POSTURI DE TRANSFORMARE2.1.Tipuri de posturi de transformarePosturile de transformare sunt statii electrice de transformare, coboratoare, cu o putere ceruta maxima de 1600 lVA, in care tensiunea energiei electrice este coborata de la o tensiune medie la joasa tensiune, in scopul alimentarii retelelor electrice de utilizare. Posturile de transformare fac astfellegaturaintre retelele electrice de medie tensiune si cele de joasa tensiune.In cadrul instalatiilor electrice la consumator, posturile de transformare reprezintapuncte de alimentarecu energie electrica la tensiunea de utilizare, corespunzatoare receptoarelor si utilajelor, care poate fi:UlMTkV;UlnV.Principalelecriterii de clasificare a posturilor de transformarese refera la solutia constructiva, amplasarea, structura proceselor tehnologice deservite si numarul de transformatoare. Alte criterii de clasificare pot fi: nivelul tensiunii inalte (medii), nevelul tensiunii joase, puterea instalata totala s.a.Din punct de vedereconstructiv, posturile de transformare se realizeaza in urmatoarele variante, prezentate in figura 2.1:- posturi de transformare in cabina de zidarie;- posturi de transformare in dulapuri metalice;- posturi de transformare montate pe unul sau doi stalpi,SnT= (20 350) kVA; aceste posturi de transformare pot fi pe platforma sau agatate pe stalp.Carte PIEI (Comsa,D, Maier, V. s.a. fig. 3.73.9, pag. 95)Fig. 2.1. Tipuri constructive de posturi de transformare:a- montat pe unstalp;b- in cabina de zidarie;c- in dulapuri metalice.Amplasarease refera atat la pozitia posturi de transformare in raport cu cladirile consumatorilor, cat si la cota de situare in raport cu solul.Dupa pozitia posturilor de transformare in raport cu cladirile consumatorilor, se diferentiaza doua tipuri de posturi de transformare:-independentede cladirile consumatorilor, exterior si interior;-integratein cladirile sectiilor productive, cat mai aproape de centrul de greutate al sarcinilor (interioare).Cota de situare a posturilor de transformare in raport cu solul, determina urmatoarele tipuri de posturi de transformare:- posturi de transformare subterane;- posturi de transformare supraterane (terestre);- posturi de transformare aeriene.In raport custructura proceselor tehnologicedeservite, se intalnesc urmatoarele doua tipuri de posturi de transformare:-posturi de transformare bloc proces tehnologic, adica posturi de transformare care alimenteaza utilaje grupate pe procese tehnologice, in cadrul unei singure sectii sau a catorva sectii apropiate. Aceasta situatie conduce la o exploatareeconomicaa posturilor de transformare, in conditiile unei sigurante sporite in functionare;-posturi de transformare cu consumator eterogen, destinat alimentarii unei diversitati de utilaje, apartinand unor procese tehnologice diferite si prezentand caracteristici electroenergetice diferite.Astfel de cazuri creeaza probleme in asigurarea selectivitatii protectiei si conduc la o frecventa mai mare a deranjamentelor.Numarul de unitatide transformator, care poate fi 1, 2 sau 3, este in stransa legatura cu categoriile receptoarelor din punctul de vedere al continuitatii in alimentarea cu energie electrica si determina nemijlocit configuratia schemei electrice a posturilor de transformare si o serie de aspecte functionale.2.2. Structura posturilor de transformareInstalatia electrica a posturilor de transformare, indiferent de varianta constructiva a acestora, cuprinde doua feluri de circuite:-circuite primare, incluzand toate elementele care concura la transmiterea si transformarea energiei electrice;-circuite secundare, cu rol de protectie, comanda, semnalizare, masura, control s.a.In schemele circuitelor primare, elementele pot fi grupate pecelule functionale, concretizate adesea in unitati constructiv - functionale. Astfel, inMTsunt celule sosire linii, celule cupla, masura si eventual celule ale mijloacelor de compensare a puterii reactive. Celulele transformator leaga partileMTsiJTale posturilor de transformare, iar celulele deJT, mai numeroase, pot fi:- celule plecari;- celula mijloacelor de compensare a puterii reactive;- celule cupla.In figura 2.2 sunt prezentate variante ale celulelor sosire linii.

