Sieci elektroenergetyczne

Spis treści

1. Wiadomości podstawowe

     Sieć elektroenergetyczna jest zespołem połączonych i współpracujących ze sobą:

1) linii napowietrznych i kablowych,
2) stacji transformatorowo-rozdzielczych i rozdzielczych,
3) łączników, dławików , kondensatorów oraz urządzeń pomocniczych,
przeznaczonych do przesyłania energii elektrycznej z elektrowni do dużych węzłów odbiorczych
i rozdziału pomiędzy odbiorców.

     Sieć elektroenergetyczna powinna spełniać podstawowe wymagania dotyczące przede wszystkim wysokiej jakości dostarczanej energii elektrycznej i niezawodności zasilania odbiorców. a także dawać się łatwo przystosowywać do zasilania nowych odbiorców i wzrastających obciążeń sieci oraz zapewniać bezpieczeństwo obsłudze i użytkownikom.

1.1. Uznane reguły techniczne dotyczące projektowania i budowy linii napowietrznych z przewodami roboczymi gołymi określone w normach:

1) PN-EN 50341-1:2013-03 Elektroenergetyczne linie napowietrzne prądu przemiennego powyżej 1 kV Część 1 Wymagania ogólne – Specyfikacje wspólne, z przewodami roboczymi izolowanymi określone są w normie:
2) PN-EN 50341-2-19:2015-11 – wersja angielska Elektroenergetyczne linie napowietrzne prądu przemiennego powyżej 1kV — Część 2-19: Krajowe Warunki
3) PN-EN 50341-2-22:2016-04 – Elektroenergetyczne linie napowietrzne prądu przemiennego powyżej 1 kV — Część 2-22: Krajowe Warunki Normatywne (NNA) dla Polski (oparte na EN 50341-1:2012)
4) PN-EN 50341-3-22:2010 Elektroenergetyczne linie napowietrzne prądu przemiennego powyżej 45 kV Część 3: Zbiór normatywnych warunków krajowych. Wymagania dotyczące projektowania i budowy linii napowietrznych
5) N SEP-E-003:2003 Elektroenergetyczne linie napowietrzne. Projektowanie i budowa. Linie prądu przemiennego z przewodami pełnoizolowanymi oraz z przewodami niepełnoizolowanymi. Wydanie: 2006.

1.2. Pojęcia i definicje
System elektroenergetyczny– zespół urządzeń – i instalacji przeznaczonych do wytwarzania, przesyłania i rozdzielania energii elektrycznej;
Sieć elektroenergetyczna – zespół połączonych wzajemnie linii i stacji elektroenergetycznych przeznaczonych do przesyłania i rozdzielania energii elektrycznej;
Stacja elektroenergetyczna – zespół urządzeń elektroenergetycznych wraz z niezbędnymi budowlami, umieszczony w jednym miejscu i przeznaczony do przetwarzania, transformacji i/lub rozdzielania energii elektrycznej;
Rozdzielnia – zespół urządzeń rozdzielczych (łączniki, szyny zbiorcze itp.) o określonym napięciu, umożliwiających dokonywanie czynności łączeniowych pomiędzy liniami, transformatorami i/lub innymi urządzeniami elektrycznymi, będący częścią stacji elektroenergetycznej lub tworzący stację rozdzielczą;
Rozdzielnica – urządzenie stosowane w sieciach rozdzielczych i instalacjach odbiorczych, zazwyczaj prefabrykowane, składające się z aparatów elektrycznych wraz z ich połączeniami, izolacją, elementami konstrukcyjnymi i osłonami;
Bezpieczeństwo energetyczne – stan gospodarki umożliwiający pokrycie bieżącego i perspektywicznego zapotrzebowania odbiorców na paliwa i energię elektryczną w sposób technicznie i ekonomicznie uzasadniony, przy zachowaniu wymagań ochrony środowiska;
Linia elektroenergetyczna – zespół przewodów, materiałów izolacyjnych i odpowiednich akcesoriów przeznaczonych do przesyłania energii elektrycznej pomiędzy dwoma punktami sieci elektroenergetycznej;
Przyłącze – odcinek lub element sieci służący do połączenia urządzeń, instalacji lub sieci odbiorcy o wymaganej przez niego mocy przyłączeniowej z siecią przedsiębiorstwa elektroenergetycznego świadczącego na rzecz tego odbiorcy usługę przesyłania lub dystrybucji;
Moc przyłączeniowa – moc czynna planowana do pobierania lub wprowadzania do sieci, określona w umowie o świadczenie usługi przyłączenia jako wartość maksymalna ze średnich wartości tej mocy w okresie 15 minut, służąca do zaprojektowania przyłącza;
Moc zwarciowa – iloczyn prądu zwarciowego w określonym punkcie sieci i umownej wartości napięcia, najczęściej napięcia roboczego;
Punkt neutralny sieci wielofazowej – wspólny punkt połączonych w gwiazdę uzwojeń urządzenia n-fazowego, np. transformatora elektroenergetycznego lub transformatora uziemiającego;
Urządzenia – urządzenia techniczne stosowane w procesach energetycznych;
Wartość nominalna – odpowiednia przybliżona wartość liczbowa stosowana do oznaczenia lub wyróżnienia elementu, przyrządu lub urządzenia;
Wartość znamionowa – wartość przypisana, zasadniczo przez wytwórcę, dla określenia warunków pracy elementowi, przyrządowi lub urządzeniu.

