Noi concepte de stații electrice de transformare pentru zone urbane [305235]

Capitolul 1:

Noi concepte de stații electrice de transformare pentru zone urbane

Introducere:

1.1 Concept:

[anonimizat] a două sau mai multe surse de energie electrică sau de curent.

[anonimizat] a [anonimizat]. Majoritatea echipamentelor necesare stației se găsesc într-o [anonimizat], parcări, etc.

Alimentarea cu energiei electrică reprezintă o provocare majoră pentru infrastructura marilor orașe care au un consum de energiei electrică din ce în ce mai ricdicat. Dezvoltarea orașelor a [anonimizat] a creșterii exponențiale a populației urbane (peste 50 % la nivel mondial) care solicită standarde de confort cât mai ridicate ale utilităților de locuit ([anonimizat], [anonimizat].) . Această crestere a populției din ultimul deceniu a dus la dezvoltarea unor mijloace de transport cu capacitate suficienta de a transporta la orele de vârf milioane de locuitori (Tokyo 9,273 milioane de locuitori), școli, spitale, magazine, mall-uri și nu în ultimul rând spații publice.

Consumul de energie electrică al marilor orașe pote atinge valori compatibile cu ale unor țări destul de dezvoltate economic. [anonimizat] (8,788 milioane de locuitori) are un consum de energie electrica apropiat de cel al Greciei sau Portugaliei. Distribuția de resurse energetice pentru unul dintre cei mai mari consumatori mondiali de energie și anume orașul New York (8,538 milioane de locuitori) este următoarea: 29,26 % locuințe, 32,06 % spații comerciale, 25,79 % transport urban,

12,89 % industrie. Primele trei domenii de activitate necesită importante resurse de energie electrică și pe viitor acestea au o tendința de creștere. [anonimizat], a crescut solicitarea rețelelor de transport în comun ce se bazează în marea lor majoritate pe energia electrică (tramvai,[anonimizat], metrou). Încărcarea rețelelor de distribuție a determinat implicit solicitarea echipamentelor stațiilor electrice și a rețelelor de transport care au trebuit modernizate.

Soluțiile și produsele moderne de înaltă tensiune pot oferi răspunsuri la aceste cerințe de piață.

[anonimizat]6 cu o durată de viața de până la 25 ani, [anonimizat] a proceselor pot contribui la gestionarea acestei provocări. Provocările legate de proiectare sunt reprezentate de reducerea costurilor facilitată de obținerea de conexiuni de mare capacitate la tensiune de transmisie aproape de rețeaua de distribuție a [anonimizat].

Principalii parametri de proiectare a unei stații in interiorul unui oras sunt:

Dimensiunea redusă a terenului aferent stației din cauza disponibilitătii cat mai mici a spațiului și a costului ridicat al suprafeței; Se recomandă utilizarea unei dispoziții constructive cât mai compacte;

Proximitatea și numărul de consumatori, precum și activitățile ce se desfășoară în apropierea stației, necesită un impact cât mai redus asupra mediului inconjurător al stației; Impactul redus asupra mediului se poate traduce în limitarea zgomotului produs de transformatoare și echipamentele de comutație, precum și impactului vizual al stașiei trebuie sa fie cat mai bine ascus în peisaj, dar nu în ultimul rând al compatibilității electromagnetice și anume valoare campurilor nu trebuie să depășească o anumită valoare. Acest criteriu este unul major în proiectarea stației precum și a echipamentelor acesteia.

Aparatele de comutație instalate în interiorul stației trebuie să contină un standard de calitate ridicat și să fie conforme cu testelor facute de de către producător; De asemenea punerea în funcțiune a acestor echipamente necesită o vastă experiență.

Pentru asigurarea necesarului de energie electrică sunt numeroase programe de înlocuire a vechiilor stații de exterior cu stații de interior de puteri mari situate in subteran. Terenul aferent precedentei construcții va putea fi folosit pentru construcții imobiliare, parcuri, baze sportive parcari, etc.

Figura 1. Stație electrica de transformare subterană

Aplicarea tehnologiilor și tehnicilor moderne, în special progresele izolației cu SF6, a permis să crească mai mult rentabilitatea stațiilor de distributie de tip închis. Capsularea acestor instalații poate fi de doua feluri: monofazată și trifazata, fiecare avand avantajele si dezavantajele ei:

Capsularea monofazata elimina complet scurtcircuitele între faze, limiteaza eforturile electrodinamice între faze și poate permite scheme mai complicate de conexiuni de tipul 2BC, 1BCo.