abcdFig. 2.2. Configuratii ale celulelor sosire linii MT:a- cu separator( Q1A) de rupere in sarcina;b- cu separator simplu (Q1B);c- pentru sistem dublu de bare;d- cu siguranta si separator.Variantele cu un singur dispozitiv de separare a cailor de curent, fie acesta separator cu rupere sub sarcina (Q1A), fie separator simplu (Q1B), sunt destinate unor sisteme simple de bareWI(figura 2.2,asib). Cand sistemul de bare este dublu, introducerea separatorului de bareQ2Cdevine necesara.Separatoarele de pamantare (Q2A,Q2BsiQ3C) permit punerea capatului linieiLEla pamant, atunci cand sunt prevazute lucrari de reparatii, intretinere sau revizii. Schema cu siguranta-separator, avand eventual si descarcator cu rezistenta variabila (F20 in fig. 2.2,d), se intalneste la posturile de transformare cu o singura unitate, de puteri relativ mici (sub 250 kVA), montate pe stalp sau in constructie metalica.Celulele de baza ale posturilor de transformare sunt cele care contin transformatoarele de putere si aparatura de protectie, comutatie si masura aferenta.In figura 2.3, este indicata o structura generala acelulei transformator, cu prezentarea unor alternative pentru unele dintre aparatele din schema de distributie. Aceasta evidentiaza faptul ca aparatul de protectie pe partea deMT, marcat prinQ2(figura 2.3), poate fi de unul din urmatoarele tipuri:- intreruptor automat;- separator cu rupere sub sarcina;- siguranta deMT.Pe partea deJT, protectia se asigura prin intreruptor automat (Q3- figura 2.3) sau, la posturile de transformare de puteri mai mici, prin siguranta fuzibila. SeparatorulQ4este reprezentat in schema de baza ca pentru un sistem dublu de bare pe partea deJT, existand si alternativa (fig. 2.4,b), ca sistemul de bare sa fie simplu. Cu linie intrerupta s-a redat in figura conductorul de nul, prezent sistemul de bareWJsi legat la pamant prin rezistentaRoa prizei de pamant. Transformatoarele de masura de curentTC1siTC2furnizeaza aparatelor de masura ca ampermetre, woltmetre, contoare etc., semnale proportionale cu curentii din partile deMT, respectivJT.

abFig. 2.4. Structura generala a celulei transformatora- schema monofilara;b- variante de echipare.Celula masura (MT), prezenta in figura 2.5, cuprinde transformatoarele de masura de tensiuneTU; de obicei, se utilizeaza doua transformatoare, legate inV. Acestea furnizeaza aparatelor de masura ca voltmetre, wattmetre, cosfimetre etc., semnale proportionale cu tensiunea de serviciu, deMT.

Fig. 2.4. Celula masura (MT)Celulele deMTsunt interconectate prin intermediul barelor deMT, iar celulele deJT- prin barele deJT. Barele deMTpot lipsi la posturile de transformare cu o singura linieMTsi un singur transformator. Sistemele de bare pot fi simple, sectionate sau duble, asa cum se prezinta in figura 2.5.

abcFig. 2.5. Sisteme de bare:a- simpla;b- dublu;c- sectionate.In cazul unui sistem de bare sectionate (figura 2.5,a), o celula poate fi conectata numai la una dintre sectiuni, in timp ce in cazul unui sistem dublu de bare, majoritatea celulelor pot fi racordate la oricare dintre sistemele de bare componente (figura 2.5,b).Existenta sistemelor de bare sectionate si duble face necesara prevederea unorcelula de cupla, care sa faca legatura intre cele doua sisteme de bare, componente. Schemele celulelor de cupla, prezentate in figura 2.6, sunt valabile atat inMTcat si inJT;W1siW2reprezinta doua sisteme de bare distincte, rezultate prin sectionare sau dublare. Cupla simpla (figura 2.6,a),

abFig. 2.6. Schemele celulelor de cupla:a- simpla;b- automata.cuprinde un singur separator,Q1A, fara posibilitatea de comutare sub sarcina. Cupla automata (figura 2.6,b) este mai dezvoltata, cuprinzand in afara intreruptorului automatQ2Bsi separatoarele de bareQ1BsiQ3B.Cupla longitudinala leaga sectiunile distincte ale unui sistem de bare sectionate; cupla transversala leaga sistemul dublu de bare.Cele mai dezvoltate, ca numar, suntcelulele plecarilor JT, datorita rolului de distributie pe care il joaca posturile de transformare, pe langa cel de transformare a energiei electrice. Acestea sunt destul de diverse, asa cum se poate observa in figura 2.7, in raport cu puterile transportate de liniileJTsi cu aparatura folosita. La curentii mai mari, liniileJTse protejeaza prin intreruptor automat (Q2A), ceea ce face necesara prevederea si a unui separator de bare (Q1A).

