linii de inalta tesiune.experimente

8/15/2019 Linii de Inalta Tesiune.experimente

1/56

233Masa rotund` - Tehnica tensiunilor înalte [i lucrul sub tensiune

Edificarea sistemului energetic na]ional precum [i realizarea re]elei electricede înalt` [i de foarte \nalt` tensiune au determinat aprofundarea studiilorprivind fenomenele specifice tensiunilor înalte [i a procedurilor de lucru laaceste tensiuni. În acest sens, în urm` cu peste 35 ani s-a pus problemarealiz`rii unor laboratoare, necesare atât pentru preg`tirea viitorilor speciali[ti,cât [i pentru realizarea unor studii legate de dezvoltarea echipamentelor [i ainstala]iilor de înalt` [i de foarte înalt` tensiune. Laboratoare de Tehnicatensiunilor înalte, cum sunt cele de la Universitatea „POLITEHNICA” dinBucure[ti, ICMET Craiova, ICEMENERG Bucure[ti, Universitatea „GheorgheAsachi” din Ia[i, Universitatea Politehnic` „Traian Vuia” din Timi[oara etc. auavut o contribu]ie important` la preg`tirea speciali[tilor, ca [i la rezolvareaunor complexe probleme de proiectare, execu]ie, exploatare.

Masa rotund` – ocazionat` de împlinirea a 35 ani de la intrarea în func]iune alaboratorului de Tehnica tensiunilor înalte de la Universitatea „POLITEHNICA”din Bucure[ti – a reunit o mare parte a celor mai cunoscu]i speciali[ti dindomeniu, pentru a prezenta cele mai noi realiz`ri în domeniu, dar [i pentru unprofund schimb de idei privind direc]iile viitoare de dezvoltare [i principaleleprobleme care trebuie abordate [i rezolvate în continuare.

Cei aproape 100 participan]i la masa rotund` au audiat cu interes cele 14comunic`ri, cu subiecte de mare importan]` pentru sistemul electroenergetic.Lucr`rile prezentate pot fi grupate, în func]ie de tematic`, în modul urm`tor:

a) teorii nonconforme în domeniul tehnicii tensiunilor înalte;b) evaluarea activit`]ii keraunice în România [i protec]ia instala]iilor

energetice contra ac]iunii tr`snetelor;c) sisteme moderne de m`surare a tensiunilor înalte;d) protec]ia instala]iilor electrice la supratensiuni;

e) dimensionarea echipamentelor de foarte înalt` tensiune;f) mentenan]` [i modernizare în instala]iile de foarte înalt̀ tensiune;g) lucrul sub tensiune pe liniile electrice de foarte înalt` tensiune.

Lucr`rile prezentate precum [i discu]iile care au avut loc au pus în eviden]`faptul c` este necesar`, în continuare, acordarea unei aten]ii deosebite acestuidomeniu, atât prin aprofundarea preg`tirii speciali[tilor în înv`]`mântulsuperior, cât [i prin elaborarea de noi tehnologii [i mijloace pentru proiectarea,realizarea [i mentenan]a noilor echipamente [i a instala]iilor de înalt` [i foarte

înalt` tensiune.

Lucr`rile mesei rotunde au oferit posibilitatea unor ample discu]ii privindtemele prezentate, discu]iile prelungindu-se mult dup` încheierea lucr`rilor, încadrul vizit`rii laboratorului de Tehnica tensiunilor înalte al Universit`]ii„POLITEHNICA” din Bucure[ti.

Având în vedere deosebita apreciere a lucr`rilor prezentate, de mare interes[i pentru al]i speciali[ti din sistemul energetic, moderatorii mesei rotunde aurecomandat publicarea acestora în revista Energetica. Un prim set al acestoraeste inserat în paginile num`rului de fa]` al revistei.

Moderatori,Acad. Gleb DR~GAN

Dr. ing. Stelian Alexandru GAL

Masa rotund`

Tehnica tensiunilor înalte [i lucrul sub tensiune


2/56

234 anul 55, nr. 7/2007

Abstract : High voltage engineering is a domain whereexperimental physics interact with engineering concepts. Inorder to design the domain tools specific theories havebeen developed to offer postulates and rules required bypractical applications. In some cases elements frommolecular physics have been employed. The domaincomplexity as well as the necessity to obatin practicalresults resulted in some of these theories not complying tothe rules imposed by scientific research, although theirresults are sufficiently close to the experimental results.

Key words: high voltage engineering, matter structure,

noncomplying theories

Descriptori : tehnica tensiunilor înalte (TTI) , structura materiei, teoriineconcordante

Contribu]ii

În cunoa[terea la nivel microscopic, în care este implicat`[i Tehnica tensiunilor înalte se întâlnesc teorii care nurespect` regulile impuse de cercetarea [tiin]ific`. {i totu[i,din punctul de vedere al rezultatelor de calcul, se

înregistreaz̀ concordan]e cu rezultatele experimentale.

Contribu]ia autorului const` în punerea în eviden]` a unorastfel de neconcordan]e [i în formularea caracteristicilor

specifice disciplinei de Tehnica tensiunilor înalte care condu-ce, totu[i, la rezultate corecte din punct de vedere practic.

1. Introducere

Se [tie c` materia, indiferent de structura ei, este format`din particule elementare. Ca urmare natura este discret`, iaraplicarea matematicii pentru cunoa[terea acestei naturi nueste posibil`. Analiza fenomenologic` a naturii implicùtilizarea unei teorii a câmpului continuu, divizibil la infinit.Totodat`, recurgem la concepte care reprezint` esen]a uneim`rimi sau a unui proces. Utilizarea conceptelor permite oformulare matematic`, care are ca efect generalizarea [iabstractizarea, inerente unei cunoa[teri unitare a naturii.

2. Moduri de abordare a problemei

Plecând de la faptul c` materia este format` din particule,exist` dou` modalit`]i de a g`si solu]ionarea problemei.Prima modalitate const` în considerarea c` num`rulparticulelor este infinit de mare în orice spa]iu, oricât de micar fi acesta. Astfel se recurge la m`suri primitive sauderivate (energia, masa, viteza etc.) care variaz` în modcontinuu.

În cazul unei alte modalit`]i se utilizeaz` calea statistic`.Determin`m probabilitatea unei m`rimi, care ne d` –implicit – valoarea cre[terii acestei m`rimi.

În realitate procesele din natur` sunt aleatoare, astfel încâtaceast` modalitate de a studia unele procese se justific`,de[i – în func]ie de caracteristicile procesului – aplicareaacestei cì este mai dificil`.

O problem` important` se refer` la dependen]a unei solu]ii, în func]ie de condi]iile ini]iale. La nivel macroscopic, legilestatistice ale teoriei cuantelor nu prezint` o dificultatedeosebit`, sensibilitatea deosebit` a unui sistem în raportcu starea ini]ial` nefiind caracteristic` numai niveluluicuantic. Ea se observ`, în lumea real`, la o clas` desisteme, numite sisteme haotice: caracteristic sistemelor lacare traiectoriile considerate în raport cu st`rile ini]iale se

îndep`rteaz̀ în timp, unele de altele, conform unor func]iiexponen]iale ale timpului. De altfel, dup` cum audemonstrat matematicienii J. Hadamard [i H. Poincaré,

schimb`rile minore ale condi]iilor ini]iale conduc la concluziimult diferite fa]` de cele presupuse.

3. Teorii neconcordante în TTI

Acest fapt se constat` [i în cazul unor teorii ce apar în TTI.Voi prezenta \n continuare unele din teoriile noncon-cordante:

a. La început am s` m` refer la teoria cinetic`, elaborat`de Maxwell, în cazul unui gaz monoatomic, în parterarefiat. Aceast` teorie a permis s` fie explicate unelefenomene în mediile fluide, asemenea aerului. Demen]ionat c` schema molecular` folosit` de Maxwellnu respect` riguros legile mecanicii newtonienepentru c` ea consider` o ciocnire binar`, ori dac`

for]ele moleculare se extind la infinit, mi[carea a dou`molecule este influen]at` de mi[carea tuturorcelorlalte molecule. Mi[carea unui grup de moleculeeste determinat` de condi]iile ini]iale [i de ecua]iileproceselor dinamice. Considerarea unui ansamblu demase punctuale binare – cum a f`cut Maxwell – estedoar o ipotez`. În realitate dac` presupunemmoleculele de form` sferic`, conform analizeidinamice, cel pu]in trei sfere se vor interconecta, nudou`, cum a considerat Maxwell. Dac` nu serespect` principiile mecanicii clasice, rezult` c` nueste nici cazul consider`rii teoriei probabilit`]ilor, carese aplic` unui sistem molecular. Teoria cinetic` a luiMaxwell – care se aplic` în mod curent în teoriadesc`rc`rilor electrice în gaze [i care a permis s` seexplice [i alte procese în spa]iul microscopic – nu se

încadreaz` nici în domeniul mecanicii clasice, nici îndomeniul teoriei probabilit`]ilor. Aceast` teorie estedovada mìestriei lui Maxwell.

b. Un alt exemplu se refer` la procesul de desc`rcareelectric`, ca de exemplu tr`snetul. Se [tie c`procesele, îndeosebi în cazul desc`rc`rii de

întoarcere sunt în regim nesta]ionar, extrem deintense. Concentra]ia electronilor la cap`tul lideruluieste de 1014 cm-1; totodat`, este necesar` otemperatur` suficient de ridicat` [i num`rulelectronilor se poate reduce în 10-7 s.

Metodele de calcul al intensit`]ii curentului electricsau al intensit`]ii câmpului magnetic presupun c`procesele care se studiaz` sunt în regimcvasista]ionar ceea ce în cazul desc`rc`rii de

întoarcere nu se întâmpl`. Datorit` multiplic`riideosebite a purt`torilor de sarcin` se tinde spre o* Membru al Academiei Române

Despre unele teorii neconcordante \n tehnica

tensiunilor înalteGleb DR~GAN*


3/56

235G. Dr`gan - Despre unele teorii neconcordante in tehnica tensiunilor înalte

stare la limit`, echivalent` echilibrului. Starea deechilibru se poate defini ca un exemplu particular destare sta]ionar` a c`rei entropie nu variaz` în cursultimpului. De altfel la nivel microscopic, deosebirea

dintre trecut [i viitor persist` chiar [i în cadrul unuisistem de echilibru. Nu dezechilibrul este cel carecreeaz` s`geata timpului, dar echilibrul împiedic`s`geata timpului – prezent` întotdeauna la nivelmicroscopic – s` aib` efecte macroscopice.

Se [tie c` în lumea cuantic` se definesc pentrufiecare atom sau molecul` nivelurile de energie binestabilite. Aceste niveluri, dup` J. Prigogine, suntrezultatul unei distribu]ii statistice a energiei a c`reidispersie este invers propor]ional` cu timpul de via]`.

Totodat`, se poate presupune o deplasare anivelurilor de energie ale atomului, legat` de duratelede via]` ale acestor niveluri. Aceast` deplasare

deosebe[te viitorul atomului de trecutul sù. Ceea ce înseamn` c` [i cel mai simplu sistem cuantic –atomul de hidrogen, de exemplu – este marcat des`geata timpului.

Ireversibilitatea proceselor observate în jurul nostruarat` c` lumea nu este uniform`. Trìm într-o lumeimprobabil`, iar s`geata timpului indicândposibilitatea definirii unei diferen]e între înainte [idup`, nu reprezint` decât consecin]a acestui fapt.

În concluzie, în cazul form r̀ii unui sistem complexprin asocierea de sisteme de nivel inferior aparefenomenul de rupere a simetriei; caracteristicilesistemului complex difer` de cele ale unui sistem denivel inferior. Konrad Lorenz a introdus termenulfulgura]ie în cazul apari]iei unui sistem complex cupropriet`]i noi, compus dintr-un num`r de sistemedistincte. Ilya Prigogine a f`cut preciz`ri în acestsens, men]ionând reîntoarcerea complexit`]ii, ca oschimbare a orient`rii gândirii.