▲ do góry

2. Klasyfikacja sieci elektroenergetycznych

     Ze względu na funkcje spełniane w procesie dostawy i rozdziału energii elektrycznej sieci elektroenergetyczne dzieli się na:

Sieci przesyłowe – tworzące zbiór urządzeń współpracujących ze sobą w celu przesyłu energii elektrycznej z węzłów wytwarzania (elektrownie) do węzłów odbiorczych (stacje transformatorowo-rozdzielcze 400/110 kV i 220/110kV) liniami przesyłowymi najwyższych napięć 220 i 400 kV prądu przemiennego oraz 450 kV prądu stałego, służącymi również do realizacji powiązań transgranicznych z systemami elektroenergetycznymi sąsiednich krajów;
Sieci rozdzielcze – stanowią zbiór urządzeń współpracujących ze sobą w celu rozdziału energii elektrycznej pomiędzy odbiorców;
Sieci przesyłowo-rozdzielcze 110 kV – spełniają ważne funkcje przesyłowo-rozdzielcze w systemie elektroenergetycznym, przeznaczone głównie do:

a) zasilania sieci rozdzielczych średniego napięcia (SN).
b) zasilania odbiorców końcowych przyłączonych do sieci,
c) wyprowadzenia mocy z lokalnych elektrowni i elektrociepłowni o parametrach elektrycznych kwalifikujących do połączenia ich z systemem elektroenergetycznym,
d) pełnienia funkcji sieci przesyłowych w niektórych obszarach kraju (np. na terenach górskich);

Sieci elektroenergetyczne rozdzielcze dzieli się na:
Sieci średniego napięcia (SN) – wykorzystywane do przyłączenia źródeł wytwórczych, zasilania sieci niskiego napięcia poprzez transformację SN/nn oraz zakładów przemysłowych;
Sieci niskiego napięcia (nn) – przeznaczone głownie do dystrybucji energii elektrycznej do odbiorców końcowych, liniami napowietrznymi lub kablowymi w układzie sieci TN-C lub TT. Sieci miejskie budowane są jako linie kablowe w strukturze zamkniętej i konfiguracji otwartej. Przyłączenie odbiorców do sieci rozdzielczej odbywa się za pomocą przyłączy napowietrznych lub kablowych doprowadzonych do złączy elektrycznych w obiektach.
W zależności od miejsca zasilania odbiorców energii elektrycznej sieci rozdzielcze dzieli się na:
Miejskie sieci elektroenergetyczne, do których zalicza się sieci niskiego napięcia (nn), sieci średniego napięcia (SN) oraz coraz częściej sieci wysokiego napięcia – 110 kV. W sieciach miejskich wyróżnia się osiedlowe sieci elektroenergetyczne, w skład których wchodzą sieci niskiego napięcia (nn) i sieci średniego napięcia (SN);
Rejonowe sieci elektroenergetyczne, – sieci zasilające tereny wiejskie, małe miasta i niewielkie zakłady przemysłowe zlokalizowane poza miastami. Mogą to być sieci 110 kV, sieci średniego (SN) i sieci napięcia niskiego napięcia (nn),
Przemysłowe sieci elektroenergetyczne, – sieci w zakładach przemysłowych. W zależności od wielkości zakładu i zapotrzebowania na energie elektryczną, będą to sieci niskiego napięcia (nn), średniego napięcia (SN) i często 110 kV. W dużych zakładach przemysłowych na terenie zakładu, znajdują się również elementy sieci przesyłowych 220 kV i 400 kV;
Sieci elektroenergetyczne wnętrzowe, – sieci niskiego napięcia w budynkach mieszkalnych, przemysłowych i użyteczności publicznej (nazywane również instalacjami elektroenergetycznymi).

