STRUKTURY ELEKTROENERGETYCZNYCH SIECI ROZDZIELCZYCH WN

A K A D E M I A G Ó R N I C Z O - H U T N I C Z A

i m. S t a n i s ł a w a S t a s z i c a

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI, INFORMATYKI i ELEKTRONIKI

K a t e d r a E l e k t r o e n e r g e t y k i

ELEKTROENERGETYCZNE SIECI

ROZDZIELCZE

Wykład 7

W. Szpyra

Kraków, grudzień 2006

B-1, pok. 112b, tel.: 617 32 47, e-mail: wszpyra@agh.edu.pl

Konsultacje: piątek godz. 9

- 11

Plik dostępny pod adresem:

http://galaxy.uci.agh.edu.pl/~wszpyra/ESR/*.*

STRUKTURY ELEKTROENERGETYCZNYCH

SIECI ROZDZIELCZYCH WN, SN i nn

Literatura

Horak J. Popczyk J.: „Eksploatacja elektroenergetycznych sieci rozdzielczych” WNT
Warszawa 1985.

Kacejko P.: „Generacja rozproszona w systemie elektroenergetycznym”
Wydawnictwa Politechniki Lubelskiej, Lublin 2004.

Marzecki J., Parol M.: „Komputerowe projektowanie rozdzielczych sieci
elektroenergetycznych” Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa
1994.

Marzecki J.: „Miejskie sieci elektroenergetyczne” Oficyna Wydawnicza Politechniki
Warszawskiej, Warszawa 1996.

Marzecki J.: Rozdzielcze sieci elektroenergetyczne. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa
2001.

Dobrzańska I. pod red.: „Prognozowanie w elektroenergetyce. Zagadnienia wybrane”
Wydawnictwa Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2002.

Pod red. Szczęsnego Kujszczyka.: „Elektroenergetyczne sieci rozdzielcze” Tom 1 i 2.
Wyd. Pol. Warszawskiej, Warszawa 2004.

Kulczycki J. pod. red. : „Ograniczanie strat energii elektrycznej w
elektroenergetycznych sieciach rozdzielczych” Wyd. Polskie Towarzystwo Przesyłu i
Rozdziału Energii Elektrycznej Poznań, czerwiec 2002.

Popczyk J., Żmuda K.: „Sieci elektroenergetyczne. Ocena stanu i optymalizacja
według podejścia probabilistycznego” Skrypty Uczelniane Pol. Śląskiej nr 1612,
Gliwice 1991 r.

10. Poradnik Inżyniera Elektryka Tom III. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa

1996 r.

11. Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 20.12.2004 r. w sprawie

szczegółowych warunków przyłączenia podmiotów do sieci elektroenergetycznych,
ruchu i eksploatacji tych sieci. Dz. U. Nr 2 poz. 6. z dnia 6.01.2005.

12. „Wytyczne programowania rozwoju sieci rozdzielczych” Instytut Energetyki Zakład

Sieci Rozdzielczych, Warszawa-Katowice 1986.

Pojęcia i definicje [7]

Struktura sieci

Struktura sieci – jest to jednoznacznie określony układ sieci wraz z
parametrami poszczególnych urządzeń. Pojęcie to może być
stosowane zarówno w odniesieniu do sieci istniejącej jak i do projektu
nowej sieci .

Konfiguracja sieci

Konfiguracja sieci – jest to jednoznacznie określony układ danej
struktury sieci otrzymany przez wyłączenia i przełączenia wykonane
w zbiorze jej elementów. Każdej strukturze sieci odpowiada
skończony zbiór konfiguracji.
Rozróżnia się konfiguracje normalne, awaryjne i poawaryjne.

Stan sieci

Stan sieci – jest to zbiór wartości funkcji określony na węzłach i
łukach sieci ustalający w sposób jednoznaczny stan pracy sieci. Do
funkcji tych zalicza się napięcia w węzłach sieci i moce (prądy)
płynące w łukach sieci. Funkcje te mogą opisywać stan pracy
normalnej, awaryjnej lub poawaryjnej.

Sieć elektroenergetyczną można przedstawić w postaci grafu, w
którym wyróżnia się

węzły

węzły oraz

łuki

łuki.

