Aparaty

i rozdzielnie

elektroenergetyczne

Projekt

Konsultant: Opracowali:

mgr inż. Rafał Tarko Wojciech Machowski

Adam Kabalak

Elektrotechnika rok III

Dobór szyn łączących transformatory z polami zasilającymi szaf niskiego i wysokiego napięcia wg PN-90/E-05025

1. Rozdzielnica ŚN - 15 [kV]

sprawdzenie przekroju minimalnego

[
]

gdzie:
=1 [s]
=1 [s]
=75 [A/mm
] - dla temp. początkowej 100
C ,końcowej 200
C
=3,84 [kA]

Dobieramy przewód szynowy łączony przez spawanie niemalowany o liczbie szyn: 1 ,obciążalności długotrwalej prądem przemiennym: 240 [A] ,przekroju: 60 [mm
] ,

typu: AP-20
3

Dobór szyn ze względu na warunki dynamiczne

naprężenie wypadkowe

+

warunek poprawnego doboru:

gdzie: naprężenie dopuszczalne
=q

=180 N/mm²

q - współczynnik plastyczności q =1.50 ,

R_p0.2 - granica plastyczności R_{p0. 2}=120 N/mm²

naprężenie dopuszczalne w przewodzie składowym
=0

naprężenie dopuszczalne w przewodzie fazowym
=164 [N/mm
]

gdzie
1135,5 [N]

=29,5 [kA] prąd udarowy

l=1,5 [m] odległość między podporami

a=0,2 [m] odstęp obliczeniowy między przewodami

Z=(b*h²)/6=1,3 cm³

b=0,5 [cm] szerokość szyny

h=4 [cm] wysokość szyny

V_σ= V_r =f(f_c/f) = 1 β=1 współczynniki

=164 [N/mm
]
=q

=180 N/mm²

Ponieważ wartość naprężeń dopuszczalnych jest większa od naprężeń obliczonych wynika stąd, że szyny są dobrane prawidłowo pod względem dynamicznym prądu zwarciowego.

Sprawdzenie częstotliwości drgań własnych

Częstotliwości drgań własnych pojedynczego przewodu:

=287 [Hz]

Częstotliwości prądu:
=50 [Hz]

2. Rozdzielnica ŚN - 0,4 [kV]

sprawdzenie przekroju minimalnego

[
]

gdzie:
=1 [s]
=1 [s]
=75 [A/mm
] - dla temp. początkowej 100
C ,końcowej 200
C
=55,64 [kA]

Dobieramy przewód szynowy łączony przez spawanie niemalowany o liczbie szyn: 1 ,obciążalności długotrwalej prądem przemiennym: 1950 [A] ,przekroju: 800 [mm
] ,

typu: AP-80
10

Dobór szyn ze względu na warunki dynamiczne

naprężenie wypadkowe

+

warunek poprawnego doboru:

gdzie: naprężenie dopuszczalne
=q

=180 N/mm²

q - współczynnik plastyczności q =1.50 ,

R_p0.2 - granica plastyczności R_{p0. 2}=120 N/mm²

naprężenie dopuszczalne w przewodzie składowym
=0

naprężenie dopuszczalne w przewodzie fazowym
=51,7 [N/mm
]

gdzie
4040 [N]

=55,6 [kA] prąd udarowy

l=1,5 [m] odległość między podporami

a=0,2 [m] odstęp obliczeniowy między przewodami

Z=(b*h²)/6=10,7 cm³

b=1 [cm] szerokość szyny

h=8 [cm] wysokość szyny

V_σ= V_r =f(f_c/f) = 1 β=0,73 współczynniki

=51,7 [N/mm
]
=q

=180 N/mm²

Ponieważ wartość naprężeń dopuszczalnych jest większa od naprężeń obliczonych wynika stąd, że szyny są dobrane prawidłowo pod względem dynamicznym prądu zwarciowego.

Sprawdzenie częstotliwości drgań własnych

Częstotliwości drgań własnych pojedynczego przewodu:

=230 [Hz]

Częstotliwości prądu:
=50 [Hz]

Dobór izolatorów według pn-90/e-05025

1. Napięcie 15 [kV]

Siła działająca na podpory przewodów :

F_d=V_F*V_r*α*F_m = 567,8 [N]

Gdzie: α - współczynnik do obliczania siły na podporę α=0.5

V_F - stosunek siły dynamicznej do statycznej działającej na podporę

σ_m>0.8R_p0.2 dlatego V_F =V_r =1

F_m =1135,5 [N]

Dobierano izolator SWGw 8-75 T/3 o danych:

napięcie znamionowe: U_n(iz)=16 [kV]

minimalna siła łamiąca F_dop(iz)=8 [kN]

wysokość h_iz=130 [mm]

Sprawdzenie doboru

1. Ze względu na warunki robocze

napięcie znamionowe izolatora > napięciu sieci

U_n(iz)=16 [kV] > U_n(sieci)=15 [kV]

2. Ze wzgłędu na warunki dynamiczne:

F_d=0,6 [kN] < F_dop(iz)=8 [kN]

Izolatory są prawidłowo dobrane zarówno na warunki robocze, jak i dynamiczne

2.napięcie 0,4 [kV]

Siła działająca na podpory przewodów :

F_d=V_F*V_r*α*F_m =3838 N

Gdzie α - współczynnik do obliczania siły na podporę α=0.5

V_F - stosunek siły dynamicznej do statycznej działającej na podporę

ponieważ σ_m<0.8R_p0.2 dlatego

V_F*V_r=0.8R_p0.2/σ_m = 1,9

Dobierano izolator SW 20-1-Tt o danych:

napięcie znamionowe: U_n(iz)=1 [kV]

minimalna siła łamiąca F_dop(iz)=4 [kN]

wysokość h_iz=40 [mm]

