04_statii exterioare

Staiile exterioare cu izolaia n aer (SEIA, respectiv denumirea din limba englez AIS - Air Insulated Switchgear) sunt realizate prin amplasarea n aer liber a instalaiilor i echipamentelor componente. Acest mod de dispunere, considerat clasic, este practicat cu precdere pentru tensiuni nalte i foarte nalte (peste 110 kV) i a fost adoptat iniial din motive preponderent economice. n prezent, existena staiilor capsulate, cu izolaia n gaz (SF6), face ca, mai ales la tensiuni foarte nalte, motivaia economic s nu mai fie favorabil staiilor exterioare cu izolaia n aer. Principalele avantaje ale realizrii de staii exterioare cu izolaia n aer sunt: absena unei cldiri i deci, consum redus de materiale de construcii; timpi de execuie mai redui n comparaie cu staiile amplasate n cldiri; posibiliti de extindere relativ comode; limitarea extinderii avariilor din cauza distanelor mari ntre faze i circuite; acces uor la echipamente pentru exploatarea curent i pentru nlocuire, vizibilitate bun a echipamentelor. Dintre dezavantaje trebuie amintite n primul rnd : suprafeele mari de teren pe care le necesit; expunerea echipamentelor la intemperii i poluare, cheltuieli mai mari de investiie i de exploatare.

deci

Soluiile constructive de realizare n teren a staiilor electrice trebuie s satisfac o serie de condiii cu caracter general privind transportul i distribuia energiei electrice n condiii de calitate i

72

ELEMENTE MODERNE N REALIZAREA STAIILOR ELECTRICE

eficien economic, respectndu-se strict cerinele privitoare la protecia vieii oamenilor i a mediului nconjurtor. 4.1. CONDIII PENTRU REALIZAREA STAIILOR ELECTRICE Amplasarea n teren a componentelor unei staii electrice trebuie s rspund anumitor condiii dictate, att de securitatea exploatrii i a personalului, ct i de aspectele ecologice i economice. Dup cum rezult din rapoarte CIGRE recente, se pot identifica patru mari grupe de criterii privind concepia staiilor electrice ale viitorului [10]: funcionalitatea: ce este necesar ? tehnologia: ce este realizabil? economia: ce este posibil? ecologia : ce este acceptabil? Prioritatea criteriilor s-a schimbat esenial n ultimii ani. n mod fundamental, tehnologia a fost mult timp considerat fora primar i conductoare la nivelul proiectrii. Economia a ocupat locul doi, lundu-se n considerare, mai mult sau mai puin, i criteriul mediului nconjurtor. n prezent i n viitor, mediul nconjurtor ocup poziia cheie, cu criteriul economic pe poziia secund. Unele cerine tehnice, economice i ecologice care trebuie avute n vedere la dispunerea n teren a instalaiilor electrice sunt succint prezentate n cele ce urmeaz. 4.1.1. Condiii legate de tensiunea instalaiei Aceste condiii trebuie respectate pentru ca instalaia s funcioneze n siguran din punct de vedere al izolaiei. Fiecare echipament dintr-o reea este caracterizat prin tensiunea nominal (Un), tensiunea cea mai ridicat pentru echipament (UMe), precum i prin tensiunile de inere la impuls de trznet i la frecven industrial sau la impuls de comutaie. Aceste mrimi sunt date pentru izolaia faz-pmnt i pentru reele cu tensiuni de peste 110 kV inclusiv sunt prezentate n tabelul 4.1 [12].Tabelul 4.1 Niveluri de izolaie asociate celor mai ridicate tensiuni pentru echipament n reele cu tensiuni nominale Un 110 kV Tensiu nea nomin al a reelei, Tensiunea cea mai ridicat a echipamen -tului, Tensiuni nominale de inere La impuls de La impuls de La frecven trsnet, kVmax comutaie, kVmax industrial, kV A B A B A B

Soluii constructive moderne pentru staii exterioarekV 110 220 400 765 kV 123 245 420 787 550 1050 1425 2100 450 950 1425 2100 (440) (750) 1050 1425 (360) (650) 1050 1425 230 460 185 395 -

73

n tabelul 4.1, coloanele A indic valori utilizate pentru toate echipamentele, cu excepia transformatoarelor de putere pentru care sunt prevzute valorile din coloana B. Valorile din paranteze se refer la instalaii la care studiul de coordonare a izolaiei indic posibilitatea apariiei unor supratensiuni de comutaie cu risc de defect mai mare de 10-4. Distane de izolaie minime admise ntre faz-pmnt i ntre faze. Pentru ca izolaia SEIA s suporte tensiunile de inere mai sus amintite, la realizarea constructiv trebuie respectate anumite distane minimale ntre diversele pri ale instalaiei. Prin ncercri n laborator i prin calcule s-au determinat distanele minime admise ntre faz i pmnt sau pri ale instalaiei legate la pmnt, respectiv, distanele minime admise ntre faze. Cel puin pn n prezent, n terminologia din ara noastr distana minim admis ntre faz i pmnt sau pri ale instalaiei legate la pmnt este notat cu A0 , iar distana minim admis ntre faze este notat cu A . Sub alte denumiri, aceste distane se regsesc n normele CEI i n actele normative din toate rile. Distanele minime admise sunt indicate n figurile 4.1 i 4.2 pentru cazul conductoarelor rigide, respectiv al conductoarelor flexibile. Valorile normate n ara noastr pentru aceste distane sunt prezentate n tabelul 4.2 [11].Tabelul 4.2. Distane de izolaie minime admise pentru staii exterioare Simbol al distanei minime A0 A A1 A2 Relaie de calcul 1,1 A0 Un/0,15 A0/2 Valori ale distanelor minime admise, n mm, pentru reele cu tensiunile nominale 110 kV 220 kV 400 kV 765 kV 900 1800 3100 5500 1000 2000 3400 6000 750 1500 2700 5100 450 900 1550 2750

4.1.2. Condiii legate de securitatea personalului Pentru sigurana personalului care efectueaz exploatarea curent a instalaiei sau reparaiile i reviziile se normeaz distane

74


minime admise care trebuie asigurate prin construcia staiei. Sub diferite denumiri aceste distane se regsesc n actele normative din toate rile. Pentru ara noastr, aceste distane sunt cele prezentate n figurile 4.3 - 4.7. Valorile normate sunt prezentate n tabelul 4.3 [11].Tabelul 4.3. Distane minime admise pentru protecia persoanelor care se pot afla n zona unei staii Simbol al distanei minime B1 B2 B3 C D E F G H Relaie de calcul A0+30 A0+100 A0+750 A0+2500 A0+1250 A0+600 A0 A0+1500 Valori ale distanelor minime admise, n mm, pentru reele cu tensiunile nominale 110 kV 220 kV 400 kV 765 kV 930 1000 1650 3400 2150 1500 900 2400 6000 1830 1900 2550 4300 3050 2400 1800 3300 7000 3130 3200 3850 5600 4350 3700 3100 4600 8000 5530 5600 6250 8000 6750 6100 5500 7000 10000

A0

A

A

Conductoare rigide

Fig. 4.1. Distane minime admise n cazul conductoarelor rigide amplasate pe Conductoare izolatoare suport

flexibile

A0

A

A

Conductoare A1 flexibile a) conductoare n poziie de echilibru A1

A2

A2

Conductoare flexibile

Soluii constructive moderne pentru staii exterioare

75

b) conductoare n poziie balans la vnt

c) conductoare n poziie balans dup scurtcircuit Fig. 4.2. Distane minime admise n cazul conductoarelor flexibile prinse cu lanuri de izolatoare

Distane minime admise pentru protecia personalului de exploatare curent. n cazul echipamentelor care se amplaseaz la nivelul solului, pentru asigurarea proteciei personalului de exploatare curent este obligatorie mprejmuirea acestora cu ngrdiri permanente. Distanele minime admise de la prile aflate sub tensiune ale echipamentului i pn la ngrdiri sunt prezentate n figura 4.3. n cazul echipamentelor amplasate pe supori cu o nlime de cel puin 2300 mm nu mai este necesar ngrdirea de protecie a acestora. n acest caz trebuie doar asigurat distana C pe vertical, de la sol la acele elemente ale echipamentelor electrice aflate sub tensiune (fig. 4.4).

