Stacje elektroenergetyczne

Spis treści

1. Podstawowe wiadomości

1.1. Pojęcia i definicje podstawowe
     Stacje elektroenergetyczne posiadają pewien specyficzny zbiór pojęć oraz definicji podstawowych, a mianowicie:

Rozdzielnica – to podstawowy zespół szyn zbiorczych, pół i urządzeń rozdzielczych, zabezpieczeniowych, pomiarowych, sterowniczych i sygnalizacyjnych, które wraz z elementami izolacyjnymi, wsporczymi i osłonowymi, tworzą układ zdolny do rozdzielania energii elektrycznej, przy jednym napięciu znamionowym;
Rozdzielnia – to wyodrębniona część stacji elektroenergetycznej zajmująca wydzielone pomieszczenie, zespół pomieszczeń lub wydzielony teren, gdzie znajduje się zespół urządzeń rozdzielczych o określonym napięciu wraz z urządzeniami pomocniczymi;
Pole rozdzielcze – to zespół aparatów zabezpieczeniowych, łączeniowych, sterowniczych pomiarowych oraz innych urządzeń pomocniczych związanych z rozdziałem i przesyłem energii elektrycznej. Wyposażenie pola zależy od spełnianej przez nie funkcji, od napięcia znamionowego i wymaganej niezawodności pracy;
Szyny zbiorcze to zespół szyn sztywnych lub przewodów, do których przyłączone są elektrycznie poszczególne pola rozdzielcze.

1.2. Stacje elektroenergetyczne
     Stacja elektroenergetyczna jest podstawowym węzłem sieci elektroenergetycznej, składającym się z zespołu urządzeń elektroenergetycznych służących do przetwarzania lub transformacji energii elektrycznej dla celów przesyłania w systemie, rozdziału energii elektrycznej w sieciach rozdzielczych i obniżania napięcia do poziomu, na którym możliwe jest stosowanie elektrycznych urządzeń powszechnego użytku.
     W dużych stacjach występują ponadto wydzielone pomieszczenia wyposażone w odpowiednią aparaturę kontolno-pomiarową, urządzenia i elementy sterownicze oraz wskaźniki stanu połączeń i pracujących elementów stacji. Głównymi urządzeniami w stacjach elektroenergetycznych są rozdzielnice, transformatory i nastawnie.
     Przesyłanie, rozdział i odbiór energii elektrycznej wymaga korzystania:

a) z systemowych stacji elektroenergetycznych (NN),
b) stacji rozdzielczych (WN) oraz
c) rozlicznych stacji transformatorowych zamieniającymi średnie napięcie (SN) na napięcie powszechnie stosowane w instalacjach odbiorczych (230/400 V).

     Z rozdzielaniem energii elektrycznej w stacji wiążą się takie funkcje jak: regulacja napięcia w sieci, kompensacja mocy biernej, utrzymanie warunków zwarciowych na właściwym poziomie oraz wyłączanie i włączanie elementów sieci (linii i transformatorów).
     Stacje elektroenergetyczna można scharakteryzować za pomocą takich danych jak: funkcja stacji, napięcie lub napięcia znamionowe, prąd lub prądy znamionowe, wytrzymałość zwarciowa, liczba pól rozdzielnic, liczba transformatorów.

1.3. Obwody i urządzenia stacji elektroenergetycznej
     W skład stacji (rozdzielni) elektroenergetycznej wchodzą następujące obwody i urządzenia:

1) obwody główne – składające się z doprowadzonych do stacji linii elektroenergetycznych, rozdzielnicy głównej oraz przyłączonych do szyn zbiorczych urządzeń głównych stacji;
2) obwody wtórne (niskonapięciowe) – obejmujące wszystkie elementy, w których w warunkach normalnych płyną prądy proporcjonalne do prądów w obwodach głównych. W skład obwodów pomocniczych wchodzą układy zabezpieczeń, automatyki, pomiarów, telesterowania i telepomiarów;
3) urządzenia pomocnicze – umożliwiające prawidłową pracę stacji. Do urządzeń pomocniczych zalicza się instalacje i dodatkowe źródła prądu, instalacje sprężonego powietrza, oświetlenie i ogrzewanie elektryczne;
4) instalacje ochronne – to stosowane elementy ochrony przeciwporażeniowej, odgromowej, przeciwprzepięciowej i przeciwpożarowej.

▲ do góry

2. Klasyfikacja układów połączeń stacji elektroenergetycznych

     Układy połączeń stacji elektroenergetycznych można podzielić, ze względu na budowę, na dwie zasadnicze grupy: na układy szynowe (zawierające wyodrębnione szyny zbiorcze) i układy bezszynowe.
     W obrębie układów szynowych wyróżnia się układy: jednosystemowe, dwusystemowe i trójsystemowe.
     Dodatkowo każdy układ szynowy stacji może być sekcjonowany (dzielony na sekcje) oraz uzupełniony o dodatkowe pomocnicze (obejściowe) szyny zbiorcze. W obrębie układów bezszynowych wyróżnia się układy: blokowe, mostkowe i wielobokowe.
     Układy połączeń stacji elektroenergetycznych można sklasyfikować następująco:

2.1. Układ szynowy:

1) jednosystemowy

– niesekcjonowany,
– niesekcjonowany z szyną pomocniczą,
– sekcjonowany,
– sekcjonowany z szyną pomocniczą;

2) dwusystemowy

– niesekcjonowany,
– niesekcjonowany z szyną pomocniczą,
– sekcjonowany,
– sekcjonowany z szyną pomocniczą;

3) trójsystemowy

– niesekcjonowany,
– niesekcjonowany z szyną pomocniczą,
– sekcjonowany,
– sekcjonowany z szyną pomocniczą.

2.2. Układ bezszynowy:

1) blokowy

– jednoblokowy,
– dwublokowy;

2) mostkowy typu H

– uproszczony,
– pełny;

3) wieloblokowy.

▲ do góry

3. Układy szynowe

3.1. Pola rozdzielcze
     Rozdzielnica jest podstawowym elementem stacji elektroenergetycznej, złożona z pól rozdzielczych spełniających określone funkcje. Wyposażenie takiego pola zależy, oprócz spełnianej przez nie funkcji, także od napięcia znamionowego i wymaganej niezawodności pracy.
     W zależności od przeznaczenia w stacjach elektroenergetycznych wyróżnia sie następujące pola:

1) liniowe,
2) transformatorowe,
3) łączników szyn (sekcyjne i systemowe),
4) pomiarowe,
5) potrzeb własnych,
6) ograniczników przepięć (odgromnikowe),
7) inne, wg potrzeb.

Wymaga się zachowania ustalonej kolejności instalowania podstawowych aparatów:

a) w polach liniowych: SZ – OS – W – PI – PU – OL,
b) w polach transformatorowych: SZ – OS – W – PI – OT,

gdzie:
SZ – szyny zbiorcze;
OS – odłącznik szynowy;
W – wyłącznik;
PI – przekładnik prądowy;
PU – przekładnik napięciowy;
OL – odłącznik liniowy;
OT – odłącznik transformatorowy.

W uzasadnionych przypadkach dopuszcza się zastosowanie innej kolejności.

