Stacje elektroenergetyczne SN/nn – wybrane aspekty bezpieczeństwa

Łącznie w kraju znajduje się obecnie 261 169 stacji elektroenergetycznych SN, w których użytkowanych jest 261 079 transformatorów SN/nn i 1179 transformatorów SN/SN [3].

Stacje SN/nn

Stacje SN/nn są przystosowane do współpracy z siecią kablową lub kablowo-napowietrzną średniego napięcia o układzie pierścieniowym lub promieniowym oraz siecią kablową lub napowietrzną niskiego napięcia [9]. Stacje SN/nn wyposażone są przeważnie w transformatory o mocach znamionowych do 1000 kVA, rozdzielnicę SN oraz rozdzielnicę nn o liczbie pól dostosowanej do potrzeb inwestora i projektanta. Przy czym istnieje bardzo duży wybór zarówno rozdzielnic SN, jak i nn.

W stacjach SN stosuje się przeważnie jeden, a czasami dwa transformatory olejowe lub suche, przy czym te ostatnie o mocy znamionowej nawet do 1600 kVA [12]. Najpopularniejsze są jednostki o mocach: 630 i 1000 kVA w przypadku stacji kontenerowych prefabrykowanych oraz 250 i 400 kVA w przypadku stacji słupowych.

Rozdzielnica SN jest realizowana w izolacji powietrznej lub izolacji SF6 jako konstrukcja jedno- lub dwuczłonowa, wykonana w wersji jednoprzedziałowej lub wieloprzedziałowej [12]. Jest realizowana przeważnie w układzie z pojedynczym niesekcjonowanym lub sekcjonowanym systemem szyn zbiorczych. Przy czym ten drugi układ dobiera się w sytuacji większej liczby pól i przy co najmniej dwóch niezależnych źródłach zasilania [9]. Często liczba sekcji odpowiada liczbie źródeł zasilania. W sytuacji, gdy są szczególnie wysokie wymagania dotyczące niezawodności zasilania, stosuje się układ z podwójnym systemem szyn zbiorczych [9].

Rozdzielnica SN składa się z jednego – w przypadku stacji słupowych – lub z większej liczby pól rozdzielczych – w przypadku stacji kontenerowych prefabrykowanych. Wówczas przeważnie są to trzy, cztery lub pięć pól rozdzielczych: liniowych, transformatorowych, pomiarowych i sprzęgłowych (w przypadku sekcjonowania szyn zbiorczych) [12]. Przykładowo dla konfiguracji trójpolowej może być to jedno pole transformatorowe i dwa pola liniowe. Natomiast w przypadku konfiguracji pięciopolowej w stacji dwutransformatorowej rozdzielnica SN składa się z: dwóch pól transformatorowych, dwóch pól liniowych i jednego pola sprzęgłowego [14].

W polach rozdzielnic SN stosuje się różnorodną aparaturę łączeniową. Są to wyłączniki (małoolejowe, próżniowe lub z SF₆) oraz rozłączniki z izolacją powietrzną i bezpieczniki. Ponadto stosuje się odłączniki, uziemniki oraz styczniki. Te ostatnie w sytuacji zasilania odbiorów charakteryzujących się częstym załączaniem i wyłączaniem. Ze względów bezpieczeństwa rozdzielnice SN powszechnie wyposaża się w systemy blokad elektrycznych i mechanicznych, które uniemożliwiają otwarcie drzwi szafy rozdzielnicy lub modułu (pola) przy pracujących urządzeniach elektrycznych, wyko­nanie błędnych czynności łączeniowych itp. [9].

Rozdzielnica nn jest realizowana w izolacji powietrznej, w układzie z pojedynczym niesekcjonowanym lub sekcjonowanym systemem szyn zbiorczych o liczbie pól uzależnionej od potrzeb inwestora [12]. W polach rozdzielnic nn jako aparaturę łączeniową stosuje się: wyłączniki samoczynne, rozłączniki bezpiecznikowe lub rozłączniki z bezpiecznikami.

Prawidłowa praca stacji SN/nn w warunkach normalnych i minimalizacja skutków zakłóceń w stanach awaryjnych wymagają właściwego doboru parametrów stacji, parametrów rozdzielnic SN i nn w niej zainstalowanych, ich konfiguracji i wyposażenia oraz parametrów aparatów zainstalowanych w stacji i przekrojów szyn, kabli oraz przewodów.

Charakterystyka rozwiązań krajowych stacji SN/nn

 Na terenie kraju spotyka się wiele rozwiązań technicznych i konstrukcyjnych stacji SN/nn. Obejmują one stacje: prefabrykowane (betonowe i metalowe, kontenerowe, zagłębione i podziemne), wnętrzowe (wolnostojące, wbudowane, prefabrykowane budynkowe i wieżowe), kontenerowe (tymczasowe i przemieszczalne) oraz słupowe. Przy czym najczęściej w sieci dystrybucyjnej SN występują stacje prefabrykowane kontenerowe i stacje słupowe [12].