Capsularea trifazata este mult mai economică din punct de vedere al spațiului, materialelor aferente și manoperei, iar campurile celor trei faze se compensează reciproc ceea ce ne conduce la scăderea pierderilor în instalație.

Prima sinteza a SF6 a fost realizată în Franța în anul 1890, iar prima aplicație a apărut în SUA în 1937 unde a fost utilizat ca agent izolant pentru cabluri. În anul 1968 a fost realizată prima instalație interioară capsulată de 170 kV în Roterdam (Olanda). Această instalație era echipată cu doua bare colectoare si 9 celule de 1250/2500 A. Carcasele au fost realizate din oțel nemagnetic și aluminiu, compartimentate și legate la pământ individual. Aparițiaizolațiilor cu aparataj în carcasă metalică și izolație în gaz (GIS- Gas Insulated Switchgear) a revoluționat concepția stațiilor electrice. Dezvoltarea pe scară industrială a GIS în ultimii 50 ani s-a făcut pe seama propriețiilor foarte bune ale SF6 – atât ca material izolant, căt și ca mediu de stingere a arcului electric.

În prezent, instalațiile de tip închis utilizează aerul la presiune atmosferică sau SF6 sub presiune (instalații blindate). Ultima soluție s-a impus în practică, deoarece pentru a se obține aceeași rigiditate dielectrică cu a SF6, aerul trebuie comprimat la o presiune de 6 ori mai mare, ceea ce conduce, din considerente de rezistență mecanică, la carcase de etansare mai scumpe și mai voluminoase. Masa unui mediu dielectric cu proprietați similare, având volumul de 1m3 , realiazat cu ulei este de 1000 kg comparativ cu numai 18 kg dacă este realizat cu SF6. În condiții normale SF6 este un gaz incolor, inodor, inert și insipid cu o vâscozitate mică și o densitate de 5 ori mai mare decât a aerului, acest lucru ducînd la o capacitate de transmitere a caldurii de 2…5 ori mai mare și la o conductibilitate fonică foarte bună (bun izolator fonic).

Hexaflorura de sulf are proprietăți de stingere a arcului electric net superioare spre deosebire de aerul atmosferic, datorită, în principal, caracterului electronegativ(capacitatea de a capta electroni liberi și de a forma ioni negativi cu mobilitate redusă) și dimensiunilor mai mari ale moleculei, ce determină creșterea probabilității unor ciocniri ionizante cu electronii liberi din spațiularcul aferent arcului electric. Creșterea probabilității unor ciocniri ionizante poate fi mărită prin creșterea densității și presiunii gazului. Acest lucru este posibil intre anumite valori, deoarece apar limitari determinate de tendința de lichefiere a SF6 la temperaturi scăzute.

Dacă gazul conține uniditate reziduală sunt importante condițiile de la care incepe condensarea vaporilor de apă ai gazului (punctul de rouă). La presiunile curente de utilizare (4…6 bar) temperatura de lichefiere este relativ redusă (sub 20 oC la 6 bar) ceea ce permite evitarea problemelor cu condensul la instalațiile de interior. Exploatarea instalațiilor de exterior ce pot funcționa la temperaturi foarte joase (până la – 50 oC) implică realizarea unr sisteme de încălzire a gazului pentru a se evita lichefierea acestuia pe suprafața izolatorilor și activarea unor reacții ce pot afecta în mod negativ rigiditatea dielectrică. Instalațiile de climatizare reprezintă un cost in plus alocat celulelor, iar din acest fapt poate rezult avantajul folosirii unei stații electrice de transformare subterană. La înalta tensiune se pot folosi amestecuri de gaze inerte în proporții bine definite, dintre care cele mai utilizate sunt: SF6 + N2 (cu procentatie de 30% și 70%). Acest amestec de gaze se comportădin punct de vedere al proprietăților de stingere al arcului electric ca SF6 în stare pură, iar la presiunile uzuale de 5-7 bari au temperaturile de lichefiere la -45 oC.

GIS-urile au o dispoziție compactă si modulară ce permite conectarea directă a nodurilor din interiorul orașelor la rețeaua de înaltă și foarte înaltă tensiune, acest fapt micsorînd pierderile de putere și energie în rețeaua de transport. De asemenea acest fapt marește eficiența energetică. Celulele GIS ofera o mare flexibilitate arhitecturală, deoarece pot fi adaptate diferitelor concepte de dispozitii constructive, cum ar fi:

stații electrice subterane

stații electrice semi-subterane

stații electrice în subsolul unor cădiri importante

Figura 2. Tensiune disruptivă la frcvență industrială

Rolul stației electrice subterane în sistemul energetic

O stație electrică este o parte a unui sistem de generare, transport și distribuție a energiei electrice, unde energia poate fi ridicată sau coborâtă prin intermediul transformatoarelor de forță. Aceasta poate fi percepută ca un punct de conexiune între diferitele noduri ale sistemului cum ar fi liniile de transport, transformatoare, generatoare, etc. Se pot defini mai multe tipuri de statii electrice: stații de transmisie, stații de distribuție, stații de colectare, stații de comutare și alte tipuri de stații.

