SOLUII MODERNE DE REALIZARE I CONDUCERE A STAIILOR I POSTURILOR DE

TRANSFORMARE

Curs pentru uzul studenilor la masterat

3

CUPRINS 1.Echipamente moderne n staiile electrice...............................................................................5

1.1.ntreruptoare....................................................................................................................5 1.1.1. ntreruptoare cu hexafluorur de sulf..................................................................5 1.1.2. ntreruptoare cu vid.............................................................................................8

1.2.Separatoare......................................................................................................................9 1.3.Descrctoare i scurtcircuitoare..................................................................................11 1.4.Conductoare i izolatoare..............................................................................................18 1.5.Transformatoare de msur...........................................................................................19 1.6.Transformatoare de putere............................................................................................22

2.Staii electrice cu izolaia n aer.............................................................................................27 3.Staii electrice cu izolaia n SF6............................................................................................41 4.Celule prefabricate de medie tensiune...................................................................................54 5.Posturi de transformare..........................................................................................................63 6.Sisteme integrate de protecie, automatizare, msur, control i supraveghere.....................80 Bibliografie...............................................................................................................................95

5

1. ECHIPAMENTE MODERNE N STAIILE ELECTRICE

1.1.ntreruptoare

1.1.1.ntreruptoare cu hexafluorur de sulf 1.1.2.ntreruptoare cu vid

1.2.Separatoare 1.3.Descrctoare i scurtcircuitoare 1.4.Conductoare i izolatoare 1.5.Transformatoare de msur 1.6.Transformatoare de putere

1.1.NTRERUPTOARE

ntreruptoarele utilizate n staiile electrice au evoluat de la cele cu ulei la cele cu hexafluorur de sulf sau cu vid. Astfel, primele tipuri de ntreruptoare cu comutaia n ulei au fost cele cu ulei mult. Acestea sunt caracterizate de:

- dimensiuni mari; - cantiti mari de ulei. Au fost construite pn la 330kV/25kA.

Au urmat ntreruptoarele cu ulei puin, construite pn la tensiuni foarte nalte (765kV) i capacitatea de rupere a curenilor de scurtcircuit de 40 kA datorit:

- constuciei camerelor de stingere pe principiul modulului; - realizrii de ntreruperi multiple pe pol. Aceste ntreruptoare au cteva dezavantaje: - necesit revizii periodice lungi; - prezint pericol sporit de incendiu i explozii.

Exist n exploatare pe piaa aparatelor cu caracteristici medii dar tendina este de scdere a utilizrii lor. ntreruptoarele cu aer comprimat sunt primele care folosesc tehnica de comutaie n gaze sub presiune. Folosesc drept mediu electroizolant i de stingere aerul la presiune mai mare dect cea atmosferic. Se folosesc n momentul de fa ca ntreruptoare de generator i ntreruptoare de exterior n zone cu climat aspru (pn la -40 0C). n paralel cu ntreruptoarele de putere realizate n tehnici tradiionale (cu ulei, cu aer comprimat), au aprut ntreruptoare bazate pe o tehnic nou, cea a comutaiei n hexafluorur de sulf. Datorit performanelor atinse, aceste ntreruptoare tind s le nlocuiasc pe cele tradiionale. ntreruptoarele cu comutaie n vid avansat folosesc vidul ca mediu electroizolant i de stingere a arcului electric. Aceste ntreruptoare se folosesc dominant n reelele de distribuie de medie tensiune.

1.1.1. ntreruptoare cu hexafluorur de sulf Hexafluorura de sulf este un gaz incolor, inodor i, pn la o anumit concentraie n aer, netoxic. Este unul din cele mai grele gaze, densitatea sa, n condiii normale de presiune i temperatur este de aproape cinci ori mai mare dect a aerului. Se poate lichefia uor prin

comprimare i stoca n mod comod sub form lichid. Este un gaz electroizolant de mare rigiditate dielectric i un excelent fluid extinctor, capabil s transporte o mare cantitate de cldur care permite rcirea arcului electric prin conducie termic. Proprietile dielectrice i de mediu de stingere a arcului electric care caracterizeaz hexafluorura de sulf nu se regsesc mpreun la nici un alt fluid. Dup tehnica utilizat pentru obinerea suflajului n camera de stingere se disting trei generaii de ntreruptoare cu hexafluorur de sulf:

- cu dubl presiune; - cu autocompresie; - cu autosuflaj; - cu suflaj magnetic ntreruptoare cu dubl presiune

La aceste ntreruptoare stingerea arcului electric se face prin suflarea cu hexafluorur de sulf comprimat la presiuni ridicate. Circuitul de gaz este nchis i conine dou rezervoare, de joas presiune (circa 0,3 MPa), respectiv de nalt presiune (1,5 MPa), ntre care este amplasat un compresor. Hexafluorura de sulf la joas presiune umple n ntregime construcia ntreruptorului, realiznd izolaia intern. La deconectare, gazul stocat n rezervorul de nalt presiune strbate ajutajele camerei de stingere exercitnd suflajul necesar stingerii arcului electric, dup care se destinde n rezervorul de joas presiune. Presiunea n rezervorul de nalt presiune este refcut prin intrarea n funciune a compresorului. ntreruptoarele cu hexafluorur de sulf sunt realizate n dou variante: dead-tank i live-tank, diferite prin modul de realizare a izolaiei cilor conductoare fa de pmnt. La ntreruptorul dead-tank, fig.1.1, partea activ a polului este nchis ntr-o cuv metalic care funcioneaz la potenialul pmntului. Aceasta este umplut cu gaz la joas presiune care realizeaz izolaia.

Fig.1.2. ntreruptor live-tank cu dubl presiune: 1-camer de stingere modul; 2-izolator de trecere; 3-borne de conexiuni; 4-izolator suport; 5-compresor de hexafluorur de sulf

n cazul ntreruptorului live-tank, fig.1.2, izolaia fa de pmnt se obine cu o coloan electroizolant din porelan, care susine camera de stingere.

Fig.1.1. ntreruptor dead-tank cu dubl presiune

ntreruptoare cu autocompresie

Aceste ntreruptoare funcioneaz cu hexafluorur de sulf la o singur presiune: 0,50,7MPa. Suflajul necesar activrii stingerii arcului electric se obine la deconectare prin autocompresie, pe durata deplasrii echipajului mobil. Se aduc astfel cteva simplificri:

- se elimin compresorul i valvele pentru comanda suflajului;

6

- se renun la sistemul de nclzire a gazului deoarece, la presiunile sczute de lucru ale acestuia, lichefierea hexafluorurii de sulf se poate produce numai la temperaturi foarte sczute, de - 40 0C.

Dintre ntreruptoarele cu SF6, acestea sunt cele mai rspndite datorit: - simplitii constructive; - indicatorilor nali de fiabilitate; - mentenabilitii ridicate; - cheltuielilor de exploatare reduse.

Fig.1.3. ntreruptor LWE: 1-camere de stingere modul; 2-rezistoare de untare; 3-coloana electroizolant; 4-asiu metalic; 5-dispozitiv pneumatic de acionare; 6-rezervor de aer comprimat

Fig.1colo 4-prcond

.4. ntreruptor tip H: 1-camer de stingere; 2-

ana izolatorului suport; 3-mecanismul ntreruptor;esostate de control; 5-mecanismul de acionare; 6-ucte de nalt presiune; 7-supori metalici 7

ntreruptoarele cu autocompresie de nalt presiune sunt de tip monopolar n varianta live-tank. Pentru tensiuni foarte nalte i capaciti mari de rupere se fabric aparate de tip dead-tank. n fig.1.3 este prezentat un ntreruptor de nalt tensiune tip LWE (SUA) (362 kV/3000A/63 kA) iar n fig.1.4 un ntreruptor tip H (Romnia). Pentru parametri superiori valorilor de 550kV/4000A/63kA, firma ABB fabric ntreruptoare de tip dead-tank, fig.1.4. Aceste ntreruptoare rezist unor solicitri seismice severe. Izolatoarele de trecere, de tip transformator de curent, contribuie la micorarea gabaritului i ofer faciliti importante pentru rezolvarea optimizat a instalaiilor de protecie prin relee. ntreruptoare cu autosuflaj Deoarece la ntreruptoarele cu autocompresie presiunea necesar stingerii arcului trebuie asigurat chiar i pentru cazurile de defect cu cureni de valori extreme, energia mecanic necesar a fi furnizat de mecanismul de acionare trebuie s fie deosebit de mare i conduce la fore de reacie nsemnate. Au aprut astfel ntreruptoarele cu SF6 cu autosuflaj unde presiunea necesar este creat cu ajutorul energiei termice a arcului. n prima parte a cursei de deschidere, o parte din gazul care a preluat energia termic de la arcul electric este reintrodus n cilindrul de autocompresie. n a doua parte a cursei, cilindrul continu comprimarea gazului din camera de compresie. Sporirea aciunii de rcire a coloanei arcului electric de ctre fluxul de gaz comprimat creat de creterea de presiune, depete scderea

puterii de rcire prin nclzirea acestui gaz, astfel nct n ansamblu, eficiena rcirii arcului electric crete totui. Efectul direct (n comparaie cu soluia cu autocompresie simpl) este o cretere a puterii de rupere cu circa 20%, n timp ce energia mecanic necesar pentru acionare este redus cu circa 40%. ntreruptoare cu suflaj magnetic Pentru diminuarea i mai pronunat a energiei mecanice care trebuie furnizat de mecanismul de acionare, se pot folosi forele electromagnetice care se exercit ntre bobine montate pe cilindrul de compresie i pe pistonul acestuia. La trecerea arcului electric pe contactele de arc, bobinele sunt nseriate n circuitul principal, fiind parcurse chiar de curentul ce trebuie ntrerupt. La ntreruptoarele prezentate mai sus, arcul electric de deconectare este supus unui suflaj cu gaz

sub presiune, n msur s produc rcirea coloanei acestuia prin evacuarea cpldurii n afara volumului camerei de stingere. Arcul electric este practic fixat ntre contacte n timp ce gazul, ca mediu de stingere, se deplaseaz pe seama diferenelor de presiune.

Fig.1.5. ntreruptor cu autocompresie tip dead-tank ABB

Principiul de stingere pe care se bazeaz funcionarea ntreruptoarelor cu suflaj magnetic const n deplasarea rapid a arcului electric ntr-un volum nchis de hexafluorur de sulf, aflat iniial n repaus. n acest caz, mediul de stingere este practic fix iar coloana arcului electric, sub aciunea unor fore de tip Lorentz, se deplaseaz cu viteze comparabile cu cea a sunetului. Coloana arcului are o micare rapid de rotaie. Alungirea coloanei favorizeaz

8

9

cedarea cldurii spre mediul de stingere iar deplasarea rapid a acesteia intensific deionizarea prin difuzie. Forele exercitate ntre bobine pot asigura pn la 90% din energia necesar pentru declanare, numai restul de 10% fiind asigurat de mecanismul de acionare. Avantajele care decurg din folosirea unui mecanism de acionare mai redus sunt:

- reducerea costului; - creterea fiabilitii; - reducerea volumului lucrrilor de ntreinere.