S`geata timpului înapoi, semnific` inversarea s`ge]iitimpului. De men]ionat c` mecanica cuantic` [irelativitatea general` au mo[tenit de la mecanicanewtonian` ireversibilitatea timpului. Suprema]ias`ge]ii timpului se bazeaz` pe dinamica ciocnirilordintre particule.

c. În domeniul ecua]iilor neliniare – de genul ecua]iei luiSchrödinger – [i a nanosecundelor care prezintìnteres [i în TTI apar, de asemenea, situa]ii valabile

între anumite limite. Este vorba de teoria solitonilorcare admit solu]ii de und` localizat`, ca de exempluunde solitare, solitoni.

Natura este departe de a fi omogen`, conservativ`.

De cele mai multe ori, energia nu se echilibreaz` într-unsistem dinamic, nu se conserv`. Ca urmare exist` opierdere de energie sau un influx de energie. Sl`birea saupierderea unor leg`turi structurale (leg`turi atomice sau

leg`turi de straturi fuzzy) duc la fluctua]ii ale energieiinterne. O astfel de fluctua]ie de scurt` durat` a energieiinterne se nume[te dilaton. Dilatonul absoarbe sau radiazènergie. Undele de intensitate mic` radiaz` o parte deenergie [i apare atenuarea; undele de intensitate marecauzeaz` ruperea dilatonilor, ob]inându-se amplificarea.Comportarea dinamic` a unui sistem depinde de modul, încare atenuarea [i amplificarea sunt echilibrate sau nu întimpul mi[c`rii. Astfel unda solitar` este o exprimare aechilibrului dintre efectul neliniar concentrativ [i efectuldispersiv.

Concluzii

În aceast̀ complexitate [i neprev`zut` epistemologie aTehnicii tensiunilor înalte const` farmecul deosebit alacestei discipline.

Bibliografie

[1] Dr`gan G. – Tehnica tensiunilor înalte , vol. I, Editura tehnic`,Bucure[ti, 1996

[2] Dr`gan G. – Tehnica tensiunilor înalte , vol. II, Editura AcademieiRomâne, Bucure[ti, 1998

[3] Dr`gan G. – Teoria [i experimentul în cercetarea [tiin]ific`,Terminologie pentru [tiin]ele Exacte, Editura I.C.P.E., Bucure[ti,1999

[4] Dr`gan G. – Despre [tiin]` [i pseudo[tiin]`. Terminologie pentru [tiin]ele Exacte , Editura I.C.P.E., Bucure[ti, 1999

[5] Gary C., Dr`gan G., Lungu I., Col]eanu M. – Several Physical Characteristics of Impulse-corona Discharge Around Conductors,Part. I, IEEE Procedings, vol. 136, Part. A, 1989

[6] Elias N. – Time: An essay , Blackwell, Oxford, 1993

[7] Munteanu L., Donescu {t. – Introducere în teoria solicit`rilor,Editura Academiei Române, Bucure[ti, 2002

[8] Nasser E. – Fundamentals of Gaseous Ionisation and Plasma Electronics, John Wiley and Sons, New York, 1971

[9] Read S. – Thinking About Logic , Oxford, 1995

[10] Truesdell C. – An Idiot’s Fugitive Essays on Science, Springer- Verlag, New-York, 1984

Referent:prof. dr. ing. Nicolae GOLOVANOV

Universitatea „POLITEHNICA” din Bucure[ti


4/56

236 anul 55, nr. 7/2007

Abstract: The exceptional facilities of the High VoltageLaboratory (HVL) of the “POLITEHNICA” University ofBucharest (UPB) have been developed having as a mainpurpose the study of the corona discharge and of itseffects. HVL experimental equipment also enables thestudy of the extra high voltage configurations such as:overhead line phase-to-phase air insulation, insulatorstrings as influenced by the metallic tower, etc.

For the corona discharge the solution chosen at HVL wasto build a life-size three-phase experimental line withvariable geometry for voltages of up to 750 kV. Corona

losses tests have been performed using an automaticSchering bridge, EDF type, in an 11-month study carriedout for line phases with 2…5 subconductors, under normalconditions for air pressure, temperature, and humidity andstandard rain intensity.

For the electromagnetic impact of high voltage instal-lations (overhead lines and substations) longitudinal andtransversal field distributions, acoustic noise level and TVand radio interference levels have been. The paperpresents the main experiments within the 750 kV programthat led to prototypes of the insulator strings and of theappropriate screening hardware at their live end, and linecarrier HV coils.

Keywords: HV Laboratory, modeling, overhead line, corona

discharge, corona losses, EM interference, insulatorstrings

Cuvinte cheie: laborator de înalt` tensiune, modelare, linieelectric` aerian`, desc`rcare corona, pierderi prin desc`rcarecorona, perturba]ii electromagnetice, lan] de izolatoare

Contribu]ii

Realizarea arterelor aeriene de mare capacitate pentrutransportul energiei electrice la tensiuni de 400 kV [i maimari impune rezolvarea unor probleme specifice func]io-n`rii la astfel de tensiuni, de proiectare a izola]iei, deconcep]ie [i de realizare mecanic` a stâlpilor [i a fazelorunor astfel de linii, în scopul stabilirii unor solu]ii optime

din punct de vedere tehnic [i economic, precum [i pentrua le asigura o func]ionalitate corespunz`toare. Sub acestaspecte un interes deosebit îl prezint` problemele legatede fenomene prin care instala]iile electrice de înalt` ten-siune influen]eaz` mediul ambiant: intensitatea câmpuluielectric la sol, pierderile cauzate de desc`rcarea corona,perturba]iile în domeniul frecven]elor radio [i deteleviziune, zgomotul acustic.

Dat` fiind complexitatea problemelor men]ionate, se im-pune ca studiul teoretic al acestora s` fie înso]it [i decercet`ri experimentale, care pe de o parte s` validezerezultatele calculelor analitice, iar pe de alt` parte s`furnizeze detalii asupra unor procese nematematizate,oferind astfel datele necesare îmbun`t`]irii construc]iei [i

func]ion`rii liniilor electrice aeriene.

În cadrul lucr`rii de fa]` se prezint` metodele experimen-tale pentru care a fost concepute platforma exterioar` [i

linia electric` experimental` din cadrul laboratorului deTehnica tensiunilor înalte (TTI) al Universit`]ii „POLITEH-NICA” din Bucure[ti.

În plus, se prezint` pentru prima oar` platforma exterioar`[i linia electric` experimental`, elemente de calcul [i derealizare precum [i câteva din cercet`rile care s-au pututelabora cu aceste dot`ri speciale.

1. M`surarea pierderilor corona pe linia electric`experimental`. Stabilirea schemei de m`surare

În anii 1960-1980 s-au adus contribu]ii numeroase în stu-diul teoretic al desc`rc`rii corona. Cu toate acestea deter-minarea pe cale analitic` a pierderilor generate de des-c`rcarea corona nu este suficient de precis`, deoarece oserie de factori ca, de exemplu, starea suprafe]ei conduc-torului sau condi]iile meteorologice, variaz` cu un puterniccaracter statistic, ceea ce face dificil` surprinderea lor într-un model matematic. Chiar cele mai elaborate metode,cum ar fi cea a lui Dolghinov, respectiv Cladé-Gary, folosi-te în cazul conductoarelor [i a condi]iilor meteorologice din]ara noastr` nu au condus la acelea[i valori de pierderi.

Pierderile corona determinate pentru anumite caracteris-

tici constructive ale unei linii de înalt` tensiune (num`rul [isec]iunea conductoarelor de faz`, construc]ia conductoa-relor, coronamentul stâlpului) nu se pot extrapola pentrualte linii deoarece nu se respect` criteriile de similitudine.Din aceste considerente, singurul mod corect de determi-nare a pierderilor r`mâne determinarea experimental` prinm`sur`tori pe linii experimentale având acelea[i carac-teristici cu liniile electrice reale.

Exist` dou` metode principale de m`surare a pierderilorcorona: metoda wattmetric` si metoda pun]ii Schering. Înurma analizei efectuate privind metoda ce urmeaz` a fifolosit` în cadrul standului UPB au rezultat urm`toarele:

a) m`surarea pierderilor cu ajutorul wattmetrelor pre-

zint` numeroase inconveniente;b) o punte de m`surare de tip Schering este mult maiprecis`: permite m`surarea capacit`]ii reale a con-ductorului [i m`soar` numai pierderile pe armonicafundamental`.

Dac` tensiunea de alimentare a pun]ii este sinusoidal`pierderile nu apar decât pentru aceast` frecven]`. În plus,

în colaborarea UPB – Électricité de France s-a primit de laaceasta din urm` o punte automat` de m`surare.

1 1 Schema d e m`surare

În cadrul platformei [i a liniei electrice experimentale, m`-surarea pierderilor corona s-a realizat cu puntea Schering,pe timp de zi [i de noapte, timp de 11 luni, deci [i vara [iiarna. Din cauza obiec]iilor din literatura interna]ional`privind simularea desc`rc`rii corona în instala]iile de tipcolivie s-a preferat adoptarea solu]iei liniei experimentalemodelând la scara 1:1 liniile de studiat.* Prof. dr. ing., Universitatea „POLITEHNICA” din Bucure[ti

Linia experimental` de 220 kV, 400 kV, 750 kV a

laboratorului TTI de la UPBDorin CRISTESCU*


5/56

237 D. Cristescu - Linia experimental` de 220 kV, 400 kV, 750 kV a laboratorului TTI de la UPB

2. M`surarea nivelului perturbator cu ajutorul liniei

electrice experimentale

M`surarea nivelului perturbator generat de o linie electric`trifazat` scurt` pune probleme de convertire a valorilorinterferen]elor generate de aceasta în valori corespun-z`toare liniilor lungi. Datorit` reflexiilor care apar lacapetele liniei, în lungul acesteia apar unde sta]ionare. Încalculul tensiunilor, al curen]ilor [i al câmpurilor de înalt`frecven]` trebuie luat` în considerare starea capetelorliniei, care pot în gol, în scurt circuit, sau adaptate. Pro-blema este deosebit de complex`, mai ales în cazul uneilinii trifazate, dar rezolvabil` matematic.

În cadrul lucr`rii de fa]` cercet`rile au început prinrezolvarea în cazul concret al liniei electrice experimentalea standului UPB.

2 1 Adaptarea l iniei scurte

Deoarece m`sur`torile trebuie efectuate în condi]ii binedeterminate, este necesar ca extremit`]ile liniei scurte s`fie, în raport cu frecven]ele înalte, fie în gol, fie în scurt-circuit la p`mânt, fie conectate pe impedan]a carac-teristic` a liniei. În primele dou` cazuri sistemul undelorsta]ionare care apar în lungul liniei con]ine vârfuri foarteascu]ite de tip rezonan]`, care fac foarte dificil` alegereapunctului [i a frecven]ei de m`sur`. Adaptarea unui singur

cap`t îns` este suficient` pentru a reduce puternic acesterezonan]e. În figura 1 este prezentat` varia]ia câmpuluiperturbator al unei linii în gol la ambele capete [i al uneilinii adaptate la un singur cap`t.

Fig. 1 . Varia]ia câmpului perturbator

Linia adaptat` are avantajul c` permite m`surarea nunumai a câmpului perturbator sub conductoarele liniei, ci [ia curentului în impedan]a de adaptare. De aceea, solu]iaadoptat` în cadrul liniei experimentale din cadrul standuluiUPB este cea a liniei adaptate la o extremitate [i în gol la

cealalt`, conform figurii 2. În schema de m`surareadoptat` F este un filtru de band` larg` a c`rui realizare aimpus un studiu teoretic. Aceast` realizare practic` esteredat` mai jos. Filtrul prezint` o impedan]` foarte marepentru frecven]e din domeniul 0,2 MHz ... 5 MHz.

