Stacje z transformatorami, w których następuje przetwarzanie i rozdział energii elektrycznej na różnych poziomach napięć, nazywa się stacjami transformatorowo-rozdzielczymi. Rozróżnia się stacje energetyki zawodowej oraz stacje przemysłowe zasilające zakłady przemysłowe lub ich części. Wyróżnia się też stacje miejskie i wiejskie zasilające odbiorców komunalnych.

Najczęściej spotykane są stacje transformatorowo-rozdzielcze obniżające napięcie średnie np. 20 kV, czy 15 kV na 0,4 kV. Stąd przyjęła się nazwa stacje SN/nn. Stacje SN/nn mogą być:
• napowietrzne (słupowe),
• wnętrzowe,
• kontenerowe (małowymiarowe) miejskie wolnostojące.

Kontenerowa stacja transformatorowa w obudowie betonowej typu MRw-b3. Stacje produkowane przez firmę ZPUE są przewożone na miejsce i instalowane jako kompletnie wyposażone

Stacje transformatorowe słupowe SN/nn

Słupowe stacje transformatorowe służą do zasilania energią elektryczną odbiorców miejskich, osiedlowych, wiejskich oraz zakładów przemysłowo-handlowych. Stacje słupowe mogą być wsparte na konstrukcjach z żerdzi betonowych wirowych, stalowych i, rzadko, drewnianych. Budowa słupowych stacji transformatorowych pomyślana jest jako krańcowy element w linii średniego i niskiego napięcia. W liniach średniego napięcia mogą one również pełnić funkcję słupów przelotowych. Są one zaprojektowane tak, aby konstrukcja umożliwiała montaż transformatorów o mocy do 400 kVA, których masa nie będzie większa od 1650 kg. Ze względu na moc i masę transformatorów stacje podzielone są na trzy zasadnicze grupy: do 100 kVA, od 160 do 250 kVA i 400 kVA.
Zazwyczaj linia napowietrzna zasilająca stację od strony średniego napięcia jest połączona z transformatorem przez odłącznik (rozłącznik) z uziemnikiem i podstawy bezpiecznikowe SN. W podobny sposób połączona jest z transformatorem wprowadzona na stację i zakończona głowicami linia kablowa zasilająca SN. Konstrukcje stacji umożliwiają montaż ograniczników przepięć średniego napięcia. Stacje napowietrzne słupowe mogą występować w wersji uproszczonej, tzn. bez podstaw bezpiecznikowych SN. Stacje uproszczone nie mają zamontowanych pomostów do obsługi.
Po stronie niskiego napięcia wyposażenie stacji uwarunkowane jest charakterem wyprowadzeń obwodów. Rozdział obwodów nn w zależności od potrzeb może być wykonany z zastosowaniem rozdzielnic montowanych na żerdzi stacyjnej lub wolnostojących u podnóża słupa, złączy kablowych wolnostojących, szaf oświetleniowych słupowych i wolnostojących oraz rozłączników słupowych.
Połączenia transformator – rozdzielnica niskiego napięcia przeważnie wykonuje się kablami YAKY lub YKY. Podobnie realizuje sie połączenia rozdzielnic i szaf słupowych z napowietrznymi obwodami nn wykonanymi przewodami gołymi.
Przewody izolowane linii niskiego napięcia mogą być wprowadzone bezpośrednio do rozdzielnicy. Kable i przewody prowadzone na stacji mogą być instalowane na drabinkach kablowych lub za pomocą uchwytów i taśm mocowanych bezpośrednio do żerdzi.

Stacje wnętrzowe

W stacjach kontenerowych stosuje się rozwiązania powtarzalne podobne do normalnych stacji wnętrzowych. Mogą one różnić się między sobą usytuowaniem urządzeń w zależności od potrzeb lub wymiarów pomieszczeń. Stacje tego rodzaju mają zazwyczaj moc od 100 kVA do 5000 kVA. Moc stacji jest determinowana przez moc zainstalowanych transformatorów. Stacje kontenerowe prefabrykowane są przystosowane do pracy w normalnych warunkach atmosferycznych.