3.1.1. Pola liniowe
     Pola liniowe łączą linie elektroenergetyczne do szyn zbiorczych. Pola te mogą być napowietrzne lub kablowe, dopływowe (zasilające) i odpływowe (odbiorcze).
     W stacjach średniego napięcia (SN) pola liniowe wyposaża się, zamiast wyłącznika, w bezpieczniki i rozłączniki lub bezpieczniki i odłączniki (Rys. 1 a,b). W uproszczonym rozwiązaniu (Rys. 1 b) rozłącznik przerywa prąd roboczy, a bezpiecznik prąd zwarciowy. Możliwe są dwa sposoby współpracy rozłącznika z bezpiecznikiem, tj. praca niezależna obu urządzeń lub pobudzenie rozłącznika poprzez wybijak bezpiecznika w rozłączniku bezpiecznikowym. Dalsze uproszczenie przedstawia rysunek 1a, gdzie odłącznik przerywa prądy jałowe (pojemnościowe linii), a obciążenie wyłącza się w stacji na końcu linii.
     Pola liniowe odpływowe 110 kV w układzie z pojedynczym i podwójnym systemem szyn zbiorczych (Rys.1 c,d) wyposaża się w przekładniki napięciowe za przekładnikami prądowymi. Umożliwia to przeprowadzenie synchronizacji lub stwierdzenie napięcia w linii.
     W polach liniowych stacji wysokich napięć i najwyższych napięć oraz w rozdzielniach średniego napięcia z rozdzielnicami jednoczłonowymi stosowane są zawsze odłączniki od strony szyn zbiorczych, przed wyłącznikami, nazywane odłącznikami szynowymi.
     W polach liniowych, w których możliwe jest pojawienie się napięcia z obydwu stron wyłącznika oraz w liniach napowietrznych stosuje sie odłączniki za wyłącznikami, zwane odłącznikami liniowymi (Rys.1 c,d,e). Dostęp do wyłącznika jest możliwy po wyłączeniu pola zarówno od strony szyn, jak i od strony linii. W ten sposób zapewnia się również ochronę przed przepięciami pochodzenia atmosferycznego. W liniach kablowych, zasilanych tylko z szyn zbiorczych, wystarcza tylko jeden odłącznik, zainstalowany pomiędzy szynami a wyłącznikiem.
     Pole liniowe odpływowe 220 kV w układzie z podwójnym systemem szyn zbiorczych przedstawia rysunek 1e. Przekładniki napięciowe kondensatorowe w tym polu i w innych polach liniowych 220 kV i 400 kV są często instalowane za odłącznikiem liniowym (patrząc od strony szyn zbiorczych), gdyż są również wykorzystywane jako połączenie urządzeń wysokiej częstotliwości z linią.
     W polach liniowych 220 kV, z racji uciążliwości stosowania uziemiaczy przenośnych, stosuje się powszechnie noże uziemiające na odłącznikach, a gdy nie ma takiej możliwości – uziemniki. Najczęściej stosuje się noże uziemiające tylko na jednym z odłączników szynowych.
     Przykładowe układy pól liniowych przedstawia rysunek 1.:


Rys. 1. Pola liniowe
Oznaczenia: Pola liniowe a) SN uproszczone z odłącznikiem i bezpiecznikiem,
b) SN uproszczone z rozłącznikiem i bezpiecznikiem (rozłącznikiem bezpiecznikowym),
c) 110 kV odpływowe (odbiorcze) w układzie z pojedynczym systemem szyn zbiorczych,
d) 110 kV odpływowe (odbiorcze) w układzie z podwójnym systemem szyn zbiorczych,
e) 220 kV odpływowe (odbiorcze) w układzie z podwójnym systemem szyn zbiorczych.

     W polach rozdzielnic dwuczłonowych (rys.2 f,g), wyłącznik jest instalowany na specjalnym członie ruchomym (wózku). Przy wysuniętym członie ruchomym tworzą się widoczne przerwy izolacyjne, dzięki czemu możliwe jest w tych rozwiązaniach wyeliminowanie odłączników.
     Stosowane są specjalne blokady uniemożliwiające przykładowo wysunięcie wózka przy załączonym wyłączniku.
     Przekładniki są instalowane poza członem ruchomym. Konstrukcje rozdzielnic dwuczłonowych w stacjach o podwójnym systemie szyn zbiorczych wykonuje się przeważnie w wersji z odłącznikami, rzadziej spotykane są dwa pola z wyłącznikami (rys. 2 h,i).


Rys. 2. Pola liniowe SN w rozdzielnicach dwuczłonowych prefabrykowanych
Oznaczenia: P – połączenie szczękowe części stałej z częścią ruchomą,
f – w układzie z pojedynczym systemem szyn zbiorczych i wyłącznikiem w członie ruchomym,
g – w układzie z wyłącznikiem i kompletem przekładników w członie ruchomym,
h – w układzie z podwójnym systemem szyn zbiorczych i dwoma wyłącznikami na jedno pole,
i – w układzie z podwójnym systemem szyn zbiorczych.

3.1.2. Pola transformatorowe
     Pola transformatorowe służą do połączenia uzwojeń transformatora z układem szyn zbiorczych. Kolejność umieszczania elementów obwodu głównego w polu transformatora jest taka sama jak w polach liniowych.
     Przykład pola transformatorowego SN dla transformatora dwuuzwojeniowego w rozdzielnicy z pojedynczym systemem szyn zbiorczych przedstawiono na rysunku 3a. W tym polu, oprócz wyłącznika i odłącznika szynowego, umieszczony został przekładnik prądowy.
     W innych rozwiązaniach umieszcza się dodatkowo przekładnik napięciowy wykorzystywany głownie do celów pomiarowych.
     Pole transformatorowe SN dla transformatora dwuuzwojeniowego w rozdzielnicy z podwójnym systemem szyn zbiorczych przedstawia rysunek 3b. W polu tym występują dwa odłączniki szynowe umożliwiające przyłączenie transformatora do określonego systemu szyn zbiorczych.
     Pole transformatorowe SN dla transformatora trójuzwojeniowego przedstawia rysunek 3c.      W tym rozwiązaniu wymaga się odłącznika transformatorowego między wyłącznikiem a transformatorem.
     Jeżeli przewiduje się pracę transformatora przy wyłączonym uzwojeniu jednego napięcia, to wymagany jest odłącznik transformatorowy dla transformatora trójuzwojeniowego. Możliwe jest wtedy pojawienie się na wyłączniku napięcia pochodzącego od transformatora pracującego jako dwuuzwojeniowy. Dostęp do wyłącznika jest możliwy dopiero po otwarciu obu odłączników znajdujących się bezpośrednio przy nim.
     Podobnie jak w polach liniowych, stosuje się powszechnie pola transformatorowe uproszczone.
     W zależności od mocy znamionowej transformatora i wymagań odbiorców, wyłącznik może być zastąpiony układem rozłącznik – bezpiecznik lub odłącznik bezpiecznik.
     Pola transformatorowe w stacjach średnich, wysokich i najwyższych napięć są wyposażone
w wyłączniki.
     W polach transformatorowych z transformatorami dwuuzwojeniowymi odłączniki instaluje się jedynie od strony szyn zbiorczych. Natomiast w przypadku transformatorów trójuzwojeniowych odłączniki należy instalować po obydwu stronach wyłączników (Rys. 2c). Dostęp do wyłącznika jest możliwy dopiero po otwarciu obydwu odłączników, zarówno od strony szyn, jak i od transformatora, który po wyłączeniu jednego uzwojenia może nadal pracować jako dwuuzwojeniowy.
     Podobne rozwiązania stosuje się w polach transformatorowych WN i NN. Pola te zawierają ograniczniki przepięć usytuowane bezpośrednio przy transformatorze lub chroniące punkt neutralny transformatora oraz odłączniki w punkcie neutralnym umożliwiające zmianę wartości składowej symetrycznej zerowej prądu zwarciowego. Na rysunku 2d przedstawiono przykładowe rozwiązanie pola autotransformatora NN (np. 220/110 kV).


