Proiectarea unei Statii Electrice de Transformare [310387]

UNIVERSITATEA “ TRANSILVANIA” BRAȘOV

FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ SI ȘTIINȚA CALCULATOARELOR

PROIECT DE STAȚII ELECTRICE

PROIECTAREA UNEI STAȚII ELECTRICE DE TRANSFORMARE 110/20 kV

Cuprins

INTRODUCERE . SISTEMUL ELECTROENERGETIC…….…………………………………3

CONSIDERAȚII GENERALE ASUPRA INSTALAȚIILOR ELECTRICE ALE STAȚIILOR DE TRANSFORMARE ………………………………………………………………………….4

Definiții …………………………………………………………………………..…..6

Proiectarea stațiilor electrice de înalta tensiune ………………………………………7

Condițiile amplasării instalațiilor electrice ………………………………………..…10

Condiții ce trebuiesc îndeplinite la alegerea schemelor de conexiuni și a echipamentului din stațiile de transformare ………………………………………………………..11

Scheme electrice de conexiuni. Tipuri de scheme de conexiuni …………………….17

TEMA DE PROIECTARE …………………………………………………………..…………..26

CALCULUL CURENȚILOR DE SCURTCIRCUIT ……………………………………………28

Considerații generale privind calculul curenților la scurtcircuit ………………………28

Calculul curenților de scurtcircuit în stația electrică de transformare 110 / 20 kV Triaj ……………………………………………………………………………………………………………………..30

STABILIREA REGIMULUI OPTIM DE FUNCȚIONARE A TRANSFORMATOARELOR ..41

Calculul curenților în regim nominal ……………………………….……………….46

CIRCUITE ELECTRICE PRIMARE …………………………………………….……………..47

Alegerea barelor și a izolatoarelor …………………………….………………………47

Alegerea întreruptoarelor de înalta tensiune ………………………………………….55

Alegerea separatoarelor de înalta tensiune ……………………………………………..63

Alegerea transformatoarelor de măsură ………………………………………………64

Alegerea celulelor de medie tensiune prefabricate …………………………………..70

ALIMENTAREA SERVICIILOR PROPRII DE CURENT CONTINUU ȘI CURENT ALTERNATIV …………………………………………………………………………………..71

INSTALAȚII DE LEGARE LA PĂMÂNT ……………………………………………………..73

DETERMINAREA INDICATORILOR DE FIABILITATE LA ALIMENTAREA CU ENERGIE ELECTRICĂ A CONSUMATORILOR …………………………………………….78

BIBLIOGRAFIE …………………………………………………………………………………85

ANEXE. PARTEA DESENATĂ …………………………………………….…………………86

Planșa 1 – Planul clădirii corpului de comandă;

Planșa 2 – Schema monofilară a substației 110 kV Triaj;

Planșa 3 – Schema monofilară a substației 20 kV Triaj;

Planșa 3a – Secțiunea celulei 110 kV Cuplă Longitudinală;

Planșa 3b – Secțiunea celulei 110 kV Brașov 1 și Măsura 1A 110 kV;

Planșa 4 – Secțiunea celulelor de 20 kV;

Planșa 5 – Schema bloc a circuitelor secundare de protecții și automatizări în celula 110 kV CL;

Planșa 6 – Schema de servicii interne curent alternativ;

Planșa 7 – Schema de alimentare servicii interne curent continuu și curent alternativ.

1. [anonimizat], mecanică. [anonimizat] o [anonimizat], continuând cu un sistemul de linii și de rețele pentru a transporta combustibilii și care sfârșește cu instalațiile ce transformă energia în forma ce este necesară consumatorilor.

Un sistem elecroenergetic este acea parte a [anonimizat], [anonimizat], posturi de transformare și stații de conexiune, puncte de alimentare și receptoare de energie, legate toate între ele prin intermediul liniilor și rețelelor electrice. Sistemul electric este alcătuit din sistemul energetic și ultimul receptor de energie de la consumatori, totalitatea de elementele ce sunt cuprinse între aceste limite sunt conectate fie magnetic, fie galvanic.

Principalele faze prin care trece energia sunt : producerea de energie, transportul, distribuția energiei și utilizarea acesteia.

Centralele electrice sunt alcătuite dintr-un ansamblu de instalații electrice și mecanice, amenajări și construcții pentru producerea energiei electrice sau, pentru a produce combinat energia electrică respectiv energia termică.

Rețelele electrice sunt alcătuite din instalații care ajută ca energia electrică să fie transportată din centralele de producere a energiei la consumatori. Rețelele electrice conțin stațiile electrice de transformare, stațiile electrice de conexiuni și liniile electrice.

Sistemele electrice au ca și caracteristici: nivelul tensiunilor, frecvența ,schema de conexiuni, situația rezervelor de putere și circulația puterilor active și reactive.

