Proiectarea unei Statii Electrice de Transformare [311477]

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. INTRODUCERE. [anonimizat], termică. [anonimizat] o [anonimizat], continuând cu sistemul de linii și rețele pentru transportul combustibililor și sfârșind cu instalațiile de transformare a energiei în forma necesară consumatorilor.

[anonimizat], stațiile ridicătoare de tensiune din centralele și rețelele electrice, stațiile coborâtoare de tensiune din rețelele electrice, posturile de transformare la abonați și stațiile de conexiune, punctele de alimentare și receptoarele de energie electrică, toate fiind legate între ele prin linii și rețele electrice. Sistemul electric cuprinde deci partea sistemului energetic dintre arborele de acționare al fiecărui generator electric al grupurilor generatoare de energie ale centralelor electrice și ultimul receptor de energie electrică de la consumatori, toate elementele cuprinse între aceste limite fiind legate între ele fie galvanic, fie magnetic.

Fazele principale prin care trece energia electrică în transformările ei sunt : producerea, transportul, distribuția și utilizarea ei.

Centralele electrice sunt formate dintr-un ansamblu de instalații mecanice și electrice, construcții și amenajări pentru producerea de energie electrică sau, uneori, pentru producerea combinată de energie electrică și termică.

Rețelele electrice cuprind instalațiile care servesc la transmiterea energiei electrice de la centralele de producere la consumatori. Rețelele electrice cuprind liniile electrice, stațiile electrice, stațiile electrice de transformare, stațiile electrice de conexiuni.

Consumatorii de energie electrică consumă energia electrică transformată în alte forme de energie : mecanică, termică, chimică, luminoasă, e.t.c.

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

Schema de conexiuni cuprinde schema de legături a părților electrice ale centralelor, inclusiv a grupurilor generatoare, schemele stațiilor și posturilor de transformare și de conexiuni, se indică și poziția aparatelor electrice de comutație, precum și alte aparate limitatoare de curent sau de supratensiuni, cum ar fi bobinele de reactanță sau descărcătoarele electrice.

Nivelul tensiunilor impune existența unor valori determinat de tensiune în nodurile sistemului. Aceste valori se mențin constante, reglându-se tensiunea prin diferite mijloace. În acest scop se folosesc regulatoare automate de tensiune la generatoare, prizele transformatoarelor și autotransformatoarelor din stațiile de transformare, mașini și aparate producătoare sau consumatoare de putere reactivă e.t.c.

Frecvența curentului alternativ din sistem este unică în tot sistemul, cu excepția unor părți din sistem care se leagă prin intermediul unor grupuri convertizoare de frecvență. În sistemul electric al țării noastre, precum și în toate sistemele electrice ale țărilor europene, frecvența curentului alternative are valoarea de 50 Hz. Ea trebuie menținută constantă, cu toleranțe de 0,5 Hz, prin reglarea puterii active din sistem.

Circulația puterilor active și reactive într-un sistem electric trebuie cunoscută și se trece în schema de conexiuni marcându-se de o parte puterile produse în centrale, iar de altă parte cele consumate în diferite noduri.

Rezerva de putere într-un sistem electric este absolut necesară, fiind, de regulă, egală cel puțin cu puterea celui mai mare grup electrogen din sistem. Această rezervă este folosită în toate cazurile neprevăzute din sistem, care au drept urmare scoaterea din funcțiune a unor părți din sistemul electric.

Comanda sistemelor electrice se realizează prin dispecerat. Ea coordonează, transmite dispozițiile necesare pentru menținerea regimului de funcționare optim, stabilit sau pentru eliminarea unor situații de avarie.

2. Considerații generale asupra instalațiilor electrice ale stațiilor de transformare

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 la consumatori. Transportul energiei electrice la distanțe mari și foarte mari trebuie făcut pe linii electrice de înaltă și foarte înaltă tensiune ( 110, 220, 400, 750 kV). Transportul energiei electrice la distanțe relativ mici se face cu ajutorul liniilor de medie tensiune ( 6, 20 kV) iar la distanțe foarte mici pe linii de joasă tensiune. 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 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 de transformare pot fi împărțite în următoarele categorii :

circuite primare ;

circuite secundare ;

servicii proprii ;

instalații auxiliare.

Circuitele 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 care nu sunt parcurse de fluxul principal de energie dar care sunt racordate în derivație la diverse circuite primare pe care le deservesc, cum sunt circuitele transformatoarelor de tensiune sau ale descărcătoarelor cu rezistență variabilă. 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. Alegerea aparatelor electrice din circuitele primare ale stațiilor electrice, se face comparându-se caracteristicile părții din instalație unde urmează să fie montate cu caracteristicile de catalog.

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 ( 230 V ) și foarte reduse ale curentului ( 5 A sau 1 A ). Circuitele secundare se împart în circuite de comandă și circuite de control. Circuitele de comandă servesc la acționarea voită ( de la fața locului sau de la distanță ) a diverselor mecanisme aparținând aparatelor de comutație (întreruptoare, separatoare ) și de reglaj. Circuitele de control sunt cele care deservesc instalațiile de informare ( semnalizare, măsurare, înregistrări diverse ), blocaje ( pentru evitarea manevrelor greșite), sincronizare, protecție prin relee și automatizare.

Serviciile proprii ale stațiilor electrice se împart în servicii de curent alternativ și servicii de curent continuu. Serviciile proprii de curent alternativ sunt formate din instalațiile de răcire ale transformatoarelor, instalațiile de reglaj ale transformatoarelor, instalațiile de încărcare ale bateriei de acumulatoare, instalațiile de ventilație a încăperii bateriei de acumulatoare, dispozitivele de acționare ale întreruptoarelor și separatoarelor, instalația de aer comprimat, instalația de telecomunicații, instalația de iluminat și forță e.t.c. Serviciile proprii de curent continuu sunt formate din iluminatul de siguranță, consumatorii ce nu admit întreruperi în funcționare.

Instalațiile auxiliare din stațiile electrice sunt formate din instalațiile de legare la pământ, instalația de protecție împotriva loviturilor directe de trăsnet e.t.c.

La elaborarea proiectelor de investiții pentru stațiile de transformare de 110 kV/MT, o fază importantă o constituie alegerea dispoziției constructive optime care să satisfacă atât realizarea schemei electrice adoptate, cât și încadrarea instalațiilor pe o suprafață minimă de teren și cu un consum minim de materiale atunci când zona respectivă se dezvoltă economic.

2.1. Definiții

Instalația electrică este o instalație cu tensiunile între faze mai mari de 1 kV, care servește la primirea, transformarea, distribuirea energiei electrice și care cuprinde, în general, aparate electrice, transformatoare de putere, materiale electrice, diferite instalații auxiliare, precum și construcțiile aferente. Instalațiile electrice includ stațiile electrice, precum și instalațiile electrice de evacuare a puterii produse de generatoare.

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

Instalația electrică de interior este o instalație electrică sau o parte dintr-o instalație electrică în care aparatele electrice sunt amplasate într-un spațiu închis și sunt protejate împotriva influenței directe a intemperiilor atmosferice.

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

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

Stația de racord adânc este o stație de transformare amplasată în apropierea centrului de sarcină, echipată cu un număr minim de aparate de comutație.

Celula este un ansamblu de echipamente, elemente, dispozitive și aparate amplasate într-un singur loc, care are un scop funcțional determinat.

2.2. Proiectarea stațiilor electrice de înalta tensiune

Datele de bază necesare pentru elaborarea proiectului unei stații electrice sunt următoarele :

Stadiul tehnic de profil și amplasare, aprobat, care va trebui să cuprindă ca piesă distinctă tema de proiectare pentru :

profilul și încadrarea în sistem a stației ;

regimurile caracteristice de funcționare a instalației;

amplasamentul în microzonă;

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

încadrarea în sistemul de automatizare și protecție prin relee la nivelul SEN ;

încadrarea în sistemul de conducere prin dispecer ;

modul de exploatare, cu sau fără personal permanent ;

clasa de importanță a obiectivului.

Proiectele tip aprobate, aplicabile la lucrarea respectivă.

Prescripțiile tehnice în vigoare, aplicabile la lucrarea respectivă.

Caracteristicile tehnice la echipamentele ce urmează a fi folosite la lucrarea respectivă.

Studiile de teren.

Datele referitoare la nivelul de poluare în zona de amplasare.

Datele meteorologice și seismologice pentru zona de amplasare a stației.

Datele de înscriere în plan a investiției respective.

Date necesare pentru proiectare :

schema electrică a stației ;

amplasamentul stației ;

mărimile caracteristice pentru determinarea stabilității termice și dinamice la acțiunea curenților de scurtcircuit a căilor de curent ;

zona geografică ;

condiții climato-meteorologice ;

surse de poluare ;

echipamentul electroenergetic pentru stații electrice de 6 – 110 kV ( gabarite, borne, izolație) ;

modul de tratare a neutrului rețelelor de medie tensiune ;

elemente de îmbinare pentru realizarea căilor de curent ;

elemente de construcții ;

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

Determinarea soluției optime a celei mai indicate scheme de conexiuni implică estimarea a numeroase criterii tehnice și economice :

concepția sistemului electroenergetic din care face parte stația, influențează schema de conexiuni utilizată, prin regimurile de tensiune și eventual, prin necesitatea unor instalații de reglaj, puterile și curenții de scurtcircuit, circulațiile de curenți, precum și anumite situații speciale de funcționare ;

funcționarea stației în cadrul rețelei și caracteristicile consumatorilor ;

caracteristicile echipamentelor ( utilizarea echipamentelor cu o fiabilitate ridicată poate influența structural schema de conexiune, poate conduce la alegerea unor scheme de conexiuni simple) ;

elasticitatea în funcționare se realizează prin posibilitatea de revizie a echipamentelor și în special, a întreruptoarelor, fără scoaterea din funcțiune a circuitelor respective și posibilitatea de grupare a circuitelor în cât mai multe configurații solicitate de împrejurări ;

simplitatea conexiunilor schemei electrice, ca urmare a dispozițiilor constructive, se urmărește în scopul obținerii unei clarități cât mai mari a instalațiilor, unui număr minim de manevre greșite efectuate în exploatare ;

capacitatea de a permite echipări în etape succesive ( posibilități ușoare de extindere, posibilități de schimbări ulterioare ale schemei) ;

impactul cu mediul ambiant ;

siguranța în funcționare.

Schemele cele mai frecvente pentru stațiile de 110 kV sunt cu bare colectoare, cu un singur întreruptor pe circuit, datorită elasticității pe care acestea le oferă în realizarea diferitelor configurații de rețea în timpul exploatării. Pentru diferitele funcții pe care le îndeplinesc stațiile de transformare de 110 kV/MT pentru partea de 110 kV, se deosebesc următoarele tipuri de scheme mai des utilizate :

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

schema electrică pentru stații cu bare simple secționate cu profil maxim, patru linii și două transformatoare ;

schema electrică pentru stații cu funcții multiple, stație cu bare duble (figura 2.2.2.).

2.3. Condițiile amplasării instalațiilor electrice

Alegerea locurilor de amplasare a instalațiilor electrice trebuie făcută luând în considerare toți factorii care condiționează din punct de vedere tehnic, economic și social diferitele variante posibile, cu respectarea simultană a regulilor de protecție a muncii și de prevenire și stingere a incendiilor. Amplasarea stațiilor trebuie făcută prin economisirea la maxim a terenurilor agricole și forestiere, evitându-se terenurile periculoase, dacă vor avea personal permanent se amplasează în apropierea zonelor locuite, iar amplasamentul și instalațiile electrice trebuie protejate împotriva inundațiilor, dacă este cazul realizându-se lucrări speciale de apărare.

Amplasarea instalațiilor electrice trebuie făcute ținând seama de condițiile climatice ale mediului ambiant, altitudine, pericolul de pătrundere a apei și prafului, pericolul de coroziune, pericolul de incendiu și pericolul de deteriorări mecanice. La amplasarea instalațiilor electrice se va ține seama de posibilitatea de extindere a acestora. De regulă, intervalul de timp pentru care se va asigura această posibilitate va fi de circa 10 – 15 ani.

Principalele criterii care trebuie să fie avute în vedere la alegerea amplasamentului stațiilor electrice sunt următoarele :

amplasarea cât mai aproape de centrul de greutate a consumului în cazul stațiilor coborâtoare, respectiv conexiunea optimă a rețelelor electrice de înaltă tensiune, în cazul stațiilor de sistem ;

amplasarea cât mai aproape de localități ;

efectuarea de lucrări minime pentru asigurarea alimentării cu energie electrică a serviciilor proprii și a utilităților : alimentarea cu apă și căldură, canalizarea apelor menajere, telecomunicațiilor, drumul de acces e.t.c. ;

depărtarea, în limitele prescrise, de sursele de poluare a atmosferei cu substanțe care au o acțiune nocivă asupra construcțiilor ;

încadrarea în limitele de spațiu stabilite prin planurile de sistematizare aprobate ; se vor evita : ocuparea de terenuri agricole, demolările de construcții existente, fie pe terenul stației, fie pe culoarele liniilor electrice de racord, amplasarea pe terenuri destinate exploatărilor subterane de orice fel sau subtraversate de conducte pentru diferite utilități nelegate de exploatarea stației ;

asigurarea posibilității de dezvoltare a stației ;

utilizarea terenurilor favorabile din punctul de vedere al configurației topografice, al caracteristicilor geologice .