1.1.2. ntreruptoare cu vid

La ntreruptoarele cu vid nu se poate folosi nici unul din procedeele mecanice de suflaj sau de rcire a arcului electric. Singurul proces fizic prin care se poate restabili rigiditatea dielectric a spaiului dintre contacte este difuzia arcului electric nsui. Singura intervenie posibil asupra arcului electric este cea a cmpului magnetic. Att operaia de anclanare ct i cea de declanare se execut de ctre o singur pies mobil. De aceea, energia necesar acionrii este mai mic dect la orice alt tip de ntreruptor, folosindu-se de regul mecanisme cu resort. Tensiunea pentru care a fost construit un astfel de ntreruptor a ajuns la 120 kV. Limitrile acestui tip de ntreruptoare constau n:

- tensiunea redus pe camera de stingere; - dificultatea de realizare a unor camere de stingere capabile s suporte un curent de

durat de valoare mare. Avantajele ntreruptoarelor cu vid sunt: - au performane de rupere ridicate; - prezint fiabilitate i siguran de funcionare ridicate; - au un nivel poluant acustic redus; - nu prezint pericol de incendiu; - sunt compacte, uoare, necesit un spaiu de instalare redus i sunt uor de

transportat; - necesit un volum de ntreinere i revizie mult redus fa de celelalte tipuri.

Datorit acestor avantaje, ntreruptoarele cu vid sunt folosite intensiv n aplicaiile industriale, pentru tensiuni pn la 36 kV i cureni de rupere de 836 kA. Principiul folosirii vidului avansat pentru stingerea arcului electric include dou idei fundamentale:

- rigiditatea dielectric deosebit de mare, chiar pentru distane reduse; - dezvoltarea arcului electric n vaporii metalici produi de el prin aciunea asupra

elementelor de contact. n vid neexistnd materie, la separarea pieselor de contact arcul electric se formeaz n plasma de vapori metalici produi de pata catodic. La curent zero, plasma metalic difuzeaz rapid i dispare, ceea ce face ca ntreruptoarele de acest tip s fie caracterizate de o mare putere de rupere. n funcie de performanele care trebuie asigurate ntreruptorului cu vid, elementele contactului su se pot clasifica n trei categorii;

- electrozi plani; - electrozi cu cmp magnetic de antrenare (transversal); - electrozi cu cmp magnetic axial.

Pentru prevenirea supranclzirilor i topirilor locale ale suprafeelor electrozilor se folosete ghidarea magnetic a arcului electric cu ajutorul unui cmp magnetic cu o pronunat component transversal sau un cmp magnetic axial ndreptat n acelai sens cu curentul care urmeaz a fi ntrerupt. Curenii de rupere pot atinge valori de 200 kA.

ntreruptoarele cu vid, din cauza marii lor capaciti de rupere, prezint fenomenul de tiere a undei de curent (ntreruperea curentului nainte de trecerea sa prin zero), ceea ce conduce la apariia unor supratensiuni suplimentare, de frecvene foarte ridicate care solicit echipamentul electric din reea. Pentru protejarea acestuia se pot aplica diferite msuri:

- folosirea unor electrozi confecionai din materiale care asigur tierea curentului la valori nu foarte ridicate;

- folosirea descrctoarelor cu oxizi de zinc care prezint un rspuns corespunztor la aciunea undelor de supratensiune cu front foarte rapid;

- folosirea, pe partea dinspre aval, a unor limitatoare de supratensiuni de natur capacitiv sau rezistiv-capacitiv.

suficie

1.2. SEPARATOARE

Separatoarele normale sunt aparate de comutare, care separ n mod vizibil i cu nt izolaie conductoarele unui circuit n scopul: - protejrii personalului care lucreaz n instalaie; - realizrii unei anumite configuraii de funcionare a instalaiei; - legrii vizibile la pmnt a unei pri din instalaie fr tensiune. n fig.1.6 i 1.7 sunt prezentate separatoare fabricate la Electroputere Craiova.

a b c Fig. 1.6. Separatoare de nalt tensiune: a-rotativ vertical cu sau fr cuit de legare la pmnt tip RV 420 kV; b- rotativ orizontal cu sau fr cuit de legare la pmnt tip ROM 245 kV; c- rotativ orizontal cu sau fr cuit de legare la pmnt tip ROM 123 kV

10

Separatoarele de sarcin sunt echipamente de comutaie care, n plus fa de separatoarele normale, sunt capabile s ntrerup curenii corespunztori regimurilor normale de funcionare a instalaiilor. De aceea, un separator de sarcin are un dispozitiv de stingere a arcului electric de deconectare i un mecanis de acionare care permite deplasarea contactelor mobile cu vitez adecvat, independent de operator. Separatorul de sarcin se utilizeaz eficient n urmtoarele cazuri:

- comutarea bateriilor de condensatoare avnd puteri de cel mult 1,2 MVAr i tensiuni nominale de maximum 20 kV;

- nlocuirea ntreruptoarelor de putere n puncte ale reelelor caracterizate prin puteri de scurtcircuit de valori mici (30 MVA), dar n care frecvena operaiilor de comutaie este mare;

- echipament de comutaie n reelele buclate, cu rol de a nchide i deschide bucla la sarcin nominal de trecere;

- echipament de comutaie pentru linii electrice aeriene sau n cablu funcionnd n gol.

Acest separator are o construcie mai simpl i mai ieftin dect a ntreruptorului de putere. Deoarece puterea sa de rupere este limitat la 2530 MVA, protecia la scurcircuit se realizeaz cu ntreruptoare de putere sau sigurane fuzibile. Hexafluorura de sulf se utilizeaz la construcia separatoarelor de sarcin moderne. Acestea se caracterizeaz prin existena unei carcase etane care conine toate elementele componente i n care SF6 se gsete la presiuni variind ntre 0,150,5 MPa, n funcie de varianta constructiv. Suflajul cu hexafluorur de sulf, sub aciunea cruia are loc stingerea arcului electric de deconectare, se obine prin autocompresie.

n fig.1.8 este prezentat un separator de sarcin cu hexafluorur de sulf cu tensiunea nominal de 110 kV; acesta poate ntrerupe cureni nominali de sarcin de pn la 630 A (cos=0,7), cureni mici inductivi (cos=0,1) de 25 A i cureni capacitivi de maximum 100A.

11

Calea de curent a separatorului conine bornele de conexiuni1, izolate de restul construciei prin izolatoarele de trecere 2, contactul fix 3 i contactul mobil tubular 5. ntreaga construcie este etan n carcasa metalic 8, presiunea de lucru a SF6 fiind de 0,15 MPa. Solidare cu contactul mobil 5, pistonul 6 i tija electroizolant 7 se deplaseaz simultan sub comanda mecanismului de acionare. La deconectare, datorit depresiunii create pe faa inferioar a pistonului 6, hexafluorura de sulf este absorbit prin contactul mobil tubular 5, dezvoltnd suflajul necesar n zona de ardere a arcului electric. Coloana arcului este dirijat n interiorul tijei mobile 5; n acest fel se separ pe contactul mobil zona de preluare a arcului electric n raport cu zona de lucru. Protecia la electroeroziune a contactului fix 3 se obine cu ajutorul armturii

inelare 4, realizat din material dur, rezistent la aciunea arcului electric.

Fig.1.8. Separator de sarcin cu SF6

1.3. DESCRCTOARE I SCURTCIRCUITOARE

Descrctoarele electrice sunt folosite pentru limitarea supratensiunilor care pot aprea ntr-o instalaie electric. Acestea au fost concepute iniial pentru a face fa supratensiunilor de origine atmosferic, ca i fenomenelor conexe privind propagarea i reflexia simpl sau multipl a undelor de supratensiune, n puncte n care linia i modific impedana caracteristic (cablu linie aerian, sfrit de linie). n stadiul actual, descrctoarele au capacitatea termic suficient pentru a face fa i supratensiunilor de comutaie.

Din punct de vedere constructiv, un descrctor este alctuit, fig.1.9, din:

12

1. coloana de eclatoare. Numrul acestora depinde de tensiunea nominal a reelei; 2. rezistene neliniare care asigur repartizarea tensiunii n mod uniform pe spaii disruptive; 3. rezisten neliniar principal, format din nserierea mai multor discuri realizate din carbur de siliciu sau oxid metalic; 4. anvelop de porelan; 5. A, B bornele aparatului.

n principiu ntr-o instalaie echipat cu descrctoare corect amplasate nu apar tensiuni periculoase, superioare nivelului de protecie. Funcionarea descrctorului se iniiaz prin amorsarea eclatorului la apariia unei supratensiuni.

Fig.1.9. Schia unui descrctor

Dup scurgerea sarcinilor electrice, curentul scade, rezistena neliniar crete foarte mult i eclatoarele se sting.

Fig.1.10. Modul de descrctor cu suflaj magnetic;

Locul descrctorului ntr-o reea electric

a. ntre neutrul unui transformator i pmnt, fig.1.12.a. O und de supratensiune, care ar ptrunde n transformator se poate reflecta n locul de modificare a impedanei, adic n punctul neutru. b. ntre linia aerian i pmnt, n posturile de transformare, fig.1.12.b. c. La intrarea unei linii aeriene ntr-o staie de conexiuni sau de transformare, fig.1.12.c. d. La conexiunea prin cablu a unui motor electric, fig.1.12.d.

Fig.1.12. Locul de montaj al unui descrctor n instalaiile electrice

Fig.1.11 Funcionarea unui descrctor : a. diagrama de mrimi electrice: b. formarea curentului de nsoire

Soluii constructive Pentru tensiuni joase (Un1000V) descrctorul are un singur eclator. Pentru tensiuni medii, eclatorul este nglobat n rezistena neliniar, care ntocmai unui

divizor de tensiune, asigur o egal repartizare a tensiunii pe intervalele disruptive. La tensiunea nominal, n absena unei supratensiuni din geometria construciei i neuniforma intensitate a cmpului electric se realizeaz o stare de preionizare n zone imediat apropiate intervalelor disruptive.

Pentru tensiuni continue relativ joase (Un=10003000V), eclatorul este prevzut cu un sistem de suflaj magnetic, care introduce arcul electric ntr-o camer de stingere cu perei reci i fante progresiv ngustate n vederea stingerii.

Pentru tensiuni nalte i foarte nalte, descrctorul este construit din module conectate n serie. De exemplu pentru un modul de circa 810 kV, descrctorul cuprinde mai multe eclatoare de amorsare i stingere, conectate n serie cu un subansamblu format dintr-o bobin de suflaj L i cu rezistene neliniare R1 i R2. Fiecare modul este untat de rezistena neliniar R3, care asigur repartizarea uniform a tensiunii pe module. La tensiuni Un>245 kV, fiecare modul este prevzut cu un condensator C50100 pF, pentru a asigura o repartiie mai uniform pe module, fig.1.10. 13

Funcionarea descrctorului este ca n fig. 3 i fig. 4. Ca referin se ia diagrama tensiunii u

i. n absena unei supratensiuni, prin R

3 trece un curent de ordinul mA. n momentul

t1 apare o supratensiune, iar la t

2 amorseaz eclatoarele E

as la tensiunea u

a. Curentul de

descrcare Id trece prin R

1 de untare a bobinei B. Curentul I

d trece i prin R

2. Tensiunea cea

mai mare, dup amorsare, la bornele descrctorului este tensiunea rezidual ur. Dup

conducerea la pmnt a sarcinilor electrice ale descrcrii, eclatoarele i conserv ionizarea, iar prin descrctor va trece ncepnd din t

3 curentul de nsoire I

i. Acesta este limitat la cteva

sute de amperi de ctre rezistena R3. Curentul de nsoire fiind de frecven relativ redus (50

sau 60 Hz) va trece prin bobinele de suflaj magnetic L. Acestea determin inducia magnetic B n zona eclatoarelor i astfel se dezvolt fore Lorentz, care mping arcul electric n camerele de stingere cu fante i perei reci. Datorit rcirii interne a arcului electric, tensiunea lui de ardere crete i, n cele din urm, arcul electric se stinge la momentul t

4.

n absena descrctorului, supratensiunea ajunge la o valoare mai mare, dup linia punctat u

stn. Tensiunea de protecie a descrctorului u

pd este practic tensiunea de amorsare

sau cea rezidual. Rezistena neliniar Se prezint sub form de discuri cu

diametrul de 75100 mm i grosime 1520 mm. Caracteristic pentru disc este dependena neliniar ntre tensiune i curent. n fig.1.13 se prezint caracteristica U = f(I) pentru un disc de carborundum.

