Curs 3. Sisteme moderne pentru distribu ția energiei electrice la MT [622513]

Curs 3. Sisteme moderne pentru distribu ția energiei electrice la MT

1. Introducere
Sistemele moderne pentru distribu ția energiei electrice la MT utilizeaz ă practic schemele de
conexiuni cunoscute. De și pentru re țelele de distribu ție nu exist ă scheme standard, companiile
implicate în aceast ă activitate promoveaz ă în prezent dou ă topologii de baz ă: structura cu linie
principală (inclusiv în varianta sa cea mai simpl ă – schema radial ă) și cea în buclă deschisă
(buclată cu secționare în punctul optim determinat pe baza criteriului pierderilor minime de energie,
în regimurile normale de func ționare) – Figura 1. Schema implementat ă practic se alege pe baza
densității de sarcin ă rezultate pentru zona respectiv ă, într-un orizont de 10…15 ani.

Figura 1. Schemele de baz ă pentru re țelele de distribu ție de MT: cu linie principal ă (în stânga)
și în buclă deschisă (dreapta)

Ceea ce caracterizeaz ă însă noile realiz ări în implementarea sistemelor de distribu ție de MT
este asigurarea posibilit ăților de autostructurare a re țelelor (pentru cre șterea capacit ății de tranzitare
a energiei electrice), respectiv utilizarea unor echipamente primare și secundare, inclusiv sisteme de
protecție și telecomand ă și/sau control, cu performan țe superioare (pentru îmbun ătățirea regimurilor
de exploatare, cre șterea siguran ței în alimentarea cu energie a consumatorilor, reducerea impactului
regimurilor de defect asupra elementelor sistemului și a consumatorilor alimenta ți, asigurarea
calității energiei electrice furnizate, etc.).
2. Scheme cu linie principal ă
Principiul de func ționare al acestor scheme este utilizarea unei singure linii de alimentare, astfel
încât racordarea diferi ților consumatori presupune o structur ă arborescent ă (Fig. 1). Schema este
utilizată în special pentru distribu ția la MT în zonele rurale; ea permite o alimentare u șoară și la un
preț convenabil, în zone cu densitate de sarcin ă scăzută, a consumatorilor r ăspândiți pe o arie
geografic ă mare. Adesea, un astfel de sistem utilizeaz ă linii electrice aeriene – Figura 2. Avantajele
și punctele slabe ale acestei solu ții sunt rezumate în Tabelul 1.

Figura 2. Schema cu linie principal ă realizată printr-o LEA, f ără rezervare

Tabelul 1. Punctele tari și slabe ale celor dou ă configura ții de bază ale rețelelor de MT

Schema Avantaje Dezavantaje
Radială • Simplitate
• Funcționare
• Costuri de realizare • Calitatea serviciului
Buclă deschisă • Simplitate
• Calitatea serviciului • Funcționare cu comuta ții
mult mai frecvente
• Costuri de realizare

O solu ție tipică pentru re țelele de distribu ție rurală din Europa o reprezint ă așanumita
configura ție radial-arborescent ă – Figura 3.

Figura 3. Re țea rurală de MT cu o configura ție radial-arborescent ă

Dac ă situația o impune, se poate asigura o rezerv ă prin alimentarea re țelei de la dou ă stații
de transformare coborâtoare diferite – Figura 4.

Figura 4. Schema cu linie principal ă realizată printr-o LEA, cu rezerv ă pe stații
de transformare diferite

Pentru aglomer ările urbane mai mici, se poate utiliza o distribu ție cu linie principal ă,
realizată subteran, cu rezervare de la dou ă stații diferite – Figura 5.

Figura 5. Schema cu linie principal ă realizată printr-o LES, cu rezerv ă pe stații
de transformare diferite

Totu și, în regim normal de func ționare, re țeaua urban ă de MT (20 kV) este exploatat ă radial,
secționarea realizându-se în punctul de optim, ca re conduce la un consum propriu tehnologic
minim, având în vedere posibilit ățile reale din re țea (echipamente de conectare, amplasarea pe teren
a posturilor de transformare, etc.); re țeaua se poate sec ționa fie la un nod intermediar, fie la cele
două capete de alimentare. A șa cum se observ ă, această schemă presupune asigurarea rezervei de pe
barele de MT din sta ții de transformare diferite.
Schemele radiale pot fi folosite și pentru rețele de distribu ție indirect ă, la care posturile de
transformare 20/0.4 kV sunt racordate la barele de MT ale unor sta ții de conexiuni de MT, denumite
puncte de alimentare (PA) – Figura 6. Deoarece defe ctele care apar pe linii (fideri) sunt mult mai
frecvente decât cele pe barele sta țiilor de transformare, în cazul consumatorilor mai importan ți se
recomand ă scheme radiale duble, f ără – Figura 7 – sau cu sec ționarea barelor din punctul de
alimentare – Figura 8.