La alcătuirea planului general al unei stații electrice se vor avea în vedere următoarele cerințe de bază :

ocuparea unor suprafețe de teren cât mai reduse și care să se înscrie cât mai bine în forma și dimensiunile terenului disponibil, atât în etapa finală, cât și în diferitele etape de dezvoltare a instalațiilor ;

realizarea de legături electrice și conducte de aer comprimat, apă e.t.c. cât mai scurte și, pe cât posibil, fără încrucișări, între diferitele obiecte ale stației ;

asigurarea posibilităților de extindere pentru toate obiectele, în conformitate cu profilul de perspectivă avizat ;

asigurarea unei circulații simple și comode, atât pentru transportul echipamentelor, cât și pentru transportul echipamentelor, cât și pentru operațiile de revizie și control ;

racordarea liniilor electrice aeriene cu minimum de încrucișări ;

adoptarea unei forme geometrice regulate pentru terenul împrejmuit și asigurarea unei cât mai bune folosiri a terenului din vecinătatea stației ;

dispunerea blocului de comandă cât mai aproape posibil de accesul principal în incinta stației.

2.4. Condițiile ce trebuie îndeplinite la alegerea schemelor de conexiuni și a echipamentului din stațiile de transformare

La stabilirea structurii schemelor electrice primare de înalta tensiune, se vor avea în vedere următoarele cerințe de bază :

Securitatea în funcționare

Prin schemă se va asigura ca un defect simplu pe un circuit primar de linie, transformator, generator :

să conducă la scoaterea din funcțiune numai a circuitului respectiv ;

să poate fi izolat printr-un număr minim de întreruptoare ;

De asemenea, scoaterea în revizie sau reparație a unui echipament tehnologic trebuie să poată fi făcută fără a perturba inadmisibil funcționarea restului instalației. În vederea reducerii riscului unor manevre greșite, se recomandă prevederea limitată în schemele electrice primare a separatoarelor cu rol de comutare.

Elasticitatea în exploatare

Schema de conexiuni va permite :

asocierea circuitelor pe structuri de schemă care pot funcționa separat de restul instalației, în toate combinațiile cerute de regimurile de lucru prevăzute ;

efectuarea operațiilor de întreținere a unui echipament, precum și executarea lucrărilor de extindere a stației, prin scoaterea de sub tensiune a unei părți cât mai restrânse din instalație ;

Claritatea structurii conexiunilor electrice

Se va asigura posibilitatea ca personalul de exploatare să evalueze corect și cât mai rapid consecințele oricărei manevre operative necesare realizării unei anumite configurații de schemă, și anume :

modificarea circulației de putere pe diferitele circuite ;

modificarea valorilor de scurtcircuit în raport cu nivelul maxim admis ;

condițiile de securitate la lucrările ce urmează a se efectua în instalație ;

comportarea instalației în cazul apariției unui defect.

La alegerea echipamentelor electrice, se va ține seama de următoarele cerințe principale :

parametrii tehnici ai echipamentelor trebuie să asigure funcționarea schemelor electrice din care fac parte ;

caracteristicile constructive trebuie să permită realizarea unor instalații corespunzătoare sub aspect economic, al condițiilor de execuție și exploatare și al spațiului ocupat;

gradul de siguranță în exploatare trebuie să fie satisfăcător, atât pentru regimul normal, cât și pentru regimurile anormale de funcționare, stabilite prin tema de proiectare.

Schema electrică de conexiuni a unei instalații electrice trebuie să fie simplă și clară și să permită o efectuare a manevrelor rapidă și lipsită de pericole de accidentare.

Se admite ca părți ale instalației, care sunt în mod normal separate, să fie conectate pentru scurte intervale de timp (de exemplu, în cursul executării unor manevre), chiar dacă în aceste intervale de timp puterea de scurtcircuit depășește valoarea nominală pentru care este dimensionată instalația.

În astfel de situații trebuie să se prevadă măsuri în vederea evitării eventualelor accidente de persoane în cazul unui scurtcircuit.

Întreruptoarele vor fi prevăzute, de regulă, pe acele circuite pentru care nu se pot asigura cu alte aparate mai ieftine condițiile de deconectare a curenților de scurtcircuit, selectivitatea protecției și operațiile de automatizare necesare (separatoare de sarcină, siguranțe de înaltă tensiune, dispozitive de scurtcircuitare automată e.t.c.).

Schema electrică a instalațiilor și echipamentului prevăzut trebuie să permită realizarea și exploatarea instalațiilor pentru măsură și protecție, precum și a altor instalații necesare (de exemplu : automatizare, telemecanică e.t.c.), în condiții lipsite de pericol pentru personal.

Schema electrică de conexiuni trebuie să permită separarea de lucru atât a întregii instalații, cât și a unor părți ale instalației, dacă acest lucru este necesar pentru executarea lucrărilor fără întreruperea funcționării întregii instalații (figura 2.4.1.).

Se admite să nu se prevadă o separare de lucru specială pentru următoarele elemente din schema electrică :

transformatoarele de tensiune și descărcătoarele de pe linii a căror separare de lucru se poate face odată cu linia respectivă ;

b) transformatoarele de tensiune și descărcătoarele de pe barele colectoare atunci când separarea de lucru a acestor echipamente se acceptă să fie făcută prin scoaterea din funcțiune a sistemului de bare respectiv ;

c) descărcătoarele montate la bornele transformatoarelor și ale autotransformatoarelor și la punctele neutre ale acestora, a căror separare de lucru se poate face odată cu transformatoarele și autotransformatoarele respective ;

d) bobinele și condensatoarele pentru instalația de înaltă frecvență pentru telecomunicații, a căror separare de lucru se poate face odată cu linia ;

e) transformatoarele de forță prevăzute cu racordarea directă a cablurilor la capetele înfășurărilor principale.

În unele cazuri, condiționate de considerente constructive și de schemă, se admite montarea transformatoarelor de curent după separatorul de linie spre linie, astfel încât separarea de lucru a acestuia să se facă odată cu linia.

Dacă punctele de separare aparțin unor organizații de exploatare diferite sau dacă ele nu se găsesc în aceeași instalație, ci se află la distanță, condiția de separare de lucru se consideră îndeplinită numai dacă poate fi asigurată o responsabilitate unică pe timpul separării de lucru la toate punctele de separație.

De regulă, separarea de lucru trebuie să fie făcută pe toate părțile. O separare de lucru numai pe o singură parte (spre alimentare) este admisă în cazurile în care nu poate să apară tensiunea inversă pe partea din instalație care nu a fost separată.

Acesta este cazul, de exemplu, al liniilor radiale, al circuitelor de motoare electrice, al generatoarelor care nu sunt prevăzute să fie conectate la o rețea publică. În asemenea cazuri 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 elemente de separare urmează a fi folosite numai aparatele sau dispozitivele cu întreruperea vizibilă a circuitului, cu spațiul de întrerupere dimensionat în conformitate cu STAS 6489 : Coordonarea izolației în instalații electrice cu tensiuni peste 1 kV și îndeplinind condițiile de rigiditate dielectrică prevăzute în acest standard pentru intervalele de separare ale separatoarelor.

Se admit separări de lucru fără întreruperea vizibilă a circuitului, dar cu semnalizări de poziție sigure, numai la instalațiile capsulate și la instalațiile interioare de tip închis.

Orice parte a unei instalații trebuie să poată fi scurtcircuitată și legată la pământ. În acest scop se pot folosi fie dispozitive fixe (separatoare de legare la pământ sau cuțite de legare la pământ), fie scurtcircuitoare mobile.

Teritoriul țării noastre se împarte în două zone care diferă din punctul de vedere al intensității și al frecvenței de manifestare a principalilor factori climato-meteorologici ce interesează la construcția instalațiilor electrice cu tensiunea peste 1 kV : vântul, depunerile de chiciură, temperatura aerului.

Nivelul de izolație al echipamentului instalațiilor electrice trebuie să fie verificat prin încercări fie în laborator, fie la locul de montare, în conformitate cu standardele în vigoare.

Echipamentul instalațiilor electrice trebuie să corespundă condițiilor de la locul de instalare, în ceea ce privește caracteristicile specifice fiecărui tip de echipamente, conform instrucțiunilor de proiectare departamentale corespunzătoare.

Căile de curent din instalațiile electrice de înaltă tensiune se vor realiza, de regulă, din oțel-aluminiu, aluminiu și aliaje de aluminiu :

conductoare neizolate flexibile : în instalații exterioare de 6-400 kV și în cele interioare de 110 kV ;

conductoare neizolate rigide : sub formă de bare în stațiile de 6-20 kV și de țevi în instalațiile interioare 110 kV ;

bare capsulate în aer la presiunea atmosferică, monofazate sau trifazate : pentru căile de curent de mare amperaj ( peste 2000 ), în instalațiile de medie tensiune ;

conductoare izolate : în condiții speciale de traseu, când aceste legături devin mai avantajoase din punct de vedere tehnic și economic în raport cu conductoarele neizolate.

Întreruptoarele și separatoarele de sarcină, a căror capacitate de rupere și de închidere nominală este mai mică decât puterea de scurtcircuit de la locul de instalare, pot fi folosite dacă se iau măsuri ca ele să nu fie puse în situația de a întrerupe în mod automat curenții de scurtcircuit, depășind capacitatea lor de rupere nominală, precum și măsuri de protecție a personalului de exploatare pentru cazul închiderii pe un scurtcircuit ( de exemplu : comandă la distantă, ecrane de protecție, testarea circuitului care urmează a fi pus sub tensiune).

În instalațiile electrice cu tensiunea nominală până la 35 kV inclusiv, transformatoarele de tensiune racordate la barele colectoare vor fi, de regulă, protejate cu siguranțe fuzibile.

Electropompele de înaltă tensiune pentru apa de incendiu atât cele de lucru, cât și cele de rezervă, alimentate electric, se vor racorda la două secții de bare distincte, având fiecare câte o alimentare independentă, astfel încât la avarierea uneia dintre alimentări sau a unei pompe de incendiu să se asigure debitul de calcul necesar stingerii incendiului. Cele două secții de bare vor fi separate antifoc, astfel încât avarierea uneia să nu afecteze funcționarea celeilalte.

Dispunerea constructivă a instalațiilor electrice exterioare trebuie să fie astfel aleasă, încât :

a) să permită efectuarea lucrărilor de deservire a instalațiilor cu dispozitive și utilaje mecanizate ;

b) să se evite posibilitatea producerii și extinderii incendiilor ;

c) în caz de necesitate să se poată face scoaterea parțială de sub tensiune a instalației, în vederea executării unor lucrări, cu respectarea măsurilor prevăzute în normele de protecție a muncii pentru instalații electrice.

Se vor prevedea lanțuri duble de izolatoare pentru suspendarea conductoarelor flexibile în următoarele cazuri :

în toate deschiderile care, indiferent de tensiune, supratraversează barele colectoare ;

b) în toate deschiderile care, indiferent de tensiune, supratraversează clădirile din incinta pe care o străbat (centrale electrice, stații electrice e.t.c.) ;

c) în toate deschiderile care, indiferent de tensiune, supratraversează drumuri și căi ferate, conducte cu fluide combustibile, conducte de termoficare sau apa de răcire din incinta centralelor electrice sau din afara acestora, cu respectarea prevederilor normativului pentru construcția liniilor electrice aeriene cu o tensiune mai mare de 1000 V ;

d) în toate deschiderile din stațiile electrice de 400 kV ;

e) în deschiderile cu lanțuri tip tijă, care supratraversează echipamente electrice aparținând altor circuite ;

f) dacă tipul de lanț simplu de izolatoare nu corespunde condițiilor de rezistență mecanică cerute în instalație.

În proiect se vor indica locurile unde se prevede a fi racordate scurtcircuitoarele mobile ; aceste locuri vor avea suprafețe de contact corespunzătoare.

Toate părțile metalice de susținere ale unei instalații electrice trebuie să fie protejate împotriva coroziunii. Această prevedere se aplică și pentru părțile subterane ale construcțiilor metalice și de beton armat.

În cazul aparatelor electrice care necesită îngrădiri de protecție este necesar să se ia măsuri pentru evitarea pericolului pe care îl poate prezenta dezvoltarea unei vegetații înalte în interiorul îngrădirii. În spațiile de producție electrică, protecția personalului împotriva atingerii accidentale a elementelor aflate sub tensiune, în timpul executării lucrărilor curente de exploatare, se asigură printr-una dintre următoarele măsuri :

amplasarea la înălțime corespunzătoare, în zone inaccesibile atingerilor accidentale ;

îngrădiri de protecție definitive, pline sau din plasă ( se admite și folosirea balustradelor).

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

La alegerea unei scheme de conexiuni a unei stații electrice este necesar să se aibă în vedere, în afară de caracteristicile specifice ale instalației analizate, și o serie de criterii care pot să influențeze structura schemei. În acest sens se va ține seama de :

condițiile de funcționare ale sistemului energetic, care se referă la tensiuni, circulație de curenți, puteri și curent de scurtcircuit ;

caracteristicile consumatorilor alimentați, se referă la siguranța în funcționare a acestora, respectiv la exigența cu privire la frecvența și durata întreruperilor ;

caracteristicile echipamentului, pot influența structural schema de conexiuni și în special siguranța în funcționare a întreruptoarelor, a transformatoarelor și autotransformatoarelor ;

condițiile de exploatare, care se referă la amplasarea pe teren și la claritatea schemei pe care trebuie să o ofere personalului de exploatare ;

criteriul economicității, indicator de eficiență economică, cel al cheltuielilor anuale minime de calcul.

Tipuri de scheme de conexiuni utilizate în stațiile electrice

Scheme cu bare colectoare simple

Aparatele de comutație întâlnite în schemele de conexiuni din stațiile electrice sunt întreruptoarele, separatoarele, separatoarele de sarcină, siguranțe fuzibile. Bara colectoare apare ca un nod electric, fiind dispusă transversal pe direcția circuitelor aferente de linie, transformator e.t.c. permite exploatarea comodă a stației. Denumirea este legată de faptul că aici se colectează energia de la circuitele de injecție, redistribuindu-se apoi de exemplu pe linii electrice ca în figură. 2.5.1.