▲ do góry

3. Struktura i konfiguracja sieci elektroenergetycznej

1) Struktura sieci, jest to jednoznacznie określony układ sieci wraz z parametrami poszczególnych urządzeń. Pod tym pojęciem rozumie się podział na sieci przesyłowe i rozdzielcze, o różnych napięciach nominalnych oraz struktury podstawowe sieci, które dzieli się na otwarte i zamknięte.
Struktury otwarte mogą być promieniowe lub magistralne, rezerwowane lub nierezerwowane. Rezerwowanie uzyskuje się poprzez przyłączenia automatyczne lub ręczne.
W strukturach zamkniętych jest możliwość zasilania każdego odbioru, bez przełączeń, co najmniej
z dwóch niezależnych źródeł;
2) Konfiguracja sieci – jest to jednoznacznie określony układ danej struktury sieci, otrzymany w wyniku wykonanych czynności łączeniowych w zbiorze jego elementów. Mogą to być łączenia stałe lub okresowe identycznych lub różnych podstawowych struktur sieciowych. Konfiguracje sieci mogą być: normalne, awaryjne i po awaryjne oraz otwarte lub zamknięte;
3) Stan sieci, jest zbiorem wartości funkcji określonych w węzłach i gałęziach sieci, opisujący w sposób jednoznaczny stan pracy sieci, wyrażony wartościami napięć i prądów zarówno w warunkach pracy normalnej, jak i zakłóceniowej.

     Podstawowe układy sieci elektroenergetyczne można rozpatrywać pod względem funkcjonalnym jako:

sieć zamkniętą (pętlicową, oczkową), łączącą punkty zasilania sieci z punktami wyjścia z sieci, w której przepływy energii elektrycznej zależą od rozłożenia wytwarzania na jednostki wytwórcze. Sieć zamknięta ma za zadanie zapewniania zasilania odbiorców końcowych lub sieci otwartych niższego poziomu napięciowego w SEE na warunkach standardowych, niezależnie od odległości od źródeł wytwórczych. W sieci zamkniętej jest możliwość zasilania każdego odbiorcy co najmniej z dwóch niezależnych źródeł;
sieć otwartą (promieniowa, magistralna), w której przepływy energii zależą przede wszystkim od poboru energii elektrycznej przez odbiorców. Są to sieci rozdzielcze SN o strukturze promieniowej i magistralnej. W takich sieciach nie ma oczek, a z węzła do węzła istnieje tylko jedna droga.

3.1.Sieci zamknięte – ich charakterystyczna cechą jest możliwość zasilania każdego z odbiorców, bez przełączeń, co najmniej z dwóch niezależnych źródeł. Taki układ zasilany z dwóch niezależnych źródeł nazywa się układem dwustronnie zasilanym (Rys.1). Tego typu układy spotyka się w sieciach miejskich SN i nn, w sieciach przemysłowych SN i nn, jak również w sieciach WN.


Rys. 1. Układ dwustronnie zasilany

     Stosowane są również bardziej skomplikowane sieci wielokrotnie zamknięte: np. struktury kratowe stosowane w sieciach nn dzielnic miejskich o trudnej zabudowie. Są stosowane w przeważającej części w sieci wysokich napięć (WN) i najwyższych napięć (NN) oraz w sieciach miejskich średniego napięcia (SN).
     Są to sieci o dużej niezawodności. Po wyłączeniu uszkodzonego elementu w tym układzie jego rolę w zasilaniu innych elementów sieci przyjmuje nieuszkodzona część sieci. W sieciach przemysłowych stosuje się często sieci o strukturach mieszanych.

