Mówiąc o współczesnych tendencjach rozwojowych musimy cofnąć się do początków elektryfikacja, aby zdać sobie sprawę z wielkiego postępu, jakiego na przestrzeni kilkudziesięciu ubiegłych lat jesteśmy świadkami.

W najstarszych urządzeniach elektrycznych budowanych jeszcze w drugiej połowie XIX wieku spotykano się z rozwiązaniami:

• Napięcia prądnicy, przy którym energia elektryczna była wytwarzana, tylko nieznacznie różniło się od napięcia na odbiornikach. Jak wiadomo różnica napięcia źródła energii i odbiorników tracona jest jako spadek napięcia w przewodach. Czyli energia elektryczna w swej wędrówce od miejsca wytwarzania do odbioru nie ulega żadnym przemianom elektrycznym. Prądnica zasilała bezpośrednio odbiornik energii.

• Drugim rozwiązaniem w tamtych czasach jest miejsce wytwarzania energii i miejsce jej odbioru. Te dwa miejsca zazwyczaj nie były odległe od siebie. Elektrownia pracowała na potrzeby jednego zakładu przemysłowego, jednego miasta czy nawet jednej dzielnicy miejskiej. Pierwsze poważniejsze techniczne rozwiązanie przesyłu energii elektrycznej na znaczniejszą odległość (dokładnie 175 km) za pośrednictwem linii wysokiego napięcia prądu zmiennego zostało zrealizowane w 1891 roku.

Obecne urządzenia do wytwarzania, przesyłania i odbierania energii elektrycznej znacznie różnią się od tych opisanych powyżej.

Pojęcie urządzenie elektroenergetyczne jest najszerszym pojęciem stosowanym w elektroenergetyce. Rozumie się pod nim wszystko to co umożliwia wytwarzanie, przesył i odbiór energii elektrycznej.

System elektroenergetyczny tworzą wzajemne ze sobą powiązania wszystkie urządzenia wytwarzające, przesyłające jak i odbierające energię elektryczną.

Pod względem funkcji pełnionych w systemie elektroenergetycznym urządzenia podzielić można na:

• Urządzenia wytwórcze (generatory),

• Urządzenia przetwórcze (transformatory, prostowniki, przetworniki),

• Urządzenia przesyłowe (linie napowietrzna, linie kablowe, szyny),

• Urządzenia rozdzielcze (wyłączniki, rozłączniki, odłączniki, bezpieczniki),

• Urządzenia odbiorcze (silniki, urządzenia oświetleniowe, grzejne i inne odbiorcze),

• Urządzenia pomocnicze (zabezpieczające, sygnalizacyjne, pomiarowe, sterownicze).

Zespoły urządzeń wytwórczych czyli elektrowni połączone są z ogromną liczbą odbiorców tej energii za pomocą sieci elektroenergetycznych, w skład których wchodzą linie napowietrzne i kablowe oraz stacje transformatorowo-rozdzielcze.

Stacje transformatorowo-rozdzielcze mają za zadanie:

• Transformowanie energii elektrycznej na inną wartość napięcia (stacje transformatorowe),

• Rozdzielenie energii elektrycznej (stacje transformatorowo-rozdzielcze zwane rozdzielniami),

Większość stacji co jest najczęściej spotykane spełniają obie te funkcje naraz.
Według obowiązujących w kraju Przepisów Budowy urządzeń Elektrycznych urządzenia elektryczne w zależności od zastosowanego w nich napięcia zalicza się do urządzeń:

• Małego napięcia,

• Niskiego napięcia,

• Wysokiego napięcia do 1kV,

• Wysokiego napięcia powyżej 1kV.

Urządzeniami małego napięcia nazywamy urządzenia, w których napięcie znamionowe pomiędzy dowolnymi przewodami nie przekracza 42 V.

Urządzenia elektryczne niskiego napięcia są to urządzenia:

• dwu lub wieloprzewodowe, w których napięcie znamionowe pomiędzy dowolnymi przewodami jest większe od 42 V ale nie przekracza 250 V.

• wieloprzewodowe, w których napięcie znamionowe pomiędzy skrajnymi przewodami przekracza 250 V, lecz pomiędzy żadnych z tych przewodów a przewodem zerowym nie przekracza 250 V, a przewód zerowy jest uziemiony np. urządzenia na prąd zmienny trójfazowy o napięciu 380/220 V, z uziemionym przewodem zerowym.

