Prefabrykowane stacje transformatorowe SN/nn
Wymagania i certyfikacja
Fot. 1. Widok przykładowej prefabrykowanej stacji transformatorowej
Fot. K. Kuczyński
Elektroenergetyczne stacje rozdzielcze SN/nn zasilane są najczęściej z sieci SN o napięciu znamionowym od 6 do 36 kV. Ze względu na budowę stacje mogą być wnętrzowe lub napowietrzne. Funkcją stacji transformatorowej SN/nn jest transformacja energii elektrycznej ze średniego napięcia na niskie i rozdział tej energii w sposób determinowany konfiguracją sieci nn, z zachowaniem warunków technicznych określonych w obowiązujących przepisach [1, 2]. Wymagania w zakresie wykonania oraz badania prefabrykowanych stacji transformatorowych SN/nn określa norma PN-EN 62271-202:2010 Wysokonapięciowa aparatura rozdzielcza i sterownicza. Część 202: Stacje transformatorowe prefabrykowane wysokiego napięcia na niskie napięcie.
Zobacz także
WAGO ELWAG Sp. z o.o. Optymalny rozdział potencjałów dzięki nowym złączkom TOPJOB® S
Rodzina złączek listwowych TOPJOB® S poszerzyła się ostatnio o nowe rozwiązanie – kompaktowe bloki rozdzielcze, które pozwalają na wydajny rozdział potencjałów za pomocą jednej tylko złączki – bez żadnych...
Rodzina złączek listwowych TOPJOB® S poszerzyła się ostatnio o nowe rozwiązanie – kompaktowe bloki rozdzielcze, które pozwalają na wydajny rozdział potencjałów za pomocą jednej tylko złączki – bez żadnych dodatkowych elementów.
Farnell Projekty w trudnych warunkach przemysłowych
Zastosowanie skomplikowanych urządzeń elektronicznych i czujników do ulepszania i rozszerzania procesów produkcji, obróbki skrawaniem i procesów produkcyjnych w zastosowaniach przemysłowych jest możliwe...
Zastosowanie skomplikowanych urządzeń elektronicznych i czujników do ulepszania i rozszerzania procesów produkcji, obróbki skrawaniem i procesów produkcyjnych w zastosowaniach przemysłowych jest możliwe tylko wtedy, gdy wszystkie komponenty przetrwają w trudnym środowisku. Systemy muszą wytrzymywać gorące, wilgotne i trudne warunki oraz niszczące pola elektryczne i magnetyczne. Specyficzne warunki środowiskowe, w których produkt jest używany, wpływają na jego specyfikacje. Takie specyfikacje należy...
mł. bryg. mgr inż. Piotr Musielak Odporność zwarciowa urządzeń przeciwpożarowych i jej wpływ na zapewnienie bezpieczeństwa ekip ratowniczych oraz użytkowników budynku
W artykule zostały omówione zagadnienia dotyczące zapewnienia odporności zwarciowej wybranych urządzeń przeciwpożarowych i jej wpływu na bezpieczeństwo ekip ratowniczych podczas prowadzonych działań ratowniczych...
W artykule zostały omówione zagadnienia dotyczące zapewnienia odporności zwarciowej wybranych urządzeń przeciwpożarowych i jej wpływu na bezpieczeństwo ekip ratowniczych podczas prowadzonych działań ratowniczych w obiektach budowlanych oraz na zapewnienie bezpiecznej ewakuacji użytkowników przebywających w budynku.
Według normy PN-EN 62271-202:2010 stacje transformatorowe prefabrykowane są definiowane jako urządzenia, które przeszły z pozytywnym wynikiem badania typu, zawierające w obudowie transformator, rozdzielnice niskiego napięcia i wysokiego napięcia, połączenia i wyposażenie pomocnicze, które są przeznaczone do zasilania odbiorców w energię elektryczną niskiego napięcia z systemu wysokiego napięcia lub odwrotnie. Stacje te są dostępne dla ludzi i powinny zapewniać bezpieczeństwo osobom, zgodnie z określonymi warunkami pracy.
Oznacza to, że dodatkowo do określonych właściwości, danych znamionowych i odpowiednich procedur badawczych, szczególną uwagę przykłada się do wymagań technicznych dotyczących ochrony zarówno osób obsługujących, jak i osób postronnych. Użycie komponentów mających badania typu oraz odpowiedniego projektu i konstrukcji obudowy zapewni taką ochronę. Prawidłowość projektu i wykonania stacji transformatorowej prefabrykowanej są sprawdzane za pomocą odpowiednich badań typu, opisanych w PN-EN 62271-202:2010, w tym prób wewnętrznego zwarcia łukowego.