Fig. 2. Schema de adaptare

Fig. 3. Bra]ul de adaptare [i m`surare

Filtrul FA este un filtru a[ezat în bra]ul de adaptare [i estealc`tuit dintr-un condensator [i o bobin` acordate pefrecven]a de m`surare (500 kHz), în serie cu impedan]ade m`surare. Datorit` capacit`]ilor parazite fa]` dep`mânt acordarea este practic imposibil` cu aceste

elemente, de aceea a fost adoptat` schema din figura 3unde condensatorul de capacitate variabil` serve[te laanularea componentei imaginare a impedan]ei filtrului, iarrezistorul variabil serve[te la ajustarea componentei realela valoarea impedan]ei caracteristice a liniei. Filtrul F A afost inserat în unul din bra]ele pun]ii de m`surare si vaservi pentru acordare. Dup` acordarea filtrului se trece ladeterminarea r`spunsului acestuia ca un element detransfer1.

Linia trifazat` nu are îns` o impedan]` caracteristic`unic`, ci trei impedan]e caracteristice corespunz`toarecelor trei moduri de propagare. O acordare perfect` [isimultan` a celor trei moduri de propagare s-a realizat cuo matrice de impedan]e; dar capacit`]ile parazite ale

coloanei de adaptare fa]` de p`mânt impun în afaraelementelor faz`-p`mânt [i circuite de cuplaj faz`-faz`.Rezisten]a fiec`rei coloane de adaptare a rezultat ca uncompromis între cele trei moduri de propagare.

Din punct de vedere practic, cel mai simplu este s` sefixeze drept rezisten]` a coloanei de adaptare termenuldiagonal al matricei de impedan]e caracteristice. Calcule-le s-au f`cut pentru stâlpul Sn 750.102 [i pentru con-ductoare fasciculare de tip Al-OL 4 × 450 mm2 înt`rit [iAl-Ol 4 × 680 mm2. Impedan]ele nodale au fost practicegale. Pentru fascicolul de patru conductoare s-a ajuns laurm`toarele valori:

Z (1)= 268 Ω; Z (2)= 300 Ω; Z (3)= 458 Ω .

1 La aceast` parte a lucr`rii o contribu]ie însemnat` au avutProf. dr. ing. Marilena Ungureanu [i Conf. dr. ing GheorgheM`gureanu de la UPB [i inginer Anton Ungureanu de laICEMENERG.


6/56

238 anul 55, nr. 7/2007

Conform criteriului amintit, se alege drept rezisten]` a coloa-nei de adaptare valoarea de 350 Ω. În aceste condi]ii mo-durile (1) [i (3) r`mân aparent neadaptate. Dar cu cre[-terea frecven]ei de m`surare impedan]a modului (3) scade.

Din literatura de specialitate, la 500 kHz aceast` impedan]`scade cu aproximativ 100 Ω, adic` va fi de aproximativ 360Ω. R`mâne nerezolvat` adaptarea modului (1).

Amplificarea G x nu depinde prea mult de neacordare;exprimat` în dB aceast` amplificare se abate foarte pu]inde la amplificarea teoretic` pentru capetele liniei aflate înst`rile precizate anterior. Pentru o acordare perfect`,coeficien]ii de reflexie β [i de transmisie α sunt practicaceea[i pentru cele dou` fascicole considerate.

Se observ`, de-asemenea, c` atât coeficientul de reflexie,cât [i cel de transmisie nu difer` prea mult de valorilespecifice unei adapt`ri perfecte. Mai mult, cum curen]ii cevor fi m`sura]i în coloana de m`surare [i de adaptare sunt

o combina]ie de curen]i modali, este de a[teptat caeroarea f`cut` asupra curentului total s` fie sub cea amodului (1), adic` sub 1 dB, ceea ce intr` în gradul deacurate]e al m`sur`torii.

M`sur`torile au constat în înregistrarea curentului ce par-curge rezistorul de adaptare i g. Din acest curent global sedetermin` curentul perturbator i M . Pentru un conductor delungime l [i capacitate C, adaptat la extremit`]i:

[i

unde Γ este func]ia de excita]ie.

O alt` serie de cercet`ri efectuate cu aceste instala]ii serefer` la solu]iile de realizare a lan]ului de izolatoarepentru liniile electrice de foarte înalt` tensiune; arm`turilede protec]ie folosite au implica]ii directe asupra corona-mentului stâlpilor [i asupra perturba]iilor generate de linii

în mediul înconjur`tor. Astfel, pentru linii de 750 kV,folosirea unei solu]ii cu lan]uri de izolatoare în V permiteadoptarea unei distan]e între faze de 13...15 m, carepentru lan]uri verticale simple devine 16...19 m. Nivelulperturbator în domeniul frecven]elor radio [i al celor deteleviziune, precum [i zgomotul acustic al liniilor de 750kV sunt în mod direct legate de solu]ia adoptat` pentruarm`turile de protec]ie, subiect ce se va discuta în detaliu

în partea final` a lucr`rii.

Astfel de teste au constituit o parte din programul decercetare în care s-a utilizat pentru realizarea conexiunilorde înalt` tensiune cadrul portal 20 m × 20 m de pe platfor-ma exterioar` (figura 4).

2 2 E chipamentele platformei [i ale l iniei electriceexperimentale potrivit schemelor d e m`surare

Principalele echipamente necesare la efectuarea m`su-r`torilor de pierderi corona [i ale nivelului perturbator aufost alese [i montate pe platforma exterioar` (figurile 4 [i 5).

Platforma exterioar` se afl` pe platoul din fa]a

laboratorului de TTI [i este limitat` de un portal al linieiexterioare [i de cadrul portal de 20 m × 20 m. Accesul seface din laborator prin dou` u[i ghilotin` prev`zute pentruscoaterea pe platform` a primelor dou` trepte alecascadei de transformatoare de încercare (50 Hz, 1 200kV) [i respectiv a generatorului de impuls de tensiune pe

c`i de rulare, special proiectate [i construite pentru acesteopera]ii. Plasarea cascadei de transformatoare pe platfor-ma exterioar` permite [i alimentarea trifazat` a liniei

experimentale cu 3 × (0...600) kV. În figura 6 este pre-zentat` treapta 1 a cascadei în pozi]ie de lucru peplatforma exterioar`.

Fig. 4. Vedere general` a liniei electrice experimentale

Realizarea constructiv` a acestor componente a impus oanaliz` teoretic` aprofundat` înso]it` de test`ri [i verific`riexperimentale. Elementele componente principale (figura7) sunt descrise succint în cele ce urmeaz`:

a) filtru de band` larg` F ;b) condensator de cuplaj C (figura 10);c) coloana de adaptare F

A;

d) bra]ul de m`surare de joas` tensiune;e) elemente meteorologice.

a

bFig. 5. Platforma experimental` exterioar`

M i

C

02 ε π ⋅⋅

=Γ l

ii

g

M

⋅=2


7/56

239D. Cristescu - Linia experimental` de 220 kV, 400 kV, 750 kV a laboratorului TTI de la UPB

Fig. 6. Treapta 1 a cascadei de transformatoare de încercare lafrecven]` industrial`

Conform normelor CISPR, filtrul F trebuie s` prezinte anumi-te caracteristici care au fost urm`rite riguros: s` aib` o

impedan]` de 20 000 W, s` asigure o atenuare de el pu]in35 dB, pentru frecven]a de m`surare aleas` s` nu modificesubstan]ial impedan]a dintre conductorul de înalt` tensiune[i p`mânt, s` nu permit` trecerea spre surs` a curen]ilor de

înalt` frecven]` genera]i de obiectul testat, s` blochezecuren]ii perturbatori proveni]i de la sursa de tensiune, s` nufie el însu[i generator de curen]i de înalt` frecven]`.

Urm`rindu-se efectuarea unor m`sur`tori asupra semna-lelor de înalt` frecven]`, filtrul F va fi un filtru opre[te-band`, având o structur` de dipol, f`r` leg`turi galvanicecu poten]ialul zero ceea ce va permite montarea lui la

înalt` tensiune, f`r` limitatoare de tensiune. El esteconstituit dintr-un solenoid cu spire al`turate, f`r` miezmagnetic, plasat în interiorul unei c`m`[i cilindricesemiconductoare prezentând în zona curen]ilor ce vor fim`sura]i un puternic efect de amortizare. Astfel, întregulansamblu va avea în banda amintit` o impedan]` detransfer foarte ridicat`. Valoarea inductan]ei filtrului a foststabilit` la valoarea L= 10 mH, pornind de la recoman-darea CISPR-C ca impedan]a acestuia s̀ fie de 20 kWpentru limita minim` a frecven]ei de 300 kHz.

Curentul prin bobinaj nu va dep`[i 3 A la performan]eletransformatorului de 3 × 600 kV. Bobina a fost realizat` într-un singur strat din conductoare din Cu de diametru 1,2 mm,cu un num`r de 900 de spire [i o inductan]` de 8,5 mH.Dat` fiind lungimea mare a bobinajului (1 300 mm), studiulteoretic al filtrului s-a efectuat reprezentând filtrul fie prin

parametri uniform distribui]i, fie prin parametri concentra]i.

Fig. 7. Vederea schematic` a leg`turilor la una din fazele linieiexperimentale.1 – Transformator de înalt` tensiune; 2 – Divizor capacitiv; 3 – Suportizolant; 4 – Izolator suport; 5 – Ecran; 6 – Filtru; 7 – Conexiuni;8 – Condensator de decuplare

2 3 Reprezentarea prin parametri uniform d istribui]i

Schema echivalent` a filtrului se prezint` în figura 8a, încare elementele ce apar au urm`toarele carcteristici:

a) capacitatea parazit` a bobinajului fa]` de p`mântC1= 30 pF;

b) capacitatea parazit` între spire C= 90 pF ;c) inductan]a bobinajului L= 8,5 mH.

a

b

c

Fig. 8. Scheme de echivalare a filtrului a, b [i condensatorul de cuplaj c

Pentru schema cu parametri uniform distribui]i nu esteposibil a se considera analitic efectul rezisten]ei de amor-tizare ce se monteaz` în paralel cu bobina. Rezisten]a Raamortizeaz` vârfurile [i ridic` curba de varia]ie aimpedan]ei Z T . Îns` aceasta se poate introduce în analiz`adoptând cealalt` reprezentare.

2 4 Reprezentarea prin parametri concentra]i

Schema este reprezentat` în figura 8b. Func]ionarea cva-dripolului este echivalent este descris` de ecua]iilespecifice acestui circuit.

În ceea ce prive[te compara]ia între cele dou` reprezent r̀i,din punct de vedere teoretic, cea mai apropiat` defunc]ionarea real` a filtrului este reprezentarea prin parametriuniform distribui]i. Se pune în eviden]` existen]a unui num`rinfinit de frecven]e pentru care impedan]a de transfer seanuleaz`. Ele se situeaz` îns` în afara domeniului defrecven]e ce intereseaz` din punctul de vedere al frecven]elorperturbate de desc`rcarea corona (0,3 MHz ... 3 MHz).

Pentru f > f d atât Z c (în cazul parametrilor concentra]i), cât[i Z T (în cazul parametrilor distribui]i) prezint` aceea[iform` de varia]ie cu frecven]a.

Lan]ul de cvadripoli al reprezent`rii prin parametri uniformdistribui]i va avea un num`r de frecven]e proprii egal cu


8/56

240 anul 55, nr. 7/2007

num`rul de cvadripoli, ceea ce se observ` în zona în care Z T este real, adic` 0 ≤ f < 178,82 kHz.

Primul filtru destinat m`sur`torilor de perturba]ii a fost

realizat în cadrul unui contract de colaborare cuICEMENERG [i a avut urm`toarele caracteristici:

L = 7,4 mH; l = 1 000 mm; n = 700 spire.

Determinarea rezisten]ei de amortizare s-a f`cut pe cale ex-perimental`. La una din extremit`]i a fost injectat un semnalde 1 mV, de diferite frecven]e, înregistrându-se tensiunea laie[ire. Au fost puse în eviden]` dou` frecven]e de rezonan]`:

f d .1 = 110 kHz [i f d .2 = 1 050 kHz

între care filtrul se comport` uniform în prezen]a unei re-zisten]e de amortizare mai mare de 80 kW.