Fig.1.13. Caracteristica electric

Descrctorul cu rezisten neliniar din oxizi metalici (DOM)

n varianta actual descrctoarele electrice se construiesc fr eclatoare i folosesc rezistoare puternic neliniare (varistoare) realizate pe baz de oxizi metalici, de regul oxizi de zinc (ZnO). Caracteristica puternic neliniar a ZnO face ca descrctorul de acest tip s prezinte o rezisten foarte mare la tensiunile normale i o rezisten foarte sczut la supratensiuni.

Principalele limitri ale utilizarii descrctoarelor DOM sunt urmtoarele: - tensiunea permanenta de funcionare a sistemului in care sunt utilizate; - supratensiunea temporara maxima a sistemului in care sunt incluse; - nivelul de protejare pe care trebuie sa l asigure echipamentului de protejat; - amplitudinea curentului de descarcare i energia disipata de coloana descrctorului

i care produce suprancalzirea acesteia; - stabilitatea termica a descarcatorului. Pentru asigurarea parametrilor necesari, au fost proiectate doua tipuri de

descarcatoare: - cu eclator; - fr eclator.

14

Construcia de baz a acestor dou tipuri este prezentat n fig. 1.14.

15

Anvelopa descrctorului trebuie s conin elementele varistoare cu ZnO i trebuie s conin un mecanism de siguran pentru eliminarea presiunii interiare care apare n cazul funcionrii necorespunztoare. De asemenea trebuie s aib suficient rezisten mecanic, pentru a prelua eforturile mecanice din timpul exploatrii.

Fig.1.14. Principiul constructiv al DOM

Elementele cu ZnO sunt sensibile la prezena umiditii. De aceea, o bun etanare contra ptrunderii aerului atmosferic, este esenial pentru buna funcionare. Avantajele descrctorului fr eclatoare includ rspunsul prompt la supratensiuni, lipsind intervalul de timp necesar amorsrii specifice eclatoarelor, chiar n condiii meteo nefavorabile. Descrctorul fr eclatoare este n permanen sub tensiune, prezentnd un curent slab chiar la tensiunea de serviciu. Exist astfel n permanen pericolul ca descrctorul s se manifeste pentru reea ca un punct slab, iar un defect interior descrctorului echivaleaz cu un scurtcircuit faz-pmnt i linia va fi scoas de sub tensiune. De aceea este necesar prezena unui dispozitiv automat de deconectare a unui descrctor defect. Descrctoarele moderne (cu oxizi metalici) pot coexista n aceeai instalaie cu descrctoarele clasice, cu eclatoare. Caracteristicile principale ale descrctoarelor cu oxizi metalici sunt prezentate n tabelul 1.1. Tabelul 1.1. Caracteristicile principale ale descrctoarelor cu oxizi metalici

n fig.1.15 sunt prezentate cteva tipuri de descrctoare ale firmei Toshiba.

Fig. 1.15. Descrctoare Toshiba: a- cu izolaie n gaz (pentru staii capsulate); b-cu izolaie din porelan; c-cu izolaie din cauciuc siliconic

16

Pentru protejarea personalului n cazul reviziilor i reparaiilor n staiile electrice se folosesc dispozitive mobile de scurtcircuitare (scurtcircuitoare). Sistemul de prindere al acestora este diferit n funcie de forma conductorului sau a dispozitivului pe care l pune la

Fig.1.16. Tipuri de scurtcircuitoare

17

pmnt (funie, bar, etc.). n fig. 1.16 i 1.17 sunt prezentate cteva tipuri de scurtcircuitoare i modul de legare n instalaii.

Fig.1.17. Tipuri de scurtcircuitoare i modul de legare m instalaii

18

re:

taiile exteri

urilor acesta

ere a acesto

de inorizon

aproxmenfisunt r

intre al concondulimite

numasau tr

110 k

suporvibrapentrufolosi

diferitransf10,5-1

1.4.CONDUCTOARE I IZOLATOARE

n mod obinuit, n staiile electrice se folosesc, practic, dou tipuri de conductoa- conductoare flexibile, de regula, sub forma de funii ; - conductoare rigide de tip bar sau, la tensiuni de peste 110 kV inclusiv n s

oare ,sunt sub forma de eava. n ceea ce ce privete materialul din care sunt confecionate, in majoritatea caz

este aluminiul, respectiv aluminiu-oel pentru funii. n cazul folosirii conductoare flexibile se practica doua modalitati de susin

ra :

- prinse pe stalpi, cadre de susinere sau perei prin intermediul lanurilor de izolatoare

tindere, simple sau duble; in foarte multe situatii, pentru reducerea deplasarilor pe tala a conductoarelor se folosesc lanuri de izolatoare duble, in V; -sustinute pe izolatoare suport sau pe izolatoarele unor aparate, de regula, separatoare. Cile de curent realizate cu legturi flexibile se folosesc, de regula, pana la curenti de

imativ 1500 A, ceea ce la tensiuni mari acopera majoritatea cazurilor. Mai trebuie onat ca aceste legaturi conductoare nu trasmit ocurile i vibraiile la aparatele la care acordate.

Cicuitele trifazate realizate cu legaturi flexibile necesita, de regula, distane mai mari faze comparativ cu circuitele folosind conductoarele rigide din cauza posibilului balans ductoarelor flexibile. De asemenea, la realizarea elementelor de susinere a legturilor ctoare flexibile trebuie avuta in vedere sgeata fcut de acestea, ceea ce azdeschiderea dintre dou cadre de susinere

Conductoarele rigide utilizate la realizarea cailor de curent din staii sunt sustinute i pe izolatoare suport sau pe izolatoarele unor echipamente ca, de exemplu, separatoarele ansforrnatoarele de masurare a curentului.

n cazul statiilor exterioare, utilizarea conductoarelor rigide (eava la tensiuni peste V inclusiv), permite:

-distane intre faze mai mici; -trasee mai complicate; -valori mari ale curenilor. Pe de alta parte, utilizarea conductoarelor rigide necesita un numar mare de izolatoare

t i o serie de masuri care sa previna transmiterea eforturilor de dilatare, a ocurilor i iilor la izolatoare i aparate. Se poate insa spune ca, folosirea conductoarelor rigide realizarea cailor de curent, permite o mai bun compactare a instalaiei decat in cazul

rii conductoarelor flexibile. Se utilizeaz, n ultimul timp, bare capsulate prefabricate n tronsoane modul, pentru

te configuraii de traseu la racordarea generatoarelor, transformatoarelor bloc si a ormatoarelor de servicii proprii n centrale electrice, avnd tensiunile nominale de 6-10-5,75-18-24 kV si curenii nominali de 2000...10000 A. Construcie cu ecranare comun

19

a b c Fig.1.18. Bare capsulate fabricaie Electroputere Craiova: a bare capsulate 18kV 6 kA; b - bare capsulate 15,75 kV 8 kA, tronson modul cot vertical; c - bare capsulate 15,75 kV 8 kA

(trifazat) sau separat (monofazat) folosind izolatori suport din rin sintetic sau porelan si spatii izolante de aer la presiunea atmosferic sau cu suprapresiune. Sunt prevzute cu cleme de racordare, sisteme de : preluare a dilatrii si abaterilor de montaj, legare la pmnt, etc. n fig.1.18 sunt prezentate bare capsulate fabricaie Electroputere Craiova iar n fig.1.19 bare capsulate ntr-o staie de 110kV.

Fig.1.19. Bare capsulate ntr-o staie exterioar de 110 kV

Bazate pe experiena realizrii liniilor electrice au aprut, i n construcia staiilor, noi tipuri de izolatoare din materiale compozite care nu mai necesit curare sau ungere, sunt mult mai uoare dect izolatoarele din porelan i sunt mai ieftine.

1.5.TRANSFORMATOARE DE MSUR

Transformatoarele de msur convenionale sunt, la medie tensiune, cu izolaia exterioar din porelan i interioar din rin epoxidic iar la nalt tensiune cu izolaia interioar din ulei. n fig.1.20 sunt prezentate transformatoare de msur cu ulei ale firmei ABB. innd seama de scderea substanial a consumurilor pe partea secundar prin aparatura de msur i protecie cu puteri proprii reduse sau chiar 0 n cazul celor digitale, o nou generaie de transformatoare de msur bazate pe izolaie composit i gaz SF6 va lua locul celei cu rin epoxidic, fig.1.21. Transformatoarele de msur neconvenionale (TMN) au ca mrime de ieire o tensiune de ordinul volilor (5A nu se mai justific). Circuitele secundare realizate cu echipamente numerice necesit puteri de intrare extrem de mici. Senzorii moderni pun accentul pe precizia instrumental. Concepia de realizare a TMN poate fi n sistem activ sau pasiv. Sistemul activ se caracterizeaz prin aceea c toate dispozitivele electronice care realizeaz conversia analog-numeric a datelor pentru a le transmite apoi prin fibr optic se gsesc pe partea de nalt tensiune. De exemplu, transformatorul optic digital de curent

20

funcioneaz pe principiul Rogowschi de msurare a curentului, transmisia semnalului fiind realizat prin fibr optic. Transformatoarele optice pasive utilizeaz efecte optice (efectul Faraday, efectul piezo-electric) pentru msurarea curentului sau a tensiunii, dispozitivele electronice nefiind supuse unei tensiuni ridicate. TMN utilizate n prezent pe plan mondial sunt:

- senzor combinat curent-tensiune bazat pe cordonul Rogowski pentru curent i divizor capacitiv sau rezistiv pentru tensiune;

- transformator optic digital de curent bazat pe cordonul Rogowski; - senzori bazai pe efecte optice:

- senzor de curent bazat pe efectul Faraday; - senzor de tensiune bazat pe efectul piezo-electric.

a b Fig.1.20.Transformatoare de msur de nalt tensiune construcie ABB: a-trafo curent:1-pern de gaz; 2-element de ncrcare cu ulei; 3-strat de cuar; 4-izolaia din hrtie a conductorului primar; 5-nfurri/miezuri secundare; 6-cutia de borne secundare; 7-racord tensiune capacitiv; 8-vas de expansiune; 9-sticl de nivel; 10-borne primare; 11-born de legare la pmnt; b-trafo tensiune inductiv: 1-borna primar; 2-vizor de referin; 3-sticl de nivel; 4-strat de cuar; 5-izolator; 6-born pentru neutru; 7-cutia de borne secundare; 8-legarea la pmnt; 9-vas de expansiune; 10-izolaie din hrtie; 11-cuv; 12-nfurare primar; 13-nfurare secundar; 14-miez; 15-consol pentru ridicare

n sisteme energetice moderne, unde principiile de msur, protecie i comand sunt cele neconvenionale, se utilizeaz materiale i tehnologii noi. n aceste sisteme, suportul de

21

transmisie a informaiilor ntre partea primar i cea secundar este fibra optic, iar mai departe ctre elementele de comand-decizie se utilizeaz fibra optic, cablul coaxial, circuitele telefonice simple sau comutate. n fig.1.22 sunt prezentate traductoare cu fibr optic ale firmei ABB. Traductoarele de curent cu fibre optice au avantaje mari privind funcionarea n condiii din cele mai ostile:

- izolare electric inerent; - construcie compact i greutate redus; - cost redus de instalare i exploatare; - securitate sporit a personalului i a instrumentaiei; - numr redus de tipuri de traductoare; - gam dinamic extins i remanen nul; - absena histerezisului; - liniaritate larg ntr-o band larg de frecven; - imunitate la interferenele electromagnetice; - erori suplimentare nule prin conversie A/D; - fiabilitate foarte mare.

