w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

n r 3 / 2 0 0 5

d z i a ł

87

p r o j e k t

projekt SZR w układzie
rezerwy ukrytej

mgr inż. Julian Wiatr, inż. Marcin Orzechowski – BPI M.O. Warszawa

dane wyjściowe

N

aszym zadaniem jest zaprojektowanie układu zasilania RGnN budynku
mieszkalno-biurowego. Budynek wymaga zasilania rezerwowego (nie

jest konieczne zasilanie awaryjne). Schemat zasilania Rozdzielnicy Głównej
Niskiego Napięcia (RGnN) budynku (odległości stacji transformatorowych od
ZK-2) przedstawia rysunek 1. Dane ustalono na podstawie warunków tech-
nicznych przyłączenia wydanych przez zakład energetyczny:
- moc zwarciowa systemu elektroenergetycznego:

S

MVA

kQ

"

= 250

- moc umowna (zapotrzebowana) przez budynek:

P

U

= 100 kW, tg

ϕ = 0,4, cosϕ = 0,93

(w RGnN zastosowano kompensację mocy biernej).

Na budynku, w miejscu dogodnym do eksploatacji, należy zainstalować złą-

cze kablowe ZK-2. Minimalna wysokość złącza nad ziemią powinna wynosić
30 cm. Sieć zakładu energetycznego jest w układzie TN-C. Instalację w budyn-
ku należy wykonać w układzie TN-S. Podział eksploatacyjny wyznacza się na
zaciskach podstaw bezpiecznikowych złącza kablowego w kierunku instala-
cji odbiorczej klienta.

W Rozdzielnicy Głównej Niskiego Napięcia budynku należy zainstalować

układ SZR i układ pomiarowy półpośredni dla każdego kierunku zasilania
osobno. Układy pomiarowe należy projektować zgodnie z wytycznymi do-
stępnymi w Biurze Obsługi Klienta zakładu energetycznego. Układy pomia-
rowe podlegają uzgodnieniu na etapie projektowania.

dobór zabezpieczeń WLZ zainstalowanych
w złączu kablowym ZK-2

- prąd obciążenia (zakłada się pełne obciążenie mocą umowną jednego z to-

rów zasilających – przypadek załączonej rezerwy; w warunkach normal-
nych każdy z WLZ-tów obciążony jest po 50 % prądu nominalnego obciąże-
nia I

B

wyznaczonego przy pełnej mocy umownej P

u

= 100 kW):

I

P

U

A

B

U

n

=

⋅

⋅

=

⋅

⋅

⋅

=

3

100 10

3 400 0 93

155 20

3

cos

,

,

ϕ

Na tej podstawie należy przyjąć zabezpieczenia typu WTN1gG160, które będą

zainstalowane w rozłącznikach bezpiecznikowych typu NH1 zlokalizowanych
w ZK-2 zainstalowanym na budynku 0,5 m nad poziomem gruntu.
- dobór kabla WLZ zasilającego RGnN:

I

B

= 155,20 A <I

n

= 160 A <I

z

I

k I

A

z

n

≥

⋅ =

⋅

=

2

1 45

1 60 160

1 45

176 55

,

,

,

,

uwaga!

P

sz

≤ P

U

gdzie:
P

sz

– moc szczytowa w [kW],

P

u

– moc umowna, w [kW].

Na podstawie tabeli długotrwałej obciążalności przewodów i kabli zamiesz-

czonej w PN-IEC 60364-5-523, należy przyjąć kabel YKXSżo 5

×50. Jego długo-

trwała dopuszczalna obciążalność prądowa wynosi:

I

dd

= k

p

⋅I

z

= 0,95

⋅192 = 182,40 A > 176,55 A

gdzie:
k

p

– współczynnik uwzględniający sposób ułożenia kabla,

I

z

– wymagana minimalna długotrwała obciążalność prądowa kabla lub prze-

wodu, w [A],

I

B

– prąd obciążenia, w [A],

k

2

– współczynnik krotności prądu nominalnego zabezpieczenia, przy któ-

rym następuje zadziałanie zabezpieczenia w określonym czasie,

I

n

– prąd nominalny zabezpieczenia kabla lub przewodu, w [A],

I

dd

– dopuszczalna długotrwała obciążalność prądowa przewodu (kabla), w [A].

