Ηλεκτροδότηση αστικών περιοχών με Υποσταθμούς Κλειστού Τύπου Υψηλής Τάσης/Μέσης Τάσης (ΥΤ/ΜΤ) - Ανάλυση περιβαλλοντικών επιπτώσεων από τη λειτουργία τους και μέτρα για τη διαχείρισή τους

Distribution of electric power in urban areas with High Voltage / Medium Voltage (HV / MT) Indoor Substations - Analysis of environmental impacts from their operation and measures for their management (Αγγλική)

  1. MSc thesis
  2. Λιάπης, Ιωάννης
  3. Διαχείριση Τεχνικών Έργων (ΔΧΤ)
  4. 16 Μαίου 2021 [2021-05-16]
  5. Ελληνικά
  6. 147
  7. Ευαγγελινός, Κωνσταντίνος
  8. Τσαγκαράκης, Κωνσταντίνος
  9. Υποσταθμοί ΥΤ | Διαχείριση μονωτικού ελαίου Μ/Σ | Ηλεκτροδότηση αστικών περιοχών με Υ/Σ κλειστού τύπου | Περιβαλλοντικές επιπτώσεις Υ/Σ | Διαχείριση εξαφθοριούχου θείου (SF6) σε εξοπλισμό υψηλής τάσης
  10. 1
  11. 13
  12. 33
  13. Περιέχει: εικόνες
    • Οι Υποσταθμοί (Υ/Σ) υποβιβασμού της τάσης από Υψηλή σε Μέση συνιστούν τα κομβικά σημεία μέσω των οποίων εγχέεται η ηλεκτρική ισχύς από το δίκτυο Υψηλής Τάσης (ΥΤ) στο δίκτυο Μέσης Τάσης (ΜΤ). Τα εξυπηρετούμενα φορτία μίας γεωγραφικής περιοχής εξελίσσονται δυναμικά, με συνέπεια η ζώνη δράσης του Υ/Σ που τα τροφοδοτεί να συρρικνώνεται διαχρονικά, στο μέτρο που αυξάνονται τα αντίστοιχα φορτία. Έτσι, προκύπτει η ανάγκη δημιουργίας νέων Υ/Σ σε θέσεις ενδιάμεσες ως προς τις ήδη υπάρχουσες, ώστε να διασφαλίζεται η αξιοπιστία και ποιότητα της τροφοδότησης των καταναλωτών. Συγκεκριμένα, σε πολύ πυκνοδομημένες ζώνες αστικών περιοχών, το βήμα των Υ/Σ είναι κάτω των 3 km και τούτο παρά τη σημαντική εγκατεστημένη ισχύ τους. Η εξυπηρέτηση πυκνοκατοικημένων αστικών περιοχών, όπου είναι αντικειμενικά αδύνατη η υπαίθρια εγκατάσταση των Υ/Σ (ενδεικτικά αναφέρεται ότι για ένα Υ/Σ υπαίθριου τύπου απαιτείται έκταση της τάξεως των 15 στρεμμάτων και διέλευση εναέριων γραμμών ΥΤ), κατά πάγια διεθνή πρακτική γίνεται μέσω Υ/Σ υποβιβασμού κλειστού τύπου με υπόγεια τροφοδότηση. Παρόμοιοι Υ/Σ λειτουργούν σε κεντρικές θέσεις σε όλα τα μεγάλα αστικά κέντρα της Ευρώπης και του υπόλοιπου κόσμου και καθιστά τεχνικά εφικτή την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε εκτεταμένους και πυκνούς πολεοδομικούς ιστούς. Η ανάγκη εγκατάστασης ενός νέου Υ/Σ σε μια ευρύτερη περιοχή, εισάγει το πρόβλημα της χωροθέτησής του. Η βασική αρχή που εφαρμόζεται είναι της κεντροβαρικής θέσης των Υ/Σ ως προς τα φορτία που πρόκειται να εξυπηρετήσουν σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας. Η επιλογή αυτή επιβάλλεται για σειρά τεχνικών και οικονομικών λόγων που συνδέονται με την προκύπτουσα ελαχιστοποίηση του μήκους των γραμμών του δικτύου, όπως ο περιορισμός των απωλειών κατά τη διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας και η εξασφάλιση ικανοποιητικού επιπέδου αξιοπιστίας και ποιότητας τάσεως για τους ηλεκτροδοτούμενους καταναλωτές. Συνεπώς, οι Υ/Σ που προορίζονται για την ηλεκτροδότηση πυκνοκατοικημένων αστικών περιοχών αναγκαστικά