Fig.1.21. Transformator de

curent cu izolaie SF6 construcie ABB

Figmog

Pentru nlocuirea vechilor transformatoare de curent de aciune:

- pentru sisteme de joas i medie tensiune, cacurentului de scurtcircuit, inelul Rogowschi poattraductor de curent, avnd cele mai bune performan

22 .1.22 Traductor de curent neto-optic cu fibr optic

construcie ABB

i de tensiune sunt dou direcii

racterizate de valori mari ale e s fie cel mai potrivit tip de e n domeniul curenilor mari;

23

- pentru sisteme de nalt tensiune, traductoarele de curent electro-optice bazate pe efectul Faraday par a fi cele mai potrivite datorit siguranei i performanelor de izolare.

Ambele tipuri de traductoare de curent sunt adecvate asocierii cu sisteme de achiziii de date.

1.5.TRANSFORMATOARE DE PUTERE

n domeniul transformatoarelor de putere cu ulei sunt nouti n tehnologia de fabricaie. Astfel, firma ABB are nouti n ce privete:

- bobinajul. Construcia clasic a transformatoarelor presupune construcia bobinajului pe cilindri electroizolani, dup care acesta este introdus pe coloana miezului ncepndu-se operaia de mpnare. La firma ABB, bobinajul este monolit i executat direct pe fiecare coloan n parte, fapt ce face ca acesta s fie oval urmrind forma miezului.

- ansamblul parte activ. Construcia clasic a miezului se face n poziie orizontal dup care acesta este ridicat n picioare i despachetat jugul superior pentru a se introduce pe coloane bobinele. Dup mpnarea bobinelor pe coloane, se mpacheteaz jugul superior i se rigidizeaz ntregul ansamblu prin sistemul de tirani i buloane. La ABB, bobinajul fiind executat direct pe coloanele miezului, realizarea ansamblului parte activ se face pe o instalaie specializat de mpachetare a transformatoarelor cu bobinajul direct pe coloan. Aceast instalaie permite mpachetarea orizontal a miezului, fapt ce face ca n urma mpachetrii s se obin un ntrefier redus ce are drepr consecin pentru transformator, pierderi n fier reduse cu pn la 10% fa de valorile impuse de standard.

- uscarea transformatoarelor. Printre materialele electroizolante, utilizate n construcia transformatoarelor de putere hrtia, trafoboardul, tuburile electroizolante, uleiul de transformator reprezint categoria de materiale cu cea mai mare sensibilitate la aciunea factorilor externi. Dintre factorii externi, coninutul de ap, temperatura, presiunea i eforturile mecanice la care lucreaz aceste materiale, au o mare influen asupra nivelului de izolaie i a duratei de via a transformatoarelor. Uscarea clasic a transformatoarelor se face n autoclave ale cror instalaii permit realizarea unor cicluri succesive de nclzire i vid. n timpul acestor cicluri, partea activ a transformatorului se nclzete la temperaturi de circa 125-127 0C, iar prin vid se extrage din autoclav vaporii de ap aprui datorit temperaturii ridicate. Dup uscarea prii active, aceasta este scoas din autoclav i ncuvat, urmnd umplerea cu ulei ce se face n general n autoclav, sub vid. ABB a elaborat o tehnologie de evacuare a apei din materialele electroizolante, avnd la baz cldura degajat de bobinajul ce este parcurs de cureni de joas frecven. Transformatoarele sunt introduse n interiorul unei autoclave care permite realizarea unei presiuni reduse, unde nfurarea de nalt tensiune este alimentat la o tensiune relativ mic (sub 1200 V) fiind parcurs de un curent de joas frecven de maxim 20 Hz, iar nfurarea de joas tensiune este legat n scurtcircuit. Transformatorul este introdus n autoclav ncuvat, complet nchis, avnd conectat un furtun la valva de golire, prin care n timpul uscrii se introduce aer cald, iar la finalizarea uscrii se introduce uleiul la o temperatur de 60 0C. Concomitent cu creterea temperaturii, crete i vidul din autoclav fapt ce face ca eliminarea vaporilor de ap s se fac continuu pe msur ce izolaia se usuc. n timpul uscrii, hrtia special utilizat se polimerizeaz, strngnd bobinajul i rigidiznd ansamblul parte activ, fapt ce face ca transformatorul se prezinte o stabilitate dinamic la scurtcircuit mult superioar construciei clasice.

Dup finalizarea procesului de uscare, automat, sub vid, se face umplerea cu ulei a transformatoarelor.

Performanele obinute ca urmare a tehnologiilor prezentate sunt: - capacitate de suprasarcin mrit; - rezistena la scurtcircuit (stabilitate dinamic) superioar construciei standard; - pierderi n fier reduse cu circa 10% fa de prevederile standard. Transformatoarele de distribuie, n ulei, ermetice, n cuve cu ondule, produse de ABB

pre

i

de

zint urmtoarele avantaje fa de construcia clasic: - izolare total a componentelor interioare fa de exterior, fapt ce nseamn:

- pstarea calitii sistemului de izolaie n timp; - mentenan redus costuri reduse pe durata de via - fiabilitate mare n exploatare

- meninerea supra i subpresiunii n limitele funcionale prin variaia volumuluintern;

- capacitate de suprasarcin pe timp ndelungat; - risc redus de poluare cu ulei a mediului; - cost redus, n condiii comparabile, prin diminuarea numrului de accesorii fa de construcia cu conservator.

a b Fig.1.23. Trafo cu ulei 69kV/34,5kV, 20 MVA construcie ABB: a-vedere exterioar; b-bvedere interioar: 1-racorduri de intrare n nfurarea primar; 2-racorduri la comutatorul de ploturi; 3-conectarea nfurrilor de T; 4-bare de JT; 5-conectarea nfurrilor de JT; 6-bare flexibile; 7-nfurare pe faz; 8-conductor de T; 9-miez (deplasabil); 10-ntrefier; 11-suport lateral; 12-suport de baz; 13-barier izolatoare ntre faze

n fig.1.23 este prezentat un transformator cu ulei construcie ABB iar n fig. 1.14 unul construcie Toshiba.

24

Fig.1.24. Trafo 500kV n primar, 1000MVA construcie Toshiba

Fig.1.25. Trafo cu SF6 construcie Toshiba-construcie interioar

25

Necesitatea utilizrii unui spaiu mai redus, a evitrii pericolului de incendiu i protecia mediului au condus la apariia transformatoarelor cu izolaia SF6.

Fig.1.25. Trafo cu SF6 construcie Toshiba-vedere exterioar

Avantajele principale ale acestor transformatoare sunt: - nu sunt inflamabile folosesc SF6 ca

mediu izolant i de rcire; - nu exist pericol de explozie a cuvei

transformatorului presiunea din cuv permite rezistena acesteia la creterea presiunii n cazul unui defect intern;

- compactitate deoarece nu este necesar conservatorul, nlimea incintei transformatorului se poate reduce cu 2-2,5 m;

- instalare uoar nu este necesar un proces de purificare a uleiului;

- ntreinere uoar numai presiunea gazului SF6 trebuie urmrit n timpul funcionrii.

Structura intern a unui transformator cu SF6 de 275kV/66kV/21kV de 300 MVA,

construcie Toshiba, este prezentat n fig.1.25 iar n fig.1.26 vedere exterioar a unui astfel de transformator care se folosete n staii electrice nchise.

Fig.1.26. Trafo cu SF6 construcie Toshiba-ntr-o staie interioar Pentru posturi de

26

27

transformare, se utilizeaz din ce n ce mai mult transformatoare uscate n rin sintetic. Sunt fabricate n gama 100-2500 kVA, cu tensiuni de alimentare pn la 20 kV (tensiune secundar 410 V). Are urmtoarele caracteristici:

- nu prezint risc de poluare; - nu necesit ntreinerea dielectricului; - este uor instalat; - este autoextintibil; - rezist la agresiunile mediului; - nu necesit amenajri constructive (cuv); - gabarite i greutate reduse.

Transformatoarele uscate elimin limitrile impuse de transformatoarele cu ulei. Astfel, ele pot fi amplasate chiar n centrul de consum (de sarcin) solicitat (blocuri de locuine, spitale, metrou, etc.). Specific acestor transformatoare este tehnologia de etanare a bobinajelor n vid la temperaturi nalte, ntr-o rin epoxidic, ceea ce i confer transformatorului o comportare excelent la agresiunile specifice i elimin riscurile fisurrii.

2. STAII ELECTRICE CU IZOLAIA N AER

Staiile exterioare cu izolaia n aer (SEIA, respectiv denumirea din limba engleza AIS - Air Insulated Switchgear) sunt realizate prin amplasarea n aer liber a instalaiilor i echipamentelor componente. Acest mod de dispunere, considerat clasic, este practicat cu precadere pentru tensiuni inalte i foarte inalte (peste 110 kV) i a fost adoptat initial din motive preponderent economice. n prezent, existena staiilor capsulate, cu izolaia n gaz (SF6), face ca, mai ales la tensiuni foarte inalte, motivaia economica sa nu mai fie favorabila staiilor exterioare cu izolaia n aer.