Funcțiile unei stații electrice sunt:

transformare a tensiunii;

conexiune pentru linii de transport;

monitorizare pentru Dispecerul Energetic Național;

protecția liniilor si echipamentelor electrice;

comunicarea cu alte noduri importante din sistem;

Principalele părți componente ale unei stații electrice sunt:

Instalații electrice ale circuitelor primare:

echipamente electrice de înaltă tensiune ( 110, 220, 400 kV) care pot fi pe un nivel în cazul stațiilor de conexiune sau pe cel puțin doua nivele în cazul stațiilor de transformare;

echipamente electrice de medie tensiune (10-20 kV);

transformatoare sau autotransformatoare de putere;

sisteme de racordare și izolație ce asigură legăturile aeriene sau în cablu între transformatoare sau autotransformatoare de putere si echipamentele electrice de înaltă tensiune sau de medie tensiune;

Instalații electrice ale circuitelor secundare;

Blocul de comandă;

Instalații de servicii proprii;

Instalații auxiliare.

Instalațiile electrice ale circuitelor primare ale stașiei electrice realizează transferul fluxului principal de energie. Ele sunt alcătuite din următoarele echipamente electrice: transformatoare sau autotransformatoare de putere, întreruptoare, separatoare, bare colectoare, conductoare de legătură, elemente izolatoare, bobine de reactanță, descărcătoare și nu înultimul rând transformatoare de masura de curent ți de tensiune.

Instalațiile electrice ale circuitelor secundare deservesc circuitelor electrice primare contribuind la buna funcșionare a acestora. Nu sunt parcurse de fluxul principal de energie. Se caracterizează prin niveluri reduse ale tensiunii si curentului: In= 1 A sau 5A la transformatoarele de masură de curent, respectiv Un= 100 V la transformatoarele de măsură de tensiune, iar la alimentarea circuitelor de protecții prin relee Un= 200 V curent continuu.

Circuitele secundare se pot împărți:

Circuite de comandă care asigură acșionarea locală sau la distanță a echipamentelor electrice de comutație sau a celor de reglaz a transformatoarelor sau autotransformatoarelor;

Circuite de măsură și control care asigură măsurarea parametrilor funcționali ai stației, realizarea semnalizărilor, protecții în caz de avarii, interblocajul în cazul realizării unor manevre greșite cu aparatele de comutație.

Instalțiile aferente serviciilor proprii sunt echipamente electrice ce funcționează la joasă tensiune și asigură alimentarea serviciilor proprii aferente stației electice și se împart în funcșie de tipul consumatorilor:

Servicii proprii de curent alternativ care cuprind instalațiile electrice de reglaj si racire al transformatoarelor respectiv al autotransformatoarelor, instalațiile electrice de încărcare al bateriilor de acumulatoare și instalațiile mecanismelor de actionare ale aparatelor de comutație;

Servicii proprii de curent continuu care sunt formate din consumatorii stației și nu admit întreruperi în alimentarea cu energie. In aceasta categorie se încadrează: instalația de supraveghere și stingere a incendiilor, instalatia de iluminat, instalatia de telecomunicatii, instalația de legare la pamânt.

Instalațiile auziliare ajuta la buna desfăsurare a activitătii stației electrice.

Marile centre urbane fiind farte aglomerate necesită de energiei electrică pentru a asigura alimentarea alimentarea cu energie electrică a consumatorilor în condiții de siguranță și eficiență economică. Spațiul este o problema tot mai mare în marile metropole si de aceea o stașie electrică conventională poate ridica mari probleme. Prin plasarea în subteran a ansamblului aferent stației, se reduc cerințele în ceea ce privește spașiul prin utilizarea celulelor GIS, iar suprafața ce ramâne liberă poate fi utilizată în alte scopuri cum ar fi realizarea unor centre comerciale, parcuri, etc.

Avantajele și dezavantajele amplasării unei stații electrice subterane într-o zonă urbană

Stațiile electrice subterane reprezintă viitorul distribuției enerigiei electrice în zonele urbane, iar implementarea acestui proiect este avantajoasă atât pentru consumatorii cât și pentru distribuitorii de energie electrică. Față de criteriile standard utilizate pentru proiectarea și operarea unei stații electrice convenționale, stația electrică subterană trebuie să îndeplinească următoarele aspecte:

Masa de apă din subteran și tipul de sol reprezintă factori critici în vederea proiectării stației și a analizei costurilor acesteia.