Întreruptorul este un aparat electric de comutație capabil să stabilească, să suporte și să întrerupă curenții în condițiile normale ale circuitului și în condițiile anormale determinate ( scurtcircuit, suprasarcini e.t.c.). Rolul principal al unui întreruptor este acela de a rupe și a stabili curentul electric din circuit, precum și de a stinge arcul electric format în timpul acestui proces.

Separatorul este un aparat mecanic de comutație, care în poziția închis asigură trecerea curenților în condiții normale și de avarie, iar în poziția deschis, pentru motive de securitate, asigură o distanță de izolare predeterminată între bornele fiecărui pol.

Secționarea barelor colectoare

Secționarea longitudinală a barei colectoare în două secții de bare colectoare, se fac cu unul, două separatoare sau cu o cuplă longitudinală, în funcție de gradul de elasticitate dorit.

Revizia secțiilor de bare se face pe rând prin deconectarea prealabilă a circuitelor aferente secției respective și a cuplei longitudinale ( figura 2.5.2.).

Secționarea longitudinală cu separatoare realizează totuși un grad de elasticitate modest, caracterizat prin aceea că orice defect pe una din secțiile de bare conduce la declanșarea întregii stații, funcționarea secției neavariate fiind reluată după izolarea secției defecte prin deschiderea cuplei. Prezența întreruptorului de cuplă longitudinală oferă elasticitate sporită.

Schema cu o bară colectoare și o bară de ocolire

Introducerea barei de ocolire și a circuitului de cuplă de ocolire se face pentru a înlătura dezavantajul schemelor de comutație cu bare colectoare simple, de a întrerupe alimentarea consumatorilor pe perioada lucrărilor de întreținere. În figura 2.5.3. de mai jos se prezintă schema de conexiune a unei astfel de stații.

Se poate retrage din exploatare orice celulă pentru revizie tehnică fără să fie întrerupt alimentarea consumatorului, prin înserierea cuplei de ocolire (cupla de transfer).

Scheme cu sistem dublu de bare colectoare

Este schema cea mai răspândită în instalațiile de comutație electroenergetică de unde se alimentează consumatorii mai importanți. În comparație cu schema cu sistem simplu de bare colectoare oferă un grad de elasticitate sporită prin posibilitatea racordării circuitelor aferente la oricare din cele două noduri electrice.

Fiecare circuit se racordează la sistemul dublu de bare colectoare prin intermediul întreruptorului și a două separatoare de bare ca în figura 2.5.4. de mai jos.

Legătura dintre cele două bare colectoare se face prin cupla transversală (CT). La rândul lor barele pot fi secționate, legătura între secțiuni făcându-se prin cupla longitudinală (CL) sau printr-un separator ( separator secționer).

Schema cu bare colectoare duble și bara de transfer

Introducerea barei de transfer nu se justifică decât pentru stații importante care vehiculează mari cantități de energie pe mai multe linii.

Presupunând că se dorește scoaterea pentru revizie a celulei unei linii, se poate trece linia respectivă pe bara de transfer fără să se întrerupă alimentarea consumatorului și se retrage din exploatare doar celula liniei unde se lucrează.

Cuplele de transfer pot fi simple ( folosite numai pentru bara de transfer) sau combinate (când se poate folosi și ca cuplă transversală) conform figurii 2.5.5. de mai jos.

Scheme cu bare duble și două întreruptoare pe circuit

Se obține o siguranță mai mare în funcționare. Cu cele două întreruptoare fiecare circuit își continuă funcționarea neîntreruptă cu ocazia reviziei unui întreruptor. Schema face economie de un circuit de cuplă, în schimb oricare din celulele racordate prin două întreruptoare putând realiza performanțele cuplei.

În funcționare normală, ambele sisteme de bare sunt sub tensiune și toate întreruptoarele sunt conectate. Toate manevrele de comutare se execută numai cu întreruptoare, separatoarele servind numai pentru scoateri în revizie, fapt care contribuie la creșterea siguranței în funcționare ( figura 2.5.6.).

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

Este denumit schema cu 1 ½ întreruptoare pe circuit. Cumulează principalele avantaje ale schemei cu două întreruptoare pe circuit ( figura 2.5.7.).

Scheme în puncte, fără bara colectoare

Sunt denumite și scheme H, se folosesc acolo unde există o configurație cunoscută a stației, pentru care nu se prevăd extinderi în viitor.

La producerea unui defect pe una din linii, deconectează întreruptorul ramurii respective și cea a cuplei. Din acest motiv, este indicată folosirea schemelor cu punte spre transformator în cazul stațiilor cu linii lungi cu probabilitatea sporită de defectare, sau al liniilor electrice mai scurte de medie tensiune realizate cu o siguranță mecanică mai mică, sau al centralelor hidroelectrice îndepărtate. Deconectarea unei linii angajează în suprasarcina a celeilalt, cu ambele transformatoare în funcțiune. Schemele cu punte spre linie sunt indicate pentru stațiile de transformare unde există manevre dese pe partea transformatoarelor, sau acolo unde posibilitatea defectelor pe linie este redusă.

Schemele H superior, cum se mai numesc cele cu punte spre linii, se mai recomandă în cazul în care se face un tranzit de energie important între cele două linii.

Scheme poligonale

Se numesc și scheme în inel. Sunt denumite și scheme în pătrat, hexagon, decagon e.t.c., după cum numărul întreruptoarelor este 4, 6, 10 e.t.c.

Ca și schemele cu bare duble și două întreruptoare pe circuit, și schemele în inel permit revizia întreruptoarelor fără întreruperea alimentării. În funcționare normală inelul este închis.

Datorită avantajelor remarcabile, schemele poligonal au căpătat o extindere apreciabilă la tensiuni înalte și foarte înalte, unde costul întreruptoarelor este ridicat și se cere o siguranță și elasticitate în funcționare deosebită ( figula 2.5.8. ).

Tema de proiectare

Proiectarea unei stații electrice de transformare 110/20 kV, amplasată în apropierea Stației 400/110 kV Brașov, pentru alimentarea zonei Triaj – Hărman, zonă care va cunoaște o puternică dezvoltare industrială, comercială, prestări servicii și construcții locuințe. Stația va fi denumită „Stația 110/20 kV Triaj” și va avea următoarele caracteristici tehnice:

stația va fi racordată la barele 110 kV ( secțiunea 1A si 2A) 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 fiind realizată cu cupla longitudinală ( plansele 2 si 3);

stația va fi dotată 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)

La alegerea echipamentului aferent s-a acordat atenție deosebită asigurării cât mai bine a condițiilor de compatibilitate electromagnetică.

Se vor respecta limitele impuse în Normele Generale de Protecția Muncii ale MMSS – MSF din 2002 și recomandările de atenuare a influențelor și instrucțiuni de instalare, legare la pământ și cablare pe șantier, conform CEI.

Date meteo, climă , poluare , seisme

Orașul Brașov este situat într-o zonă cu climat temperat. Din datele statistice meteo se poate aștepta ca: temperaturi de sub 10 0C înregistrate 196 zile/an.

Temperaturi minime și maxime înregistrate au fost de -420C și respectiv +40 0C;

Condiții climaterice nefavorabile (căderi masive de zăpadă și teren înghețat), care să împiedice lucrul în aer liber s-au înregistrat aproximativ în 60 zile/an (între decembrie și februarie).

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

Echipamentele și instalațiile tehnologice s-au ales, respectiv dimensionat pentru funcționare în următoarele condiții de mediu ambiant:

– 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

Scurtcircuitul este legătura galvanică, accidentală sau voită printr-o impedanță de valoare relativ 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.

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

(1)

în care : U – este tensiunea medie pe bare;

X1 – reactanța circuitului de la generator până în punctul scurtcircuitului;

R1 – rezistența circuitului de la generator până în punctul scurtcircuitului;

Rezultă în aceste condiții, o creștere a curentului și o defazare în raport cu tensiunea cu un unghi aproximativ egal cu 90 de grade. Având în vedere că R1<X1 , valoarea instantanee a curentului va fi :

(2)

Trecerea de la regimul permanent precedent avariei la regimul permanent care urmează avariei se face printr-un regim tranzitoriu. În orice moment pentru o fază se poate scrie relația :

(3)

în care cu L s-a notat inductivitatea totală a unei faze.

Soluția ecuației (3) este :

(4)

în care :

(5)

Determinarea constantei i’o se face din condiția inițială :

i(0)=iso (6)

Rezultă :

(7)

Se obține înlocuind constanta :

(8)

in care primul termen reprezintă componenta periodică a curentului de scurtcircuit și constituie curentul stabilizat de scurtcircuit, iar termenul al doilea este componenta aperiodică a curentului de scurtcircuit, componentă care scade treptat către zero în funcție de raportul rezistență și inductivitatea rețelei.

Se observă că, în cazul unui scurtcircuit, curentul care apare i(t) are o perioadă tranzitorie, cât timp durează componenta aperiodică, după care urmează regimul stabilizat de scurtcircuit în care intervine numai componenta periodică. De asemenea, în perioada tranzitorie curentul de scurtcircuit nu este simetric față de axa timpului și devine simetric în regim stabilizat.

Valoarea inițială i’o depinde de iso (regimul anterior) și de faza de conectare.

Cea mai mare valoare a curentului de scurtcircuit se atinge atunci când regimul anterior este fără sarcină.

Pentru fazele B și C variația curentului de scurtcircuit va fi analoagă, dar datorită fazei diferite a curenților curbele rezultă modificate.

Examinând curba curentului de scurtcircuit se observă că acesta atinge valoarea instantanee maximă după o semiperioadă (0.01s). Valoarea maximă a curentului de scurtcircuit în perioada tranzitorie se numește curent de șa și se ia în considerare în calculul stabilității dinamice a aparatelor și barelor :

(9)

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

(10)

unde :

(11)

se numește coeficient de șoc și arată de câte ori este mai mare curentul de șoc valoarea maximă a componentei periodice a curentului de scurtcircuit.

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

Expresia practică de calcul a valorii maxime a curentului de șoc :

(12)

Valoarea efectivă a curentului de șoc :

(13)

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

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

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

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

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

Metoda componentelor simetrice necesită calculul a trei componente independente ( de secvență directă, inversă și homopolară), fără legături între ele în afara condițiilor de la locul de scurtcircuit. Determinarea curentului de scurtcircuit la locul de defect K este posibilă cu ajutorul unui generator echivalent de tensiune. Generatorul echivalent de tensiune reprezintă tensiunea reală la locul de scurtcircuit înainte de apariția acestuia.

Schema echivalentă pentru calculul curenților de scurtcircuit cu componente simetrice în cazul unui scurtcircuit trifazat ( figura 4.2.1.)

Schema echivalentă pentru calculul curenților de scurtcircuit cu componente simetrice în cazul unui scurtcircuit monofazat ( figura 4.2.2.):

Se vor calcula curenții de scurtcircuit trifazați în punctele K1, K2 în diferite situații:

a). Curentul de scurtcircuit în punctul K1, când este în funcțiune o singură linie de 110 kV ( figura 4.2.4.)

Parametrii cunoscuți:

puterea de scurtcircuit pe barele de 110 kV din stația Brașov Sk=5442 MVA;

lungimea liniei L=2 km, conductorul liniei fiind din OLAL 3×185 mm2, rezistența liniei r0=0,16 /km, reactanța liniei x0=0,4 /km ( conform tabelului din anexa 11, din PE 134/95);

factorul de tensiune c=1,1 pentru tensiuni nominale între 20 – 220 kV ( conform tabelului 2 din pagina 84, din PE 134/95). Factorul de tensiune este raportul dintre tensiunea sursei echivalente și tensiunea Un/3. El are rolul unui factor de corecție.

Se desenează schema de secvență directă pentru scurtcircuit în punctul K1:

Se calculează impedanța sistemului și a liniei:

– impedanța sistemului, a rețelei de alimentare:

;

– impedanța liniei electrice aeriene:

– impedanța totală până la defect:

– se calculează curentul de scurtcircuit trifazat în punctul K1:

– se calculează curentul de șoc:

– factorul de șoc, se ia din grafic (fig.5, pag. 89 din PE 134/95) în funcție de raportul R/X, sau se poate calcula aproximativ cu formula:

b). Curentul de scurtcircuit în punctul K1, când sunt în funcțiune ambele linii de 110 kV( figura 4.2.5.):

Se desenează schema de secvență directă pentru scurtcircuit în punctul K1:

– impedanța totală până la defect:

– se calculează curentul de scurtcircuit trifazat în punctul K1:

– se calculează curentul de șoc:

c). Curentul de scurtcircuit în punctul K2, când este în funcțiune o singură linie de 110 kV și un singur transformator de putere ( figura 4.2.6.):

Se desenează schema de secvență directă pentru scurtcircuit în punctul K2:

– cunoscând caracteristicile transformatorului de putere, se calculează impedanța:

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

– impedanța totală până la defect:

– deoarece defectul este pe partea de 20 kV, rezistențele, reactanțele și impedanțele trebuie să le raportăm la tensiunea de bază cu relația: ;

R=3,513 ;

X=55,773 ;

– se calculează curentul de scurtcircuit trifazat în punctul K2:

– se calculează curentul de șoc:

;

d). Curentul de scurtcircuit în punctul K2, când este în funcțiune o singură linie de 110 kV și două transformatoare de putere ( figura 4.2.7.):

Se desenează schema de secvență directă pentru scurtcircuit în punctul K2:

– impedanța totală până la defect:

– deoarece defectul este pe partea de 20 kV, rezistențele, reactanțele și impedanțele trebuie să le raportăm la tensiunea de bază cu relația: ;

R=2,133 ;

X=29,393 ;

– se calculează curentul de scurtcircuit trifazat în punctul K2:

– se calculează curentul de șoc:

;

e). Curentul de scurtcircuit în punctul K2, când sunt în funcțiune două linii de 110 kV și două transformatoare de putere ( figura 4.2.8.):

Se desenează schema de secvență directă pentru scurtcircuit în punctul K2:

– impedanța totală până la defect:

– deoarece defectul este pe partea de 20 kV, rezistențele, reactanțele și impedanțele trebuie să le raportăm la tensiunea de bază cu relația: ;

R=1,973 ;

X=28,993 ;

– se calculează curentul de scurtcircuit trifazat în punctul K2:

– se calculează curentul de șoc:

;

f). Curentul de scurtcircuit în punctul K2, când sunt în funcțiune două linii de 110 kV și un transformator de putere ( figura 4.2.9. ):

Se desenează schema de secvență directă pentru scurtcircuit în punctul K2:

– impedanța totală până la defect:

– deoarece defectul este pe partea de 20 kV, rezistențele, reactanțele și impedanțele trebuie să le raportăm la tensiunea de bază cu relația: ;

R=3,353 ;

X=55,373 ;

– se calculează curentul de scurtcircuit trifazat în punctul K2:

– se calculează curentul de șoc:

;

Calculul curentului de scurtcircuit monofazat pe barele de 20 kV, în situația în care sunt în funcțiune cele două linii și cele două transformatoare ( figura 4.2.10. ):

– se desenează schemele echivalente de secvență directă, inversă și homopolară pentru un scurtcircuit în punctul K2.