Rys. 3. Pola transformatorowe
Oznaczenia: f) SN w rozdzielnicy z pojedynczym systemem szyn zbiorczych,
g) SN dla transformatora dwuuzwojeniowego z rozdzielnicy z podwójnym systemem szyn zbiorczych,
h) SN dla transformatora trójuzwojeniowego, i) WN i NN dla autotransformatora.

     Pole liniowe i transformatorowe stacji średnich napięć, zwłaszcza stacji pracujących w sieciach komunalnych, wyposaża się często jedynie w bezpieczniki i rozłącznik (rys. 1b), przeznaczony do włączania i wyłączania prądów roboczych. Dalszym uproszczeniem rozwiązania jest zastosowanie odłączników zamiast rozłączników, co jest typowym rozwiązaniem w terenowych stacjach słupowych.
     Prądy obciążeniowe są wtedy włączane po stronie niskiego napięcia, a odłącznik musi mieć zdolność łączeniową wystarczającą do przerwania prądu pracy jałowej transformatora. Ze względu na niewielkie wartości prądów znamionowych bezpieczników wysokiego napięcia, rozwiązanie pól transformatorowych z bezpiecznikami może być stosowane tylko przy stosunkowo niewielkich mocach znamionowych transformatorów.

3.1.3. Pola pomiarowe i odgromnikowe
     W niektórych rozdzielnicach stosuje się pola pomiarowe wyposażone w odłącznik, zabezpieczenie oraz przekładniki napięciowe i ewentualnie w przekładniki prądowe.
     W rozwiązaniach praktycznych w poszczególnych polach stosuje się od 2 do 4, a niekiedy nawet więcej, szeregowo połączonych przekładników prądowych lub jeden przekładnik wielordzeniowy, o różnych mocach znamionowych i klasach dokładności poszczególnych uzwojeń.
     Przekładniki prądowe i napięciowe umieszcza się w taki sposób, aby zwarcie wewnętrzne w przekładniku mogło być wyłączone przez wyłącznik lub bezpiecznik zainstalowany w tym polu i nie powodowało zakłóceń w pracy innych elementów rozdzielnicy.
     Przekładniki napięciowe średniego napięcia przyłącza się do szyn za pośrednictwem odłączników i bezpieczników chroniących szyny przed zwarciami w samych przekładnikach. W rozdzielniach o napięciu znamionowym 110 kV i wyższym przekładniki napięciowe przyłącza się do szyn za pomocą odłączników. W przypadkach zwarć w uzwojeniach pierwotnych przekładników muszą w tych układach działać wyłączniki w polach zasilających.
     Przekładniki napięciowe pojemnościowe o napięciu 220 kV i 400 kV są często instalowane przed odłącznikiem liniowym, od strony linii.
     Pola odgromnikowe stosuje sie w przypadku potrzeby stosowania ochrony przed wyładowaniami atmosferycznymi stacji transformatorowej. Jeżeli ochrona przed przepięciami jest konieczna, wówczas ochronniki przeciwprzepięciowe umieszcza się w specjalnie przygotowanym polu przyłączonym do szyn zbiorczych przez odłącznik.
     Ze względów eksploatacyjnych korzystne jest szerokie stosowanie uziemników umożliwiających łatwe uziemianie odpowiednich fragmentów linii i rozdzielnicy podczas przeglądów konserwacyjnych i prac remontowych aparatów i urządzeń wysokiego napięcia. W stacjach o napięciu znamionowym od 110 kV do 400 kV stosuje się taką liczbę uziemników, aby całkowicie wyeliminować stosowanie uziemiaczy przenośnych.

▲ do góry

4. Układy bezszynowe

     Układy bezszynowe – blokowe i mostkowe – należą do najprostszych układów stacji i stosowane są w obiektach zasilanych jedną lub dwiema liniami, bez konieczności rozdziału energii na większą liczbę odpływów na danym poziomie napięcia. W układach tych przed transformatorem najczęściej stosuje się tylko rozłącznik lub odłącznik, rzadziej wyłącznik.

4.1. Układy blokowe charakteryzują się szeregowym połączeniem wszystkich elementów obwodu głównego – bez pośrednictwa szyn zbiorczych (rys.4). Rozwiązania takie stosuje się w oddziałowych stacjach transformatorowo-rozdzielczych SN/nn w zakładach przemysłowych (przy promieniowym układzie sieci rozdzielczej SN) oraz w jednoblokowych stacjach wiejskich SN/nn, zasilanych na ogół z odczepu od napowietrznej linii magistralnej SN. Jednym z typowych przykładów układu jednoblokowego są terenowe stacje słupowe (rys.4a).
     Układy blokowe dla sieci 110 kV mogą być realizowane w trzech rozwiązaniach: z wyłącznikiem oraz w układach uproszczonych ze zwiernikiem lub odłącznikiem. Układ z wyłącznikiem jest w obrębie układów blokowych rozwiązaniem najlepszym pod względem eksploatacyjnym, dlatego jest najczęściej stosowanym układem (Rys. 4b,c).
     W razie zakłóceń w pracy transformatora, zadziałanie zwiernika powoduje metaliczne zwarcie z ziemią, a w konsekwencji zadziałanie stosownych zabezpieczeń w stacji zasilającej i wyłączenie linii. Jest to znaczna uciążliwość w eksploatacji stacji elektroenergetycznej, dlatego rozwiązanie to stosowane jest obecnie bardzo rzadko.
     Układ z odłącznikiem ma bardzo ograniczone zastosowanie do krótkich linii 110 kV wyposażonych w specjalne łącze teletechniczne od zabezpieczeń do wyłącznika, które w razie zwarcia w transformatorze przekazuje impuls do stacji zasilającej i powoduje wyłączenie linii.
     Niezawodność pracy stacji o układzie z dwoma blokami można znacznie zwiększyć stosując poprzeczne połączenie linii w stacji odbiorczej (rys.4 d). Połączenie to polega na zainstalowaniu odłącznika lub wyłącznika z odłącznikami. W ten sposób uzyskuje się najprostszy układ mostkowy H, który umożliwia wzajemne rezerwowanie zarówno linii, jak i transformatorów. Możliwości eksploatacyjne zależą od rodzaju zastosowanych łączników.