C

2000

2000

1500

B1

C

B2

C

B3

76

ELEMENTE MODERNE N REALIZAREA STAIILOR ELECTRICEb) ngrdire cu plas c)

a)ngrdire cu perete plin ngrdire cu barier

Fig. 4.3. Zone de protecie i distane minime admise pentru protecia personalului n cazul echipamentelor sub tensiune amplasate la nivelul solului cu ngrdire de protecie

Fig. 4.4. Distana minim admis pe vertical pentru protecia personalului n cazul echipamentelor supranlate pe supori

Distane minime admise pentru protecia personalului care efectueaz revizii sau reparaii. Pentru personalul care asigur reparaiile i reviziile echipamentelor este necesar asigurarea unor distane minime de protecie care s permit efectuarea lucrrilor n apropierea unor pri de instalaie aflate sub tensiune. Aceste distane, notate cu D i E, se stabilesc n raport cu spaiul de lucru necesar, aa cum se observ n figura 4.5. Distana de protecie pe vertical poate fi redus de la D la E n cazul n care lucrtorul folosete scule uoare i poate ptrunde n zona de protecie numai prin ridicarea minilor. Pentru transportul echipamentelor pe teritoriul staiilor electrice exterioare trebuie prevzute drumuri i spaii corespunztoare astfel nct fa de gabaritul cerut de cel mai mare echipament care trebuie transportat (inclusiv mijlocul de transport) s se respecte pe vertical o distan minim notat cu F, iar pe orizontal o distan minim egal cu E (fig. 4.6).Circuit rmas sub tensiune D(E) XCircuit scos de sub tensiune

Minim 2300 mm

C

Legtur care se demonteaz D E C

Zon de lucru pentru personal

Minim 1900 mm


77

Fig 4.5. Distane minime admise pentru protecia personalului care execut lucrri de reparaii sau revizii

E

F E B 350

350

Gabarit utilaj transport

Fig. 4.6. Distane de protecie minime admise pentru transportul echipamentelor cu instalaia sub tensiune

Distane minime admise pentru protecia personalului care se afl n apropierea incintei mprejmuite a unei staii. O ultim categorie de distane minime care trebuie asigurate prin construcia staiilor se refer la protecia persoanelor care se pot afla ntmpltor n apropierea incintei mprejmuite a unei staii electrice. Aceste distane, notate cu G i H, sunt prezentate n figura 4.7.

D

Gimprejmuire

H Minim 2000 2000220022 202000

78


Fig. 4.7. Distane minime admise pentru protecia persoanelor care se pot afla n apropierea mprejmuirii unei staii electrice exterioare

4.1.3. Compatibilitatea instalaiei cu mediul nconjurtor Prezena instalaiilor electrice n mediul nconjurtor determin o interaciune reciproc, care poate fi abordat nu numai din punct de vedere a influenei mediului ambiant asupra instalaiilor electrice, ci i sub aspectul impactului acestor instalaii asupra mediului. Noiunea de mediu nconjurtor trebuie folosit n sensul larg al cuvntului, incluznd prioritile politice, opinia public i cerinele altor factori ai societii. Aceste cerine i opinii difer de la ar la ar i n mod cert nu sunt aceleai n statele industrializate i n cele n curs de dezvoltare. Cerinele autoritilor sunt acoperite n principal prin legi i reguli. Legile din domeniul energetic sunt comune n cele mai multe ri, fiind, de exemplu, cu privire la: concesionarea construciei LEA; concesionarea construciei staiilor; rspunderea privind daunele provocate de aciunea curenilor electrici; perturbaiile aprute sub influena cmpurilor electromagnetice. Opinia public este interesat de lucrrile de construcie i poate exercita presiuni asupra autoritilor locale. Aceasta influeneaz adesea modul i locul de amplasare a staiilor, fiind n mod nemijlocit interesat de impactul vizual, de zgomot, de valoarea cmpurilor electrice i magnetice, de influenele chimice legate de staiile electrice etc. Sub acest aspect vor fi favorizate proiectele de staii cu durate mai reduse de realizare (construcii de dimensiuni reduse, prefabricate sau modulate, multifuncionale etc.), care conduc la o influen mai redus asupra naturii. n multe ri ale lumii, dar mai ales n zonele cu densitate mare a populaiei, se ntmpin importante dificulti n gsirea unor trasee i a unor spaii pentru realizarea instalaiilor electrice. n condiiile necesitilor de transport a unor puteri mai mari, cu ct tensiunea este mai cobort, cu att mai mult crete numrul liniilor care pleac din staii. Pe de alt parte, realizarea instalaiilor la tensiune mai ridicat necesit un spaiu mai mare. i ntr-un caz i n cellalt, trebuie avute n vedere o serie de probleme impuse de ncadrarea instalaiilor n mediul ambiant.


79

Prin compatibilitate a instalaiei cu mediul nconjurtor se nelege aptitudinea instalaiei de a funciona n mediul su ambiant ntr-un mod satisfctor i fr a produce perturbaii intolerabile pentru tot ceea ce se afl n acest mediu. Impactul staiilor electrice asupra mediului nconjurtor se poate manifesta sub mai multe forme: vizual, sonor, chimic, electromagnetic, psihologic (sentiment de team) etc. Aspectul estetic. ntr-o serie de ri, la alegerea uneia sau alteia dintre variantele de realizare constructiv a unei staii, aspectul estetic al instalaiei i modul ei de ncadrare n peisaj constituie restricii obligatorii, care condiioneaz obinerea aprobrilor necesare construirii staiei. Poluarea vizual produs de staiile electrice poate consta n nearmonizarea lor arhitectural cu zona n care se amplaseaz, convergena unui numr mare de circuite spre acestea etc. i este amplificat de creterea tensiunii nominale, ca urmare a spaiului mai mare necesar pentru amplasare. n unele ri, influena staiilor asupra peisajului este studiat pe calculator. Sunt deja disponibile baze grafice, cu ajutorul crora proiectanii pot studia diverse variante de integrare a staiilor electrice n mediul ambiant existent, fiind alese de exemplu, soluiile care satisfac cel mai bine opinia public. Impactul sonor al staiei asupra mediului ambiant poate fi permanent (provocat de funcionarea transformatoarelor de for sau de descrcrile corona n jurul conductoarelor) sau intermitent (anclanri sau declanri ale aparatelor de comutaie) i poate constitui de asemenea un obstacol n calea obinerii avizelor de mediu necesare realizrii construciei respective. Limitele nivelului de zgomot pentru staii i, n principal, pentru transformatoare difer de la stat la stat i n funcie de zon (urban sau rural), ncadrndu-se ntre 25 i 40 dB. Poluarea chimic. Poluarea atmosferei poate fi provocat, n principal, ca urmare a unei ozonri puternice sub influena descrcrilor corona, mai ales n vecintatea instalaiilor de foarte nalt tensiune. n ceea ce privete SF6, exist reguli de manipulare, fiind acceptate doar scpri minime n atmosfer. Folosirea freonului este complet interzis n multe ri. De asemenea, nu este permis folosirea halogenilor la stingtoarele de incendiu. Poluarea solului i a apelor se poate produce ca urmare a unor scurgeri de ulei sau alte substane chimice, uneori chiar toxice, din

