POLITECHNIKA LUBELSKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

PROJEKT URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

Stacja energetyczna zasilająca zakład

przemysłowy.

Wykonał: Paweł Kutnik Grupa: ED 6.5

1995 / 1996

Spis treści

Dane projektu .............................................................................................................3

Ustalenie możliwych warunków zasilania ...................................................................3

Dobór transformatorów w stacji ..................................................................................4

Obliczenia zwarciowe .................................................................................................5

Dobór szyn zbiorczych ................................................................................................7

Dobór izolatorów ........................................................................................................9

Dobór aparatury łączeniowej .....................................................................................10

Dobór aparatury pomiarowej .....................................................................................13

Dobór kabli do stacji oddziałowych ...........................................................................16

1. Dane projektu.

Moc maksymalna pobierana przez zakład P_max = 20 MW

cosj = 0.9

Napięcie zasilające U_zas = 2 ´ 110 kV

Napięcie rozdzielni zakładowej U_SWN = 15 kV

Z rozdzielni zasilane są cztery zakłady produkcyjne pobierające moc i oddalone od rozdzielnicy:

Odbiór	Odległość	Pobierana moc
SO1	25m	5.5MW
SO2	75m	5.5MW
SO3	100m	7MW
SO4	150m	5MW

2. Ustalenie możliwych warunków zasilania.

a) Praca normalna.

Zakład jest zasilany z systemu energetycznego przez jeden transformator, drugi transformator używany jest jako rezerwowy, obydwa na 110 kV, pokrywające zapotrzebowanie na całkowitą moc szczytową.

b) Praca awaryjna.

W przypadku uszkodzenia jednego z transformatorów lub linii zasilającej, drugi transformator pokrywa zapotrzebowanie zakładu na moc potrzebną do utrzymania ciągłości produkcji.

3. Dobór transformatorów w stacji.

Dobór transformatorów na 110 kV.

Maksymalna moc pozorna pobierana przez zakład wynosi:

Moc dobranych transformatorów musi być S_NT > S_max = 22.22 MVA

Dobieram dwa jednakowe transformatory na 110 kV.

Dane transformatorów:

Typ transformatora TNARCA 25000/110 PN

Moc znamionowa S_NT = 25 MVA

Napięcie znamionowe górne 115 kV

Napięcie znamionowe dolne 6.3-6.6-10.5-15.75-16.5-22 kV

Układ i grupa połączeń YNd11

Napięcie zwarcia U_Z% = 12%

Producent ABB-Elta **dz

Moce dobranych transformatorów wynoszą

S_NT1 = S_NT2 =25 MVA > S_max = 22.22MVA

Moce dobranych transformatorów s* większe od zakładanej, gdyż w najbliższej przyszłości przewiduje rozbudowę zakładu.

4. Obliczenia zwarciowe.

Schemat rozdzielni zasilającej zakład przemysłowy załączony jest na końcu projektu.

4.1 Zwarcie na szynach (wyłącznik W₁₂ zamknięty, najbardziej niekorzystne warunki).

Reaktancje linii:

X¹¹⁰_L1 = X¹¹⁰_L2 = X₀ * L₁ = 0.4 W / km * 80 km = 32 W

Reaktancje linii przeliczone na stronę średniego napięcia.

Reaktancje transformatorów:

Reaktancje transformatorów przeliczone na średnie napięcie.

Reaktancja zastępcza wynosi:

Prąd początkowy zwarcia wynosi:

Prąd udarowy:

, gdzie k_U = 1.8 (współczynnik udaru)

Prąd zastępczy I_{tz sekundowy}:

Prąd zastępczy 1-sekundowy dla zakładanego czasu zwarcia t_z=1.5s

Prąd zastępczy 3-sekundowy .

Moc zwarciowa na szynach:

4.2 Zwarcie od strony linii 110 kV przed transformatorem (wyłącznik W₃ zamknięty).

Reaktancja zastępcza:

Prąd zwarciowy początkowy:

Prąd udarowy:

, gdzie k_U = 1.8 (współczynnik udaru)

Prąd zastępczy I_{tz sekundowy}:

I_tz = k_c * I_p = 1.02 * 4.36kA = 4.44kA

Prąd zastępczy 1-sekundowy dla zakładanego czasu zwarcia t_Z = 1.8s

Prąd zastępczy 3-sekundowy:

5. Dobór szyn zbiorczych.

S_NT = 25 MVA

Prąd roboczy maksymalny.