Rys. 4. Układy blokowe
Oznaczenia: Układ jednoblokowy: a) dla sieci SN zasilającej terenową stację słupową,
b,c) dla sieci 110 kV z wyłącznikiem i w układzie uproszczonym ze zwiernikiem.
d) układ dwublokowy ze zwiernikiem, Z – zwiernik

4.2. Układy mostkowe
     Układ mostkowy jest odpowiednio rozbudowanym układem z dwoma blokami linia-transformator. Układy takie stosuje się głownie w rozdzielniach 110 kV i w małych rozdzielniach 220 kV zasilanych dwiema liniami elektroenergetycznymi. Zastosowanie w układzie z dwoma blokami linia-transformator poprzecznego połączenia linii w stacji odbiorczej, umożliwia z jednej strony wzajemne rezerwowanie zarówno linii jak i transformatorów, z drugiej – znacznie zwiększa niezawodność pracy stacji.
     W zależności od rodzaju i liczby zainstalowanych łączników w połączeniu poprzecznym (poprzeczce) oraz polach liniowych i transformatorowych powstają układy o zróżnicowanych właściwościach i możliwościach eksploatacyjnych. Połączenie realizowane poprzez zastosowanie dwóch odłączników lub wyłącznika z odłącznikami tworzy się układ mostkowy H.
     W zależności od rodzaju i liczby zainstalowanych łączników w polach liniowych i transformatorowych oraz poprzeczce rozróżnia się układy:

1) niepełne, wyposażone w trzy wyłączniki ( w polu poprzecznym i w polach liniowych) oraz
2) pełne H, z pięcioma wyłącznikami (jednym w polu poprzecznym i czterema w polach liniowychi transformatorowych) (Rys. 5).

Liczba zainstalowanych wyłączników rozróżnia następujące układy:

H1 – jednowyłącznikowe (wyłącznik znajduje się w poprzeczce);
H2 – dwuwyłącznikowe (wyłączniki umieszcza się albo w polach liniowych albo w polach transformatorowych);
H3 – trójwyłącznikowe (wyłączniki znajdują się w polach liniowych lub w poprzeczce albo w polach transformatorowych i poprzeczce);
H4 – czterowyłącznikowe (wyłączniki są usytuowane w polach liniowych i polach transformatorowych);
H5 – pięciowyłocznikowe (jak w układzie H4 i dodatkowo w poprzeczce).


Rys. 5. Układ mostkowy pełny H5

     W układach mostkowych – w zależności od potrzeb oraz okoliczności – możliwa jest praca:

a) dwóch linii i dwóch transformatorów, przy otwartej poprzeczce;
b) dwóch linii i dwóch transformatorów, przy zamkniętej poprzeczce (praca równoległa);
c) dwóch linii i jednego transformatora,
d) jednej linii i dwóch transformatorów,
e) jednej linii i jednego transformatora,
f) dwóch linii – przy przelotowym przesyle energii przez poprzeczkę.

4.3. Układy wieloblokowe
     Układy wieloblokowe stosuje się w rozdzielniach najwyższych napięć 400 kV. Najczęściej są to rozwiązania o kształcie czworoboku z dwiema liniami oraz z dwoma transformatorami (rys.6) oraz w kształcie trójkąta z dwiema liniami i jednym transformatorem. W Rosji, USA i Kanadzie w rozdzielniach najwyższych napięć spotyka się układy o kształcie sześcioboku z dwoma lub trzema transformatorami oraz odpowiednio z czterema lub trzema liniami.
     Niezależnie od kształtu wieloboku w każdym jego boku znajduje się wyłącznik i dwa odłączniki. Linie i transformatory są przyłączone do wierzchołków wieloboku. W normalnych warunkach stacja pracuje przy zamkniętych wszystkich łącznikach.


Rys. 6. Układ wieloblokowy o kształcie czworoboku

     W przypadku zakłócenia w pracy linii lub transformatora w układzie czworoboku powoduje działanie dwóch wyłączników zlokalizowanych w polach bezpośrednio z nimi związanych, przy zachowaniu ciągłości pracy wszystkich pozostałych elementów układu. Natomiast zwarcie w dowolnym wyłączniku powoduje w następstwie zadziałanie włączników zlokalizowanych w sąsiednich bokach wieloboku, a w konsekwencji wyłączenie dwóch pół przylegających do uszkodzonego wyłącznika. Powrót do normalnego stanu pracy układu nie sprawia jednak trudności.
     Czynności łączeniowe przy użyciu odłączników możliwe są jedynie w stanie bezprądowym.
     Układy wieloblokowe cechują następujące zalety:

a) możliwość rezerwowania wyłączników,
b) wykonywanie wyłącznikami wszelkich czynności łączeniowych związanych ze zmianą układu połączeń stacji,
c) duża niezawodność pracy stacji.

     Do wad układów wieloblokowych zalicza się w szczególności:

a) ograniczoną możliwość rozbudowy układu połączeń rozdzielni,
b) konieczność doboru aparatury na pełne obciążenie węzła,
c) skomplikowany układ zabezpieczeń (wymagający zmian nastawień przy zmianie układu pracy).

▲ do góry

4.4. Rozdzielnice z szynami lub połączeniami obejściowymi
     Ze względu na układ szyn zbiorczych można wyróżnić następujące rozdzielnice:

a) z pojedynczym systemem szyn zbiorczych,
b) z pojedynczym sekcjonowanym systemem szyn zbiorczych,
c) z podwójnym systemem szyn zbiorczych,
d) z podwójnym sekcjonowanym systemem szyn zbiorczych,
e) z połączeniami obejściowymi.

     Pojedyncze i podwójne systemy szyn zbiorczych charakteryzują się następującymi właściwościami:

1) Pojedynczy system szyn zbiorczych jest układem najtańszym, w którym uszkodzenie jakiegokolwiek elementu powoduje wyłączenie z ruchu całej rozdzielni. Również rozbudowa układu wymaga wyłączenia całej rozdzielnicy na czas rozbudowy. Dlatego też stosuje się bardzo często podział systemu na sekcje. Liczba sekcji najczęściej odpowiada liczbie pól zasilających;
2) Podwójny system szyn zbiorczych charakteryzuje się wysokim stopniem elastyczności i wysoką niezawodnością.
W zależności od liczby wyłączników w polu i ewentualnego sekcjonowania poszczególnych systemów, można uzyskać układ o bardzo dużych możliwościach dokonywania połączeń zarówno w warunkach ruchowych jak i awaryjnych.

     Rozdzielnice z połączeniami obejściowymi, pozwalają na przeprowadzenie remontu wyłącznika w dowolnym polu bez przerwy w pracy rozdzielnicy, poprzez połączenie na czas remontu danego pola z szynami zbiorczymi za pośrednictwem tzw. „połączenia obejściowego” (Rys. 7).
     W przypadku szyn obejściowych, remontowany wyłącznik zostaje zastąpiony przez wyłącznik sprzęgła poprzecznego S.


Rys. 7. Układy obejściowe rozdzielnicy
a) pojedynczy układ szyn zbiorczych z szynami obejściowymi,
b) podwójny układ szyn zbiorczych z połączeniem obejściowym; S – sprzęgło poprzeczne.

▲ do góry

5. Rozwiązania konstrukcyjne stacji i rozdzielni

5.1. Wymagania ogólne
     Stacje i rozdzielnie elektroenergetyczne dzieli się pod względem konstrukcyjnym na wnętrzowe i napowietrzne. Stacje wnętrzowe można podzielić na: osłonięte z izolacją powietrzną i hermetyzowane z izolacją gazową (SF6). Ze względu na duże koszty przystosowania urządzeń do obwodu głównego i układów sterowniczych, a także do warunków napowietrznych, stacje hermetyzowane buduje się powszechnie jako wnętrzowe, w specjalnie do tego celu wybudowanych pomieszczeniach.