Schema de conexiuni este alcătuită din schema de legături pentru părțile electrice ale centralelor si generatoarelor, schemele stațiilor și ale posturilor de transformare și conexiuni, se arată și poziția aparatelor de comutație, dar și alte aparate ce sunt limitatoare de curent sau supratensiuni, ca de exemplu bobinele de reactanță.

Nivelul tensiunilor obligă existența unor anumite valori determinate de tensiunea din nodurile sistemului. Valorile acestea se mențin constante, tensiunea reglându-se prin diverse mijloace. În scopul acesta se utilizează la generatoare, regulatoare automate de tensiune.

Curentul alternativ din sistem are o frecvență unică în tot sistemul, excluzând anumite părți din sistem ce se leagă prin grupuri ce sunt convertizoare de frecvență. În țăra noastră dar și în restul tărilor europene în sistemul electric frecvența curentului alternativ are o valoare de 50 Hz. Valoare ce trebuie trebuie să fie menținută constantă, toleranța fiind de 0,5 Hz, prin reglarea din sistem a puterii active.

Într-un sistem electric circulația puterilor active și reactive trebuie cunoscută și trebuie trecută în schema de conexiuni, ea marcându-se astfel : de o parte puterile ce sunt produse în centrale, iar de ceaaaltă parte puterile consumate în noduri diferite.

Într-un sistem electric rezerva de putere este absolut necesară, ea fiind, de obicei, cel puțin egală cu puterea grupului cel mai are de electrogen din sistem. Rezerva aceasta fiind folosită în cazurile neprevăzute din interiorul sistemului, care au ca și urmare eliminearea din funcțiune a anumitor părți din sistemul electric.

Comanda sistemelor este realizeazată prin dispecerat.

2. Considerații generale asupra instalațiilor electrice ale stațiilor de transformare

Energia electrică ce este produsă de centralele electrice trece prin numeroase transformări ale tensiunii, pentru a micșora pierderile la transport pe distanțe cât mai mari iar apoi utilizată de consumatori. Transportul energiei pe distanțe mari trebuie realizat pe linii electrice de înaltă tensiune ( 110, 220, 400, 750 kV). Pe distanțe mici, transportul energiei electrice se relizează prin liniile de medie tensiune ( 6, 20 kV) iar pe distanțe foarte mici prin liniile de JT (joasă tensiune). Transformarea nivelurilor de tensiune se realizează în stațiile de transformare, statii ce sunt niște noduri ale sistemului electroenergetic la care se racordează liniile electrice. Instalațiile stațiilor de transformare se pot împărții în:

– instalații auxiliare ;

circuite primare ;

servicii proprii ;

circuite secundare

Circuitele primare ale stațiilor sunt cele care sunt parcurse de energia electrică ce circulă de la centralele electrice la consumatori. Circuitele primare la tensiuni ridicate funcționează obișnuit și în regim normal ele sunt parcurse de curenți mari, în condiții normale de funcționare excluzând circuitele legate în derivație și în regim de scurtcircuit. Aparatele electrice din circuitele primare ale stațiilor electrice se aleg , comparându-se caracteristicile unei părți din instalație unde trebuie să se monteze cu caracteristicile specifice de catalog.

Circuitele secundare sunt caracterizate de faptul că ele nu sunt parcurse de principalul flux de energie ce circulă înspre consumatori dar și prin valori reduse ale tensiunii ( ex. 230 V ) și foarte reduse ale ( de 5 A sau 1 A ). Circuitele secundare sunt împărțite în circuite de control și circuite de comandă. Circuitele de comandă folosesc la acționarea voită a diferitelor mecanisme ce aparțin aparatelor de comutație și reglaj. Circuitele de control deservesc instalațiile de informare blocaje, sincronizare, protecție prin intermediul releelor.

Serviciile stațiilor se împart în două categorii: servicii de curent continuu și servicii de curent alternativ. Serviciile de curent alternativ sunt alcătuite din instalațiile de răcire a transformatoarelor, instalațiile de reglaj, instalațiile de încărcare aa bateriei acumulatoare, instalații de ventilație ale încăperii bateriei acumulatoare, dispozitivele de acționare a întreruptoarelor și separatoarelor, , instalația de telecomunicații, instalația de aer comprimat ,instalația de forță și iluminat. Serviciile de curent continuu sunt alcătuite din iluminatul de siguranță si consumatorii care nu admit întreruperi ale funcționării.

Instalațiile auxiliare sunt alcătuite din instalații de legare la pământ si instalația de protecție paratrăsnet.

Pentru elaborarea proiectelor de investiții a stațiilor de transformare de 110 kV/MT, o parte importantă este constituită de alegerea dispoziției constructive corecte care trebuie să satisfacă atât realizarea schemei electrice adoptate, dar și încadrarea instalațiilor pe o suprafață de teren ,cu un consum mic de materiale în momentul în care zona respectivă începe să se dezvolte economic.