Pericolul de incendiu în incintele aflate in subteran. În cazul GIS nu s-au raportat incendii sau explozii decât în 1- 2 % din totalitatea avariilor la acest tip de echipamente, iar aceste avarii s-au datorat unor manevre greșite realizate de personalul ce deservește stația.

Condițiile determinate de ventilarea încăperilor. Funcționarea echipamentelor electrice este însoțită de fenomene termice care pot determina creșterea temperaturii din interiorul spațiilor stației electrice. Din acest motiv instalațiile de interior se proiectează să poată funcționa la temperaturi ridicate, iar pentru reducerea încălzirii încăperilor se prevăd sisteme de ventilație forțată.

Emisiile, cum ar fi zgomotul și radiațiile electromagnetice, trebuie să fie atent analizate. Sunt, astfel, esențiale măsuri pentru reducerea ecoului în interiorul clădirii, iar cerințele de compatibilitate electromagnetică trebuie să fie luate în considerare încă de la începutul etapei de proiectare.

Asigurarea accesului pentru echipamentele de gabarite mari în interiorul stației. Acest aspect este unul foarte simplu, însă de foarte mare importanță, deoarece nerespectarea lui poate conduce la incapacitatea de funcționare a stației.

Principalele avantaje pe care le aduce proiectarea unei stații electrice subterane sunt:

Se obțin importante reduceri ale suprafeței de teren față de stațiile de exterior tradiționale cu aceeași schemă de conexiuni;

Impact redus asupra mediului ambiant, astfel încât se încadrează perfect cu peisajul și construcțiile din împrejurimi;

Sunt silențioase și invizibile în raport cu împrejurimile, adică nu poluează fonic și nici vizual;

Oferă beneficii suplimentare, precum construcția unor centre comerciale sau parcuri deasupra lor;

Pentru zonele puternic poluate, cheltuielile de investiții devin comparabile cu cele ale stațiilor de exterior la cheltuieli de exploatare și de întreținere mai mici;

Fiabilitate mult mai bună, deoarece echipamentele sunt mai puțin solicitate de factorii de mediu.

Dezavantajele ce însoțesc acțiunea de proiectare a unei stații electrice subterane sunt:

Consum mai mare de materiale de construcții și de manoperă pentru realizarea construcțiilor civile, din ceea ce poate rezulta un cost al investițiilor mai mare și o durată de finalizare a construcției mai ridicată;

Dacă stația este realizată pe mai multe niveluri, este mult mai costisitoare exploatarea din cauza dificultăților de manevrare a echipamentelor (acces);

Extinderea ulterioară este mult mai dificilă din cauza spațiului limitat. Acest aspect se poate remedia prin utilizarea unor echipamente calitativ superioare, dar de dimensiuni reduse.

Necesită măsuri suplimentare pentru a limita posibilitățile de extindere ale avariilor și a efectelor acestora asupra echipamentelor electrice învecinate;

Costuri suplimentare pentru realizarea sistemului de evacuare a căldurii și umidității din subteran;

Costuri suplimentare pentru realizarea unui sistem de semnalizare în cazul producerii unui seism.

Exemple de stații electrice subterane

Stația electrică urbană de interior Bridgeport, Connecticut, SUA.

Întregul proiect al stației electrice a avut în vedere îmbunătățirea alimentării cu energie electrică a unei zone în continuă dezvoltare. Principalele aspecte în realizarea acestui proiect au fost minimizarea impactului asupra comunității locale și a mediului ambiant, precum și încadrarea într-un spațiu restrâns, de numai 607 m2. Una dintre provocări a fost interconectarea sistemului de distribuție existent de 110 kV la noul sistem de transport de 345 kV.

Din cauza tehnologiei depășite și a încărcării mari (deservea un grup de 18 orașe din zonă), se situa în primele 10 orașe din SUA în privința ratei de defect. În vederea corectării acestui aspect, s-a luat decizia de modernizare a nodului de distribuție.