W myśl powyższego określenia wszelkie urządzenia o napięciu międzyprzewodowym przekraczającym 250 V, przy przewodzie zerowym nie uziemionym, są urządzeniami wysokiego napięcia. Spotykane w obiektach wielkoprzemysłowych urządzenia o napięciu znamionowym 500 V prądu zmiennego są zatem urządzeniami wysokonapięciowymi.

Urządzenia elektroenergetyczne o napięciu wyższym niż 1 kV dzieli się na urządzenia srednio wysokiego napięcia ( do 60 kV), wysokiego napięcia (100…400 kV) oraz najwyższych napięć (powyżej 400 kV). Granice takiego podziału są płynne a rozwiązania konstrukcyjne urządzeń są często podobne, szczególnie w sąsiadujących ze sobą grupach.

Urządzenia elektroenergetyczne są instalowane w określonych warunkach środowiskowych charakteryzujących się głównie:

- temperaturą

- wilgotnością

- zawartością zanieczyszczeń w powietrzu ( pyły, gazy oraz pary działające szkodliwie na urządzenia lub grożące wybuchem)

- narażeniami mechanicznymi ( drgania, wstrząsy, uderzenia).

Rozróżnia się środowiska naturalne, których własności są stałe lub mogą ulegać zmianom w sposób losowy, oraz środowiska umowne charakteryzujące się ściśle określonymi warunkami ( własnościami) stałymi w czasie lub zmieniającymi się według określonego programu. Środowiska naturalne zastępuje się do celów badawczych środowiskami umownymi. Środowisko z reguły oddziałuje ujemnie na urządzenia elektroenergetyczne , lecz mimo to powinny one działać poprawnie w czasie, technicznie i ekonomicznie uzasadnionym. Musza więc być one odporne na narażania środowiskowe. Intensywność szkodliwego oddziaływania środowiska zależy od klimatu oraz warunków wywołanych działalnością człowieka. Szczegółowe wymagania dotyczące budowy urządzeń, uwzględniające wymagania środowiskowe, podawane są w odpowiednich warunkach. Normy polskie uwzględniają wymagania klimatu umiarkowanego właściwego dla warunków Polski. W przypadkach przeznaczenia urządzeń do pracy w innym klimacie muszą być spełnione wymagania właściwe dla tego klimatu. Na przykład dla klimatu tropikalnego zachodzi m.in. konieczność zabezpieczenia materiałów izolacyjnych i konstrukcyjnych przed niszczącym działaniem bakterii i pleśni. Urządzenia elektroenergetyczne mogą również same oddziaływać ujemnie na środowisko. Do najczęstszych zagrożeń związanych z urządzeniami elektroenergetycznymi zaliczyć należy niebezpieczeństwo porażenia elektrycznego, pożarów oraz wybuchów. Urządzenia powinny być wykonane, zainstalowane oraz eksploatowane w sposób ograniczający do minimum ujemne skutki ich działania. Ze względu na narażenia środowiskowe oraz zagrożeni środowiska rozpowszechnił się w Polsce podział pomieszczeń. W zależności od rodzaju pomieszczenia różnicowane są wymagania dotyczące sposobu wykonania instalacji elektrycznej oraz typu i własności stosowanych przewodów i urządzeń elektroenergetycznych. Celem ograniczenia dowolności rozwiązań urządzeń elektroenergetycznych oraz stworzenia warunków specjalizacji, podnoszenia jakości produkcji, lepszego wykorzystania materiałów konstrukcyjnych oraz wymiany międzynarodowej stosowana jest normalizacja i typizacja rozwiązań. Przedmiotem normalizacji SA m.in. wymagania dotyczące budowy, metod badania, zasad eksploatacji, oznaczeń oraz klasyfikacji urządzeń i obiektów elektroenergetycznych. Rozróżnia się normy państwowe obowiązujące na terenie Polski oraz normy branżowe i zakładowe obowiązujące w określonej dziedzinie gospodarki oraz w poszczególnych zakładach lub grupach zakładów. Oprócz norm bardzo ważną rolę odgrywają przepisy, szczególnie w zakresie ochrony przeciwpożarowej, budowy oraz obsługi urządzeń elektroenergetycznych.

Kolejnym zagadnieniem wchodzącym w skład elektroenergetyki są urządzenia rozdzielcze inaczej zwane rozdzielniami. Jest to zespół urządzeń elektrycznych do przyjęcia i rozdziału energii elektrycznej, zawarty między zaciskami na przewodach od strony źródła energii, a zaciskami linii odpływowych. W skład tego zespołu mogą wchodzić nie tylko przyrządy łączeniowe do dokonywania zmian w układzie połączeń obwodu głównego, lecz także wszelkiego rodzaju przyrządy do pomiaru, zabezpieczeń, sterowania, sygnalizacji, kontroli jak również różne urządzenia pomocnicze.