În cadrul standului UPB a fost conceput [i perfec]ionat fil-trul utilizat, având urm`toarele caracteristici:

L = 8,5 mH; l = 1 300 mm; n = 800 spire; Ra = 150 kΩ

Rezisten]a de amortizare s-a realizat sub forma unei p`turicilindrice semiconductoare. Pe un tub pertinax cu diame-trul de 1 600 mm [i de lungime 1 500 mm s-a depus, prinpulverizare, un lac semiconductor (4 p`r]i lac [i 1 partegrafit de turn`torie). Stabilirea propor]iei a fost f`cut` pebaza unui num`r mare de încerc`ri pe pl`ci de textolit dediferite dimensiuni [i pe tuburi cilindrice cu diametrul de160 mm [i de diferite lungimi. M`surarea rezisten]ei a fostf`cut` cu o punte RLC - Marconi. Au fost realizate dou`rezisten]e de valori diferite, una de 88 kΩ, a doua de150 kΩ. Caracteristica de frecven]` a filtrului a foststabilit` într-un montaj experimental care reproduce sche-ma real` în care filtrul va lucra. S-a folosit un generatorTESLA de semnale de înalt` frecven]`. La intrarea în filtrus-a injectat un semnal de 6 V de diferite frecven]e,tensiunea la ie[ire a fost m`surat` cu un osciloscop de

înalt` frecven]` tip Transiscope TR-4656. În final, filtrulalc`tuit din bobina de 8,5 mH în paralel cu rezistorul deamortizare având rezisten]a de 150 kΩ a fost montat îninteriorul unui tub vertical izolant, din PVC, cu rol deprotec]ie contra intemperiilor (elementul 6 din figura 7).

Condensatorul de cuplaj C a fost ob]inut suprapunândcinci transformatoare de tensiune capacitive tip TECU –fabrica]ie Electroputere, prima unitate fiind fixat` rigid pecuv`. Unitatea de condensatoare este constituit` dinizolatorul din por]elan în care este distribuit` stiva decondensatoare închis` ermetic sub ulei, figura 8c. Capa-citatea condensatorului este de 1 500 pF, iar tgd < 0,37%. Cuva, pe care este montat` rigid primacoloan`, con]ine [i elementele suplimentare: separatorulde punere la p`mânt, borna de înalt` tensiune, elementulde protec]ie [i bobina de scurtcircuitare a frecven]eiindustriale, L3 (figura 8c), utilizabil` în cazul folosiriiacestui condensator la m`surarea nivelului perturbator allan]urilor de izolatoare. Coloana de adaptare F A a fostrealizat` ca un circuit rezonant format din condensatorulde cuplaj C [i bobina L. Date fiind capacit`]ile parazite afost necesar un condensator variabil care s` permit` rea-

lizarea condi]iei de mai sus. Inductan]a L a fost deaproximativ 300 mH.

Punctul de m`surare de joas` tensiune s-a amplasat într-o cabin` ecranat` montat` la piciorul stâlpului terminal. Îninteriorul cabinei s-au aflat aparatele de joas` tensiune,

respectiv: puntea EDF pentru m`surarea pierderilor coro-na, adaptarea bra]ului de m`sur` a perturba]iilor (CR, L [iRr ), aparatul SIEMENS 4B6 000 pentru m`surarea nivel-ului perturbator [i aliment`rile necesare.

M`sur`torile efectuate în cadrul platformei au permisob]inerea unor informa]ii necesare îmbun`t`]irii func]ion`-rii liniilor electrice aeriene din punct de vedere al desc`r-c`rii corona, prin ameliorarea tuturor elementelor liniei:conductoare, arm`turi, juguri, cleme.

3. Cercet`ri realizate

Au fost realizate cu instala]iile descrise mai sus numeroa-se programe de cercetare din care amintim numai câteva:

a) lan]uri de izolatoare pentru instala]iile de 750 kV;b) efecte perturbatoare pentru diverse elemente com-

ponente ale sta]iilor electrice;c) ameliorarea construc]iei jugurilor lan]urilor de izo-

latoare pentru 110, 220 [i 400 kV.

3 1 P rogramul 7 5 k V

Cercet`rile efectuate în cadrul acestui program au fostcele mai complexe [i au implicat un efort organizatoric [ide colaborare deosebit. Utilizând mijloacele experimenta-le ale platformei exterioare a laboratorului de TTI descriseanterior s-au studiat din punctul de vedere al optimiz`riiimpactului electromagnetic:

a) lan]urile verticale duble de sus]inere pentru faze cu4 [i 5 subconductoare;

b) arm`turile de protec]ie pentru lan]urile de întindere;c) arm`turile de protec]ie pentru lan]urile de ocolire la

stâlpul de întindere.Analizarea comport`rii unui lan] de izolatoare din punctulde vedere al impactului electromagnetic s-a efectuat dup`normativele CISPR în vigoare prev`zând m`surarea cu-rentului perturbator injectat de lan] într-o rezisten]` simu-lând impedan]a caracteristic` a celor dou` deschideriadiacente lan]ului în cauz`. Pentru aceasta a fost nece-sar` realizarea structurilor mecanice prin care se asigur`lan]ului de izolatoare analizat condi]ii electric [i geome-trice cât mai apropiate de situa]ia real`, iar facilit`]ileoferite de linia electric` experimentala descris` mai aupermis acest lucru.

Din punct de vedere electromagnetic, pentru obiectul de

încercare se pot folosi dou` scheme de m`surare: a[anumitele variante „paralel” (figura 9) [i „serie”.

Fig. 9. Schema CISPR de m`surare a perturba]iilor

În varianta paralel , se m`soar` curentul injectat într-un re-zistor de m`surare de 300 Ω. Curen]ii se închid numaiprin partea dreapt` a schemei, calea spre transformator


9/56

241D. Cristescu - Linia experimental` de 220 kV, 400 kV, 750 kV a laboratorului TTI de la UPB

fiind blocat` de filtrul F . Condensatorul de cuplaj Cm con-duce curentul perturbator spre circuitul de m`surare.Conform recomand`rilor CISPR, în situa]ia în carecapacitatea sa este de peste cinci ori capacitatea

obiectului [i a ansamblului leg`turilor din aval de filtrul F,eroarea de m`surare este de cel mult 2 dB. M`sur`toriles-au efectuat în schema paralel trasând curba de varia]iea nivelului perturbator de la pragul m`surabil pân` la otensiune cu circa 20% mai mare decât tensiunea nominal`faz`-p`mânt (228 – 400 kV [i 520 – 750 kV). Se verific`astfel c` în zona tensiunilor de func]ionare nu apar cre[teribru[te ale nivelului perturbator – varia]ii care ar indicadep`[irea unei tensiuni critice undeva la lan]ul încercat [ideci apari]ia unei noi surse perturbatoare. De asemenea,s-a procedat la „condi]ionarea” obiectului supus m`sur`-torii: alimentarea lui, pe un anumit interval de timp, cu otensiune superioar` celei dorite.

Pentru alegerea unor arm`turi adecvate s-a efectuat [im`surarea reparti]iei tensiunii în lungul diferitelor elementeale lan]ului. În ceea ce prive[te lan]ul de sus]inere dubluvertical, s-au conceput mai multe tipuri de arm`turi, dintrecare în figurile 10 sunt prezentate dou`:

a) inele mari pentru lan]uri de izolatoare [i „rachete”curbate la prinderile conductoarelor, figura 10a;

b) „rachete” mari de form` elaborat`, figura 10b, îndreptul ultimelor elemente ale lan]ului [i al întreguluiansamblul de prindere (juguri [i cleme) aconductoarelor.

În figura 10b se observ` [i eclatorul utilizat pentrum`surarea reparti]iei tensiunii în lungul lan]ului.

Atât rezultatele m`sur`rii curentului perturbator prinrezisten]a de m`surare, cât [i determinarea reparti]iei detensiune în lungul lan]urilor de izolatoare au recomandatarm`tura numit` „IV” drept optim`, ea prezentând peultimele trei elemente izolatoare ale lan]ului o c`derea detensiune substan]ial mai mic`. Dup` efectuarea, pentruacest tip de lan] [i a m`sur`torilor de vibra]ii, el a fostadoptat [i înregistrat prin Brevetul de Inven]ie RO 102907:„Arm`tur` de egalizare protec]ie pentru lan]ul de sus]inerevertical 750 kV”, având drept autori dr.ing. CristescuDorin, ing. Dumitriu Cristian Alexandru, ing. Ti]a Petre [ising. Matea Constantin. Solu]ia identificat` prin studiileefectuate în laboratorul UPB este prezentat` în figura 11[i este cea utilizat` la realizarea liniei electrice aeriene de750 kV Isaccea – Dobrudja.

a bFig. 10. Arm`turi de egalizare [i protec]ie (AEP) pentru lan]uri desus]inere de 750 kV; a - varianta III; b - varianta IV

În ceea ce prive[te lan]ul de întindere a fost necesar`solu]ionarea mai multor probleme electrice [i mecanice,

verificându-l în pozi]ia real`, adic` incluzându-l în tron-sonul de 5 subconductoare cu care a fost echipat` unadin fazele liniei experimentale. Pentru separareaimpulsurilor injectate de desc`rcarea corona specific`subconductoarelor, s-a inserat o pies` metalic` circular`,care separ` electromagnetic cele dou` categorii deimpulsuri. În figura 12a, realizat` în timpul opera]iilor demontaj, se prezint` detalii ale acestei separa]ii. Tot dincursul acestei faze sunt [i detaliile din figurile 12b [i 12c.

În aceea[i figur` se observ` [i solu]ia adoptat` pentruarm`tura lan]ului de întindere, realizat` din patru inele cudiametrul de 2 m [i distan]ate cu 2 m între ele.

3 2 Alte programe d e cercetare

Dintre numeroasele cercet`ri se cuvine a men]iona [i pecele de studiere a perturba]iilor generate de bobina de

blocaj utilizat` pentru telefonia în înalt` frecven]` utilizândfazele liniei.

S-a analizat comportarea bobinei în varianta „sprijinit`”, figu-ra 13, [i în cea „suspendat`”. Pentru pozi]ia „sprijinit`”, s-adeterminat varia]ia nivelului perturbator pentru bobina BBde 220 kV, având 0,3 mH cu inele de ecranare, la 10niveluri de tensiune de lucru între 69 kV [i 209 kV [i lafrecven]e de 0,2 MHz ... 3 MHz. S-a observat c` pentru ten-siuni de 69, 83 [i 111 kV nivelul perturbator se limiteaz` la40 dB/mV/300 W. Dincolo de acest nivel de tensiune areloc un salt de circa 20 dB/mV/300 W cu vârfuri pân` la 77... 82 dB/mV/ 300 W la tensiuni superioare tensiunii pe faz`[i la frecven]ele de 0,15 MHz [i 2,5 MHz. Pentru pozi]ia„suspendat`” a bobinei BB de 1mH, s-a observat aceea[igrupare a nivelelor perturbatoare pentru tensiuni pân` la213 kV la domeniul 47 ... 50 dB/mV/300 W. Numai latensiuni net mai mari decât cele folosite la testarea în pozi]ia„sprijinit`” apar valori de 68 [i 80 dB/mV/300 W. Sedesprinde concluzia evident` c` din acest punct de vederesolu]ia „suspendat`” este net favorabil`.

Cercetarea a inclus [i înregistrarea nivelului perturbator înfunc]ie de tensiunea aplicat`, la varianta „suspendat`”, la135 kHz [i la 500 kHz, pentru 400 kV. Saltul semnalatanterior se întâlne[te [i în aceste varia]ii la tensiuni maimari de 210 kV. S-a studiat [i bobina f`r` inele de

ecranare, ceea ce a pus în eviden]` efectul favorabil alacestora: diminuarea cu 8 – 12 dB/mV/300 W a niveluluiperturbator.

O alt` grup` de cercet`ri a urm`rit posibilitatea renun]`riila inele de ecranare, la arm`turi de protec]ie [i la opor-unitatea utiliz`rii de faze cu 3 sau 4 subconductoare laliniile electrice aeriene de 400 kV faze. Solu]iile identificatesunt prezentate în figura 14.

Ideea solu]iei este ca forma jugului s` asigure prezen]aacestuia [i în dreptul ultimelor elemente izolatoare alelan]ului în „V”. De[i rezultatele au fost încurajatoare [i cutoate avantajele din punct de vedere electromagnetic, al

montajului [i al consumului de metal, variantele propusenu au trezit, din p`cate, interesul constructorilor dearm`turi [i de juguri pentru liniile electrice aeriene de

înalt` tensiune.