80


instalaii i echipamente electrice. Exist reguli stricte privind manipularea uleiurilor minerale, precum i proceduri privind colectarea scurgerilor de ulei. n unele ri exist, de asemenea, restricii privind utilizarea plumbului, ceea ce poate limita utilizarea bateriilor de acumulatoare cu plci de plumb. Compatibilitatea electromagnetic. Impactul electromagnetic al instalaiilor electrice se manifest n special prin perturbarea instalaiilor radio-TV, a telecomunicaiilor, a circuitelor secundare i a tehnicii de calcul aflate n apropiere, precum i prin cmpul electric i magnetic n zona de influen a staiilor electrice ( circa 35 m msurai pe toate laturile staiei ). Existena cmpului electric intens n vecintatea instalaiilor electrice de nalt tensiune este concretizat prin apariia n zona respectiv a unui gradient ridicat de potenial. Staionarea persoanelor n zonele aflate n apropierea echipamentelor i sub conductoarele liniilor aeriene de nalt tensiune poate conduce la influene periculoase asupra organismului uman. Pe de alt parte, cmpul electric produs de o instalaie de foarte nalt tensiune (peste 245 kV) poate induce un potenial n corpurile bune conductoare de electricitate aflate n acest cmp i izolate fa de pmnt. n condiiile apariiei unei legturi la pmnt, prin locul de contact poate trece un curent de civa miliamperi. Trebuie remarcat faptul c cea mai mic valoare a unui curent perceptibil de ctre om este de 1 mA, iar cel cauzat de tensiunile de pas este de 6-7 mA. Exist de asemenea pericolul unor incendii/explozii, prin producere de scntei n apropierea unor depozite de materiale inflamabile. Mrimea cmpului electric admis n staii variaz de la ar la ar, cu valori cuprinse, de regul, ntre 5 i 30 kV/m, fiind dependent de o serie de factori: zon de acces profesional/public, ntreaga zi de lucru/scurt durat. Cmpurile magnetice reprezint o problem controversat: n rile nordice i n America de Nord se iau n considerare valori admisibile de cteva zeci de microtesla, spre deosebire de valorile n militesla considerate n unele zone din Europa [10]. Determinarea exact a tensiunilor induse i a curentului care se stabilete prin punctul de contact cu pmntul este dificil, datorit dificultilor de modelare. Se consider totui c o distan peste 25 m fa de conductoarele extreme ale instalaiei este suficient pentru a se evita influenele negative ale cmpului electric asupra unor obiecte din mediul nconjurtor. n zona activ a staiilor de foarte nalt tensiune, durata staionrii trebuie


81

limitat, iar lucrrile trebuie efectuate utiliznd instalaii fixe sau costume de ecranare. Echipamentele legate la pmnt i construciile prezint o ecranare natural. Impactul instalaiilor electrice asupra mediului se poate ameliora prin realizarea acestora n interiorul unor cldiri sau capsulat. Rezultate bune n atenuarea impactului asupra mediului se pot obine, de asemenea, amenajnd un spaiu de protecie n jurul staiei, prin plantarea unei perdele de arbori nali, cu coronament bogat. 4.1.4. Economicitatea soluiei constructive Aprecierea economicitii dispoziiei constructive a unei staii electrice se poate face att prin luarea n considerare a investiiilor, ct i a cheltuielilor de exploatare aprute ca urmare a lucrrilor de ntreinere, revizii i reparaii. De asemenea, trebuie luate n considerare i eventualele daune provocate prin ntreruperea alimentrii, ca urmare a unor incidente sau manevre greite, dintre care unele i pot avea originea ntr-un mod defectuos de realizare constructiv a staiei electrice. Dispunerea staiilor electrice presupune ocuparea unor suprafee de teren (cu att mai mari cu ct este mai ridicat tensiunea instalaiei), realizarea unor cldiri i construcii de baz i auxiliare, precum i a unei reele relativ extinse de drumuri i ci ferate. Principalele ci de reducere a investiiilor pentru realizarea constructiv a staiilor electrice sunt: limitarea terenului ocupat; limitarea volumului lucrrilor de construcie; limitarea lungimii cilor de curent i a numrului de izolatoare; simplificarea execuiei . Necesarul de teren n cazul realizrii staiilor de nalt tensiune n aer liber este relativ ridicat. Economia de teren pentru dispunerea staiilor se poate realiza, n funcie de condiiile locale, prin diverse soluii constructive, cum ar fi amenajarea instalaiilor pe mai multe niveluri, folosirea dispoziiilor cu pas redus, amplasarea raional a ansamblului instalaiilor componente ale staiei, utilizarea aparatelor cu funciuni multiple, micorarea distanelor de izolaie i de protecie a personalului prin utilizarea altor medii de izolaie dect aerul atmosferic.

82


Limitarea volumului lucrrilor de construcie presupune reducerea dimensiunilor celulelor i a numrului de niveluri, respectiv, a planurilor de tensiune, precum i adoptarea acelor dispoziii constructive care conduc la cele mai avantajoase solicitrile mecanice ale elementelor constructive. Limitarea lungimii cilor de curent se poate obine prin adoptarea unor dispoziii constructive ct mai compacte, prin utilizarea unor echipamente cu funciuni multiple etc. Reducerea numrului de izolatoare rezult n special ca urmare a limitrii lungimii legturilor conductoare, a susinerii acestora de ctre izolatoarele altor aparate din staie, a utilizrii unor izolatoare cu caracteristici mecanice superioare etc. Utilizarea soluiilor tip i a prefabricatelor pentru realizarea dispoziiilor constructive contribuie la simplificarea lucrrilor de execuie i deci la reducerea investiiilor. Prin tipizarea unui numr relativ redus de dispoziii i dimensiuni cu care se poate realiza o gam larg de variante constructive este posibil nu numai producerea unor prefabricate n serie mare (deci cu costuri mai reduse), dar i simplificarea operaiilor de aprovizionare, precum i creterea productivitii echipelor de montaj. Tendina general de a utiliza celule sau staii complet prefabricate prezint avantaje cunoscute de mult vreme cum ar fi de exemplu: reducerea investiiilor n partea de construcie a staiilor, economie de timp i manoper la montaj, nlocuire rapid etc. Fiind un tot unitar realizat la scar industrial, care se livreaz complet pregtit i ncercat electric, celula sau staia prefabricat beneficiaz de un control de calitate care i garanteaz sigurana i securitatea n funcionare. n plus, cerinele mereu n cretere privind ameliorarea calitii transportului i distribuiei de energie electric conduc spre descentralizarea automatizrilor i dezvoltarea dispozitivelor de teleconducere, a cror realizare industrial permite creterea sensibil a fiabilitii i scderea costurilor. Reducerea cheltuielilor de exploatare i a daunelor provocate de indisponibilitatea instalaiilor electrice. Fiabilitatea crescut a echipamentelor moderne implic o reducere a lucrrilor de ntreinere, faciliti mai mari de diagnosticare i creterea eficienei economice, prin reducerea timpilor de indisponibilitate. n general, la alegerea soluiilor constructive pentru staiile electrice trebuie s se ia n considerare necesitatea asigurrii


83

unui grad raional de comoditate n activitatea personalului de exploatare. Astfel, posibilitatea efecturii lucrrilor de revizii i reparaii se creaz prin izolarea unor zone fr pericol pentru personalul staiei, ceea ce necesit scoaterea din funciune a unor pri din instalaie; volumul lucrruilor poate fi mai mare sau mai mic, n funcie de dispoziia adoptat. Existena unor spaii suficiente pentru accesul n instalaie, cu utilajele de transportat i ridicat necesare, faciliteaz interveniile; cnd spaiile respective nu au fost prevzute corespunztor, trebuie s se recurg la unele amenajri speciale care, de regul, sunt mai costisitoare. 4.2. ELEMENTE CARE INFLUENEAZ REALIZAREA SEIA Soluiile constructive ale staiilor exterioare cu izolare n aer (SEIA) sunt determinate, n principal, de urmtoarele elemente : tipul constructiv al separatoarelor ; tipul constructiv i amplasarea cilor de curent; schema monofilar; restriciile de teren. 4.2.1. Influena tipului de separator Prezena separatoarelor n schemele staiilor electrice ntr-un numr destul de mare este cerut, n primul rnd, de necesitatea asigurrii posibilitii de a lucra la pri din instalaie cu meninerea restului instalaiei sub tensiune. n al doilea rnd, pentru staiile cu mai multe sisteme de bare colectoare, separatoarele de bare au i rolul de selecie a barei colectoare la care se va racorda circuitul. n cazul staiilor electrice exterioare clasice, tensiunea ridicat i izolaia n aer fac ca aceste separatoare s aib gabarit mare i s necesite spaiu i suprafa mare pentru amplasare. Ca urmare, tipul lor constructiv precum i modul de amplasare al fazelor vor influena puternic soluia constructiv a unei staii. Dei exist o destul de mare diversitate, separatoarele folosite n SEIA se pot clasifica n urmtoarele categorii: separatoare cu dou sau trei coloane, cu deplasarea contactului mobil n planul coloanelor (fig. 4.8,a,b,c); la aceste tipuri contactul mobil nu necesit suprafa n lateral pentru deschidere,deci distana ntre faze poate fi minim; n schimb la unele dintre aceste tipuri este mai dificil de realizat legturi verticale la borne;