Rozdzielnie posiadają następujące elementy podstawowe:

• Szyny zbiorcze, do których energia elektryczna jest doprowadzana ze źródła i od których jest odprowadzana do miejsc jej dalszego przetwarzania lub odbioru za pośrednictwem linii. Pojęcie szyn zbiorczych charakteryzuje się zespołem trzech szyn odpowiadającym 3 fazom prądu zmiennego. Najprostsze układy rozdzielni posiadają 1 system szyn, w wielu jednak przypadkach spotykamy w rozdzielniach wysokich napięć 2 systemy, a w urządzeniach bardzo dużych i złożonych stosujemy niekiedy ze względów eksploatacyjnych 3 a nawet 4 systemy. Istnieje także system bezszynowy jednak nie znalazł on zastosowania w kraju.

• Przyrządy rozdzielcze, do których zaliczamy przede wszystkim wszelkiego rodzaju łączniki, a następnie związane z rozdzielniami następujące grupy przyrządów:

1. Izolatory (wsporcze, przepustowe i wiszące).

2. Przekładniki (transformatory pomiarowe) prądowe i napięciowe.

3. Dławiki zwarciowe.

4. Odgromniki i rejestratory przepięć.

5. Przekaźniki.

6. Mierniki i liczniki.

7. Mufy kablowe końcowe.

8. Kondensatory i dławiki.

Różne przyrządy niskonapięciowe służące do celów pomiarowych, rozrządu - sterowania, zabezpieczeń prądnic, transformatorów i linii, regulacji, sygnalizacji i kontroli mogą być zamontowane w tablicach w obrębie niskonapięciowej części rozdzielni. Natomiast w dużych budynkach, obiektach mogą stanowić oddzielne urządzenie zwane nastawnią.

Urządzeniem wyższego rzędu w stosunku do nastawni może być punkt rozrządczy okręgowy bądź ogólnokrajowy. Taki dyspozytor mocy posługuje się pomiarami zdalnymi napięcia, mocy i częstotliwości, a także sterowaniem zdalnym np. wyłączników lub przełączników zaczepów wielkich transformatorów. Ma on możliwość kierowania odległymi zakładami elektrycznymi.

W elektroenergetyce występuje także pojęcie stacja. Stacją nazywamy zespół urządzeń elektrycznych służących do przetwarzania lub rozdziału, względnie przetwarzania i rozdziału energii elektrycznej.

Na ten zespół składają się:

• Transformatory, przetwornice lub prostowniki - są to stacje przetwarzające prąd zmienny na stały.

• Rozdzielnia lub kilka rozdzielni w zależności od liczby napięć znamionowych oraz od rodzajów zastosowanego prądu. Stacje z transformatorami trójuzwojeniowymi będzie posiadała odpowiednio 3 rozdzielnie wysokich napięć 110, 30, 6 kV oraz rozdzielnię niskiego napięcia.

Stacja do zasilania kolei elektrycznych może posiadać po stronie prądu zmiennego rozdzielnię 30 kV, natomiast po stronie prądu stałego - rozdzielnię 3000 V.

• Nastawnia stosowana w większych stacjach.

• Urządzenia pomocnicze do których w zależności od zadania przypisanego stacji i technicznego wyposażenia zalicza się:

1. Stacje służące tylko do przetwarzania energii czyli stacje przetwórcze np. transformatorowe. W stacjach tych zachodzi proces podwyższania lub obniżania napięcia, przy którym energia elektryczna jest przesyłana. W takich stacjach transformatory są obok rozdzielni głównymi elementami urządzeń stacyjnych.

2. Stacje tylko do rozdziału energii czyli stacje rozdzielcze. W takich stacjach nie zachodzi przetwarzanie energii elektrycznej o jednym napięciu na energie elektryczną o innym napięciu. W stacjach rozdzielczych nie mamy zatem transformatorów, a są urządzenia zwane rozdzielniami, przeznaczone głównie do włączania i wyłączania linii elektroenergetycznych zbiegających się w danym węźle sieci. W tego rodzaju stacjach mamy tylko jedno napięcie.

3. Stacje do przetwarzania i rozdziału energii czyli stacje przetwórczo-rozdzielcze, a w przypadku przetwarzania prądu zmiennego w transformatorach są to stacje transformatorowo rozdzielcze. Spełniają one role podwyższania i obniżania napięcia w transformatorach oraz rozdzielenie energii przez przesyłanie jej do poszczególnych punktów zasilania.