κατασκευάζονται στο εσωτερικό των περιοχών αυτών, όπου επιτυγχάνεται σημαντική μείωση του μήκους των γραμμών ΜΤ και εξασφαλίζεται η ομοιόμορφη γεωγραφική τους διασπορά. Με τον τρόπο αυτό περιορίζονται σημαντικά οι απώλειες ηλεκτρικής ενέργειας, οι οποίες μετατρέπονται σε θερμότητα κατά μήκος των γραμμών εξαιτίας της ωμικής τους αντίστασης, παράγοντας με ουσιαστική περιβαλλοντική διάσταση και σημασία, δεδομένου ότι οι αυξημένες ηλεκτρικές απώλειες συνεπάγονται σπατάλη πρωτογενών πολύτιμων ενεργειακών πόρων, αλλά και επιβάρυνση των φαινόμενων θέρμανσης της ατμόσφαιρας. Για τους λόγους αυτούς, η περιοχή αναζήτησης πιθανών εναλλακτικών χώρων για την κατασκευή ενός Υ/Σ είναι εξ ανάγκης περιορισμένη εντός του πολεοδομικού ιστού, χωρίς καμία δυνατότητα μεταφοράς του Υ/Σ σε χώρο εκτός των δομημένων περιοχών. Οι Υ/Σ υποβιβασμού της Υψηλής Τάσης σε Μέση Τάση κλειστού τύπου στα οποία το σύνολο του εγκατεστημένου εξοπλισμού είναι εγκεκλεισμένο εντός κτιρίου. Βασικό χαρακτηριστικό αυτών των εγκαταστάσεων είναι ο εξοπλισμός ΥΤ με μόνωση αερίου εξαφθοριούχου θείου (SF6). Η ύπαρξη αυτού του τύπου εξοπλισμού έχει ως αποτέλεσμα ο Υ/Σ να ονομάζεται και τύπου GIS (Gas Insulated Substations). Το μεγάλο πλεονέκτημα αυτού του μέσου μόνωσης είναι η μεγάλη διηλεκτρική αντοχή του, η οποία επιτρέπει τη μείωση σε σημαντικό βαθμό των διαστάσεων του Υ/Σ σε σχέση με έναν αντίστοιχο Υ/Σ υπαίθριου τύπου, όπου το μέσο μόνωσης είναι ο ατμοσφαιρικός αέρας. Τα περιβλήματα του εξοπλισμού που βρίσκεται υπό τάση είναι μεταλλικά και γειώνονται σε πολλαπλά σημεία, ώστε να είναι περισσότερο ασφαλή για το προσωπικό που τυχόν βρίσκεται στο χώρο. Επιπρόσθετα, οι Υ/Σ δεν επηρεάζονται ιδιαίτερα από την περιβαλλοντική και βιομηχανική μόλυνση της περιοχής όπου είναι εγκατεστημένα, ενώ παρουσιάζουν πολύ καλή συμπεριφορά σε παραθαλάσσιες τοποθεσίες. Οι εγκαταστάσεις αυτές είναι πιο σταθερές σε σεισμικές καταπονήσεις, ευέλικτες στην κατασκευή και στη σχεδίαση, ενώ παρουσιάζουν χαμηλό κόστος συντήρησης και υψηλή στάθμη αξιοπιστίας. Η τροφοδότηση ενός Υ/Σ σε μια αστική περιοχή πραγματοποιείται από αποκλειστικά υπόγειες καλωδιακές γραμμές οι οποίες, πλησίον του Υ/Σ οδεύουν μέσα σε επισκέψιμες σήραγγες. Η επιλογή αυτή είναι επιβεβλημένη από το γεγονός ότι δεν είναι εφικτό να εξασφαλιστεί δέσμευση σημαντικού χώρου και τήρηση μεγάλων αποστάσεων ασφαλείας εάν πρόκειται για εναέριες τροφοδοτικές γραμμές ΥΤ όταν διέρχονται μέσα από δομημένο αστικό περιβάλλον. Επιπρόσθετα, οι υπόγειες καλωδιακές γραμμές παρέχουν αυξημένη ασφάλεια και αξιοπιστία λειτουργίας, ενώ είναι απόλυτα φιλικές προς το περιβάλλον. Οι παραπάνω ευνόητοι λόγοι οδηγούν στην επιλογή κατασκευής των τροφοδοτικών γραμμών ΥΤ των Υ/Σ ως υπόγειων καλωδιακών, παρά το σημαντικά υψηλότερο κόστος της συγκεκριμένης λύσης. Εκτός από τον κύριο εξοπλισμό, σε ένα Υ/Σ υπάρχουν πλήθος συστημάτων και βοηθητικού εξοπλισμού για την ικανοποιητική και ασφαλή λειτουργία του