84


separatoare cu dou sau trei coloane, cu deplasarea contactului mobil ntr-un plan perpendicular pe planul coloanelor (fig. 4.9,a,b,c); aceste tipuri de separatoare necesit suprafa lateral pentru deschiderea contactelor, deci distana ntre faze va fi mai mare; separatoare monocoloan (pantograf, semipantograf, picior de lcust etc.) ; cel mai reprezentativ separator din aceast familie l reprezint separatorul pantograf (fig. 4.10) la care contactul mobil se deplaseaz pe vertical, iar contactul fix este suspendat deasupra de o legtur conductoare; acest separator necesit o suprafa minim dar, n acelai timp, cere o serie de msuri constructive care s asigure nchiderea corect a contactelor; mai trebuie artat c separatoarele monocoloan nu pot avea nglobate n construcia lor cuite de legare la pmnt dect pe partea contactului mobil.

Fig. 4.8. Separatoare cu dou coloane i deplasarea contactului mobil n planul coloanelor

Fig. 4.9. Separatoare cu dou sau trei coloane i deplasarea contactului mobil ntr-un plan perpendicular pe planul coloanelor

Deoarece pentru cele mai multe cazuri separatoarele folosite n SEIA sunt n construcie monofazat, mai ales n cazul separatoarelor cu dou sau trei coloane, modul de amplasare a celor trei faze ale unui separator influeneaz dimensiunile suprafeei ocupate de acesta. n figura 4.11 sunt prezentate diverse moduri de amplasare ale celor trei faze i dimensiunile suprafeei ocupate.


85

Fig. 4.10. Separatoare pantograf i semipantograf

D1 D2 D3

d1

d3 d2 a b c

Fig. 4.11. Moduri de amplasare ale celor trei faze ale separatoarelor cu dou sau trei coloane

Trebuie precizat c, dei ar fi de preferat o amplasare compact, cu fazele alturate (fig. 4.11,a), necesitatea de a realiza ntr-un anume fel i direcie legturile la borne poate obliga i la amplasarea n tandem (fig. 4.11,b) sau semitandem (fig. 4.11,c) a fazelor. Cele trei faze se mai pot amplasa i n diagonal, atunci cnd legturile pe cele dou borne sunt n planuri diferite i au direcii perpendiculare, dar acest mod de amplasare este mai rar folosit deoarece i tandemul i semitandemul permit acest lucru. Mai trebuie menionat c n figura 4.11 nu s-a inut seama la dimensiunea notat cu d de modul de deschidere a contactelor separatoarelor. 4.2.2. Influena tipului constructiv al cilor de curent i a modului de amplasare al acestora Un prim aspect referitor la cile de curent dintr-o staie electric este cel privitor la dispunerea relativ a celor trei

86


faze ale diferitelor circuite care compun staia. n lume se practic trei moduri de dispunere: cu faze asociate, cu faze separate i cu faze mixte . Dup cum se observ i din figura 4.12,a dispoziia cu faze asociate presupune amplasarea celor trei conductoare de faz ale fiecrui circuit unul lng altul. De asemenea, fazele tuturor aparatelor componente ale circuitelor sunt amplasate una lng alta. Acest mod de dispunere, dei conduce la o utilizare mai proast a terenului, are avantajul claritii instalaiei i se practic pe scar larg n staiile exterioare cu izolaia n aer. Dispoziia cu faze separate (fig. 4.12,b) se realizeaz amplasnd att conductoarele ct i polii aparatelor diferitelor circuite aparinnd aceleiai faze unele lng altele. Este un mod de dispunere care elimin riscul scurtcircuitelor ntre faze dar complic exploatarea. Se folosete foarte rar.R

S TRS T

BC1 BC2

R

BC1 BC2 R BC1 BC2 BC1 BC2

S

S T

BC1 BC2 BC1 BC2 BC1 BC2

T

a - dispoziie cu faze cu faze asociate

b - dispoziie cu faze separate

c - dispoziie mixte

Fig. 4.12. Moduri de dispunere a fazelor ntr-o staie electric

Dispoziia cu faze mixte, combin cele dou moduri de amplasare a fazelor circuitelor n sensul c se practic faze separate pentru barele colectoare i separatoarele de bare i faze asociate pentru polii ntreruptoarelor, ai transformatoarelor de curent, ai separatoarelor de linie (fig. 4.12,c). Acest mod de dispunere permite amplasarea de celule fa n fa cu numai dou cmpuri de bare colectoare pentru staiile cu dou sisteme de bare colectoare i un ntreruptor pe circuit


87

Cile de curent folosite n staiile exterioare cu izolaia n aer sunt, practic fr excepie, realizate doar cu dou tipuri de legturi conductoare, ambele neizolate: conductoare flexibile, de regul, sub form de funii ; conductoare rigide, care la tensiuni de peste 110 kV inclusiv sunt sub form de eav. n ceea ce privete materialul din care sunt confecionate, n majoritatea covritoare a cazurilor acesta este aluminiul, respectiv aluminiu-oel pentru funii. n cazul folosirii conductoarelor flexibile se practic dou modaliti de susinere a acestora : - prinse pe stlpi, cadre de susinere sau perei prin intermediul lanurilor de izolatoare de intindere, simple sau duble; n foarte multe situaii, pentru reducerea deplasrilor pe orizontal a conductoarelor se folosesc lanuri de izolatoare duble, n V; - susinute pe izolatoare suport sau pe izolatoarele unor aparate, de regul, separatoare. n figura 4.13 sunt prezentate cele dou modaliti de susinere a legturilor conductoare flexibile la realizarea unei bare colectoare ntr-o staie de 110 kV. Se observ c, n cazul folosirii cadrelor de ntindere, deschiderile dintre acestea pot fi mai mari, ceea ce reduce numrul de cadre i de lanuri de izolatoare folosite. n cazul folosirii izolatoarelor suport, numrul acestora este mai mare (practic trebuie prevzute la fiecare pas celular); n plus mai trebuie rezolvat problema ntinderii funiei la capetele barei colectoare, unde nu se pot utiliza, de regul, tot izolatoare suport, din cauza efortului la ncovoiere la care vor fi supuse. Cile de curent realizate cu legturi flexibile se folosesc, de regul, pn la cureni de aproximativ 1500 A, ceea ce la tensiuni mari acoper majoritatea cazurilor. Mai trebuie menionat c aceste legturi conductoare nu transmit ocurile i vibraiile la aparatele la care sunt racordate. Cicuitele trifazate realizate cu legturi flexibile necesit, de regul, distane mai mari ntre faze comparativ cu circuitele folosind conductoarele rigide din cauza posibilului balans al conductoarelor flexibile. De asemenea, la realizarea elementelor de susinere a legturilor conductoare flexibile trebuie avut n vedere

88


sgeata fcut de acestea, ceea ce limiteaz deschiderea dintre dou cadre de susinere.

a - susinere pe cadre de ntindere cu lanuri de izolatoare

b - susinere pe izolatoare suport Fig. 4.13. Legturi conductoare flexibile utilizate la realizarea barei colectoare a unei staii de 110 kV

Conductoarele rigide utilizate la realizarea cilor de curent din staii sunt susinute numai pe izolatoare suport sau pe izolatoarele unor echipamente ca, de exemplu, separatoarele sau transformatoarele de msurare a curentului. n cazul staiilor exterioare, utilizarea conductoarelor rigide (eav la tensiuni peste 110 kV inclusiv), permite : - distane ntre faze mai mici; - trasee mai complicate; - valori mari ale curenilor. Pe de alt parte, utilizarea conductoarelor rigide necesit un numr mare de izolatoare suport i o serie de msuri care s previn transmiterea eforturilor de dilatare, a ocurilor i vibraiilor la izolatoare i aparate. Se poate ns spune c, folosirea conductoarelor rigide pentru realizarea cilor de curent, permite o mai bun compactare a instalaiei dect n cazul folosirii conductoarelor flexibile.