Principalele avantaje ale realizarii de statii exterioare cu izolaia in aer sunt: - absena unei cdiri i deci, consum redus de materiale de construcii;

- timpi de execuie mai redui n comparaie cu staiile amplasate n cladiri; - posibilitai de extindere relativ comode; - limitarea extinderii avariilor din cauza distantelor mari ntre faze i circuite; - acces uor la echipamente pentru exploatarea curenta i pentru nlocuire, vizibilitate

buna a echipamentelor. Dintre dezavantaje trebuie amintite n primul rand: - suprafeele mari de teren pe care le necesita; - expunerea echipamentelor la intemperii i poluare, deci cheltuieli mai mari de

investitie i de exploatare. Soluiile constructive ale staiilor exterioare cu izolare n aer sunt determinate, n

principal, de urmtoarele elemente: - tipul constructiv al separatoarelor; - tipul constructiv i amplasarea cilor de curent; - schema monifilar; - restriciile de teren. n ultimul timp, mai multi constructori de echipamente pentru statii electrice propun

solutii noi, moderne care urmaresc in principal: - reducerea suprafeelor ocupate; - creterea siguranei in funcionare i a disponibilitatii circuitelor; - reducerea volumului de lucrari necesare intreinerii echipamentelor; - reducerea costurilor de investitii; - reducerea costurilor de exploatare i de intreinere. Pentru a ilustra in ce masura soluiile moderne pentru statii electrice exterioare cu

izolatia in aer ii ating scopurile mai sus enunate se va prezenta mai intai o solutie constructiva clasica. Astfel, in figura 2.1 este prezentata o seciune printr-o celula a unui

circuit de linie dintr-o staie de 110 kV cu doua sisteme de bare colectoare. Este important de remarcat in acest desen modulul notat simbolic S-I-TC-S, format de separatorul de bare SB, intreruptorul I, transformatorul de msurare a curentului TC i separatorul de linie SL . Este un modul care se regasee in majoritatea statiilor electrice

Fig.2.1. Seciune printr-o celul de linie dintr-o staie de 110 kV

27

28

exterioare. Dupa cum se observa din desen, in aceasta varianta constructiv, aa zis clasic, el ocupa o parte importanta a celulei.

Punctul slab al acestor solutii "clasice", il reprezinta separatoarele cu izolatia intre contactele deschise in aer. Aceste separatoare ocupa o suprafata mare, necesita operatii de intreinere (revizii, reparatii) care, chiar daca nu sunt foarte frecvente, presupun scoaterea din funciune a elementelor staiei care sunt direct racordate la aceste separatoare. Un exemplu concludent l reprezint separatorul de bare, care in cazul unei revizii necesita scoaterea din funciune a barei colectoare respective, cu efecte asupra intregii staii. Ca urmare, pentru a rezolva aceast problema apar mai multe sisteme de bare colectoare, ceea ce complica staia atat constructiv cat i ca exploatare.

Un alt element caracteristic acestor soluii il reprezinta faptul ca elementele componente (separatoare, intreruptoare, transformatoare de masurare) se inlocuiesc greu, ele trebuind, de cele mai multe ori, reparate pe amplasamentul din staie. Pentru aceasta este necesara prevederea unor zone de lucru cu distante de protecie corespunzatoare, deci o suprafa mai mare pentru staie.

n dezvoltarea soluiilor inovative de realizare a staiilor electrice exterioare cu izolatia in aer un rol important l-au avut progresele obtinute in construcia echipamentelor electrice:

- ntreruptoarele au devenit mai simple, mai mici i mai uoare chiar la tensiuni foarte mari

- modernizrile ntreruptoarelor au permis ca funciile de separare i legare la pmant sa fie integrate intreruptorului. Ca urmare, o serie de separatoare din circuitele clasice au inceput sa fie inlocuite de contacte debroabile foarte sigure in exploatare i care nu necesit intretinere.

- au aparut sensori de curent i tensiune avand la baza principii optice sau electrice, care inlocuiesc clasicele transformatoare de masurare i care pot fi cu uurinta integrate altor echipamente ca, de exemplu, intreruptoarele. Totodat au fost puse la punct echipamente de control i protecie care pot comunica direct cu aceti senzori i care cer foarte puina energie. Sunt deja in construcie astfel de echipamente care vor lucra direct cu semnale digitale in locul semnalelor analogice.

- sistemul clasic de control i protecie poate fi completat cu sisteme care pemit obinerea a numeroase informaii, nu numai referitoare la tranzitul energiei, ci i la comportarea echipamentelor din staie, ca de exemplu: starea gazului din intreruptoare, numarul de intreruperi, curenii intrerupi, viteza contactelor etc. Toate aceste informaii pot fi utilizate ulterior in cadru1 operaiilor de intreinere curent, reparaii etc.

Realizarea unor echipamente cu o fiabilitate ridicat i cu o ntreinere redus sau chiar fr ntreinere au avut o contribuie important la proiectarea staiilor moderne.

Marea majoritate a soluilor noi, inovative, propuse pentru modemizarea sau construcia unor staii exterioare noi au ca obiect modulul S-I-TC-S prezentat anterior i mai ales inlocuirea separatoarelor clasice avand. contacte mobile i izolaia intre aceste contacte in aer.

Trebuie remarcat faptul ca, in proiectarea soluiilor moderne, o mare atenie a fost acordat posibilitaii ca acestea sa poat fi aplicate cu relativa uurinta la modemizarea statiilor existente, avandu-se in vedere numarul mare de statii cu o durata de via depaita. Direciile n care s-au dezvoltat soluii inovative privind construcia staiilor electrice sunt:

- gruparea aparatelor modului S-I-TC-S intr-o singur unitate constructivi. Aceast unitate, care are aparenta unui singur echipament, este prefabricat in condiii corespunzatoare in hale industriale, folosindu-se separatoare, intreruptoare, transformatoare de masurare obinuite, aflate in fabricaie curent. Unitatea necesit un singur utilaj de transport i o singura fundaie, timpul de montaj in staie este redus; de asemenea, poate fi inlocuit relativ rapid.

- realizarea de echipamente care sa indeplineasca mai multe functiuni. Un astfel de echipament poate prelua, de exemplu funciunile cerute de modulul S-I-TC-S. Ideea de baza a acestei direcii de modernizare o reprezint renuntarea la separatoarele cu contacte mobile clasice i inlocuirea lor cu contacte debroabile amplasate chiar pe intreruptor, fig.2.2...fig.2.5. De asemenea, progresele realizate in construcia echipamentelor folosite la masurarea curentului i tensiunii (in sensu! renunrii la transformatoarele de masurare clasice i nlocuirea lor cu traductoare) au permis amplasarea acestora direct pe intreruptoare, de regula, in izolatoarele de trecere ale acestora. Un alt exemplu poate fi un modul care sa inglobeze functiunile aparatelor amplasate pe o plecare de linie: transformatorul de masurare a tensiunii, descarcatorul cu rezisten variabila, cutitele de legare la pamant.

- realizari obinute in domeniul staiilor capsulate cu izolaia in SF6 i consta in realizarea de module S-I-TC-S capsulate in SF6. Aceste soluii au fost gandite mai ales pentru modernizarea staiilor existente prin inlocuirea uneia sau mai muItor celule clasice cu aceste module capsulate cu izolaia in SF6, rezultatul fiind o soluie hibrida.

Consecina acestor progrese a fost simplificarea schemelor de conexiuni a staiilor.

29

Fig.2.3. Configuraia barelor colectoare comparativ cu o staie convenional cu bara dubl

Pana acum, mai ales la tensiuni mari, chemele folosite erau cele cu mai multe sisteme de bare colectoare, cu bare de ocolire sau cu mai multe intreruptoare pe circuit, pentru a se putea funciona fara intrerupere in cazul reviziilor sau reparaiilor la echipamente. Realizarea de aparate i chiar module intregi cu fiabilitate ridicata i care, in acelai timp, necesita foarte puina intretinere (unele chiar detoc) a permis utilizarea schemelor de conexiuni simple cu un singur sistem de bare colectoare, scheme H in diverse variante etc, fig.2.2...fig.2.5. Evident, prin aceasta se simplifica substantial construcia i exploatarea unei staii, se reduc costurile i

timpul de realimentare.

Fig.2.2. Configuraia barelor colectoare comparativ cu o staie convenional cu bar de

transfer

Fig.2.4. Configuraia barelor colectoare comparativ cu o staie convenional cu 1

intreruptoare pe circuit

Fig.2.5. Configuraia barelor colectoare comparativ cu o staie convenional cu schema in

H

Exemple de solutii moderne propuse de diverse firme

Module S-I-TC-S realizate cu echipamente clasice. Una dintre aceste solutii este cea

propusa de firma ABB pentru statii cu tensiuni de peste 245 kV inclusiv. Ea consta din amplasarea pe un singur schelet a unui intreruptor tip HPL flancat de doua separatoare cu o singura coloana (tip pantograf) prevazute cu cutite de legare la pamant i a unui traductor de curent realizat pe principii optice, fig.2.6.

n prezent exista variante propuse pentru tensiuni de la 245 kV la 550 kV. Principalele avantaje ale acestei solutii sunt : - reducerea suprafetei necesare pentru amplasare; comparativ cu solutiile clasice acest

modul poate conduce la reduceri de circa 60% a suprafeei ocupate, fig.2.7; corespunzator se va reduce costul terenului afectat statiei;

- reducerea volumului de fundatii necesar, a volumului de lucrari, respectiva costului lucrarilor de constructii;

- reducerea volumului cilor de curent dintre aparate; - realirarea i testarea cablrii interne intre aparatele componente n condiii de fabrica; - nlocuirea unei astfel de unitai se poate face mult mai repede decat n cazurile clasice.

30

Fig.2.6.. Intreruptor debroabil in module compacte

Fig.2.7. Economie de spaiu pentru o staie de 145 kV

Tot firma ABB propune o soluie de modul prefabricat S-I-TC-S, pentru staii de pana la

170 kV, in care cele doua separatoare sunt amplasate pe un schelet metalic deasupra ntreruptoarelor, fig.2.8.

O soluie asemanatoare este propusa i de firma Siemens pentru staii cu tensiuni de 123 kV, pennitand reducerea cu circa 50% a suprafetei ocupate. 31

Fig.2.8. Modul prefabricat S-I-TC-S n varianta MUW

Solutii compacte folosind module cu contacte debroabile. La realizarea acestor soluii un rol important il are inlocuirea separatoarelor clasice cu contacte debroabile compuse din

contacte fixe care, de regula, fac parte din restul instalatiei i nu necesita nici un fel de intreinere i contacte amplasate pe ntreruptor, mobile prin deplasarea intreruptorului pe o cale de rulare. Exista mai multe variante, in functie de posibilitatile de deplasare a intreruptorului. In afara ntreruptorului i a contactelor debroabile, un astfel de modul mai poate contine transfonnatoare combinate de curent i tensiune ori traductoare optice de curent i/sau tensiune, cutite de legare la pamant, elemente de control i protectie.

Fig.2.9. Modulul LTB COMPACT

Una din solutiile propuse de firma ABB, denumita LTB COMPACT folosete, ca i soluia HPL COMPACT, intreruptorul cu SF6, tip LTB deja probat in numeroase instalatii. Acest intreruptor este amplasat pe o cale de rulare care permite, eventual cu

32

ajutorul unui mecansim de acionare, o deplasare inainte-inapoi, realizandu-se in acest fel operaia de separare cu ajutorul contactelor debroabile ale intreruptorului. Contactele fixe pe partea dinspre barele colectoare fac parte din acestea. Ele nu necesita intreinere. De asemenea, cadrul de susinere a barelor colectoare poate face parte (opional) din modulul prefabricat (fig.2.9). La cerere, modul mai poate conine cuite de legare la pamant, transformatoare de masurare sau traductoare pentru curent i tensiune, descarcator pentru protecie impotriva supratensiunilor i module specializate de control a functionarii intreruptorului.

In prezent exista variante propuse pentru tensiuni de la 123 kV la 170 kV. Principalele avantaje sunt

legate de reducerea suprafetei ocupate, de simplificarea schemelor de conexiuni, de creterea fiabilitaii, scaderea costurilor de intretinere, instalarea rapida etc.