Węzłem

Węzłem grafu sieci może być dowolny wyróżniony punkt w sieci.
Najczęściej są to szyny w stacjach elektroenergetycznych, punkty
rozgałęzień sieci, punkty do których przyłączone są poszczególne
gałęzie schematu zastępczego transformatorów trój-uzwojeniowych
lub dwu-uzwojeniowych odwzorowanych za pomocą czwórników typu

, czasem zaciski łączników służących do dokonywania podziału

(rozcięć) sieci.

Sieć i jej graf

Łukami

Łukami grafu sieci są natomiast elementy (gałęzie) sieci łączące dwa
sąsiednie węzły . Najczęściej są to linie oraz transformatory, czasem
mogą to być łączniki.
Sieć i jej graf pokazano na rys. 1.

Rys. 1. Schemat sieci i jej graf. Oznaczenia: l

– gałąź sieci (łuk grafu), w

– węzeł sieci

(węzeł grafu)

Struktury sieci

W skład struktury sieci wchodzą

m.in.:



układy ciągów liniowych – magistral (kablowych lub
napowietrznych) prowadzonych między stacjami ,



układy magistral z odgałęzieniami,



układy stacji transformatorowo-rozdzielczych zasilających i
odbiorczych z wyposażeniem.

Ze względu na sposób prowadzenia ciągów liniowych pomiędzy
poszczególnymi stacjami można wyróżnić następujące struktury:



struktura otwarta

struktura otwarta – w sieciach o takiej strukturze istnieje
możliwość zasilania stacji odbiorczej (odbioru) tylko z jednej stacji
zasilającej;



struktura zamknięta

struktura zamknięta – w sieciach o takiej strukturze istnieje
możliwość zasilania stacji odbiorczej (odbioru) z więcej niż jednej
stacji zasilającej;

Ze struktur zamkniętych można wybierać konfiguracje otwarte.

Układ magistralny linii 110 kV

Rys. 2. Układ magistralny linii 110 kV. Oznaczenia: NPZ – nadrzędny (podstawowy)

punkt zasilający sieć 110 kV, PCL – podstawowy ciąg liniowy 110 kV; GPZ –
główny punkt zasilający sieci SN (stacja 110kV/SN; H4 – typ układu rozdzielni
110 kV w GPZ.

Punktami zasilającymi ciągi liniowe 110 kV mogą być:



szyny 110 kV w stacji NN/110 kV,



szyny 110 kV

w elektrowni (elektrociepłowni),



szyny 110 kV w

rozdzielni szynowej 110 kV.

O liczbie stacji zasilanych z ciągu liniowego 110 kV decydują obciążalność
długotrwała przewodów linii 110 kV oraz niezawodność zasilania.
Dla przykładu maksymalne obciążenie linii 110 kV z przewodami AFL-6-240
mm

w okresie od kwietnia do października wynosi:

a w okresie od listopada do marca około

140 MVA

. Pozwala to zasilić od 2

stacji o mocy ok 60 MVA do 4 stacji o mocy 30 MVA.

PCL

NPZ

GPZ

MVA

122,9

kVA

889

122

645

110

max













Pewność pracy sieci 110 kV

 Pewność pracy przewidywanych układów sieci 110 kV bada się

przez sprawdzenie ich odporności na występowanie
charakterystycznych sytuacji zakłóceniowych

 Układ sieci uznaje się za wystarczająco niezawodny, gdy po

wystąpieniu tych sytuacji spełnione są następujące warunki:

 obciążenia elementów pozostających w ruchu nie przekraczają

wartości dopuszczalnych, określonych w odpowiednich normach
lub podanych
przez wytwórcę,

 występujące przeciążenia elementów pozostających w ruchu

pozwalają
na dokonanie odciążających przełączeń ruchowych w czasie nie
przekraczającym 0.5 h,

 napięcia w każdym punkcie układu nie są niższe od podanych

niżej

 nie zostają przekroczone stopnie ograniczeń odbiorców,

określone dla charakterystycznych stanów zakłóceniowych przy
wymaganym poziomie niezawodności zasilania

Jakość napięcia w sieci 110 kV

Jakość napięcia

- dop. odch. nap.

10%

(rozp.

przyłączeniowe)

 Mak

ymalne napięcie robocze w

tanach normalnych i zakłóceniowych nie

może przekroczyć wartości 123 kV.