abcdFig. 2.7. Configuratii ale celulelor plecari JT: a - cu intreruptor automat;b- cu separator si siguranta fuzibila; c - cu separator unic pentrumai multe linii JT; d - numai cu siguranta fuzibila.Varianta separator-siguranta, prevazuta si cu masura (fig. 2.7,b), acopera o gama larga de plecariJT; din economie, exista solutia montarii unui singur separator (Q1C) pentru cateva liniiJT(figura 2.7,c). Cea mai simpla si frecvent utilizata schema este cea cu protectia asigurata prin sigurante fuzibile (figura 2.7,d); linia deJT, dupa ce s-a decuplat sarcina de la capatul acesteia, poate fi separata de la sistemul de bare (WJ), prin extragerea patroanelor fuzibile, astfel ca siguranteleF1Djoaca si rol de separator, in caz de separatii-revizii.Compensarea centralizata, la posturile de transformare, a puterii reactive se realizeaza prin prevederea unorcelule de compensare, inJTsauMT. O configuratie posibila pentru aceste celule este prezentata in figura 2.8, in optiuneaJT. Circuitul comun (coloana) se prevede cu protectie, comutatie si masura, iar circuitele individuale ale treptelor bateriei de condensatoare se prevad cu protectie si comutatie. De obicei, o treapta (ex, C0) este fixa, iar celelalte sunt comutabile, manual sau automat.

Fig. 2.8. Celula compensatoare a puterii reactive.2.3.Dimensionarea posturilor de transformareProblema dimensionarii PT este relativ complexa, deoarece presupune parcurgerea urmatoarelor etape mai importante:- stabilirea numarului de PT si a puterilor cerute pe fiecare PT;- determinarea locurilor de amplasare a PT;-determinarea puterilor activa si aparenta pe fiecare PT;- stabilirea numarului si a puterilor transformatoarelor dintr-un PT;- organizarea regimului de functionare in paralel a transformatoarelor din fiecare PT.A.Stabilirea numarului de PTModalitatea de grupare a receptoarelor si utilajelor pe puncte de alimentare in joasa tensiune este subordonata unor criterii ca:- amplasarea invecinata;- apartenenta la acelasi proces tehnologic;- puterile aparente cerute sa se incadreze in domeniul (161600) kVA;- puterile cerutepe fiecare PT sa aiba valori apropiate.Organizarea energetica a consumatorilor, in ceea ce priveste numarul de PT, se face pe planul de situatie al acestuia, cu luarea in considerare a puterilor cerute de receptoare si utilaje. Se procedeaza la gruparea sarcinilor plasate in vecinatate, astfel incat un ansamblu de sarcini sa nu depaseasca puterea aparenta ceruta de 1600 kVA si sa se obtina puteri aparente apropiate pe posturi, pentru ca numarul de tipuri de PT sa fie cat mai mic.Numarul de ansambluri de sarcini astfel delimitat reprezinta numarul de PT, notat in continuare - nPTPentru fiecare PT, se calculeaza apoi puterile cerute, pe baza metodelor de estimare cunoscute (scap. 1.3).B.Determinarea locurilor de amplasare a PTSe considera toate utilajele si receptoarele, aferente unui PT, reprezentate pe planul de amplasamente, asa cum se prezinta in figura 2.9; in plus, s-a asociat arealului dreptunghiular, in care sunt situate utilajele si receptoarele, un sistem de axe de coordonate xOy, pentru a se putea referi in acest plan fiecare punct de consum. Puterile cerute de utilaje si receptoare se considera determinate corespunzator numarului echivalent de receptoare, pentru PT in discutie.