10/56

242 anul 55, nr. 7/2007

Fig. 11. Lan] sus]inere cu AEP în montaj la UPB

a

b

c

d

Fig. 12. Lan] de izolatoare de întindere pentru linii electrice aerienede 750 kV.a - Pies` de separa]ie; b - Lan] la sol, în perioada montajului;c - Ansamblul arm`turilor; d - Lan] în pozi]ia real .̀

Linia electric` experimental` a laboratorului de Tehnicatensiunilor înalte al UPB este dotat` [i cu un panouspecial` pe care se pot efectua cercet`ri privind vibra]iaconductoarelor. Pân` în prezent nu s-au ob]inut rezultate

semnificative în elucidarea aspectelor neclare în ceea ceprive[te problemele de vibra]ie a fascicolelor, dispozitiveleantivibratoare, distan]ierele [i galopul conductoarelor.

Fig. 13. Montajul bobinei de montaj în pozi]ie „sprijinit`”

a

b

Fig. 14. Juguri speciale, f`r` arm`turi de protec]ie, pentru faze cu 3 [i4 subconductoare

Referent:Ing. Constantin RADU

S.C. SMART S.A.


11/56

243M. Gu[` - Paratr`snete verticale sau orizontale pentru protec]ia sta]iilor de transformare?

Abstract : Lightning protection design for substation startswith the „striking distance“ evaluation e.g. the distancewhere the leader head selected an earthed object. Manystudies were carried out to calculate this distance andcontinuously suggested improved equations. The Roma-nian substations are protected only by lightning rods,although some great European and North American gridsprotect their large substations with shield wires. After com-paring the protection zones for lightning rods and shieldwires, an case study is presented: the protection of a 220kV substation. The dangerous lightning current obtainedby ATP modeling, slightly differs from that suggested by

simpler methods. Because the lightning rod number andlocation, some unprotected zones remains for the all thestudied solutions. The use of shield wires results in asimpler design of the protective scheme which completelycover the substation circuits and equipment.

Key words: high voltage substation, lightning protection,striking distance, protective zone, lightning rod, shield wire

Descriptori : sta]ie de \nalt` tensiune, protec]ie contra loviturilorde tr`snet, distan]a de orientare, paratr`snet vertical, conductorde protec]ie

Contribu]ii

Sistemul de protec]ie \mpotriva tr`snetelor al sta]iilor elec-

trice de transformare are rolul de a reduce riscul loviturilordirecte asupra barelor colectoare [i asupra echipamen-telor pân` la un nivel considerat admisibil, \ntrucât o pro-tec]ie total` este, teoretic, imposibil` datorit` caracteruluialeator pe de o parte al parametrilor desc`rc`rii de tr`snet[i pe de alt` parte al comport`rii izola]iei la solicit`rile cuimpuls de tensiune. Mijloacele disponibile pentru protec]ia

\mpotriva loviturilor directe de tr`snet sunt paratr`sneteleverticale [i conductoarele de protec]ie. De[i ambele auacela[i rol, de a atrage loviturile de tr`snet, denumirea deparatr`snet orizontal, sinonim` cu conductor de protec]ie,este rar folosit` astfel c` este creat un automatism \n ex-primare: paratr`snetele sunt numai verticale, iar conduc-toarele de protec]ie sunt numai orizontale.

Tradi]ional, \n România, paratr`snetele se folosesc numaipentru protec]ia sta]iilor de transformare, iar conductoare-le de protec]ie numai pentru protec]ia liniilor electriceaeriene. Dac` pentru liniile electrice aeriene, instalarea deparatr`snete nu se justific` din moment ce acestea nu potproteja conductoarele pe \ntreaga deschidere dintrestâlpi, neutilizarea conductoarelor de protec]ie \n sta]iilede transformare nu are o motiva]ie suficient de puternic`pentru a nu fi discutabil`. De exemplu, \n SUA paratr`s-netele sunt folosite numai pentru protec]ia sta]iilor elec-trice de mic` \ntindere, cum sunt acelea care alimenteaz`re]elele electrice de distribu]ie la medie tensiune, iarsta]iile de \nalt` [i foarte \nalt` tensiune, ocupând teritoriimari, sunt protejate cu conductoare de protec]ie [1]. {i \nEuropa exist` sta]ii de transformare protejate cu

paratr`snete orizontale.

Principalul avantaj oferit de paratr`snetele orizontale estec`, dac` acestea traverseaz` \ntregul teritoriu al sta]iei,

zona de protec]ie a lor se \ntinde, de asemenea, pe toat`lungimea lor. Dac` sunt a[ezate paralel, la distan]e [i în`l-]imi adecvate, pot proteja toate circuitele sta]iei, f`r` a l`-sa zone vulnerabile. Paratr`snetele, pot fi amplasate, deregul`, pe stâlpii cadrelor de sus]inere a barelor colectoa-re [i doar în cazuri excep]ionale pe stâlpi anume destina]i,astfel c` uneori nu pot ocupa pozi]iile optime pentruprotec]ia total` a circuitelor [i a echipamentelor sta]iei. Înasemenea situa]ii, se poate recurge la cre[terea în`l]imiiparatr`snetelor, dar aceasta are eficacitate limitat`. Esteposibil, astfel, s` r`mân` un risc de lovire direct` a unorzone ale sta]iei; totu[i, dac` aceste zone au întinderemic`, riscul real poate fi destul de mic pentru a fi acceptat.

Obiectivul acestui articol este de a prezenta, pe lâng` ba-zele moderne ale proiect`rii zonelor de protec]ie, o com-para]ie privind modul de realizare a protec]iei împotrivaloviturilor de tr`snet pentru o sta]ie de transformare cuajutorul paratr`snetelor [i, respectiv, a conductoarelor deprotec]ie. Se determin` curentul de protec]ie printr-o me-tod` simplificat` precum [i folosind calculul numeric, tra-sând apoi zonele de protec]ie pentru cele dou` variante.Avantajele folosirii conductoarelor de protec]ie cum ar fi,de exemplu, simplificarea proiect`rii [i acoperirea com-plet` a teritoriului de protejat, ar putea fi exploatate [i în

România cu ocazia retehnologiz`rii sta]iilor de transfor-mare existente.

1. Zonele de protec]ie

Ac]iunea de protec]ie a paratr`snetelor verticale sauorizontale se exprim` prin forma [i dimensiunile zonelorprotejate de acestea. Pe baza experimentelor delaborator, folosind modele geometrice ale sistemuluiparatr`snet - obiect protejat, Wagner [i colaboratorii [2]au identificat acum 65 ani formele zonelor de protec]ie,care se mai folosesc [i ast`zi pe alocuri de[i studiileasupra desc`rc`rilor de tr`snet au evoluat substan]ial înacest interval de timp. În prezent, pentru trasarea zonelor

de protec]ie se începe cu stabilirea „distan]ei deorientare“, respectiv distan]a de la care liderul desc`rc`riide tr`snet se orienteaz` c`tre locul de impact: solul sauun obiect de pe sol. Conform celor mai mul]i cercet`tori,distan]a de orientare este definit` numai în func]ie deintensitatea curentului de tr`snet. Unii fac deosebirea întredistan]a de orientare spre un obiect [i distan]a deorientare c`tre sol, iar al]ii iau în considerare [i în`l]imeaobiectului de protejat. În tabelul 1 sunt prezentate expresiide calcul ale distan]elor de orientare. Aceste rela]ii au fostpropuse succesiv în urma studiilor privind m`rimeaunghiului de protec]ie pentru liniile aeriene de foarte înalt`tensiune [i luând în considerare distribu]ia intensit`]iicurentului de tr`snet ob]inut` din prelucrarea rezultatelorexperimentale. Rezultatele, privind m`rimea distan]ei deorientare, ob]inute cu aceste rela]ii în func]ie deamplitudinea curentului de tr`snet sunt destul de diferite,astfel c` apare o prim` dificultate pentru proiectant: cerela]ie s` aleag`? Dintre aceste ecua]ii, acelea propusede Brown [i Whitehead sunt folosite de CIGRE.1,2 Dr. ing., Universitatea Tehnicã „Gh.Asachi“ din Ia[i

Paratr`snete verticale sau orizontale pentru protec]ia

sta]iilor de transformare?Mircea GU{~ 1, Marcel ISTRATE2


12/56

244 anul 55, nr. 7/2007

Tabelul 1Expresiile pentru distan]a de orientare r = A Ib [1]

Izola]ia obiectului lovit este periclitat`, dac` amplitudineacurentului de tr`snet care determin` solicitarea izola]ieidep`[e[te o anumit` valoare, numit` curent critic sau curent de protec]ie. Cunoscând amplitudinea acestui curent[i distan]a de lovire, este posibil` definirea zonelor deprotec]ie. Pentru aceasta se consider` c` vârful lideruluise afl` în centrul unei sfere fictive având raza egal` cudistan]a de orientare [i care avanseaz` c`tre sol. Primulobiect de pe sol care va fi atins de suprafa]a sferei va fi]inta loviturii de tr`snet. De[i, mai ales în literatura ame-rican` de specialitate, acest procedeu este cunoscut subnumele de model geometric [1], denumirea de metod`

electrogeometric` [3] pare mai adecvat`, cel pu]in pentruo distinc]ie mai net` fa]` de modelele geometrice delaborator ale lui Wagner.

a) b)Fig.1. Sec]iuni prin zonele de protec]ie ale paratr`snetelor (a) [i aleconductoarelor de protec]ie (b)

Formele [i dimensiunile zonelor de protec]ie ale paratr`s-netelor [i conductoarelor de protec]ie difer` datorit` po-zi]iilor diferite ale acestora. În privin]a rela]iilor de calculexist` multe asem`n`ri, dar [i unele deosebiri. Rela]ii decalcul pentru construirea zonelor de protec]ie ale paratr`s-netelor verticale [i orizontale folosind metoda electrogeo-metric` (metoda sferei fictive) pentru principalele situa]ii

practice privind amplasarea [i în`l]imea acestora suntdate în [4, 5].

Pentru zonele de protec]ie ale unui singur paratr`snet [irespectiv un singur conductor de protec]ie, rela]iile decalcul sunt identice, chiar dac` unele nota]ii difer` datorit`

formei geometrice. În figura 1 sunt prezentate schi]eleacestor zone de protec]ie, iar în tabelul 2, rela]iile decalcul al dimensiunilor principale ale acestor zone.

Tabelul 2Dimensiunile zonelor de protec]ie din figura 1

Pentru dou` paratr`snete, fa]` de cazul folosirii a dou`

conductoare de protec]ie, zonele de protec]ie prezint` de-osebiri mai pronun]ate. Principalul avantaj al conductoa-relor de protec]ie r`mâne faptul c` zona de protec]ie aredimensiuni verticale [i orizontale constante de-a lungul lor.Limita superioar` a zonei de protec]ie a dou` paratr`sneteeste mai coborât` decât în cazul conductoarelor deprotec]ie deoarece, în cazul paratr`snetelor, aceast` limit`este dat` de intersec]ia sferei fictive cu planul vertical carecon]ine paratr`snetele, dar sfera fictiv` le atinge p`strândcontactul cu solul. În cazul conductoarelor de protec]ie,sfera fictiv` este în contact simultan cu ambeleconductoare, astfel c` raza cercului limit` superioar` azonei de protec]ie este raza sferei.

Fig.2. Sec]iuni prin zonele de protec]ie pentru dou` paratr`snete (a) [ipentru dou` conductoare de protec]ie paralele (b), pentru R>h

Fig.3. Sec]iune vertical` prin zona de protec]ie a dou` conductoare deprotec]ie, dac` R h0, zona de protec]ie a conduc-

toarelor orizontale se divide în dou` benzi paralele a c`rorl`]ime scade cu în`l]imea. În cazul paratr`snetelor, dac`h x > h0 zona de protec]ie se reduce la dou` cercuri cu su-prafe]e tot mai mici cu cre[terea în`l]imii. Rela]iile de cal-cul al dimensiunilor zonelor de protec]ie pentru aceste ca-zuri sunt prezentate în tabelul 3.