Kontenerowa stacja dwutransformatorowa z obsługą wewnętrzną, typu STLmb-6 firmy Elektromontaż-Lublin

Eksploatacja stacji transformatorowo-rozdzielczych

Eksploatacją urządzeń elektroenergetycznych mogą zajmować się tylko osoby upoważnione, posiadające świadectwo kwalifikacyjne w zakresie eksploatacji lub dozoru nad eksploatacją urządzeń elektroenergetycznych. Świadectwo takie uzyskuje się w drodze egzaminu przed komisją kwalifikacyjną powołaną na podstawie Prawa energetycznego. Szczegółowe wymagania w stosunku do osób egzaminowanych określone są w rozporządzeniu Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 28 kwietnia 2003 r. w sprawie szczegółowych zasad stwierdzania posiadania kwalifikacji przez osoby zajmujące się eksploatacją urządzeń, instalacji i sieci (Dz. U. nr 89/2003, poz. 828) z uwzględnieniem późniejszych zmian. Eksploatacja urządzeń elektroenergetycznych powinna być prowadzona na podstawie instrukcji eksploatacji, która powinna m.in. zawierać:
• charakterystykę techniczną urządzeń elektroenergetycznych,
• opis układów automatyki, pomiarów, sygnalizacji, zabezpieczeń i sterowań,
• schematy, rysunki, opisy i wykresy,
• opis czynności związanych z uruchomieniem, obsługą w czasie pracy i zatrzymaniem w normalnych warunkach pracy urządzenia,
• zasady postępowania w razie awarii lub zakłóceń w pracy urządzenia,
• wymagania w zakresie: konserwacji, napraw, remontów, oględzin i przeglądów eksploatowanego urządzenia (stacji transformatorowo-rozdzielczej) oraz terminy przeprowadzania tych czynności,
• zakresy i terminy wykonywania zapisów ruchowych,
• wymagania bezpieczeństwa i higieny pracy oraz przepisów przeciwpożarowych dla danej grupy urządzeń energetycznych oraz wymagania kwalifikacyjne dla osób zajmujących się eksploatacja tych urządzeń,
• identyfikację zagrożeń dla zdrowia i życia ludzkiego oraz dla środowiska naturalnego związanych z eksploatacją danego urządzenia,
• wytyczne dotyczące organizacji prac eksploatacyjnych,
• wymagania dotyczące środków ochrony zbiorowej i indywidualnej, zapewnienia asekuracji, łączności oraz innych organizacyjnych i technicznych środków ochrony w celu ograniczenia ryzyka zawodowego.
W skład instrukcji eksploatacji powinny również wchodzić: dokumentacja techniczna, zawierająca m.in. projekt techniczny z naniesionymi wszystkimi zmianami powstałymi w czasie budowy oraz eksploatacji urządzenia, fabryczne instrukcje obsługi, protokoły z badań odbiorczych i okresowych, protokoły z oględzin i przeglądów okresowych. W razie potrzeby instrukcja eksploatacji urządzeń elektroenergetycznych powinna zawierać dodatkowe szczegółowe wymagania oraz okresowe aktualizacje.
Stacja transformatorowo-rozdzielcza powinna być przekazana do remontu lub wycofana z eksploatacji, jeżeli będzie stwierdzone:
• pogorszenie się stanu technicznego poniżej wartości dopuszczalnych określonych w instrukcji eksploatacji i dokumentacji producenta,
• uszkodzenie zagrażające bezpieczeństwu obsługi lub otoczenia,
• nadmierne zwiększenie energochłonności.
Do prowadzenia eksploatacji niezbędne jest wyposażenie stacji w sprzęt ochronny w ilościach i asortymencie zależnym od sposobu organizacji jej obsługi oraz w sprzęt przeciwpożarowy i gaśniczy.

Bezpieczeństwo obsługi

Ważnym aspektem bezpiecznej pracy jest bezwarunkowe podporządkowanie się zaleceniom tabliczek informacyjnych i ostrzegawczych umieszczonych na drzwiach pól rozdzielczych. Wymianę, naprawę, konserwację aparatów, izolatorów oraz szyn można przeprowadzać tylko w stanie beznapięciowym po uprzednim przygotowaniu miejsca pracy. Należy pamiętać o prawidłowej kolejności manewrowania aparatami łączeniowymi. W zależności od konstrukcji i przeznaczenia rozdzielnice SN wyposaża się w różnorakie urządzenia i blokady mechaniczne i elektromechaniczne zapewniające bezpieczeństwo pracy, m.in.:
• blokady elektryczne i mechaniczne uniemożliwiające wykonywanie błędnych czynności łączeniowych,
• uziemniki,
• okienka rewizyjne,
• blokady otwierania drzwi i pokryw pod napięciem,
• blokady otwarcia / zamknięcia odłącznika,
• blokady związane z obsługą członu wysuwnego.

