Distributia Energiei Electrice

Distributia Energiei Electrice

Byadmin ianuarie 1, 2024

Introducere

Distribuția energiei electrice

Sistemul energetic cuprinde ansamblul instalațiilor care servesc pentru producerea energiei într-o formă utilizabilă, conversia acesteia în energie electrică și uneori combinat în energie electrică și energie termică, transportul, transformarea, distribuția și utilizarea energiei electrice sau termice. Toate elementele unui sistem energetic sunt caracterizate printr-un proces coordonat de producere, transport, distribuție și consum de energie electrică sau termică.

Sistemul electroenergetic este un ansamblu de centrale, stații, posturi de transformare și receptoare de energie electrică, conectate între ele prin liniile unei rețele electrice. Sistemul electroenergetic reprezintă partea electrică a sistemului energetic și cuprinde instalațiile de producere a energiei electrice (generatoarele), instalațiile de transformare a acesteia de la o tensiune la alta (stații și posturi de transformare), instalațiile de transport și distribuție a energiei electrice (rețele de înaltă, medie și joasă tensiune) și instalațiile de utilizare a acesteia.

Energia electrică produsă de centralele electrice suferă mai multe transformări ale tensiunii pentru a putea fi transportată cu pierderi cât mai mici la distanțe cât mai mari și apoi utilizată de consumatori. Transportul energiei electrice la distanțe mari și foarte mari (de ordinul zecilor, respectiv sutelor de kilometri) trebuie deci făcut pe linii electrice de înaltă și foarte înaltă tensiune (110, 220, 400, 750 kV). Transportul energiei electrice la distanțe relative mici (de ordinul kilometrilor sau cel mult câteva zeci de kilometri), se face cu ajutorul liniilor de medie tensiune (6, 10, 20 kV) iar la distanțe foarte mici (de ordinul sutelor de metri), pe linii de joasă tensiune (0,4 kV). Cu cât tensiunea este mai mare cu atât curentul este mai mic și ca urmare pierderile pentru transportul energiei electrice, scad foarte mult deoarece sunt proporționale cu pătratul curentului.

Transformarea nivelurilor de tensiune (necesare transportului energiei electrice cu pierderi cât mai mici cu ajutorul liniilor electrice), au loc în stațiile și posturile de transformare, care sunt noduri ale sistemului electroenergetic și la care sunt racordate liniile electrice.

Instalațiile electrice ale stațiilor și posturilor de transformare pot fi împărțite în următoarele categorii:

a) circuite primare;

b) circuite secundare;

c) servicii proprii și instalații auxiliare.

Circuitele electrice primare ale stațiilor electrice sunt cele parcurse de energia electrică care circulă dinspre centralele electrice spre consumatori. În această categorie a circuitelor primare sunt incluse și circuitele transformatoarelor de tensiune. Circuitele primare funcționează obișnuit la tensiuni relativ ridicate și sunt parcurse de curenți mari în regim normal de funcționare (cu excepția circuitelor legate în derivație) și în special în regim de scurtcircuit.

Circuitele electrice secundare deservesc circuitele electrice primare și se caracterizează prin faptul că nu sunt parcurse de fluxul principal de energie care circulă spre consumatori precum și prin niveluri reduse ale tensiunii (de exemplu Un=220 V, current continuu) și foarte reduse ale curenților (de exemplu In=5 A, în secundarul transformatoarelor de curent).

Circuitele secundare se împart în circuite de comandă și circuite de control.

Circuitele de comandă servesc la acționarea voluntară (de la fața locului sau de la distanță) a diverselor mecanisme aparținând aparatelor de conectare (întreruptoare, separatoare) și de reglaj.

Circuitele de control sunt cele care deservesc instalațiile de informare (semnalizare, măsură, înregistrări diverse), blocaj (pentru evitarea manevrelor greșite – blocaje operative, protejării personalului de exploatare – blocaje de siguranță, protejării instalațiilor tehnologice – blocaje tehnologice), sincronizare, protecție prin relee și automatizare.

Serviciile proprii ale stațiilor electrice se împart în servicii de curent alternativ și servicii de curent continuu.

Serviciile de curent alternativ sunt formate din instalațiile de răcire ale transformatoarelor (autotransformatoarelor), instalațiile de reglaj ale transformatoarelor (autotransformatoarelor), instalațiile de încărcare ale bateriei de acumulatoare, instalație de ventilație a încăperii bateriei de acumulatoare, dispozitivele de acționare ale întrerupătoarelor și separatoarelor, instalația de aer comprimat, instalația de stingere a incendiilor, instalația de telecomunicații, instalația de iluminat.

Serviciile de curent continuu sunt formate din iluminatul de siguranță, unele dispozitive de acționare a aparatelor, consumatorii ce nu admit întreruperi în funcționare.

Instalațiile auxiliare din stațiile electrice sunt formate din instalațiile menționate anterior la servicii proprii (sunt atât servicii proprii cât și instalații auxiliare) precum și din: bateria de acumulatoare, instalația de legare la pământ, instalația de protecție împotriva loviturilor directe de trăsnet.