εξοπλισμού. Συγκεκριμένα, κατασκευάζεται κατάλληλο δίκτυο γείωσης του Υ/Σ για την προστασία έναντι βηματικών τάσεων και τάσεων επαφής. Προβλέπεται εγκατάσταση τροφοδότησης των εγκαταστάσεων του Υ/Σ με Χαμηλή Τάση, είτε εναλλασσόμενη είτε συνεχή, για τις φορτιακές ανάγκες του εξοπλισμού και τη λειτουργία συστημάτων προστασίας του Υ/Σ. Εγκαθίστανται πλήρη συστήματα αερισμού και κλιματισμού των χώρων για να εξασφαλιστούν οι κατάλληλες συνθήκες λειτουργίας των τμημάτων του εξοπλισμού. Σε όλους τους κρίσιμους χώρους των Υ/Σ εγκαθίσταται αυτόματο συστήματα πυρανίχνευσης και πυρόσβεσης με CO2 και συστήματα πυρόσβεσης με νερό, σύμφωνα με τις απαιτήσεις της ισχύουσας νομοθεσίας. Επίσης, εγκαθίσταται σύστημα ύδρευσης και αποχέτευσης, το οποίο αφορά τα ύδατα αλλά καλύπτει και την περίπτωση διαρροής ελαίου για την αποχέτευσή του χωρίς την απόρριψή του στο περιβάλλον. Τέλος, εγκαθίστανται σύγχρονα συστήματα ασφάλειας ώστε να διασφαλίζεται ο έλεγχος της πρόσβασης στην τόσο κρίσιμη εγκατάσταση του Υ/Σ κλειστού τύπου. Σύμφωνα με τα αναφερόμενα προηγούμενα, το σύνολο του εξοπλισμού ενός Υ/Σ ΥΤ/ΜΤ κλειστού τύπου βρίσκεται στο εσωτερικό κτιρίου και η είσοδος και έξοδος των γραμμών τροφοδοσίας (ΥΤ) και διανομής (ΜΤ) γίνεται αποκλειστικά με υπόγεια καλώδια. Η βασική αυτή κατασκευαστική αρχή έχει ως αποτέλεσμα την απουσία οποιασδήποτε αρνητικής οπτικής επίπτωσης, πέραν της ύπαρξης ενός κτηρίου σχετικά περιορισμένου όγκου, το οποίο με εφαρμογή προσεγμένης αρχιτεκτονικής μελέτης, με επίτευξη αρτιότητας στην κατασκευή του και με κατάλληλη διαμόρφωση του εξωτερικού του χώρου, μπορεί να αποτελέσει ένα καλαίσθητο σύνολο και να ενσωματωθεί αρμονικά στον περιβάλλοντα χώρο και στο ευρύτερο δομημένο περιβάλλον των περιοχών όπου κατασκευάζονται οι Υ/Σ. Ο βασικός παράγοντας ανησυχίας των κατοίκων των περιοχών όπου εγκαθίστανται παρόμοιες εγκαταστάσεις και συνδέεται με το ζήτημα της ύπαρξης ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων, φαίνεται εσφαλμένος διότι δεν επαληθεύεται στην πράξη. Το γεγονός αυτό έχει καταδειχθεί από σειρά μελετών και μετρήσεων που διεξήχθησαν από Πανεπιστήμια, επίσημους φορείς της Πολιτείας, όσο και από πληθώρα μετρήσεων που έχουν διενεργήσει οι ηλεκτρικές επιχειρήσεις στον περίγυρο λειτουργούντων Υ/Σ. Οι παραπάνω διαπιστώσεις καθιστούν δικαιολογημένη και επιβεβλημένη τη διαφοροποίηση στην περιβαλλοντική αντιμετώπιση των Υ/Σ, ως κλειστών Υ/Σ με ειδικό εξοπλισμό και αμιγώς υπόγεια τροφοδότηση από την ΥΤ και αμιγώς υπόγεια έξοδο δικτύου ΜΤ, σε σχέση με τους συμβατικούς ανοικτούς Υ/Σ αντίστοιχου επιπέδου τάσης και ισχύος, που τροφοδοτούνται από εναέριες γραμμές ΥΤ, γεγονός που είναι διεθνώς αναγνωρισμένο και αποτυπώνεται στην Οδηγία 97/11/3.3.1997 της ΕΕ, η οποία κάνει αναφορά μόνο σε εναέριες γραμμές. Αξίζει να σημειωθεί ότι ενώ αυτή η διαφοροποίηση εφαρμοζόταν και στη χώρα μας μέχρι πρόσφατα και για πλήθος παρόμοιων εγκαταστάσεων, στην παρούσα φάση αναθεωρείται και επανεξετάζεται.