Prefabrykowane kontenerowe stacje transformatorowe SN/nn (rys. 1.) są stacjami przeznaczonymi zasadniczo do zasilania odbiorców: miejskich, wiejskich, osiedlowych oraz przemysłowo-usługowych z sieci napowietrznej lub kablowej SN o napięciu 6÷20 kV, wyjątkowo 30 kV [12]. W stacjach tych instaluje się transformatory o mocach znamionowych od 160 do 1000 kVA, a niekiedy nawet transformatory suche do 1600 kVA. W kontenerowych stacjach transformatorowych stosuje się rozdzielnice SN w izolacji powietrznej lub izolacji SF₆ oraz rozdzielnice nn w izolacji powietrznej.

W stacjach kontenerowych SN/nn o niewielkich wymaganiach dotyczących pewności pracy, z jednym źródłem zasilania, stosuje się pojedynczy niesekcjonowany system szyn zbiorczych [12]. Przy większej liczbie pól i co najmniej dwóch niezależnych źródłach zasilania dobiera się powszechnie pojedynczy sekcjonowany system szyn zbiorczych [12].

Kontenerowe stacje charakteryzują się małymi wymiarami oraz krótkim czasem montażu. Wytwarzane są w całości w specjalistycznych zakładach produkcyjnych. W miejscu zainstalowania wykonuje się jedynie ich montaż końcowy.

Prefabrykowane kontenerowe stacje transformatorowe dzieli się ze względu na rodzaj obudowy na stacje: w obudowie betonowej lub metalowej, natomiast w zależności od możliwości realizacji obsługi na stacje: z obsługą wewnętrzną lub zewnętrzną [9]. Stacje te są budowane jako stacje przelotowe lub końcowe, w zależności od potrzeby późniejszego ich wykorzystania [9].

Stacje kontenerowe z obsługą wewnętrzną charakteryzują się większymi rozmiarami niż stacje z obsługą z zewnątrz. Posiadają ponadto szerszą gamę wyboru rozdzielnic SN i nn. Stosuje się w nich również transformatory o większych mocach. Ponadto mogą to być stacje wielotransformatorowe. Najczęściej stacje takie wyposażone są w jeden lub dwa transformatory. Liczba pól SN i odpływów nn zależy od spełnianej przez te stacje funkcji w systemie elektroenergetycznym.

Wnętrze stacji dzieli się na dwie lub trzy części główne. Pierwszą część stanowi transformator lub transformatory, które ze względu na bezpieczeństwo obsługi, oddzielone są siatką i/lub rozdzielnicą nn. Drugą część stanowią rozdzielnice SN i nn. Na życzenie operatora systemu dystrybucyjnego rozdzielnica SN może być podzielona na: część operatora i część odbiorcy [14].

W stacjach z obsługą zewnętrzną rozmiar gabarytowy jest ograniczony. Oprócz standardowego wykonania stacji, składającego się z transformatora, rozdzielnicy SN i rozdzielnicy nn, spotyka się również stacje, w których pominięto rozdzielnice SN lub nn [12]. Duży wpływ na liczbę pól rozdzielnicy SN ma wielkość gabarytowa stacji. Przeważnie można spotkać stacje z obsługą z zewnątrz, w których maksymalna liczba pól SN wynosi 4, a dla rozdzielnic nn liczba odpływów waha się od 5 do 20, w zależności od producenta [12]. Stacje budowane są na moce transformatorów od 160 kVA do 630 kVA, z możliwością zainstalowania tylko jednego transformatora [12].

Kontenerowe stacje prefabrykowane mają wiele wariantów rozwiązań, co pozwala na optymalny dobór ich wyposażenia, dostosowany do potrzeb inwestora. Jest wśród nich wiele ciekawych, innowacyjnych rozwiązań, przystosowanych do użytkowania w aglomeracjach miejskich, np. stacje typu słup ogłoszeniowy (rys. 2.), które swoją konstrukcją przypominają słup ogłoszeniowy i bardzo dobrze wtapiają się w istniejące otoczenie. 

Są to stacje wyposażone w transformator o maksymalnej mocy 630 kVA, umieszczony na piętrze, trój- lub czteropolową rozdzielnicę SN z izolacją gazową SF₆ oraz maksymalnie dwunastopolową rozdzielnicę nn z rozłącznikami bezpiecznikowymi, umieszczone na parterze [14].