Definirea elementelor din sistemul electroenergetic

Stația electrică este un ansamblu de instalații electrice și construcții anexe, destinat conversiei energiei electrice și/sau conectării a două sau mai multe surse de energie electrică ori a două sau mai multe căi de current.

Stația de transformare este o stație electrică care realizează transformarea energiei electrice prin transformatoare de putere.

Stația de conexiuni este o stație electrică, care primește și distribuie energie electrică la aceeași tensiune și frecvență, tensiunea între faze fiind mai mare de 1 kV.

Post de transformare este o stație de transformare mică, destinată alimentării în joasă tensiune (până la 1 kV inclusiv) a consumatorilor.

Punct de alimentare este o stație de conexiuni de medie tensiune, destinată alimentării unor posturi de transformare.

Aparate electrice se consideră toate obiectele principale, exclusiv (auto) transformatoarele de putere cu care se echipează instalațiile electrice și anume:

aparate de conectare – întreruptoare, separatoare, separatoare de sarcină, siguranțe (inclusiv dispozitivele lor de acționare);

transformatoare de măsură;

bobine de compensare și de reactanță;

descărcătoare.

Materiale electrice se consideră toate obiectele care servesc la asamblarea (auto) transformatoarelor de putere și a aparatelor electrice din instalațiile electrice ca:

conductoare izolate sau neizolate;

izolatoare;

cleme, armături.

Echipamentul electric reprezintă totalitatea (auto) transformatoarelor, aparatelor și materialelor electrice cu care se echipează instalațiile electrice.

Mărimi nominale (tensiune nominală, curent nominal, putere nominală, frecvență nominală) sunt caracteristici de dimensionare a echipamentului și a instalației.

Capitolul I

Construcția si funcționarea posturilor de transformare

Un post de transformare este o stație de transformare coborâtoare, mică, cu o putere de până la 2500 kVA, destinată alimentării în joasă tensiune (până la 1 kV inclusiv) a consumatorilor.

La un post de transformare, energia electrică intră într-o instalație electrică de distribuție de medie tensiune prin unul sau mai multe circuite de medie tensiune, apoi din instalația de distribuție, prin unul sau mai multe circuite de medie tensiune de obicei cel mult două), energia electrică este trimisă la transformatoare coborâtoare de medie tensiune pe joasă tensiune, cu scopul ca, din transformator, prin circuite de joasă tensiune, energia electrică este trimisă la instalația electrică de distribuție de joasă tensiune numită și tablou de distribuție de joasă tensiune.

Un punct de alimentare este o stație de conexiuni de medie tensiune, (6-20 kV) destinată alimentării unor posturi de transformare. Este de multe ori combinată cu un post de transformare. Se instalează în general în rețele urbane sau la consumatori industriali și se realizează în general în încăperi supraterane.

În raport cu modul de așezare față de sol, posturile de transformare pot fi împărțite în trei categorii și anume:

1) Posturi de transformare aeriene (PTA);

2) Posturi de transformare supraterane;

a) Posturi de transformare în cabine metalice;

b) Posturi de transformare în încăperi supraterane;

c) Posturi de transformare subterane.

Posturile de transformare supraterane și subterane alimentează obișnuit consumatorii din rețelele urbane și consumatorii industriali sau agroindustriali.

La execuția posturilor de transformare se caută să se folosească cât mai mult elementele prefabricate deoarece se realizează o execuție industrială cu montare rapidă, cu module prefabricate ce pot fi refolosite la desființarea postului, având o fiabilitate mare și un modalitate de înlocuire a echipamentelor electrice.

1) Posturi de transformare aeriene (PTA)

PTA sunt montate pe stâlpi de beton (mai rar de lemn), alimentate obișnuit prin derivații de la linii electrice aeriene de electrificări rurale de 20 kV (mai rar de la linii de 6-10 kV), cu transformatoare cu puteri relativ mici, de obicei cuprinse între 20 și 250 kVA și destinată de regulă alimentării unor consumatori de joasă tensiune din mediul rural.

Posturile de transformare aeriene (PTA) se realizează pe un stâlp sau pe doi stâlpi, ca în figura următoare:

Figura 1.1. Post de transformare aerian, realizat pe un stalp

PTA pe un stâlp se realizează în două variante:

cu transformatorul instalat pe o platformă;

cu transformatorul agățat de stâlp.

În figura de mai jos avem prezentată o schemă a unui PTA:

Figura 1.2. Schema principală monofilară a unui PTA

Postul este racordat la capătul unei derivații dintr-o linie trifazată. Alimentarea postului se face printr-un separator ce se montează în amonte față de postul de transformare pe același stâlp sau pe un alt stâlp al racordului de medie tensiune.

Separatorul este de obicei de tip STEP, deci cu cuțite de punere la pământ ceea ce permite să se execute lucrări la post fără a mai monta scurtcircuitoare mobile pe partea de medie tensiune (MT).

În figura de mai jos avem prezentate tipuri constructive de separatoare:

Figura 1.3. Tipuri constructive de separatoare

a) tip cuțit; b) cu miscare de rotație; c) tip basculant; d) cu miscare de translație; e) tip pantogtaf.

De exemplu, poate fi un separator de tip STEP 35/600 – separator tripolar cu cuțit de punere la pământ de 35 kV si 600 A.