2.1. Definiții

Instalația electrică reprezintă o instalație cu tensiuni între fazele mari de 1 kV, care folosește la primirea, la transformarea și distribuirea energiei electrice. În general cuprinde materiale electrice ,aparate electrice, diferite instalații auxiliare ,transformatoare de putere, dar și diferite instalații auxiliare. Instalațiile electrice sunt formate din stațiile electrice, dar și instalațiile de evacuare a puterii care este produsă de generatoare.

Instalația de exterior electrică este o parte dintr-o instalație în care aparatele, transformatoarele și materialele sunt poziționate în spațiu deschis și sunt expuse intemperiilor atmosferice.

Instalația de interior electrică este o parte dintr-o instalație în care aparatele sunt poziționate în spațiu închis fiind protejate de influențele directe a intemperiilor atmosferice.

Stația electrică este un ansamblu de instalații electrice și construcții anexe, ce convertește parametrii energiei electrice și conectează a două sau mai multe surse de energie ori două sau mai multe căi de curent.

Stația de transformare este defintă ca fiind o stație electrică ce transformă parametrii energiei electrice prin transformatoarele de putere.

Stația de racord adânc este definită ca fiind o stație de transformare care este amplasată aproape de centrul de sarcină și este echipată cu minimul de aparate de comutație.

Celula este definită ca fiind un ansamblu de echipamente, dispozitive, elemente și aparate poziționate într-un singur loc, și au un scop funcțional bine determinat.

2.2. Proiectarea stațiilor electrice de înalta tensiune

Pentru elaborarea proiectului datele necesare unei stații electrice sunt :

Stadiul tehnic al amplasării, aprobat, stadiu ce va trebui să conțină ca și piesă distinctă tema de proiectare pentru :

încadrarea stației în sistem  ;

amplasamentul în microzonă;

nivelul maxim și minim al curenților de scurtcircuit și de punere la pământ;

regimurile de funcționare a instalației;

încadrarea prin dispecer  a sistemului de conducere;

încadrarea în sistemul de automatizare și protecție;

importanța obiectivului.

modul de exploatare realizat cu sau fără personal permanent ;

Proiectele aprobate, ce se pot aplica la lucrarea respectivă.

Prescripțiile tehnice în vigoare ce se pot aplica la lucrarea respectivă.

Caracteristicile echipamentelelor care vor fi folosite pentru lucrare.

Studiile de teren.

Datele nivelului de poluare din zona de amplasare.

Datele seismologice și meteorologice din zona de amplasare.

Datele înscrise în plan pentru respectiva investiție.

Date necesare proiectării :

amplasamentul stației ;

schema electrică a stației ;

zona geografică ;

mărimile nedesare determinării stabilității dinamice și termice la acțiunea curenților de scurtcircuit;

surse de poluare ;

condiții climato-meteorologice ;

felul tratării neutrului rețelelor de tensiune medie ;

elementele de îmbinare necesare realizării căilor de curent ;

echipamentul electroenergetic pentru stațiile electrice de 6 – 110 kV

condițiile de lucru și utilajele de intervenție în stații electrice de 6 – 110 kV.

elemente de construcții ;

Soluția optimă a schemei de conexiuni celei mai indicate implică a estima numeroase criterii economice și tehnice :

concepția sistemului electroenergetic, influențează schema de conexiuni folosită prin regimuri de tensiune, eventual, și prin utilizarea unor instalații de reglaj, circulații de curenți, puteri și curenți de scurtcircuit, dar și unele situații speciale de funcționare ;

caracteristicile echipamentelor ;

funcționarea stației din cadrul rețelei;

elasticitatea în funcționare se face prin revizia echipamentelor și în special, cea a întreruptoarelor, fără a scoate din funcțiune circuitele respective și posibilitatea de a grupa circuitele în mai multe configurații ce sunt solicitate de împrejurări ;

siguranța în funcționare;

simplitatea conexiunilor schemei, ca urmare a dispozițiilor constructive, se urmărește numai în scopul obținerii unei clarități foarte mari a instalațiilor si a unui număr cât mai mic de manevre greșite ce sunt efectuate în exploatare ;

impactul cu mediul ambiant ;

Cele mai frecvente scheme pentru stațiile de 110 kV sunt cele cu bare colectoare, care au un singur întreruptor pe circuit, din cauza elasticității pe care oferite în realizarea diverselor configurații de rețea pe timpul exploatării. Pentru diversele funcții ce le indeplineste o stație de transformare de 110 kV/MT, există următoarele feluri de scheme care sunt cel mai des utilizate :

schema electrică pentru o stație de distribuție de tip racord adânc (figura 2.2.1.);

schema electrică pentru stațiile ce au bare simple care sunt secționate cu profil maxim, două transformatoare  și patru linii ;

schema electrică pentru stații ce au funcții multiple,(ex. stație cu bare duble) (fig. 2.2.2.).