Słupowe stacje transformatorowe (rys. 3.) są stacjami napowietrznymi, przeznaczonymi zasadniczo do zasilania odbiorców wiejskich, miejskich i podmiejskich z sieci napowietrznej lub kablowej SN o napięciu maksymalnie 30 kV, najczęściej 15 i 20 kV. Wytyczne dotyczące budowy i konstrukcji stacji słupowych wyróżniają dwa typy takich stacji, które różnią się ze względu na swoją funkcję. Są to: stacje przelotowe – zlokalizowane w linii napowietrznej, kablowej lub na połączeniu linii napowietrznej i kablowej, oraz stacje końcowe – zasilane linią napowietrzną z przewodami gołymi lub niepełnoizolowanymi, linią napowietrzną pełnoizolowaną lub też linią kablową ułożoną w ziemi [13].

Stacja słupowa jest stacją napowietrzną jednotransformatorową, wyposażoną w transformator o mocy znamionowej przeważnie do 400 kVA [9]. Spotyka się jednak rozwiązania z transformatorem o mocy znamionowej do 630 kVA. Transformatory umieszczane są na podeście montażowym bądź na ziemi pod słupem. Wówczas stacja musi zostać ogrodzona.

Ze względu na moc znamionową transformatorów stacje słupowe dzieli się na trzy zasadnicze grupy: do 100 kVA, od 160 do 250 kVA lub 400 kVA i ewentualnie 630 kVA [13]. Konstrukcja nośna stacji to obecnie najczęściej słup wykonany z pojedynczej lub podwójnej żerdzi strunobetonowej wirowanej typu E lub EPV. Niemniej jednak przez długi okres do konstrukcji nośnej stacji słupowej używano dwóch lub czterech żerdzi wykonanych z żelbetu w trzech rodzajach układu: A, podwójnego A lub bramowym [13]. Dopiero pod koniec lat 80. XX wieku wprowadzono żerdzie strunobetonowe wirowane, które przyczyniły się do zmian w konstrukcji nośnej. Obecnie dla stacji słupowych wyposażonych w transformator o mocy znamionowej do 400 kVA stosuje się standardowo rozwiązanie oparte na jednej żerdzi strunobetonowej wirowanej.

W stacji słupowej linia zasilająca SN połączona jest z transformatorem poprzez odłącznik z uziemnikiem lub rozłącznik z uziemnikiem i podstawy bezpiecznikowe SN. Bezpieczniki wysokiego napięcia stanowią zabezpieczenie zwarciowe transformatora i umiejscowione są w każdej fazie. Dodatkowo w przypadku zasilania kablowego występuje głowica kablowa SN.

Konstrukcja stacji umożliwia montaż ograniczników przepięć SN na każdej fazie, w celu ochrony transformatora przed przepięciami mogącymi wystąpić w linii SN. Wyposażenie stacji po stronie nn zależy od charakteru wyprowadzeń obwodów niskiego napięcia. Najczęściej są to bezpieczniki lub rozłączniki z bezpiecznikami zabezpieczającymi dane wyprowadzenia (linie sieci rozdzielczej niskiego napięcia) [9].

Stacje słupowe mogą być realizowane w wersji z pełnym wyposażeniem stron średniego i niskiego napięcia oraz w wersji z uproszczonym wyposażeniem po stronie średniego napięcia (np. bez podstaw bezpiecznikowych SN, bez pomostu obsługi) [13].

Stacje słupowe mogą być lokalizowane w odległości minimum 3 m od budynków wykonanych z materiałów niepalnych lub minimum 5 m od pozostałych budynków [12]. Realizacja budowy takich stacji jest szybka i łatwa. Rozwiązania są zestandaryzowane, proste i przejrzyste, a dzięki łatwemu dostępowi dla obsługi nie stwarzają problemów w eksploatacji. Przy czym obsługa stacji może odbywać się jedynie przy sprzyjających warunkach atmosferycznych, są to bowiem rozwiązania napowietrzne i występuje tu silny wpływ warunków zewnętrznych na eksploatację. Stacje słupowe wymagają ochrony odgromowej [12].

Stacje słupowe mają wiele wariantów rozwiązań, co pozwala na optymalny dobór ich wyposażenia, dostosowany do potrzeb inwestora. Mogą być użytkowane w bardzo zróżnicowanych warunkach na terenie całego kraju. Istnieją rozwiązania dla terenów górskich i trudno dostępnych, z przeznaczeniem do montażu ręcznego.

Stacje wnętrzowe SN/nn są – podobnie jak prefabrykowane kontenerowe stacje transformatorowe SN/nn – przeznaczone do zasilania odbiorców: miejskich, wiejskich, osiedlowych oraz przemysłowo-usługowych z sieci napowietrznej lub kablowej SN. Stacje te są budowane w dwóch wariantach: jako obiekty wolnostojące lub wbudowane w powstające obiekty. Mogą być realizowane również w budynku prefabrykowanym.