– deoarece defectul este pe partea de 20 kV, rezistențele, reactanțele și impedanțele trebuie să le raportăm la tensiunea de bază cu relația: ;

R=5,32 ;

X=84,35 ;

– se calculează curentul de scurtcircuit monofazat în punctul K2:

– se calculează curentul de șoc:

;

Stabilirea regimului optim de funcționare a transformatoarelor

Transformatoarele de putere, din stațiile de transformare pot funcționa în paralel dacă îndeplinesc următoarele condiții:

să aibă aceleași tensiuni nominale primare și secundare;

să aibă aceleași tensiuni de scurtcircuit, cu abateri în limitele 10%;

să aibă aceeași grupă de conexiune sau aceleași grupe de conexiuni admise să funcționeze în paralel;

să aibă raportul între puterea celui mai mare și a celui mai mic transformator de maximum 2.

Funcționarea în paralel a transformatoarelor este economică dacă pierderile totale de putere activă sunt mai mici decât în cazul funcționării separate.

Stabilirea regimului optim de funcționare al transformatoarelor T1 și T2 când sarcina este variabilă, pentru aceasta folosim schema în a transformatorului ( figur 5.1. ):

RT și XT – rezistența și reactanța transformatorului constituind elemente ale transformatorului, în .

GT și BT – conductanța și susceptanța transformatorului constituind elemente transversale ale transformatorului, în S.

Pentru a calcula elementele transversale și longitudinale ale transformatorului avem nevoie de caracteristicile transformatoarelor: SnT, U1n, U2n, usc%, i0%, P0, Psc.

Caracteristicile transformatoarelor: YNd – 11, 1109×1,78%/22 kV, SN=25 MVA, U1n=110 kV, U2n=22 kV, usc%= 10,9%, i0%=4%, P0=21 kW, Psc=143 kW.

Calculul elementelor longitudinale:

Reactanța transformatorului se calculează cu relația:

usc* – este tensiunea de scurtcircuit raportată;

Rezistența transformatorului se determină din expresia puterii absorbită de transformator la încercarea în scurtcircuit:

psc* – pierderile de scurtcircuit raportate;

Calculul elementelor transversale:

Admitanța transformatorului se calculează cu relația:

i0* – curentul de mers în gol raportat;

Conductanța transformatorului se poate calcula din expresia pierderilor de mers în gol ale transformatorului:

p0* – pierderile de mers în gol raportate;

Susceptanța transformatorului se poate determina din expresia admitanței:

Determinarea pierderilor

– de putere activă:

p0 – pierderi la mers în gol;

ps – pierderi datorate traversării transformatorului de către sarcină;

– de putere reactivă:

q0 – pierderi la mers în gol;

qs – pierderi datorate traversării transformatorului de către sarcină;

– coeficient de încărcare a transformatorului: 1=I1/I1n;

– pierderi totale:

ke – echivalentul energetic al puterii reactive, care se calculează cu formula următoare:

Pentru un transformator pierderile se pot scrie sub forma următoare care este de fapt expresia unei parabole:

Pentru doua transformatoare de puteri egale avem relațiile următoare:

Din reprezentarea grafică a celor două ecuații care reprezintă două parabole deducem punctul de intersecție al celor două parabole, care are valoarea SA.

Din grafic se observă că pentru o sarcină cuprinsă între 0 și SA este avantajoasă funcționarea doar a transformatorului T1 ( figura 5.2.).

Pentru sarcini mai mari decât SA pierderile totale de putere sunt minime la funcționarea cu două transformatoare.

Calculul curenților în regim nominal

Parametrii transformatoarelor 110/22 kV sunt:

Sn=25 MVA;

Usc%=10,9%;

U1n=110 kV;

U2n=22 kV;

Curentul nominal al celulelor transformatoarelor vom calcula cu relația:

(curentul nominal din primarul transformatorului de putere).

(curentul nominal din secundarul transformatorului de putere).

Curentul nominal al barelor de 110 kV: IBare110=2*I1n=262,4 A.

Pentru calculul curentului de durată pe barele de 20 kV, se consideră situația când transformatoarele de putere funcționează în suprasarcină cu 30% timp de 30 minute.

Curentul maxim de durată la 20 kV se calculează cu expresia:

.

Curentul nominal pe barele de 20 kV: IBare20=2*852,8=1705,6 A.

Circuite electrice primare

Alegerea barelor și a izolatoarelor

Creșterea tensiunii nominale a rețelelor electrice a fost posibilă în măsura în care tehnica a putut realiza izolatoare corespunzătoare.

Izolatoarele se folosesc în instalațiile electrice și servesc la fixarea elementelor conducătoare de curent, la izolarea lor față de pământ și de alte părți ale instalațiilor care se găsesc la altă tensiune, precum și la îmbinarea mecanică a părților aflate la potențiale diferite.

Din punct de vedere al destinației, izolatoarele se construiesc pentru a fi folosite la liniile electrice aeriene, precum și ca izolatoare de trecere și izolatoare suport.

Izolatoarele pentru linii sunt destinate funcționării în aer liber, iar cele de trecere și suport – pentru funcționarea în instalații exterioare sau interioare.

Caracteristicile principale ale izolatoarelor sunt următoarele :

– izolatorul străpungibil (St) este izolatorul la care distanța disruptivă (distanța disruptivă este distanța cea mai mică prin materialul izolatorului între elementele metalice cu potențiale electrice diferite) este mai mică decât jumătate din distanța disruptivă (prin aer) ;

– izolatorul nestrăpungibil (Ns) este izolatorul la care distanța disruptivă prin corpul izolatorului este cel puțin egală cu jumătate din distanța disruptivă exterioară (prin aer) ;

– distanța disruptivă exterioară izolatorului este distanța cea mai mică între părțile metalice sub o tensiune pe o cale care nu trece prin materialul izolatorului ;

– linia de fugă este cea mai mică distanță pe suprafața izolatorului între părțile metalice aflate la potențiale electrice diferite. În cazul izolatoarelor compuse din mai multe elemente, linia de fugă este egală cu suma liniilor de fugă ale elementelor componente ;

– linia de fugă specifică este raportul dintre lungimea liniei de fugă exprimată în cm și tensiune maximă de serviciu între faze exprimată în kV ;

– străpungerea reprezintă descărcarea disruptivă prin corpul izolant solid al izolatorului ;

– conturnarea reprezintă descărcarea disruptivă exterioară izolatorului, producându-se între părțile ce sunt supuse în mod obișnuit la potențiale diferite ;

– tensiunea minimă de conturnare la frecvență industrială (50 Hz) în stare uscată sau umedă (sub ploaie) este cea mai mică tensiune de frecvență industrială care produce conturnarea izolației ;

– tensiunea de ținere 1 minut la frecvență industrială în stare uscată sau sub ploaie este tensiunea maximă prescrisă la frecvență industrială aplicată în stare uscată sau sub ploaie pe izolator timp de un minut, fără a produce conturnarea sau străpungerea ;

– tensiunea de 50% conturnări la tensiune de impuls în stare uscată este tensiunea de impuls care produce conturnarea izolației pentru jumătate din numărul impulsurilor aplicate.

Pentru a asigura izolația corespunzătoare tensiunii instalației, izolatoarele nu trebuie să permită străpungerea nici conturarea izolatorului. În general, probabilitatea de conturnare este mai mare decât probabilitatea de străpungere. Acest lucru depinde de construcția izolatorului și de starea mediului ambiant.

În funcție de destinația lor, izolatoarele pot prelua eforturi mecanice diferite. De exemplu, la liniile electrice aeriene, izolatoarele de susținere preiau numai greutatea conductorului, a chiciurii și presiunea vântului, iar izolatoarele de tracțiune preiau în plus și eforturile de tracțiune din conductoare.

În plus, izolatoarele de exterior sunt supuse la variații de temperatură lente sau bruște. Astfel, când un izolator este încălzit de razele soarelui și apoi este udat brusc de o ploaie rece, sau când un izolator la suprafața căruia se produce o conturnare este răcit sub influența variațiilor de temperatură, în special a celor bruște, iau naștere în masa izolatorului eforturi interne care pot conduce la distrugerea acestuia.

Creșterea temperaturii izolatorului poate influența și asupra calității lui electrice, favorizând deteriorarea izolatorului prin străpungere ca urmare a efectului de instabilitate termică.

Barele colectoare reprezintă în circuitele primare ale stațiilor și posturilor de transformare calea de curent care primește și distribuie energia în diferite circuite ale instalației, constituind partea din circuitul primar prin care se leagă între ele diferitele echipamente.

Din punct de vedere al execuției, barele colectoare pot fi : rigide, flexibile și capsulate, iar după locul de montaj : de interior sau de exterior.

Barele colectoare pot fi formate din unul sau mai multe sisteme de bare, fiecare sistem putând fi format din unul sau mai multe secții.

Barele colectoare trebuie prevăzute cu inscripții clare și vizibile care să indice : denumirea fazei, sistemului de bare, secției de bare.

Denumirea fazei va fi indicată prin literele R, S, T, respectiv culorile roșu, galben, albastru. Marcarea sistemelor de bare se va face cu cifre arabe, iar cea a secțiilor aceluiași sistem de bare, cu litere majuscule. Ordinea de marcare la exterior și la interior se va face, de regulă, începând de la calea de rulare a transformatoarelor principale, iar în interior dinspre culoarul de deservire. Se va păstra aceeași ordine în întreaga instalație. La extinderi de instalații se vor păstra marcajele existente.

Barele colectoare și de derivație rigide se vopsesc pe tot traseul, mai puțin îmbinările și locul de montare a scurtcircuitoarelor. Barele colectoare și de derivație flexibile vor fi marcate în punctele de fixare pe izolatoare și aparate.

Barele colectoare rigide vor fi prevăzute cu racorduri electrice pentru legături la bornele aparatelor și cu piese de dilatare pe traseu. Îmbinările barelor colectoare se vor face numai prin sudură sau șuruburi, fiind interzisă lipirea.

Barele colectoare vor fi prevăzute cu cuțite de legare la pământ pe fiecare sistem și secție. Excepție pot face barele de medie și joasă tensiune, care în loc de cuțite de legare la pământ se pot pune cu ajutorul scurtcircuitoarelor mobile. În acest scop ele vor fi prevăzute cu puncte accesibile marcate pentru montarea scurtcircuitoarelor.

Legăturile la pământ ale elementelor barelor colectoare se vopsesc cu culoare neagră, exceptând îmbinările.

Distanțele între faze și între sistemele de bare vor fi alese conform normelor în vigoare. Izolația barelor colectoare se va alege în concordanță cu gradul de poluare al zonei.

Atât conductorul, cât și elementele de susținere și îmbinare a barelor colectoare vor fi verificate la solicitările mecanice și electrodinamice, atât la proiectare, cât și în exploatare, ori de căte ori se schimbă condițiile de calcul. De asemenea, barele colectoare și elementele componente vor fi verificate la solicitări termice la proiectare și în exploatare când se schimbă condițiile de calcul (puteri de scurtcircuit, circulații de puteri). Temperatura maximă de regim a barelor nu trebuie să depășească 70 șC. Barele colectoare vor fi prevăzute cu cleme și armături corespunzătoare materialului și secțiunii conductorului din care sunt confecționate.

La preluarea în exploatare a barelor colectoare se va urmări respectarea condițiilor de utilizare și se vor face următoarele verificări și probe :

măsurarea rezistenței de izolație ;

verificarea cu tensiune mărită ;

verificarea continuității legăturilor la priza de pământ a izolatoarelor suport și a ecranelor ;

verificarea fazelor instalației ;

verificarea distanțelor minime dintre elementele aflate sub tensiune a diferitelor faze, precum și până la construcțiile puse la masă ;

măsurarea tangentei unghiului de pierderi dielectrice și a capacității trecerilor izolate de 110 kV și mai mult, umplute cu ulei și a trecerilor izolate din materiale izolante organice ;

verificarea continuității barelor ;

verificarea existenței armăturilor de protecție la lanțurile 110, 220, 400 kV ;

încercarea etanșeității barelor capsulate prin verificarea stării garniturilor. La barele colectoare capsulate se va verifica dacă sunt îndeplinite indicațiile furnizorului.