     Stacje napowietrzne wykonywane są jako:

a) średniowysokie, w których aparatura łączeniowa jest umieszczona na wysokości nie mniejszej niż 3 m, a pozostałe urządzenia stacji znajdują się za ogrodzeniem.
b) wysokie, w których odłączniki są umieszczone na wysokości 8 ÷ 10 m, a pozostała aparatura jest instalowana w układach pionowych jedna nad drugą.

     W rozdzielniach średniowysokich urządzenia powinny być rozmieszczone tak, aby personel obsługi mógł poruszać się bezpiecznie na terenie stacji – z zachowaniem dopuszczalnych odległości do części urządzeń znajdujących sie pod napięciem. Natomiast rozdzielnie wysokie zajmują znacznie mniej miejsca, ale są znacznie droższe.
     Stacje napowietrzne są stosowane powszechnie, począwszy od 30 kV wzwyż, z wyjątkiem sytuacji gdy:

a) występuje duże zapylenie terenu,
b) otaczająca atmosfera zawiera związki gazowe o silnie korodujących właściwościach oraz
c) w warunkach nadmorskich.

     W sieciach rozdzielczych występują stacje napowietrzne SN do 30 kV, na których konstrukcję wsporczą stanowi słup, na której znajduje się transformator o mocy do 630 kVA oraz rozłącznik SN lub odłącznik SN z bezpiecznikami. W dolnej części słupa znajduje się rozdzielnica niskiego napięcia, do której przyłączone są obwody odbiorcze.
     Do charakterystycznych cech stacji napowietrznych, w stosunku do wnętrzowych, należy zaliczyć: łatwość budowy i rozbudowy w stosunkowo krótkim czasie, zajmowanie dużego terenu, przejrzystość układu połączeń stacji, warunki eksploatacyjne zależne od warunków zewnętrznych oraz konieczność posiadania rozbudowanej ochrony odgromowej.
     Stacje wnętrzowe – stosuje się przede wszystkim dla napięć 30 kV, z wyjątkiem stacji słupowych, oraz tam, gdzie jest to uzasadnione innymi względami. W dużych aglomeracjach miejskich takie rozwiązania stosuje sie niekiedy w stacjach 110 kV.
     Stacje wnętrzowe, najczęściej o zbyt dużej kubaturze, charakteryzuje niezależność warunków eksploatacji od warunków wpływów zewnętrznych, małe zapotrzebowanie terenu i łatwiejsza lokalizacja, stosunkowo długi cykl budowy, trudność rozbudowy oraz duże skupienie urządzeń sprzyjające występowaniu awarii.
     Ogólne wymagania zarówno dla wnętrzowych, jak i napowietrznych stacji elektroenergetycznych w zakresie konstrukcji rozdzielni i całych stacji dotyczą:

1) wyboru źródeł i sposobu zasilania stacji, układu szyn zbiorczych, wyposażenia w transformatory, aparaturę rozdzielczą, pomiarową i inną oraz ich rozmieszczenie w obiekcie, w sposób spełniający różnorodne wymagania odbiorców;
2) doboru właściwej izolacji rozdzielni i zachowania bezpiecznych odległości pomiędzy częściami czynnymi, a uziemionymi częściami konstrukcji;
3) dostosowania rozdzielni do warunków zwarciowych;
4) ochrony przed działaniem łuku elektrycznego;
5) bezpieczeństwa obsługi.

5.2. Rozdzielnie napowietrzne 110 kV
     Przy napięciu 110 kV i wyższym, koszty budynków rozdzielni wnętrzowych mogą być bardzo wysokie i dlatego budowane są rozdzielnie napowietrzne, w których izolacja między przewodami i między aparatami jest zapewniona przez zachowanie odpowiednich odstępów i odległości w powietrzu.
     Rozdzielnie 110 kV energetyki zawodowej i przemysłowej z dwiema liniami i dwoma transformatorami buduje się najczęściej w układzie połączeń H według typowych, standardowych rozwiązań.
     Szyny i aparaty są umieszczone na izolatorach w otwartym terenie, odpowiednio ogrodzonym i podzielonym wewnątrz na poszczególne pola rozdzielni. Rozdzielnie napowietrzne otwarte mogą być budowane tam, gdzie nie występują ograniczenia terenowe lub szczególne narażenia środowiskowe oraz wymagania dotyczące ochrony krajobrazu.
     Rozdzielnie napowietrzne zajmują stosunkowo duży obszar, lecz są tanie w budowie, nie wymagają skomplikowanych prac budowlano-montażowych, charakteryzują się przejrzystością połączeń oraz łatwością dostępu i rozbudowy.
     Wadą rozdzielni napowietrznych jest podatność na wpływy zewnętrzne i uzależnienie czynności eksploatacyjnych od warunków pogodowych, a w trakcie ich budowy występuje znaczne uzależnienie od lokalnych warunków terenowych i spraw własnościowych gruntów.
     Nowoczesne rozwiązania w budowie stacji elektroenergetycznych wysokiego napięcia napowietrznych przejawiają się przede wszystkim w tym, że zamiast poszczególnych aparatów (wyłączników, odłączników, przekładników prądowych i napięciowych) stosuje się prefabrykowane modułowe pola rozdzielcze grupujące w jednej konstrukcji (bloku) wszystkie te aparaty lub jedynie niektóre z nich. Moduł zawiera również skrzynkę rozdzielczą z urządzeniami układu sterowania i zabezpieczenia pola.
     Zastosowanie modułowych pół rozdzielczych pozwala na uproszczenie projektu stacji, skraca czas budowy i obniża koszty, zmniejsza zapotrzebowanie na teren, zmniejsza liczbę fundamentów, zwiększa przejrzystość układu oraz umożliwia szybką wymianę wyłącznika.
     Stosuje się dwa rozwiązania modułowych pół rozdzielczych: z wyłącznikiem wysuwanym i z wyłącznikiem i odłącznikami.
     Pole z wyłącznikiem wysuwanym nie wymaga stosowania odłączników. Wyłącznik, odłączniki i przekładniki tworzą jedną zwartą konstrukcję, o sztywnych, krótkich połączeniach między poszczególnymi aparatami.

5.3. Rozdzielnie wnętrzowe
     Pobór mocy w centrach dużych miast jest znaczny, co oznacza konieczność budowy stacji 110 kV możliwie blisko tych obciążeń. W miastach stacje takie mogą być budowane jako wnętrzowe – chociaż struktura tych budowli – w tradycyjnym wykonaniu – jedynie z konieczności może być tolerowana w miejskiej zabudowie. Stacje wnętrzowe mogą być budowane w miejscach, gdzie nie jest możliwa lub nie jest wskazana lokalizacja stacji napowietrznej, ze względu na brak odpowiednio dużego terenu lub inne ograniczenia, takie jak: miejska zabudowa, tereny krajobrazowe, względnie trudne warunki środowiskowe (znaczne zapylenie atmosfery w sąsiedztwie obiektów przemysłowych, tereny nadmorskie, pustynne lub inne).
     W stacjach wnętrzowych 110 kV jest stosowana aparatura przeznaczona do pracy w warunkach napowietrznych. Teren potrzebny na budowę takich stacji jest znacznie mniejszy niż stacji napowietrznych, gdyż łączniki, przekładniki i inną aparaturę umieszcza się pod szynami zbiorczymi.
     Dalsze ograniczenie terenu niezbędnego do budowy stacji można uzyskać przez umieszczenie rozdzielni wysokiego i średniego napięcia w jednym wielokondygnacyjnym budynku.
     W warunkach polskich stacje wnętrzowe wysokiego napięcia to głównie stacje miejskie 110 kV.