Stacje transformatorowe wolnostojące są małymi budynkami stawianymi na podstawie wykonanych indywidualnych projektów, zgodnie z zaleceniami technicznymi określonymi przez operatora systemu dystrybucyjnego. Postawienie takiego obiektu obwarowane jest odpowiednim reżimem technologicznym i wymaga m.in. wymurowania skorupy stacji, wylania fundamentów i kanałów kablowych oraz właściwego uszczelnienia budowli, aby zabezpieczyć obiekt przed wnikaniem wody do budynku stacji. Budynki przeznaczone pod takie stacje mają najczęściej trzy odrębne pomieszczenia, w których zlokalizowano transformator lub transformatory oraz rozdzielnicę SN i rozdzielnicę nn [9]. Przy czym zarówno rozwiązania tych rozdzielnic, układ połączeń, jak i liczba pól oraz ich wyposażenie są dostosowane do potrzeb inwestora i projektanta. W przypadku zasilania takiej stacji z sieci napowietrznej przewiduje się specjalne pole odgromowe dla ochrony przed wyładowaniami atmosferycznymi i przepięciami w sieci. Budowa stacji wnętrzowej wolnostojącej jest dość złożona, czasochłonna i stwarza wiele problemów zarówno na etapie przygotowania, jak i realizacji takiej inwestycji, zwłaszcza w obszarze formalnoprawnym, dlatego obecnie powszechnie stosuje się rozwiązania oparte na prefabrykowanych kontenerowych stacjach transformatorowych.

Stacje transformatorowe wbudowane stanowią część budynków o innym przeznaczeniu, np. budynków administracyjnych, handlowych, mieszkalnych, użyteczności publicznej. Są to stacje jedno- lub dwutransformatorowe, wyposażone w transformatory suche lub olejowe (o łącznej mocy znamionowej przeważnie nieprzekraczającej 630 kVA), lokalizowane na kondygnacjach przyziemia budynku [12]. Pomieszczenia stacyjne nie mają okien i są wykonane z materiałów niepalnych, a ściany i stropy stanowią oddzielenie pożarowe i są zabezpieczone przed przedostawaniem się cieczy i gazów. Drzwi komór transformatorowych wychodzą na zewnątrz budynków. W stacjach tych musi być m.in. zachowana odległość pozioma i pionowa, wynosząca minimum 2,8 m we wszystkich kierunkach od pomieszczeń, w których na stałe przebywają ludzie. Ponadto muszą być spełnione rygorystyczne warunki stawiane zarówno transformatorom, jak i komorom transformatorowym. Przy czym szczególnie ostre wymagania dotyczą aspektów przeciwpożarowych i odnoszą się do komór z transformatorami olejowymi.

Stacje transformatorowe prefabrykowane budynkowe realizuje się w budynku prefabrykowanym. Rozwiązania są zróżnicowane w zależności od mocy zainstalowanego transformatora i jego budowy. Stacje te umieszcza się w zabudowie miejskiej – przy zewnętrznych ścianach budynków, jeśli spełnione są warunki odporności ogniowej ścian – lub jako wolnostojące. Składają się z wydzielonych pomieszczeń: rozdzielni SN, rozdzielni nn oraz jednej lub dwóch komór transformatorów, i w zależności od potrzeb mogą być budowane jako jedno- lub dwupoziomowe. Przy czym transformatory i rozdzielnia SN są umieszczane na niższym poziomie. W stacjach tych przeważnie użytkowane są transformatory suche. Obecnie w zabudowie miejskiej z uwagi na dużą zajmowaną powierzchnię oraz wygląd zewnętrzny (estetykę) odchodzi się od budowy tego typu stacji na rzecz prefabrykowanych kontenerowych stacji transformatorowych (kioskowych) w obudowie betonowej lub metalowej [12].

Stacje wnętrzowe wieżowe stanowią specyficzną kategorię stacji wnętrzowych SN/nn przeznaczonych do zasilania przeważnie z sieci napowietrznej odbiorców zlokalizowanych w miastach i na terenach wiejskich. Wysokość stacji była dostosowana do doprowadzeń linii napowietrznych. Obecnie stacje tego typu są często likwidowane i zastępowane stacjami prefabrykowanymi kontenerowymi lub słupowymi [13].

Stacje podziemne SN/nn są stacjami przeznaczonymi do zasilania odbiorców miejskich i osiedlowych z sieci kablowo-napowietrznej SN w układzie pierścieniowym lub promieniowym, w oparciu o sieć kablową niskiego napięcia. Są to rozwiązania stosowane w miastach, w miejscach charakteryzujących się gęstą zabudową terenu, gdzie nie ma możliwości budowy stacji nadziemnej. Brak takiej możliwości może być np. związany z charakterem architektonicznym zabudowy, lokalizacją w obszarze podlegającym całkowitej ochronie konserwatora zabytków i wieloma innymi czynnikami.