3.2. Sieci otwarte – mogą pracować tylko w konfiguracji otwartej, natomiast sieci zamknięte – w konfiguracjach otwartych (Rys. 2) bądź zamkniętych. Konfiguracje otwarte sieci o strukturach zamkniętych, mniej zawodne, stosuje się w sieciach miejskich nn i SN oraz niekiedy w sieciach przemysłowych. Sieci otwarte – dzielą się na: promieniowe i magistralne.


Rys. 2. Układ dwustronnie zasilany ściśnięty

1) Sieci otwarte promieniowe (Rys. 3) mają zastosowane w sieciach przemysłowych średniego i niskiego napięcia oraz w sieciach wiejskich i instalacjach wewnętrznych niskiego napięcia. Ze względu na pewność zasilania dzielą sie na rezerwowane i nierezerwowane (Rys.3 ab). Ważną odmianą są linie promieniowe rozgałęzione, stosowane jako struktury przejściowe sieci rozdzielczych rejonowych SN.


Rys. 3. Rodzaje sieci promieniowych
a) prosty układ promieniowy zasilający jeden odbiornik,
b) układ dwupromieniowy, c) układ promieniowy typu drzewo

2) Sieci otwarte magistralne budowane są jako nierezerwowane lub rezerwowane (rys. 4). Układy magistralne stosuje sie w sieciach przemysłowych i instalacjach wnętrzowych niskiego napięcia (nn), w sieciach miejskich średniego napięcia (SN) oraz w centrach dużych aglomeracji miejskich (linie dwumagistralne).


Rys. 4. Układy magistralne
a) nierezerwowany, b) rezerwowany

▲ do góry

4. Oddziaływanie sieci elektroenergetycznych na środowisko

     Sieci elektroenergetyczne, w szczególności linie napowietrzne, stwarzają w czasie pracy różnego rodzaju zagrożenia i uciążliwości dla ludzi i zwierząt hodowlanych w otoczeniu tych obiektów.
     Występujące zagrożenia i uciążliwości powinny być eliminowane lub ograniczane przez zastosowanie odpowiednich urządzeń ochronnych przed:

– porażeniem elektrycznym ,
– przepięciami,
– pożarami,
– działaniem pola elektromagnetycznego,
– substancjami szkodliwymi,
– agresywnością wizualną i uciążliwością linii elektroenergetycznych,
– uciążliwością hałasu i wibracji.

4.1. Ochrona przed porażeniem elektrycznym polega na zastosowaniu:

1) ochrony podstawowej – czyli na zachowaniu bezpiecznych odległości od nieizolowanych części urządzeń będących pod napięciem oraz zastosowaniu osłon, ogrodzeń, itp. Zabezpieczenie przed dotykiem bezpośrednim powinno być osiągnięte poprzez budowę obiektów sieciowych oraz innych obiektów w sąsiedztwie linii i stacji elektroenergetycznych zgodnie z wymaganiami norm i przepisów dotyczących sieci elektroenergetycznych;
2) ochrony przy uszkodzeniu – polegającej na zachowaniu dopuszczalnych wartości napięć dotykowych i napięć krokowych w zakłóceniowych stanach pracy urządzeń i instalacji elektrycznych. Zabezpieczenie przed wystąpieniem napięć wyższych niż dopuszczalne osiąga się poprzez zastosowanie odpowiednich środków ochrony przy uszkodzeniu i ochrony uzupełniającej.

4.2. Ochrona przed przepięcięciami – stosowana w sieciach elektroenergetycznych ogranicza się
w zasadzie do ochrony odgromowej, zgodnie z wymaganiami norm dotyczących linii napowietrznych.
     Wymagania dotyczące ochrony instalacji elektrycznych odbiorców, przyłączonych do sieci elektroenergetycznej, przed przepięciami atmosferycznymi przenoszonymi przez sieć rozdzielczą i przepięciami łączeniowymi oraz zasady identyfikowania i określania miejsc w instalacjach elektrycznych, w których mogą występować przepięcia, a także doboru środków ograniczających przepięcia, zawarte są w normie PN-HD 60364-4-443:2016-03 Instalacje elektryczne niskiego napięcia — Część: 4-443: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa — Ochrona przed zaburzeniami napięciowymi i zaburzeniami elektromagnetycznymi — Ochrona przed przejściowymi przepięciami atmosferycznymi lub łączeniowymi.