I_N = 1040 A > I_{r max} = 960A

Dobieram szyny aluminiowe, malowane, płaskie, symbol AP - 40 × 10, o przekroju S = 400mm² łączonych przez docisk

Sprawdzenie przekroju szyn ze względu na cieplne oddziaływanie prądu zwarciowego.

i_U = 17.6 kA

I_tz = k_c* I_p = 1.02* 6.91 kA = 7.05 kA

t_z = 1.8s

stąd S = 400 mm² > S_min = 80 mm²

Sprawdzenie na oddziaływanie dynamiczne prądu zwarciowego.

Odległość między izolatorami wsporczymi l = 1.5m

Odległość między szynami a = 0.3m

Wysokość szyny h = 4cm

Szerokość szyny b = 1cm

Siła działająca na szyny:

Współczynnik

> 2, a więc k = 1

Moment gnący:

Wskaźnik wytrzymałości:

Naprężenia zginające:

s

czyli s_dop = 700KG/cm² > s_g = 512.5KG/cm²

Sprawdzenie drgań własnych szyny:

Stosunek częstotliwości drgań własnych szyny do częstotliwości sieci wynosi:

Zgodnie z polską normą PN E-05025 szyny zostały dobrane prawidłowo.

6. Dobór izolatorów.

a) Izolatory wsporcze

Warunki doboru izolatorów wsporczych:

Napięcie izolacji U_ni > U_ns

Siła działająca na izolator ma spełniać warunek F_iz < F_dop = 0.6 F_t

h_iz wysokość izolatora

h/2 połowa wysokości szyny

F_dop = 0.6 F_t = 0.6* 4000/ 9.81= 244.6kG ,czyli F_iz = 30.1kG < F_dop = 244.6kG

Dobrałem izolator wnętrzowy produkcji polskiej typu SW4 - 20Tg

Dane znamionowe izolatora:

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 20kV > U_ns = 15kV

Napięcie probiercze przemienne 55 kV

Napięcie probiercze udarowe 125 kV

Wysokość izolatora 210mm

Masa izolatora < 1.9 kg

b) Izolatory przepustowe

Warunki doboru izolatorów przepustowych:

Napięcie znamionowe izolacji U_ni > U_ns

Dopuszczalna obciążalność prądem roboczym I_{r max}

Dobrałem izolator przepustowy napowietrzno-wnętrzowy typu FID20 produkcji firmy FRAUENTHAL (Austria).

Dane znamionowe izolatora przepustowego:

Napięcie znamionowe izolacji U_ni = 20kV > U_ns = 15kV

Prąd znamionowy do 1000A > I_{r max} = 960A

7. Dobór aparatury łączeniowej.

7.1 Dobór wyłączników.

Warunki doboru wyłączników:

U_n > U_ns

I_n > I_{r max}

I_nt3 > I_t3

I _nt1 > I_t1

I_nws > I_ws

a) dobór wyłączników W₁, W₂, W₃ , W₄, W ₅ na 110 kV,

Prąd roboczy:

obliczenia zwarciowe według punktu 4.2

i_u = 11.1kA

I_t1 = 6.31kA

U_ns = 110kV

Dobieram wyłącznik napowietrzny SF₆ typu FL 1A firmy „DELLE”.

Dane dobranego wyłącznika:

U_n = 110kV > U_ns = 110kV

I_n = 2000A > I_{r max} = 131A

i_{n szcz} = 53.7kA > i_u = 11.1kA

I_nt1 = 21kA > I_t1 = 6.31kA

b) dobór wyłączników W₆, W₇, W₈ , W₉ , W_S10, W₁₁, W₁₂ na 15kV,

Prąd roboczy:

Obliczenia zwarciowe według punktu 4.1

i_u = 17.6kA

I_t1= 8.63kA

U_ns = 15kV

Dobieram wyłącznik wnętrzowy, małoolejowy typu IO-20/1250 produkcji rumuńskiej.

Dane dobranego wyłącznika:

U_n = 20kV > U_ns = 15kV

I_n =1250A > I_{r max} = 960A

i_{n szcz} =76.5kA > i_u = 17.68kA

I_nt1 =30kA > I_t1 = 4.99kA

7.2 Dobór odłączników.

Warunki doboru:

U_ni > U_s

I_n > I_{r max}

I_{n szcz} > I_U

I_nt3 > I_t3

a) dobór odłączników na 110kV.

I_{r max} = 131A

Obliczenia zwarciowe według punktu 4.2

i_u = 11.11kA

I_t3 = 3.44kA

U_ns = 110kV

Dobieram odłączniki trójbiegunowe typu ON III 110W/6, U z napędem silnikowym.

Dane dobranych odłączników.