2.3. Condițiile amplasării instalațiilor electrice

Alegerea locului de amplasare a unei instalații electrice trebuie să se facă ținând cont de anumiți factori ce condiționează din punctul tehnic de vedere, economic și social diversele variante posibile, dar cu respectarea tuturor regulilor de protecție și de prevenire a muncii și de stingere a incendiilor. Așezarea stațiilor trebuie să se realizeze prin economisirea la maximum a terenurilor forestiere și agricole, evitând terenurile periculoase, dacă există personal permanent se instalațiile se amplasează în apropiere de zonele locuite, iar instalațiile electrice și amplasamentul trebuiesc protejate împotriva inundațiilor iar dacă este cazul trebuiesc realizate lucrări speciale de apărare.

Poziționarea instalațiilor electrice trebuie să se realizeze ținând cont de clima mediului ambiant, altitudine, pericolul de coroziune, pericolul de pătrundere prafului și a apei, pericolul de deteriorări mecanice și pericolul de incendiu.

2.4. Condițiile ce trebuiesc îndeplinite pentru alegerea schemelor de conexiuni și a echipamentului din stațiile de transformare

Pentru stabilirea structurii schemelor electrice, se va ține cont de anumite cerințe:

Securitatea în funcționare

Prin schema electrică se va asigura ca un generator, transformator  :

să conducă la oprirea din funcțiune numai a respectivului circuitului ;

să se poată izola printr-un număr mic de întreruptoare ;

Scoaterea în revizie sau reparație a echipamentelor tehnologice este obligatoriu să poată fi realizată fără a perturba funcționarea restului instalației. Pentru reducerea riscului unor manevre greșite, este recomandată prevederea limitată în schemele primare electrice a separatoarelor cu rolul de comutare.

Elasticitatea în exploatare

Schema de conexiuni va permite :

să se asocieze circuitele pe structuri de schemă ce pot funcționa și separat față de restul instalației, în toate regimurile de lucru prevăzute ;

să se efectueze operații pentru întreținererea unui echipament, dar și executarea unor lucrări de extindere a stației, lucrări realizate prin scoaterea de sub tensiune a unei părți foarte restrânse din instalație ;

Pentru alegerea echipamentelor electrice, se va ține cont de anumite cerințe  :

parametrii echipamentelor trebuie să asigure o funcționare continuă a schemelor electrice ;

în exploatare, gradul de siguranță este necesar să fie satisfăcător, pentru regimul normal dar și pentru anumite regimuri anormale de funcționare.

Schema de conexiuni instalației electrice trebuie să fie una simplă și clară , care să permită efectuarea manevrelor rapid și fără pericole de accidentare.

Anumite părți ale instalației, ce sunt separate în mod normal, se permite să se conecteze pentru intervale de timp scurte ,chiar dacă puterea de scurtcircuit depășește maximul pentru care instalația este dimensionată.

Schema electrică a instalațiilor și a echipamentului trebuie să permită exploatarea și realizarea instalațiilor de măsură și protecție, dar și a altor instalații care sunt necesare, în anumite condiții care sunt lipsite de orice pericol pentru personal.

Este necesar ca schema de conexiuni să permită separarea de lucru a întregii instalații, dar și a unor anumite părți ale instalației, (figura 2.4.1.).

În anumite cazuri, ce sunt condiționate de considerentele constructive și de schemă, se poate realiza montarea transformatoarelor după separatorul de linie spre linie, în asa fel încât separarea acestuia să se realizeze odată cu linia.

De obicei, separarea de lucru trebuie să se facă pe toate părțile. O separare numai pe una din părți (spre alimentare) este admisă doar în cazurile unde nu poate apărea tensiunea inversă pe o parte a instalației care nu a fost separată.

În cazul liniilor radiale, al generatoarelor ,al circuitelor de motoare electrice, care nu sunt gândite să se conecteze la o rețea publică. În cazurile acestea se vor lua măsuri corespunzătoare pentru prevenirea apariției unor tensiuni inverse prin intermediul transformatoarelor de măsură (figura 2.4.2. și 2.4.3.).

Ca și elemente separaratorii se folosesc doar aparatele cu întreruperea vizibilă a circuitului, care au spațiul de întrerupere dimensionat conform cu STAS 6489 : Coordonarea izolației în instalațiile electrice cu tensiuni peste 1 kV și îndeplinind anumite condiții de rigiditate dielectrică, condiții ce sunt prevăzute în standardul pentru intervale de separare ale separatoarelor.