 Z punktu widzenia poprawnej regulacji napięcia w sieciach

elektroenergetycznych

napięcie w sieci 110 kV nie powinno przekraczać

warto

ci 121 kV,

 Napięcie robocze nie powinno być

mniejsze od

 105 kV - w stanach normalnych, w strefie dziennej i szczytowej

okresu
jesienno-zimowego,

 100 kV - w stanach zakłóceniowych, w strefie dziennej i szczytowej

okresu jesienno-zimowego,

 97 kV - w stanach zakłóceniowych w pozostałym

okresie

Warunki zwarciowe w sieci 110 kV



40 kA - (7.5 GVA)



25 kA - (5.0 GVA)



20 kA - (3.5 GVA)

Poziom 40 kA występuje głównie w rozdzielniach 110 kV w stacjach

400/110 k V zasilających sieć.

Obliczenia prądów zwarciowych są wykonywane dla układów z pracującymi
wszystkimi elementami przesyłowymi i prądotwórczymi

Wszystkie nowe rozdzielnie 110 kV są projektowane na docelowe
standardowe prądy zwarcia. Dotyczy to w szczególności konstrukcji
oszynowania, uziemień, przewodów roboczych i odgromowych.

Dopuszcza się dobór urządzeń rozdzielczych (wyłączniki, odłączniki liniowe,
przekładniki) do warunków łagodniejszych wówczas, gdy w ciągu ok. 10 lat
od chwili planowanego rozpoczęcia eksploatacji obiektu nie będzie
zachodziła potrzeba ich wymiany,
Przewody robocze i odgromowe linii 110 kV są dobierane ze względu na
docelowe prądy zwarciowe przy założeniu, że na szynach rozdzielni stacji
zasilających występują standardowe prądy zwarciowe

W sieci 110 kV występują trzy poziomy standardowych prądów
zwarciowych:

Warunki zwarciowe w sieci 110 kV

W przypadkach, gdy wyniki obliczeń zwarciowych wskazują na
niedostosowanie istniejących elementów sieci do warunków zwarciowych,
analizuje się wpływ zmiany układów pracy sieci na złagodzenie warunków
zwarciowych. Je

li nie można złagodzić tych warunków drogą zmiany układu

pracy, należy:

 stosuje się urządzenia ii środki do ograniczania prądów zwarciowych
 analizuje się możliwości pracy rozpatrywanych elementów sieci 110

kV
z przekroczeniem dopuszczalnych parametrów zwarciowych

 dokonuje się modernizacji lub rekonstrukcji istniejących obiektów

110 kV

Sieć 110 kV pracuje z uziemionym punktem gwiazdowym

Przy określeniu

liczby uziemionych punktów gwiazdowych transformatorów można
posługiwać się następującymi zasadami:

 stosunek reaktancji zwarciowych składowej symetrycznej zerowej

składowej symetrycznej zgodnej

we wszystkich węzłach sieci 110kV

powinien zawierać się
w granicach:

1 < X

< 3.

Górna granica wynika z wytrzymałości izolacji
urządzeń stacyjnych, dolna zapobiega by wartość prądu zwarcia
jednofazowego nie była większa od wartości prądu zwarcia trójfazowego.
Przy przekroczeniu dolnej granicy wartości stosunku X

urządzenia

należy dobierać na prąd zwarcia jednofazowego

 rozkład uziemionych punktów gwiazdowych transformatorów 110 kV w

sieci powinien być taki, aby nie dopuścić do wydzielania się w warunkach
awaryjnych obszaru ze źródłami mocy pracujący mi z nieuziemionym
punktem gwiazdowym

 w stacjach elektrownianych 110 kV na każdym systemie szyn powinien

być uziemiony punkt gwiazdowy przynajmniej jednego transformatora
blokowego

Sekcjonowanie sieci 110 kV

Stosowanie sekcjonowania w krajowej sieci 110 kV jest spowodowane
przede wszystkim koniecznością ograniczenia prądów zwarcia.
Przy sekcjonowaniu sieci 110 kV należy stosować następujące

zasady:

 punktami podziału sieci 110 kV na odrębne sekcje są stacje zasilające

400/110 kV lub 220/110 kV, elektrownie lokalne pracujące na sieć 110
kV, szynowe rozdzielnie 110 kV z co najmniej dwoma systemami
szyn

 obciążenia transformatorów zasilających sekcje w ruchu normalnym

powinny być takie, aby przy wypadnięciu jednego z nich pozostałe
mogły przejąć całkowite obciążenie

 wyboru podstawowych punktów zasilania sekcji należy dokonuje się

pod kątem:

– istniejących i przewidywanych powiązali liniowych pomiędzy

poszczególnymi stacjami 400/110 kV i 220/110 kV (PPZ)

– możliwości współpracy poszczególnych PPZ poprzez sieć 110 kV oraz

pracy równoległej sieci 110 kV z siecią nadrzędną zarówno w stanie
normalnym pracy sekcji, jak i w sytuacjach zakłóceniowych

– dopuszczalnych poziomów prądów zwarciowych w obiektach 110 kV

sekcji

– minimalizacji strat mocy w stanie normalnej pracy sekcji (bez

przewidywania stosowania urządzeń wymuszających rozpływ np,
poprzecznej regulacji napięcia)

Struktury sieci średniego i niskiego napięcia

Sieci średniego napięcia zasilające stacje SN/nn napięcie pracują w
konfiguracjach (układach) otwartych. Układy te są budowane jako
otwarte, bądź otrzymuje się je ze struktur z zamkniętych przez
dokonanie takich wyłączeń elementów sieci by energia mogła
dopływać do odbiorów tylko z jednego źródła.
Do układów otwartych należą układ promieniowy oraz układ
rozgałęźny typu drzewo.
Podstawowymi układami sieci o strukturach zamkniętych, z których
otrzymuje się konfiguracje otwarte są:



układ pętlowy,



układ magistralny,



układ dwuliniowy,



układ kłosowy,



wrzecionowy,



układ kratowy

W praktyce tylko w część sieci występują wymienione wyżej układy
modelowe. Rozwój sieci, a w szczególności potrzeba włączania do
sieci nowych odbiorców często powodują konieczność odstępstwa od
układów modelowych.

Układy otwarte

linia nn

odbiór

Rys. 9. Układ promieniowy nn z

jednym odbiorem na końcu
linii.

linia nn

odbiory

Rys. 10. Układ magistralny nn zasilany

jednostronnie.

Linia
SN

GP
Z

Linia
SN

110 kV

n
n

Rys. 11. Jednostronnie zasilany układ promieniowo-rozgałęźny typu

drzewo.

Układ pętlowy

Układ pętlowy powstaje w ten sposób, że ciąg liniowy, do którego
przelotowo włączane są odbiory, jest zasilany z różnych sekcji szyn w
tej samej stacji zasilającej. Ideę układu pętlowego i sposób włączania
odbiorów pokazano na rys. 12.

Rys. 12. Układ pętlowy: a) sposób zasilania pętli sieci SN lub nn, b) sposób włączenia

odbioru niskiego napięcia, c) sposób włączenia stacji SN/nn

Rozcięci

e sieci

Stacja

WN/SN lub

SN/nn

Linia

SN lub

Stacja

SN/nn lub

odbiór nn

Bezpiecz

nik mocy

Szczegół
A Stacja SN/nn

Odejścia linii nn

Szczegół A

Złącze kablowe

Odbiór

Układ magistralny

Układ magistralny (rys. 13) różni się od układu pętlowego sposobem
zasilania ciągu liniowego – w układzie pętlowym ciąg liniowy zasilany
jest z dwóch różnych sekcji szyn w tej samej stacji, natomiast układ
magistralny zasilany jest z dwóch różnych stacji. Sposób włączania
odbiorów jest w obu układach taki sam.

Stacja

WN/SN lub

SN/nn

Stacja

WN/SN lub

SN/nn

Rozcięci

e sieci

Stacja

SN/nn lub

odbiór nn

Linia

SN lub

Bezpiecz

nik mocy

Szczegół A

Złącze kablowe

Odbiór

Szczegół
A

Stacja SN/nn

Odejścia linii nn

Rys. 13. Układ magistralny: a) sposób zasilania pętli sieci SN lub nn, b) sposób

włączenia odbioru niskiego napięcia, c) sposób włączenia stacji SN/nn.

Układy sieci SN i nn w dużych miastach

 Układy sieci i SN i nn zależne są od obciążeń i tempa ich

narastania,
a przede wszystkim od wymaganej ciągłości i zasilania odbiorców

 Można rozróżniać cztery stopnie tych wymagań w zależności od

charakteru zabudowy oraz dopuszczalnego średniego rocznego
czasu przerw zakłóceniowych

 zabudowa niska, jednorodzinna, nieliczne odbiory szczególnie

ważne, dopuszczalny czas

> 2 h

 zabudowa mieszana, jedno- i wielorodzinna do 5 kondygnacji,

rzadko występujące odbiory szczególnie ważne:

1 h <

< 2

 zabudowa wysoka, powyżej 5 kondygnacji, liczne odbiory

szczególnie ważne

< 1 h

 zabudowa bardzo wysoka powyżej 11 kondygnacji i

wymagająca szczególnej ciągłości zasilania:

 0.0 h

 Układy sieci kablowych zalecane do stosowania w dużych

miastach przedstawiono na kolejnych slajdach.