După separator sunt siguranțe fuzibile de medie tensiune iar apoi transformatorul.

Protecția împotriva supratensiunilor atmosferice se face cu ajutorul descărcătoarelor cu coarne sau a descărcătoarelor cu rezistență variabilă care se leagă la priza de pământ a postului de transformare.

Înfășurările secundare de joasă tensiune ale transformatorului sunt legate în stea și au nulul legat la nulul rețelei de joasă tensiune, care se leagă la priza de pământ de exploatare a rețelei.

Instalația de distribuție de joasă tensiune, numită tablou de distribuție, este închisă într-o cutie de distribuție și este formată dintr-un sistem de bare colectoare rigide, trifazat, alimentat de la bornele de joasă tensiune ale transformatorului siguranțe cu mare putere de rupere (MPR) sau siguranțe cu mâner (alimentare generală); pe acest circuit (general) sunt montate și transformatoare de curent din secundarul cărora se alimentează înfășurările de curent ale contorului trifazat de energie activă al postului de transformare.

De pe barele generale sunt alimentate diverse circuite pentru consumatori, fiecare circuit fiind echipat cu siguranțe fuzibile. Unele circuite de plecare pot avea contoare de energie activă și uneori și contoare de energie reactivă. În cutia de distribuție este și o lampă (L) cu întreruptor, pentru lucrări de exploatare la tabloul de joasă tensiune în timpul nopții.

Posturi de transformare supraterane

Posturile de transformare supraterane se realizează în trei variante și anume:

a) posturi de transformare în construcție metalică (PTM);

b) posturi de transformare în încăperi supraterane;

c) posturi de transformare în încăperi subterane.

Posturi de transformare în construcție metalică (PTM)

Sunt construite din prefabricate, folosite de obicei pentru alimentări temporare, de șantier, cu puteri cuprinse între 100 kVA și 1000 kVA;

PTM sunt executate pentru a funcționa în mediul exterior, în mai multe variante funcție de destinația și puterea transformatorului.

Se racordează aerian sau cu cablu pe partea de medie tensiune și numai cu cabluri pe partea de joasă tensiune.

Se instalează pe fundații de beton sau pe șine de cale ferată montate pe traverse de lemn sau direct pe un teren solid.

Aceste posturi de transformare au marele avantaj că montarea și dimensionarea se face foarte ușor, doar prin legarea respectiv dezlegarea legăturilor în cablurile de medie și cele de joasă tensiune și manipularea întregului post cu macarale și mijloace de transport corespunzătoare.

PTM sunt realizate din una sau mai multe cabine metalice din tablă de oțel ambutisată asamblate între ele prin șuruburi, în care se montează echipamentul electric iar transformatorul de forță poate fi montat tot în interior, într-o cabină metalică sau în exterior.

Dacă PTM este realizat din două compartimente principale, unul din compartimente este ocupat de echipamentul de medie tensiune iar celălalt de transformatorul de forță și de tabloul de distribuție de joasă tensiune.

Dacă PTM este realizat din trei compartimente principale pentru cazul racordării buclate pe partea de medie tensiune, în una din cabinele metalice este montat transformatorul de forță, în alta este montat tabloul de joasă tensiune și aparatajul de protecție al primarului transformatorului iar a treia este montat echipamentul pentru racordarea postului la rețeaua de medie tensiune buclată.

Pe joasă tensiune circuitul general este echipat cu întreruptor automat pentru protecția transformatorului iar circuitele de plecare spre consumatori sunt legate la barele generale de joasă tensiune prin siguranțe MPR sau siguranțe cu mâner (SM). Pentru iluminat public sunt circuite distincte cu contactor pentru aprindere și stingere și contoare pentru măsurarea energiei.

Posturi de transformare în încăperi supraterane

Sunt realizate în cabine de zid special construite sau la parterul blocurilor de locuințe în unele încăperi special rezervate și amenajate pentru postul de transformare sau în încăperi special rezervate din incintele tehnologice ale întreprinderilor industriale.

Sunt:

posturi de transformare pentru rețea – care alimentează rețelele de joasă tensiune din mediul urban;

posturi de transformare pentru abonat – care alimentează consumatorii industriali sau agroindustriali.

Posturile de transformare supraterane pentru rețea pot fi realizate:

în clădire independentă (din panouri mari din BCA sau din zidărie);

la parterul blocurilor de locuințe (într-o încăpere sau în două încăperi);

înglobate într-o clădire edilitară;

înglobate în clădirea unei stații de conexiuni de medie tensiune (unui punct de alimentare).

Posturi de transformare subterane

Sunt realizate într-o construcție subterană, în locurile unde din diverse motive (ca cele de sistematizare urbană), nu este admisă realizarea unei construcții supraterane.

Această soluție este utilizată pentru posturile de transformare pentru rețea în zone urbane aglomerate unde arhitectura zonei nu permite aplicarea celorlalte soluții (clădire independentă sau amplasarea postului înglobat într-o clădire edilitară sau bloc de locuințe).