U_ni = 110kV > U_ns = 110kV

I_n = 630A > I_{r max} = 52.5A

i_{n szcz} = 50kA > i_U = 11.11kA

I_nt3 = 20kA > I_t3 = 3.44kA

b) dobór odłączników na 15kV.

I_{r max} = 960A

Obliczenia zwarciowe według punktu 4.1

i_U = 17.6kA

I_t3 = 4.99kA

U_ns = 15kV

Dobieram odłączniki trójbiegunowe typu OW III-20/12, UG, UD z napędem pneumatycznym.

Dane dobranych odłączników:

U_ni = 20kV > U_ns = 15kV

I_n = 1250A > I_{r max} = 960A

i_{n szcz} = 50kA > i_U = 17.6kA

I_nt3 = 20kA > I_t3 = 4.99kA

7.3 Dobór uziemników.

a) uziemniki na napięcie 110kV

Dobieram uziemniki typu UN III S110

b) uziemniki na napięcie 15kV

Dobieram uziemniki typu UN III na napięcie 20kV

8. Dobór aparatury pomiarowej.

8.1 Przekładniki prądowe.

a) po stronie napięcia 110 kV

Dobieram przekładnik prądowy typu J-110-3a

Dane znamionowe przekładnika:

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 110 kV > 110 kV

Znamionowy prąd pierwotny I_1N = 4* 100A > I_{r max} = 131 A

Znamionowy prąd wtórny I_2N = 5A

Znamionowy prąd szczytowy I_dyn = 200* I_1N > i_U = 11.1 kA

Znamionowy prąd jednosekundowy I_nt1 = 80* I_1N > I_t1 = 6.31 kA

b) po stronie napięcia 15 kV

Dobieram przekładnik prądowy typu J 30-2MOc , wykonanie małoolejowe napowietrzne.

Dane znamionowe przekładnika:

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 30 kV > 15 kV

Znamionowy prąd pierwotny I_1N = 1200 A > I_{r max} = 960A

Znamionowy prąd wtórny I_2N = 5A

Znamionowy prąd szczytowy I_dyn = 75 kA > i_U = 17.6 kA

Znamionowy prąd jednosekundowy I_nt1 = 30 kA > I_t1 = 8.63 kA

Klasa dokładności 0.5

c) na odejściach do stacji oddziałowych:

Dla stacji SO₁, SO₂, SO₃, SO₄

Dobrałem przekładnik prądowy typu J-30-2MO

Dane znamionowe przekładnika:

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 30 kV > 15 kV

Znamionowy prąd pierwotny I_1N = 400 A > I_{r max} = 123.2 A

Znamionowy prąd wtórny I_2N = 5A

Znamionowy prąd szczytowy I_dyn = 96 kA > i_U = 15.5 kA

Znamionowy prąd jednosekundowy I_nt1 = 32 kA > I_t1 = 7.62 kA

8.2 Przekładniki napięciowe.

a) po stronie napięcia 110 kV (sieć ze skutecznie uziemionym punktem zerowym)

Dobieram przekładnik typu U110a

Dane znamionowe przekładnika:

Układ pełnej gwiazdy.

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 110kV >

Znamionowe napięcie pierwotne U_1N = 110kV

Znamionowe napięcie wtórne

Moc znamionowa S_n = 500VA

Moc graniczna S_gr = 2000VA

b) po stronie napięcia 15 kV . Dla układu połączeń „V” musi być spełniony warunek

U_1N > U_ns = 15 kV

Dobieram przekładnik napięciowy typu U30-MO, wykonanie małoolej. napowietrzne

Dane znamionowe przekładnika:

Znamionowe napięcie pierwotne U_1N = 15kV

Znamionowe napięcie wtórne U_2N = 100V

Moc znamionowa S_n = 80VA

Moc graniczna S_gr = 800VA

Klasa dokładności 0.5

8.3 Dobór bezpieczników do przekładników napięciowych.

Zabezpieczenie po stronie pierwotnej przekładnika jest stosowane do napięcia 30kV.

a) Dobór wkładki zabezpieczającej stronę wtórną przekładnika typu U110a

Prąd wkładki powinien spełniać warunek:

Dobieram bezpiecznik z wkładką typu Wts -20.

b) Dobór bezpiecznika zabezpieczającego stronę pierwotną przekładnika

typu U30-MO (po stronie 15kV).

Dobieram wkładkę bezpiecznikową typu BRT 15 o danych znamionowych:

U_n = 15kV

U_gn = 17.5kV

I_n = 0.8A

S_ws = 1000MVA

Wkładka bezpiecznikowa napowietrzna ze stykami rurowymi.

c) Dobór wkładki zabezpieczającej stronę wtórną przekładnika typu U30-MO.