2.5. Scheme electrice de conexiuni. Tipuri de scheme de conexiuni

Pentru alegerea schemei de conexiuni a stațiiei electrice trebuie să se ia în calcul, nu doar caracteristicile instalației analizate, dar și o serie de criterii ce pot influența structura schemei.

Tipuri de scheme de conexiuni folosite în stațiile electrice

Scheme cu bare colectoare simple

Aparatele de comutație ce sunt întâlnite în schemele de conexiuni din stațiile electrice sunt separatoarele de sarcină, întreruptoarele, siguranțe fuzibile, separatoarele. Bara colectoare apare ca și un nod electric,ea fiind poziționată transversal pe direcția circuitelor de linie. Denumirea se referă la faptul că se colectează energie de la circuitele cu injecție, apoi redistribuindu-se pe linii electrice

fig. 2.5.1.

Întreruptorul este definit ca fiind un aparat electric de comutație care este capabil să stabilească, să întrerupă și să suporte curenții în condiții normale ale circuitului dar și în condiții anormale ce sunt determinate ( de ex. scurtcircuit, suprasarcini e.t.c.). Rolul întreruptorului este de a rupe și stabili curentul din circuit, cât și de stingere a arcului electric ce se formează în timpul procesului.

Separatorul este definit ca fiind un aparat mecanic de comutație, ce asigură în poziția închis trecerea curențului în condiții normale și condiții de avarie, și în poziția deschis, din motive de securitate, el asigură o distanță izolatoare predeterminată între bornele polilor.

Secționarea barelor colectoare

Secțiunea longitudinală a barei colectoare se realizează cu unul sau două separatoare însă se poate realiza și cu ajutorul unei cuple longitudinale, în funcție de elasticitatea dorită.

Revizia secțiunii de bare se relizează pe rând, prin deconectarea circuitelor secției respective și deconectarea cuplei longitudinale ( fig. 2.5.2.).

Secționarea longitudinală cu separatoare totuși realizează un grad modest de elasticitate, ce este caracterizat prin faptul că orice defect duce la declanșarea stației întregi, funcționarea secției neavariate putând fii reluată după ce a fost realizată izolarea secției defecte si prin deschiderea cuplei. Întreruptorul de cuplă longitudinală ne oferă elasticitate sporită.

Schema cu o bară colectoare și o bară de ocolire

Folosirea barei de ocolire și circuituluiade cuplăbde ocolire se face pentru înlăturarea dezavantajului schemelor de comutație cuvbare colectoare simple, pentru a întrerupe alimentarea consumatorilor penperioada lucrărilor de întreținere. În fig. 2.5.3. este prezentată schema de conexiune aunei astfel de stații.

Scheme cu sistem dublu de bare colectoare

Este cea mai răspândită schemă în instalațiile de comutație de unde se alimentează cei mai importanți consumatori. Față de schema cu sistem de bare colectoare simplu oferă mai multă elasticitate datorită posibilității de racordarea circuitelor aferente la cele două noduri electrice.

Circuitele se racordează la sistemul dubluvde bare colectoare prin întreruptor două separatoare de bare (fig. 2.5.4.) .

Schema cu bara de transfer și bare colectoare duble

Folosirea barei de transfer se justifică doar pentru stații importante ce vehiculează cantități mari de energie pecmai multe linii.

Cuplele de transfer pot fi de două feluri: simple ( sunt folosite doar pentru bara de transfer) și combinate (se poate folosi ca și cuplă transversală) (fig. 2.5.5.).

Scheme cu două întreruptoare pe circuit și bare duble

Se pune în funcționare o siguranță mai mare. Cu.cele două întreruptoare circuitele continuă să funcționeze neîntrerupt odată cu revizia unui întreruptor.

În funcționare normală, cele două sisteme de bare se află sub tensiune iar întreruptoarele sunt toate conectate. Manevrele de comutare se execută doar cu întreruptoare, în timp ce separatoarele servesc numai pentru scoaterile în revizie, fapt ce contribuie la sporirea siguranței în funcționare

( fig. 2.5.6.).

Schema cu bare colectoare duble și un număr fracționar de întreruptoare pe circuit

Schema are 1,5 întreruptoare pe fiecare circuit. Principalele avantaje ale unei scheme cu două întreruptoare pe fiecare circuit ( fig. 2.5.7.).

Scheme în puncte, fără bara colectoare

Mai sunt denumite și scheme H. Aceste scheme se folosesc în locurile în care există o configurație a stației cunoscută, unde nu se plănuiesc extinderi pe viitor.

În momentul producerii unui defect pebuna din linii, se deconectează întreruptorul al ramurii respective și ramura cuplei. Din această cauza, este indicat a se folosi schemele cu punte spre transformator pentru stațiile cu linii lungi ce au probabilitate sporită de defectare, ori al liniilor electrice care sunt mai scurte , de tensiune medie, realizate cuco siguranță mecanică mai mică. Schemele cu punte spre linie sunt recomandate pentru stațiile de transformare în care pe partea transformatoarelor există manevre dese, sau unde posibilitatea unui defect pe linie este redus.