Fig. 2.9. Centrul de sarcina si definitivarea amplasarii PT.Coordonatele centrului de sarcina echivalenta se calculeaza cu relatiile:;(2.1),(2.2)in care xjsi ykreprezinta coordonatele caracteristice curente, intelegand prin coordonate caracteristice acele abscise sau ordonate, la care este situat cel putin un receptor sau utilaj;Scxj, Scyk- suma puterilor aparente cerute, la coordonatele caracteristice respective, incluse in indice.Evident sumele de la numitorii relatiilor (2.1) si (2.2) sunt identice, reprezentand sarcina 'echivalenta', adica suma aritmetica a puterilor aparente cerute. Pentru moment, semnificatia fizica a sarcinii echivalente este ascunsa, dar dupa introducerea ulterioara a marimilor denumite curent cerut si moment al curentilor ceruti, aceasta va putea fi explicitata.Dupa calcularea coordonatelor (xC,yC) ale centrului de sarcina echivalenta si reprezentarea acestuia pe planul de amplasamente, se trece la luarea deciziei privitoare la pozitia finala a PT, in functie de tipul constructiv al acestuia si de spatiul disponibil din interiorul sau exteriorul cladirii (halei). Daca, de exemplu, se decide ca amplasarea PT se face in afara spatiului ocupat de utilaje si receptoare, centrul de sarcina va fi deplasat din punctul C (fig.2.9), de coordonate (xC,yC), pe distanta cea mai scurta.C.Definitivarea puterilor aparente pe fiecare PTLuand ca punct de referinta determinarea puterilor cerute Pctsi Qct, din reteaua de medie tensiune (par. 1.4.1, metoda coeficientilor de cerere), se pune problema determinarii puterii aparente, pe baza careia sa se aleaga puterea nominala a transformatoarelor din PT. Mai intai, se impune remarca referitoare la calculul puterii reactive, totale - Qct: la estimarea acestei marimi, puterea reactiva a mijloacelor de compensare ar trebui neglijata, Qbc= 0 (rel. 1.28), pentru a conferi un nivel sporit de fiabilitate postului de transformare.Deoarece echipamentele electrice, cum sunt si transformatoarele, admit anumite regimuri de suprasarcina, rationamentul care se aplica la determinarea puterii de calcul, pentru alegerea puterii nominale SnTa transformatoarelor este urmatorul: puterea ceruta totala, cu semnificatia acesteia de putere maxima absorbita, sa fie suportata de catre transformatoarele electrice din PT in regim de suprasarcina. In acest fel, transformatoarele nu se supradimensioneaza si, din punct de vedere economic, PT revine la un cost mai scazut.Notand cucoeficientul care exprima capacitatea totala de suprasarcina a transformatoarelor, conditia enuntata anterior se transpune pentru puterea activa sub forma,(2.3)in care s-a notat cu PPTputerea activa, de calcul, a PT. Capacitatea de suprasarcina totala a transformatoarelor rezulta datorita variatiilor zilnice si anuale a sarcinii, cand, datorita functionarii unor intervale importante de timp la sarcini mai mici, regimul termic al transformatoarelor este mai putin solicitant si deci fenomenul imbatranirii izolatiei este diminuat.Suprasarcina admisa pe baza variatiilor zilnice ale sarcinii, conform curbei de sarcina zilnica, este definita prin regula celor trei procente, astfel: pentru fiecare 10de reducere a coeficientului de aplatizare KPMfata de 100, se admite o suprasarcina de 3. Expresia analitica a suprasarcinii relative admise, notata3, este in baza regulii enuntate:.