sprawdzenie selektywności zadziałania zabezpieczeń

I

I

n

n

1

2

315

160

1 97 1 6

=

≅

>

,

,

gdzie:
I

n1

– prąd nominalny bezpiecznika topikowego zainstalowany w rozdzielni-

cy stacji transformatorowej, w [A] (rys. 1),

I

n2

– prąd nominalny bezpiecznika zainstalowanego w złączu ZK-2, w [A].
Należy uznać, że podczas zwarć selektywność zadziałania zabezpieczeń

zainstalowanych w stacji transformatorowej oraz złączu kablowym ZK-2 zo-
stanie zachowana.

obliczenia zwarciowe dla zwarć symetrycznych

- impedancja systemu elektroenergetycznego i jej składowe przeliczone na

napięcie sieci zasilającej nN:

Z

c

U

S

U

U

kQ

n

kQ

rT

rT

=

⋅

⋅

=

⋅

⋅

⋅

max

"

(

)

,

(

)

2

1

1

2

2

2

6

1 1 15000

250 10

420

15000

2

2

0 000776

0 995

0 995 0 000776

0 000772

0 1

=

=

⋅

=

⋅

=

=

⋅

,

,

,

,

,

,

Ω

Ω

X

Z

R

kQ

kQ

kQ

X

X

kQ

=

⋅

=

0 1 0 000772

0 000077

,

,

,

Ω

e.i_03_2005.indb 87

e.i_03_2005.indb 87

2005-02-21 15:57:22

2005-02-21 15:57:22

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

n r 3 / 2 0 0 5

p r o j e k t

88

- rezystancja i reaktancja transformatorów zasilających SN / nN (ponieważ

transformatory są jednakowej mocy, wystarczy obliczyć parametry jedne-
go z nich).
Transformator TON 400 kVA - 15/0,42 kV produkcji firmy „Żychlińskie Trans-

formatory” o następujących parametrach:

Moc znamionowa

S

rT

= S

N

= 400 kVA

Straty jałowe

∆

P

O

= 1,0 kW

Straty obciążeniowe znamionowe

∆

P

pn

= 6,0 kW

Prąd stanu jałowego

i

O%

= 1,0 %

Napięcie zwarcia

U

Z%

= 4,5 %

u

P

S

u

u

u

X

rR

pn

rT

Xr

kr

Rr

=

=

=

=

−

=

−

=

∆

6 0

400

0 015

0 045

0 015

0 042

2

2

2

2

,

,

,

,

,

k

kT

Xr

rT

rT

kT

Rr

rT

rT

u

U

S

R

u

U

S

=

⋅

=

⋅

⋅

=

=

⋅

=

2

2

3

2

0 042

420

400 10

0 0185

0

,

,

Ω

,,

,

015

420

400 10

0 0066

2

3

⋅

⋅

=

Ω

- linia kablowa 2

×(YKXS4×120) o długości 100 m, do obliczeń został przyję-

ty krótszy odcinek linii zasilającej ze względu na mniejsze wartości rezy-
stancji oraz reaktancji obwodu zwarciowego (dłuższy odcinek linii zasila-
jącej zostanie przyjęty do obliczeń zwarć jednofazowych niezbędnych do
oceny samoczynnego wyłączenia):

R

L

S

X

x L

L

L

=

⋅

=

⋅

≈

= ⋅ =

⋅

=

γ

100

55 240

0 0076

0 08 0 1 0 008

,

,

,

,

'

Ω

Ω

gdzie:
L – długość linii kablowej zasilającej budynek, w [m],
R

L

– rezystancja linii kablowej zasilającej budynek, w [

Ω],

X

L

– reaktancja linii zasilającej, w [

Ω],

x’ – jednostkowa reaktancja linii kablowej, w [

Ω / km],

γ – konduktancja przewodu, w [Ω⋅m / mm

2

],

S – przekrój przewodu, w [mm

2

].