Stacja ta stanowi szczelny, stalowy lub betonowy kontener o wymiarach dostosowanych do wielkości montowanych urządzeń, który wstawia się pod powierzchnię terenu. Z racji ograniczonych wymiarów zewnętrznych i trudnych warunków pracy najczęściej stacje te wyposażone są w: transformator o maksymalnej mocy 630 kVA, czteropolową rozdzielnicę SN w izolacji gazowej SF₆ oraz dwunastopolową rozdzielnicę nn z rozłącznikami bezpiecznikowymi [12]. W kanałach nad włazem i transformatorem zlokalizowane są otwory wentylacyjne, które zapewniają wymagane chłodzenie zarówno transformatora, jak i rozdzielnic SN i nn. Wejście do stacji realizowane jest od góry, poprzez otwory wentylacyjne. Rozwiązania konstrukcyjne, rozmieszczenia elementów stacji i jej wyposażenie są zbliżone do tego, które jest stosowane w małogabarytowych stacjach kontenerowych [12]. Różnica dotyczy bardzo ważnego elementu w kontekście bezpieczeństwa obsługi – sposobu uszczelnienia takiej stacji i odprowadzenia z niej wilgoci.

Stacje podziemne są stacjami o stosunkowo małej lub średniej mocy znamionowej, posiadają bowiem ograniczenia, do których należą m.in. wymiary stacji, dostęp z zewnątrz do urządzeń zainstalowanych w stacji i zapewnienie skutecznej wentylacji. Są ponadto dość uciążliwe w eksploatacji.

Wymagania stawiane rozwiązaniom stacji SN

Stosowane rozwiązania techniczne i konstrukcyjne w stacjach SN muszą spełniać aktualne wymagania prawne i normatywne.

Wymagania ogólne dla stacji SN określane są najczęściej przez operatora systemu dystrybucyjnego w wytycznych dotyczących standaryzacji tych stacji, standardach technicznych lub specyfikacjach funkcjonalnych. Przykładem takich dokumentów są: [5] i [6]. Proces projektowania i budowy tych stacji musi być realizowany zgodnie z zasadami wiedzy technicznej i obowiązującymi w tym zakresie aktami prawnymi (ustawami i rozporządzeniami), instrukcją ruchu i eksploatacji sieci dystrybucyjnej opracowaną przez operatora systemu dystrybucyjnego właściwego dla terenu lokalizacji stacji (np. [4]) oraz dokumentami technicznymi, opracowanymi przez wspomnianego operatora i normami przedmiotowymi, z których najważniejszymi są normy [7] oraz [8]. Przy czym najważniejszymi aktami prawnymi w tym obszarze są: ustawa Prawo budowlane [1] i akt wykonawczy do niej, czyli rozporządzenie ministra infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [2].

Norma PN-EN 62271-202:2014-12 [7] jest podstawową normą w odniesieniu do stacji prefabrykowanych SN. Norma ta dotyczy wymagań konstrukcyjnych, technicznych, wyposażenia oraz poszczególnych metod badań urządzeń. Obejmuje nie tylko główne komponenty stacji, takie jak transformator, rozdzielnica SN, rozdzielnica nn, ale również inne jej wyposażenie.

Powyższa norma jest ściśle powiązana z następującymi normami:

• PN-EN 62271-200:2022-02 Wysokonapięciowa aparatura rozdzielcza i sterownicza: Rozdzielnice prądu przemiennego w osłonach metalowych na napięcie znamionowe powyżej 1 kV do 52 kV włącznie,
• PN-EN 62271-1:2018-02 Wysokonapięciowa aparatura rozdzielcza i sterownicza. Część 1: Postanowienia wspólne,
• PN-EN IEC 61439-1:2021-10 Rozdzielnice i sterownice niskonapięciowe. Część 1: Postanowienia ogólne,
• PN-EN 60529:2003 Stopnie ochrony zapewnionej przez obudowy (kod IP).

W normie PN-EN 62271-202:2014-12 określono wymagania dotyczące zakresu badań typu kontenerowej stacji prefabrykowanej SN/nn, które są szczególnie ważne w aspekcie bezpiecznej i długotrwałej eksploatacji stacji. Obejmują one: sprawdzenie poziomu izolacji, sprawdzenie przyrostu temperatury dla komponentów zainstalowanych, określenie klasy obudowy w stacji, sprawdzenie obwodów uziemiających, próby funkcjonalności w celu sprawdzenia działania zestawu, sprawdzenie stopnia ochrony, sprawdzenie odporności obudowy stacji na narażenia mechaniczne, próby w warunkach łukowego zwarcia wewnętrznego (klasyfikacja IAC), sprawdzenie kompatybilności elektromagnetycznej oraz sprawdzenie poziomu hałasu (na życzenie użytkownika). Ponadto, w normie [7] zdefiniowano 6 klas obudowy: 5, 10, 15, 20, 25 i 30.