Transformator suchy żywiczny TTVA 800/15 w wykonaniu próżniowym montowany w stacjach transformatorowych firmy Trafta

Rodzaje konstrukcji stacji i rozdzielnic

Konstrukcje stacji i rozdzielnic są bardzo zróżnicowane. Można je dzielić według różnych kryteriów. Podstawowe kryteria podziału konstrukcji rozdzielnic to:
• rodzaj izolacji elektrycznej – rozdzielnice w izolacji powietrznej, gazowej SF6 czy żywicznej,
• sposób wykonania ochrony przed dotykiem bezpośrednim – rozdzielnice otwarte, osłonięte, częściowo osłonięte,
• możliwość dostępu do aparatury – rozdzielnice z dostępem jedno- i dwustronnym,
• sposób montażu aparatury w polu rozdzielnicy – rozdzielnice jedno- i dwuczłonowe.
Sposoby wykonania ochrony przed dotykiem pośrednim charakteryzowane są za pomocą kodu IPXX. Rozdzielnice nieosłonięte (otwarte) i częściowo osłonięte przeznaczone są do instalowania w pomieszczeniach ruchu elektrycznego dostępnych wyłącznie dla wykwalifikowanej obsługi. Rozdzielnice osłonięte o stopniu ochrony IP4X lub wyższym przeznaczone są do instalowania w miejscach ogólnie dostępnych, np. w pomieszczeniach i halach przemysłowych, niekoniecznie w wydzielonych pomieszczeniach, jak najbliżej środka obciążenia elektrycznego.

Rozdzielnice modułowe i kompaktowe
Rozdzielnice mogą być budowane jako modułowe i kompaktowe z przeznaczeniem do sieci magistralnych i pętlowych. Rozdzielnice modułowe składane są z jednakowych członów montażowych zawierających pola o różnym przeznaczeniu, np. liniowe, transformatorowe, kablowe, odgromnikowe, pomiarowe. Zaletą systemu modułowego jest możliwość zestawiania poszczególnych pól w miejscu instalacji rozdzielnicy bez konieczności ingerencji w wyposażenie wewnętrzne oraz możliwość łatwej rozbudowy.

Konstrukcje jedno- i wieloprzedziałowe
Rozdzielnice średniego napięcia budowane są w formie konstrukcji jednoprzedziałowych (bezprzedziałowych) lub wieloprzedziałowych. W rozdzielnicach bezprzedziałowych wszystkie aparaty i osprzęt zainstalowane są w całej przestrzeni szafy bez wyodrębniania jej części. W rozdzielnicach wieloprzedziałowych poszczególne części wyposażenia – szyny zbiorcze, doprowadzenia i odprowadzenia, obwody pomocnicze, aparaty łączeniowe stacjonarne i wysuwne – instalowane są w wydzielonych przedziałach. Przedziały mogą być dostępne dla obsługi całkowicie lub częściowo, albo w ogóle niedostępne. Wyodrębnienie poszczególnych przedziałów zwiększa niezawodność funkcjonowania rozdzielnicy i bezpieczeństwo jej obsługi.
Konstrukcje wieloprzedziałowe umożliwiają znaczne ograniczenie skutków zwarć łukowych poprzez zamknięcie tych zwarć w przestrzeni jednego przedziału bez narażenia wyposażenia innych przedziałów na uszkodzenie lub zniszczenie.
Rozdzielnice średniego napięcia oferowane są z pojedynczym lub z podwójnym systemem szyn zbiorczych. Rozdzielnice składające się z większej liczby pól są zazwyczaj sekcjonowane z podwójnym układem szyn zbiorczych poziomym lub pionowym.

Kontenerowa stacja dwutransformatorowa typu STLmb-8 z obsługą wewnętrzną (Elektromotaż-Lublin)

Rozdzielnice w izolacji powietrznej
Najbardziej rozpowszechnione są konstrukcje rozdzielnic z izolacją powietrzną pomiędzy częściami urządzeń należących do różnych faz i ziemią, jedno- i dwuczłonowe z pojedynczym systemem szyn zbiorczych. W rozdzielnicy jednoczłonowej wszystkie aparaty są umocowane na stałe do jej konstrukcji. Utrudnia to konserwację i ewentualną naprawę oraz wydłuża czas przerwy beznapięciowej w przypadku uszkodzenia któregoś z aparatów. W polach jednoczłonowych wymagane jest stosowanie odłączników. W rozdzielnicy dwuczłonowej część aparatów mocowana jest na stałe do konstrukcji, część zaś, zwłaszcza łącznik główny, na członie wysuwnym. Ułatwia to bieżące konserwacje i przeglądy, a nawet szybką wymianę uszkodzonego łącznika na rezerwowy.
Znaczną poprawę niezawodności i bezpieczeństwa urządzeń o izolacji powietrznej uzyskuje się przez budowę rozdzielnic wieloczłonowych. Poszczególne urządzenia umieszczane są w oddzielnych przedziałach – szynowym, łącznikowym, kablowym itp. Celem takich rozwiązań jest ograniczenie zwarć i rozprzestrzeniania się ich skutków na całe pole, a nawet rozdzielnię. Wadą jest większy koszt. Rozdzielnice tego rodzaju bazują na kombinacji izolacji powietrznej i próżniowej aparatury łączeniowej (niekiedy aparatury z izolacją gazową SF₆).