Warunek:

Dobrałem bezpiecznik z wkładką typu Wts - 4.

9. Dobór kabli do stacji oddziałowych.

Kryteria doboru kabli:

a)obciążalność prądem roboczym I_{r max}< I_dd

b) oddziaływanie cieplne prądu zwarciowego

J_c = 87 A* s^0.5/ mm² - obciążalność zwarciowa jednosekundowa w przeliczeniu na 1mm².

c) dopuszczalny spadek napięcia

l - długość kabla

γ = 34m/Ω*mm² - konduktywność dla aluminium

ΔU_% = 3% - dopuszczalny spadek napięcia

P - moc czynna przenoszona przez przewód

Dobór kabla dla stacji oddziałowych SO₁, SO₂:

obciążalność prądem roboczym

I_rmax=235A ≤ I_dd=235A

Dobieram kabel HAKy o przekroju żył S=150mm²

b) oddziaływanie cieplne prądu zwarciowego:

I_1s=8630A

J_c = 87 A* s^0.5/ mm²

S_min=93mm²<S=150 mm² -warunek spełniony

c) Sprawdzenie dopuszczalnego spadku napięcia.

Przyjmując zgodnie z PN dopuszczalny spadek napięcia wynosi U_dop(%) = 3%.

Obliczanie U_dop dla stacji oddziałowej.

Gdzie:

U_ns - napięcie = 15kV

P - moc czynna odbioru = 5.5MW

Q - moc bierna odbioru = 2.7Mvar

X₀ - reaktancja jednostkowa kabla = 0.1Ω/km

γ - przewodność żyły miedzianej = 34 m/Ω*mm²

S - przekrój kabla = 150mm²

Dla SO₁:

l_SO1 - długość kabla do stacji SO₁ = 25m

U_dop(%) = 0.132% < U_dop = 3%

Dla SO₂:

l_SO2 - długość kabla do stacji SO₂ = 75m

U_dop(%) = 0.156% < U_dop = 3%

Zatem kabel HAKy150 dla stacji oddziałowych SO₁,SO₂ został dobrany prawidłowo.

9.2 Dobór kabla dla stacji oddziałowej SO₃:

obciążalność prądem roboczym

I_rmax=299.4A < I_dd=310A

Dobieram kabel HAKy o przekroju żył S=240mm²

b) oddziaływanie cieplne prądu zwarciowego:

I_1s=8630A

J_c = 87 A* s^0.5/ mm²

S_min=93mm²<S=240 mm² - warunek spełniony

c) Sprawdzenie dopuszczalnego spadku napięcia.

Przyjmując zgodnie z PN dopuszczalny spadek napięcia wynosi U_dop(%) = 3%.

Obliczanie U_dop dla stacji oddziałowej.

Gdzie:

U_ns - napięcie = 15kV

P - moc czynna odbioru = 7MW

Q - moc bierna odbioru = 3.4Mvar

X₀ - reaktancja jednostkowa kabla = 0.1Ω/km

γ - przewodność żyły miedzianej = 34 m/Ω*mm²

S - przekrój kabla = 240mm²

l_SO3 - długość kabla do stacji SO₃ = 100m

U_dop(%) = 0.189% < U_dop = 3%

Zatem kabel HAKy240 dla stacji oddziałowej SO₃ został dobrany prawidłowo.

Dobór kabla dla stacji oddziałowej SO₄:

obciążalność prądem roboczym I_rmax=213.8A < I_dd=215A

Dobieram kabel HAKy o przekroju żył S=120mm²

b) oddziaływanie cieplne prądu zwarciowego:

I_1s=8630A

J_c = 87 A* s^0.5/ mm²

S_min=93mm²<S=120 mm² - warunek spełniony

c) Sprawdzenie dopuszczalnego spadku napięcia.

Przyjmując zgodnie z PN dopuszczalny spadek napięcia wynosi U_dop(%) = 3%.

Obliczanie U_dop dla stacji oddziałowej.

Gdzie:

U_ns - napięcie = 15kV

P - moc czynna odbioru = 5MW

Q - moc bierna odbioru = 2.42Mvar

X₀ - reaktancja jednostkowa kabla = 0.1Ω/km

γ - przewodność żyły aluminiowej= 34 m/Ω*mm²

S - przekrój kabla = 120mm²

l_SO4 - długość kabla do stacji SO₄ = 150m

U_dop(%) = 0.189% < U_dop = 3%

Zatem kabel HAKy120 dla stacji oddziałowej SO₄ został dobrany prawidłowo.

---