Właściwa wentylacja stacji
Norma PN-EN 62271-202 wymaga, aby stacja bezobsługowa posiadała przede wszystkim naturalną wentylację grawitacyjną, której wydajność ustalona w procesie wykonywania prób typu decyduje o zakwalifikowaniu obudowy stacji do jednej z tzw. klas obudowy, określanej liczbami od 5 (najlepsza) do 30 (nieodpowiednia dla stacji transformatorowych) [3, 7].
Przykładem rozwiązania spełniającego przytoczone wymagania jest kominowy system wentylacji grawitacyjnej, polegający na tym, że wloty powietrza zlokalizowane są w podłodze stacji, a wyloty pod dachem. Dzięki temu stacja transformatorowa jest pozbawiona krat wentylacyjnych w ścianach. Ma to bardzo istotny wpływ na bezpieczeństwo osób postronnych, które mogą znaleźć się w bezpośrednim sąsiedztwie stacji podczas wyładowania łukowego w jej wnętrzu. Wydajny system wentylacji stwarza właściwe warunki pracy dla urządzeń stacji, czyli transformatora, rozdzielnic SN i nn, połączeń kablowych oraz wyposażenia dodatkowego, takiego jak baterie kondensatorów, liczniki energii elektrycznej i inne.
Odporna na skutki wewnętrznego wyładowania łukowego obudowa stacji, bez otworów wentylacyjnych w ścianach i drzwiach, zapewnia bezpieczeństwo osobom postronnym i obiektom stojących w jej bezpośrednim otoczeniu [3, 5]. Nie ma też wówczas konieczności stosowania specjalizowanych kurtyn przeciwpożarowych, które powinny być konserwowane i testowane.
Zdarzają się stacje z chłodzeniem wymuszonym. Takie rozwiązanie dopuszcza norma pod warunkiem porozumienia między wytwórcą a użytkownikiem, gdyż w większości przypadków jest ono ekonomicznie nieuzasadnione. Wentylację wymuszoną można stosować w stacjach, w których wyeliminowano możliwość powstania łukowego zwarcia wewnętrznego oraz jeżeli eksploatator zapewni okresowe sprawdzanie prawidłowości działania wentylatora, co wiąże się z dodatkowymi kosztami [5].
Z doświadczeń eksploatacyjnych użytkowników wynika, że przegrzewanie się stacji przy pełnym obciążeniu najczęściej jest spowodowane faktem, że albo stacja i jej komponenty nie były poddane odpowiednim badaniom w zakresie nagrzewania i mają nieodpowiednie konstrukcje, albo zainstalowano w stacji rozdzielnice nn o konstrukcji niedopasowanej do warunków wentylacyjnych panujących wewnątrz stacji. Zła wentylacja stacji jest jedną z najczęstszych przyczyn powstawania awarii, nieprawidłowej pracy urządzeń oraz przedwczesnego zużycia się stacji. W pewnych przypadkach może następować skraplanie się wody na ścianach i suficie stacji. Przyczynia się to do dostarczania odbiorcom energii o nieodpowiedniej jakości [3, 5]. Tymczasem właściwie przeprowadzona weryfikacja wentylacji stacji podczas prób nagrzewania, wykonana przez kompetentne laboratorium, może tym wadom konstrukcyjnym zapobiec.
Zwarcie wewnętrzne
Zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 62271-202:2010 inwestor podczas zamawiania stacji powinien mieć sprecyzowane warunki pracy stacji w miejscu zainstalowania obecnie i w przyszłości oraz powinien żądać od dostawców udokumentowania badań typu z parametrami odpowiednimi do tych warunków. Dotyczy to wielkości narażenia prądami zwarciowymi, jakie mogą pojawić się w danym miejscu. Wówczas producent jest zobowiązany do przygotowania konstrukcji stacji, która takie warunki spełni [3, 5].