Schemele H superior, sunt recomandate și în cazul în care este realizat un tranzit important de energie între cele două linii.

Scheme poligonale

Aceste scheme se mai numesc și scheme în inel.

La fel ca și schemele ce au bare duble și conțin două întreruptoare pe circuit, schemele în inel permitși ele revizia întreruptoarelor fără a întrerupe alimentarea. Atunci cănd funcționează normal inelul este închis.

Deoarece au anumite avantajelor remarcabile, schemele poligonale au o extindere apreciabilă pentru tensiunile înalte și foarte înalte, acolo unde costul întreruptoarelor este unul ridicat și trebuie utilizată o siguranță ( fig. 2.5.8. ).

Tema de proiectare

Tema este proiectarea unei stații electrice de transformare 110/20 kV, ce este amplasată în apropiere de Stația 400/110 kV Brașov, utilizată pentru a alimenta zona Triaj – Hărman, zonă ce se va dezvolta puternic industrial, comercial, prestări servicii și construcții de locuințe. Stația se va numi „Stația 110/20 kV Triaj” și are ca și caracteristici tehnice:

va fi conectată la barele 110 kV din stația Brașov, prin două linii electrice aeriene ( L=2 km, 3×185 mm2 OLAL);

stația va fi prevăzută pe partea de 110 kV și 20 kV cu sistem simplu de bară, secționată, legătura între secțiuni realizându-se cu cupla longitudinală ;

stația va fi echipată cu două transformatoare de putere 110/22 kV, S=25 MVA ( uk=10,9 %, Psc=143 kW, P0=21 kW, YNd-11);

substația de 110 kV va fi amplasată în exterior, iar substația de 20 kV în interior;

stația va avea și un corp de comandă, prevăzut cu mai multe încăperi: camera de comandă, camera pentru protecții, sala cu celulele de 20 kV, camera bateriilor de acumulatori, camera transformatoarelor de servicii interne ( plansa 1);

LEA 110 kV Brașov 1 – Triaj 1 va fi racordat în stația 400/110 kV Brașov, la secțiunea 1A 110 kV, iar în stația 110/20 kV Triaj la bara 1A 110 kV prin aparate de comutație moderne, performante;

LEA 110 kV Brașov 2 – Triaj 2 va fi racordat în stația 400/110 kV Brașov, la secțiunea 2A 110 kV, iar în stația 110/20 kV Triaj la bara 1B 110 kV prin aparate de comutație moderne, performante;

celulele de 110 kV vor cuprinde: separator de bare, întreruptor, separator de linie, transformator de curent, transformator de tensiune, descărcător;

celula cuplei longitudinale 110 kV va avea separatori de bare, întreruptor, transformator de curent;

celulele Trafo1 și 2 110 kV vor avea separatori de bare, separatori de borne, întreruptoare, transformatoare de curent și de tensiune, descărcători;

celulele de 20 kV vor fi celule prefabricate, prevăzute cu întreruptor debroșabil, transformator de curent si de tensiune.

Date electrice de sistem pentru dimensionare

Condiții de compatibilitate electromagnetică (CEM)

Pentru alegerea echipamentului a fost acordată o atenție deosebită asigurării unei condiții de compatibilitate electromagnetică cât mai bună.

Date meteo, climă , seisme, poluare

Orașul Brașov este așezat într-o zonă cu un climat temperat. Din datele meteo se pot aștepta temperaturi mai mici 10 0C ce sunt înregistrate 196 zile/an.

Temperaturile minime și maxime ce au fost înregistrate au valori intre -420C și +40 0C;

Datele meteo sunt înregistrări făcute de Institutului de Meteorologie și Hidrologie București – Stația Brașov.

Instalațiile tehnologice și echipamentele s-au ales și dimensionat pentru o bună funcționare în următoarele condiții:

– zona meteo A;

– altitudine (peste nivelul mării) < 1000 m (620 m.)

– temperaturi ale mediului ambiant conf.CEI 60068-2-1 si 60068-2-2:

la exterior max. + 40 0C

min. – 30 0C

max. a mediei în 24 h +35 0C

la interior max. + 40 0C

min. – 5 0C

– umiditate relativ a conf.CEI 60068-2-3 max. 95 %

– grosimea stratului de chiciură 16 mm

– viteza maximă a vântului

– fără chiciură 26 m/s

– cu chiciură 14 m/s

– numărul mediu de zile de furtună cu descărcări electrice 51/an;

– nivelul de poluare al zonei II – mediu

Conform STAS 11.100/1-77 amplasamentul face parte dintr-o zonă cu grad de seismicitate 7.