4.3. Ochrona przeciwpożarowa – określona w przepisach o ochronie przeciwpożarowej dotyczy przede wszystkim:

a) odporności ogniowej ścian stacji elektroenergetycznych sąsiadującymi z innymi obiektami,
b) łukochronności stacji wnętrzowych,
c) budowy stanowisk transformatorów z uwzględnieniem ograniczenia skutków jego pożaru,
d) wyposażenia stanowisk transformatorów w automatyczne instalacje gaśnicze,
e) wyposażenia stacji elektroenergetycznych w sprzęt gaśniczy.

4.4. Ochrona przed działaniem pola elektromagnetycznego
     Pole elektromagnetyczne od urządzeń elektroenergetycznych prądu przemiennego 50 Hz może oddziaływać na ludzi, zwierzęta i środowisko poprzez składową elektryczną tego pola.
     Miarą bezpośredniego oddziaływania jest zatem natężenie pola elektrycznego o częstotliwości 50 Hz, wytworzonego w sieci o napięciu nominalnym 110 kV i wyższym. W sieciach niższych napięć oddziaływanie to jest pomijalnie małe.

4.5. Ochrona przed substancjami szkodliwymi – stosowanymi w eksploatacji elementów sieci elektroenergetycznych dotyczy:

– związku SF6 (sześciofluorek siarki),
– związku PCB (polichlorowane bifenyle),
– oleju izolacyjnego (transformatorowego).

     Sześciofluorek siarki (SF6) nie jest substancją toksyczną ale został uznany za gaz cieplarniany. Pomimo swojego ciężaru po zmieszaniu z powietrzem jest przenoszony do atmosfery. Udział ilościowy SF6 w grupie gazów cieplarnianych jest wprawdzie niewielki lecz posiada niepokojąco długi czas rozpadu. Wysoce toksyczne są natomiast produkty rozpadu gazu w łuku elektrycznym; wymagają utylizacji.

4.6. Agresywność wizualna i uciążliwość linii napowietrznych – polega na skutkach ich obecności dla środowiska naturalnego i obszarów zurbanizowanych zarówno pod względem wizualno – estetycznym jak i uciążliwości wynikających z wymogów zachowania odpowiednich ograniczeń zagospodarowania najbliższego sąsiedztwa, co pociąga za sobą utrudnienia w zagospodarowaniu przestrzennym. Uciążliwości te zwiększają się wraz ze wzrostem napięcia linii.
     Do środków zaradczych zalicza się:

a) projektowanie i budowa linii ze szczególnym unikaniem kolizji i uciążliwości dla najbliższego otoczenia,
b) stosowanie konstrukcji wsporczych wąskotrzonowych, w tym stalowych, rurowych i strunobetonowych wirowanych,
c) stosowanie przewodów w osłonie izolacyjnej lub w pełnej izolacji w obszarach leśnych, zadrzewionych lub zabudowanych,
d) upraszczanie sposobu budowy stacji słupowych, eliminowanie nadmiernej liczby słupów,
e) stopniowe wycofywanie linii napowietrznych o napięciu 110 kV i niższym z terenów silnie zurbanizowanych.

     Niezależnie od ograniczania uciążliwości linii napowietrznych ważne jest również ograniczanie uciążliwości stacji elektroenergetycznych poprzez ich miniaturyzację zarówno w rozwiązaniach wnętrzowych jak i napowietrznych.

4.7. Ochrona przed hałasem – powinna być prowadzona na zasadach ogólnych, określonych w przepisach dotyczących dopuszczalnych poziomów hałasu w środowisku. Linie napowietrzne o napięciu 110 kV i wyższym powodują hałas. który zależy od warunków pogodowych i wynikający z ulotu.
     W stacjach elektroenergetycznych – hałas powodowany jest pracą transformatorów i wyłączników pneumatycznych. W przypadku stacji należy stosować odpowiednią izolację akustyczną.

▲ do góry