Figura 6. Schema monofilar ă a unei rețele de alimentare de MT radial ă

Figura 7. Schema monofilar ă a unei rețele de alimentare de MT radial ă dublă,
cu doi fideri în paralel

Figura 8. Schema monofilar ă a unei rețele de alimentare de MT, cu doi fideri
care debiteaz ă pe barele unui PA, sec ționate longitudinal

3. Scheme cu linie principal ă dublă
Sunt scheme mai pu țin utilizate, fiind folosite de anumite companii de distribu ție în zonele
urbane cu densitate mare de consum ( ≥ 8 MVA/km2) în care trebuie asigurat ă o siguran ță sporită în
alimentarea cu energie electric ă. Figura 9 prezint ă o astfel de re țea realizat ă în cablu, cu rezervare
pe aceeași stație de transformare; o variant ă îmbunatățită asigură rezervarea de la dou ă stații deferite
– Figura 10.

Figura 9. Schema de distribu ție la MT în dubl ă derivație cu rezervare pe o singur ă stație

Figura 10. Schema de distribu ție la MT în dubl ă derivație cu rezervare pe dou ă stații

Pentru aceast ă schemă, principiul de func ționare este urm ătorul:
• rețeaua de MT este dublat ă, conținând dou ă circuite A și B, ambele aflate sub tensiune;
• fiecare sta ție sau post de transformare MT/JT:
o este conectat ă la ambele cabluri de MT ( A și B), dar alimentarea se face doar prin
unul dintre cabluri (comutatorul de MT este închis pe cablul A);
o este echipat ă cu un sistem local de control automat;
• la căderea cablului A, sistemul de control detecteaz ă lipsa tensiunii, verific ă existența
acesteia pe cablul B și comand ă închiderea unui întreruptor de MT, respectiv deschiderea
celuilalt.

4. Scheme în bucl ă deschisă
Schema utilizeaz ă două linii de alimentare, ceea ce înseamn ă că fiecare consumator poate fi
alimentat prin dou ă posibile c ăi electrice, de și numai una dintre acestea este activ ă la un moment
dat. Rezerva este asigurat ă de posibilitatea utiliz ării celeilalte ramuri a buclei. In aceast ă structură
există întotdeauna un punct deschis, ceea ce conduce la o func ționare echivalent ă cu cea a dou ă
rețele radiale. Avantajele și dezavantajele sale sunt prezentate în Tabelul 1.
Configura ția tipică este desigur cea a unei bucle în care sunt conectate unit ățile
consumatoare (Fig. 1), ce pot fi sta ții de distribu ție publice MV/LV și/sau stații de alimentare ale
unor consumatori de MV. Fiecare punct (între 15 și 25 pe bucl ă) este conectat prin dou ă elemente
de comuta ție; toate acestea sunt închise, cu excep ția unuia care deschide bucla, definind astfel calea
de alimentare a fiec ărui consumator. Acest punct de deschidere se poate deplasa în bucl ă, în special
pe durata opera țiilor de reconfigurare ce au loc dup ă apariția unui defect.
In mod frecvent, aceast ă configura ție este realizat ă sub forma unui sistem de distribu ție
subteran, tipic pentru zone urbane intens populate – Figura 11.

Figura 11. Schema unei re țele urbane de MT cu func ționare în bucl ă deschisă, realizată cu LES

O variant ă folosită în cazul re țelelor de distribu ție indirect ă este prezentat ă în Figura 12.
Față de schema din Fig. 8, aceast ă soluție evită creșterea curen ților de scurtcircuit pe barele
punctului de alimentare dar men ține avantajul aliment ării prin doi fideri.

Figura 12. Schem ă de distribu ție indirect ă de MT cu func ționare în bucl ă deschisă

Schema poate fi îmbun ătățită în continuare, iar pentru cre șterea siguran ței în alimentarea cu
energie electric ă a consumatorilor sensibili barele sunt sec ționate longitudinal, iar cei doi fideri sunt
alimentați din secții de bare diferite sau de la sta ții de transformare diferite.

5. Scheme tip gril ă
Figura 13 prezint ă o rețea tip gril ă realizată în variant ă subteran ă, cu rezervare pe aceea și
stație sau pe sta ții de transformare dife rite. Ea este folosit ă pentru reducerea volumului de cabluri de
MT în mediile urbane cu o densitate de sarcin ă mai mare de 4 MVA/km2; schema permite o
separație în mijlocul ei.

Figura 13. Re țea de distribu ție tip grilă, realizată în varianta LES

6. Soluții de autostructurare a re țelelor de MT
Autostructurarea re țelelor de MT urm ărește creșterea capacit ății de transport a re țelelor de
distribuție. Pentru varianta din Figura 14, în situa ția existent ă, rețeaua de distribu ție este alimentat ă
din stația de 110 kV, iar buclele realizate de di stribuitorii de MT se închid pe aceea și stație de
transformare, cu separa ție la capăt. Autostructurarea poate fi efectuat ă prin realizarea unei noi sta ții
de 110 kV și determinarea punctelor de separa ție în punctele rezultate optime.

Figura 14. Re țea de distribu ție de MT autostructurat ă prin realizarea unei a doua
stații de transformare de 110 kV

Pentru re țelele buclate ale c ăror bucle se închid pe dou ă stații de transformare existente, cu
separație (tronsoane de avarie) la mijloc, autostru cturarea impune realizarea unei – Figura 15 – sau
chiar a dou ă noi stații – Figura 16 – și stabilirea punctelor de separa ție în noua configura ție.