Stacje przetwornikowe i prostownikowe dostarczają prądu stałego do celów trakcyjnych (koleje miejskie i zamiejskie) lub do specjalnych celów przemysłowych (np. do produkcji niektórych związków chemicznych, w hutnictwie aluminiowym, cynku).

Wszystkie urządzenia służące do przetwarzania i rozdziału energii elektrycznej oraz do centralnego sterowania tym przetwarzaniem i rozdziałem nazywamy głównymi urządzeniami stacyjnymi. W stacji transformatorowo-rozdzielczej głównymi urządzeniami są transformatory, rozdzielnie wysokiego napięcia i nastawnia. Jeżeli w stacjach znajdują się rozdzielnie niskiego napięcia, z których energia jest oddawana do zasilania odbiorców zewnętrznych, to tę rozdzielnię też zaliczymy do głównych urządzeń stacyjnych, które mają zasadnicze znaczenie.

Stacje mogą być klasyfikowane również według powiązania z innymi stacjami danej sieci. Jeżeli np. stacja B jest powiązana liniami napowietrznymi lub kablowymi ze stacjami sąsiadującymi A i C w taki sposób, że możliwe jest przesyłanie energii elektrycznej ze stacji A do C przez szyny zbiorcze stacji B, to stacje B nazywamy przelotową. Inny przykład to stacja u odbiorcy czyli zakładu przemysłowego, osiedla. Służy ona najczęściej do obniżenia napięcia na napięcie użytkowe, np. z 15 kV na 400/230V i do rozprowadzenia energii elektrycznej do poszczególnych punktów zasilających urządzenia odbiorcze. Taka stacja w stosunku do sieci wysokiego napięcia , z której jest zasilana, bywa często stacją końcową. Ponadto może być zasilania z jednego lub dwu punktów zasilających. Taki sposób zasilania bywa stosowany dla niektórych zakładów przemysłowych. Odpowiednio do tego mówimy o stacjach jednostronnie lub dwustronnie zasilanych.

W stacjach znajdują się także urządzenia pomocnicze, które nazywamy pomocniczymi urządzeniami stacyjnymi. Urządzenia te bezpośrednio przetwarzaniu i rozdziałowi energii elektrycznej nie służą, jednak dla stabilnego i poprawnego ruchu stacji mogą być niezbędne. Do takich urządzeń zaliczamy:

• Urządzenia sprężarkowe i instalacje sprężonego powietrza dla wyłączników powietrznych oraz dla przyrządów wyposażonych w napędy pneumatyczne.

• Baterie akumulatorów, które służą do zasilania przekaźników, oświetlenia rezerwowego wraz z urządzeniami ładującymi.

• Urządzenia łączności telefonicznej i radiowej.

• Prądnice prądu biernego do regulacji rozpływu mocy czynnej i biernej w sieci (są to kompensatory synchroniczne).

• Transformatory i dławiki gaszące do kompensacji prądów zmienno-zwarciowych.

• Baterie kondensatorów szeregowych lub równoległych dla poprawy poziomu napięcia względnie poprawy współczynnika mocy.

• Regulatory mocy biernej (jedną z firm produkującą takie regulatory jest Twelve).

• Instalacje oświetleniowe.

• Transformator do zasilania własnych potrzeb.

Czyli układem (systemem) elektroenergetycznym nazywamy pewną powiązaną całość w skali całego państwa, które stanowią zakłady produkujące energię elektryczną (elektrownie cieplne i wodne) urządzenia do przesyłu i rozdziału energii elektrycznej oraz urządzenia elektryczne odbiorcze. Natomiast całość urządzeń przeznaczonych do przesyłu i rozdziału energii elektrycznej stanowi sieć elektroenergetyczną.

Sieci elektroenergetyczne możemy podzielić na:

• Sieci rozdzielcze niskiego napięcia - we wszystkich urządzeniach dopuszczane jest napięcie 400/230 V.

• Sieci rozdzielcze wysokiego napięcia - o napięciu 15 kV, lub rzadziej spotykanym 6 kV.

• Sieci rejonowe - o napięciu 30 kV. W regionach silnie uprzemysłowionych napięcie to może mieć 60 kV.

• Sieć okręgowa - we wszystkich okręgach na terenie całego państwa przyjęto napięcie 110 kV.

• Sieci państwowe - o napięciu 220 kV.