O soluie oarecum asemanatoare a firmei ABB este denumita COMPASS. Intreruptorul folosit are forma literei greecei (camera de stingere este orizontal) i pentru debroare poate fi deplasat lateral (fig.2.10). De asemenea, intreruptorul poate fi coborat de

pe soclu i apoi retras din instalatie. Modulul mai contine transformator de masurare a curentului i echipament pentru protecie i control, iar opional- transformator de masurare a tensiunii i descarcator.

Fig.2.10. Modul COMPASS

Fig.2.10. Elemente componente modul COMPASS: 1-camera de stingere; 2-transformator de curent; 3-separatoare

Practic, acest modul conine cea mai mare parte a celulei. Tensiunile pentru care se propune un astfel de modul sunt cuprinse intre 72 kV i 170 kV.

Avantajele prefabriciirii celei mai mari pri ale celulei sunt multiple:

- transport comod i sigur, - lucrarile de construcie pe teren

putine i in timp scurt, - teste executate in conditii de

fabrica etc. Partea de protecie i control este

realizat cu ajutorul unui computer de celul i este amplasata in dulapuri speciale care conin echipamentul a doua celule. Sistemul este astfel conceput incat sa permit adaugarea i a altar funciuni ca, de exemplu. de monitorizare a intreruptorului, etc. ntregul modul necesit o fundaie foarte simpl de form rectangular, de mic grosime i fr

33

probleme speciale de rezisten. Deoarece modulul prezentat nu contine i cuite de legare la pamant, el poate fi folosit

impreuna cu un alt modul, care sa contina transformatorul de msurare a tensiunii i cuitul de legare la pamant. Utilizarea modulului COMPASS la realizarea unor staii electrice, fig.2.11, permite in primul rand adoptarea unor scheme de conexiuni foarte simple: scheme cu un singur sistem de bare colectoare, secionate sau nu, diverse categorii de scheme H. In astfel de situaii, barele colectoare se realizeaza din teava de aluminiu, autoportante, iar cele trei faze se amplaseaza in triunghi.

Fig.2.11. Folosirea modulului COMPASS ntr-o staie de 145 kV

34

i firma Siemens propune o solutie de modul cu intreruptor debrobil pentru statii cu un un n ul ie

lor tia de hi re. at la ne ch tensiuni de 123 - 145 kV. Modulul conine un ntreruptor tip 3APIF, contacte debroabile, dispozitiv electromecanic de acionare, transformator de masurare a curentului i tensiunii, dulap pentru aparatura de automatizare i control. Tot modulul este preasamblat i testat conditii de fabrica. Avantajele sunt cele enumerate anterior. i n cazul folosirii acestui modsunt de preferat scheme de conexiiuni foarte simple. Reducerile de suprafa ocupat de stasunt de ordinul a 45%.

Solutii compacte folosind module capsulate cu izolatia in SF6. Avantajele solutiiconstructive folosind izolaia n gaz sunt foarte bine cunoscute. Realizarea de statii cu izolain SF6 a devenit ceva obinuit, existand ri in care, practic, nu se mai construiesc statii noi inalta tensiune decat cu aceast tehnologie. Pe de alta parte exist destul de multe statii veccu izolatia n aer, cu durata de viata depaita. Reconstrucia lor completa poate fi costisitoaPlecand de la aceste considerente s-au dezvoltat solutii n care modul S-I-TC-S este realizcapsulat cu izolatia n SF6. Aceste solutii au avantajul ca pot fi foarte bine folosite i modernizarea statiiIor exterioare cu izolatia in aer. O astfel de solutie constructiva propufirma ABB sub denumirea de PASS, care este de fapt prescurtarea de la Plug and Swit

System, adica instaleaza, cupleaza circuitele secundare (plug) i se poate face comutatia dorita (switch).

Solutia PAS' const in realizarea unei celule complete de nalta tensiune prin integrarea ntreruptorului, a separatoarelor de bare, a senzorilor de masurare, a cutitelor de legare la pamant ntr-un singur compartiment capsulat i cu izolare n SF6. Echipamentul de inalta tensiune este limitat la strictul necesar unei funcionari in siguran a statiei. Capsularea este monofazata i fiecare unitate constructiva este asamblata i complet testata in fabrica. La transport se demonteaza doar izolatoarele de trecere prin care caile de curent intra in modul.

Intreruptorul, separatoarele de bare i cutitele de legare la pamant sunt cele care au fost indelung testate in tehnologia realizarii statiilor capsulate cu izolare n SF6. Capsula este realizata din fibra de sticla impregnata cu raini epoxidice. Functiunile transformatoarelor traditionale de masurare a curentului i tensiunii sunt realizate prin intermediul unei generatii avansate de senzori care inglobeaz ambele functiuni intr-o singura unitate. Acei senzori permit o gama larga de masuratori pentru o gama larga de functiuni de control i protectie. Exist un echipament complet de monitorizare a funcionarii modulului, ncepand cu masuratori ale gazului i continuand cu multe aIte masuratori privind conditiile in care funcioneaza intreruptorul (durata de functionare a pompei, energia consumat pentru acionare, viteza de deplasare a contactelor, durata de via ramas, etc.).

Necesarul de lucrari in statie pentru amplasare se rezum la realizarea unei fundatii relativ simple i ieftine pentru fiecare modul monofazat. Toate circuitele secundare se

Fig.2.11. Schema de conexiuni a modulul PASS comparativ cu modulul clasic

35

racordeaz prin cabluri din fibra optica speciale prevazute cu conectori care nu necesita decat introducerea n priza (plug).

In figura 2.12 este prezentata schematic conceptia modulului pentru cazul unei celule dintr-o statie cu doua sisteme de bare colectoare. Se observa absena separatorului de linie i a cutitului de legare la pamant pe partea dinspre linie. Absenta separatorului de linie este justificata de disponibilitatea foarte mare a modulului capsulat. n ceea ce privete necesitatea legarii la pamant a liniei, aceasta se poate realiza cu ajutorul cutituIui dinspre separatoarele de bare, prin inchiderea intreruptorului. Constructorul ofera insa, la cerere, i posibilitatea

Fig.2.13. Solutia constructiva a modulului PASS pentru o faza

Fig.2.14. Amplasarea unui modul PASS ntr-o staie

36

amplasarii unui modul aditional, tot in SF6, continand separatorul de linie i cutitul de legare la pamant respectiv.

Solutia constructiva a modulului PASS pentru o faza este prezentata in figura 2.13 iar amplasarea unui modul PASS ntr-o staie n fig.2.14.

Aa cum s-a mai aratat, modulele PASS au multiple posibilitati de utilizare, de la modernizri de statii existente pana la realizarea de statii noi. A vantajele sunt:

- fiabilitate foarte mare, datorata tehnologiei de izolare in gaz; - aplicabilitate la orice configuratie a schemei de conexiuni; - reducerea cu aproape 60 % a suprafeei necesare realizarii staiei; - posibiltatea aplicrii mentenanei adaptive; - amplasarea pe teren intr-o singura zi a echipamentului primar al unei celule; - optimizarea costurilor totale: investiii plus costuri de exploatare. n continuare sunt prezentate citeva posibiliti de utilizare a modulelor PASS la

modernizarea unei staii clasice exterioare, cu izolare in aer, cu dau sisteme de bare colectoare. Astfel, in cazul unei staii de 220 kV cu dou circuite de linie i un circuit de transformator, fig.2.15, ntr-o prima etap, se pstreaz caile de curent ale barelor colectoare i se inlocuiee numai echipamentul celulei de transformator. Operaia se poate face fr a se modifica structura construita a barelor colectoare i spatiul afectat celulei de transformator, fig.2.16. Sunt necesare doar reconstruirea fundatiilor. In mod similar se pot inlocui ulterior i echipamentele celorlalte circuite.

Solutia poate fi aplicata i la extinderea unei stai clasice la care exist restrictii de teren. n astfel de cazuri trebuie extinse doar barele colectoare. n plus, in cazul staiilor cu doua sisteme de bare colectoare, modulele PASS permit amplasarea de celule fa in fa, fr a se recurge la cel de-al treilea camp de bare, fig.2.17, aa cum este uzanta in cazul solutiilor constructive clasice.

Soluia cu module PASS poate fi aplicata i la realizarea unor staii complet noi. De exemplu. in cazul unei staii de 220 kV noi cu doua sisteme de bare colectoare i 4 circuite (doua LEA, un transfonnator i o cupl transversal), fig.2.18, realizata numai cu module PASS reducerea suprafeei ocupate, comparativ cu realizarea clasica este de 58%.

Fig.2.15. Schema clasic a staiei de 220 kV

37

Fig.2.16. nlocuirea celulei trafo cu modul PASS

Fig.2.17. Celule fa n fa cu module PASS

38

Fig.2.18. Staie nou cu module PASS

Firma ABB construiete staii electrice interioare nchise de nalt i foarte nalt tensiune (110-550 kV), tip I-AIS, folosind ca mediu izolant aerul. Imagini din interiorul unei astfel de staii sunt n fig.2.19.

Fig.2.19. Staie interioar tip I-AIS fabricaie ABB

39

Firma Alstom fabric, de asemenea, staii compacte izolate cu aer tip CAIS 72,5 kV la 170 kV, cu avantajele prezentate mai sus. O comparaie ntre staiile izolate cu aer (AIS), cele compacte (CAIS) i cele izolate cu gaz (GIS) este artat n fig.2.20.

Fig.2.20. Comparaie ntre diferite tipuri de staii electrice interioare

40

41

3. STAII ELECTRICE CU IZOLAIA N SF6 Celulele capsulate sunt cele la care echipamentul component este complet inchis in

carcase de protectie, etane fata de aerul atmosferic. Capsularea se poate realiza i prin blindare, in scopul asigurarii unei protectii sporite la solicitari mecanice. n interior, izolarea poate fi obtinuta utilizand diferite fluide, in general, la presiuni superioare celei atmosferice.

Dezvoltarea rapida a statiilor electrice cu celule capsulate in metal a fost declanata de creterea necesarului de energie electric a, mai ales in zonele dens populate, cum sunt oraele mari i centrele industriale, acolo unde tensiunea de 110 kV a devenit tot mai mult o tensiune de distributie. Adeseori, in aceste zone nu mai exista spatiu suficient pentru constructia statiilor in aer liber sau pentru extinderea instalatiilor de nalt tensiune clasice. De asemenea, costul terenului mereu in cretere in marile orae face neeconomica amplasarea unor astfel de instalatii.

ntrucat dimensiunile de gabarit ale instalatiilor de inalta tensiune se stabilesc in special in functie de distanele de izolare necesare, compactarea presupune adoptarea unor masuri pentru diminuarea acestor distante. Printre masurile principale de reducere a distantelor de izolare pot fi citate:

a) folosirea dispozitivelor de limitare a supratensiunilor; b) aplicarea unui strat protector pe izolatoare pentru micorarea efectelor poluarii din

marile orae sau de pe unele platforme industriale; c) montarea in spaii interioare, pentru inlaturarea influentei conditiilor de clima,

precum i a poluarii; d) capsularea, prin introducerea in inveliuri metalice etane; e) folosirea dielectricilor cu o rigiditate dielectrica mai mare decat cea a aerului la

presiune atmosferica; f) marirea densitatii, mai ales cea a dielectricilor gazoi; g) adoptarea unor masuri pentru uniformizarea campurilor electrice. n cazul instalatiilor clasice sunt aplicabile doar masurile a, b, c i intrucatva g, ele

permitand insa numai o foarte mica reducere a dimensiunilor de gabarit ale statiilor. De abia combinarea masurilor d-g i eventual a permit o micorare substaniala a gabaritelor, elementul esenial pentru reducere ramanand capsularea ermetic a tuturor elementelor aflate sub tensiune ntr-un nveli metalic legal la pmnt.