(2.4)Suprasarcina admisa pe baza variatiilor anuale ale sarcinii, notata prinp, se defineste pe baza regulii celorpprocente, avand urmatorul enunt: pentru fiecare p% de subincarcare vara, se poate admite iarna o suprasarcina echivalenta ca marime, dar nu mai mare de 15%. Cu alte cuvinte, suprasarcina admisa iarna este egala cu subincarcarea din timpul verii, ceea ce se scrie analitic sub forma:;(2.5)din ultimii doi membrii ai egalitatii se poate obtine relatia,(2.6)care exprima sub alta forma regula celor p%.Avand definite cele doua componente ale suprasarcinilor admise, se determina capacitatea totala de suprasarcina cu relatia,(2.7)care nu trebuie sa depaseasca valoarea maximaM= 0,2 pentru transformatoare instalate in interior siM=0,3 pentru transformatoare montate in exterior.Puterea activa, de calcul, pentru PT se deduce din relatia (2.3), pentru conditia de egalitate, mai intai sub forma,(2.8)in care se introduc expresiile (2.4), (2.5) si (2.7) ale suprasarcinilor admise, obtinandu-serelatia finala,(2.9)unde a fost pus in evidenta raportul PMv/PMi, ca indicator al curbelor de sarcina (par. 1.5.2).In acelasi timp, puterea activa a PT trebuie sa corespunda valorilor maxim admise pentru capacitatea totala de suprasarcina, conform celor de mai sus, astfel ca se impune conditia suplimentara.(2.10)Daca se are in vedere faptul ca, pentru consumatorul racordat la PTse cunoaste factorul de putere natural cos, se calculeaza in continuare puterea aparenta de calcul a PT cu relatia:,(2.11)pe baza careia se poate trece la determinarea puterii nominale a transformatoarelor din PT.D.Stabilirea numarului si a puterii nominale a transformatoarelorIntr-un PT se monteaza, de obicei, transformatoare de aceeasi putere nominala, din acelasi considerent, pentru care se evita diversificarea tipurilor de PT, la acelasi consumator: criteriul economic. Numarul de transformatoare identice dintr-un PT este in functie de categoriile receptoarelor, din punct de vedere al continuitatii in alimentarea cu energie electrica, recomandarile fiind expuse in continuare, in raport cu incadrarea pe categorii.Pentru PT alimentand receptoare din categoria zero, se prevad doua transformatoare, fiecare dintre acestea putand suporta intreaga sarcina:nT=2;,(2.12)prin aceasta asigurandu-se o rezerva de 100% in surse.Daca consumatorul are receptoare de categoria I-a si puterea aparenta, totala a acestora, ScI,este mai mica decat 0,5SPT, atunci se recomanda tot doua unitati de transformator, a caror putere nominala sa poata acoperi cel putin puterea receptoarelor mai exigente, conform conditiei:,nT=2.(2.13)Ponderea mai mare a receptoarelor de categoria I-a, evidentiata prin inegalitateaScI0,5 SPT,se rezolva cu recomandarea de a se utiliza, in acest caz, trei unitati de transformator, ale caror puteri nominale sa satisfaca conditiile:(2.14)nT= 3.Pentru cazul in care consumatorul este alcatuit din receptoare de categoria a II-a, conditiile de determinare a transformatoarelor din PT sunt dupa cum urmeaza:nT=2;.(2.15)In sfarsit, daca in compunerea consumatorului se afla numai receptoare de categoria a III-a, se prevede o singura unitate, determinata astfel:nT=1;.(2.16)2.4. Exploatarea economica a transformatoarelorPosturile de transformare, care alimenteaza receptoare mai exigente din punctul de vedere al continuitatii in alimentarea cu energie electrica (categoriile 0, I si II), pot fi prevazute cu doua sau chiar trei unitati identice de transformare.In raport cu sarcina variabila, tranzitata,regimul economical posturilor de transformare se considera corespunzator pierderilor de putere minime in transformatoarele conectate, deci randamentului maxim de transformare a energiei.Conform datelor furnizate de catre producatori, pentru fiecare transformator cu puterea nominalaSnTse cunosc urmatoarele marimi:- pierderile active la mers in golPo;- pierderile active la mersul in scurtcircuitPsc;- curentul de mers in golio%;- tensiunea relativa de scurtcircuitsc%.In tabelul 2.1 sunt indicate caracteristicile tehnice ale transformatoarelor de putere pentru posturi de transformare, din