În exploatarea curentă a barelor colectoare se va urmării :

încălzirea căilor de curent și în special a îmbinărilor dintre diferitele elemente ale barelor, dintre barele colectoare și cele de derivație, dintre barele de derivație și echipamente ;

integritatea legăturilor la pământ ale elementelor barelor colectoare ;

integritatea izolatoarelor de susținere și de trecere, urme de conturnări – străpungeri ;

integritatea conductoarelor barei și a ramificațiilor, în special în jurul îmbinărilor ; se va urmării dacă există urme de material topit, ciupituri, fire rupte sau desfăcute din conductorul multifilar ;

prezența unor obiecte sau materiale aruncate pe bare ;

integritatea și strângerea îmbinărilor și clemelor ;

gradul de corodare, în special la conductoarele funie OLAL ;

starea stratului de unsoare de protecție la izolatoarele de exterior, la stațiile din zone poluate care necesită ungerea izolației ;

distanța dintre faze în special la exterior ;

starea elementelor de susținere a barelor, în sensul de a nu prezenta fisuri, înclinări, ancore rupte parțial sau total ;

starea de curățenie a barei și curățirea periodică, în funcție de gradul de poluare din zonă.

Curentul nominal pe barele de 20 kV: IBare20=2*852,8=1705,6 A.

Alegerea barelor rigide de 20 kV se face din tabel (tabelul 5.4, pag.72 din PE 111-4/93), ținând cont de coeficientul de corecție k2 ( coeficient care depinde de temperatură). În cazul nostru am ales k2=0,68, pentru temperatura =35+15=50 C ( se consideră temperatura barelor 50 C, din tabel se poate alege secțiunea barelor pentru temperatura de 35 C).

Conductorul care se va alege trebuie sa permită vehicularea unui curent de durată, egal cu:

Din tabel (5.4 din PE 111-4/93) se găsesc următoarele soluții posibile:

Se alege soluția cea mai economică (consum minim de material), conductor format dintr-un pachet de trei bare cu secțiunea dreptunghiulară 80×10, care în condițiile din tabel admite în curent maxim:

Itabel=2660 A > 2508,2 A.

Pentru condițiile reale din instalație, pachetul de conductoare va admite:

Idurata=Itabel*k2=2660*0,68=1808,8 A > 1705,6 A.

Barele alese se verifică în funcție de condițiile de rezistența mecanică la scurtcircuit.

Barele sunt alcătuite din câte 3 benzi de aluminiu cu secțiunea 80 x 10 mm fiecare. Distanța dintre izolatoare în lungul benzii este de 675 mm, distanța dintre faze 100 mm, iar distanța dintre distanțiere de 450 mm. Valoarea de șoc a curentului de scurtcircuit este de 30,22 kA.

Forța care solicită bara datorită acțiunii reciproce a barelor vecine, deci a interacțiunii dintre faze este :

[Kgf]

în care :

a – este distanța dintre axele barelor a două faze vecine, în cm ;

l – distanța (deschiderea în lungul unei faze, între punctele de fixare a barelor pe izolatoare, în cm ;

isoc – valoarea de șoc a curentului de scurtcircuit, în kA.

[Kgf]

F=109,11 [Kgf]

Considerând bara ca o grindă simplu rezemată, cu multe deschideri și sarcina uniform distribuită momentul de încovoiere rezultă :

[Kgfcm]

[Kgfcm]

Componenta efortului care ia naștere în bare datorită interacțiunilor dintre faze va fi :

[Kgf/cm2]

în care :

M – este momentul de încovoiere ;

W – modulul de rezistență al secțiunii barei în raport cu axa principală de inerție perpendiculară pe planul de dispoziție a fazelor.

în care : b= 1 cm, n=8 cm.

[cm3]

[Kgf/cm2]

Forța datorită interacțiunii dintre benzile pachetului :

în care :

b – grosimea benzii, în cm ;

lb – distanța dintre axele pieselor de distanțare ale pachetului, în cm ;

isoc – valoarea de șoc a curentului de scurtcircuit trifazat, în kA ;

k1, k2 – coeficienți de formă, k1 se referă la interacțiunea dintre banda extremă și cea de mijloc, iar k2 la interacțiunea între benzile extreme.

k1 și k2 se găsesc în funcție de valorile :

fb=40,43 [Kgf]

Momentul de încovoiere datorat forței fb pentru grinzile sprijinite la capete :

[Kgfcm]

Componenta efortului care ia naștere în material datorită interacțiunii dintre benzile pachetului :

în care caz modulul de rezistență este :

[cm3]

[Kgf/cm2]

Valoarea totală de calcul a efortului din material :

[Kgf/cm2]

Pentru asigurarea stabilității mecanice a barelor este necesar să se respecte condiția :

în care :

a – rezistența la încovoiere admisibilă pentru materialul barelor.

În cazul de față, cu barele executate din aluminiu rezistența la încovoiere admisibilă este :

a=650 [Kgf/cm2]

136,58 < 650

Barele alese verifică condiția stabilității mecanice.

Forța care acționează asupra izolatorului de susținere este egală cu F :

F = 109,11 Kgf.

Pentru această solicitare, este necesar ca pentru bare să se aleagă izolatoare de susținere tip I 3, 75–75–195 STAS 5852–72, care admit o solicitare de 375 kgf.

Verificarea stabilității termice

Deși sunt de scurtă durată, trecând prin conductoare curenții de scurtcircuit, le pot încălzii până la temperaturi înalte, inadmisibile. Verificarea conductoarelor, în cazul de față barele, la stabilitate termică constă în determinarea temperaturii lor de încălzire sub acțiunea curenților de scurtcircuit și în compararea acesteia cu temperatura de calcul, maximă admisibilă a conductorului respectiv :

maxadm= 200 C pentru bare de aluminiu.

Temperatura finală f , până la care conductorul este încălzit sub acțiunea curenților de scurtcircuit se calculează cu ajutorul curbelor din figura 46, pagina 137. Pentru aceasta mai întâi trebuie determinată mărimea :

în care :

Ai – se determină după aceleași curbe pentru temperatura inițială a conductorului (înainte de scurtcircuit) ;

I – curentul permanent de scurtcircuit ;

tf – timpul fictiv, în s ;

s – secțiunea conductorului, în mm2.

Dar stabilitatea termică poate fi determinată și pe baza secțiunii minime a conductorului, corespunzător temperaturii maxime admisibile max în care cazul unei temperaturi inițiale i :

în care :

Am și Ai sunt valorile determinate pentru temperatura maximă admisibilă maxadm și temperatura inițială i.

Alegerea întreruptoarelor de înaltă tensiune

Întreruptoarele sunt aparate electrice de comutație destinate să conecteze, să suporte și să întrerupă curenții de sarcină și de defect care apar în rețea.

Funcțiunea cea mai importantă a întreruptoarelor este întreruperea automată a circuitelor electrice în momentul apariției curenților de scurtcircuit. Întreruperea curenților de defect se realizează de regulă folosind momentul trecerii naturale a acestui curent prin zero.

Este deosebit de important ca stingerea arcului electric să se facă pe cât posibil la prima trecere a curentului de defect prin zero, deoarece energia degajată de arc este teoretic nulă în acest moment. Acest lucru este posibil numai prin obținerea unei rigidități cât mai mari a spațiului dintre contactele întreruptorului în momentul deschiderii acestuia.

Principalele caracteristici tehnice ale întreruptoarelor sunt :

Tensiunea nominală [ kV ]. Este tensiunea de funcționare în regim nominal. Ea poate lua una din valorile : (3) ; 6 ; 10 ; (15) ; 20 ; (25) ; (30) ; (60) ; 110 ; 120 ; 400 kV. Valorile din paranteză se vor evita, ele nefiind mărimi standardizate.

Curentul nominal [A]. Este curentul de funcționare în serviciu continuu. El poate lua una din valorile : 400 ; 630 ; 800 ; 1250 ; 1600 ; 2000 ; 2500 ; 3150 ; 4000 ; 5000 ; 6300 A.

Frecvența nominală [ Hz]. Este frecvența de lucru în serviciu continuu. La noi în țară frecvența standardizată este de 50 Hz.

Nivelul de izolație nominal. Reprezintă valoarea tensiunii de ținere la impuls normalizat pozitiv și negativ și de ținere 1 minut la frecvență industrială, pe care trebuie s-o suporte izolația unui întreruptor destinat a fi utilizat într-o rețea expusă la supratensiuni de origine atmosferică.

Capacitatea nominală de rupere a curenților de scurtcircuit. Reprezintă curentul cel mai mare pe care întreruptorul este capabil să-l întrerupă în cazul unui scurtcircuit. Capacitatea nominală de rupere la scurtcircuit se exprimă prin două valori ale curentului de rupere măsurate în momentul separării contactelor întreruptorului :

valoarea eficace a componentei periodice [kA], care poate avea una din valorile : 6,3 ; 8 ; 10 ; 12,5 ; 16 ; 20 ; 35 ; 40 ; 50 ; 63 ; 80 ; 100 ;

valoarea procentuală a componentei aperiodice, care se determină conform STAS 3684.

Capacitatea nominală de închidere la scurtcircuit. Reprezintă de 2,5 ori valoarea eficace a componentei periodice a capacității sale de rupere nominale la scurtcircuit.

Secvența nominală de manevră. Reprezintă posibilitățile de acțiune ale întreruptorului în caz de defect. Pentru întreruptoarele de construcție românească sunt adoptate de regulă următoarele două secvențe nominale :

D – 3 min – ID – 3 min – ID, la întreruptoarele ce nu vor funcționa în regim de RAR.

D – 0,3 s – ID – 3 min – ID, la întreruptoarele ce vor funcționa în regim de RAR. În ambele secvențe, D reprezintă operația de deschidere, iar ID – operația de închidere urmată imediat de operația de deschidere.

Durata admisibilă nominală a curentului de scurtcircuit. Reprezintă timpul în care întreruptorul fiind închis, poate suporta fără deteriorări un curent egal cu capacitatea sa nominală de rupere la scurtcircuit.

Durata nominală de închidere. Reprezintă intervalul de timp dintre momentul în care mărimea care lucrează asupra dispozitivului de acționare a întreruptorului atinge valoarea de lucru și momentul în care contactele întreruptorului se închid, stabilind circuitele la toți polii.

Durata nominală de deschidere. Este intervalul de timp dintre momentul în care mărimea care lucrează asupra dispozitivului de acționare a întreruptorului atinge valoarea de lucru și momentul în care contactele întreruptorului se separă, întrerupând circuitele la toți polii.

Durata nominală de întrerupere. Reprezintă intervalul de timp dintre momentul în care mărimea care lucrează asupra dispozitivului de acționare a întreruptorului atinge valoarea de lucru și sfârșitul circulației de curent la toți polii.

Întreruptoarele pot fi clasificate după mai multe criterii :

După numărul de poli : întreruptoare mono-, bi- sau tripolare.

După felul instalației : întreruptoare de interior sau de exterior.

După nivelul de izolație : întreruptoare cu izolație normală și cu izolație întărită.

După modul de acționare : cu acționare monofazică sau cu acționare trifazică.

După mediul de stingere a arcului electric, întreruptoarele pot fi :

întreruptoare cu mediu de stingere lichid (ulei) ;

întreruptoare cu mediu de stingere gazos (hexafluorură de sulf, aer comprimat) ;

întreruptoare cu vid ;

întreruptoare cu mediu de stingere gazogenerator ;

întreruptoare cu suflaj magnetic.

Alegerea întreruptoarelor de înaltă tensiune se face pe baza următoarelor principii : principiul de stingere al arcului, valorile nominale ale frecvenței, tensiunii (inclusiv nivelul de izolație) și curentului, ciclul de funcționare nominal, duratele proprii de funcționare, capacitatea de rupere și capacitatea de închidere nominale, posibilitatea de manevră în situații speciale, stabilitate termică și electrodinamică la scurtcircuit, condițiile de mediu, sistemul de acționare, detaliile constructive de întreținere și exploatare, zgomotul în timpul manevrării. Întreruptoarele cu ulei puțin sunt foarte răspândite, până la cele mai mari tensiuni și puteri de rupere. Ele sunt de o construcție simplă și robustă, au o foarte bună comportare în exploatare, iar revizia este rapidă și ușoară.

Viteza de rupere a arcului fiind moderată, supratensiunile produse sunt mici. Aceste aparate fiind foarte potrivite pentru condițiile de echipare a unei stații de distribuție vor fi folosite în exclusivitate.

Alegerea întreruptoarelor, se face în funcție de îndeplinirea următoarelor condiții :

felul instalației : interior sau exterior ;

;

, unde  ;

, unde (Ssc puterea aparentă de rupere) ;

timpul de rupere : , unde , (k coeficient ce depinde de tipul conductorului ales) ;

verificarea la stabilitatea termică :  ;

verificarea la solicitare dinamică : .

Întreruptoare de 110 kV

Pentru celulele de 110 kV alegem un întreruptor performant, cu mediu de stingere al arcului electric cu SF6, de construcție ABB (conform graficului prezentat mai jos), tip LTB D1/B ( din figura 6.2.1. și 6.2.2. ).

Caracteristici principale și avantaje

Întreruptorul LTB D se bazează pe o tehnologie de întrerupere verificată, și prezintă următoarele avantaje:

Întreruperea ușoară a curenților capacitivi datorită puterii mari a dielectricului gazului și optimizării deplasării contactelor (fără reaprindere).

Rigiditatea dielectrică asigurată la presiunea atmosferică a gazului SF6 datorită unei distanțe mari între contacte.