Transformatoarele din posturile de transformare

Transformatoarele și autotransformatoarele de putere sunt aparate, fără piese în mișcare, în care are loc modificarea unor parametri electrici ai energiei primite. Transformatoarele și autotransformatoarele montate în stațiile electrice, în posturi de transformare sau în puncte de alimentare transformă un curent alternativ de o anumită tensiune în curent alternativ de o altă tensiune, fără a-i modifica frecvența. Ele reprezintă echipamentele de cea mai mare valoare din stațiile electrice sau din posturile de transformare.

În figura 1.4 este prezentată o vedere laterală a unu transformator de putere.

Principalele elemente constructive ale transformatoarelor și autotransformatoarelor sunt: circuitul magnetic (miezul), înfășurările, cuva și capacul, conservatorul, comutatorul pentru reglajultensiunii, izolatoarele de trecere, instalațiile de răcire, releele de gaze și alte accesorii.

Transformator de putere – vedere laterală:

1-cuva transformatorului; 2-roată de cărucior; 3-radiator; 4-conservator; 5-supapă de siguranță;

6-suport conservator; 7-suport cric; 8-robinet de golire;9-robinet de filtrare; 10-dispozitiv de acționare; 11-izolator nul; 12-cutia cu contactoare; 13-izolatorde ÎT; 14-izolator de JT; 15-izolator de JT; 16-fanion izolator de JT; 17-robinet de golire; 18-bornă depunere la pământ; 19-gresor; 20-robinet radiator; 21-filtru de aer; 22-releu Buchholz; 23-robinetizolare conservator; 24-nivel de ulei.

Figura 1.4. Transformator de putere, vedere laterala

In figurile de mai jos, sunt prezentate tipuri constructive de transformatoare din posturile de transformare de joasa tensiune:

Figura 1.5. Transformator cu conservator de ulei

Figura 1.6. Transformator cu umplere totala (etanș)

Soluții constructive pentru montarea transformatoarelor de putere

O stație de transformare este formată din două sau mai multe instalații electrice de distribuție și unul sau mai multe transformatoare de putere de interconexiune.

Numărul instalațiilor de distribuție este egal cu numărul nivelelor de tensiune din circuiteleprimare ale stației (de exemplu o stație de transformare de 220/110/6 kV are trei instalații de distribuție, una de 220 kV, a doua de 110 kV și a treia de 6 kV).Transformatoarele de forță de interconexiune realizează legăturile electrice între instalațiile de distribuție și transformă parametrii energiei electrice tranzitate.Într-o stație de transformare sunt obișnuit unul sau două transformatoare de interconexiune.Dacă stația de transformare are două nivele de tensiune, transformatoarele de forță sunt cu două înfășurări. Dacă stația are trei nivele de tensiune, transformatoarele de interconexiune sunt obișnuit cu trei înfășurări dar pot fi utilizate și mai multe transformatoare cu două înfășurări; soluția optima depinde de tranzitul de putere între diferitele tensiuni, siguranța în exploatare, etapizarea instalației,etc.Dacă stația are mai mult de trei nivele de tensiune, de exemplu 220/110/20/6 kV, se folosesc alte transformatoare pentru legătura cu cea de a patra instalație de distribuție (de exemplu de 110/20 kV pentru alimentarea instalației de distribuție de 20 kV de la care sunt racordate liniile electrice aeriene de electrificare rurală de 20 kV).

Transformatoarele de forță pot fi montate în exterior sau dacă nu este posibil se montează îninteriorul unei clădiri (ce poate fi comună cu instalația de distribuție de medie tensiune). Obișnuit nu se montează în interior transformatoare cu o putere mai mare de câțiva zeci de MVA.

Transformatoarele pot fi:

1) Transformatoare de putere în exterior;

2) Transformatoare de putere în interior.

Montarea transformatoarelor de putere în exterior:

Transformatoarele de putere se montează obișnuit în aer liber și sunt echipate cu izolatoarele

necesare nivelelor de tensiune și funcționării în mediul exterior. Se montează în exterior deoarece au în cuvă cantități mari de ulei, deci prezintă pericol mare de incendiu.

Pentru reducerea pericolului de incendiere soluțiile constructive prevăd separări antifoc între

două transformatoare alăturate pentru ca un eventual incendiu la un transformator să nu se transmită

și la transformatorul alăturat, precum și sisteme de evacuare a uleiului. O altă soluție este montarea

transformatoarelor la distanțe relativ mari (de peste 15 m) între ele precum și între ele și bobine în ulei; de asemenea trebuie ca transformatoarele de forță să fie amplasate la distanțe relativ mari de restul instalațiilor de distribuție.

Dacă transformatoarele au puteri mari, de peste 40 MVA și sunt amplasate la distanțe reduse

(sub 15 m) se realizează separări antifoc (pereți) din materiale incombustibile, pereți ce trebuie să depășească cu cel puțin 1 m de fiecare parte gabaritul transformatorului și să aibă înălțimea cel puțin egală cu a punctului cel mai înalt al său. Acești pereți pot fi folosiți și pentru susținerea de aparate sau conductoare aferente transformatorului. Dacă transformatoarele sunt prevăzute cu instalații fixe de stins incendiul, pereții antifoc pot lipsi.

Instalațiile de stingere a incendiului pot fi cu bioxid de carbon și cu apă.