Uwaga!

Dla kabli lub przewodów wykonanych z miedzi o przekroju

≤ 50 mm

2

oraz kabli lub przewodów wykonanych z aluminium o przekroju

≤ 70 mm

2

w obliczeniach zwarciowych można pominąć reaktancję.
- prądy zwarcia symetrycznego w złączu kablowym ZK-2:

Z

X

X

X

R

R

R

k

kQ

rT

L

kQ

rT

L

3

2

2

2

0 000772 0 0185 0 008

=

+

+

+

+

+

=

=

+

+

+

(

)

(

)

( ,

,

,

)

(( ,

,

,

)

,

"

max

0 000077 0 0066 0 0076

0 03078

3

1 40

2

3

3

+

+

=

=

=

⋅

⋅

=

⋅

Ω

I

c

U

Z

k

n

k

0

0

3 0 03078

7502 93

0 014277
0 027272

0 5235

⋅

=

=

=

⇒

=

,

,

,
,

,

(

A

R
X

tg

R
X

k

k

k

k

ϕ

k

k

k

)

,

cos

,

−

=

⇒

=

1

1 91

0 46

ϕ

T

tg

s

ms

T

k

k

=

=

⋅ ⋅

=

=

<

ϕ

ω

π

1 91

2

50

0 0061

6 1

10

,

,

,

– zwarcie należy uznać za odległe, zatem:

I

I

kA

th

k

=

=

3

7 51

"

,

χ

χ

=

+

⋅

=

+

⋅

=

= ⋅

⋅

=

−

−

1 02 0 98

1 02 0 98

1 22

2

3

3 0 5235

3

,

,

,

,

,

(

)

( ,

)

"

e

e

i

I

R
X

p

k

1

1 22

2 7 51 12 94

,

,

,

⋅

⋅

≈

kA

gdzie:
T – stała czasowa obwodu zwarciowego, w [s],
χ – współczynnik prądu udarowego,
i

p

– prąd udarowy, w [kA].

Na podstawie obliczonego spodziewanego prądu początkowego zwarcia I

”

k3

oraz prądu udarowego i

p

w złączu kablowym ZK-2 należy uznać dobór zabez-

pieczeń i rozłącznika bezpiecznikowego za poprawny, ponieważ ich odpor-
ność zwarciowa wynosi 100 kA.
- sprawdzenie dobranych WLZ na warunki obciążalności zwarciowej (na podsta-

wie katalogu producenta POLAM PUŁTUSK czas zwarcia przy spodziewanym
prądzie początkowym zwarcia będzie krótszy od 0,1 s, zatem należy skorzystać
z katalogowej całki Joule’a dla bezpieczników topikowych WTN1gG160A ):

S

k

I t

mm

mm

w

≥ ⋅

=

⋅

≅

<<

1

1

1

135

185000

1

3 19

50

2

2

2

,

gdzie:
k – jednosekundowa dopuszczalna obciążalność zwarciowa, w [A / mm

2

],

I

2

t

w

– wartość całki Joule’a przepuszczanej przez bezpiecznik, w [A

2

⋅s],

Dobór kabla WLZ należy uznać za poprawny.

Ponieważ WLZ wykonany będzie kablem YKXSżo 5

×50 o długości 20 m, co

powoduje dalsze tłumienie prądów zwarciowych, należy zatem obliczyć war-
tości spodziewanego prądu początkowego zwarcia oraz prądu udarowego na
zaciskach układu SZR zainstalowanego w RGnN zasilanego budynku:

Rys. 1 Schemat zasilania budynku

e.i_03_2005.indb 88

e.i_03_2005.indb 88

2005-02-21 15:57:36

2005-02-21 15:57:36

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

n r 3 / 2 0 0 5

89

R

Z

X

X

X

R

R

R

WLZ

k

kQ

rT

L

kQ

rT

L

=

⋅

=

≈

=

+

+

+

+

+

20

55 50

0 00727

0 0073

3

2

,

,

(

)