Noile echipamente de tehnologie GIS furnizate de firma Siemens au în componență 16 celule ce deservesc 2 transformatoare de 600 MVA conectate prin intermediul a 4 linii în cablu la rețeaua de tensiune de 345 kV și 2 linii în cablu la tensiunea de 115 kV la rețeaua de distribuție urbană. Fiecare linie de 115 kV este formată din 3 cabluri în paralel pe fază, iar sarcina fiecărui cablu este monitorizată de către transformatoarele de curent optice. Cablurile de distribuție au încărcări diferite și străbat zone din sol în care temperatura nu are aceeasi valoare. Pentru a li se monitoriza temperatur, acestea au fost prevăzute cu un sistem distribuit de senzori termici interconectați prin fibră optică. Acest sistem de senzori poate determina modificări de temperatură de pâna la 1 oC/10 m.

Figura 3. Stație electrica urbană de interior de tehnologie GIS, 345/115 kV

Stația subterană Park aflată în orașul Anaheim, SUA 69/12 kV

(dispoziție constructivă sub un parc dintr-o zonă aglomerată a orașului Anaheim)

Stașia electrică este amplasată sub un parc comunitar și este proiectată pentru furnizorul de energie “City of Anaheim”. Aceasta este o stație subterană echipată cu celule GIS de 69 kV și are în componență două transformatoare cu o putere aparentă de 56 MVA și un sistem de medie tensiune de 12 kV, toate incorporate într-o clădire situată sub parcul Roosevelt din Anaheim, California.

Dispecerul Energetic Teritorial a solicitat amplasarea unei stații electrice subterane într-o zonă dens populată pentru a asigura în mod fiabil și economic cererea de sarcină actuală , dar și viitoare, a zonei aflate în plină dezvoltare. Datorită faptului că, orașul continuă să se dezvolte pe plan economic și cererea de energie electrică crește, terenul din zonă devenind astfel din ce în ce mai scump. În aceste condiții, problemele legate de mediu și cele estetice trebuiesc atenuate. Fiabilitatea și siguranța tind să devină foarte importante și capacitatea echipamentelor ăn fața unui eveniment seismic sau a unui incendiu capată o importanță critică. Astfel, respectînd toate criteriile și standardele de proiectare (inclusiv sistemele de prevenire, stingere a incendiilor și izolația fonică) este necesară proiectarea unei dispoziții constructive conform structurii clădirii stației și amplasării echipamentelor electrice. S-a decis constructia unei stații GIS aflată în subteran, ce utilizează 30% din suprafața necesară unei statii conventionale (AIS). Amplasarea stației în subteran a atenuat impactul vizual fiind cu totul camuflata în mediul înconjurator.

Furnizorul primește tensiunea de la o stație de 230/69 kV și o distribuie consumatorilor prin intermediul Stația subterane Park cu un nivel de tensiune de 69/12 Kv. Deasemenea, comunitatea din Anaheim s-a implicat în realizarea acestui proiect oferind un puternic suport în procesul de construcție al stației. În vederea obținerii aprobărilor pentru construcția acestui proiect, DET s-a confruntat cu diferite obstacole. Cu toate acestea, utilizarea celulelor GIS a necesitat obiective de planificare globală a siguranței sistemului și a îmbunătățit estetica comunității, fiind o abordare acceptatp în favoarea clienților și a comunității.

Deși utilizarea inovativă a GIS este mult mai comună în Europa și Japonia, în SUA aceasta se află în continuă creștere, cu dispoziții constructive mai interesante. Anaheim este prima stație electrică subterană care a fost construită deasupra unui parc.

Figura 4. Dispozitie constructivă subterană- Parcul Rosevelt, California, SUA

Structura clădiriia fost realizată pentru a satisface toate criteriile impuse de electrosecuritate, sigruranță impotriva incendiilor, izolare fonică și încadrare în peisaj. Un factor foarte important pentru construcția acestei stații subterane a fost lipsa terenului și prețul foarte ridicat al acestuia. Stația electrică subterană este dotată cu o cale de acces principală și o iesire de urgență în caz de incendii, explozii, inundații.

Figura 5a. Ieșire de urgență Figura 5b. Calea principală de acces

Dispoziția constructivă a stației electrice subterane este una compactă, cu toate acestea ea permite accesul facil tuturor echipamentelor, fiind respectate toate normele tehnice de proiectare. Structura dispune de un acoperiș înclinat cu un sistem de pereti exteriori și ziduri impermeabile. Pentru evitarea apariției unor eventuale inundații a fost instalat un sistem de tevi de scurgere performante în partea de jos a pereților stației. Protecția în caz de incendiu a fost proiectată după cele mai noi standarde, astfel încât în cazul apariției unui incendiu să se pulverizeze agentul de stingere HFC 125. Acesta este un produs este sigur din punct de vedere al mediului și are proprietăți electroizolante. Scopul acestei acțiuni a fost acela de a proteja personalul ce deservește stația electrică, dar și acela de a minimiza daunele în caz de avarie.