Dodatkowo określono, w zakresie wymagań konstrukcyjnych, wytyczne do prób obwodów uziemiających po stronie SN stacji, uzależniając procedurę próby od przewidywanego sposobu uziemienia punktu neutralnego sieci, w której stacja będzie eksploatowana [11]. Ponadto określono procedurę próby nagrzewania w oparciu o zasilenie obwodów SN i nn z dwóch niezależnych źródeł. Dodatkowo w omawianej normie wprowadzono obligatoryjne badania łukoodporności oraz klasyfikację odporności stacji na łuk wewnętrzny (IAC) [11]. Przyjęto również, że komponenty stacji muszą posiadać udokumentowane badania typu według znowelizowanych norm przedmiotowych.

W normie PN-EN 62271-202:2014-12 określono wymagania kompatybilności elektromagnetycznej w sytuacji, gdy komponenty stacji zawierają elementy elektroniczne. Ponadto określono procedurę optymalnego doboru stacji do warunków w miejscu przyszłej eksploatacji [7].

Obok wspomnianych wymagań prawnych i normatywnych rozwiązania techniczne i konstrukcyjne w stacjach SN muszą spełniać jeszcze inne wymagania. Obejmują one m.in.: dostateczną niezawodność pracy stacji, łatwość eksploatacji, spełnienie wymagań dotyczących warunków zasilania odbiorców (rezerwowanie zasilania), możliwość łatwej rozbudowy, bezpieczeństwo personelu obsługującego oraz możliwie najmniejsze nakłady inwestycyjne i koszty eksploatacyjne [9]. Wymagania te decydują m.in. o jakości, pewności i niezawodności dostaw energii elektrycznej do odbiorców końcowych i dlatego muszą być spełnione zarówno w warunkach pracy normalnej, jak i zakłóceniowej.

Wybrane parametry stacji prefabrykowanych SN/nn

Stacje prefabrykowane SN/nn charakteryzuje wiele różnorodnych parametrów. Znajdują się wśród nich specjalistyczne parametry istotne w aspekcie bezpieczeństwa użytkowania. W przypadku stacji kontenerowych należą do nich m.in. znamionowa klasa obudowy i klasa odporności stacji na łuk wewnętrzny.

Znamionowa klasa obudowy jest to wielkość charakterystyczna dla znamionowej, maksymalnej mocy transformatora w stacji. Określa ona współczynnik obciążenia transformatora, który zapewnia nieprzekroczenie granicznych przyrostów temperatur wewnątrz stacji [10]. Mniejsza wartość tego współczynnika wskazuje, że system wentylacji stacji jest sprawniejszy.

W zależności od dopuszczalnego granicznego przyrostu temperatury Δt wyróżnia się 6 klas obudowy: klasa 5 (Δt ≤ 5ºK), klasa 10 (Δt ≤ 10ºK), klasa 15 (Δt ≤ 15ºK), klasa 20 (Δt ≤ 20ºK), klasa 25 (Δt ≤ 25ºK) i klasa 30 (Δt ≤ 30ºK).

Klasę obudowy stacji należy dobrać odpowiednio do rodzaju transformatora (olejowy, suchy) i poziomu jego mocy znamionowej. Przy czym należy dodatkowo uwzględnić zakładany współczynnik obciążenia i temperaturę otoczenia.

Klasyfikacja odporności stacji na łuk wewnętrzny (IAC) obejmuje 3 klasy ochrony: IAC-A, IAC-B i IAC-AB.

Klasa IAC-A gwarantuje bezpieczeństwo uprawnionemu personelowi wewnątrz stacji przy drzwiach otwartych dla stacji obsługiwanej od wewnątrz oraz po stronie wysokiego napięcia stacji przy drzwiach otwartych dla stacji obsługiwanej od zewnątrz.

Klasa IAC-B gwarantuje bezpieczeństwo wszystkim osobom postronnym w pobliżu stacji, z drzwiami zamkniętymi dla stacji z obsługą z zewnątrz i/lub od wewnątrz.

Klasa IAC-AB gwarantuje bezpieczeństwo osobom obsługującym oraz postronnym. W tym przypadku należy spełnić warunki zarówno dla klasy IAC-A, jak i klasy IAC-B.

Przyjęcie właściwej klasy obudowy i klasy odporności na łuk wewnętrzny stanowi jeden z istotnych warunków bezpiecznej i długotrwałej eksploatacji kontenerowej prefabrykowanej stacji elektroenergetycznej.

Usytuowanie kontenerowych stacji prefabrykowanych SN w terenie

Usytuowanie prefabrykowanych stacji transformatorowych w terenie, które umożliwia ich bezpieczną pracę, wynika z obowiązujących przepisów przeciwpożarowych dotyczących obiektów budowlanych. Przy czym najważniejszym przepisem w tym obszarze jest wspomniane rozporządzenie [2].