(

Ω

Ω

++

=

=

+

+

+

+

+

R

WLZ

)

( ,

,

,

)

( ,

,

,

2

2

0 000772 0 0185 0 008

0 000077 0 0066 0 0076

++

=

=

=

⋅

⋅

=

⋅

⋅

≅

≅

0 0073

0 0348

3

1 400

3 0 0348

6636

6

2

3

3

,

)

,

,

"

max

Ω

I

c

U

Z

A

k

n

k

,,

,
,

,

(

)

,

cos

64

0 021577
0 027272

0 791

1 26

1

kA

R
X

tg

R
X

k

k

k

k

k

=

=

⇒

=

=

⇒

=

−

ϕ

ϕ

0

0 62

,

T

tg

s

ms

T

k

k

=

=

⋅ ⋅

=

=

<

ϕ

ω

π

1 26

2

50

0 004

4

10

,

,

– zwarcie należy uznać za odległe, zatem:

I

I

kA

th

k

=

=

3

6 64

"

,

χ

χ

=

+

⋅

=

+

⋅

=

= ⋅

⋅

=

−

−

1 02 0 98

1 02 0 98

1 11

2

1

3

3 0 791

3

,

,

,

,

,

(

)

( ,

)

"

e

e

i

I

R
X

p

k

,,

,

,

11

2 6 64 10 41

⋅

⋅

≈

kA

Na tej podstawie należy przyjąć z katalogu firmy „APAREL” Łęczyca prze-

łączniki sieciowe PSA 200 o dopuszczalnym prądzie szczytowym 18 kA i jed-
nosekundowym dopuszczalnym prądzie zwarciowym 10 kA (prąd nominalny
ciągły styczników wynosi 400 A).

spadki napięć

Sprawdzenie warunku spadku napięcia (do obliczeń zostanie przyjęty dłuż-

szy odcinek linii kablowej ze względu na większe wartości rezystancji i reak-
tancji niż kabla o długości 100 m):

∆U

U

I

R

X

n

B

=

⋅

⋅ ⋅ ⋅

+ ⋅

=

=

⋅

⋅

⋅

3 100

3 100

400

155 20 0 021577

%

(

cos

sin )

%

,

( ,

ϕ

ϕ

⋅⋅

+

⋅

≈

<

0 93 0 027272 0 37

2 03

5

,

,

,

)

,

%

%

Warunek spadku napięcia należy uznać za spełniony przy założonym ob-

ciążeniu nominalnym jednej ze stacji zasilających budynek (podstawa - wy-
tyczne zakładu energetycznego).
sprawdzenie spadku napięcia dla WLZ (ze względu na to, że przekrój WLZ
nie przekracza 50 mm

2

Cu, można skorzystać ze wzoru uproszczonego):

∆U

P L

S U

U

WLZ

n

= ⋅

⋅

⋅ ⋅

=

⋅

⋅ ⋅

⋅ ⋅

=

<

100

100 10 20 100

55 50 400

0 45

0 5

2

3

2

%

%

,

%

,

γ

%

%

Na podstawie N SEP-E 002 „Instalacje elektryczne w obiektach budowla-

nych. Instalacje w obiektach mieszkalnych. Podstawy planowania”, należy
uznać warunek spadku napięcia za spełniony (

∆U

dop/Pu≤100kW

≤ 0,5 %).

sprawdzenie skuteczności samoczynnego wyłączenia podczas zwarć jed-
nofazowych w RGnN:

X

k1

[

Ω

]

R

k1

[

Ω

]