13/56

245M. Gu[` - Paratr`snete verticale sau orizontale pentru protec]ia sta]iilor de transformare?

Tabelul 3Dimensiunile zonelor de protec]ie din figura 2

Pentru concretizarea afirma]iilor de mai sus, în figura 4 seprezint` dependen]a dimensiunilor zonelor de protec]ie înplan orizontal pentru paratr`snete [i conductoare deprotec]ie, dac` pentru ambele sisteme de protec]ie: h=20m , a=20 m , I p=5 kA. Pentru calculul distan]ei de orientares-a folosit rela]ia Gary din tabelul 3.

2. Studiu de caz: sta]ia de transformare 220 kVDumbrava, Neam]

2.1. Curentul de protec]ie

Cazul general

Punctul de pornire pentru stabilirea zonelor de protec]ie împotriva loviturilor de tr`snet îl constituie valoarea curen-tului de protec]ie, respectiv amplitudinea curentului detr`snet care poate provoca conturnarea sau str`pungereaizola]iei protejate. Nu este simplu de evaluat acest curentdatorit` faptului c`, spre deosebire de liniile electrice ae-riene, circuitele sta]iilor sunt mai complexe datorit` pre-

zen]ei echipamentelor [i a desc`rc`toarelor electrice [inumai sistemele de bare colectoare ar putea fi asimilateliniilor.

O posibilitate ar fi luarea în considerare numai a sisteme-lor de bare colectoare, care – de regul` – se afl` ampla-sate la o cot` mai ridicat`. Curentul de tr`snet care poateprovoca conturnarea izolatoarelor de sus]inere se poatecalcula cu rela]ia

,(1)

}inând seama de propagarea curentului de tr`snet în

ambele sensuri fa]` de locul de impact, Z este impedan]acaracteristic` a sistemului de bare colectoare, iar U 50 estetensiunea minim` de conturnare la impuls de tr`snet.Amplitudini mai mari ale curentului de protec]ie sunt deasemenea, periculoase, dar numai pân` la o limit` I mpentru care raza sferei fictive devine atât de mare încât

aceasta nu mai poate atinge obiectele care trebuieprotejate. Cu cât indicele keraunic este mai mare, num`rulde lovituri de tr`snet periculoase cre[te [i probabilitateade conturnare a izola]iei cre[te, de asemenea. Pornind de

la un num`r admisibil de 0,05 desc`rc`ri/100 km/an, în[1] se evalueaz` cele dou` limite ale curentului de tr`snetca în tabelul 4.

Tabelul 4Alegerea curentului de protec]ie

Asemenea calcule au servit ca motiva]ie pentru alegereamai general` a m`rimii curentului de protec]ie, reco-mandându-se valoarea de 5 kA pentru tensiuni nominale depân` la 230 kV inclusiv [i 10 kA pentru tensiuni mai ridicate.

2.1.2. Simularea loviturii pe un model ATP al sta]ieide transformare

O alt` posibilitate de determinare a m`rimii curentului deprotec]ie este calculul numeric al proceselor de propa-gare a curentului de tr`snet în circuitele sta]iei detransformare, folosind un program adecvat, de exempluATP. Procedeul permite luarea în considerare a loviturilorde tr`snet în orice punct al circuitelor electrice ale sta]iei,fiind alese în primul rând punctele cele mai expuse fie caaltitudine, fie ca dep`rtare de paratr`snete. Va rezulta unset de valori ale curentului de protec]ie, care ar permitestudiul posibilit`]ii de protec]ie sectorizat pentru diferitezone ale sta]iei de transformare. Va r`mâne la alegereaproiectantului gradul de acurate]e adoptat în raport cueconomiile de materiale [i de lucr`ri ob]inute în raport cufolosirea unei unice valori a curentului de protec]ie pentrutot teritoriul sta]iei. Dificultatea principal` a acestuiprocedeu const` în realizarea programului de calcul careinclude modelarea sta]iei [i parcurgerea unei serii de

simul`ri a loviturilor de tr`snet. Alt` dificultate const` întrasarea grafic` a zonelor de protec]ie pentru grupe de3-4 paratr`snete, care mai pot fi [i de în`l]imi diferite.

Sta]ia de transformare Dumbrava 220 kV are un sistemdublu de bare colectoare, un sistem de bare colectoarede transfer, dou` celule de linie, dou` celule detransformator, o celul` de cupl` combinat` [i o celul` decupl` de transfer. La cea mai mare în`l]ime (16,5 m) suntamplasate racordurile de intrare în sta]ie a liniilor electrice[i unele conductoare din celula cuplei de transfer. Exist`desc`rc`toare electrice numai la bornele autotransfor-matoarelor, aflate astfel la distan]` mare de intr`rile însta]ie ale liniilor electrice.

Determinarea curentului de protec]ie a fost f`cut` prinmodelare asistat` de calculator în mai multe variante, iarrezultatele sunt prezentate în figura 5 astfel:

a) cu linie ro[ie, luând în considerare U 50 drept nivelde ]inere al izola]iei;

Z

U I

p50

2=


14/56

246 anul 55, nr. 7/2007

Fig. 5. Curentul de protec]ie pentru sta]ia Dumbrava 220 kV

b) cu linie albastr` considerând caracteristica tensiu-ne-timp a izola]iei externe [i U 50 pentru trans-formatoare;

c) cu linie verde pentru cazul prezen]ei desc`r-c`toarelor electrice atât în celulele de linie, cât [i labornele autotransformatoarelor.

În medie, curentul de protec]ie este de circa 10 kA, darprezint` varia]ii între 7 kA [i 14 kA în func]ie de locul deimpact. Valorile foarte mari apar dac` exist` desc`r-c`toare electrice [i în celulele de linie, dar numai pentrulovituri de tr`snet apropiate de acestea. Compara]ia aces-tor valori cu m`rimea I

pdin tabelul 4 arat` o coinciden]`

numai par]ial`. Utilizarea rela]iei (1) ar conduce la oproiectare uneori mult acoperitoare.

2.2. Protec]ia cu paratr`snete

Folosind valorile curentului de protec]ie ob]inute în varian-ta i), în figura 6a este prezentat` sec]iunea prin zona deprotec]ie la hx=16,5 m, realizat` de sistemul actual deparatr`snete.

Cu linie albastr` sunt trasate conductoarele aflate la 16,5m deasupra solului, cu linie ro[ie acelea aflate la 11,6 m,iar cu linie verde acelea aflate la circa 8 m. Cu linie neagr`

sunt figurate riglele la care sunt ata[ate izolatoarele desus]inere.

Zona de protec]ie a sistemului de paratr`snete existent nuacoper` total teritoriul sta]iei astfel c` pentru acoperireagolurilor în care exist` circuite aflate la aceast` în`l]ime(16,5 m), s-a propus amplasarea a trei noi paratr`snetenotate în figura 6b cu P40N, P41N [i P42N. Rezultatul,prezentat în figura 6b, const` în includerea în zona deprotec]ie a circuitelor electrice din celulele de linie [i detransformator.

Alternativa mont`rii unor seturi de desc`rc`toare electrice

[i în celulele de linie ar produce acela[i efect, f`r` a maifi necesare paratr`snete suplimentare. Totu[i, în ambelevariante r`mâne o zon` expus` loviturilor de tr`snet la

în`l]imea de 11,6 m într-o celul` de linie [i într-o celul` detransformator.

a)

b)Fig. 6. Zonele de protec]ie ale sta]iei de 220 kV Dumbrava, la hx = 16,5 ma - pentru sistemul de paratr`snete existent; b - cu trei paratr`snete

suplimentare

2.3. Utilizarea conductoarelor de protec]ie

Exemplul privind folosirea conductoarelor de protec]ieeste construit pentru cel mai dezavantajos caz privindpunctul de impact al tr`snetului, respectiv pentru cea maimic` amplitudine a curentului de tr`snet ob]inut` prinsimulare pe modelul sta]iei. Aceast` valoare, conformfigurii 5, este de 6,8 kA [i ei îi corespunde o distan]` deorientare a tr`snetului de 33,75 m. Folosind pentru fixarecadrele metalice existente, rezult` c` ar putea fi instalate4 conductoare de protec]ie, fie paralele cu sistemele debare, fie transversal fa]` de acestea. Pentru calculul

în`l]imii minime a zonelor de protec]ie s-au folosit rela]iiledin tabelul 3 pentru situa]ia R > h.

În cazul conductoarelor de protec]ie paralele cu sistemelede bare colectoare, circuitele electrice din celulele de linie[i de cupl` de transfer aflate la h x = 16,5 m nu ar fi

5

15

25

35

45

Puncte de impact

C u r e n t u l d e

p r o t e c ] i e ,

k A


15/56


16/56

248 anul 55, nr. 7/2007

Abstract: Between Oradea–Romania and Békéscsaba–Hun-gary, an 400 kV interconnection line is now underconstruction. This line is structured into three sections: thefirst one, Oradea-N`dab, equipped with single circuittowers - RODELTA type, the second section N`dab-borderequipped with double circuit towers - DONAU type and thethird section border-Békéscsaba, equipped with doublecircuit towers – DOUBLE FLAG type. This paper presentsthe main aspects regarding the line insulation, i.e. theconceptual designs and implementation, mainly the newdesign of insulator string design and manufacturing, as arequired by this project.

Key words: owerhead line, interlink, composite insulators, Radio interference level, corona interference

Descriptori: linie electric` aerian`, interconexiune, izolatorcompozit, nivel perturbator radio, perturba]ii corona

Nota]ii

LEA - linie electric` aerian`Interconexiune - leg t̀ur` electric` între re]elele electrice

din state învecinateIzolator compozit - material izolant din cauciuc siliconic armat

cu fibre din sticl`, utilizat pentru realizareaelementelor izolante ale LEA

RIV - perturba]ii radioPerturba]ii corona - perturba]ii produse de desc`rcarea coro-

na rpodus` pe elemente ale LEA

Contribu]ii

Contribu]ia autorilor const` în:a) definirea metodei privind condi]iile de dimensionare

a coronamentelor;b) definirea studiilor de solu]ie

pentru coronamentele stâlpilor;c) aplicarea tehnologiei noi de

realizare a izolatoarelorcompozite [i

d) modernizarea proiectelor delan]uri de izolatoare pentru liniilede 400 kV, în special aarm`turilor de protec]ie.

Introducere

Între Oradea–România [i Békéscsa-ba–Ungaria se afl̀ în construc]ie o linie deinterconexiune ce va fi exploatat` latensiunea nominal̀ de 400 kV.

Din punct de vedere constructiv, liniaeste alc`tuit` din trei por]iuni distincte:(i ) Oradea-N`dab, echipat` cu stâlpisimplu circuit tip RODELTA, cu con-ductoarele în configura]ie delta; (ii ) N`-

dab-grani]` [i (iii ) grani]`-Békéscsaba,

echipate cu stâlpi dublu circuit. Pe teritoriul României,stâlpii dublu circuit sunt de tip dublu triunghi (DONAU), iarpe teritoriul Ungariei, de tip BRAD (sau DUBLU DRAPEL).

Pe toat` lungimea liniei sunt montate dou` conductoarede protec]ie, dintre care unul este cu fibr` optic` îngloba-t`. În prima etap`, stâlpii vor avea montat câte un singurcircuit, montarea celui de-al doilea circuit fiind obiectulunei investi]ii viitoare.

Obiectul articolului îl constituie prezentarea aspectelor

legate de izola]ia liniei, conceptual [i ca mod de realizare,având în vedere faptul c` autorii au lucrat nemijlocit, încadrul proiectului, în diferite faze de implementare aleacestuia.

2. Izola]ia liniei

2.1. Distan]ele izolante

Condi]iile pentru dimensionarea coronamentelor stâlpilorunei linii electrice de înalt` tensiune sunt definite prinapropieri ale conductoarelor la stâlp [i în deschidere.Principiul avut în vedere în proiectare este de a nu seconsidera simultan existen]a solicit`rilor mecanice extre-me cu solicit`rile electrice anormale. Deoarece normele

de linii electrice definesc [i impun par]ial solicit`rilemecanice [i deoarece linia de interconexiune Oradea-Béckéscsaba este de importan]` deosebit`, în tabelul 1au fost identificate [i aplicate condi]iile de dimensionarecare pot conduce, în concep]ia autorilor, la o exploateresigur` [i de durat` a liniei.