Nivel de zgomot redus, se poate monta în zone rezidențiale.

Rezistența crescută la seism datorită optimizării designului polului și structurii (0,5 g cu spectru de răspuns în cf. cu IEC 61166).

Fiabilitate ridicată și durată mare de viață.

Forțe mici de acționare.

Teste dovedind 10 000 operații (închis-deschis).

Contacte principale distincte de cele de rupere.

Garnituri duble pentru a asigura o rată scăzută de scăpări (<< 1% pe an).

Componente proiectate modular, asamblate și testate.

Proiectate pentru condiții extreme ale mediului.

Ușor de instalat, bună funcționare.

Mecanismul de acționare tip BLK

Întreruptorul tip LTB D este acționat de un macanism de acționare cu arcuri și motor electric de tip BLK.

Un BLK este folosit pentru acționări trifazate și trei BLK se folosesc pentru acționare monofazată.

Întreruptorul are următoarele caracteristici ( conform tabelului de mai jos):

tensiunea nominală 145 kV;

curentul nominal 3150 A;

capacitatea nominală de rupere 40 kA;

timpul total de rupere t=40 ms;

Întreruptoare de 20 kV

Pentru celulele de 20 kV alegem un întreruptor performant, cu mediu de stingere al arcului electric în vid, de construcție ABB, tip VD4 .

Întreruptoarele cu vid de tip VD4 sunt concepute pentru a fi utilizate în interior, în sisteme de comutație izolate în aer. Capacitatea lor de comutație este suficientă pentru a face față oricăror cerințe ce decurg din comutația echipamentelor și componentelor sistemului, în condiții normale și anormale de lucru, în particular scurtcircuite, în limitele impuse de parametrii tehnici ai acestora. Întreruptoarele în vid au avantaje speciale când sunt utilizate în rețele unde este o frecvență de comutație mare la curenți nominali și/sau unde sunt de așteptat un număr de condiții de producere a scurtcircuitelor. Întreruptoarele de tip VD4 sunt potrivite pentru operații de reanclanșare și au o fiabilitate și o durată de viață excepționale. Întreruptoarele de tip VD4, proiectate sub formă de coloane, pot fi livrate fie ca unități individuale, pentru instalații fixe, fie montate pe un șasiu.

Structura lor de bază este reprezentată în figurile 2/1 și 2/2.

• Temperatura mediului ambiant:

– Maxima +40°C

– Maxima mediilor pe 24 de ore +35°C

– Minima -5°C

• Umiditate:

– Maxima mediilor, măsurată în 24 de ore 95%

– Maxima mediilor, măsurată într-o lună 90%

• Altitudinea maximă de operare:

– <1000 m deasupra nivelului mării.

Principiul de stingere al întreruptorului cu vid

Datorită presiunii statice foarte scăzute în camera de stingere, de la 10-4 la 10-8 mbar, este nevoie doar de o mică distanță între contacte pentru a obține o rigiditate dielectrică mare.

Arcul este stins la una dintre primele treceri naturale prin zero.

Datorită spațiului mic dintre contacte și a conductivității mari a plasmei formată din vapori metalici, tensiunea pe arc și în plus – datorită timpului scurt de ardere – energia din arc asociată, sunt foarte mici, fapt ce are efecte benefice asupra vieții contactelor și astfel asupra vieții întregii camere de stingere.

Principalele caracteristici ale întreruptorului VD4, sunt următoarele:

tensiunea nominală 24 kV;

curentul nominal 1250 A;

capacitatea nominală de rupere la scurtcircuit simetric 25 kA;

capacitatea nominală de rupere la scurtcircuit asimetric 27,3 kA;

durata nominală a scurtcircuitului 3 s;

timp de rupere <60 ms.

Alegerea separatoarelor de înaltă tensiune

Separatoarele sunt aparate de comutație care în poziția deschis asigură o întrerupere vizibilă a circuitelor electrice din care fac parte.

Separatoarele sunt constituite din următoarele elemente principale :

a) Sistemul de contacte, care poate fi alcătuit dintr-un contact fix și unul mobil, sau două contacte mobile, constituind calea de curent a separatorului.

b) Sistemul izolator, care este format din izolatoarele suport ale contactelor precum și din tija sau tijele izolante care transmit mișcarea de la dispozitivul de acționare la contacte.

c) Dispozitivul de acționare, care asigură închiderea sau deschiderea separatoarelor. Acestea pot fi cu acționare manuală pneumatică sau electrică.

d) Construcția metalică de asamblare și susținere, care realizează asamblarea și susținerea din punct de vedere mecanic a elementelor de mai sus.

Principalele caracteristici tehnice ale separatoarelor sunt :

tensiunea nominală [kV] reprezintă tensiunea de funcționare în regim nominal ;

curentul nominal [A] este curentul de funcționare în regim nominal ;

valoarea efectivă a curentului limită termic [kA] reprezintă valoarea maximă a curentului de defect ce poate trece prin separator timp de o secundă, fără ca să se depășească limita de încălzire admisibilă ;

valoarea de vârf a curentului limită dinamic [kA max] reprezintă valoarea de vârf a primei alternante a curentului de scurtcircuit pe care separatorul îl suportă din punct de vedere dinamic.

Separatoarele pot fi clasificate după mai multe criterii :

după numărul de poli : separatoare mono-, bi- sau tripolare ;

după felul instalației : separatoare de interior sau de exterior ;

după modul de instalare : separatoare montate în paralel, montate în linie ;

după modul de deplasare a contactelor : separatoare cuțit, rotative, basculante, de translație, pantograf e.t.c. ;

după poziția de instalare : separatoare pentru montare în plan vertical, orizontal, sau atât în plan vertical cât și în plan orizontal ;

după prezența sau absența dispozitivelor de legare la pământ a polilor : separatoare fără dispozitive de legare la pământ, cu un dispozitiv de legare la pământ sau două dispozitive de legare la pământ ;

după nivelul de izolație : cu izolație normală sau întărită.

Pentru instalațiile de 110 kV, separatoarele alese sunt de tip STEP, tensiunea nominală 123 kV, curentul nominal 1600 A, curentul de stabilitate termică 40 kA, curentul de stabilitate dinamică 80 kA.

Alegerea transformatoarelor de măsură

Transformatoare de curent

La alegerea reductorilor de curent se vor ține seama de următoarele criterii: frecvența și tensiunea nominală, numărul fazelor, curentul nominal primar și secundar, conexiunea înfășurărilor secundare, clasa de precizie, numărul înfășurărilor secundare, raportul de transformare, coeficientul de saturație nominal, sarcina secundară nominală, detalii constructive, condiții de mediu.

Transformatoare de curent pentru instalațiile de 20 kV

Transformatoarele de măsură de curent de tip TPU ( figura 6.4.1.) servesc pentru transformarea valorii curenților primari la o valoare a curentului secundar de 1A sau 5A, valori prescrise în standarde.

Acești curenți sunt potriviți pentru echipamentele de măsură și protecție. În același timp, transformatoarele fac o separare între circuitul de tensiune medie din primar față de circuitul de joasă tensiune din secundar, asigurându-se în acest fel siguranța personalului operator.

Aceste transformatoare sunt utilizate în rețele de medie tensiune (de la 3.6 kV la 25 kV), la un curent primar de la 10 A la 3200 A. Tipul TP6U, poate fi folosit pentru tensiuni de până la 25 kV.

Corespunzător, acesta corespunde testului în tensiune alternativă și valorii de impuls de tensiune de străpungere.

Curentul din secundar este de obicei de 1 A sau 5 A. De asemenea pot fi livrate și transformatoare cu două înfășurări, curenții din secundar având valorile de 1 A respectiv 5 A.

Curenții termici de scurtă durată (Tthn=1s) sunt luați din seria de curenți de: 4; 6,3; 8; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100 kA. Există o strânsă legătură între valoarea curentului de scurtcircuit și precizia de măsurare cerută a transformatorului.

Curentul dinamic este de cel puțin 2,5 ori mai mare decât curentul de scurtă durată (2,5xIthn) (kA).

Puterea de ieșire este luată din seria recomandată de valori a puterii: 5 VA; 10 VA; 15 VA; 20 VA; 30 VA; 40 VA; 45 VA; 60 VA.

Clasele de precizie pentru înfășurările de măsură sunt 0,2; 0,5; 1; 3 și 5 P și 10 P pentru înfășurările de protecție.

Transformatoarele satisfac clasa de precizie pentru o încărcare între 25% și 100%. Transformatoarele operând în subsarcină sau suprasarcină au o reducere de precizie corespunzătoare.

Transformatoarele de măsură de acest tip reprezintă transformatoare cu o singură înfășurare sau cu o înfășurare primară multiplă care, împreună cu alte părți constructive active este acoperită cu rășină epoxidică (de exemplu înfășurarea și circuitele magnetice).

Rășina epoxidică îndeplinește ambele funcții de izolare și structură de rezistență.

Transformatoarele pot fi montate în orice poziție care este considerată mai potrivită.

Transformatoare de curent pentru instalațiile de 110 kV

Transformatorul ales este de tip IMB, de fabricație ABB. Transformatoarele sunt umplute cu cuarț granulat impregnat în ulei, ceea ce asigură izolația electrică într-un design compact și cu o cantitate minimă de ulei.

Transformatoarele IMB au o construcție flexibilă ceea ce permite, de exemplu, o înfășurare mai mare și / sau altele mai mici (sarcină în secundar).

Înfășurarea primară este alcătuită din unul sau mai multe conductoare paralele de Al sau Cu, în formă de U, și mai multe straturi izolante. Straturile de izolație sunt realizate din hârtie specială asigurând o rezistență mecanică și de izolație mărită, pierderi dielectrice reduse și o bună comportare la îmbătrânire. Transformatoarele pot avea până la 4 înfășurări secundare.

Parametrii transformatorului de curent sunt următoarele:

tensiunea nominală 123 kV;

linia de fugă 3160 mm;

curentul nominal din secundar 5A;

curentul nominal din primar 600 A;

curentul maxim de scurtcircuit 31,5 kA;

curentul maxim dinamic 63 kA;

clasa de precizie 0,2; 0,5; 1;

puterea secundară nominală 20, 40, 60 VA.

6.4.2. Transformatoare de tensiune

Alegerea transformatoarelor de tensiune se face pe baza următoarelor criterii: tensiunea nominală primară și secundară, clasa de precizie, puterea secundară, detalii constructive, condiții de mediu, schema de conexiuni, principiul de funcționare.

Transformatoare de tensiune pentru instalațiile de 20 kV

Transformatoarele de tensiune tip TJP pentru instalațiile de 20 kV sunt complet izolate deoarece sunt încapsulate într-o rășină termoepoxidică. Fiabilitatea funcționării și durata lungă de viață este realizată prin condițiile ridicate de vid atinse în timpul procesului de impregnare când transformatorul este încapsulat în rășina epoxidică întărită la temperaturi înalte. Rezistența la temperatură a izolației ca și alte părți ale ansamblului sunt conforme cu specificațiile clasei de izolație E.

Transformatoarele de măsură de tensiune de tip TJP sunt transformatoare monofazate cu un singur pol izolat (de exemplu ele au un capăt al înfășurării primare și bornele acesteia izolate față de pământ la nivelul de izolare standard. Când este operațional, celălalt capăt al înfășurării primare este legat la pământ. Pentru aplicații pentru care împământarea sistemului trifazat este ineficientă, transformatoarele se furnizează de obicei cu două înfășurări secundare din care una este folosită pentru măsurare și protecție și a doua este folosită pentru monitorizarea defectelor la pământ. Pentru sistemele trifazate, transformatoarele sunt aranjate în grupuri de câte 3 și sunt conectate astfel: înfășurările primare și secundare sunt conectate în stea, iar înfășurarea auxiliară este conectată în conexiune triunghi deschisă. Un terminal al înfășurării primare, un terminal al înfășurării secundare și un terminal al înfășurării auxiliare triunghi deschisă trebuie împământate când transformatorul lucrează în sarcină. Pentru a da posibilitatea testării izolației în înfășurări, prizele fiecărei înfășurări primare este scoasă la o bornă separată, testată la tensiunea de 3kV. Acest terminal este situat în partea opusă blocului de terminale secundar și legat la un bloc de terminale auxiliar conectat la rândul lui la terminalul de împământare al transformatorului.

Transformatoarele de măsură de tensiune de tipul TDP sunt monofazate proiectate să aibă doi poli izolați. Toate componentele aparținând înfășurării primare, inclusiv terminalele sunt izolate față de pământ la nivelul care coincide cu nivelul tensiunii de izolație nominale a acestei înfășurări. Într-un sistem trifazat, conductorii primari sunt conectați între fazele individuale la tensiunea de linie, în cele mai multe cazuri într-un grup de 2 unități (conexiunea “V”). În timpul funcționării, unul din terminalele secundarului transformatorului trebuie să fie împământat.

Parametrii tehnici principali al transformatorului de tensiune 20 kV ales, sunt:

tip TJP 6;

Tensiunea de testare (efectiva) (kV) 50 kV;

Cea mai înaltă tensiune a echipamentului (efectivă) (kV) 24 kV;

Tensiunea nominală primară (V) 22000/3;

Tensiunea nominală secundară (V) 100/3; 110/3;

Frecvența nominală (Hz) 50;

Clasa de precizie 0.5/1/3/3P/5P;

Puterea nominală a înfășurărilor secundare (VA) 50/100/200/400;

Transformatoare de tensiune pentru instalațiile de 110 kV

Transformatorul de tensiune ales este de tip CPA, capacitiv. Divizorul capacitiv de tensiune constă din unul sau mai multe izolatoare de porțelan maro sau gri deschis montate suprapus. Fiecare unitate conține un mare număr de condensatoare montate în serie, impregnate în ulei. Izolatorul este complet umplut cu ulei de impregnare, ținut sub o ușoară suprapresiune de către sistemul de expansiune. Divizorul capacitiv standard, de tip CSA este montată pe o unitate electromagnetică , rezultând un transformator de tensiune capacitiv complet de tip CPA sau CPB.