Norma podaje ścisłe procedury, według których wykonuje się takie badania. Zwarcia są inicjowane w rozdzielnicy SN we wszystkich jej przedziałach oraz w pewnych warunkach na kablowych połączeniach wewnętrznych. Badania takie są szczególnie ważne dla stacji o małych gabarytach, bez korytarza obsługi, gdyż przestrzeń do rozładowania ciśnienia powstałego podczas zwarcia wewnętrznego jest niewielka, co powoduje większe narażenia obudowy [5]. Rozprężenie gazów powstałych w czasie trwania zwarcia w prefabrykowanych stacjach transformatorowych może odbywać się w metalowej chłodnicy gazów umieszczonej za lub pod rozdzielnicą SN. Najczęściej jednak w prefabrykowanych stacjach transformatorowych następuje kilkucentymetrowe uniesienie dachu. Po zmniejszeniu się ciśnienia w stacji transformatorowej dach opada na swoje normalne położenie dzięki odpowiednim prowadnicom.
W odniesieniu do wewnętrznego zwarcia łukowego wymagane jest potwierdzenie skuteczności konstrukcji w zapewnieniu ochrony osób postronnych i/lub obsługujących. Takie potwierdzenie należy uzyskać poprzez badanie stacji transformatorowej według załącznika A normy PN-EN 62271-202:2010 [3, 5]. Stacje transformatorowe, które zostały pozytywnie zbadane, kwalifikują się do klasy IAC-A lub IAC-B lub IAC-AB.
Klasa IAC-A dotyczy sprawdzenia ochrony personelu obsługującego urządzenia i gwarantuje bezpieczeństwo wewnątrz stacji przy drzwiach otwartych, dla stacji obsługiwanych od wewnątrz lub dla stacji obsługiwanych z zewnątrz w zakresie urządzeń WN.
Klasa IAC-B dotyczy sprawdzenia ochrony osób postronnych i gwarantuje im bezpieczeństwo w pobliżu stacji, ze wszystkimi drzwiami zamkniętymi, dla stacji z obsługą od wewnątrz lub z zewnątrz.
Klasa IAC-AB, jest to klasa spełniająca warunek –A i –B i dotyczy sprawdzenia ochrony personelu obsługującego urządzenia i osób postronnych, gwarantując im bezpieczeństwo zarówno w stacji, jak i w jej pobliżu.
Klasa ochrony przed łukiem wewnętrznym IAC uwzględnia wewnętrzne nadciśnienie działające na osłony, drzwi, podłogę. Bierze się również pod uwagę termiczne skutki działania łuku na obudowę oraz wydzielane gorące gazy i rozżarzone cząstki. Nie uwzględnia uszkodzenia przegród między przedziałami oraz wewnętrznych przegród ruchomych niedostępnych w normalnych warunkach pracy. Badania łuku wewnętrznego, opisane w normie PN-EN 62271-202:2010, mają za zadanie sprawdzić skuteczność projektu w zakresie ochrony osób w przypadku łuku wewnętrznego. Nie uwzględnia się wszystkich skutków, które mogą spowodować ryzyko, takie jak obecność gazów z potencjalnie toksycznymi właściwościami, które mogą powstać przy zwarciu. W opisie klasy podawany jest maksymalny poziom prądu zwarciowego oraz czasu zwarcia, np. klasa IAC-A 16 kA/1 s, klasa IAC-AB 20 kA/1 s.
Ochrona przeciwpożarowa w stacjach
W odniesieniu do ochrony przeciwpożarowej norma PN-EN 62271-202:2010 określa użycie w konstrukcji obudowy stacji transformatorowych materiałów o minimalnym poziomie odporności na ogień pojawiający się wewnątrz lub na zewnątrz stacji. Mogą to być: beton, metal, tynk, wełna szklana i mineralna. Również aparaty, osprzęt, kable wewnątrz stacji powinny mieć określony minimalny stopień palności. Największe zagrożenie może stanowić zapłon oleju transformatorowego w przypadku rozerwania kadzi transformatora olejowego lub zapalenia się oleju przy jego awaryjnym wycieku. Są to zjawiska rzadko spotykane, jednak należy brać je pod uwagę.
Prefabrykowane stacje transformatorowe mają cechy obiektów budowlanych, w związku z czym normy i przepisy dotyczące obiektów budowlanych dotyczą również prefabrykowanych stacji transformatorowych. Najważniejszym przepisem regulującym usytuowanie stacji w terenie, jako obiektu budowlanego, jest Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2002 r., nr 75, poz. 690, z późniejszymi zmianami).