Soluii constructive moderne pentru staii exterioare 4.2.3. Influena schemei de conexiuni a staiei

89

Schema de conexiuni a unei staii influeneaz n mod evident soluia constructiv, n primul rnd prin numrul de echipamente pe care le conine. Sunt scheme care, de exemplu, au un numr redus de ntreruptoare, deci i separatoare mai puine (ntr-o instalaie de tensiune mare un ntreruptor trebuie flancat de separatoare sau elemente de separare similare). Sunt scheme cu numr mare de ntreruptoare (de exemplu, cte dou pe fiecare circuit), deci i cu multe separatoare. Ori, aa cum s-a artat mai nainte, separatoarele influeneaz cel mai mult o soluie constructiv a unei SEIA. Un alt element al schemei de conexiuni care influeneaz mult soluia constructiv o reprezint numrul de bare colectoare ale unei staii. Pe lng suprafaa ocupat de barele colectoare, modul de racordare la bare a fiecrui circuit reprezint o problem care trebuie rezolvat deoarece implic mai multe separatoare i un anume mod de acces a legturilor la bornele acestora. De exemplu, n figura 4.14 este prezentat schema de conexiuni a unui circuit prevzut cu un singur ntreruptor racordat la dou sisteme de bare colectoare. Se observ c trebuie realizat o legtur ntre Sb1 trei aparate: ntreruptorul I i cele dou separatoare de bare Sb1, respectiv Sb2. Ori pe teren modul de realizare al aceastei I Sb2 legturi va influena puternic Fig. 4.14. Schema de conexiuni a soluia constructiv. Astfel, exist n prezent, n instalaiile rezolvare unui circuit cu un ntreruptor racordat la dou sisteme de bare mai vechi, cel puin patru colectoare modaliti de realizare a acestei legturi. Mai sunt i alte elemente ale schemei de conexiuni care influeneaz soluia constructiv ca, de exemplu, numrul total de circuite ale staiei, prevederea posibilitii de untare a ntreruptorului, numrul circuitelor de cupl, folosirea cuplelor combinate etc. 4.2.4. Influena terenului Terenul pe care urmeaz s se amplaseze o staie electric poate influena soluia constructiv prin mrimea i forma sa.

90


Dac suprafaa de care se dispune este redus atunci, n mod evident, soluia adoptat va trebui s fie o soluia compact, care s necesite puin teren. De exemplu, se poate adopta o soluie n care planul celor trei faze ale barelor colectoare s nu fie orizontal ci nclinat fa de orizontal sau cele trei faze s formeze un triunghi (fig. 4.15). n astfel de situaii se poate impune folosirea legturilor conductoare rigide. Forma terenului de care se dispune poate conduce la adoptarea unor soluii constructive corespunztoare. De exemplu, un teren cu o form alungit poate s nu permit amplasarea de celule fa n fa pe un acelai pas celular. ntr-o astfel de situaie, pentru a rezolva iesirile din staie n ambele pri, va trebui adoptat o soluie care s permit supratraversarea barelor colectoare.

Fig. 4.15. Moduri de amplasare a fazelor legturilor conductoare pentru a reduce suprafaa ocupat

4.3. SOLUII MODERNE N REALIZAREA EXTERIOARE CU IZOLAIA N AER 4.3.1. Aspecte generale

STAIILOR

n ultimul timp, mai muli constructori de echipamente pentru staii electrice propun soluii noi, moderne care urmresc n principal : reducerea suprafeelor ocupate; creterea siguranei n funcionare i a disponibilitii circuitelor;

Soluii constructive moderne pentru staii exterioare reducerea volumului de lucrri necesare echipamentelor; reducerea costurilor de investiii; reducerea costurilor de exploatare i de ntreinere.

91

ntreinerii

Pentru a ilustra n ce msur soluiile moderne pentru staii electrice exterioare cu izolaia n aer i ating scopurile mai sus enunate se va prezenta mai nti o soluie constructiv clasic. Astfel, n figura 4.16 este prezentat o seciune printr-o celul a unui circuit de linie dintr-o staie de 110 kV cu dou sisteme de bare colectoare. Este important de remarcat n acest desen modulul notat simbolic S-I-TC-S, format de separatorul de bare SB , ntreruptorul I, transformatorul de msurare a curentului TC i separatorul de linie SL . Este un modul care se regsete n majoritatea covritoare a staiilor electrice exterioare. Dup cum se observ din desen, n aceast variant constructiv, aa zis clasic, el ocup o parte important a celulei. Punctul slab al acestor soluii clasice, l reprezint separatoarele cu izolaia ntre contactele deschise n aer. Aceste separatoare ocup o suprafa mare, necesit operaii de ntreinere (revizii, reparaii) care, chiar dac nu sunt foarte frecvente, presupun scoaterea din funciune a elementelor staiei care sunt direct racordate la aceste separatoare. Un exemplu concludent l reprezint separatorul de bare, care n cazul unei revizii necesit scoaterea din funciune a barei colectoare respective, cu efecte asupra ntregii staii. Ca urmare, pentru a rezolva aceast problem apar mai multe sisteme de bare colectoare, ceea ce complic staia att constructiv ct i ca exploatare. Un alt element caracteristic acestor soluii l reprezint faptul c elementele componente (separatoare, ntreruptoare, transformatoare de msurare) se nlocuiesc greu, ele trebuind, de cele mai multe ori, reparate pe amplasamentul din staie. Pentru aceasta este necesar prevederea unor zone de lucru cu distane de protecie corespunztoare, deci o suprafa mai mare pentru staie.

92


SL

TC

I 40000

26000

SB

Fig. 4.16. Seciune printr-o celul de linie dintr-o staie de 110 kV

4.3.2. Tendine moderne n construcia echipamentelor electrice n dezvoltarea soluiilor inovative de realizare a staiilor electrice exterioare cu izolaia n aer un rol important l-au avut progresele obinute n construcia echipamentelor electrice. n continuare sunt amintite, foarte succint, doar cteva dintre acestea. ntreruptoarele au devenit mai simple, mai mici i mai uoare chiar la tensiuni foarte mari. n primul rnd aceasta s-a obinut prin reducerea numrului de camere de stingere pe faz. O singur camer de stingere pn la tensiuni de 300 kV i dou camere de stingere la 500 kV este deja ceva obinuit. Un alt element de progres n construcia ntreruptoarelor de nalt i foarte nalt tensiune l reprezint folosirea tot mai mult a autosuflajului n realizarea camerelor de stingere. Aceasta a permis reducerea cantitii de energie necesar funcionrii ntreruptorului i, ca urmare, a crescut fiabilitatea ntreruptorului, disponibilitatea sa i a sczut volumul de lucrri de ntreinere. De asemenea, aplicarea comutaiei controlate a simplificat mult ntreruptorul, care astfel nu mai are nevoie de rezistene sau capaciti n paralel pe camerele de stingere. n civa ani este de ateptat ca toate ntreruptoarele s aib o singur camer de stingere pe faz, s necesite foarte puin energie pentru acionare i s foloseasc izolatoare uoare din materiale compozite. Toate aceste moderniz au permis ca funciile de separare i legare la pmnt s fie integrate ntreruptorului. Ca urmare, o serie de separatoare din circuitele clasice au nceput s fie nlocuite