Figura 15. Schema în configura ție buclată între dou ă stații existente,
autostructurat ă prin realizarea unei a treia sta ții

Figura 16. Schema în configura ție buclată între dou ă stații existente,
autostructurat ă prin realizarea a dou ă noi stații

7. Stații în rețelele de distribu ție
O sta ție electric ă este o entitate fizic ă definită prin pozi ția și funcția pe care o îndepline ște în
rețeaua electric ă; rolul său este în principal cel de a asigura trecerea între dou ă niveluri de tensiune
și/sau de a alimenta consumatorul final – Figura 17.

Figura 17. Diferite tipuri de sta ții în rețelele de distribu ție

8. Sisteme de protec ție, comand ă și control în sistemele moderne de distribu ție la MT
Re țelele moderne de distribu ție la MT sunt conduse și protejate prin sisteme comple
organizate pe mai multe niveluri – Figura 18 – și care se bazeaz ă pe cele mai noi realiz ări tehnice și
tehnologice în electronica de putere, microelectronic ă, informatic ă, achiziția și prelucrarea
semnalelor, etc.

Figura 18. Nivelurile unui sistem de protec ție și comandă la o rețea de distribu ție

Sistemele locale și zonale de protec ție sunt formate din sisteme de detec ție (transformatoare
de tensiune și curent, etc.), dispozitive de protec ție și control (relee de protec ție) și dispozitive de
deconectare (elemente de execu ție). Toate aceste elemente formeaz ă un lanț de protec ție – Figura
19 – care asigur ă izolarea unei por țiuni a rețelei în cazul producerii unui defect, cu scopul de a
asigura siguran ța rețelei prin protec ția împotriva defectelor de izola ție între faze sau între faz ă și
pământ și împotriva suprasarcinilor de durat ă. Lanțul de protec ție trebuie s ă reducă în special
consecințele unui scurtcircuit precum riscul de incendiu, defecte mecanice majore, etc.

Figura 19. Lan țul de protec ție la o rețea de MT

Elementele aflate în diferite loca ții geografice și la diferite niveluri ale sistemului de
comandă și protecție sunt interconectate printr-un sistem de telecontrol. Termenul de telecontrol
înglobeaz ă toate elementele implicate în func ționarea unei re țele; un sistem de telecontrol define ște
deci toate aceste elemente și organizarea lor func țională interconectat ă. In acest fel, sistemul de
telecontrol trebuie s ă permită operatorului de re țea să gestioneze urm ătoarele trei situa ții

• funcționarea normal ă;
• apariția unui defect;
• operațiile de între ținere (sub tensiune sau f ără tensiune).
In sfârșit, sistemele de operare instalate în aceste sisteme aduc o contribu ție important ă la
calitatea serviciului ce poate fi ob ținut. Figura 20 indic ă modul în care intercalarea echipamentelor
de comuta ție cu comand ă de la distan ță pot mări siguran ța în alimentarea consumatorilor racorda ți
la un sistem de distribu ție rurală cu o larg ă desfășurare geografic ă.

Figura 20. Prezen ța întreruptoarelor cu comand ă de la distan ță într-un
sistem de distribu ție rurală realizat cu LEA

Pe de alt ă parte, prezen ța echipamentelor și a tehnologiilor moderne, inclusiv a sistemelor de
semnalizare f ără fir sau a echipamentelor cu autodiagnosticare, u șurează mult activit ățile de
mentenan ță corectivă, diminuând semnificativ timpii necesar i pentru eliminarea defectelor – Figura
21. Realizarea opera țiilor de mentenan ță preventiv ă în baza unor tehnici moderne, precum tehnicile

bazate pe fiabilitate (mentenan ța bazată pe fiabilitate), conduc și ele la îmbun ătățirea calității
serviciilor oferite de sistemele moderne de distribu ție.

Figura 21. Exemple de tehnici de control la distan ță în rețelele de MT,
cu indicarea tehnicilor de comunica ții utilizate

In concluzie, automatizarea sistemelor de distribu ție continu ă să se îmbun ătățească;
avantajele automatiz ării distribu ției includ:
• îmbunătățirea fiabilit ății distribu ției;
• număr redus de întreruperi în alimentare și reducerea duratei de întrerupere prin
localizarea și izolarea automat ă a secțiunilor defecte din sistem și restabilirea
automată a serviciului pentru sec țiunile sănătoase;
• număr redus de reclama ții din partea consumatorilor;
• pierderi de putere reduse în transformatoarele din sta ții, rețelele de distribu ție și
transformatoarele de distribu ție;
• utilizarea mai eficient ă a sistemului de distribu ție prin controlul automat al tensiunii,
managementul sarcinii, decuplarea sarcinilor și alte func ții automate de control;
• metode îmbun ătățite pentru colectarea, stocarea și afișarea datelor din sistem;
• realizare, planificare, exploatare și mentenan ță îmbunătățite.