5.4. Rozdzielnie z sześciofluorkiem siarki
     W wielkich aglomeracjach miejsko-przemysłowych występuje duża koncentracja poboru mocy. Problemy przesyłu i rozdziału coraz większych ilości energii były rozwiązywane przez stosowanie coraz większych mocy jednostkowych transformatorów oraz coraz wyższych wartości napięć znamionowych linii i stacji elektroenergetycznych. Względy architektoniczne oraz brak rozległych, wolnych terenów i ich duże koszty powodują, że stacje elektroenergetyczne wysokiego napięcia w tradycyjnym wykonaniu są zlokalizowane w znacznej odległości od centrów obciążenia. Związane to jest z koniecznością dodatkowej transformacji i budowy stacji pośrednich.
     We współczesnych rozwiązaniach wymiary stacji elektroenergetycznych na napięcia wysokie i najwyższe mogą być zmniejszone pod warunkiem zastosowania izolacji o właściwościach znacznie lepszych niż powietrze o ciśnieniu atmosferycznym. Zastosowanie sześciofluorku siarki (SF6) jako izolacji międzybiegunowej i doziemnej urządzeń stworzyło możliwości budowy stacji, zarówno najwyższych jak i średniego napięcia, jakościowo różnych od stacji o izolacji powietrznej oraz stałej. Uzyskano wielokrotne zmniejszenie wymiarów oraz zdecydowaną poprawę większości parametrów i właściwości technicznych, decydujących o jakości i niezawodności stacji.
     Rozdzielnie elektroenergetyczne z sześciofluorkiem siarki są obecnie produkowane w wielu zaawansowanych gospodarczo krajach. Szyny zbiorcze i wszystkie urządzenia rozdzielcze są umieszczone w hermetycznych rurach i zbiornikach wypełnionych sześciofluorkiem siarki o odpowiednim ciśnieniu, wykorzystywanych również jako konstrukcje nośne. Osłony rozdzielnic podzielone na szczelne komory zawierające urządzenia wykonuje się przeważnie ze stali, ze względu na łatwość uzyskania niezbędnej szczelności zbiorników, dużą wytrzymałość mechaniczną oraz odporność na działanie łuku.
     Jednak przy dużych wartościach prądów znamionowych następuje silne nagrzewanie się osłon stalowych pod wpływem strat powodowanych prądami wirowymi i zjawiskiem histerezy. Z tego względu osłony rozdzielnic na większe prądy znamionowe wytwarza się z metali niemagnetycznych (np. stopów aluminium), w kształcie walców i rur w celu uzyskania możliwie jednorodnego pola elektrycznego.
     Ciśnienie gazu w zbiornikach powinno być możliwie wysokie (większa wytrzymałość elektryczna gazu przy wyższych ciśnieniach), ale jednocześnie takie, żeby nie następowała jego kondensacja w najniższej temperaturze otoczenia, która może w praktyce wystąpić. W rozwiązaniach praktycznych stosuje się ciśnienie od 0,20 do 0,55 MPa.
     Odległości pomiędzy poszczególnymi fazami, a uziemioną obudową są m.in. tak dobierane, żeby przy ciśnieniu atmosferycznym gazu wytrzymywały długotrwale przepięcia równe 1,3 – 1,5 wartości napięcia znamionowego, odpowiednio międzyprzewodowego i fazowego.
     Rozdzielnice z sześciofluorkiem siarki mogą być budowane w ten sposób, że poszczególne fazy szyn zbiorczych są prowadzone w oddzielnych osłonach (izolacja jednobiegunowa) lub wszystkie fazy są umieszczone we wspólnej osłonie (izolacja trójbiegunowa)).
     Rozdzielnice o izolacji jednobiegunowej odznaczają się większą niezawodnością – nie występują zwarcia międzyfazowe, niższe są też przepięcia oraz bardziej równomierny jest rozkład pola elektrycznego.      Na osłony muszą być używane materiały niemagnetyczne, głównie stopy aluminium. Rozdzielnice o izolacji trójbiegunowej zajmują mniej miejsca, a ich osłony mogą być wykonane ze stali.
     Aparatura łączeniowa (wyłączniki, rozłączniki, odłączniki, uziemniki) i inne urządzenia w rozdzielniach z SF6 różnią się od tradycyjnych, stosowanych w rozdzielnicach napowietrznych i wnętrzowych. Opracowane zostały nowe urządzenia, najczęściej o znacznie mniejszych wymiarach, przeznaczone wyłącznie do tego typu rozdzielni.
     W rozdzielniach są stosowane wyłączniki z SF6 jednociśnieniowe, w których jedynie w czasie działania sześciofluorek siarki jest sprężony do ciśnienia 0,6 – 0,8 MPa.
     Elementy rozdzielni zawierające różne urządzenia są konstruowane w postaci modułów umożliwiających budowę rozdzielni o dowolnym układzie szyn zbiorczych, a także o dowolnym wyposażeniu pól i różnym sposobie zasilania.
     Przyjęto również zasadę instalowania uziemników między wszystkimi odłącznikami a wyłącznikami oraz pełną wzajemną blokadę i uzależnienie działania wszystkich łączników, uniemożliwiające wykonanie błędnych czynności łączeniowych.
     Rozdzielnie z SF6 budowane są głównie z przeznaczeniem do współpracy z liniami kablowymi. Transformatory w stacjach z takimi rozdzielniami są lokalizowane w bliskiej odległości od tych rozdzielni, zasilane za pomocą przewodów szynowych w obudowie z izolacją gazową SF6.
     Stacje elektroenergetyczne z SF6 mogą być lokalizowane w budynkach wolno stojących lub w zabudowanych terenach miejskich i przemysłowych. Koszt samych urządzeń rozdzielni SF6 jest znacznie większy niż stacji w tradycyjnym wykonaniu. Pomimo tego rozdzielnie tego typu są coraz częściej stosowane w dużych aglomeracjach miejskich.