93

de contacte debroabile foarte sigure n exploatare i care nu necesit ntreinere. Au aprut sensori de curent i tensiune avnd la baz principii optice sau electrice, care nlocuiesc clasicele transformatoare de msurare i care pot fi cu uurin integrai altor echipamente ca, de exemplu, ntreruptoarele. Totodat au fost puse la punct echipamente de control i protecie care pot comunica direct cu aceti senzori i care cer foarte puin energie. Sunt deja n construcie astfel de echipamente care vor lucra direct cu semnale digitale n locul semnalelor analogice. Sistemul clasic de control i protecie poate fi completat cu sisteme care pemit obinerea a numeroase informaii, nu numai referitoare la tranzitul energiei, ci i la comportarea echipamentelor din staie, ca de exemplu: starea gazului din ntreruptoare, numrul de ntreruperi, curenii ntrerupi, viteza contactelor etc. Toate aceste informaii pot fi utilizate ulterior n cadrul operaiilor de ntreinere curent, reparaii etc. Toate aceste funciuni mpreun cu cele standard de protecie i control pot fi integrate n una sau dou uniti de procesare. Bazate pe experiena realizrii liniilor electrice au aprut i n construcia staiilor noi tipuri de izolatoare din materiale compozite care nu mai necesit curare sau ungere, sunt mult mai uoare dect izolatoarele de porelan i sunt mai ieftine. O foarte important contribuie la proiectarea unor soluii inovative de realizare a SEIA a avut-o realizarea unor echipamente cu fiabilitatea ridicat, pe de-o parte i cu ntreienere foarte redus sau chiar fr ntreinere, pe de alt parte. De exemplu, se propun ntreruptoare pentru staiile exterioare care necesit operaii de ntreinere o dat la 10 ani; marea majoritate a contactelor debroabile nu au nevoie de operaii de ntreinere etc. 4.3.3. Direcii de dezvoltare a unor noi soluii n construcia staiilor exterioare Marea majoritate a soluiilor noi, inovative, propuse pentru modernizarea sau construcia unor staii exterioare noi au ca obiect modulul S-I-TC-S prezentat anterior i mai ales nlocuirea separatoarelor clasice avnd contacte mobile i izolaia ntre aceste contacte n aer. Trebuie remarcat faptul c, n proiectarea soluiilor moderne, o mare atenie a fost acordat posibilitii ca acestea s poat fi aplicate cu relativ uurin la modernizarea staiilor existente,

94


avndu-se n vedere numrul mare de staii cu durata de via depit. n continuare sunt succint prezentate cteva dintre direciile n care s-au dezvoltat soluii inovative privind construcia staiilor electrice. O prim direcie const n gruparea aparatelor modului S-ITC-S ntr-o singur unitate constructiv. Aceast unitate, care are aparena unui singur echipament, este prefabricat n condiii corespunztoare n hale industriale, folosindu-se separatoare, ntreruptoare, transformatoare de msurare obinuite, aflate n fabricaie curent. Unitatea necesit un singur utilaj de transport i o singur fundaie, timpul de montaj n staie este redus; de asemenea, poate fi nlocuit relativ rapid. O alt direcie n care s-au dezvoltat soluii inovative are ca obiect realizarea de echipamente care s ndeplineasc mai multe funciuni. Un astfel de echipament poate prelua, de exemplu funciunile cerute de modulul S-I-TC-S. Ideea de baz a acestei direcii de modernizare o reprezint renunarea la separatoarele cu contacte mobile clasice i nlocuirea lor cu contacte debroabile amplasate chiar pe ntreruptor. De asemenea, progresele realizate n construcia echipamentelor folosite la msurarea curentului i tensiunii (n sensul renunrii la transformatoarele de msurare clasice i nlocuirea lor cu traductoare) au permis amplasarea acestora direct pe ntreruptoare, de regul, n izolatoarele de trecere ale acestora. Un alt exemplu poate fi un modul care s nglobeze funciunile aparatelor amplasate pe o plecare de linie: transformatorul de msurare a tensiunii, descrctorul cu rezisten variabil, cuitele de legare la pmnt. O a treia direcie s-a dezvoltat pe baza realizrilor obinute n domeniul staiilor capsulate cu izolaia n SF6 (capitolul 5) i const n realizarea de module S-I-TC-S capsulate n SF6. Aceste soluii au fost gndite mai ales pentru modernizarea staiilor existente prin nlocuirea a uneia sau mai multe celule clasice cu aceste module capsulate cu izolaia n SF6, rezultatul fiind o staie hibrid. O consecin a tuturor acestor progrese n realizarea echipamentelor care compun staiile electrice exterioare i care


95

este de fapt o direcie important de modernizare n domeniul construciei staiilor o reprezint simplificarea schemelor de conexiuni a acestora. Pn acum, mai ales la tensiuni mari, schemele folosite erau cele cu mai multe sisteme de bare colectoare, cu bare de ocolire sau cu mai multe ntreruptoare pe circuit, pentru a se putea funciona fr ntrerupere n cazul reviziilor sau reparaiilor la echipamente. Realizarea de aparate i chiar module ntregi cu fiabilitate ridicat i care, n acelai timp, necesit foarte puin ntreinere (unele chiar deloc) a permis utilizarea schemelor de conexiuni simple cu un singur sistem de bare colectoare, scheme H n diverse variante etc. Evident, prin aceasta se simplific substanial construcia i exploatarea unei staii, se reduc costurile i timpul de realizare. 4.3.3. Exemple de soluii moderne propuse de diverse firme Cele prezentate mai sus sunt exemplificate prin soluii concrete destinate realizrii staiilor electrice exterioare cu izolaia n aer, propuse de cteva firme cu consacrare n domeniul construciei de echipamente. Module S-I-TC-S realizate cu echipamente clasice. Una dintre aceste soluii este cea propus de firma ABB pentru staii cu tensiuni de peste 245 kV inclusiv [5]. Ea const din amplasarea pe un singur schelet a unui ntreruptor tip HPL flancat de dou separatoare cu o singur coloan (tip pantograf) prevzute cu cuite de legare la pmnt i a unui traductor de curent realizat pe principii optice. O schi a acestui echipament este prezentat n figura 4.17, iar n tabelul 4.3 sunt date principalele sale dimensiuni i masa.Tabelul 4.3 Principalele dimensiuni ale modului HPL COMPACT [5] Dimensiuni A, nlime cu sep.deschise, mm B, nlime cu sep.deschise, mm C, lungime, mm D, lime,mm Masa, kg 245 kV 9450 6800 5300 2960 3800 300 kV 10550 7100 5400 3560 4500 420 kV 10550 7100 6480 3560 4600 550 kV 13360 8430 6850 5320 5300

96


Fig. 4.17. Soluia HPL COMPACT [5]

n prezent exist variante propuse pentru tensiuni de la 245 kV la 550 kV. Principalele avantaje ale acestei soluii sunt : reducerea suprafeei necesare pentru amplasare; comparativ cu soluiile clasice acest modul poate conduce la reduceri de circa 60% a suprafeei ocupate; corespunztor se va reduce costul terenului afectat staiei; reducerea volumului de fundaii necesar, a volumului de lucrri, respectiv a costului lucrrilor de construcii; reducerea volumului cilor de curent dintre aparate; realizarea i testarea cablrii interne ntre aparatele componente n condiii de fabric; nlocuirea unei astfel de uniti se poate face mult mai repede dect n cazurile clasice. n figura 4.18 este prezentat o seciune prin dou celule ale unei staii cu dou sisteme de bare colectoare i 1,5 ntreruptoare pe circuit n dou variante de realizare: clasic cu fiecare aparat pe fundaia sa i cu soluia COMPACT HPL. Se observ reducerea substanial a lungimii celulelor la aproape 65%. n ceea ce privete ntreinerea, aceasta se poate face n mod convenional pentru fiecare aparat n parte la locul de montaj. Este totui interesant de menionat c exist alternativa nlocuirii relativ rapide a ntregului modul cu unul de rezerv, cu ajutorul unui utilaj special. Tot firma ABB, prin filiala Calor Emag, propune o soluie de modul prefabricat S-I-TC-S, pentru staii de pn la 170 kV [2], n care cele dou separatoare sunt amplasate pe un schelet metalic deasupra ntreruptoarelor (fig. 4.19).