Acțiunea de escavare a durat aproximativ 20 zile și s-a forat până la distanța de 34 metri unde s-au îndepărtat aproximatic 172000 m3 deșeuri. Toață fundația a fost realizată cu ajutorul

escavatoarelor, iar deșeurile rezultate au fost reciclate.

Figura 6. Etapa de escavare

Pentru a asigura o flexibilitate ridicată, modulele GIS sunt proiectate standardizat astfel încâtpot fi asamblate în diferite moduri pentru a putea obtine schemele de conexiuni dorite și pentru a se putea adapta la spașiul disponibil. Echipamentele electrice utilizate în modulele GIS sunt special proiectate pentru a avea dimensiuni de gabarit reduse ți pentru a cumula funcții multiple.

Principalele componente ale unui modul GIS:

Separator de bare;

Cuțit de legare la pământ;

Mecanismul de acționare al separatorului;

Întreruptor;

Mecanismul de acționare al întreruptorului;

Transformator de masură de curent;

Separator de linie.

Figura 7. Elementele componente ale unui modul GIS Figura 8. Modelul 3D ale unor module GIS

Figura 9. Schema monofilară a stației

Figura 10. Instalație capsulată tripolară de linie

Stația subterană Haymarket aflată în orașul Sydney, Australia 330/132 kV

(dispoziție constructivă sub o cladire importantă)

Stația electrică subterană Haymarket, reprezintă un nod cheie în rețeaua de transport a Australiei și a fost construită într-un spațiu limitat având mai multe etaje, dintre care cele mai multe sunt subterane.

Conceptul de siguranță în alimentarea consumatorilor unește sistemele moderne de management ale clădirii cu facilitățile de monitorizare a instalațiilor GIS. Stația subterană este alcătuită dintr-un sistem de două bare colectoare GIS de 132 kV cu 24 celule și mai are în componență un generator sincron conectat în derivație pentru a realiza a putear realiza injecția de putere reactivă și de a putea realiza reglajul tensiunii.

Având în vedere amplasare stației intr-o zonă foarte aglomerată din centrul orașului, s-au luat măsuri extrem de drastice cu privire la emisiile electromagnetice și fonice.

Din punct de vedere constructiv stația electrică subterană din orasul Haymarket este structurată pe patruetaje, doua dintre aceste etaje fiind deasupra solului, un etaj este dispus la parter, iar doua etaje se găsesc în subteranul incintei. Această dispoziție constructivă oferă avantajul conform căruia influența asupra elementelor de la nivelul solului este mai redusă, iar acțiunea de mentenantă a echipamentelor electrice este mai facilă.

Tehnologiile utilizate pentru realizarea acestui proiect sunt diverse si variază de la tehnologiile de construcție a clădirii până la siustemul integrat de monitorizare SCADA . Stația are în componență trei transformatoare cu izolație în SF6 aflate in cuplaj capsulat cu modulele GIS. Calea de alimentare a stației este realizată prin intermediu liniilor electrice subterane, iar clădirea nu are elemente purtatoare de densiune în pereții acestia, fiind unul din lucrurile foarte importante pentru siguranța perosnalului ce deservește stația. Sistemul de management al clădirii este unul de ultimă generație și monitorizează toate funcțiile de care dispune stația subterană. Un exemplu de astfel de sistem este: sistemul de ventilație, climatizare, pompe cu apă, protecție împotriva incendiilor, de iluminat, de alimentare cu energie electrică a serviciilor proprii, precum și concentrațiile de gaze și de oxigen pe toate etajele.

Acest model de proiectare al stației sub formă etajată, precum și vederea laterală detaliată a celor trei etaje componente sunt prezentate detaliat in figurile următoare:

Figura 11. Vederea laterală a etajelor stației Haymarket

Fig. 13 Transformatoarele aflate în cuplaj capsulat cu modulele GIS

Fig13. Etapa de realizare a etajelor subterane

Fig14. Schema electrică monofilară a stației Haymarket

Stația electrică subterană Cathedral Square, 230/12 kV, Vancouver, Canada

(dispoziție constructivă subterană în centrul orasului)

Stația electrică subterană Cathedral Square face parte din sistemul BC Hydro, iar aceasta are un nivel de tensiune de 230/12 kV fiind situată în centrul orașului Vancouver(Fig.15). Proiectul acestei stații a luat naștere în anii 1970 când prognoza de crețtere al necesarului de energie în centrul orațului a indicat necesitatea construcției unei stații de distribușie urbană. Opțiunile respective la momentul respectiv au constat în crearea unei legături cu celelalte stații existente în zona centrală (De Grauer- stație de interior cu nivelul de tensiune 69/12 kV și Murrin-stație de interior cu un nivel de tensiune de 230/69 kV) sau în dezvoltarea unei noi stații.