Przewody linii średniego napięcia

 W sieci SN preferowane są następujące przekroje:

 kable z żyłami aluminiowymi o przekrojach przewodów

roboczych
50, 95 150 i 240 mm

 przewody gołe stalowo-aluminiowe o przekroju

znamionowym
35, 70 i 120 mm

AFL

 Przy doborze przekroju stosuje się następujące zasady:

 kable o przekroju 50 mm

AL – są stosowane dla połączeń

fragmentów sieci napowietrznych o przekroju 35 mm

AFL,

usytuowanych w odległości większej niż 6 km od stacji 110 kV/SN
licząc po długości linii napowietrznej,

 kable o przekroju 95 mm

AL - dla połączeń w pozamiejskiej sieci

napowietrznej w odległości większej niż 3 km od stacji 110 kV/SN
(licząc po długości linii napowietrznej) – jest to minimalny
przekrój fragmentów napowietrznych linii magistralnych w
odległości jak wyżej; minimalny przekrój sieci kablowej małych
miast zasilanych ze stacji 110 kV/SN
w odległości jak wyżej,

 kable o przekroju 150 mm

AL – są zalecane jako podstawowy

przekrój w sieci kablowej oraz minimalny przekrój kabla do
wprowadzenia linii napowietrznej do stacji 110 kV/SN,

Przewody linii średniego napięcia

 kable o przekroju 240 mm

AL – są stosowane w przypadku gdy

kabel
o przekroju 150 mm

jest niewystarczający ze względu na

obciążenie
robocze lub warunki zwarciowe;

 przewód goły 35 mm

AFL – stosuje się w odgałęzieniach

pozamiejskiej
sieci napowietrznej, w odległości większej niż 6 km od stacji 110
kV/SN;

 przewód goły 70 mm

AFL - podstawowy przekrój dla

napowietrznych
linii magistralnych z wyjątkiem początkowych odcinków (licząc
od stacji
110 kV/SN) wymiarowanych na specjalny poziom prądu
zwarciowego;

 przewód goły 120 mm

AFL - przekrój dla napowietrznych linii

magistralnych w obszarach o dużych gęstościach obciążeń i
odgałęzień dla pierwszych 3 km (licząc od stacji 110 kV/SN)
wymiarowanych na specjalny poziom prądu zwarciowego;

 w sieciach kompensowanych (względnie w sieciach z izolowanym

punktem gwiazdowym) stosuje się kable ze wzmocnioną żyłą
powrotną;

 Przyjmuje się, że wytrzymałość zwarciowa wzmocnionej żyły

powrotnej jest dostateczna, gdy przekrój żył roboczych spełnia
warunki wytrzymałości zwarciowej dla prądów zwarcia 3-
fazowego.

Przewody linii niskiego napięcia

 W sieci nn preferuje się stosowanie:

 kabli aluminiowych (ziemnych) o przekrojach: 35, 70, 120, 185 i

240 mm

 kabli aluminiowych (fasadowych) o przekrojach: 35, 70 i 120

 przewodów izolowanych aluminiowych (wiązka skręcana z 4 lub 5

przewodów) o przekrojach: 16, 25, 35, 50 i 70 mm

 przewodów gołych aluminiowych o przekrojach: 16, 25, 35, 50 i

70 mm

 Ponadto:

 w sieci kablowej dla linii głównych (magistrali) stosuje się

przekrój 120, 185 i 240 mm

AL, natomiast przekroje 35 i 70

AL stosuje się w zasadzie tylko na odgałęzieniach i

przyłączach,

 przekroje 16 i 25 mm

AL w sieci napowietrznej są stosowane

do budowy przyłączy niezależnie od zastosowanego rodzaju
przewodów linii nn,

 kable fasadowe o przekroju 120 mm Al mogą być stosowane

w przypadkach prowadzenia linii nn na fasadach budynków.

Document Outline