Divizorul capacitiv și unitatea electromagnetică sunt conectate intern, izolate în ulei, ceea ce asigură o clasă de precizie ridicată. Transformatorul are un miez magnetic din oțel magnetic de înaltă calitate, pe care este bobinată o înfășurare din conductor de cupru dublu bobinat și emailat. Înfășurarea primară este divizată într-o înfășurare principală și un set de înfășurări de echilibrare disponibile în exterior. Tensiunea nominală intermediară este de aproximativ 22/3 kV.

Parametrii transformatorului de tensiune sunt următoarele:

tip CPA/CPB 123;

numărul de capacitori de porțelan 1;

capacitatea nominală 14300 pF;

linia de fugă total 3160 mm;

tensiunea nominală primară 123 kV;

clasa de precizie 0,2; 0,5; 1; 3P;

tensiunea infășurărilor secundare 100/3; 110/3;

Alegerea celulelor de medie tensiune prefabricate

Pentru amenajarea stației de 20 kV se folosesc celule prefabricate de tip ZS1 prevăzute cu întreruptor debroșabil cu vid , de tip VD 4, cu transformatoare de curent și de tensiune, panou de comandă tip MMI. Celulele sunt fabricate pentru diverse nivele de tensiune și pot fi dotate și cu alte aparataje (separatoare de linie, de bare, siguranțe fuzibile etc.).

Celulele prefabricate sunt destinate să funcționeze în următoarele condiții:

temperatura aerului cuprins între –15 C și +40 C;

altitudine până la 1000 m;

umiditatea relativă maximă a aerului este de 65% la temperatură de 25 C;

Celulele de 20 kV alese au următoarele caracteristici :

tensiunea nominală 24 kV;

curentul nominal 2500 A;

curentul maxim de scurtcircuit 25 kA.

A – compartiment pentru barele 20 kV;

B – compartimentul întreruptorului;

C – compartimentul pentru cablu;

D – compartimentul de joasă tensiune;

1 – bare de 20 kV;

2 – contacte fixe;

3 – întreruptor debroșabil;

4 – cuțit de legare la pământ a cablului;

5 – transformator de curent;

6 – transformator de tensiune;

7 – panou de comandă, interfață de comunicare om-mașină.

Alimentarea serviciilor proprii de curent continuu si curent alternativ

7.1. Servicii interne de curent continuu

Instalația de servicii proprii va asigura întregul consum aferent consumatorilor de curent continuu ai stației de 110 kV și 20 kV.

Schema monofilară a serviciilor interne (serviciilor proprii) ale stației Triaj este prezentată în planșa nr. 7.

Tensiunea nominală (Un) de alimentare a consumatorilor de curent continuu este de 220 V +10%, – 15%, cu ambii poli izolați față de pământ.

Sursa de alimentare de bază a serviciilor proprii de curent continuu este constituită de 2 redresoare tip Thyrotronic D400. Redresoarele sunt cu stabilizare automată a tensiunii și limitarea curentului. Fiecare redresor va fi conectat la câte o secție de bare și va putea asigura, în proporție de 100%, curentul necesar consumatorilor și încărcării bateriei.

Sursa de alimentare de rezervă este constituită de o baterie de acumulatoare formată din 35 de blocuri de 6V, tip 4OpzV 200, de 200 Ah, produse de firma Sonnenschein. Fiecare bloc al bateriei este alcătuit din câte trei elemente a 2 V (3 x 2 V = 6 V). Blocurile din care este alcătuită bateria sunt etanșe iar electrolitul este fixat în gel. Ca urmare nu se produc scurgeri de lichid sau degajări de vapori, iar degajările de gaze sunt extrem de reduse. În consecință bateria este fără întreținere și nu necesită cheltuieli pentru: reumplere cu apă, amenajări speciale de instalare și nici instalație de ventilare forțată. Pentru protecție antiseismică blocurile bateriei de acumulatoare vor fi susținute de stelaje metalice.

Bateria este conectată la ambele secții de bare. Cele 2 secții de bare de la care se alimentează radial consumatorii de curent continuu sunt realizate în dulapuri de curent continuu amplasate în camera de comandă.

Bateria de acumulatoare se va amplasa în camera destinată acestui scop, situată lângă camera de comandă (vezi planul nr.1).

Redresoarele și dulapurile de distribuție de curent continuu vor fi instalate în camera de comandă, în locurile indicate în planul nr.1 și trebuie să funcționeze în următoarele condiții:

Condiții de mediu:

– temperatura: maximă + 40 C

minimă -5 C

– temperatura de stocare / transport -40 C la +70 C

– umiditatea relativă fără condens 35 75%

– condiții de praf normale

Altitudine < 1000 m

7.2. Servicii interne de curent alternativ

Instalația de servicii interne va asigura întregul consum aferent consumatorilor de curent alternativ ai stației de 110 kV și 20 kV.

Schema de alimentare a serviciilor interne ale stației Triaj este prezentată în planul nr. 7 și 8.

Tensiunea nominală (Un) de alimentare a consumatorilor de curent alternativ este de 400/230 V, cu neutrul legat ferm la pământ.

Sursa de alimentare a serviciilor interne (SI) este constituită din două transformatoare de 100 kVA, 20/0,4 kV, care asigură, fiecare, 100 % consumul necesar serviciilor interne. Fiecare transformator este conectat la câte o secție de bare, atât pe partea de medie tensiune cât și pe partea de joasă tensiune. Pentru protecția transformatoarelor de S.I. au fost prevăzute siguranțe fuzibile în celulele aferente din stația de 20 kV și întreruptoare automate, echipate cu relee electronice, în dulapurile de SI de 0,4 kV. Cele două secții de bare de pe partea de joasă tensiune sunt legate între ele cu o cuplă cu întreruptor.

Întreruptoarele de 0,4 kV ale transformatoarelor de SI ca și întreruptorul cuplei sunt acționate cu electromotor. Aceste trei întreruptoare sunt conectate într-o schemă care permite Anclanșarea Automată a Rezervei (AAR). În regim de funcționare normală fiecare transformator alimentează câte o secție de bare a SI de curent alternativ. Dacă se va produce o întrerupere în funcționarea unui transformator, acesta va fi deconectat automat de la barele de 0,4 kV și se va închide cupla, asigurându-se alimentarea ambelor secții de bare de la transformatorul aflat în funcțiune.

Transformatoarele de 100 kVA se vor instala fiecare în câte o boxă special destinată acestui scop. Boxele respective sunt situate în clădirea blocului de comandă (vezi planul nr.1).

Dulapurile de distribuție de curent alternativ vor fi instalate în interior, în camera de comandă, în locurile indicate în planul nr.1 și trebuie să funcționeze în următoarele condiții:

Condiții de mediu:

– temperatura: maximă + 40 C

minimă -5 C

– temperatura de stocare / transport -40 C la +70 C

– umiditatea relativă fără condens 35 75%

– condiții de praf normale

Altitudine < 1000 m

Instalații de legare la pământ

Pentru asigurarea securității oamenilor în instalațiile electrice cu tensiunea până la și peste 1000 V se construiesc instalații de legare la pământ.

Toate părțile metalice ale instalațiilor sau ale echipamentului electric, care în mod normal nu sunt sub tensiune, dar care ar putea fi puse sub tensiune în urma unei deteriorări a izolației se leagă la pământ. Instalațiile de legare la pământ sunt destinate unor funcții multiple în stațiile electrice și posturile de transformare, printre care se pot enumera următoarele :

a) asigurarea securității personalului de deservire sau a altor persoane care ating diferite carcase, elemente de susținere sau de îngrădire a instalațiilor și echipamentelor care pot intra accidental sub tensiune ; se urmărește realizarea deconectării rapide a sectorului în care a avut loc defectul și limitarea tensiunilor de atingere și de pas sub valorile maxime admise ;

b) stabilirea potențialelor față de pământ a unor puncte aparținând circuitelor normale de lucru, ca de exemplu legarea la pământ a punctelor neutre a unor rețele trifazate, a punctelor unor transformatoare de măsură, e.t.c. ;

c) crearea unor circuite pentru funcționarea protecției împotriva punerilor la pământ în rețele ;

d) realizarea protecției împotriva supratensiunilor atmosferice sau datorită unor cauze interne (de exemplu, supratensiunilor de comutație) ;

e) legarea la pământ a unor elemente, făcând parte din circuitele curenților de lucru ale instalației, scoase de sub tensiune pentru lucrări, în vederea descărcării de sarcinile capacitive și pentru evitarea apariției unor tensiuni periculoase (neprevăzute) în timpul executării lucrării.

Instalațiile de legare la pământ destinate scopurilor de mai sus se încadrează în următoarele patru categorii :

instalațiile de legare la pământ de protecție împotriva electrocutărilor (cele de la punctele a și e) ;

instalațiile de legare la pământ de exploatare (cele de la punctele b și c)

instalațiile de legare la pământ de protecție împotriva supratensiunilor (cele de la punctul d) ;

instalații de legare la pământ folosite în comun pentru protecție și pentru exploatare.

În cele mai numeroase cazuri, condițiile cele mai grele de dimensionare rezultă pentru instalațiile de legare la pământ de protecție împotriva electrocutărilor.

În marea majoritate a cazurilor întâlnite în practică, instalațiile de legare la pământ sunt folosite în comun, iar dimensionarea lor este determinată de protecția împotriva electrocutărilor.

O instalație de legare la pământ la o stație electrică sau post de transformare este constituită din :

prize de pământ ;

rețeaua conductoarelor principale de legare la pământ ;

conductoarele de ramificație racordate la conductoarele principale ;

legăturile dintre rețeaua conductoarelor principale și prizele de pământ, prevăzute cu piesele de separație necesare pentru verificări.

Piesele de separație pentru măsurări se montează între conductoarele principale (sau de ramificație) și de priza de pământ artificială.

Dacă electrozii prizelor destinate dirijării distribuției potențialelor constituie și conductoare principale de legare la pământ, piesele de separație pentru măsurări se montează între aceștia și priza de pământ artificială.

Rețeaua conductoarelor principale se va racorda la priza (prizele) de pământ prin cel puțin două legături separate. Excepție fac prizele de pământ naturale singulare, care se pot lega la conductoarele principale printr-o singură legătură.

Legarea la pământ urmează să fie realizată pentru toate elementele metalice care nu fac parte din circuitele curenților de lucru, dar care, în mod accidental, ar putea intra sub tensiune printr-un contact direct, prin defecte de izolație sau prin intermediul unui arc electric, cum sunt :

carcasele echipamentelor și elementele metalice sau de beton armat de susținere a acestora (inclusiv tuburile metalice de protecție a conductoarelor electrice) ;

îngrădirile de protecție, atât cele fixe cât și cele mobile (demontabile), dacă nu au o legătură electrică sigură în exploatare cu alte elemente legate intenționat la pământ ( prin sudare sau înșurubare asigurată) ;

elementele metalice, inclusiv armăturile metalice ale construcțiilor de beton armat ale clădirilor, în care pot fi atinse din interiorul sau exteriorul încăperii respective ; se au în vedere în special instalațiile de înaltă tensiune, unde ramificații importante ale curenților de defect se pot scurge în pământ prin astfel de elemente, precum și faptul că prin racordarea acestora la instalația de legare la pământ generală se evită diferențe de potențiale periculoase în incinta instalației respective ;

părțile metalice ale stâlpilor (inclusiv armăturile metalice ale stâlpilor de beton armat) pe care există aparataj electric ; se leagă, de asemenea, la pământ stâlpii metalici și de beton armat fără aparataj, care se află în zone cu circulație frecventă de persoane în apropiere ; prin aparataj electric se înțelege unul sau mai multe echipamente din următoarele categorii : transformatoare de forță și de măsură, bobine, condensatoare, descărcătoare, siguranțe, întreruptoare, separatoare e.t.c. ;

suporturile de fixare ale izolatoarelor la intrările conductoarelor în clădiri și armăturile (flanșele metalice) izolatoarelor de trecere prin pereți, este de asemenea, necesar ca plăcile din material izolant destinate traversării conductoarelor prin perete să fie încadrate (individual sau în comun) de către o ramă metalică legată de pământ ;

armăturile și învelișurile metalice ale cablurilor electrice, atât ale celor de energie (forța și lumina), cât și ale celor de control, comandă, teletransmisii e.t.c., acestea din urmă în special pentru egalizarea potențialelor în instalație ;

elementele de acționare a aparatelor ; se exceptează desigur cele din material izolant corespunzător tensiunii nominale de serviciu a instalației ;

conductoarele de protecție ale liniilor electrice aeriene cu stâlpi metalici sau din beton armat, precum și descărcătoarele de orice tip ;

bornele speciale destinate legăturilor la pământ ale transformatoarelor de măsură și care sunt marcate cu semnul legăturilor la pământ.

Ca regulă generală, fiecare obiect în parte se racordează la instalația de legare la pământ de protecție printr-o ramificație separată, individuală ; nu se acceptă legarea între ele a două sau mai multor obiecte și numai a unuia dintre acestea la instalația de legare la pământ de protecție. Nu este obligatorie racordarea directă la instalația de legare la pământ prin conductor de ramificație individual a următoarelor categorii :

carcasele metalice ale utilajelor și ale aparatelor electrice montate pe panouri, tablouri, pupitre sau alte construcții metalice sau de beton armat, dacă sunt în contact electric permanent, de rezistență neglijabilă (prin sudură sau înșurubări asigurate) cu elemente de susținere, iar acestea din urmă sunt legate la pământ prin ramificații separate ;

suporturile sau armăturile metalice ale izolatoarelor, traversele și consolele aflate prin construcție în contact electric cu stâlpul metalic sau cu armătura metalică a stâlpului de beton armat, care se leagă obligatoriu la pământ în condițiile arătate mai sus.