Transformator 15/0,42 kV; 400 kVA

0,0185

0,0066

Linia kablowa 2

×

(YKXS 4

×

120) o długości 200 m

0,0303

0,0320

WLZ: YKXSżo 5

×

50 długości 20 m

–

0,0146

Suma

0,0488

0,0532

Z

X

R

I

U

Z

k

k

k

k

k

1

1

2

1

2

2

2

1

0

1

0 0488

0 0532

0 0722

2

3

2 230

3

=

+

=

+

=

= ⋅

⋅

=

⋅

⋅

,

,

,

Ω

0

0 0722

2123 73

915 20

5

,

,

,

/

=

>>

=

≤

A

I

A

a t

s

Rzeczywisty czas wyłączenia przy spodziewanym prądzie zwarcia jednofa-

zowego w RGnN wynoszącym 2123,73 A nie przekroczy 0,2 s (podstawa – kata-
log producenta bezpieczników topikowych POLAM PUŁTUSK). Należy zatem
uznać, że warunek samoczynnego wyłączenia podczas zwarć jednofazowych
w RGnN zasilanego budynku będzie zachowany.
Uwaga!

Zgodnie z PN-IEC 60364-4-41, skuteczność samoczynnego wyłączenia

należy sprawdzić korzystając ze wzoru:

I

U

Z

a

k

≤

0

1

Zastosowany we wzorze współczynnik 2 / 3 wynika z zaleceń PN-IEC 60364-6-61.
gdzie:
U

0

– napięcie pomiędzy przewodem fazowym a przewodem neutralnym, w [V],

Z

k1

– impedancja pętli zwarcia, w [

Ω].

dobór przekładników do układu pomiarowego w RGnN

Moc umowna: P

u

= 100000 W przy tg

ϕ=0,4⇒cosϕ=0,93.

I

P

U

A

B

U

n

=

⋅

⋅

=

⋅

⋅

≅

3

100000

3 400 0 93

155 20

cos

,

,

ϕ

Na tej podstawie należy przyjąć przekładniki 150 / 5 kl. 05 (przekładnik ten

zachowuje wymaganą dokładność dla prądów wynoszących 1,2 I

n

= 1,2

⋅150 =

= 180 A < 155,20 A. Zgodnie z wytycznymi dr inż. Sylwii Wróblewskiej, zamiesz-
czonymi w artykule opublikowanym w „elektro.info” 6 / 2002, pt. „Dobór prze-
kładników do pomiarów i zabezpieczeń” (str. 7) – moc znamionowa przekład-
ników nie może być mniejsza niż:

Rys. 2 Diagram czasowy pracy układu SZR

e.i_03_2005.indb 89

e.i_03_2005.indb 89

2005-02-21 15:57:59

2005-02-21 15:57:59

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

n r 3 / 2 0 0 5

p r o j e k t

90

e.i_03_2005.indb 90

e.i_03_2005.indb 90

2005-02-21 15:58:29

2005-02-21 15:58:29

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

n r 3 / 2 0 0 5

91

Rys. 3 Schemat funkcjonalny SZR nN

2. Ochrona przepięciowa – zespolone ograniczniki przepięć typu Dehnventil.
3. Rezystancja uziemienia ochronno-roboczego w złączu kablowym R

B

≤ 30 Ω,

pod warunkiem, że wypadkowa rezystancja wszystkich uziomów ochron-
no-roboczych związanych z siecią zasilającą wyprowadzoną z każdego
transformatora zasilającego osobno mieszczących się w promieniu 300 m
od miejsca projektowanego uziemienia nie przekracza 5

Ω. W przypadku

niespełnienia tego warunku przez istniejące uziomy, wraz z uziomem pro-
jektowanym, należy uzyskać jego rezystancję wypadkową o wartości nie
większej niż 5

Ω.

4. Po wykonaniu prac instalacyjnych należy wykonać niezbędne pomia-

ry oraz próby odbiorcze wymagane w PN-IEC 60364-6-61 oraz sprawdzić
działanie układu SZR ze szczególnym uwzględnieniem czasów nastaw
automatyki.

uwaga!

Układ SZR jest instalowany w polu sprzęgłowym RGnN zasilającej budynek.