Calculul curenților de scurtcircuit

Considerații generale privind calculul curenților de scurtcircuit

Scurtcircuitulse definește ca fiind legătura galvanică, accidentală sau voită printr-o impedanță de valoare redusă, între două sau mai multe puncte ale unui circuit care, în regim normal, au tensiuni diferite.

Curenții de scurtcircuit apar în rețelele electrice în urma contactului între conductoarele fazelor diferite sau între conductoare și pământ, printr-o impedanță relativ mică, care în majoritatea cazurilor se consideră egală cu zero.

Valoarea curentului de scurtcircuit depinde de :

puterea surselor care alimentează locul de scurtcircuit ;

distanța electrică dintre surse și locul de scurtcircuit, adică impedanța elementelor circuitului electric cuprins între surse și locul de scurtcircuit ;

tipul scurtcircuitului ;

timpul scurs din momentul apariției scurtcircuitului ;

Se deosebesc următoarele tipuri de scurtcircuit :

trifazat, în cazul contactului dintre cele trei faze ;

bifazat, în cazul contactului între două faze, fără punere la pământ ;

bifazat, cu punere la pământ, în cazul contactului dintre două faze și pământ ;

monofazat, în cazul contactului unei faze, prin pământ, cu neutrul sursei.

Pentru un scurtcircuit în punctul k, impedanța circuitului scade brusc, iar ca urmare curentul va crește tot brusc până la valoarea Ip:

(1)

în care : U – tensiunea medie pe bare;

X1 – este reactanța circuitului ce pornește de la generator până la punctul scurtcircuitului;

R1 – este rezistența circuitului ce pornește de la generator până la punctul scurtcircuitului;

În aceste condiții, rezultă o creștere a curentului și o defazare în raport cu tensiunea cu un unghi aproximativ egal cu 90 de grade. Ținându-se cont că R1<X1 , atunci valoarea instantanee a curentului electric va fi :

(2)

Trecerea de la un regim permanent ce este precedent avariei la regimul ce urmează avariei se realizează printr-un regim tranzitoriu. Pentru orice fază se poate scrie relația :

(3)

unde L – inductivitatea totală a fazei.

Soluția ecuației (3) este :

(4)

unde :

(5)

Determinarea constantei i’o se face din condiția inițială :

i(0)=iso (6)

De unde rezultă :

(7)

Înlocuind constanta se obține:

(8)

unde primul termen este componenta periodică a curentului de scurtcircuit și formează curentul stabilizat de scurtcircuit, iar al doilea termen este componenta a curentului de scurtcircuit, care scade treptat spre zero în funcție de inductivitatea rețelei și raportul de rezistență .

Se poate observa că, în cazul unui scurtcircuit, curentul ce apare are o perioadă tranzitorie, atâta timp cât timp durează componenta aperiodică, iar după urmează regimul de scurtcircuit stabilizat unde intervine doar componenta periodică. În perioada tranzitorie de asemenea, curentul de scurtcircuit este asimetric față de axa timpului el devenind simetric doar în regim stabilizat.

Valoarea inițială i’o depinde de iso și de faza de conectare.

Valoarea cea mai mare a curentului de scurtcircuit este atinsă în momentul în care regimul anterior nu are sarcină.

Pentru fazele B și C variația curentului de scurtcircuit este analoagă, însa datorită fazei diferite a curenților curbele rezultate sunt modificate.

Prin examinarea curbei curentului de scurtcircuit se poate observa că acesta ajunge la valoarea maximă instantanee după o semiperioadă (0.01s). În perioada tranzitorie valoarea maximă a curentului de scurtcircuit se denumește curent de șa și este luat în considerare pentru calculul stabilității dinamice a aparatelor și barelor :

(9)

Calculând i’ în condițiile cele mai dezavantajoase iso=0 rezultă :

(10)

unde :

(11)

este numit coeficient de șoc .

Constanta de timp T oscilează între zero pentru L = 0 și infinit pentru r = 0, astfel ca ,coeficientul de șoc va avea ca și limite : 1<ksoc<2.

Expresia de calcul pentru valoarea maximă a curentului de șoc este:

(12)

Iar valoarea efectivă este :

(13)

Calculul curenților de scurtcircuit în stația electrică de transformare 110/20 kV Triaj

Evoluția curentului de scurtcircuit este influențată direct de poziția locului de scurtcircuit față de generatoare:

a). Scurtcircuit ce este departe de generator, caz în care componenta periodică, alternativă a curentului de scurtcircuit, are o valoare aproape constantă pe toată durata scurtcircuitului;

b). Scurtcircuit ce este aproape de generator, caz în care componenta periodică, alternativă a curentului de scurtcircuit are o valoare care variază în timp. Această variație trebuie avută în vedere pentru stabilirea valorii curentului de rupere și permanent.