Capsularea asigura, de asemenea: - eliminarea impuritilor, - reducerea numarului de avarii provocate de ali factori externi, - securitatea impotriva electrocutarilor, - reducerea irnpactului asupra mediului.

Alegerea mediului de capsulare

Capsularea in metal pentru realizarea unor instalaii electrice cu gabarite reduse este cunoscuta de multa vreme, dar cu materialele izolante clasice - ulei, aer comprimat sau izolant solid - a fost folosita limitat. O utilizare pe scara mai larga au cunoscut-o numai legaturile conductoare sau celulele cu gabarite nemicorate, corespunzatoare unei izolari in aer la presiune atmosferica, la care capsularea se utilizeaza doar cu scopul unei protecii prin carcasa (din metal sau uneori din materiale plastice).

Dielectrici solizi Folosirea materialelor dielectrice solide este dezavantajoasa in primul rand ca urmare

a cerintelor tehnologice i de calitate deosebite care se pun la producerea lor. Nu este nca suficient clarificat procesul de imbatranire i limita duratei de viat pentru folosirea izolaiei

42

solide la tensiuni foarte nalte. Este destul de greu sa se asigure o omogenitate corespunzatoare.

Folosirea dielectricilor solizi nu este posibila in zonele in micare ale intreruptoarelor i separatoarelor.

Dielectricii solizi se utilizeaza insa in combinaie cu alte medii de izolare. Dielectrici lichizi

Folosirea dielectricilor lichizi, mai ales a uleiului, este cunoscuta de mult i raspandita pe scara larga n construcia de aparate electrice. Dezavantajele folosirii uleiului constau n cantitaile mari de ulei necesare, cheltuielile destul de ridicate ce deriva din aceasta, pericolul sporit de incendii, produsele sale de descompunere care reduc nivelul de izolare.

Dielectrici gazoi Cei mai utilizai dielectrici gazoi sunt aerul i hexafluorura de sulf (SF6). La nceput a

fost utilizat aerul comprimat. Carcasele au fost realizate din oel nemagnetic i aluminiu, compartimentate i legate

la pamant individual. Aparia instalaiilor cu aparataj in carcasa metalic cu izolaie gazoasa (GIS- Gas

Insulated Switchgear), a carui izolare este realizata, cel puin parial, de ctre un gaz izolant, altul decat aerul a revoluionat nsa concepia staiilor electrice.

Dezvoltarea pe scara industriala a GIS in ultimii 30 ani s-a facut pe seama proprietailor foarte bune ale hexafluorurii de sulf (SF6) - atat ca material izolant, cat i ca rnediu de stingere a arcului electric - care au creat condiii deosebite pentru dezvoltarea tehnicii intreruptoarelor de putere. Astfel, SF6:

- are rigiditate dielectric de cca 4 ori mai mare la presiuni de cca 4 ori mai mici fa de aerul comprimat;

- are vitez de recombinare a ionilor mare i inerie termic mic, proprieti care l fac un bun agent de stingere a arcului;

- are greutate specific de 5 ori mai mare dect aerul, proprietate care-l face uor de manipulat;

- este incolor, inodor, stabil chimic, neinflamabil i netoxic; - are un coeficient de transmitere a cldurii prin convecie de 5 ori mai mare dect

aerul; - are capacitate mare de absorbie a electronilor liberi. Singurele frne de folosire masiv a SF6 n realizarea instalaiilor de nalt tensiune

sunt de natur tehnologic i anume: - tehnologia de obinere a hexafluorurii de sulf pure fiind mai dificil face ca preul

s se menin relativ ridicat; - tehnologia de realizare i exploatare a unor astfel de instalaii presupune acuratee

n direcia realizrii etanrii tuturor componentelor i n direcia realizrii etanrii tuturor componentelor i n direcia conservrii n timp a puritii gazului care evident se va afla n contact permanent cu prile metalice i cele izolante ale instalaiei.

Ambele dificulti vor dispare treptat deoarece pe de o parte creterea produciei de SF6 va duce inevitabil la scderea preurilor acestui gaz, iar pe de alt parte o trstur caracteristic a dezvoltrii societii este i perfecionarea continu din toate punctele de vedere a tehnologiilor industriale.

Folosirea hexafluorrii de sulf ca izolant n instalaiile de nalt tensiune presupune introducerea unor principii oarecum diferite de cele folosite la alte categorii de instalaii i anume:

- capsularea ntregii instalaii n carcase metalice etane, capsulare care poate fi fcut monofazat sau trifazat;

- compartimentarea n module normalizate interschimbabile.

Capsularea este obligatorie pentru meninerea gazului n zona instalaiei. Practica dovedete c att capsularea monofazat ct i cea trifazic ofer avantaje care duc la folosirea ambelor soluii.

Capsularea trifazic duce la economie de spaiu, de materiale i manoper iar n plus, cmpurile celor trei faze, compensndu-se reciproc, duc la scderea pierderilor. Capsularea

zat elimin scurtcircuitele ntre faze, eforturile electrodinamice ntre faze, nd orice aezare relativ a fazelor. Carcasa se execut din oel nemagnetic sau miniu. Numai la diametre mari ale lui se pot folosi carcase din oel obinuit e curenii turbionari ce pot duce la i inadmisibile n carcas sunt mici. n fig.3.1 se reprezint capsularea mono i . ompartimentarea se realizeaz de obicei

dule care constituie i elementele ente ale celulei (ntreruptor, separator, etc.) e separ ntre ele etan. Aceste module se bla n diferite moduri pentru a se realiza monofilar dorit sau pentru a se putea

instalaia n restricie privind dimensiunile.

i+

cFig.3.1. Capsularea barelor: a monofazat; b trifazat

monofalimiteazpermi

din alublindajudeoarecnclzir

trifazatC

n mocomponi care spot asamschema ncadra 43

Fig.3.2. Izolatoare folosite n instalaiile cu SF6: a conice; b disc; c - suport

Compartimentarea are ns i alte avantaje importante:

- limitarea propagrii defectelor; - localizarea scprilor de gaze;

Fig.3.3. Compartimentarea unei instalaii cu SF6

- reducerea cantitii de gaz ce se manipuleaz la o intervenie n

interiorul carcasei; - posibilitatea demontrii unei

pri din instalaie fr scoaterea din funciune a ntregului.

Separarea etan a compartimentelor se poate realiza cu izolatoare conice sau disc (fig.3.2). n fig.3.3 se prezint un exemplu de compartimentare a unei instalaii cu bar dubl.

Presiunea gazului SF6 n interiorul carcasei metalice se alege n aa fel ca rigiditatea dielectric s fie cea necesar (rigiditatea dielectric este direct proporional cu presiunea) i s se evite condensarea SF6 la temperaturile minime de funcionare a

nstalaiilor. Practica a artat c domeniul optim de presiune este de 2,8 at la 40 0C i 5 at la 75 0C. n ntreruptoare presiunea poate fi mai mare.

Elementele componente ale instalaiilor cu SF6 se realizeaz n diferite soluii onstructive.

Barele colectoare i cile de curent n general se execut din evi din cupru sau aluminiu susinute de izolatoare din rini epoxidice i capsulate mono sau trifazat. Modulele de bare au lungimi de 2-5 m. Derivaiile i capetele barelor sunt prevzute cu ecrane ce realizeaz uniformizarea potenialelor.

ntreruptoarele folosite n instalaiile izolate cu SF6 sunt cu ulei puin, cu vid sau mai natural cu SF6. Acestea din urm sunt constructiv asemntoare cu ntreruptoarele cu aer comprimat i pot fi pneumatice sau autopneumatice. Cele pneumatice sau cu dubl presiune sunt echipate cu rezervoare speciale n care se comprim SF6 la 12-14 at. La acionarea ntreruptorului, prin deschiderea unei supape, gazul ptrunde n compartimentul de joas tensiune, splnd spaiul de stingere a arcului. Readucerea gazului n rezervoare se face cu ajutorul unor compresoare i filtre care rein produsele de descompunere rezultate din contactul gazului cu arcul electric.

Deoarece la 00C i 13,26 at gazul se lichefiaz n aceste ntreruptoare se monteaz o instalaie de termostatare a gazului. ntreruptoarele autopneumatice realizeaz circulaia gazului n zona contactului printr-un piston auxiliar acionat odat cu contactul. Aceste ntreruptoare sunt mai robuste dar pentru atingerea acelorai performane ca i ntreruptoarele autopneumatice sunt necesare mai multe camere de stingere. Acionarea se poate face pneumatic sau oleopneumatic.

44

Fig.3.4. Seciune printr-un separator de instalaie cu

SF6

Separatorul nu mai poate, prin nsi construcia sa, s separe vizibil pri ale instalaiei, lucru care face folosirea lui puin diferit de cea din instalaiile izolate cu aer la presiunea atmosferic. Astfel pentru a se garanta securitatea personalului i deci pentru a se

putea certifica poziia deschis a separatorului se practic urmtoarele metode:

- se monteaz separatoare de legare la pmnt mai multe dect n celelalte categorii de instalaii. Practic se prevede posibilitatea punerii la pmnt a tuturor elementelor din instalaie care pot fi separate;

- se prevd ecrane special legate la pmnt care se introduc ntre

contactele separatoarelor n poziia deschis a acestora;

Se folosesc aproape exclusiv separatoare de tip axial cu contactul fix n form de tulip. Principial un astfel de modul separator este prezentat n fig.3.4.

Separatorul de legare la pmnt este folosit drept element principial de securitate i pentru untarea arcului electric eventual aprut, pentru stingerea lui rapid i limitarea efectelor distructive.

n acest din urm scop dispozitivul de legare la pmnt se prevede cu un dispozitiv de acionare automat rapid la nchidere. Pentru scopul prim este necesar ca poziia dispozitivului s fie ferm semnalizat n exterior.

Transformatorul de curent este de tip toroidal. n zona transformatorului de curent trebuie luate msuri de reducere a influenei curenilor din carcas, de exemplu prin ntreruperea carcasei n interiorul miezului transformatorului dac miezul are diametrul mai mare dect carcasa.

Transformatorul de tensiune poate fi inductiv sau capacitiv. Transformatoarele capacitive sunt mai uor de ncadrat n aceste instalaii. Principial acest tip de transformatoare de tensiune au sarcina secundar nominal limitat. Acest neajuns poate fi nlturat prin legarea sarcinii secundare la divizor prin intermediul unei scheme electronice de amplificare. Racordul spre exterior (cablu, LEA) are funcia de a realiza etaneitatea ntre mediul exterior instalaiei (uleiul din cablu, aerul atmosferic) i hexafluorura de sulf din interior. Se realizeaz cu un izolator conic strbtut de un izolator de trecere de tip condensator.

De obicei se combin cu separatorul de linie i cel de legare la pmnt. O seciune este dat n fig.3.5. Toate acestea sunt susinute de o seciune prezentat n fig.3.6 printr-o instalaie cu SF6 de 110 kV cu bar dubl n care se evideniaz i raportul dimensional ntre elementele componente.