Strategia stabilită pentru zona metropolitană a fost de a limita creșterea sistemului existent de distribuție de 69 kV și de transformare de 230/69 kV și de a fornrniza energia la 230, prin intermediul distribuției subterane. Această soluție a avut avantajul de a furniza economic energie electrică aproape de centrul orașului, a dus la realizarea unei noi stații situată la jumătatea distanței dintre cele două existente De Grauer și Murrin.

Pentru realizarea sistemului de distribuție de 12 kV au fost necesari peste 30 de ani de activitate, prin urmare, în scopul îndeplinirii celor mai bune obiective pe termen lung , noua stație va avea raportul de transformare de 230/12 kV.

Pentru construcția stației Cathedral Square , terenul era restrâns și facea împosibilă construcția unei stații de tip exterior convențională de tip AIS. În aceste condiții s-a optat pentru utilizarea unor module GIS pentru a putea încadra stația în spațiul restrâns și a indeplinii restricțiile de teren.

Primăria orașului a fost abordată cu privire la disponibilitatea acestui teren, iar în urama discuțiilor cu consiliul local s-a concluzionat o utilizare multiplă a bunurilor imobile care s-ar potrivi atât necesităților BC Hydro cât și orașului în sine. Aceste discuții au condus la o propunere de dezvoltare a unei stații de transformare subterane ca un parc civic aflat la nivelul solului (desupra stației electrice). În aceste condiții s-a întocmit un program de leasing pe o perioadă de 99 ani , cu obțiunea de înoire, între BC Hydro ți primăria orațului Vancouver.

Pentru ca stația electrică să se încadreze în terenul pus la dispoziție ( 37x 76 m) mărimea și aspectul diferitelor încăperi trebuiau să îndeplinească cerințele funcționale ale normativelor de proiectare fără a sacrifica structura de rezistență a stației. Pentru a realiza o stație de 230/12 kV convențională este nevoie de un spațiu de aproximativ 130 x 120m.

În vederea micșorării zonei de deteriorare în caz de incendiu , camerele au fost limitate acestea având dimensiuni de aproximativ 450 m2. Toate camerele au fost prevăzute cu usi de incendiu pentru siguranța personalului si pentru a evita extinderea focului.

Dispoziția constructivă a stației electrice subterane a permis utilizarea optimă a spațiului disponibil. Dispozitivul de distribuție cu izolație termică de 230 kV în SF6 este situat în partea de est într-o boltă de 42,64 m până la 9,82 m, cu o înălțime de 13 m până la tavan.

Cele trei transformatoare sunt situate în bolți adiacente, fiacare de 15,45 m de 11,12 m, cu o înălțime de la podea la tavan, de 13 m. Deoarece transformatoarele conțin ulei, acestea sunt amplasate în gropi care sunt proiectate să mențină aproximativ 50000 t de uleiuri (Fig.15). Pe partea verticală există șase celule de linie dispuse pe două etaje. Fiecare cameră are spațiu pentru 12 poziții de alimentare (Fig.16, Fig.17, Fig.18, Fig.19). Camera de comandă este situată la nivelul 2 (Fig.18, Fig.21) și alte servicii mecanice și electrice la nivelele 1 și 2 (Fig.17, Fig.18). Spațiul interstițial dintre nivelul 3 și parcul civic este în general lăsat vacant. Deasemenea există o zonă pentru burdufurile de expanisune CO2 și pentru accesul la ascensorul de marfă( Fig.16, Fig.17).

Un tunel de cablu de 3,4 m adâncime de 1,9 m lățime și 42,65 m lungime amplasat sub nivelul 1 al stației gazduiețte cablurile electrice(Fig .16, Fig.20).

Stația electrică subterană este prevăzută cu un număr de patru macarale care pot ridica pâna la 5,1 t. Acestea sunt utilizate pentru mentenanța și controalele de rutină ale aparatajului electric din componența stației . Deasemenea stația este dotată cu o mică zonă de atelier unde se pot realiza mici reparații. Introducerea sau scoaterea din revizie a unor echipamente de mari dimensiuni se realizează cu ajutorul unui lift de marfă sau prin deschiderea unei trape situate în colțul de nord-est. În acest sens, pe partea de sud se află accesul destinat transformatoarelor.

Accesul la cele trei nivele este ralizat prin intermediul a doua scări ce se găsesc în coltul de nord-est al clădirii. Pentru a asigura normele de protecție împotriva incendiilor stația este dotată cuo intrare separată pentru pompieri.