Głównym parametrem określającym zagrożenie obiektu budowlanego, pod względem ochrony przeciwpożarowej, jest gęstość obciążenia ogniowego Q. Określa ona ilość ciepła wydzielonego przy spalaniu medium (oleju transformatoroweg) w przeliczeniu na jednostkę powierzchni użytkowej obiektu budowlanego i mierzy się w MJ/m2. Dla stacji transformatorowych wartość ta waha się w granicach: 1000 < Q < 4000 MJ/m2, w zależności od mocy transformatora (ilości oleju w transformatorze) i powierzchni wewnętrznej stacji.
Ocena zgodności
Zagadnienia związane z oceną zgodności wyrobów, jakimi są prefabrykowane stacje transformatorowe SN/nn, od dłuższego czasu powodują wiele dyskusji.
Zgodnie z art. 9c ust. 2 pkt 1 Ustawy Prawo energetyczne (DzU z 2012 r., poz. 1059, z późniejszymi zmianami) operator systemu przesyłowego elektroenergetycznego lub systemu połączonego elektroenergetycznego w zakresie systemu przesyłowego jest odpowiedzialny za bezpieczeństwo dostarczania energii elektrycznej poprzez zapewnienie bezpieczeństwa funkcjonowania systemu elektroenergetycznego i odpowiedniej zdolności przesyłowej w przesyłowej sieci elektroenergetycznej. Art. 9c ust. 2 pkt 3 ustawy stwierdza dodatkowo odpowiedzialność operatora za: eksploatację, konserwację i remonty sieci, instalacji i urządzeń, wraz z połączeniami z innymi systemami elektroenergetycznymi, w sposób gwarantujący niezawodność funkcjonowania systemu elektroenergetycznego. Natomiast pkt 4 wymaga zapewnienia długoterminowej zdolności systemu elektroenergetycznego w celu zaspokajania uzasadnionych potrzeb w zakresie przesyłania energii elektrycznej w obrocie krajowym i transgranicznym, w tym w zakresie rozbudowy sieci przesyłowej, a tam, gdzie ma to zastosowanie, rozbudowy połączeń z innymi systemami elektroenergetycznymi.
Zgodnie z Ustawą z dnia 30 sierpnia 2002 r. o systemie oceny zgodności (DzU z 2002 r., nr 166, poz. 1360, z późniejszymi zmianami), wyroby nieposiadające wymagań określonych w rozporządzeniach ministerialnych mogą być poddane dobrowolnej ocenie zgodności na warunkach uzgodnionych w umowie zawartej przez zainteresowane strony, pomiędzy producentem a odbiorcą. Wyrobami takimi są między innymi urządzenia elektroenergetyczne o napięciu powyżej 1 kV ac, w tym prefabrykowane stacje transformatorowe SN/nn [2].
Niektóre przedsiębiorstwa energetyczne rozpoczęły proces tworzenia wymagań i standaryzacji w zakresie stacji transformatorowych SN/nn, lecz wymagania te są zróżnicowane i niejednolite. Dodatkowo brak jest systemowego podejścia w tym temacie ze strony przedsiębiorstw odpowiedzialnych za sprawne działanie systemu elektroenergetycznego. Najczęściej jest to widoczne podczas przetargów ogłaszanych przez przedsiębiorstwa energetyczne, gdzie najczęściej decyduje niestety cena, a nie jakość wyrobu [2].