Stacje elektroenergetyczne w świetle tych przepisów – z uwagi na przeznaczenie i sposób użytkowania – zalicza się do kategorii użytkowania PM, jako produkcyjne i magazynowe. Budynki dzieli się na pięć klas odporności pożarowej: A, B, C, D, E. Każda klasa ma przypisane odpowiednie wymagania co do konstrukcji ścian i stropodachów. Przedstawia to tabela 1.

Elementem określającym zagrożenie budynku pod względem pożarowym dla otoczenia jest gęstość obciążenia ogniowego Q. Wielkość ta określa ilość ciepła wydzielonego przy spalaniu danego medium (oleju transformatorowego w przypadku stacji transformatorowych) w przeliczeniu na jednostkę powierzchni użytkowej budynku i jest mierzona w jednostkach MJ/m² [10]. Dla stacji transformatorowych wartość ta w większości przypadków mieści się w granicach 1000 < Q < 4000 MJ/m² – w zależności od mocy transformatora i powierzchni stacji.

Gęstość obciążenia ogniowego Q maleje proporcjonalnie do zmniejszających się mocy transformatorów i odwrotnie proporcjonalnie do powierzchni stacji. Przykładowe wartości dla stacji STLm-1b i STLm-2b produkcji Elektromontaż Lublin przedstawia tabela 2. [15]. 

Dla stacji MRw-b 20/630-4 produkcji ZPUE Włoszczowa gęstość obciążenia ogniowego Q wynosi 2084 MJ/m² – w sytuacji wyposażenia tej stacji w transformator olejowy – i jest mniejsza niż 1000 MJ/m² – jeśli wyposażenie stanowi transformator suchy [16].

W zależności od gęstości obciążenia ogniowego Q, wyznacza się klasę odporności pożarowej budynku stacji oraz klasę odporności ogniowej elementów oddzielenia przeciwpożarowego. Przedstawia to tabela 3.

W sytuacji, gdy gęstość obciążenia ogniowego waha się w granicach 1000 < Q ≤ 4000 MJ/m², klasa odporności ogniowej elementów (ścian) oddzielenia przeciwpożarowego dla tych stacji powinna wynosić REI 120. Jeśli wartość Q ≤ 1000 MJ/m² (stacje z transformatorami o mniejszych mocach), klasa odporności ogniowej elementów oddzielenia przeciwpożarowego powinna wynosić REI 60. Natomiast jeśli Q > 4000 MJ/m² (stacje z transformatorami o dużych mocach), klasa odporności ogniowej elementów oddzielenia przeciwpożarowego powinna wynosić REI 240.

Gęstość obciążenia ogniowego Q umożliwia również określenie minimalnych odległości pomiędzy stacją transformatorową a budynkami.

Dla standardowego poziomu obciążenia ogniowego Q stacji prefabrykowanej (1000 < Q ≤ 4000 MJ/m²) wynoszą one odpowiednio:

• w sytuacji zagrożenia ludzi (ZL) – 15 m,
• dla budynków produkcyjnych i magazynowych (PM) – 15 m,
• dla budynków inwentarskich (IN) – 15 m,
• w sytuacji zagrożenia wybuchem (Q > 4000) – 20 m,
• do granicy działki niezabudowanej – 7,5 m,
• do granicy lasu – 22,5 m [10].

Podane odległości stacji nie dotyczą następujących przypadków:

• ściana stacji lub sąsiedniego budynku jest ścianą oddzielenia przeciwpożarowego właściwą dla obydwu budynków,
• budynki oddzielone są od siebie ścianą oddzielenia przeciwpożarowego, spełniającą wymagania dla obu budynków,
• ściany stacji i budynku tworzą między sobą kąt nie mniejszy niż 120°,
• stacja i budynek położone są na jednej działce budowlanej i łączna powierzchnia wewnętrzna obu budynków nie przekracza dopuszczalnej powierzchni strefy pożarowej wymaganej dla każdego ze znajdujących się na tej działce rodzajów budynków.

Przy usytuowaniu budynku stacji na działce budowlanej, ze względu na bezpieczeństwo pożarowe, powinny być zachowane odległości między budynkami i urządzeniami terenowymi oraz odległości od granic działki i od zabudowy na sąsiednich działkach budowlanych, określone we wspomnianym rozporządzeniu [2]. Niekiedy trzeba również brać pod uwagę wymagania zawarte w odrębnych przepisach, np. higieniczno-sanitarnych, o bezpieczeństwie i higienie pracy, o ochronie przeciwpożarowej oraz o drogach publicznych.

Wnioski

W kraju spotyka się wiele rozwiązań technicznych i konstrukcyjnych stacji elektroenergetycznych SN, są wśród nich stacje: prefabrykowane (betonowe i metalowe, kontenerowe, zagłębione i podziemne), wnętrzowe (wbudowane, prefabrykowane budynkowe i wieżowe), kontenerowe (tymczasowe i przemieszczalne) oraz słupowe. Przy czym najczęściej w sieci dystrybucyjnej SN występują stacje prefabrykowane kontenerowe i stacje słupowe.