Instalațiile de stingere a incendiului se bazează în principal pe izolarea de aer a uleiului aprins.

Instalațiile cu apă pulverizată trimit automat la intrarea în funcție spre transformator o mare cantitate de apă pulverizată, picăturile au o suprafață mare de contact cu mediul și astfel se absoarbe din uleiul incendiat o mare cantitate de căldură și în plus se formează o pătură de vapori de apă ce împiedică pătrunderea aerului spre flacără. Repunerea în funcție a transformatorului după stingerea incendiului se face fără dificultăți, iar funcționarea instalației este fără pericol atât pentru personalul de exploatare cât și pentru transformator.

Instalațiile cu bioxid de carbon la intrarea în funcție izolează cu bioxid de carbon (gaz ce împiedică izolarea transformatorului aprins de aer) ca urmare instalația de acest tip poate fi folosită numai la transformatoare montate în interior, într-o încăpere separată unde se poate înlocui repede aerul din încăpere cu CO2.

Transformatoarele de forță sunt foarte grele și ca urmare trebuie așezate pe șine de cale ferată cu rolele calate, șine îngropate în grinzile de beton ale unei fundații independente (pentru a nu se transmite vibrații).

2) Montarea transformatoarelor de putere în interior:

Montarea în interior a transformatoarelor de mare putere cere o soluție complicată și scumpă datorită necesității evacuării căldurii degajate în timpul funcționării transformatoarelor, măsurile de prevenire, combatere și limitare ale efectelor eventualelor incendii și măsurile necesare de împiedicare a propagării zgomotelor și vibrațiilor, și ca urmare obișnuit se montează în interior numai transformatoarele cu puteri de cel mult câțiva MVA.

Montarea în interior a transformatoarelor cu puteri mari, se face numai când nu este posibilă montarea lor în exterior din diferite motive cum sunt poluarea intensă, condiții de sistematizare sau distanță prea mare între instalația de medie tensiune, interioară și cea de înaltă tensiune de tip exterior.

Transformatoarele cu puteri mici (până la câțiva MVA) ce se montează în interior, sunt de obicei de construcție normală, deci pentru funcționare în exterior.

Transformatoarele de putere medie pot fi prevăzute și cu radiatoare aer-ulei separate.

Transformatoarele de mare putere montate în interior sunt prevăzute obișnuit cu instalație de răcire forțată (când ventilația naturală nu este satisfăcătoare).

In figura de mai jos este prezentat un model de ventilatie naturală a unui transformator dintr-un post de transformare:

Figura 1.7. Vențilatie naturală într-un post de transformare

Răcirea forțată se realizează cu ajutorul unor radiatoare aer-ulei sau apă-ulei.

Măsurile de prevenire, combatere și limitare ale efectelor eventualelor incendii la transformatoarele de putere montate în interior, se bazează pe montarea fiecărui transformator într-o boxă separată, prevăzută cu porți metalice spre exterior, dimensionate pentru a putea introduce sau scoate transformatorul.

Transformatoarele de mare putere montate în interior, pentru a nu transmite vibrațiile magneto-stricțiunii circuitului magnetic care produce forțe magnetice la îmbinările tolelor (vibrații ce pot duce la rezonanța unor elemente ale construcțiilor apropiate), se montează pe fundații complet separate de orice element al clădirii, între ele și fundațiile lor se introduc straturi de materiale antivibrante (pâslă, cauciuc, plută, etc.) iar racordurile (conductoarele rigide și conductele de ulei) se prevăd cu piese elastice. Vibrațiile deranjează personalul stațiilor și chiar locuitorii clădirilor vecine și pot avaria instalațiile de protecție prin relee, aparatele cu mecanisme fine.

Transformatoarele de mare putere ce se montează în interior produc zgomote supărătoare și ca urmare pentru reducerea zgomotelor se pot folosi transformatoare speciale. Aceste 4 transformatoare speciale antifonate sunt scumpe, reducerea zgomotului este relativ limitată și ca urmare nu sunt folosite decât în anumite cazuri. Pentru limitarea propagării zgomotelor, se montează în jurul transformatorului panouri fonoabsorbante demontabile.

Instalațiile ce funcționează pe principiul golire-spălare la intrarea în funcție golesc partial cuva transformatorului, insuflă un jet de azot sub presiune în cuvă, uleiul rece de la baza cuvei este împins la partea sa superioară unde se formează o pătură de azot și astfel scade temperatura uleiului din zona de flacără sub temperatura sa de aprindere și se izolează uleiul de aer. După funcționarea instalației nu se poate imediat repune transformatorul în serviciu și ca urmare nu se face automatizarea funcționării instalației.

Exploatarea transformatoarelor de putere

Protecția uleiului de transformator

Siguranța în funcționare și durata de viață a unui transformator depind în mare măsură de starea uleiului din cuva transformatorului. Proprietățile fizice ale uleiului se modifică în decursul exploatării, uleiul îmbătrânește.

Cele mai importante caracteristici ale uleiului din punct de vedere al exploatării sunt rigiditatea dielectrică și tangenta unghiului de pierderi. Orice impuritate care pătrunde în ulei influențează negativ rigiditatea lui dielectrică.