5.5. Warunki bezpieczeństwa eksploatacji urządzeń zawierających sześciofluorek siarki
     Rozpowszechnienie stosowania sześciofluorku siarki (SF6) wymaga znajomości przez obsługę stacji wpływu tego gazu na środowisko i organizm ludzki.
     W grupie związków siarki z fluorem SF6 ma wypełnione wszystkie 6 wartościowości siarki i dzięki temu jest całkowicie obojętny chemicznie względem innych pierwiastków, mimo że w jego skład wchodzi jeden z najbardziej agresywnych pierwiastków – fluor.
     Do temperatury ok. 200°C gaz nie ulega rozkładowi, natomiast wykazuje ograniczoną odporność na wyładowania elektryczne. W obecności wyładowań tworzyć się mogą bowiem pochodne związki fluoru z siarką o dużej aktywności chemicznej i biologicznej. Ma to miejsce w obecności nawet śladowych zanieczyszczeń wilgocią lub powietrzem. Z tego też względu gaz SF6 dla urządzeń elektrycznych musi odpowiadać określonym surowym wymaganiom pod względem czystości.
     W normalnej eksploatacji, przy typowych dopuszczalnych ubytkach rocznych gazu poniżej 1%, jego oddziaływanie na lokalne środowisko jest pomijalnie małe. Pod wpływem wyładowań elektrycznych w atmosferze sześciofluorku siarki powstają trwałe produkty rozkładu gazu. Podczas wyładowań o stosunkowo dużej energii, jakimi są wyładowania łukowe wewnątrz komory wyłącznika, powstają trwałe produkty rozpadu – gazowe i proszkowe.
     Produkty gazowe wyładowań wysokoenergetycznych powodują korozję metalowych części wewnątrz wyłącznika. Produkty proszkowe, będące fluorkami metali, nie powodują pogorszenia izolacyjności urządzeń wypełnionych SF6, ale działają negatywnie na części ruchome, a także mogą zwiększyć absorpcję wilgoci.      Cząsteczki proszku są bardzo małe, co powoduje, że po otwarciu wyłącznika lub przedziału rozdzielnicy, pył może się utrzymywać w powietrzu przez ponad 2 godziny.
     Wyładowania o małej energii, do których należą wyładowania iskrowe i wyładowania niezupełne, mogą wystąpić wewnątrz wyłączników wskutek błędów montażowych lub nieodpowiedniej jakości powierzchni wewnętrznych. Wyładowania te są źródłem wytwarzania szeregu produktów gazowych o dużej aktywności biologicznej, szczególnie w obecności wilgoci.
     Efekty działania produktów rozkładu SF6 są zależne w głównej mierze od ich koncentracji i czasu trwania narażenia. Przy małych koncentracjach mogą powodować podrażnienie skóry, oczu i błon śluzowych. Natomiast wdychanie większych ich ilości może być przyczyną obrzęku krtani i płuc oraz zaburzeń krążenia.      Korzystną cechą wszystkich tych związków jest ich przykra woń, podczas gdy czysty gaz jest bezwonny. Pojawienie się fluorków, wyczuwalne powonieniem, wymaga bezzwłocznego opuszczenie przez ludzi danego pomieszczenia.
     Jakkolwiek w normalnych warunkach pracy w obecności urządzeń napełnionych gazem SF6 nie występuje zagrożenie dla zdrowia ludzkiego, jednak personel montażowy i eksploatacyjny powinien posiadać odpowiedni zasób wiadomości o właściwościach gazu i skutkach ewentualnych awarii.
     Szczególne środki ostrożności powinny być stosowane przy przeglądach połączonych z otwieraniem urządzeń. Należy zapewnić dokładne usunięcie produktów gazowych, a obsługa powinna być zaopatrzona w maski pyłowe oraz szczelną odzież zabezpieczającą przed drażniącym działaniem na skórę produktów pyłowych. Należy przy tym ograniczać maksymalnie kontakt elementów urządzeń z wilgocią atmosferyczną. Trzeba też mieć na uwadze, że sześciofluorek siarki jest gazem około 6-krotnie cięższym od powietrza i może zbierać się w ciasnych i nisko położonych niszach pomieszczeń, stwarzając niebezpieczeństwo uduszenia.

▲ do góry

6. Potrzeby własne stacji

     Potrzeby własne stacji stanowi określony zespół urządzeń i odbiorników prądu przemiennego oraz prądu stałego zainstalowanych w pomieszczeniach stacji elektroenergetycznej, niezbędny do zapewnienia prawidłowej pracy stacji zarówno w warunkach normalnych, jak i zakłóceniowych.
     Urządzenia potrzeb własnych wraz z urządzeniami obwodów pomocniczych są ważnymi obiektami stacji elektroenergetycznej i mają istotny wpływ na prawidłową pracę urządzeń obwodów głównych i bezpieczeństwo obsługi stacji.

6.1. Budynek nastawni
     W dużych stacjach elektroenergetycznych występują wydzielone pomieszczenia, w których umieszczone są wskaźniki stanu połączeń i pracujących elementów rozdzielni oraz urządzenia i elementy sterownicze.      Pomieszczenie takie nosi nazwę nastawni.
     W budynku nastawni znajdują się następujące pomieszczenia:

1) dyżurnego – wyposażone w aparaturę sterowniczą i pomiarową,
2) przekaźnikowe,
3) akumulatorni,
4) przetwornic,
5) urządzeń potrzeb własnych,
6) urządzeń teletechnicznych,
7) magazynu sprzętu bhp,
8) socjalnych dla obsługi.

     Budynki nastawni tradycyjnych są zazwyczaj duże, zwykle dwukondygnacyjne. Na piętrze znajdują się pomieszczenia: dyżurnego, przekaźnikowe i inne pomocnicze, natomiast na parterze – pomieszczenia kablowe, akumulatornia wraz z pomieszczeniami towarzyszącymi oraz część pomieszczeń warsztatowych.
     Obecnie, dzięki wykorzystaniu zminiaturyzowanych urządzeń elektronicznych, budynek nastawni, najczęściej parterowy, składa się: z pomieszczenia dla dyżurnego oraz pomieszczeń warsztatowych i magazynowych.
     Pomieszczenie akumulatorni powinno być oddzielone od pozostałych pomieszczeń za pomocą przedsionka, ogrzewane zgodnie z wymaganiami dla zastosowanych ogniw, suche i odpowiednio wentylowane.
     W mniejszych stacjach elektroenergetycznych bez obsługi, w których zabezpieczenia stanowią wyzwalacze pierwotne i bezpieczniki, zapotrzebowanie na energię elektryczną ogranicza się jedynie do oświetlenia terenu i budynku rozdzielni wnętrzowej.

6.2. Urządzenia i instalacje potrzeb własnych prądu przemiennego
     W stacjach elektroenergetycznych stosuje się następujące urządzenia i instalacje potrzeb własnych prądu przemiennego:

1) obwody oświetlenia terenu stacji i budynków stacyjnych oraz obwody gniazd wtyczkowych,
2) urządzenia grzewcze pomieszczeń, szafek kablowych, napędów łączników itp.,
3) silniki wentylatorów i pomp chłodzenia transformatorów,
4) silniki napędów przełączników zaczepów transformatorów,
5) prostowniki i agregaty do ładowania baterii akumulatorów,
6) silniki sprężarek i innych urządzeń instalacji sprężonego powietrza,
7) silniki napędów łączników,
8) silniki wentylatorów w pomieszczeniach stacyjnych,
9) urządzenia instalacji olejowej,
10) urządzenia pomocnicze kompensatorów synchronicznych,) przetwornice do zasilania TEN,
11) urządzenia elektryczne w warsztatach,
12) zabezpieczenia przekaźnikowe, automatyki, sygnalizacyjne, sterownicze, blokujące i rejestrujące.

6.3. Urządzenia i instalacje potrzeb własnych prądu stałego
     W stacjach elektroenergetycznych stosuje się następujące instalacje i urządzenia potrzeb własnych prądu stałego:

1) zabezpieczenia przekaźnikowe,
2) urządzenia automatyki,
3) rejestratory zakłóceń sieciowych,
4) oświetlenie awaryjne,
5) silniki napędów łączników,
6) urządzenia pomocnicze kompensatorów synchronicznych,
7) przetwornice telefonii wielkiej częstotliwości (zasilanie rezerwowe).