Nu este obligatorie legarea la pământ a suporturilor sau a armăturilor izolatoarelor, a traverselor, consolelor și a corpurilor de iluminat montate pe stâlpi de lemn sau alte construcții din lemn ale liniilor sau stațiilor electrice exterioare, dacă se îndeplinesc următoarele condiții : legarea acestor elemente la pământ nu este condiționată de protecția împotriva supratensiunilor atmosferice, porțiunea de stâlp dintre ele și sol nu este șuntată prin elemente conducătoare (cum ar fi învelișul metalic al unui cablu, tubul de protecție metalic al unor conductoare e.t.c.), iar stâlpul nu se află la o încrucișare aeriană cu altă linie.

Nu este, de asemenea, obligatorie legarea la pământ a obiectelor aparținând instalațiilor și echipamentelor electrice cu tensiuni nominale până la cel mult 380 V curent alternativ (între faze) și 440 V curent continuu, dacă se respectă următoarele condiții :

obiectele respective se află în încăperi cu grad mic de pericol caracterizate prin aceea că sunt uscate (umiditate relativă sub 75%), sunt încălzite și ventilate, sunt prevăzute cu pardoseli uscate izolante (ca de exemplu, cele din lemn, asfalt e.t.c.) sau sunt acoperite cu materiale electroizolante verificate periodic ;

distanța minimă pe orizontală între carcasele sau elementele metalice de susținere a echipamentelor electrice, precum și cea dintre acestea și alte obiecte metalice în contact cu pământul, conducte de apă sau gaze, elemente de calorifer, este de 0,8 m, în cazul locuințelor și ale încăperilor social-administrative și de 1,25 m, pentru încăperile industriale.

Rezistenta instalației de legare la pământ depinde de proprietățile și starea solului în care se află prizele de pământ, de caracterul, numărul și amplasarea electrozilor, cum și de adâncimea lor.

Rezistența prizelor de pământ situate în apropiere de suprafața solului, are variații importante în decursul anului. Sunt supuse unei influențe mai mici prizele din țevi si bare profilate de oțel (cornier), care se plantează în pământ la o adâncime la care distanța de la partea superioară a electrodului până la suprafața solului este de 1 m. În cazuri excepționale această distanță se poate reduce la 0,5 m.

Prizele de pământ au rezistența cea mai mare iarna la înghețarea solului sau, în anotimpul uscat la uscarea lui.

Pentru realizarea prizei de pământ a stației de 20 kV s-au folosit 20 de electrozi din țeavă cu diametrul de 6 cm și de lungime 3 m, îngropați la intervale de 6 m pe un contur închis.

Amplasarea elementelor prizei de pământ artificiale se face astfel încât să se obțină pe cât posibil repartiția uniformă a tensiunii în raport cu pământul pe suprafața ocupată de instalația electrică.

Pentru micșorarea variației valorii rezistenței electrozilor tubulari, provocată de variațiile temperaturii exterioare, ei se plantează în pământ cu capătul lor superior la distanță de 0,7 m sub nivelul solului.

Rezistivitatea solului se poate considera, priza fiind executata în pământ argilos, pentru care limitele valorilor în funcție de umiditate și conținutul de săruri, variază între (0,4 1,6) 104 cm.

Legătura galvanică între cei 20 de electrozi se realizează cu ajutorul unei benzi metalice cu lățimea de 4 cm.

Calculul rezistenței prizei de pământ

Rezistența prizei de pământare, cu electrozi verticali din țeavă se calculează cu relația :

în care :

– rezistivitatea solului, în m

l – lungimea electrodului, în cm

t=q+0.5*l, q fiind distanța, în cm, de la partea superioară a electrodului până la suprafața solului ;

d – diametrul electrodului, în cm.

t=70+300*0,5 [cm]

La o priză formată din mai mulți electrozi rezistența de trecere la pământ Rp , a prizelor formate din n electrozi identici legați între ei este :

în care :

– u este coeficientul de utilizare a electrozilor, u = 0,61

Rezistența de trecere la pământ a benzilor metalice de legătură.

în care :

h – adâncimea de îngropare, în cm ;

Ib – lungimea benzii, în cm ;

b – lățimea benzii, în cm.

lb=20*6=120 m

Rezistența echivalentă Rechiv a prizei de pământ formată din electrozii verticali legați între ei printr-o bandă de legătură este :

Determinarea indicatorilor de fiabilitate la alimentarea cu energie electrică a consumatorilor

La efectuarea calculelor de fiabilitate sunt necesare următoarele informații referitoare la instalația care urmează a fi studiat:

schema tehnologică;

caracteristicile funcționale și parametrii de fiabilitate pentru elementele componente ale schemei tehnologice;

starea de succes, respectiv de insucces, impuse schemei tehnologice, rezultate din funcțiunea specifică pentru dispozitivul respectiv;

perioada de referință și durata de funcționare planificată în perioada de referință;

indicatorii de fiabilitate urmărit prin calcul.

Orice element component al unei instalații energetice se poate afla într-una din următoarele situații:

funcționare;

reparație sau înlocuire în urma unui defect;

reparație planificată (revizie);

în rezervă sau așteptare.

După defectare, elementul intră imediat în reparație sau se înlocuiește, iar în urma reparației își recapătă integral toate proprietățile pe care le-a avut înainte de apariția defectului. Revenirea în stare de funcțiune a unui element, instalație în urma unui defect se poate realiza prin:

reparații, înlocuiri;

manevre manuale;

manevre automate.

Indicatorii de fiabilitate urmăriți prin calcul, pentru o perioadă de referință T, sunt:

numărul mediu anual de întreruperi eliminate prin reparații, M[vR(T)];

numărul mediu anual de întreruperi eliminate prin manevre, M[vM(T)];

durata medie a unei întreruperi eliminate prin reparații, M[Td];

durata medie totală de insucces, M[B(T)];

numărul maxim anual de întreruperi eliminate prin reparații, NRmax;

numărul maxim anual de întreruperi eliminate prin manevre,NMmax;

numărul maxim anual total de întreruperi, Nmax;

durata maximă de restabilire a unei întreruperi, Tdmax.

Schema de alimentare a consumatorilor se transpune într-o diagramă bloc. Fiecare element component al diagramei bloc este caracterizat prin parametrii de fiabilitate următori:

– intensitatea de defectare asociată defectelor din care se revine prin reparații, [h-1];

’ – intensitatea de defectare asociată defectelor din care se revine prin manevre manuale, [h-1];

– intensitatea de reparare, înlocuire, [h-1].

Indicatorii de fiabilitate se determină cu următoarele relații:

Se calculează indicatorii de fiabilitate pentru un consumator de 20 kV, pe o perioadă de referință T=1 an (8760 ore).

Elementele A1 și A2 din figura 9.1.de mai jos sunt elementele echivalente ale stației de 110/20 kV.

Valorile parametrilor de fiabilitate pentru diferitele elemente ale schemei se iau din tabel (conform anexei 1 din PE 013/94):

elementele A1, A2:

A1=1,3*10-4 h-1;

’A1=0,3*10-4 h-1;

A1=480*10-4 h-1;

A2=0,97*10-4 h-1;

’A2=0,002*10-4 h-1;

A2=485*10-4 h-1;

– elementele 1 și 1’ (întreruptoare 110 kV, inclusiv dispozitivul de acționare):

1=1’=(0,02+0,07)*10-4 =0,09*10-4 h-1;

1=1’=(0,09*10-4 )/[(0,02/678)+(0,07/177)]=212*10-4 h-1;

– elementele 2 și 2’ (transformatoare de curent 110 kV):

2=2’=3*0,002*10-4 =0,09*10-4 h-1;

2=2’=150*10-4 h-1;

– elementele 3 și 3’ (transformatoare 110/22 kV):

3=3’=0,057*10-4 h-1;

3=3’=32*10-4 h-1;

– elementele 4, 4’, 9, 12 (transformatoare de curent 20 kV):

4=4’=9 =12= 3*0,003*10-4 =0,009*10-4 h-1;

4=4’= 9=12= 550*10-4 h-1;

– elementele 5, 5’, 7 ,7’, 8, 14 (întreruptoare debroșabile de 20 kV, inclusiv dispozitivul de acționare):

5=5’=7=7’=8 =14= (0,016+0,016)*10-4 =0,032*10-4 h-1;

4=4’=7=7’= 8=14=(0,032*10-4 )/[(0,016/559)+(0,016/772)]= 648*10-4 h-1;

– elementele 6 și 6’ (barele colectoare de 20 kV):

6=6’=0,012*10-4 h-1;

6=6’=597*10-4 h-1;

’6=’6’=10*k1*5=0,032*10-4 h-1; (k1=0,1 conform pct. 6.4. din PE 013/94).

– elementele 10 și 13 (separator tripolar 20 kV):

10=13=0,003*10-4 h-1;

10=13=588*10-4 h-1;

– elementele 11 (LES 20 kV):

11=0,26*2*10-4 =0,52*10-4 h-1;

11=111*10-4 h-1;

În regim normal, consumatorul este alimentat din nodul A1 prin celula de transformator 3, bare colectoare 6 și LES 20 kV. În cazul defectării elementelor cuprinse între nodul A1 și barele de 20 kV se produce o întrerupere în alimentarea consumatorilor din care se revine prin conectarea cuplei longitudinale de 20 kV, restabilindu-se alimentarea prin celula de transformator 3’ și barele colectoare 6’, durata de restabilire fiind de 20 minute.

Defecte urmate de reparații:

Defecte urmate de manevre:

Schema de alimentare se transpune într-o diagramă bloc constituită din conexiuni de elemente serie și paralel, care se va reduce în etape succesive la elementul echivalent „e” ai cărui parametrii de fiabilitate se calculează pe baza următoarelor relații:

Rezultă:

Intensitatea de defectare echivalentă pentru defectele eliminate prin manevre este:

Indicatorii de performantă se calculează cu formulele:

Indicatorii de fiabilitate NRmax , NMmax , Nmax si Tdmax se determină pentru trei valori ale riscului „r” : 0.1, 0.05, 0.02 ;

Pentru determinarea numărului maxim de întreruperi eliminate prin reparații sau/și manevre, se utilizează tabele cu funcția de distribuție Poisson pentru următoarele valori ale produsului T (T=8760):

eT=0,55 pentru determinarea lui „NRmax”;

’eT=0,46 pentru determinarea lui „NRmax”;

(e+’e) T=1,01 pentru determinarea lui „NRmax”;

Durata maximă anuală a unei întreruperi urmată de reparații „Tdmax” se determină utilizând relația:

verificând condiția:

Rezultatele obținute sunt centralizate în tabelul de mai jos:

Bibliografie

PIETRĂREANU, E. : Agenda electricianului. București, Editura Tehnică, 1986.

PREDA, L. s.a. : Stații și posturi electrice de transformare. București, Editura Tehnică, 1988.

LUPU, I. : Exploatarea stațiilor de transformare. Piatra Neamț, Editura „CRY SERV”, 1999.

BĂDULESCU, N. : Linii și stații electrice. București, Editura Tehnică, 1962.

IACOBESCU, Ghe.: Instalații electroenergetice. București, Editura Didactică și Pedagogică1984.

IORDACHE, M. și CONECINI, I. : Calitatea energiei electrice. București, Editura Tehnică, 1997.

PE 111-9/86. Instrucțiuni pentru proiectarea stațiilor de conexiuni și transformare. Elemente de construcții din stațiile exterioare. București, ICEMENERG, 2000.

PE 111-4/93. Instrucțiuni pentru proiectarea stațiilor de conexiuni și transformare. Conductoare neizolate rigide. București, ICEMENERG, 1994.

PE 111-1/92. Instrucțiuni pentru proiectarea stațiilor de conexiuni și transformare. Întreruptoare de înaltă tensiune. București, ICEMENERG, 1993.

PE 126/82. Regulament de exploatare tehnică a echipamentelor electrice din distribuția primară. București, ICEMENERG, 2003.

PE 103/92. Instrucțiuni pentru dimensionarea și verificarea instalațiilor electroenergetice la solicitări mecanice și termice în condițiile curenților de scurtcircuit. București, ICEMENERG, 2002.

1.E.-Ip24/86. Instrucțiuni de proiectare a stațiilor electrice de 6-110 kV. Dispoziții constructive. București, ICEMENERG, 2002.

PE 026/92. Normativ privind proiectarea sistemului energetic național. București, ICEMENERG, 2002.

PE 022-3/87. Prescripții generale de proiectare a rețelelor electrice. București, ICEMENERG, 2002.

PE 101/85. Normativ pentru construcția instalațiilor electrice de conexiuni și transformare cu tensiuni peste 1 kV. București, ICEMENERG, 1999.

PE 101A/85. Instrucțiuni privind stabilirea distanțelor normate de amplasare a instalațiilor electrice cu tensiuni peste 1 kV, în raport cu alte construcții. București, ICEMENERG, 1999.

PE 134/95. Normativ privind metodologia de calcul al curenților de scurtcircuit în rețelele electrice cu tensiunea peste 1 kV. București, ICEMENERG, 1997.

PE 013/94. Normativ privind metodele și elementele de calcul al siguranței în funcționare a instalațiilor energetice. București, ICEMENERG, 1995.