Condi]iile din tabelul 1 au fost aplicate integral, coordo-narea rezultatelor pentru dimensionarea coronamentelorstâlpilor fiind realizat` separat pentru apropieri stationarela stâlp cu datele din Normativul de supratensiuni

1 Ing., Fichtner Engineering2 Dr.ing., Fichtner Engineering3,4 Ing., IPROEB Bistriþa5 Ing., S.C. Electromontaj S.A.- .F.C.A. Câmpina

Izola]ia liniei de 400 kV Oradea-Békéscsaba.

Criterii de dimensionare, teste de tip, optimiz`ri, rezultateEcaterina DR~GAN1, Georgel GHEORGHI}~ 2, Adrian GHINGHELI3, Ioan POP 4, Paul STANCIU 5

Tabelul 1Condi]iile de dimensionare a coronamentelor


17/56

249Ecaterina Dr`gan - Izola]ia liniei de 400 kV Oradea-Békéscsaba. Criterii de dimensionare, teste de tip, optimiz`ri, rezultate

atmosferice – Figurile 1a [i 1b – [i în deschidere, sta]io-nare [i tranzitorii, pentru deschiderea maxim` limitat` dedistan]a dintre faze, de 425 m.

a

b

Fig. 1. Stâlpi de sus]inere. a - Geometria coronamentului RODELTA, b- Geometria coronamentului DONAU

Deoarece atât stâlpii de sus]inere de tip RODELTA, cât [icei de tip DONAU, au izola]ie mixt` (lan]uri de izolatoareverticale [i în „V”), galoparea conductoarelor a fost rea-nalizat`, verificarea f`cându-se pentru fiecare faz` în parte.

2.2. Izola]ia liniei

Criteriul mentenan]`-evitare opera]ii de înlocuire izola]iespart`, a condus la optarea pentru lan]uri echipate cuizolatoare compozite. Suplimentar, fa]` de liniile electriceconstruite pân` în prezent, la clemele de sus]inere s-a

prev`zut protejarea conductoarelor cu man[oane dinspire preformate. Linia se va echipa cu lan]uri de izolatoa-

re de sus]inere simple [i duble [i cu lan]uri de izolatoare

de întindere duble [i triple, cu izolatoare de 210 kN, clas`utilizat` pentru prima dat` la liniile electrice din România.

Consor]iul care a câ[tigat licita]ia (Electromontaj S.A. –Romelectro) a fost pus în situa]ia import`rii acestora, saua asimil`rii lor în ]ar`. G`sind interes la IBROEB Bistri]a,speciali[tii Transelectrica S.A. [i cei ai Fichtner Enginee-

ring au avizat, într-o prim` etap`, testele de tip ale izola-toarelor, efectuate la Laboratorul din Craiova; în conti-nuare, lan]urile complete au parcurs, conform cerin]elorcontractuale, testele de tip la Laboratorul EGÜ din Praga.

Forma [i dimensiunile principale ale izolatorului de 210kN sunt prezentate în figura 2.

d 1 = 144 mm, d 2 = 106 mm, d 3 = 34 mm, K = 2 900

mm, a = 3 094 mm, l = 3 434 ± 15 mm

Fig. 2. Izolatorul compozit, de 210 kN. Caracteristicile constructive

principale

Trebuie remarcat faptul c` izolatorul a fost omologat împreun` cu inelele de protec]ie, deoarece Transelectricaimpune, pentru conturnare la supratensiuni de tr`snet,

valori apropiate de tensiunea de ]inere (în acest caz, U max,

]= 1 550 kV [i U

max, c 50%= 1 930 kV).

Lan]urile de izolatoare, de[i asem`n`toare cu lan]urileexistente, con]in o serie de elemente noi, necesare pe deo parte conect`rii izola]iei, [i pe de alt` parte for]ei de 210kN (figurile 3 [i 4). La testarea lan]ului de izolatoare echi-

pat cu inelele de protec]ie, numai lan]urile de întindere aucorespuns specifica]iilor Transelectrica.

În figura 3 este prezentat lan]ul de sus]inere simplu, iar înfigura 4 este prezentat lan]ul de întindere triplu.

Forma [i alc`tuirea acestora, de[i asem`n`toare cu celeale lan]urilor existente, con]in o serie de elemente noi,

necesare pe de o parte conect`rii izola]iei, iar pe de alt`parte prelu`rii for]ei de 210 kN.


18/56

250 anul 55, nr. 7/2007

Fig.3 Lan]ul de sus]inere simplu

Fig.4. Lan] de întindere triplu

Fotografiile urm`toare prezint` imagini din timpul testelor:a) la tensiunea de ]inere la impuls de tr`snet, în stare

uscat` [i sub ploaie;b) la tensiunea de ]inere la frecven]a industrial`, sub

ploaie [ic) la tensiunea de ]inere la impuls de comuta]ie

efectuate asupra izolatorului de 210 kN [i din timpul tes-telor pentru verificarea nivelului perturba]iilor:

a) radio [ib) corona.

efectuate asupra lan]urilor (de sus]inere simplu [i de întindere triplu).

Fig. 5. Testul la tensiunea de ]inerela impuls de tr`snet,

Fig. 7. Testul la tensiunea de ]inere la impulsde comuta]ie, pe izolator

Fig. 6. Testul la tensiunea de ]inerela frecven]a industrial` în stareuscat̀ , pe izolator sub ploaie, peizolator


19/56

251Ecaterina Dr`gan - Izola]ia liniei de 400 kV Oradea-Békéscsaba. Criterii de dimensionare, teste de tip, optimiz`ri, rezultate

Fig. 8. Testul RIV (Lan] de întindere triplu)

Fig. 9. Testul corona [i RIV (Lan] de sus]ine simplu echipat cu inel dinbar` rotund` [i sfere)

Fig. 10. Testul corona [i RIV (Lan] de sus]inere simplu, echipat cu ineldin aluminiu – Solu]ie adoptat`)

Figura 11 reprezint` testul la tensiunea de ]inere la impuls

de tr`snet, în stare uscat`, pntrue lan]ul de sus]inere

simplu, echipat cu inel din bar` rotund` [i sfere.

Fig. 11. Testul la tensiunea de ]inere la impuls de tr`snet, în stare

uscat` (Umax, ] > 1 550 kV [i Umax, c 50 %


20/56

252 anul 55, nr. 7/2007

Abstract : Following the interconnection of Romania toUCPTE network, a series of 220 kV transformersubstations shall be upgraded to 400 kV. For the afferentoverhead transmission lines, there are two alternatives:new 400 kV lines, or converting the existing 220 kV lines– especially their towers – to a rated voltage of 400 kV.On the basis of a critical examination of the existing 220kV towers, as well as of comprehensive laboratory tests,the authors propose the solution to be applied to upgradethe Romanian 220 kV transmission lines to a ratedvoltage of 400 kV.

Key words: overhead transmission line, insulation level

Descriptori : linie electric` aerian`, nivel de izola]ie

Nota]ii

LEA - linie electric` aerian`U n - tensiune nominal` a liniei, kV

Contribu]ii

Lucrarea se încadreaz` în preocup`rile din str`in`tate [idin ]ar` privind cre[terea capacit`]ilor de transport ale LEAexistente, prin trecerea acestora la niveluri de tensiune

superioare.Contribu]ia autorilor const` în:

a) analiza selectiv` a literaturii de specialitate (înspecial rapoarte CIGRE), în vederea stabilirii moduluide tratare a problemei în alte ]`ri [i întocmirea uneisinteze privind solu]iile adoptate;

b) analiza tipurilor de stâlpi existen]i pe LEA 220 kV aleTranselectrica, din punctul de vedere al distan]elorde izolare;

c) stabilirea unui program de încerc`ri de laboratorpentru verificarea distan]elor de izolare;

d) determinarea tensiunilor disruptive [i de ]inere aleintervalelor de aer faz` - mas` [i faz` - faz`corespunz t̀oare LEA 400 kV;

e) stabilirea solu]iilor de trecere la tensiunea de 400 kVa LEA 220 kV, cu utilizarea, pe cât posibil, a stâlpilorexisten]i.

1. Introducere

Datorit` cre[terii cererii de energie electric`, a ap`rutproblema m`ririi capacit`]ii de transport a re]elelor detransport, una din solu]ii fiind trecerea liniilor electrice detransport existente la o tensiune superioar`, prinreconversia acestora. În cele ce urmeaz` se prezint` oserie de solu]ii adoptate în diferite ]`ri pentru atingereaunui astfel de obiectiv, o mare parte din experien]aacestor ]`ri putând fi aplicat` în re]eaua de transport al

energiei electrice a Transelectrica.

2. Experien]a altor ]`ri în reconversia unei liniielectrice aeriene, la o tensiune superioar`

Din consultarea literaturii de specialitate (în specialrapoarte CIGRE) a rezultat c` problema conversiei liniilorelectrice aeriene, în vederea trecerii la o tensiune deserviciu superioar` a fost abordat` pe plan mondial înurm` cu peste 20 ani [1].

Dintre solu]iile analizate, în continuare se prezint` cele carepot fi aplicate în re]eaua de 220 kV a Transelectrica.

2.1. Trecerea unei LEA 220 kV la func]ionarea latensiunea de 400 kV utilizând stâlpii linieiexistente

Astfel de lucr`ri au fost executate în Germania [2], cumodific`ri minime ale elementelor liniei existente, cuexcep]ia lan]urilor de izolatoare. Coronamentul liniilor (4circuite de 220 kV) a permis trecerea la 400 kV a dou`circuite, celelalte dou` circuite fiind de 110 kV sau 220 kV.

Pentru executarea unei astfel de lucr`ri a rezultat c` estenecesar ca, înainte de demararea lucr`rii, s` se efectuezeo expertiz` complet` a liniei, cu prelevarea de e[antioanede conductoare, fire de gard`, amortizoare, lan]uri de

izolatoare etc., care s` fie testate electric [i mecanic înlaborator, pentru a ]ine seama de schimbarea standardelorde referin]` referitoare la condi]iile meteo [i demetodologiile de studiere a elementelor liniei. Deasemenea, este necesar` o expertiz` a funda]iilor stâlpilor.

În acest sens se recomand` ca, într-o prim` etap`, s` seprocedeze la studierea aprofundat` a documenta]iilorexistente.

Din analiza solu]iilor aplicate se desprind urm`toareleaspecte:

a) înt`rirea stâlpilor constitui]i din grind` cu z`brele dino]el, din profile deschise laminate la cald, în vedereasuport`rii unor sarcini superioare, înt`rire care sepoate realiza cu un efort acceptabil, f`r` modificareamajor` a acestora;

b) utilizarea lan]urilor din izolatoare compozite, casolu]ie de reducere a înc`rc`rilor pe stâlpi, iar ca tipde lan], de regul`, a lan]urilor în V, care asigur`reducerea balansului conductoarelor;

c) sec]iunea conductoarelor [i num`rul acestora pefaz` se stabilesc în func]ie de înc`rcarea liniei [i deconsiderente legate de intensitatea câmpului electric[i a nivelului de zgomot perceptibil;

d) necesitatea încerc`rilor de laborator, pentru fiecarecaz în parte, în vederea rezolv`rii aspectelor legatede coordonarea izola]iei.

2.2. Utilizarea de sisteme cu izolatoare suport,

coarde de leg`tur` [i distan]iere între fazeSolu]ia a fost aplicat` în Japonia pentru trecerea unei LEA66 kV la 154 kV [3]. Aceast` solu]ie a permis asigurareadistan]elor electrice între conductoare [i stâlp, respectiv

între conductoare de faz`, în deschidere.