45

Fig.3.5. Seciune printr-un racord n cablu: 1 contact; 2 conductor; 3 piese de racord; 4, 5 ecran; 6 manon terminal

Barele colectoare sunt ecranate monofazat i ntreruptorul este cu ulei puin.

Dispoziiile spaiale a elementelor instalaiei cu SF6 sunt diverse i rezult din modul de aezare a ntreruptorului (orizontal sau vertical), de amplasarea barelor colectoare (sus sau jos), de capsularea barelor colectoare (mono sau trifazat) de numrul de bare colectoare (simpl, dubl, tripl), etc.

Fiecare dispoziie este avantajoas din anumite puncte de vedere.

Fig.3.6. Seciune i schem monofilar printr-o instalaie de 110 kV cu bar dubl n SF6

n fig.3.7 sunt prezentate variante de instalaii cu ntreruptorul montat vertical, iar n

fig.3.8 o instalaie cu ntreruptorul (I) montat orizontal i barele colectoare (B1 i B2) aezate jos i capsulate trifazat.

Transformatorul de tensiune (TT) i racordul cablului (RC) sunt amplasate unul deasupra altuia n spatele celulei.

La medie tensiune, introducerea instalaiilor cu SF6 permite pe de o parte campactizarea instalaiilor (dimensiuni ale instalaiilor de 7,2-36 kV se dau n tabelul 9.5) iar pe de alt parte desensibilizarea acestora la agresivitile mediului.

46

Fig.3.7. Dispoziii constructive de instalaii cu SF6, bare duble i ntreruptor vertical: a bare sus capsulate trifazate; b bare jos capsulate monofazate; c bare jos capsulate trifazate

n fig.3.9 se prezint o vedere a unei instalaii de medie tensiune cu SF6 care folosete ntreruptor cu vid.

Tabelul 9.5. Schema Dimensiunea

Bar simpl Bar dubl

Limea 600 600 nlimea 2120 2200 Adncimea 1510 2430

47

Montarea unei instalaii cu SF6 este relativ simpl deoarece const din amplasarea modulelor ce reprezint componente ale instalaiilor, module realizate i ncercate individual n fabric.

Fig.3.8. Instalaie n SF6 cu bar dubl i ntreruptor montat orizontal sus

n exploatare, esenial este supravegherea continu a etaneitii i completarea pierderilor de gaz care se poate face i automat. Instalaia poate funciona la o presiune de minim 85% din cea nominal cnd instalaia se scoate automat din funciune.

Starea instalaiei inclusiv defectele pot fi evideniate pe ci clasice sau prin urmrirea presiunii gazului.

Fig.3.9. Vedere n perspectiv a unei instalaii cu SF6 i ntreruptor cu vid: S separator; I - ntreruptor

Pentru intervenia la un modul component se execut urmtoarele operaii:

- scoaterea de sub tensiune i punerea la pmnt;

- extragerea gazului din tronsonul n cauz (exist o instalaie special de golire-depozitare-umplere);

- punerea modulului n contact cu aerul;

- demontarea flanelor sau a gurilor de vizitare;

- intervenia propriu-zis; - montarea flanelor sau/i gurilor

de vizitare; - extragerea umiditii i aerului cu

pompa de vid; - umplerea cu SF6; - deconectarea punerilor la pmnt

i punerea sub tensiune; n concluzie, instalaiile cu SF6 s-au

impus vertiginos la o plaj de tensiuni ntre 6 i 750 kV fiind cerute de restricii de spaiu i de necesitatea simplificrii exploatrii. Volumul cheltuielilor de investiie este acum mai ridicat dect la soluiile clasice dar aceast diferen poate fi compensat prin reducerea volumului de construcii, a timpului de realizare, reducerea volumului operaiilor de exploatare, simplificarea reelelor de distribuie.

Necesarul de suprafa este considerabil mai mic dect la soluiile clasice. Fa de instalaiile de tip exterior, o instalaie cu SF6 necesit, la 110 kV cca 6% suprafa, la 220 kV cca 4% i la 380 kV cca 3%. Aceasta face oportun introducerea lor ori de cte ori exist suprafa disponibil limitat (de exemplu la centralele hidro subterane, la extinderea sau modernizarea unor instalaii existente, etc.

Securitatea n funcionare este cert mai ridicat dect la soluiile clasice i se datoreaz urmtoarelor particulariti:

- posibiliti mici de amorsare a unui arc electric n interiorul instalaiei; - sensibilitate mult mai redus fa de agenii externi (izolatoarele i cile de curent

sunt practic inaccesibile pentru agenii chimici din atmosfer iar dimensiunile reduse pe vertical a instalaiilor le fac mai puin vulnerabile la cutremure);

- sunt complet protejate la loviturile directe de trsnet;

- este nlturat pericolul de incendiu; - sunt practic insensibile la praf i murdrie, proprietate care le recomand n unele

medii extreme (termocentrale). Avantaje au instalaiile cu SF6 i din punct de vedere al aciunii lor asupra mediului

exterior i a oamenilor, cum ar fi: - nu produc zgomot, cmpuri electromagnetice i nu polueaz estetic mediul; - pericolul de explozie a carcasei este practic inexistent; - msurile de electrosecuritate sunt mai uor de ndeplinit;

- volumul i greutatea modulelor de transport i montaj le fac uor de manipulat. Exist u instalaii clasice,

situaii care p ii de suprafa. n fig.3.10 sunt cu SF6 i aparate montate n ex

n figu az (SF6) construite de diferite fir g.3.13) care pot fi montate n int

Fig.3.10. Exemple de instalaii de 245 kV rezultate din combinarea unor elemente capsulate cu altele n execuie clasic exterioar: a cu ntreruptorul i transformatorul de msur capsulat; b cu bare capsulate blindate

i posibilitatea combinrii unor module de instalaii cu SF6 cot aprea la extinderi, modernizri sau s fie impuse de restricprezentate dou instalaii de 245 kV combinate din moduleterior. rile urmtoare sunt artate diferite tipuri de staii izolate cu gme: MITSUBISHI (fig.3.11), ABB (fig.3.12), ALSTOM (fierior sau exterior. 48

49

a b

c Fig.3.11. Staii izolate cu gaz, fabricaie MITSUBISHI: a izolaie monofazat (72,5...300 kV); : a izolaie monofazat (362...800 kV); c - izolaie trifazat (72,5...170 kV);

a b

c d Fig.3.12. Staii izolate cu gaz, fabricaie ABB: a tip ELK0 (72,5...170 kV); b

tip ELK14 (220...300 kV); c ELK3 (362...550 kV)

a b

c d Fig.9.51.Staii izolate cu gaz, fabricaie ALSTOM: a tip B65 (145 kV); b tip B95 (170...245 kV); c tip T105 (245...362 kV); d- tip T155 (420...550 kV)

Influenta GIS asupra mediului n afara de influena mediului ambiant asupra sigurantei in funcionare a instalaiei

electrice, o mare important o poate avea i efectul reciproc: influena instalaiei de inalt tensiune asupra mediului ambiant.

- Ecranarea electrica inlatura aciunea campului electric asupra mediului exterior i asupra personalului. Se evita perturbarile de inalta frecven daunatoare pentru receptoarele radio i TV. Influena arcurilor electrice asupra mediului inconjurator este mult redus. Rezultatele anchetei internaionale efectuate de grupul de lucru CIGRE-23, au scos in evident faptul ca la 65% dintr-un total de 73024 celule cu intreruptor i an nu s-au raportat probleme legate de compatibilitatea electromagnetica, la 32% s-au indicat descarcari la carcasa i la 16% - diverse disfuncionaliti in circuitele secundare. Dintre cei supui anchetei, 19% au luat masuri prin legri suplimentare la pamant i 17% - diverse masuri de protectie a circuitelor secundare. Interferentele cu tertii au fost neglijabile.

- Instalaiile capsulate asigura o protecie sporita contra atingerii accidentale a elementelor aflate sub tensiune.

- Densitatea de 5 ori mai mare decat a aerului, atrage dupa sine o conductibilitate fonica slaba. Intrucat deconectarea intreruptoarelor cu SF6 este mult mai silenioasa, se reduce simitor poluarea fonica.

- Construcia este foarte compacta i se poate integra intr-un spaiu restrans. - Impactul vizual al statiilor capsulate este foarte redus, deoarece acestea se pot

amplasa uor in constructii existente i deja integrate in mediul ambiant. Pe de alta parte,

50

51

"staia viitorului" este special conceput pentru a fi compatibila cu mediul; ea este formata din cateva carcase, cu o alegere corespunztoare a acoperiului, a materialului pentru perei i a culorii. S-au pus la punct sisteme pe calculator, care utilizeaza tehnologii de tratare tridimensional a imaginii pentru a vizualiza pe ecran modul in care staia se integreaza estetic in mediul ambiant i pot furniza o baza de date pentru facilitarea unui schimb de opinii cu privire la concepia staiei.

Manipularea hexafluorurii de suIt i a produselor sale de descompunere n timpul funcionarii staiilor electrice capsulate pot aprea diverse produse de

descompunere, ca urmare a descompunerii catalitice la nivelul suprafetelor calde (aflate la circa 200 C), prin descarcari pariale, prin ruperea arcului electric sau ca urmare a arcurilor interne. Tipul i concetraia produselor de descompunere depind de o serie de factori, cum ar fi caracteristicile sursei de descompunere, concepia aparatajului i materialele utilizate. Printre parametrii de baza pot fi amintii curentul de descarcare i durata sa, timpul dupa descarcare i prezena unor produse asociate pentru reacii chimice.

Principalele produse de reacie sunt materialele vaporizate din electrozi (cupru, wolfram, aluminiu, carbon). Reacia acestor substante cu fragmente de SF6 produse prin procesul de descarcare conduc, in mai puin de o secunda, la un anumit numar de produse de descompunere primare, printre care ce1e mai importante sunt fluoruri metalice solide (CuF2, AlF3) i gazoase (WF6), tetrafluorura de carbon CF4 (gaz) i tetrafluorura de sulf SF4 (gaz). Unele dintre aceste produse primare sunt chimic stabile, in timp ce alte1e (WF6, SF4) nu, conducand in prezena aerului, apei, aluminiului, siliciului, la un mare numar de reacii secundare. Aceste reacii secundare se produc intr-un timp de reacie foarte variabil (de la cateva secunde pana la mai multe luni) i evolueaza in funcie de cantitatea de produse de reacie existenta.

Reaciile primare i secundare produc un amestec de produse solide i gazoase, care depinde de timp i de concepie i care, in general, nu poate fi specificat cantitativ.

Studiul efectuat de grupul de lucru CIGRE pe un chestionar la care au raspuns 56 de organizaii din 16 tari, a permis desprinderea unor concluzii prezentate succint in cele ce urmeaza. Astfel s-a constatat ca punctele calde, descarcarile pariale i scnteile produc in special produse de reacie cu impuritai gazoase, umiditatea fiind principalul catalizator al reaciei. n schimb, arcul electric, fiind o sursa puternica de ca1dura, conduce la o vaporizare importanta a materialului de contact, producnd astfel compui metalici solizi i gazoi in cantitate mult mai mare. In ceea ce privete toxicitatea produselor de descompunere, s-a constatat ca o toxicitate importanta este produsa doar ca urmare a unui arc electric important, deci n intreruptoarele de putere sau in caz de arc intern.

Absorbia produselor de descompunere