    • Substations (S/S) which reduce the voltage level from High Voltage to Medium Voltage are nodal points via which the electric power is fed from the High Voltage Network (HV) to the Medium Voltage Network (MV). The load demand in a geographic area develops dynamically; consequently the area of action of a S/S that supplies this load shrinks with time, insofar as the corresponding load demand increases. Thus, a need to create new S/S in places intermediary to the already existing emerges, so as to ensure the reliability and power quality of the consumer’s supply. More concretely, in very densely built-up areas of urban regions, the step of the S/S is below 3 km, despite their significant installed power. The supply of over-populated urban regions, where it is practically impossible to have installations of outdoor S/S (indicatively, it is reported that for an outdoor S/S an area of more than 15 acres is required in addition to a passage of overhead HV lines), is internationally accomplished via indoor reduction voltage S/S with underground feed-ins. Similar S/S function in central places in all the big urban centres of Europe and the remainder of the world and render the supply of electric energy in extensive and dense urban webs technically feasible. The need to install a new S/S in a wider region, introduces the problem of its geographical arrangement. The basic principle applied is the weighted average place of the S/S, with regard to the loads it is to supply under regular operating conditions. This choice is imposed by a series of technical and financial reasons that are connected with the resulting minimisation of the length of the network’s lines, such as the restriction of losses during the distribution of the electric energy and the guarantee of a satisfactory level of reliability and voltage quality of the electric power supplied to the consumers. Consequently, the S/S that are intended to serve the power supply of over-populated urban regions are manufactured in the interior of this regions, where an important reduction of the MV lines’ length is achieved and their uniform geographic distribution is ensured. In this way the electric energy losses, which are turned into heat along the lines due to the lines’ resistance, are limited considerably, which in its turn is of an essential environmental importance, since the increased electric losses involve wastefulness of precious primary energy resources, but also augment phenomena such as the heat of the atmosphere. For these reasons, the region of interest of possible alternative places for the installation of a S/S is indeed limited inside the urban web, without any possibility of transporting the S/S in a place outside from the built-up regions. The HV/MV S/S are indoor S/S, which reduce the voltage level from High Voltage to Medium Voltage, in that all of the installed equipment is inside a building. The basic characteristic of these installations is that the HV equipment has an insulation of six-fluoro sulphur gas (SF6). Because of this type of equipment the S/S is also called GIS (Gas Insulated Substations). The big advantage of this means of insulation is its big dielectric resistance, which allows the reduction to a significant degree of the S/S’s dimensions, in comparison to an outdoor S/S, where the means of insulation is the atmospheric air. The casings of the equipment which is under voltage are metallic and they are grounded in multiple points, so that they are safer for the personnel found by chance in the area. Besides, the S/S are not particularly influenced by the environmental and industrial pollution of the region where they are installed, while they present a very good behaviour in coastal regions. These installations are more resilient to earthquake tensions, more flexible in design and manufacturing, while they present a low cost of maintenance and a high level of reliability. The feed-in of a S/S in urban region is realised exclusively by underground cable feeders, which, in the vicinity of the S/S, are located in accessible tunnels. This choice is imposed by the fact that it is not possible to ensure the important space engagement and the observation of the big safety distances of the overhead HV feeding lines when they pass through a built-up urban region. Besides, the underground cable feeders provide increased safety and operational reliability, and at the same time they are absolutely friendly to the environment. The aforementioned reasons lead obviously to the choice of manufacturing the HV feed-in lines of the S/S as underground cables, despite the considerably higher cost of this particular solution. Apart from main equipment, there are plenty of auxiliary systems installed in a S/S for its satisfactory and safe operation. More specifically, an adequate earthing system is manufactured for the protection against step and touch voltages. The S/S’s installations are fed by Low Voltage AC and DC, mainly for the protection systems’ operation. Fully ventilation and air-conditioning systems are installed in order to provide the right operation conditions to each part of the equipment. In every critical room of the S/S, an automatic fire safety system is installed, using the CO2 gas for the fire-extinguishing, as well as water, according to law. A water supply and drainage system is installed so that it covers both water and oil cases of leakage, preventing the rejection to the environment. Modern electronic security systems are also installed in order to ensure the access control in such a critical installation as an indoor S/S. According to the above mentioned, all of an indoor S/S equipment is installed in a building and the entrance and exit of feeder lines (MV and HV) is accomplished exclusively by underground cables. This basic feature results in no negative visual effect, apart from the presence of a building with limited volume, which by the application of careful architecture study, good construction procedure and proper formation of the surrounding area, can be an elegant building in the area where it is erected. The main factor of citizens’ concern has to do with the possibility of existing electromagnetic fields in the areas where S/S are constructed. This assume is not confirmed in practice by the results of relative measurements and studies been realized by universities, members of government and electrical corporations. This is the reason why the indoor S/S are treated in a different way by environmental legislation in European Union’s Direction (97/11/3.3.1997) than outdoor S/S. In our country, the distinction between indoor and outdoor S/S has been applied till recently for plenty of similar installations, the Greek environmental legislation is been revised and reconsider in the present stage.
  15. Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.