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

n r 7 - 8 / 2 0 0 4

47

p r o j e k t

W

pierwszej części artykułu opublikowanej w nr. 6/2004 „elektro.info”
został zamieszczony opis techniczny i obliczenia doboru agregatu, UPS

oraz siłowni telekomunikacyjnej wraz z doborem przekrojów przewodów toru
stałoprądowego. W drugiej części prezentujemy pozostałe obliczenia, rysun-
ki RUPS, RGnN i Rozdzielnicy Stałoprądowej.

prąd zwarcia trójfazowego w złączu kablowym

zainstalowanym na budynku

Uwaga! Do obliczeń zostanie przyjęta mniejsza wartość impedancji zwar-

ciowej przedstawiona w tabeli zamieszczonej w części 1. artykułu (zasilanie
ze stacji „WICHROWA”).

I

c

U

Z

A

kA

i

I

k

n

k

p

k

3

3

3

3

1 400

3 0 029

7963 45

7 97

2

"

max

"

,

,

,

=

=

=

≈

=

=

i

i

i

i

i

i

χ

11 4

2 7 97

15 78

,

,

,

i

i

=

kA

c = 1,4 - wartość przyjęta do obliczeń ze względu na brak dokładnej infor-
macji o stosunku R/X,
c - współczynnik korekcyjny siły elektromotorycznej obwodu zwarciowego [-],
U

n

- napięcie znamionowe sieci zasilającej w [V],

I

“

k3

- początkowy prąd zwarcia w [A],

Z

k3

- impedancja obwodu zwarciowego dla zwarcia trójfazowego w [W],

i

p

- prąd udarowy w [kA].

Odcinek kabla YKXSżo 5x70 łączący ZK-2B z SZR sieć/agregat jest długo-

ści około 7 m, zatem wnoszona przez niego dodatkowa impedancja obwodu
zwarciowego wynosi:

Odporność zwarciowa fabrycznego układu SZR sieć/agregat wynosi 50 kA,

zatem prąd zwarciowy w szafie SZR nie spowoduje jego zniszczenia.

Uwaga! Prąd zwarciowy o wartości I

”

k3

=7,97 kA spowoduje zadziała-

nie zabezpieczenia topikowego w czasie t < 0,1 s (podstawa – charakte-
rystyka t = f(I

k

) zamieszczona w katalogu producenta bezpieczników to-

pikowych).

projekt zasilania

gwarantowanego w budynku

użyteczności publicznej

(część 2)

mgr inż. Julian Wiatr, inż. Marcin Orzechowski

Zatem minimalny wymagany przekrój kabla ze względu na zwarcia wyno-

si (zabezpieczenie WTN00gG125):

S

k

I t

mm

w

≥

=

≈

1

1

1

135

104000

1

2 39

2

2

i

i

,

gdzie:
I

2

t

w

- maksymalna całka Joule’a przepuszczana przez bezpiecznik topikowy

do obwodu w [A

2

s],

k - jednosekundowa dopuszczalna gęstość prądu zwarciowego zależna od ma-
teriału przewodnika i izolacji.
Zatem przyjęty w części 1. kabel YKXSżo 4x70 spełnia warunek obciążalno-
ści zwarciowej.

Rys. 6 Schemat ideowy RUPS w KPP wraz z elementami z niej zasilanymi

p r o j e k t

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

n r 7 - 8 / 2 0 0 4

48

Prąd zwarciowy przy zasilaniu z agregatu:
X”

d

= 0,1 - wartość reaktancji podprzejściowej generatora wyrażona w jednostkach

względnych odczytana z katalogu producenta generatora (SDMO Francja),
cosj = 0,8 – współczynnik mocy biernej generatora odczytany z katalogu
producenta.