Obecnie na rynku krajowym jest dostępnych bardzo wiele nowoczesnych, różnorodnych rozwiązań w zakresie stacji SN o zróżnicowanych parametrach technicznych, odznaczających się wysokim poziomem jakości, niezawodności i bezpieczeństwa, które w pełni umożliwiają wybór przez projektanta konstrukcji najbardziej przydatnej do określonych warunków eksploatacyjnych i środowiskowych, z jednoczesnym uwzględnieniem możliwości finansowych i życzeń inwestora (użytkownika), którym często jest operator systemu dystrybucyjnego.

Proces projektowania i budowy stacji SN musi być realizowany zgodnie z zasadami wiedzy technicznej i obowiązującymi w tym zakresie aktami prawnymi (ustawami i rozporządzeniami), instrukcją ruchu i eksploatacji sieci dystrybucyjnej, opracowaną przez operatora systemu dystrybucyjnego właściwego dla terenu lokalizacji stacji, oraz dokumentami technicznymi, opracowanymi przez wspomnianego operatora, a także z normami przedmiotowymi, z których najważniejszymi są normy: PN-EN 62271-202:2014-12 Wysokonapięciowa aparatura rozdzielcza i sterownicza: stacje transformatorowe prefabrykowane wysokiego napięcia na niskie napięcie oraz PN-EN IEC 61936-1:2022-04 Instalacje elektroenergetyczne o napięciu wyższym od 1 kV AC i 1,5 kV DC. Część 1: AC.

Bezpieczeństwo użytkowania stanowi bardzo ważny czynnik oceny rozwiązań stacji SN/nn. W przypadku stacji kontenerowych szczególnie ważne w aspekcie bezpiecznej i długotrwałej ich eksploatacji jest posiadanie przez taką stację badań typu, których zakres określono w normie PN-EN 62271-202:2014-12, przyjęcie odpowiedniej klasy obudowy i klasy odporności na łuk wewnętrzny oraz właściwe usytuowanie jej w terenie, wynikające z obowiązujących przepisów przeciwpożarowych dotyczących obiektów budowlanych.

Literatura

1. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. - Prawo budowlane (T.j. Dz. U. z 2019 r., poz. 1186).   
2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12.04.2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. z 2019 r., poz. 1065 z późn. zm.). 
3. Sprawozdanie z wyników monitorowania bezpieczeństwa dostaw energii elektrycznej za okres od dnia 1 stycznia 2015 do dnia 31 grudnia 2016, Minister Energii, Warszawa, 2017.  
4. Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Sieci Dystrybucyjnej. Tekst jednolity: TAURON Dystrybucja S.A., Kraków 2017. 
5. Standard techniczny 25/2017 – Stacje transformatorowe słupowe SN/nN do stosowania w TAURON Dystrybucja S.A., TAURON Dystrybucja S.A., Kraków 2017. 
6. Wytyczne nr 5/1/B/2013 w sprawie standaryzacji stacji transformatorowych wnętrzowych SN/nN w TAURON Dystrybucja S.A., TAURON Dystrybucja S.A. 2013. 
7. PN-EN 62271-202:2014-12 Wysokonapięciowa aparatura rozdzielcza i sterownicza: stacje transformatorowe prefabrykowane wysokiego napięcia na niskie napięcie.  
8. PN-EN IEC 61936-1:2022-04 Instalacje elektroenergetyczne o napięciu wyższym od 1 kV AC i 1,5 kV DC - Część 1: AC.
9. W. Dołęga, Stacje elektroenergetyczne, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2007.
10. Praca zbiorowa pod redakcją A. Rynkowskiego i W. Jabłońskiego: Sieci, instalacje i urządzenia elektroenergetyczne o napięciu powyżej 1 kV. Poradnik inżyniera elektryka, projektanta i inwestora, Wydawnictwo Verlag Dashofer Sp. z o.o., Warszawa 2013. 
11. W. Dołęga, Kontenerowe stacje prefabrykowane SN – wybrane aspekty bezpieczeństwa. Wiadomości Elektrotechniczne, nr 10/2016, str. 27–29.
12. W. Dołęga, Stacje elektroenergetyczne SN – przegląd rozwiązań technicznych i konstrukcyjnych. Energetyka, nr 3/2018, str. 136–141.
13. W. Dołęga, Wiejskie stacje elektroenergetyczne SN. Energetyka, nr 5/2017, str. 316–320.
14. Katalog do projektowania 2010. Kontenerowe stacje transformatorowe. Rozdzielnice średniego napięcia. Rozdzielnice niskiego napięcia. Słupowe stacje transformatorowe. Linie napowietrzne SN i nn, ZPUE Włoszczowa 2010.
15. elektromontaz-lublin.pl
16. zpue.pl

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!