Contactul, sub orice formă, dintre ulei și aer duce la procesul de oxidare a uleiului.

Apa din ulei provine din umiditatea aerului din mediul înconjurător și în urma proceselor de descompunere ale uleiului. Consecința imediată a creșterii umidității uleiului este micșorarea rigidității lui dielectrice. În același timp umiditatea micșorează rigiditatea dielectrică a izolației de hârtie, accelerează pierderea calităților mecanice ale hârtiei, adică accelerează îmbătrânirea izolației de hârtie.

Este necesară protejarea uleiului față de umiditatea și oxigenul din aerul mediului înconjurător. Cea mai simplă protecție este aplicarea conservatorului de ulei, prin care se realizează o suprafață de contact micșorată dintre ulei și aer.

Atât procesul de oxidare, cât și procesul de absorbție a umidității sunt favorizate de o temperatură mai ridicată. De aceea se urmărește menținerea temperaturii uleiului din conservator la valori scăzute. În acest scop conservatorul se leagă cu cuva transformatorului printr-o țeavă relativ subțire, care asigură răcirea uleiului, care datorită dilatației termice trece din cuvă în conservator. Spațiul de aer din conservator comunică cu exteriorul printr-o țeavă pe care sunt filtre de oxigen și de apă.

Un procedeu răspândit de încetinire a procesului de îmbătrânire a uleiului este introducerea în ulei a unor substanțe, denumite inhibitori, care împiedică direct desfășurarea procesului chimic de oxidare a uleiului. uleiului, dar nu îl elimină complet. Astfel se impun măsuri de control și întreținere a uleiului.

Periodic, se verifică aspectul (culoarea) uleiului, prezența cărbunelui în suspensie, prezența apei, punctul de inflamabilitate, aciditatea organică, impuritățile mecanice, rigiditatea dielectrică și tangenta unghiului de pierderi.

Întreținerea uleiului de transformator înseamnă îndepărtarea impurităților, a produselor de oxidare și a apei din ulei. Procedeele de întreținere sunt: decantarea, filtrarea, centrifugarea, uscarea sau tratarea în vid a uleiului.

O protecție mult superioară a uleiului se realizează prin interpunerea între uleiul din transformator și atmosferă a unei perne de azot. Astfel, se elimină procesul de oxidare a uleiului și de asemenea, se elimină aproape complet și procesul de absorbție a umidității, ceea ce duce la mărimea considerabilă a duratei de viață a uleiului, precum și a materialelor izolante solide ale înfășurărilor și deci a transformatorului.

Mentenanța transformatoarelor de putere

În SEN se află în exploatare (la nivelul anului 2003) un număr de 339 transformatoare și autotransformatoare de putere nominală cuprinsă între 63 și 440MVA și cu tensiunile nominale cuprinse între 110 și 750 kV. Marea majoritate dintre acestea au durata de funcționare mai mare de 25 de ani, perioadă considerată ca fiind „durata de viață standard”.

La transformatoarele de putere punctele critice sunt:

a) înfășurările:

scăderea parametrilor de izolație sub limitele minime admise ceea ce poate conduce la străpungerea izolației la supratensiuni;

slăbirea rezistenței la eforturi electrodinamice.

b) trecerile izolate – se datorează calității inferioare a acestora;

c) sistemul de consolidare a înfășurărilor realizat din materiale magnetice;

supraîncălzirea puternică a pieselor de presare (prezon-șaibă), ceea ce conduce la deformarea lor termică și la degradarea termică a materialelor izolante;

d) comutatoarele cu reglaj sub sarcină;

e) circuitul magnetic – se datorează cantității relativ mari de impurități mecanice și de umiditate din ulei care determină scăderea izolației tolelor, a pachetelor de tole, a schelelor;

f) sistemul de răcire:

reducerea capacității de răcire prin înfundarea canalelor de circulație a aerului sau uleiului.

În cursul exploatării transformatoarelor se execută următoarele lucrări de întreținere curentă:

înlocuiri de siguranțe la transformatoarele protejate prin siguranțe (înlocuirea se face cu transformatoarele deconectate de la rețea și cu instalațiile legate la pământ);

măsurători de sarcină și tensiune în conformitate cu reglementările în vigoare;

dacă sub transformatoarele montate în exterior există pat de piatră, afânarea și greblarea periodică a acestuia pentru a permite scurgerea și depistarea scurgerii uleiului;

verificarea fundațiilor și a îngrădirilor; punerea la punct a dispozitivelor de închidere și încuiere;

completarea cu cerneală a aparatelor înregistratoare;

demontări și montări de aparate de măsurat aparținând instalației transformatorului;

înlocuirea silicagelului.

În cadrul activității de exploatare-întreținere, în care se stabilesc lucrările care trebuie să readucă și să mențină instalațiile în starea tehnică prescrisă, pe lângă lucrările din activitatea de exploatare și întreținere curentă, un rol deosebit îl au lucrările din activitatea de revizii și reparații (programare sau accidentale). Aceste lucrări sunt:

revizia tehnică (RT);

reparația curentă (RC);

reparația capitală (RK).