X

x

U

S

rG

d

rG

rG

rG

rG

"

"

,

,
,

,

sin

cos

,

=

=

=

=

−

=

−

2

2

2

2

0 1

0 4
0 11

0 146

1

1

0 8

i

Ω

ϕ

ϕ

=

=

=

+

=

+

=

=

0 6

1

400
400

1

1

0 1 0 6

0 94

,

sin

,

,

,

max

"

"

K

U

U

c

x

I

G

n

rG

d

rG

kG

i

i

i

i

ϕ

cc

U

Z

K

A

R

X

rG

rG

G

rG

rG

max

"

,

,

,

,

i

i

i

i

i

i

i

3

1 400

3 0 94 0 146

1682 75

0 03

=

≈

=

= 00 03 0 146

0 00438

0 00438

0 146

0 146

2

2

2

2

,

,

,

,

,

,

i

=

=

+

=

+

≈

=

Ω

Ω

Z

R

X

rG

rG

rG

χ

11 64

1 64

2 1683

3902 82

,

,

,

i

A

p

=

=

i

i

gdzie:
U

rG

- napięcie znamionowe generatora w [V],

K

G

- współczynnik korekcyjny impedancji zwarciowej generatora [-],

X

rG

- podprzejściowa reaktancja zwarciowa generatora w [W],

Z

rG

- impedancja zwarciowa generatora w [W],

S

rG

- moc znamionowa generatora w [MVA],

R

rG

- rezystancja uzwojeń generatora przyjmowana do obliczeń zwarcio-

wych w [W],
c - współczynnik udaru przyjmowany dla generatorów niskiego napięcia zale-
cany przez normy (INPE Nr 40/2001 – „Prądy zwarciowe niskonapięciowych
instalacji i urządzeń prądu przemiennego” – doc. dr inż. E. Musiał – Politech-
nika Gdańska).

Uwaga! Na podstawie przeprowadzonych obliczeń należy uznać, że prądy

zwarciowe przy zasilaniu z agregatu są łagodniejsze niż przy zasilaniu z sieci
elektroenergetycznej, a zatem odporność zwarciowa dobrana na warunki za-
silania z sieci elektroenergetycznej spełnia warunki zwarciowe przy zasila-
niu z agregatu, stanowiącego awaryjne źródło zasilania.
Sprawdzenie kabla wydawczego agregatu na warunki zwarciowe:

S

k

I

T

mm

T

T

I

I

T

s

th

k

k

th

kG

k

≥

=

=

>

≈

=

1

1

1

135

1683

0 2

1

5 58

10

0 2

2

2

2

i

i

i

i ,

,

,

"

TT

ms

= 10

gdzie:
T - zwarciowa stała czasowa generatora,
T

k

- czas trwania zwarcia (czas niezbędny do wyłączenia zabezpieczenia głów-

nego generatora liczony od chwili powstania zwarcia) – ustalony na podsta-
wie katalogu producenta agregatu,
I”

kG

- początkowy prąd zwarcia przy zwarciu na zaciskach generatora,

S - przekrój kabla w [mm

2

],

I

2

th

T

k

- skutek cieplny przepuszczony przez zabezpieczenie do obwodu.

Należy uznać, że kabel wydawczy agregatu spełnia warunki obciążalno-

ści zwarciowej.

dobór kabli WLZ i zasilania awaryjnego ze względu

na przeciążalność i długotrwałą obciążalność prądową

- kabel zasilania awaryjnego (zabezpieczenie główne generatora typu NS
160 Compact):

I

I

S

U

A

I

I

A

I

I

k

I

B

rG

rG

rG

B

n

Z

Z

n

=

=

=

=

≤

=

≤

≥

3

110000

3 400

158 77

160

1

2

i

i

i

,

,445

1 45 160

1 45

160

=

=

,

,

i

A

Na podstawie PN-IEC 60364-5-523 warunki spełnia kabel YKXSżo 5x70,
dla którego:

I

I

k

A

A

dd

dd

'

,

=

=

=

>

i

i

222 0 8

177

160

gdzie:
I

dd

- dopuszczalna długotrwała obciążalnośc przewodu lub kabla w [A],

k - współczynnik korekcyjny uwzględniający sposób ułożenia kabla lub
przewodu,
I

n

- prąd znamionowy zabezpieczenia,

k

2

- współczynnik krotności prądu znamionowego zabezpieczenia zapewnia-

jący wyłączenie zabezpieczenia w określonym czasie,
I

z

- wymagany długotrwały prąd obciążenia kabla lub przewodu,

Rys. 7 Schemat ideowy RSP w KPP

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

n r 7 - 8 / 2 0 0 4

49

- kabel WLZ:

I

P

U

A

I

I

A

I

I

k

B

sz

n

B

n

z

Z

=

∗

=

=

≤

=

≤

≥

3

65000

3 400 0 93

100 88

125

2

i

i

i

i

cos

,

,

ϕ

II

A

n

1 45

1 6 125

1 45

137 93

,

,

,

,

=

=

i

Należy zatem uznać, że przyjęty w części 1 artykułu kabel YKXSżo 5x70 speł-
nia warunki długotrwałej obciążalności i przeciążalności prądowej.