Rozdzielnice w izolacji gazowej SF₆
Zastosowanie SF₆ jako izolacji radykalnie zwiększa poziom bezpieczeństwa obsługi i niezawodność rozdzielni. Rozdzielnice z sześciofluorkiem siarki charakteryzują się bardzo długimi okresami między przeglądami – dochodzącymi do 10 lat – uproszczonymi wymaganiami w zakresie bezpośredniej obsługi m.in. dzięki zastosowaniu szeregu blokad mechanicznych uniemożliwiających wykonanie błędnych połączeń oraz mniejszymi wymiarami. Ich wadą jest wysoki koszt w porównaniu z rozdzielnicami z izolacją powietrzną.
Zasady pracy rozdzielnic w izolacji gazowej SF₆ oraz przeznaczenie poszczególnych pól są identyczne, jak w rozdzielnicach z izolacją powietrzną. Główna różnica polega na zastosowaniu czynnika izolacyjnego o lepszych niż powietrze właściwościach dielektrycznych. Dzięki dobrej przewodności cieplnej, gaz SF6 umożliwia intensywną wymianę ciepła pomiędzy łukiem elektrycznym i otaczającym go środowiskiem. Po zgaszeniu łuku odbudowa wytrzymałości dielektrycznej przerwy między stykami łącznika odbywa się dzięki zjawisku wychwytywania elektronów występujących w gazie w chwili przejścia prądu przez zero.

Stacja transformatorowa typu INSp/3 firmy Inova o mocy 400 kVA i 630 kVA do stosowania w wyrobiskach podziemnych zakładów górniczych niezagrożonych wybuchem

Rozdzielnice z izolacją żywiczną
W tego typu rozdzielnicach stosuje się żywice epoksydowe do izolacji obwodów pierwotnych. Wszystkie części będące pod napięciem pokryte są żywicą epoksydową, dzięki czemu są one odseparowane między sobą, co zapobiega powstawaniu łuków wewnętrznych. Części obwodu pierwotnego łączone są ze sobą w tulejach gumowych, pozwalających na utrzymanie tego samego poziomu izolacji wszystkich obwodów.

Stacja transformatorowa napowietrzna zrealizowana przez firmę Elektroeco (źródło: elektroeco.net)

Pola rozdzielnic

Zasadniczymi elementami konstrukcyjnymi rozdzielnic średniego napięcia, które umożliwiają ich budowę i konfigurację, są wyodrębnione części, nazywane polami, o określonym przeznaczeniu. Zawierają one aparaty przeznaczone do wykonywania określonych funkcji. Rozróżnia się następujące podstawowe rodzaje pól:
• liniowe (dopływowe i odpływowe, napowietrzne i kablowe),
• transformatorowe,
• sprzęgłowe,
• pomiarowe,
• odgromnikowe.
We wszystkich rozdzielnicach istnieje możliwość instalowania aparatury do pomiarów kontrolnych lub rozliczeniowych mocy czynnej i biernej wraz z przekładnikami, kondensatorów do poprawy współczynnika mocy, wskaźników przepływu prądu zwarciowego i ograniczników przepięć.
Producenci oferują dodatkowe wyposażenie pól ułatwiające i zwiększające bezpieczeństwo eksploatacji, m.in. panele sterownicze, automatykę, wskaźniki położenia zestyków aparatury łączeniowej, komplety blokad elektrycznych i mechanicznych, blokady: uziemnik-rozłącznik, uziemnik-drzwi (pokrywy), dwustronnie uziemiane wkładki bezpiecznikowe w polu transformatorowym, zdalne napędy silnikowe, dzielniki reaktancyjne, wskaźniki obecności napięcia.
Pola rozdzielnic umieszczone są w metalowych obudowach zawierających określone czynniki izolacyjne. Czynnikiem izolacyjnym może być powietrze wraz z izolacją stałą szyn zbiorczych i elementów łączących lub gaz izolacyjny – sześciofluorek siarki SF₆. W tego rodzaju rozdzielnicach szyny zbiorcze i niektóre aparaty umieszczone są w szczelnych zbiornikach wypełnionych sześciofluorkiem siarki. Inną opcją jest zastosowanie łączników próżniowych.

Opracowano na podstawie
materiałów firmowych oraz
powołanych w tekście
norm i przepisów