, acela de a asigura energiei electrice atributele esențiale ale unei mărfi solicitate, scop influențat de o serie de factori, după cum urmează:

– asigurarea capacității de transport a rețelei, în corelație cu evoluția consumului de energie electrică ;

– siguranța în funcționare a sistemului de transport al energiei din România, respectiv reducerea la minimum a numărului de defecte, a operațiilor de mentenanță planificată și de mentenanță corectivă;

– asigurarea condițiilor pentru interpretarea situațiilor de alarmă și asigurarea stabilității dinamice a sistemului;

– necesitatea respectării normelor europene și naționale de mediu.

Nivelul tehnologic de realizare al stațiilor de transformare și conceptul de mentenanță adaptat stării tehnice a acestora sunt elemente esențiale pentru asigurarea mentanabilității instalațiilor cu costuri optimizate ținând seama de durata de viață a stațiilor.

Cu cât tehnologia de realizare a stației este mai performantă, aparatajul din concepție foarte fiabil, sistemele de monitorizare și software-ul dedicate mai complete, specialiștii vor ști să interpreteze cât mai corect evoluția parametrilor ansamblurilor funcționale, cu atât va crește siguranța SEN și vor fi create condițiile cerute de dezvoltarea piețelor de energie la nivel european.

O soluție de creștere a eficienței energetice este aceea de a reduce costurile mentenanței, prevenirea defectelor catastrofale și, în consecință, exploatarea echipamentelor energetice la parametrii maximi pe o durată de timp cât mai mare. În prezent, strategia companiilor energetice este de a utiliza echipamente de monitorizare complexă a stării transformatoarelor de putere și de a interpreta rezultatele monitorizării prin utilizarea unui software dedicat, având astfel posibilitatea unei diagnosticări cât mai complete a stării de funcționare a transformatoarelor de putere.

Extinderea monitorizării parametrilor de stare la nivelul unei stații electrice deschide perspectiva controlului stațiilor electrice fără personal propriu.

BIBLIOGRAFIE:

Vasilievici A., Gal S.,Bălașiu F., Făgărășan T. – Implementarea echipamentelor digitale de protecție și comandă pentru rețele electrice -Editura Tehnică 2000;

Vișan G. Mihalascu C., Pană M., Comănescu.V. – Soluții moderne pentru asigurarea funcționării integrate a SCP Siemens SICAM PAS cu sisteme similare de altă fabricație (lucrare plasată pe Web);

Oatu C., Mureșan L., Bud C. – Concepții moderne privind arhitectura sistemelor SCADA din stațiile Oradea Sud, Roșiori și Cluj Florești (lucrare plasată pe Web);

Procedura COD: TEL 07 III AV DN 544 – Principiile de lichidare a avarilor in rețelele electrice de transport și distribuție de 110 kV – 400 kV;

Nițu V.,Constantinescu E. – Instalații electrice ale centralelor și stațiilor electrice-Editura Tehnică, București, 1972;

Buhuș P. și colectiv – Partea electrică a centralelor electrice, Editura Didactică și Pedagogică, Bucureși, 1983;

Gh. Comănescu și colectiv – Soluții constructive moderne pentru stații exterioare cu izolația în aer;

Conecini I. și colectiv – Cartea electricianului din stații electrice și posturi de transformare, Editura Tehnică, București, 1986;

PE 117/1992 – Regulamentul de Conducere prin Dispecer;

PE 118/1992 – Regulament general de manevre în instalațiile electrice;

Documentații tehnice – ABB, AREVA, Alsthom, Siemens, VATech, Tosh;

Documentație stație modernizată;

Imagini de prezentare stație modernizată.