Capitolul II

II.2.1 Alegerea unei soluții

Un post de transformare de tip abonat cu contorizare la JT este o instalație conectată la rețeaua electrică de distribuție publică având tensiunea nominală în primarul transformatorului 10 kV, respectiv 0.4 kV în secundarul transformatorului. Acesta este prevăzut cu un transformator MT/JT, care are o putere de 630 kVA.

Toate părțile componente ale postului de transformare sunt plasate într-o cameră sub forma unei construcții prefabricate exterioare.

Conectarea la MT este realizata prin două separatoare de sarcină care alcătuiesc un sistem de alimentare în buclă – tip RMU (Ring Main Unit).

Ținând seama că transformatoarele cu izolație conținând PCB (Bifenil-policlorinat) sunt interzise în majoritatea țărilor, soluția tehnologică disponibilă este un transformator în ulei, destinat posturilor de transformare de tip interior, cum ar fi clădiri destinate publicului.

Schema monifilară are în componență un întreruptor de putere la JT, cu element de separare vizibilă la poziția “deschis” și posibilitatea de blocare în această poziție, cu următoarele funcții:

să alimenteze un tablou de distribuție;

să protejeze transformatorul la suprasarcină, precum și circuitele din aval împotriva scurtcircuitelor.

În afara celulelor RMU se mai utilizează celule cu compartimentare modulară, care permit montarea oricărei combinații de aparate de comutație, precum și realizarea facilă a unor extensii în viitor.

Posturile de transformare cu celule compacte se recomandă în special în următoarele cazuri:

rețea buclată sau rețea radială.

condiții de exploatare deosebite, cum ar fi climat sever sau grad înalt de poluare (izolație integrală).

spațiu insuficient pentru tablouri de distribuție clasice.

Schema de mai jos reprezintă o metodă de conectare la rețeaua de medie tensiune, o schemă de alimentare în buclă.

Figura 2.1. Post de transformare de tip abonat cu măsura pe JT, în buclă

În figura de mai jos este prezentat planul postul de transformare din schema de mai sus:

Figura 2.2. Planul interior al postului de transformare

În această figură se prezintă o celulă tip separator de sarcină/separator de linie, care asigură:

siguranța în exploatare;

cerințe minime de spațiu;

flexibilitate și posibilități de extindere;

cerințe minime de mentenanță.

Figura 2.3. Celulă cu separator de sarcină/separator în anvelopă metalică. [sch]

Fiecare celulă conține 3 compartimente:

aparataj de comutație: separatorul de sarcină este inclus într-o incintă turnată în rășină epoxidică, care conține SF6. Incinta este ermetic închisă și sigilată pe durata de viață a echipamentului;

conexiuni: prin cablu la bornele separatorului de sarcină;

sistem de bare: barele sunt în construcție modulară, astfel încât orice număr de celule pot fi asamblate împreună pentru a forma un tablou electric de distribuție unitar.

Celula poate fi prevăzută cu un compartiment în care se pot monta echipamente de măsurare, comandă automată precum și relee.

Conexiunile pentru cablu sunt prevăzute într-un compartiment terminal-cablu, situat în partea frontală a celulei. Accesul la acesta se realizează prin demontarea peretelui frontal al compartimentului respectiv.

Comanda aparatajului de comutație este simplificată prin gruparea tuturor echipamentelor de măsurare, comandă și control, într-o singură incintă, situată pe partea frontală a fiecărei unități.

Tehnologia acestor echipamente de comutație are ca scop pe asigurarea siguranței în exploatare, simplitate în montaj și mentenanță redusă.

Pentru protecția internă a celulelor, sunt necesare următoarele măsuri de siguranță, în care separatorul de sarcină/de linie realizează funcția de “separare vizibilă-indicarea poziției”:

închiderea separatorului de sarcină este posibilă numai dacă separatorul de punere la pământ este deschis,

închiderea separatorului de punere la pământ este posibilă numai dacă separatorul de sarcină este deschis;

deschiderea și accesul la compartimentul terminalelor de cabluri sunt posibile numai dacă separatorul de punere la pământ este închis,

separatorul de sarcină/de linie se află blocat în poziția “deschis” atunci când se permite accesul menționat anterior. în această situație este posibilă comanda separatorului de punere la pământ, mai exact deschiderea pentru încercarea dielectrică a cablurilor.

Fuzibilele utilizate în combinația separator de sarcină-siguranțe fuzibile de MT au un percutor care asigură declanșarea separatorului de sarcină tripolar, la arderea unei singure siguranțe.

II.2.2 Alegerea transformatorului de tensiune din postul de transformare

Cel mai comun lichid izolant și de răcire, utilizat la transformatoarele de putere este uleiul mineral. Deoarece uleiul este inflamabil, în mai multe țări sunt obligatorii măsuri de siguranță, în special pentru posturi de transformare de interior. Transformatoarele cu ulei de tip ermetic (cu umplere totală) sunt protejate cu releul de protecție DGPT (Detecție de Gaz, Presiune și Temperatură). în cazul unei funcționări anormale, înainte ca situația să devină periculoasă, releul DGPT determină întreruperea rapidă a alimentării transformatorului, la MT.