- kable i przewody sterowania i automatyki łączące SZR z agregatem:
Uwaga! Największym odbiornikiem są grzałki agregatu: P

g

= 2000 W.

I

P

U

A

I

I

A

I

I

k I

B

g

f

B

n

Z

Z

n

=

=

=

≤

=

≤

≥

=

=

1

2

2000

230

8 70

10

1 45

1 6 10

1 45

,

,

,

,

i

i

111 034

,

A

gdzie:
U

1f

- napięcie fazowe.

Warunki spełnia przewód YDYżo 3x1,5, jednak ze względów eksploatacyjnych
(zalecenia producenta) należy przyjąć kabel YKYżo 3x2,5.
- kabel łączący RGnN z RUPS:

Łączne zapotrzebowanie mocy czynnej przez STK i UPS (system zasilania

gwarantowanego):

P

P

P

kW

WESZG

UPS

STK

=

+

=

+

=

14 20

9 82

24 02

,

,

,

(część 1 artykułu – „elektro.info” nr 6/2004)

I

P

U

A

I

I

A

I

I

k

B

WESZG

n

B

n

Z

Z

=

=

=

≤

=

≤

≥

3

24020

3 400 0 8

43 34

50

2

i

i

i

i

i

cos

,

,

ϕ

II

A

n

1 45

1 6 50

1 45

55 17

,

,

,

,

=

=

i

Warunki spełnia kabel YKYżo 5x16, dla którego:

I

’

dd

= 89•0,8 =71,20 A > 55,17 A

- przewody zasilające UPS:

I

P

U

A

I

I

A

I

I

k

I

B

UPS

n

B

n

Z

Z

n

=

=

=

≤

=

≤

≥

3

14200

3 400 0 9

22 77

25

2

i

i

i

i

i

cos

,

,

ϕ

11 45

1 6 25

1 45

27 59

,

,

,

,

=

=

i

A

Warunek spełnia przewód YDYżo 5x6, dla którego:

I

’

dd

= 41•0,7 =28,70 A > 27,59 A

- przewód zasilający STK:

I

P

U

A

I

I

A

I

I

k

I

B

STK

n

B

n

Z

Z

n

=

=

=

≤

=

≤

≥

3

9820

3 400 0 8

17 71

20

1

2

i

i

i

i

i

cos

,

,

ϕ

,,

,

,

,

45

1 6 20

1 45

22 069

=

=

i

A

Warunek spełnia przewód YDYżo 5x4, dla którego:

I

dd

= 32•0,8 = 25,60 A > 20,069 A

sprawdzenie dobranych przewodów zasilających

na warunki zwarciowe

Uwaga! Krótkie odcinki przewodów zasilających oraz niskie wartości prą-

dów znamionowych zabezpieczeń pozwalają wyciągnąć wniosek, że obliczo-
ny w SZR prąd zwarciowy podlega nieznacznemu tłumieniu (mała wartość
rezystancji przewodu łączącego RGnN z RUPS), wskutek czego wyłączenie za-
bezpieczeń topikowych nastąpi w czasie < 0,1 s.

Zatem wyznaczenie wymaganych przekrojów poszczególnych przewo-

dów ze względu na warunki zwarciowe należy obliczyć korzystając z cał-
ki Joule’a.
- RUPS (zabezpieczenie: WTN00gG50):

S

k

I t

mm

mm

w

≥

=

=

<

1

1

1

115

13700

1

1 018

16

2

2

2

i

i

,

- UPS (zabezpieczenie: WTN00gG25):

S

k

I t

mm

mm

w

≥

=

=

<

1

1

1

115

4000

1

0 55

6

2

2

2

i

i

,

Rys. 8 Schemat montażowy RUPS

p r o j e k t

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

n r 7 - 8 / 2 0 0 4

50

Kabel YKXSżo 5x16:

R

L

S

3

3

3

15

55 16

0 017

=

=

=

γ i

i

,

Ω

Przewód RUPS – UPS:

R

L

S

4

4

4

5

55 6

0 015

=

=

=

γ i

i

,

Ω

Przewód RUPS – STK:

R

L

S

5

4

5

10

55 4

0 046

=

=

=

γ i

i

,

Ω

- zwarcie w SZR sieć/agregat

Z

X

R

I

U

Z

k

k G

k

k

1 1

1

2

1

2

2

2

1

0

1 1

2

0 48

2 0 0026

0 48

0 8

0 8

,

,

,

,

,

,

,

=

+

=

+

≈

=

=

i

i

i

Ω

ii

i

230

0 48

383 33

160 2

320

,

,

=

>

=

=

A

I

A

w

Należy uznać, że warunek samoczynnego wyłączenia zostanie zachowany
dla czasu t £ 0,2 s.
- zwarcie w RGnN
Należy uznać, że warunek samoczynnego wyłączenia zostanie zachowany
dla czasu t £ 0,2 s.
- zwarcie w UPS

Z

X

R

R

R

R

I

k

k G

k

1 1

1

2

1

2

3

4

2

2

2

1

2

0 48

2 0 0359

0 485

,

(

)

,

( ,

)

,

=

+

+

+

+

=

=

+

≈

=

i

i

Ω

00 8

0 8 230

0 485

379 38

200 6

0

1 1

,

,

,

,

,

,

i

i

U

Z

A

I

A

k

w

=

=

=

>

=

Należy uznać, że warunek samoczynnego wyłączenia zostanie zachowany
dla czasu t £ 0,2 s.
- zwarcie w STK

Z

X

R

R

R

R

I

k

k G

k

1 1

1

3

1

2

3

5

2

2

2

1

2

0 48

2 0 0669

0 498

0

,

(

)

,

( ,

)

,

=

+

+

+

+

=

+

≈

=

i

i

Ω

,,

,

,

,

,

,

8

0 8 230

0 498

369 47

160 2

0

1 1

i

i

U

Z

A

I

A

k

w

=

=

>

=

Należy uznać, że warunek samoczynnego wyłączenia zostanie zachowany
dla czasu t £ 0,2 s.

B) zasilanie z sieci elektroenergetycznej
Z

k1

= 0,049 W - zasilanie ze stacji „Trzcińska” (podczas zasilania ze stacji

„Wichrowa” impedancja obwodu zwarciowego jest mniejsza od impedancji
obwodu zwarciowego przy zasilaniu ze stacji „Trzcińska” oraz przy zasila-
niu z agregatu).

- impedancja WLZ na odcinku ZK-SZR sieć/agregat

Z
Z
Z

k

k c

1

6

1

0 049

0 0019

0 049

0 0019

0 0509

=

=

=

+

=

,

,

,

,

,

Ω

Ω

Ω

I

U

Z

A

I

A

k

k c

w

1

0

1

0 8

0 8 230

0 0509

3615

1730 30

=

=

=

>

=

,

,

,

,

i

i

- STK (zabezpieczenie: WTN00gG20):

S

k

I t

mm

mm

w

≥

=

=

<

1

1

1

115

2500

1

0 43

4

2

2

2

i

i

,

Należy zatem uznać dobór wszystkich przewodów ze względu na warun-

ki zwarciowe za poprawny.

sprawdzenie samoczynnego wyłączenia

A) zasilanie z agregatu

X

x

U
S

k G

d

rG

rG

1

2

2

0 33

0 4
0 11

0 48

(')

(')

,

,
,

,

=

=

=

i

i

Ω

- reaktancja generatora na jego zaciskach dla zwarć jednofazowych,
x

(‘)

d

- fikcyjna wartość reaktancji przejściowej wyrażona w jednostkach względ-

nych wykorzystywana do obliczania skuteczności samoczynnego wyłączenia
przy zasilaniu z agregatu w [-] - dotyczy tylko generatorów, w których podczas
zwarcia na jego zaciskach utrzymywana jest trzykrotna wartość prądu zna-
mionowego przez czas t £ 10 s.

Kabel YKYżo 5x70:
- odcinek agregat - SZR sieć/agregat

R

L

S

1

1

1

10

55 70

0 0026

=

=

=

γ i

i

,

Ω

- odcinek SZR sieć/agregat – RGnN

R

L

S

2

2

2

5

55 70

0 0013

=

=

=

γ i

i

,

Ω

Rys. 9 Schemat ideowy RGB w KPP

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

n r 7 - 8 / 2 0 0 4

51

Należy uznać, że warunek samoczynnego wyłączenia w układzie SZR

podczas zwarć przy zasilaniu z sieci elektroenergetycznej z dowolne-
go transformatora wchodzącego w skład układu zasilania zostanie za-
chowany.