Soluii constructive moderne pentru staii exterioareFig. 4.18. Staie cu dou sisteme de bare colectoare i 1,5 ntreruptoare pe circuit:

97

O soluie asemntoare este propus i de firma Siemens [16] pentru staii cu tensiuni de 123 kV (fig. 4.20), permind reducerea cu circa 50% a suprafeei ocupate. Soluii compacte folosind module cu contacte debroabile. La realizarea acestor soluii un rol important l are nlocuirea separatoarelor clasice cu contacte debroabile compuse din contacte fixe care, de regul, fac parte din restul instalaiei i nu necesit niciun fel de ntreinere i contacte amplasate pe ntreruptor, mobile prin deplasarea ntreruptorului pe o cale de rulare. Exist mai multe variante, n funcie de posibilitile de deplasare a ntreruptorului. n afara ntreruptorului i a contactelor debroabile, un astfel de modul mai poate conine transformatoare combinate de curent i tensiune ori traductoare optice de curent i/sau tensiune, cuite de legare la pmnt, elemente de control i protecie. Una din soluiile propuse de firma ABB, denumit LTB COMPACT folosete, ca i soluia HPL COMPACT, ntreruptorul cu SF6 , tip LTB deja probat n numeroase instalaii [6]. Acest ntreruptor este amplasat pe o cale de rulare care permite, eventual cu ajutorul unui mecansim de acionare, o deplasare naintenapoi, realizndu-se n acest fel operaia de separare cu ajutorul contactelor debroabile ale ntreruptorului. Contactele fixe pe partea dinspre barele colectoare fac parte din acestea. Ele nu necesit ntreinere. De asemenea, cadrul de susinere a barelor colectoare poate face parte (opional) din modulul prefabricat (fig. 4.21).

varianta clasic i varianta cu HPL COMPACT Fig.4.19. Modul prefabricat S-I-TC-S, n varianta MUW [2]

98


La cerere, modul mai poate conine cuite de legare la pmnt, transformatoare de msurare sau traductoare pentru curent i tensiune, descrctor pentru protecie mpotriva supratensiunilor i module specializate de control a funcionrii ntreruptorului. n prezent exist variante propuse pentru tensiuni de la 123 kV la 170 kV. Principalele avantaje sunt legate de reducerea suprafeei ocupate, de simplificarea schemelor de conexiuni, de creterea fiabilitii, scderea costurilor de ntreinere, instalarea rapid etc. O soluie oarecum asemntoare a firmei ABB este denumit COMPASS [1]. ntreruptorul folosit are forma literei greceti (camera de stingere este orizontal) i pentru debroare poate fi deplasat lateral (fig. 4.22). De asemenea, ntreruptorul poate fi cobort de pe soclu i apoi retras din instalaie. Modulul mai conine transformator de msurare a curentului i echipament pentru protecie i control, iar opional - transformator de msurare a tensiunii i descrctor. Practic, acest modul conine cea mai mare parte a celulei. Tensiunile pentru care se propune un astfel de modul sunt cuprinse ntre 72 kV i 170 kV. Avantajele prefabricrii celei mai mari pri ale celulei sunt multiple: transport comod i sigur, lucrrile de construcie pe teren puine i n timp scurt, teste executate n condiii de fabric etc. Partea de protecie i control este realizat cu ajutorul unui computer de celul i este amplasat n dulapuri speciale care conin echipamentul a dou celule. Sistemul este astfel conceput nct s permit adugarea i a altor funciuni ca, de exemplu, de monitorizare a ntreruptorului etc. ntregul modul necesit o fundaie foarte simpl de form rectangular, de mic grosime i fr probleme speciale de rezisten.


99

Fig. 4.20. Soluie constructiv pentru o staie de 123 kV cu un sistem secionat de bare colectoare, folosind module S-I-TC-S preasamblate [16]

Fig. 4.21. Modulul LTB COMPACT [6]

Fig. 4.22. Modul COMPASS [1]

Deoarece modulul prezentat nu conine i cuite de legare la pmnt, el poate fi folosit mpreun cu un alt modul, care s conin transformatorul de msurare a tensiunii i cuitul de legare la pmnt. Utilizarea modulului COMPASS la realizarea unor staii electrice permite n primul rnd adoptarea unor scheme de conexiuni foarte simple: scheme cu un singur sistem de bare colectoare, secionate sau nu, diverse categorii de scheme H. n astfel de situaii, barele colectoare se realizeaz din eav de aluminiu, autoportante, iar cele trei faze se amplaseaz n triunghi. n figura 4.23 sunt prezentate comparativ exemple de soluii constructive pentru o staie de 110 kV cu un singur sistem de bare colectoare secionat longitudinal prin celul cu ntreruptor, n varianta clasic i n variante cu module COMPASS, respectiv cu module MUW.

100


Fig. 4.23. Staie de 110 kVcu un sistem de bare colectoare secionat longitudinal n varianta : a) clasic [15]; b) cu module COMPASS [1]; c) cu module MUW [2]

Se poate observa reducerea substanial a spaiului ocupat n variantele cu module prefabricate, comparativ cu soluia clasic. Trebuie remarcat faptul c soluia clasic a fost deja modernizat prin folosirea ntreruptoarelor cu stingere a arcului n SF6 i a transformatoarelor de msurare cu izolare n SF6[15]. i firma Siemens propune o soluie de modul cu ntreruptor debroabil pentru staii cu tensiuni de 123 145 kV. Modulul conine un ntreruptor tip 3AP1F, contacte debroabile, un dispozitiv electromecanic de acionare, transformator de msurare a curentului i tensiunii, un dulap pentru aparatura de automatizare i control. Tot modulul este preasamblat i testat n condiii de


101

fabric. Avantajele sunt cele enumerate anterior. i n cazul folosirii acestui modul sunt de preferat scheme de conexiuni foarte simple. Reducerile de suprafa ocupat de staie sunt de ordinul a 45%[16]. Soluii compacte folosind module capsulate cu izolaia n SF6. Avantajele soluiilor constructive folosind izolaia n gaz sunt foarte bine cunoscute. Realizarea de staii cu izolaia n SF6 a devenit ceva obinuit, existnd ri n care, practic, nu se mai construiesc staii noi de nalt tensiune dect cu aceast tehnologie. Pe de alt parte exist destul de multe staii vechi cu izolaia n aer, cu durata de via depit. Reconstrucia lor complet poate fi costisitoare. Plecnd de la aceste considerente sau dezvoltat soluii n care modul S-I-TC-S este realizat capsulat cu izolaia n SF6. Aceste soluii au avantajul c pot fi foarte bine folosite i la modernizarea staiilor exterioare cu izolaia n aer. O astfel de soluie constructiv propune firma ABB [3] sub denumirea de PASS, care este de fapt prescurtarea de la Plug and Switch System, adic instaleaz, cupleaz circuitele secundare (plug) i se poate face comutaia dorit (switch). Soluia PASS const n realizarea unei celule complete de nalt tensiune prin integrarea ntreruptorului, a separatoarelor de bare, a senzorilor de msurare, a cuitelor de legare la pmnt ntrun singur compartiment capsulat i cu izolare n SF6. Echipamentul de nalt tensiune este limitat la strictul necesar unei funcionri n siguran a staiei. Capsularea este monofazat i fiecare unitate constructiv este asamblat i complet testat n fabric. La transport se demonteaz doar izolatoarele de trecere prin care cile de curent intr n modul. ntreruptorul, separatoarele de bare i cuitele de legare la pmnt sunt cele care au fost ndelung testate n tehnologia realizrii staiilor capsulate cu izolare n SF6. Capsula este realizat din fibr de sticl impregnat cu rini epoxidice. Funciunile transformatoarelor tradiionale de msurare a curentului i tensiunii sunt realizate prin intermediul unei generaii avansate de senzori care nglobeaz ambele funciuni ntr-o singur unitate. Aceti senzori permit o gam larg de msurtori pentru o gam larg de funciuni de control i protecie. Exist un echipament complet de monitorizare a funcionrii modulului, ncepnd cu msurtori ale gazului i continund cu multe alte msurtori privind condiiile n care funcioneaz ntreruptorul (durata de funcionare a pompei, energia consumat pentru acionare, viteza de deplasare a contactelor, durata de via rmas etc.).