6.4. Układy zasilania urządzeń potrzeb własnych
     Potrzeby własne stacji elektroenergetycznej stanowią urządzenia i odbiorniki prądu przemiennego oraz prądu stałego zainstalowane w stacji, niezbędne do zapewnienia prawidłowej pracy stacji zarówno w warunkach normalnych, jak i zakłóceniowych.
     Ważną grupą potrzeb własnych stacji elektroenergetycznej są również instalacje i urządzenia obwodów pomocniczych prądu przemiennego i prądu stałego, które mają istotny wpływ na prawidłową pracę urządzeń obwodów głównych i bezpieczeństwo obsługi stacji.
     Zapotrzebowanie urządzeń potrzeb własnych na moc prądu przemiennego zależy od wielkości stacji oraz zainstalowanych urządzeń i zawiera się w przedziale od 20 do 500 kW, na napięcie 230/400 V.
     Odbiorniki potrzeb własnych prądu przemiennego są przyłączone do wydzielonej rozdzielnicy zasilanej z transformatora potrzeb własnych. W stacjach 110 kV stosuje się dwa transformatory o mocy 75 lub 100 kVA, zasilane z dwóch sekcji szyn rozdzielnicy SN. Każdy transformator powinien pokrywać pełne zapotrzebowanie stacji na moc. W stacjach 220 i 400 kV zwykle instaluje się trzy transformatory potrzeb własnych: dwa zasilane z trzeciego uzwojenia transformatorów 220 lub 400 kV, a trzeci – z lokalnej sieci SN. W szczególnie ważnych stacjach instaluje się, jako zasilanie awaryjne, agregaty prądotwórcze.
     W małych stacjach, o jednym źródle zasilania, rozdzielnica potrzeb własnych prądu przemiennego może mieć tylko jedno zasilanie. Dopuszcza się także zasilanie odbiorników potrzeb własnych bezpośrednio z wydzielonej części rozdzielnicy sieciowej o napięciu 400/230 V (np. w stacjach miejskich lub przemysłowych oddziałowych).
     Odbiorniki o szczególnych wymaganiach co do ciągłości zasilania oraz parametrów napięcia zasilającego (urządzenia telemechaniki, komputery itp.) zasila się z jednofazowej rozdzielnicy napięcia przemiennego bezprzerwowego. Rozdzielnica taka jest zasilana przez dwie przetwornice tyrystorowe z sieci o napięciu 230/400 V oraz z baterii akumulatorów 230 V.
     Odbiorniki prądu stałego potrzeb własnych zasila się z baterii akumulatorów zlokalizowanych na terenie stacji. W stacjach 110 kV zwykle instaluje się jedną baterię akumulatorów o napięciu 230 V, a w dużych stacjach o napięciu 230 i 400 kV – dwie baterie: 230 V – do zasilania automatyki, sterowania łączników, sygnalizacji, przetwornic itp. oraz 24 V (lub 48 V) – do zasilania urządzeń telemechaniki i łączności.

▲ do góry

7. Urządzenia automatyki stacji elektroenergetycznej

7.1. Automatyka elektroenergetyczna stacji
     Stacje elektroenergetyczne są punktami węzłowymi w systemie elektroenergetycznym, w których wykonuje się czynności związane z prowadzeniem ruchu stacji, przez obsługę wspomaganą urządzeniami automatyki stacyjnej. W stacjach bez stałej obsługi zadania prowadzenia ruchu wykonują urządzenia automatyki.
     Automatyka stacyjna obejmuje trzy podstawowe działy:

1) automatykę zabezpieczeniową, której zadaniem jest wyłączanie uszkodzonych elementów sieci, sygnalizowanie (lub wyłączanie) elementów przeciążonych oraz samoczynne przywracanie zasilania przez układy SPZ lub SZR;
2) automatykę systemową, do zadań której należy nadzorowanie i regulacja warunków pracy sieci poprzez automatyczną regulację napięcia, samoczynne częstotliwościowe odciążenie i optymalizację parametrów sieci przy zmieniających się warunkach pracy;
3) stacyjną automatykę lokalną, realizującą czynności związane z prowadzeniem ruchu stacji (sterowaniem sekwencjami przełączeń, rejestracją stanów pracy, łączeniem urządzeń pomocniczych).

7.2.1. Automatyka zabezpieczeniowa dzieli się na eliminującą, prewencyjną i restytucyjną:

Automatyka eliminująca – jest przeznaczona do eliminowania z pracy tych urządzeń i linii, w których wystąpiło uszkodzenie uniemożliwiające prawidłową pracę innych elementów systemu. Do najgroźniejszych uszkodzeń zalicza się wszelkiego rodzaju zwarcia, szczególnie jednak te, przy których występują duże wartości prądów zwarciowych;
Automatyka prewencyjna – ma na celu zapobieganie zakłóceniom, jakie mogą wystąpić w pracy systemu elektroenergetycznego, przez wykrywanie, sygnalizację i likwidację zakłóceniowych stanów pracy systemu lub jego elementów, takich jak przeciążenie, nadmierne wahania i odchylenia napięcia oraz częstotliwości
Automatyka restytucyjna – ma za zadanie zarówno samoczynną zmianę konfiguracji tych części systemu elektroenergetycznego, w których wystąpiło zakłócenie i działanie automatyki prewencyjnej lub eliminującej, jak również przywrócenie normalnego lub najbardziej optymalnego, w warunkach istniejących ograniczeń, stanu pracy sytemu. Do automatyki restytucyjnej zalicza się między innymi układy: samoczynnego ponownego załączania (SPZ) i samoczynnego załączania do pracy elementów rezerwowych (SZR).

     Automatykę zabezpieczeniową poszczególnych urządzeń elektroenergetycznych stacji, takich jak transformatory, szyny zbiorcze, linie elektroenergetyczne i inne, realizuje się obecnie przez zastosowanie zintegrowanych urządzeń elektronicznych, komputerów i cyfrowych przekaźników z mikroprocesorami, realizujących wiele różnorodnych funkcji.
     Automatyka zabezpieczeniowa działa bardzo szybko (w czasie od kilku do kilkudziesięciu milisekund); stawia się jej wysokie wymagania niezawodnościowe. Aby zapewnić poprawne i selektywne działanie zabezpieczeń, mające na celu wyłączenia jedynie nieprawidłowo pracujących urządzeń, często zachodzi potrzeba stosowania zabezpieczeń zwłocznych, o celowo wydłużonych i zróżnicowanych czasach działania.

7.2.2. Automatyka systemowa jest związana z prowadzeniem ruchu systemu elektroenergetycznego, zarówno w stanie pracy normalnej, jak i w stanie zakłóceń.
     Obejmuje ona automatykę:

1) regulacyjną (ARN, sterowanie mocą bierną),
2) prewencyjną (SCO, kołysania mocy, dzielnie sieci) oraz
3) optymalizacyjną (utrzymanie optymalnych poziomów napięć, minimalizację strat sieciowych itp.).

7.2.3. Stacyjna automatyka lokalna obejmuje:

1) automatykę prowadzenia ruchu stacji (np. automatyczną rejestrację zdarzeń, układ komputerowy określający dopuszczalne w danej chwili przeciążenie transformatorów),
2) lokalną automatykę łączeniową (sekwencyjne sterowanie łącznikami, automatyczne otwieranie odłącznika transformatorowego w rozdzielnicy o układzie H) oraz
3) automatykę urządzeń pomocniczych (sterowanie sprężarkami powietrza, chłodzeniem transformatorów, SZR potrzeb własnych itp.).

▲ do góry