Fig15. Dispoziția constructivă a stației subterante Cathedral Square

Fig.16. Secțiunea tramsversală a stației electrice și modul de dispunere al camerelor

Fig17. Nivelul 1 al stației electrice subterante Cathedral Square Fig18. Nivelul 2 al stației electrice subterante Cathedral Square

Fig19. Secțiunea B-B est-vest a stației electrice subterante Cathedral Square

Fig20. Secțiunea A-A est-vest a stației electrice subterante Cathedral Square

Fig21. Secțiunea C-C nord-sud a stației electrice subterante Cathedral Square

Stația electrică subterană Barbaña, 145/20 kV, Orense, Spania

(dispoziție constructivă subterană în centrul orasului)

Întregul proiect al stației electrice a avut în vedere îmbunătățirea alimentării cu energie electrică a unei zone în continuă dezvoltare. Principalele aspecte în realizarea acestui proiect au fost minimizarea impactului asupra comunității locale și a mediului ambiant, precum și încadrarea într-un spațiu restrâns.Stația electrică Barbaña este o una din cele mai noi stații electrice subterane și foloseste o tehnologie inovativă de răcire a transformatoarelor. Fiind poziționată intr-o cascadă schimbătoarele de căldură din componența transformatoarelor se polosesc de apa cascadei ca agent de răcire. Un alt avantaj al acestei poziționări este acela că zgomotul apei acoperă emisiile fonice ale aparatajului stației.

Aceasta este o stație fără personal fiind controlată prin intermediul sistemului SCADA, iar echipamentele de comutație sunt GIS de la firma ABB. Spre deosebire de celelalte exemple prezentate, Barbaña are o dispozitie constructivă dispusă pe un singur etaj iar acest etaj este dispus pe mai multe camere.(Fig 22, Fig 23)

Fig22. Secțiunea tramsversală a stației electrice și modul de dispunere al camerelor

Fig22. Dispoziția constructivă a stației subterane Barbaña

Stația electrică subterană Breitfeld- St. Gallen, Elveția (110/10 kV)

(dispoziție constructivă subterană în centrul orasului)

Am ales să prezint acest model de proiect al stației electrice subterane Breitfeld, deoarece are o dispozitie constructiva amplasată la subsolul unui stadion de fotbal. Această soluție a fost prima de acest fel din, ulterior urmând acelasi model stația subterană pentru alimentarea JO din Londra. Stația electrică de transformare se găsește la nivelurile -3 și -4 ale stadionului de fotbal. Aceasta are in componență 2 transformatoare de 40 MVA și 6 module GIS de 110 kV de tipul 8DN9. Pe partea de medie tensiune( 10kV) se găsesc 17 linii de alimentare a consumatorilor fiind unul din nodurile inportante ale de distribuție zonale ale orațului St. Gallen.

Pentru realizarea acestui proiect s-a forat până la adâncimea de 15 m subteran ți a fost nevoie de aproximativ 250t de materiale de construcție.

Fig23. Dispoziția constructivă a stației subterane Breitfeld în subteranul unui stadion

Fig24. Module 10 kV ale stației Breitfeld Fig25. Amplasarea transformatorului de putere

Stația electrică subterană Minova- Frankfurt, Germania (110/10 kV)

(dispoziție constructivă subterană în centrul orasului)

În urma cresțerii necesarului de energie datorat dozvoltării industriei și a creșterii populației, consiliul orașului Frankfurt a luat decizia de a retehnologiza stația Mainova care era de tip AIS. S-au realizat mai multe studii din care a rezultat ca din vechia stație să se pastreze doar celulele de 10 kV, iar pe partea de înaltă tensiune să se apeleze la celule de tip GIS. Aceste discuții au condus la o propunere de dezvoltare a unei stații de transformare subterane, iar in locul vechiei stații să se construiască un spital.

Dispoziția constructivă a acestei stații este pe trei etaje fiecare dintrea acestea fiind porționat pentru a putea satisface cerințele tehnice ale proiectantului. (Fig.26)

Fig26. Dispoziția constructivă a stației subterane Minova

Stația este dotată cu celule GIS și are in componentă 3 transformatoare de putere și trei linii de alimentare a consumatorilor racordați la tensiunea de 110 kV. Transformatoarele sunt în cuplaj hibrid cu celulele GIS, iar intregul aparataj electric este asigurat de firma ABB.(Fig.26)

Fig26. Schema monofilară a stației subterane Minova Fig27. Modulele GIS din componența stației Minova