102


Necesarul de lucrri n staie pentru amplasare se rezum la realizarea unor fundaii relativ simple i ieftine pentru fiecare modul monofazat. Toate circuitele secundare se racordeaz prin cabluri din fibr optic speciale prevzute cu conectori care nu necesit dect introducerea n priz (plug). n figura 4.24 este prezentat schematic concepia modulului pentru cazul unei celule dintr-o staie cu dou sisteme de bare colectoare. Se observ absena separatorului de linie i a cuitului de legare la pmnt pe partea dinspre linie. Absena separatorului de linie este justificat de disponibilitatea foarte mare a modulului capsulat. n ceea ce privete necesitatea legrii la pmnt a liniei, acesta se poate realiza cu ajutorul cuitului dinspre separatoarele de bare, prin nchiderea ntreruptorului. Constructorul ofer ns, la cerere, i posibilitatea amplasrii unui modul adiional, tot n SF6, coninnd separatorul de linie i cuitul de legare la pmnt respectiv.Modulul PASS SB1 SB1 I I TC SL

xSB2 CLP BC1 BC2Senzor combinat curent-tensiune

xSB2 CLP1 TT CLP2

Fig. 4.24. Schema de conexiuni a modulul PASS comparativ cu modulul clasic

Soluia constructiv a modulului PASS pentru o faz este prezentat n figura 4.25 Aa cum s-a mai artat, modulele PASS au multiple posibiliti de utilizare, de la modernizri de staii existente pn la realizarea de staii noi. Avantajele sunt: fiabilitate foarte mare, datorat tehnologiei de izolare n gaz; aplicabilitate la orice configuraie a schemei de conexiuni; reducerea cu aproape 60 % a suprafeei necesare realizrii staiei; posibiltatea aplicrii mentenanei adaptive;


103

amplasarea pe teren ntr-o singur zi a echipamentului primar al unei celule; optimizarea costurilor totale: investiii plus costuri de exploatare.

n continuare sunt prezentate cteva posibiliti de utilizare a modulelor PASS la modernizarea unei staii clasice exterioare, cu izolare n aer, cu dou sisteme de bare colectoare. Astfel, n cazul unei staii de 220 kV cu dou circuite de linii i un circuit de transformator, ntr-o prim etap, se pstreaz cile de curent ale barelor colectoare i se nlocuiete numai echipamentul celulei de transformator. Operaia se poate face fr a se modifica structura construit a barelor colectoare i spaiul afectat celulei de transformator. Sunt necesare doar reconstruirea fundaiilor. n mod similar se pot nlocui ulterior i echipamentele celorlalte circuite. Soluia poate fi aplicat i la extinderea unei staii clasice la care exist restricii de teren. n astfel de cazuri trebuie extinse doar barele colectoare. n plus, n cazul staiilor cu dou sisteme de bare colectoare, modulele PASS permit amplasarea de celule fa n fa, fr a se recurge la cel de-al treilea cmp de bare aa cum este uzana n cazul soluiilor constructive clasice.

Fig. 4.25. Modulul PASS corespunztor unei faze

Soluia cu module PASS poate fi aplicat i la realizarea unor staii complet noi. De exemplu, n cazul unei staii de 220 kV noi cu

104


dou sisteme de bare colectoare i 4 circuite (dou LEA, un transformator i o cupl transversal) realizat numai cu module PASS reducerea suprafeei ocupate, comparativ cu realizarea clasic este de 58%. Se poate remarca faptul c dei aceste soluii reprezint hibrizi ntre staiile clasice i staiile capsulate cu izolare n SF6, ele pot s reprezinte o opiune demn de luat n seam, mai ales n cazul modernizrii staiilor existente. 4.4. N LOC DE CONCLUZII Progresele realizate n construcia de echipamente, mai ales n direcia creterii fiabilitii lor i a reducerii drastice a volumului de lucrri necesar ntreinerii, au condus la apariia unor soluii noi care permit realizarea de SEIA simple, compacte, cu volum mic de lucrri pentru construcie dar i pentru exploatare. n acest capitol au fost prezentate doar cteva dintre direciile actuale n care s-au dezvoltat soluii noi n construcia de staii exterioare cu izolare n aer. Este de ateptat ca, n viitor s apar i alte direcii, odat cu progrese realizate n construcia de echipamente electrice.

BIBLIOGRAFIE

1. ABB ADDA - COMPASS Prefabricated High Voltage Substations up to 170 kV.FD.463E

2. ABB Calor Emag Schaltanlagen AG. Prefabricated Modular Substation MUW.ABB T&D, Fair 98.

3. ABB High Voltage Technologies Ltd. - Inovative Substation Solution withPASS. Http:// www.abb.com. www.abb.com.

4. ABB Power Transmission - Optimization of substation arrangement. Http:// 5. ABB Switchgear AB - Compact High Voltage Switchgear. CataloguePubl.SESWG/B 2620 E.

6. ABB Switchgear AB - LTB Compact Switching Module. Catalogue Publ. 7. 8. 9.SESWG/K 4028en. ABB Switchgear - Switchgear Modules for 123-170 kV. Catalogue Publ. SESWG/A 4030en. Blanc, R. Postes haute et tres haute tensions. Dispositions constructives. n: Techniques de lingenieur. Genie electrique, 1994. Comnescu, Gh., Iordache, Mihaela., Scripcariu, Daniela, Scripcariu, M. Proiectarea staiilor electrice. Editura Printech, Bucureti, 1998.


105

10. Grigoriu, V. i Stoicov, Cristina. Din lucrrile CIGRE 1996. n: Producerea, 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.

transportul i distribuia energiei electrice i termice, nr.3, martie 1997, p.39-52. PE 101/85. Normativ pentru construcia instalaiilor de conexiuni i transformare cu tensiuni peste 1 kV. PE 109/92. Normativ privind alegerea izolaiei, coordonarea izolaiei i protecia instalaiilor electroenergetice mpotriva supratensiunilor. PE 111-9/86. Instruciuni pentru proiectarea staiilor de conexiuni i transformare. Elemente de construcii din staii exterioare . Preda, L., Heinrich, I., Buhu, P., Ivas, D., Gheju, P. Staii i posturi electrice de transformare. Editura Tehnic, Bucureti,1988. * * * Proiect directiv staii 110kV/MT de tip exterior . RENEL GTDEE FRE Bacu, 1996. SIEMENS - Design of Air-Insulated Outdoor Substations. Manual of electrical engineering. Http:// www.siemens.com. SR CEI 38 + A1. Tensiuni standardizate prin CEI. Nitu, V., Constantinescu, E., Negreanu, C., Racu, P., Stoleru, B., Vintilescu, M., Voinea, D. Instalaiile electrice ale centralelor i staiilor. Editura Tehnic, Bucureti,1972.

04_statii exterioare

Documents