fabricatia Electroputere-Craiova. Pierderile de putere activa si de putere reactiva, prezinta o variatie specifica la functionarea individuala in sarcina a unui tip de transformator, prezinta o variatie specifica, ilustrata in figura 2.10. Curba pierderilor de putere activa corespunde relatiei:[kW](2.17)in carekT=ST/SnTreprezintagradul de incarcareal transformatorului, cand tranziteaza puterea aparentaST.Curba pierderilor de putere reactiva este descrisa de relatia[kvar](2.18)in careQoreprezinta pierderile de putere reactiva la mersul in gol, iarQsc- pierderile de putere reactiva la mersul in scurtcircuit, date respectiv de relatiile;(2.19)(2.20)Pierderea totala de putere activa se echivaleaza cu relatia(2.21)in carecreprezintaechivalentul energetical puterii reactive la bara de racordare a transformatorului, adica pierderea de putere activa ca urmare a cresterii cu o unitate a puterii reactive tranzitate din sistem spre nodul amonte al postului de transformare (emed= 0,03 kW/kvar, informativ).Fig. 36 - pag. 89 (Carte PIEI)Fig. 2.10. Variatiile pierderilor de putere activa (a) si reactivaintr-un transformator de putere MT/JT (SnT= 160 kVA)Tratarea generala a functionarii economice a transformatoarelor impune considerarea cuplarii in paralel cu doua transformatoare cu puteri nominale diferite SnT1< SnT2, avand pierderile identificate prin indicii numerici, corespunzatori. Prin manevrarea aparatelor de comutatie, la sarcini mai mici se cupleaza transformatorul de putere mai mica, iar la sarcini mai mari va fi mai economic sa se conecteze numai transformatorul de putere mai mare.Sarcina limitala care s-ar impune comutarea de pe un transformator pe celalalt se determina din conditia(2.22)care se expliciteaza mai intai folosind relatiile (2.17)(2.21) sub forma(2.23)Separand termenii dependenti de sarcina (in membrul stang) de cei independenti de sarcina, relatia devine(2.24)din care se deduce sarcina limita Sl, explicitand gradele de incarcare(2.25)sub forma expresiei generale(2.26)Relatia (2.26) poate fi particularizata pentru orice situatie concreta, inclusiv prin considerarea transformatorului 1 ca fiind un sistem denTtransformatoare identice, in paralel, iar a transformatorului 2 ca fiind un sistem de (nT+ 1) transformatoare identice, in paralel. Sarcina limita la care se impune trecerea de la nTla (nT+ 1) transformatoare se obtine explicitand pierderile sistemelor de transformare considerate si puterile nominale astfel:P01= nTP0;Q01= nTQ0P02= (nT+ 1)P0;Q02= (nT+ 1)Q0(2.27)..SnT1= nTSnT; SnT2= (nT+ 1)SnTNotand cuSl(nT, nT+ 1) sarcina limita, se determina relatia generala pentru aceasta sub forma:(2.28)care poate fi particularizata pentru trecerea de la un transformator la doua in paralel si de la doua la trei in paralel, daca unitatile sunt identice.In figura 2.se prezinta curbele pierderilor totale de putere activa pentru un post de transformare avand trei unitati de transformator identice. Functionarea economica a postului de transformare este evidentiata de infasuratoarea curbelor de pierderi, trasata pe figura cu linie intrerupta.Relatia (2.26) poate fi utilizata si pentru aprecierea regimului economic de functionare a unor transformatoare de puteri diferite. Se subliniaza conditia ca pentru a putea functiona in paralel,transformatoarele trebuie sa aiba aceeasi grupa de conexiuni. Graficul pierderilor active totale pentru un sistem de doua transformatoare diferite este redat in figura 2.O forma simplificata a relatiei (2.28) se obtine prin neglijarea pierderilor active suplimentare in reteaua de alimentare, datorate tranzitului de putere reactiva consumate de transformator (0= 0):(2.29)care conduce la valori cu 8 10% mai mici decat relatia exacta.