Struktura sieci elektroenergetycznej

Dla danego przewodu mamy dopuszczalny prąd I_dd jaki może nim płynąć nie przekraczając dopuszczalnej temperatury. Sieci wysokich napięć stosuje się do przesyłu energii (im wyższe napięcie tym większą moc można przesyłać, straty są zdecydowanie mniejsze).

Sieci dzielą się także ze względu na:

1. układ połączeń sieci:

1. otwarte :

- linia zasilająca









- moc dostarczana




- moc odbierana

- linia rozdzielcza









2. zamknięte :

• linia dwustronnie zasilana









• 
  
  
  
  
  
  
  
  linia okrężna

• sieć kratowa (oczkowa)
















2. rodzaj linii:

• sieci napowietrzne;

• sieci kablowe.

Tak więc stacje malej mocy, zasilane liniami napowietrznymi średniego napięcia, wykonuje się jako słupowe. Transformator i towarzyszące mu aparaty instaluje się na słupie.
Większe stacje zasilane z sieci średniego napięcia, wchodzące w skład sieci miejskich i przemysłowych są zwykle wnętrzowe. W budynku stacji instaluje się rozdzielnicę średniego napięcia, transformatory oraz rozdzielnicę niskiego napięcia.
W największych stacjach połączonych z liniami najwyższego napięcia, rozdzielnie najwyższego napięcia wykonuje się na ogół jako napowietrzne i transformatory instaluje się na wolnym powietrzu. Budynki były by tu zbyt kosztowne ze względu na duże rozmiary aparatów i konieczne odstępy izolacyjne. Stacje takie mogą mieć budynki mieszczące nastawnię, urządzenia pomocnicze i rozdzielnice średniego napięcia.

Systemowi elektroenergetycznemu stawiane są także wymagania takie jak:

• Niezawodność dostawy energii elektrycznej;

• Dobra jakość tej energii;

• Racjonalność gospodarcza;

• Elastyczność

• Bezpieczeństwo życia i mienia człowieka;

Najniższą niezawodność mają sieci wiejskie (rozwiązania najtańsze, nie rezerwowane). Odbiorcy w miastach wymagają większej niezawodności więc mają rezerwowe zasilanie drugą linią. Przełączenia występują ręcznie przy nn i automatycznie przy SN. Można zwiększyć niezawodność przez budowę odpowiedniej liczby punktów zasilania ale dochodzi tu jeszcze aspekt ekonomiczny.

Natomiast dla odbiorców przemysłowych wyróżnia się trzy kategorie zasilania.

Dotyczy tych zakładów, które posiadają odbiorniki w przypadku których przerwa w zasilaniu może spowodować niebezpieczeństwo życia ludzkiego, może spowodować duże straty materialne wynikające ze zniszczenia urządzeń i surowców. Ten typ zakładów wymaga 100% rezerwy co oznacza, że musi istnieć drugi niezależny tor zasilania.

zakłady w przypadku których przerwa w zasilaniu powoduje straty materialne związane z niewykonanej lub zmniejszonej produkcji. O wartości rezerwy w tym przypadku zadecyduje rachunek ekonomiczny.

pozostałe zakłady gdzie nie ma specjalnych wymagań i zwykle niepotrzebna jest zwykle rezerwa.

Aby zwiększyć niezawodność zasilania stosuje się:

• zamykanie sieci (WN);

• stosowanie urządzeń rezerwowych;

• stosowanie automatyki sieciowej;

• stosowanie doskonalszej aparatury.

• stosowanie urządzeń rezerwowych.

Linie są obciążone tylko w połowie i mogą przejąć obciążenie sekcji sąsiedniej. Załączenie sprzęgła realizuje się w sposób automatyczny i nosi to nazwę samoczynnego załączenia rezerwy (SZR) - jest to układ automatyki, który bez udziału człowieka dokonuje przełączeń.

Stosowanie automatyki sieciowej ma za zadanie skrócenie czasu przerwy.

Samoczynne ponowne załączenie (SPZ) - układy tej automatyki stosowane są najczęściej w liniach napowietrznych a ich zadaniem jest załączenie linii pod napięcie po jej awaryjnym wyłączeniu spowodowanym przez zabezpieczenia.

Ponowne załączenie linii pod napięcie odbywa się w 0,1÷0,5s po wyłączeniu.

SPZ może być jednocyklowy lub dwucyklowy. Można mówić o SPZ udanych i nieudanych. Około 80% wszystkich zwarć likwidowana jest przez SPZ. Automatyka ta współpracuje z zabezpieczeniami.

Samoczynne częstotliwościowe odciążenie - odłącza odbiorniki w chwili zbyt dużego zapotrzebowania przewyższającego możliwości systemu.




---