RGnN nie została omówiona w opracowaniu. Zastosowana blokada mechanicz-
na i elektryczna w polu sprzęgłowym uniemożliwia jednoczesne zasilanie całej
rozdzielnicy głównej z dwóch źródeł jednocześnie przy zamkniętym sprzęgle.
Rozwiązanie takie zwiększa bezpieczeństwo obsługi i poprawia pewność zasi-
lania budynku (schemat ideowy SZR na www.elektro.info.pl).

zestawienie materiałów
1. przełącznik sieci PSA 200 – 2 szt., 2. ogranicznik przepięć Dehnventil –
2 szt., 3. sterownik SZR 10 prod. ELESTER Łódź – 1 szt., 4. lampka sygnali-
zacyjna L301 zielona – 2 szt., 5. lampka sygnalizacyjna L304 czerwona – 2
szt., 6. rozłącznik bezpiecznikowy R303.16 – 2 szt., 7. rozłącznik bezpiecz-
nikowy R302.6 – 2 szt., 8. rozłącznik bezpiecznikowy NH1 – 2 szt., 9 bez-
piecznik topikowy WTN1gG160 – 6 szt., 10. taśma FeZn 25

×5 – 50 kg, 11.

pręty żebrowane

φ 12 na uziemienie ochronno-robocze w ZK-2 o długości

4 m – 5 szt., 12. kabel YKXSżo 5

×50 – 40 m, 13. przewód LgY 2,5 – 20 m, 14.

końcówki zaciskowe do przewodu LgY2,5 – 30 szt., 15. korytka kablowe sys-
temu „U” o szer. 150 mm – 15 m, 16. pozostałe drobne materiały instalacyj-
ne według potrzeb

- moc zapotrzebowana przez przekładnik, w [VA].

S

s

= S

p

+S

ap

+S

z

= 0,36+1+1,25 = 2,61 VA

- strata mocy w przewodach.

S

I

L

S

VA

p

sn

p

=

⋅

⋅

=

⋅

⋅

≅

2

2

5 2

55 2 5

0 36

γ

,

,

gdzie:
L

p

– długość przewodów łączących zaciski przekładnika z układem pomia-

rowym, w [m],

S

ap

– moc pobierana przez aparat (patrz katalogi producentów liczników),

w [VA] – tutaj S

ap

=1 VA,

S

Z

– strata mocy w miejscach połączeń, w [VA] – tutaj S

Z

=1,25 VA („elektro.info”

6 /20 02, str. 7, tab. 2),

I

sn

– znamionowy prąd wtórny przekładnika, w [A],

S – przekrój przewodów łączących zaciski przekładnika z układem pomiaro-

wym, w [mm

2

].

Wyznaczone obciążenie wtórne pozwala na przyjęcie mocy przekładni-

ków wynoszącej 5 VA. Jest to najbliższa wartość mocy obliczonej, podawanej
w katalogu producenta.
znamionowy prąd dynamiczny:

I

dyn

≥i

p

= 10,44 kA

znamionowy krótkotrwały prąd cieplny (1-sekundowy) I

thT1

:

I

I t

A

A

thT

w

1

2

1

185000

1

430

500

≥

⋅

=

=

≅

Uwaga!

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń należy przyjąć przekład-

niki typu INS3 z oknem 62

×10,5 mm 150 / 5 A 5 VA kl. 05 produkcji firmy

„Polcontact” w Warszawie, numer katalogowy 8390H061, którego:
I

pn

= 150 A – znamionowy prąd pierwotny, I

thT1

= 60

⋅I

pn

=9000 A

> 500 A – zna-

mionowy krótkotrwały prąd cieplny jednosekundowy, I

dyn

= 2,5

⋅I

thT1

= 2,5

⋅9000

= 22500 A – znamionowy prąd dynamiczny.

uwagi końcowe

1. Ochrona uzupełniająca w RGnN – samoczynne wyłączenie w układzie

TN-S (układ zasilania budynku TN-C-S).

reklama

e.i_03_2005.indb 91

e.i_03_2005.indb 91

2005-02-21 15:58:31

2005-02-21 15:58:31