Calculul curenților de scurtcircuit simetrici și nesimetrici se realizează utilizând metoda componentelor simetrice.

Această metodă necesită calculul secvenței directe, inversă și homopolare, fără legături între ele. Determinarea curentului de scurtcircuit în locul defectului K este posibilă cu un generator echivalent de tensiune. Generatorul ce reprezintă tensiunea reală în locul de scurtcircuit înainte de apariția acestuia.

Schema calculului curenților de scurtcircuit în cazul unui scurtcircuit trifazat ( fig. 4.2.1.)

Schema calculului curenților de scurtcircuit în cazul unui scurtcircuit monofazat ( fig. 4.2.2.):

Curenții de scurtcircuit trifazați pentru punctele K1, K2 se calculează în următoarele situații:

a). În punctul K1 curentul de scurtcircuit, atunci când funcționează o singură linie de 110 kV

( fig. 4.2.4.)

Parametrii cunoscuți:

puterea de scurtcircuit este Sk=5442 MVA;

lungimea liniei este :L=2 km, conductorul liniei este din OLAL 3×185 mm2, rezistența r0=0,16 /km, reactanța i x0=0,4 /km ;

factorul de tensiune c=1,1 pentru tensiunile nominale între 20 – 220 kV . Factorul de tensiune este raportul dintre tensiunea sursei echivalente și tensiunea Un/3. Acest factor are rol de factor de corecție.

Schema de secvență directă pentru scurtcircuitul în punctul K1:

Calcului impedanței sistemului și calculul liniei:

– impedanța rețelei de alimentare:

;

– impedanța liniei aeriene:

– totalul impedanței până la defect:

– calculul curentului de scurtcircuit trifazat din punctul K1:

– calculul curentului de șoc:

– este factorul de șoc, în funcție R/X, sau se mai poate calcula aprox. cu formula:

b). Curentul de scurtcircuit în punctul K1, atunci când funcționează ambele linii de 110 kV

( fig. 4.2.5.):

– totalul impedanței până la defect:

– calculul curentului de scurtcircuit trifazat din punctul K1:

– calculul curentului de șoc:

c). Curentul de scurtcircuit din punctul K2, atunci când funcționează o singură linie de 110 kV și un transformator de putere ( fig. 4.2.6.):

– cunoscându-se caracteristicile transformatorului de putere, calculul impedanței este :

SN=25 MVA, UN1=110 kV, UN2=22 kV, uk%=10,9 %, Psc=143 kW, P0=21 kW

– totalul impedanței până la defect:

– pentru că defectul este în partea de 20 kV, reactanțele rezistențele și impedanțele trebuiesc raportate la tensinnea de bază cu ajutorul relației : ;

R=3,513 ;

X=55,773 ;

– calculul curentului de scurtcircuit trifazat în pumctul K2:

– calculul curentului de șoc:

;

d). Curentul de scurtcircuit din punctul K2, atunci cand funcționează o singură linie de 110 kV și două transformatoare de putere ( fig. 4.2.7.):

-totalul impedanței până la defect:

– pentru că defectul este în partea de 20 kV, reactanțele, rezistențele și impedanțele trebuiec raportate la tensiunea de bază cu reația: ;

R=2,133 ;

X=29,393 ;

– calculul curentului de scurtcircuit trifazat din punctul K2:

– calculul curentului de șoc:

;

e). Curentul de scurtcircuit din punctul K2, atunci când funcționează două linii de 110 kV și două transformatoare de putere ( fig. 4.2.8.):

-totalul impedanței până la defect:

– deoarece defectul este în partea de 20 kV, reactanțele, rezistențele și impedanțele trebuiec raportate la tensiunea de bază cu ajutorul relației : ;

R=1,973 ;

X=28,993 ;

– calculul curentului de scurtcircuit trifazat în punctul K2:

– calculul curentului de șoc:

;

f). Curentul de scurtcircuit din punctul K2, atunci când funcționează două linii de 110 kV și un transformator de putere ( fig. 4.2.9. ):

-totalul impedanței până la defect:

– deoarece defectul este pe partea de 20 kV, reactanțele, rezistențele și impedanțele trebuiec raportate la tensiunea de bază cu ajutorul relației: ;

R=3,353 ;

X=55,373 ;

– calculul curentului de scurtcircuit trifazat din punctul K2:

– calculul curentului de șoc:

;

Curentul de scurtcircuit monofazat pe barele de 20 kV, atunci când funcționează ambele linii și ambele transformatoare ( fig. 4.2.10. ):

– deoarece defectul este în partea de 20 kV, reactanțele, rezistențele și impedanțele trebuiesc raportate la tensiunea de bază cu ajutorul relației : ;

R=5,32 ;

X=84,35 ;

– calculul curentului de scurtcircuit monofazat din punctul K2:

– calculul curentului de șoc:

;