Uleiul mineral este biodegradabil și nu conține PCB (Bifenil-Policlorinat).Lichidul izolant acționează ăi ca mediu de răcire; acesta are tendința de expandare atunci când curentul de sarcină sau temperatura ambiantă se măresc. Ca urmare, transformatoarele cu lichid sunt proiectate astfel încât să se controleze volumul variabil de lichid, fără ca presiunea în cuvă să devină excesivă.

Un mod de realizare a limitării de presiune în cuvă ete folosirea cuvei cu umplere totală, ermetic închisă și sigilată (până la 10 MVA, în momentul de față).

Expansiunea lichidului este compensată prin deformarea elastică a unor căi de circulație a uleiului, care sunt cuplate la cuvă. Tehnica “umplerii totale” are mai multe avantaje în raport cu alte metode:

se evită complet oxidarea lichidului dielectric (contactul cu oxigenul atmosferic);

nu este necesar un dispozitiv de uscare a aerului, deci se elimină mentenanța aferentă (inspecția și schimbarea cartușului saturat de silicagel);

se elimină necesitatea verificării rigidității dielectrice a uleiului, pe o perioadă de cel puțin 10 ani;

protecție simplificată contra defectelor interne, realizabilă cu DGPT;

simplitate în instalare: este mai ușor și cu gabarit mai redus (decât o cuvă cu conservator), iar bornele de MT și de JT sunt ușor accesibile;

detecție imediată a pierderilor de ulei (chiar reduse); apa nu poate pătrunde în cuvă.

Transformatorul ales pentru postul de transformare din figura 2.1 este prezentat în figura de mai jos:

Figura 2.4. Transformator de tip ermetic, cu umplere totală

Transformatorul ales are următorii parametrii electrici:

Puterea nominală: Sn=630 kVA;

Frecvența: f =50 Hz;

Tensiunile nominale în primar si secundar: U1n /U2n=10/0.4 kV;

Tensiunea de scurtcircuit: usc=6 %;

Pierderile in Cupru: PCu=6 kW;

Schema și grupa de conexiune: Dy5.

În figura de mai jos este prezentata schema și grupa de conexiune a transformatorului ales:

Figura 2.5. Schema și grupa de conexiune a transformatorului

Răcirea în interiorul postului de transformare este asigurată de circulația naturală a aerului (AN) ventilația cabinei extrage căldura (produsă datorită pierderilor în transformator) printr-un proces de convecție naturală. Un sistem de ventilație eficient permite intrarea aerului printr-o deschidere de secțiune S, practicată la nivelul podelei și ieșirea acestuia printr-un orificiu de secțiune S’, aflat la înălțimea H, conform figurii 2.6.

Figura 2.6. Ventilație naturală

Postul de transformare alimentează 11 clădiri urbane, iar în imaginea de mai jos este prezentată schema rețelei de distribuție urbane:

Figura 2.7. Rețeaua de distribuție urbană alimentată de la postul de transformare MT/JT

II.2.3. Calculul forțelor electrodinamice în sistemul de bare

II.2.3.1. Calculul curenților nominali și de scurtcircuit

Pentru transformatorul de tensiune coborâtor de mai sus, se calculează curenții nominali în primarul și secundarul acestuia:

=36.37 A (2.1)

=909.32 A (2.2)

Se calculează curentul de scurtcircuit în secundarul transformatorului:

=15155.33 A= 15.15 kA (2.3)

II.2.3.2. Alegerea barelor colectoare

Pentru postul de transformare dat, se consideră sistemul de bare din figura de ma jos:

Figura 2.8. Montajul barelor colectoare și al izolatoarelor de susținere

Pentru satisfacerea funcționării în regim nominal, dar ținând seama si de valoarea curentului nominal din secundar I2n = 909.32 A, se aleg barele colectoare cu dimensiunea hxb=20×5 mm, care admit un curent maxim admisibil de 400 A, din Anexa 1.

II.2.3.3. Calculul forțelor electrodinamice

Aceste forțe electrodinamice apar fie în distribuția și transportul de energie monofazată cu două conductoare, fie în cea trifazată cu trei sau patru conductoare, când scurtcircuitul se realizează între două conductoare.

În cazul scurtcircuitului bipolar, forța electrodinamică se calculează conform relației:

F=C*i2 (2.4)

unde:

C=**φcd*φ (2.5)

Factorul de corecție se calculează cu formula următoare:

φcd = (2.6)

Se înlocuiesc datele cunoscute în relația (2.6) și se obține valoarea factorului de corecție:

φcd = =0.72

Funcția de corecție se calculează cu formula următoare:

φ= (2.7)

Se înlocuiesc datele cunoscute în relația (2.7) și se obține valoarea funcției de corecție:

φ==0.92

Cu valorile factorului de corecție și a funcției de corecție se calculeaza formula (2.5): C=**φcd*φ=**0.72*0.92=1.58*10-6

Forțele cele mai mari se produc în cazul scurtcircuitului asimetric, pentru care expresia curentului este:

i=Î() (2.8)

Se înlocuiesc datele cunoscute în relația (2.8) și se obține valoarea curentului de scurtcircuit asimetric, pentru =22,31 s -1 și x=1.8, pentru o perioada de timp de 60 ms:

=:

=2**f=2**50=100

Timpul t1 va fi:

==0.01 s