1 Ing., S.C. ICEMENERG S.A.2 Dr. ing., S.C. ICEMENERG S.A.3 Ing., Transelectrica-DMA4 Prof. dr. ing., Universitatea „POLITEHNICA” din Bucure[ti

Trecerea liniilor aeriene de 220 kV, la 400 kV, f`r`

modific`ri majore Agsioni]a ONE}1, Badea POPA 2, Cristina STOICOF3, Sorin COATU 4


21/56

253 A. One] - Trecerea liniilor aeriene de 220 kV, la 400 kV, f`r` modific`ri majore

Pentru rezolvarea principalelor probleme ridicate detrecerea liniei la o tensiune superioar` au fost adoptateurm`toarele solu]ii:

2.2.1. Sistem cu izolatoare suport pentru coardele deleg`tur`

Coardele de leg`tur` utilizate pe stâlpii de întindere auf`cut obiectul unei concep]ii speciale, în care lungireacoardelor de leg`tur` a impus utilizarea de izolatoare,pentru respectarea distan]elor de izolare prescrise. Solu]iaconst` într-o bar` rigid` din o]el, care suport` pe lungimeasa conductorul, având astfel o coard` de leg`tur` rectilinie.Pozi]ionarea barei rigide, în raport cu stâlpul, la distan]aimpus` de noua tensiune se asigur` cu ajutorul unorizolatoare tij`. Acestea împiedic` balansarea coardelor deleg`tur` sub ac]iunea vântului. Extremit`]ile inferioare aleizolatoarelor suport au fost prev`zute cu piese articulate,pentru a se reduce solicit`rile; piesele care asigur` fixarea

conductorului pe bara de o]el au fost prev`zute cu benzipreformante pentru a se evita deform`rile acestuia.

2.2.2. Distan]iere între faze

S-au studiat balansul fiec`rui conductor datorit` vântului [iapropierea conductoarelor în lungul deschiderii.

S-a stabilit c` în anumite cazuri [i la lungimea curent` adeschiderii nu se poate respecta distan]a minim` întrefaze. A fost deci necesar s` se examineze posibilitatea dea utiliza distan]iere între faze, pentru a respecta distan]aprescris`.

2.2.3. Reducerea greut`]ii sistemului de accesorii

Când se modific` o linie existent`, în vederea exploat`rii lao tensiune superioar`, num`rul accesoriilor pe aceast`linie (sisteme cu izolatoare suport, pentru coardele deleg`tur`; distan]iere între faze) cre[te. Pentru a minimalizainfluen]a lor defavorabil` asupra rezisten]ei stâlpilor, acesteaccesorii trebuie s` fie cât mai u[oare posibil. Solu]iaconst` în utilizarea de izolatoare compozite.

2.3. Utilizarea desc`rc`toarelor electrice cu oxid dezinc montate pe linie

Solu]ia a fost utilizat` în Norvegia [4] [i const` înrenun]area la conductorul de gard` [i montarea de

desc`rc`toare electrice de linie. Desc`rc`toarele electricede linie sunt amplasate la faza superioar`, evitându-seastfel conturn`rile inverse.

Aceast` solu]ie a permis reducerea în`l]imii stâlpilor [i diminuarea înc`rc`rilor pe stâlpi . În plus, ofer` un avantajsuplimentar în regiunile propice form`rii de chiciur`,eliminând riscul alungirii conductoarelor de gard` [iapropierea acestora de conductoarele active, ceea ce arputea provoca str`pungeri ale izola]iei de aer.

Solu]ia este aplicabil` economic pe tronsoane de liniescurte (< 5 km), în apropierea sau la marginea ora[elor,pentru linii noi, pentru lucr`rile legate de cre[terea tensiuniisau pentru reamplasarea liniilor existente.

2.4. Utilizarea consolelor izolante

Solu]ia a fost aplicat` în Elve]ia [5], pentru construc]ia uneilinii cu dou` circuite de 400 kV [i cu un circuit de 132 kV,pe culoarul unei LEA 125 kV dublu circuit existente.

Pe o distan]` de circa 1 km, vechea linie de 125 kVtraversa o zon` intens populat`, în care distan]ele minimede securitate sunt satisf`cute la limit`. Cl`dirile apropiate,situate de fiecare parte a liniei, nu permiteau construirea

unei linii standard de 400 kV. În consecin]`, utilizareaconsolelor izolante a devenit obligatorie, pentru a se puteaasigura compactizarea necesar` a liniei. În plus, utilizareaacestor console a impus alegerea de izolatoare compozitedin cauciuc siliconic, din urm`toarele motive:

a) izolatoarele compozite se caracterizeaz` printr-ogreutate proprie sensibil inferioar` celei aizolatoarelor din por]elan, reducându-se astfelsolicitarea mecanic` a stâlpilor;

b) izolatoarele compozite, comparativ cu cele dinpor]elan, sunt practic insensibile la [ocurilemecanice care s-ar putea produce la ruperea unuiconductor, caz prev`zut de reglement`rile elve]iene.

3. Analiza distan]elor de izolare asigurate de

principalele tipuri de stâlpi pentru liniile de 220 kVdin re]eaua de transport a Transelectrica

Pentru stabilirea posibilit`]ii trecerii unei linii de 220 kV lafunc]ionarea la tensiunea de 400 kV, a fost necesar s` seanalizeze, în primul rând, asigurarea distan]elor de izolarecorespunz`toare tensiunii de 400 kV, condi]ie f`r` de carenu se poate pune problema utiliz`rii stâlpilor existen]i aiLEA 220 kV.

Pentru aceasta, s-a pornit de la urm`toarele premize:a) stâlpii existen]i sunt de tipurile prezentate în

catalogul principalului fabricant de stâlpi dinRomânia – CELPI [6];

b) lan]urile de izolatoare existente sunt formate dinizolatoare cap`-tij` din sticl` (CTS 160-1) [5] sau dinizolatoare tij` din por]elan (VKLF 85/16), iar lan]urilecare se vor utiliza la tensiunea de 400 kV suntizolatoare compozite;

c) pe baza caracteristicilor diferitelor tipuri de izolatoarecompozite încercate în laboratorul ICEMENERG, s-aluat ca baz`, în aprecierea distan]elor de izolare, unelement izolant pentru linii electrice de 400 kV, culungimea de 3 m.

Pentru func]ionarea în condi]iile de siguran]` impuse re]eleielectrice de transport din punctul de vedere al coordon`riiizola]iei, pe o linie de 400 kV trebuie s` fie asiguratedistan]ele minime de izolare faz` – mas` [i faz` – faz`,atât la stâlp, cât [i în deschidere, în conformitate cuprevederile prescrip]iilor în vigoare [7 – 9]. În acest scop,au fost analizate tipurile de stâlpi metalici pentru LEA 220kV fabrica]i de CELPI. La compararea distan]elor existentecu distan]ele minime admise, s-au luat ca baz` nivelurilede ]inere de 1 425 kV, la impuls de tensiune de tr`snet [i1 050 kV, la impuls de tensiune de comuta]ie.

4. Programul de încerc`ri de laborator

Prin programul de încerc`ri de laborator s-a urm`ritverificarea tensiunilor de ]inere la impuls de tr`snet(1 425 kV) [i la impuls de comuta]ie (1 050 kV), aledistan]elor de izolare faz` – mas` pentru tipurile de stâlpide 220 kV, care nu asigur` distan]ele corespunz`toare.

Din încerc`rile efectuate în alte laboratoare a rezultat c`sunt necesare încerc`ri de laborator efectuate pe stâlpi lascar` natural`. Calculele pot conduce la rezultateimprecise, din cauza necunoa[terii valorilor exacte alefactorilor de interval [4].


22/56

254 anul 55, nr. 7/2007

S-a urm`rit, în principal, asigurarea distan]elor de izolarenecesare pentru tensiunea de 400 kV, în ipoteza utiliz`riilan]urilor de izolatoare compozite. În urma analizei efectuates-a stabilit un program de încerc`ri de laborator în scopul

verific`rii tensiunilor de ]inere la impuls de tr`snet (1 425kV) [i la impuls de comuta]ie (1 050 kV), ale distan]elor deizolare faz` – mas`, pentru tipurile de stâlpi care nu asigur`distan]ele corespunz`toare, precum [i ale distan]elor deizolare între faze. Fa]` de cele de mai sus, corelat curezultatele analizei tipurilor de stâlpi existen]i în re]eaua detransport de 220 kV, s-au propus:

a) verificarea distan]elor stâlp – conductor de 2 400 mm[i 2 600 mm, prin:- verificarea tensiunii de ]inere la impuls de tr`snetde 1 425 kV, polaritate pozitiv`;

- verificarea tensiunii de ]inere la impuls decomuta]ie de 1 050 kV, polaritate pozitiv`;

b) verificarea distan]ei între faze pentru izola]ia în aer îndeschiderea liniei, prin verificarea tensiunii de ]inere

impuls de comuta]ie 1 050 kV, polaritate pozitiv`.

Lan]ul de izolatoare utilizat la încerc`ri a fost un lan] dublu, în V, din izolatoare compozite.

5. Încerc`rile efectuate [i rezultatele ob]inute

Încerc`rile s-au efectuat în laboratorul de înalt` tensiune alCentrului Na]ional Interuniversitar pentru Ingineria Tensi-

unilor Înalte [i Compatibilitate Electromagnetic` de la Uni-versitatea „POLITEHNICA” din Bucure[ti, în conformitatecu prevederile standardului SR EN 60060. Aranjamentelede încercare sunt prezentate în figurile 1...4.

Lan]ul de izolatoare echipat, folosit pentru încerc`ri, a fostun lan] în V din izolatoare compozite care corespunde uneiLEA cu U n = 400 kV [i dou` conductoare pe faz`.Tensiunile disruptive 50% au fost determinate prin metoda„sus-jos” (“up-and-down”).

5.1. Verificarea tensiunilor de ]inere [i determinareatensiunilor disruptive 50%, la impuls de tensiunede tr`snet [i la impuls de tensiune decomuta]ie, pentru izola]ia „faz`–stâlp”, faz`lateral`, interval minim d e aer d e 2 4 m

Încerc`rile s-au efectuat pentru polaritatea pozitiv` a

tensiunii de impuls. În urma încerc`rilor cu impuls detensiune de tr`snet s-au ob]inut urm`toarele rezultate,privind izola]ia în aer „faz` – stâlp”:

a) izola]ia de 2,4 m nu ]ine tensiunea specificat`, de 1425 kV;

b) tensiunea disruptiv` 50% este de 1 198 kV;c) tensiunea de ]inere statistic` (cu o probabilitate de ]ine-

re de 90%), determinat` din tensiunea disruptiv` 50%este de 1 151 kV.

Fig. 1 Schi]a montajului experimental pentru verificatea izola]iei „faz` - st#lp“ Fig. 2 Aranjamentul experimental pentru verificatea izola]iei „faz` - st#lp“

Fig. 3 Schi]a montajului experimental pentru verificatea distan]ei „faz` - faz`“ Fig. 4 Aranjamentul experimental pentru verificatea distan]ei „faz` - faz`“


23/56

255 A. One] - Trecerea liniilor aeriene de 220 kV, la 400 kV, f`r` modific`ri majore

Toate desc`rc`rile disruptive s-au produs în intervalul deaer dintre „faz`” [i fa]a lateral` a stâlpului.

În urma încerc`rilor cu impuls de tensiune de comuta]ie

s-au ob]inut urm`toarele rezultate, privind aceea[i izola]ie în aer „faz` – stâlp”:a) izola]ia de 2,4 m nu ]ine tensiunea specificat`, de 1

050 kV;b) tensiunea disruptiv` 50% este de 960 kV;c) tensiunea de ]inere statistic` (cu o probabilitate de

]inere de 90%), determinat` din tensiunea disruptiv`50% este de 909 kV.

Toate desc`rc`rile disruptive s-au produs în intervalul deaer dintre „faz`” [i fa]a lateral` a stâlpului.

5.2. Verificarea tensiunilor de ]inere [i determinareatensiunilor disruptive 50%, la impuls de tensiunede tr`snet [i la impuls de tensiune de

comuta]ie, pentru izola]ia „faz`–stâlp”, faz`lateral`, interval minim d e aer d e 2 6 m

Încerc`rile s-au efectuat pentru polar

linii de inalta tesiune.experimente

Documents