Producenci stacji transformatorowych legitymują się różnymi dokumentami potwierdzającymi spełnienie wymagań normatywnych oraz osiągnięcie parametrów technicznych przez te wyroby: Certyfikaty, Atesty, Poświadczenia Techniczne oraz Certyfikaty Zgodności. Trzy pierwsze z wymienionych dokumentów wydawane są przez jednostki oceniające na podstawie tych samych obowiązujących norm, lecz poza systemem certyfikacji, a więc na podstawie ustalanych przez siebie kryteriów oceny. Nie obowiązuje tutaj norma PN-EN ISO/IEC 17065:2013-03E Ocena zgodności. Wymagania dla jednostek certyfikujących wyroby, procesy i usługi, która zastąpiła normę PN‑EN 4501:2000 Wymagania ogólne dotyczące jednostek prowadzących systemy certyfikacji wyrobów dotycząca systemów certyfikacji, a status tych dokumentów nie jest odzwierciedlony w ustawie o systemie oceny zgodności. Bardzo ważne jest to, aby zarówno kryteria stosowane przy ocenie, jak i kompetencje tych jednostek oceniających podlegały zewnętrznej kontroli i weryfikacji. Niestety, dokumenty wydawane są najczęściej bezterminowo oraz potwierdzają jedynie spełnienie wymagań i parametrów technicznych egzemplarza badanego. Natomiast nie dają gwarancji, że produkcja tego wyrobu w dłuższym okresie jest powtarzalna. Inaczej sprawa wygląda w przypadku dokumentu wystawianego w systemie certyfikacji, tj. Certyfikatu Zgodności, którego charakter precyzuje ustawa o systemie oceny zgodności. Ustawa ta określa, że Certyfikat Zgodności może wydać jednostka notyfikowana, czyli w polskich warunkach posiadająca akredytację Polskiego Centrum Akredytacji. Dzięki porozumieniom zawartym przez Polskie Centrum Akredytacji z innymi zagranicznymi jednostkami akredytowanymi (EM MLA, IAF MLA) dokument ten (Certyfikat Zgodności) ważny jest w obiegu międzynarodowym. Wydanie Certyfikatu Zgodności składa się z dwóch etapów:
- pierwszy obejmuje pełne badanie prefabrykowanej stacji transformatorowej na zgodność z normą przedmiotową PN-EN 62271-202:2010 oraz normami towarzyszącymi. Badania wykonują laboratoria badawcze posiadające akredytację Polskiego Centrum Akredytacji o sygnaturze: „Nr AB…”,
- etap drugi to wydanie Certyfikatu Zgodności przez jednostkę certyfikującą, posiadającą akredytację Polskiego Centrum Akredytacji o sygnaturze: „Nr AC…”.
Proces wydawania Certyfikatu Zgodności wyrobu obejmuje:
- identyfikację wyrobu i producenta,
- pełną analizę sprawozdań z wykonanych badań pod kątem spełnienia wymagań norm przedmiotowych zarówno przez zastosowane metody badawcze, jak i przedmiot badań,
- ocenę systemu jakości producenta oraz nadzór nad certyfikatem w okresie jego ważności w ramach systemu certyfikacji (audyty u producenta wykonywane przez jednostkę certyfikującą).
Należy podkreślić, że nadzór nad certyfikatem w okresie jego ważności zapewnia odbiorcy między innymi pewność, że zarówno konstrukcja, jak i proces produkcji wyrobu poddanego badaniom typu nie uległ zmianie, a wyrób jest wyrobem powtarzalnym.
Aktualnie w Polsce jedynym akredytowanym podmiotem posiadającym w zakresie akredytacji prawo wystawiania Certyfikatów Zgodności na zgodność z normą przedmiotową PN-EN 62271-202:2010 jest Instytut Energetyki w Warszawie, jako jednostka certyfikująca wyroby o numerze akredytacji AC 117. Należy nadmienić, że wykaz akredytowanych przez PCA podmiotów wraz z zakresami udzielonej akredytacji znajduje się na stronie internetowej www.pca.gov.pl.
Podsumowanie
Zasygnalizowane w artykule problemy wymaganych dokumentów potwierdzających jakość i spełnianie wymogów przepisów i norm nie dotyczą tylko prefabrykowanych stacji transformatorowych SN/nn, ale również innych obiektów i urządzeń elektroenergetycznych.
Właściwe wykonanie stacji prefabrykowanych potwierdzone certyfikatami zgodności jest szczególnie istotne ze względu na posadowienie stacji w gęstej miejskiej zabudowie z uwagi na konieczność zachowania bezpieczeństwa.
Literatura
- T. Bełdowski, H. Markiewicz, Stacje i urządzenia elektroenergetyczne, WNT, Warszawa 1998.
- M. Gołuszka, System oceny zgodności prefabrykowanych stacji transformatorowych SN/nn, Biuletyn Techniczny Oddziału Krakowskiego SEP nr 1(58)/2014.
- L. Gruza, Badania prefabrykowanych stacji transformatorowych, ENERGIA elektryczna 6/2010.
- K. Kuczyński, Prefabrykowane stacje transformatorowe SN/nn (część 1.) – wymagania normy PN-EN 62271-202:2010, „elektro.info” 9/2011.
- K. Kuczyński, Prefabrykowane stacje transformatorowe SN/nn – zagadnienia wybrane, „elektro.info” 9/2012.