Uwaga! Uzyskane wyniki obliczeń po porównaniu z wynikami prądów

zwarć jednofazowych przy zasilaniu z agregatu w pozostałych elementach
systemu zasilania pozwalają wyciągnąć wniosek, że ochrona przeciwporaże-
niowa przez samoczynne wyłączenia zostanie zachowana podczas zasilania
z dowolnego źródła wchodzącego w skład układu zasilania (agregat, stacja
transformatorowa 15/0,4 kV „Trzcińska” i stacja transformatorowa 15 / 0,4 kV
„Wichrowa”).
Zatem prowadzenie dalszych obliczeń sprawdzających nie jest celowe.

sprawdzenie dopuszczalnego spadku napięcia

Spadek napięcia (zasilanie z agregatu):

- do zacisków UPS

∆U

U

L P

S

i

i

i

i

n

=

=

+

=

∑

100

100

55 400

65000 15

70

22400 15

16

2

2

1

γ i

i

i

i

i

i

i

i

(

+

+

=

<

14200 5

6

0 53

1

i

)

, %

%

- do zacisków STK

∆U

U

L P

S

i

i

i

i

n

=

=

+

=

∑

100

100

55 400

65000 15

70

22400 15

16

2

2

1

γ i

i

i

i

i

i

i

i

(

+

+

=

<

9820 10

6

0 54

1

i

)

, %

%

W każdym przypadku warunek spadku napięcia należy uznać za spełniony.

Uwaga! Podobne wyniki uzyska się przy zasilaniu z sieci ze względu na po-

równywalne odległości liczone do punktu odniesienia, którym jest złącze ka-
blowe ZK-2B zainstalowane na budynku.

uwagi końcowe

1. Po zainstalowaniu wszystkich elementów systemu zasilania należy wyko-

nać pomiary - skuteczności samoczynnego wyłączenia:

rezystancji izolacji przewodów i kabli,

ciągłości przewodów wyrównawczych,
rezystancji uziemienia.

2. Sprawdzić funkcjonowanie UPS, STK i agregatu.
3. Przeprowadzić próby i badania odbiorcze wymagane przez PN-IEC 60361-

6-61.

zestawienie ważniejszych materiałów

1. Agregat prądotwórczy 3x230/400V typu GS110

1 szt.

2. Układ SZR sieć/agregat INS 160

1 szt.

3. Siłownia telekomunikacyjna CS500 wyposażona w 6 modułowych

zasilaczy SMPS 48V DC1900W

1 kpl.

4. UPS PW 9155-16

2 szt.

5. Wyłącznik awaryjny agregatu

1 szt.

6. Wyłącznik główny ppoż. 1

szt.

7. Wyłącznik awaryjny UPS

2 szt.

8. Rozłącznik NH00

9 szt.

9. Rozłącznik R302

6 szt.

10. Korytka instalacyjne systemu „U” sz. 150 mm

10 m

11. Kable i przewody:

YKXSżo 5x70 - 30 m, YDYżo 5x6 - 20 m, YKYżo 5x4 - 15 m, OMY 2x1 - 3 m,
LgY 70 - 40 m, LgYżo 70 - 20 m, YKY 5x2,5 - 15 m, YKY 3x2,5 - 15 m,
YKY 4x2,5 - 15 m, YKY 2x2,5 - 15 m, LgYżo - 35 m. LiYCY 8x1 - 5 m

12. Szafa RGnN wg systemu „PRISMA G“ produkcji Schneider

1 kpl.

13. Wyłącznik DPX I 160 4P z cewką wzrostową 1

szt.

14. Przełącznik faz PFA-16P

1 szt.

15. Obudowy nieprzewodzące o wymiarach 60 x 40 x 25

3 szt.

16. Skrzynki systemu HENSEL wraz z niezbędnym osprzętem:

Mi 6436

2 szt.

Mi 87210

1 szt.

17. Ogranicznik przepięć:

VC4X 1

szt.

VC2X 1

szt.

18. Pozostałe materiały wg

potrzeb

Rys. 10 Schemat montażowy RGB w KPP

Rys. 11 Schemat montażowy RSP