Sprawdzenie doboru

1. Ze względu na warunki robocze

napięcie znamionowe izolatora > napięciu sieci

U_n(iz)=4 [kV] > U_n(sieci)=0.4 [kV]

2. Ze względu na warunki dynamiczne:

F_d=3,8 [kN] < F_dop(iz)=4 [kN]

Izolatory są prawidłowo dobrane zarówno na warunki robocze, jak i dynamiczne

Dobór przekładników prądowych

Przekładniki prądowe winny spełniać warunki pod względem:

1) Napięcia izolacji, która winna być większa od napięcia sieci zasilającej przekładnik

U_ni > U_n(sieci)

U_ni - napięcie znamionowe izolacji przekładnika,

U_n(sieci) - napięcie znamionowe sieci

2) Znamionowego prądu wtórnego.

Przekładniki prądowe wykonuje się na prąd wtórny

I_2n=5 [A]

3) Klasy dokładności

Dla przekładników prądowych do pomiarów energii należy stosować przekładniki o klasie dokładności 1.

kl=1

4) Znamionowego prądu pierwotnego

I_1n > I_{r max}

I_1n - prąd znamionowy przekładnika,

I_{r max} - prąd roboczy maksymalny sieci

Wartości prądów maksymalnych roboczych obliczonych na podstawie mocy budynków podano w tabeli.

sekcja I	Ps	Qs	Irmax[A]	[kVA]
Hala obróbki mechanicznej	657,23	735,95	1604	1090,55
Hala maszyn	771,6	707,98	1611	1095,57
razem	1429	1444	3215	2186

SEKCJA II

sekcja II	Ps	Qs	Irmax[A]	[kVA]
Oddział remontowy	247,74	346,58	705,6	479,84
Oddział transportu	280,32	411,71	828,9	563,67
Kotłownia	133,26	100,33	247,6	168,38
Pompownia	330,1	275,58	634,8	431,68
Budynek administracyjny	216,67	145,57	395,1	268,64
Razem:	1207	1280	2812	1912

5)Mocy znamionowej przekładnika

S_n=(I_2n)²*Z_n

S_n - moc znamionowa przekładnika,

Z_n - znamionowa impedancja obciążeniowa

dla przekładników klasy 1 znamionowa impedancja winna spełnić warunek:

0.25Z_n < Z <Z_n

gdzie

Z - impedancja obciążeniowa przekładnika wyrażona wzorem:

Z=R_p+Z_ap+R_z

przy czym:

R_z - rezystancja zestyków, dla przekładników klasy 1 R_z=0.05 [Ω]

Z_ap - impedancja aparatów przyłączonych do przekładników. Przyjęto, że przekładnik zasila amperomierz elektromagnetyczny, watomierz elektrodynamiczny oraz liczniki energii elektrycznej, stąd wynika, że wartość impedancji wynosi

Z_ap=Z_a+Z_w+Z_l=0.2+0.2 +0.07=0.47[Ω]

R_p - rezystancja przewodów łączących przekładnik z aparatami

R_p=l/(s*γ)=40/(55*1.5)=0.48 [Ω]

Stąd : Z=R_p+Z_ap+R_z=0.48+0.47+0.05=1 [Ω]

znamionowa impedancja winna spełnić warunek:

Z_n nalży do przedziału < 1,2>

6) Liczby przetężeniowej

10-procentowa liczba przetężeniowa (N₁₀) dla przekładników zasilających obwody pomiarowe winna wynosić poniżej 10.

N₁₀ > N₀

N₀ - liczba przetężeniowa przekładnika prądowego

7) Wytrzymałości cieplnej zwarciowej

Jest ona określona jako prąd cieplny jednosekundowy

I_n1 > I_tz [kA]

Wytrzymałość cieplna zwarciowa jest określona jako krotność prądu znamionowego pierwotnego

I_n1=k_cp*I_1n

gdzie :

k_cp - współczynnik, dla wykonań zwykłych k_cp=80

Sprawdzenie doboru przekładników prądowych

na powyższe warunki

sekcja 1

przekładnik typu ISMOa-0.5-2000

napięcie znamionowe [kV] - 0.5

prąd pierwotny [A] - 2000

pr --> [Author:JK] ąd wtórny [A] - 5

prąd cieplny 1-sekundowy [kA] - 144

moc znamionowa [VA] - 30

klasa dokładności - 1

liczba przetężeniowa mniejsza od 10

Ponieważ

1) Napięcie izolacji U_ni > U_n(sieci)

2) Prąd wtórny I_2n=5 [A]

3) klasa dokładności kl=1

4) Prąd pierwotny

a) I_1n =2000 [A] > I_{r max} =1611 [A]

5) Moc znamionowa dla Z_n =1[Ω] S_n =25 [VA]

dla Z_n =2 [Ω] S_n=50

25 [VA] < S_n=30 [VA] < 50[VA]

6) Liczby przetężeniowej

N₀ < 10 co jest spełnione

7) Wytrzymałości cieplnej zwarciowej

Dla niskiego napięcia I_tz=7.623 [kA], natomiast t_z=1 [sek.]

z tego wynika: I_n1 > I_tz =7.623 [kA]

I_n1=k_cp*I_1n =80*2000=160 [kA],

I_n1> I_tz

sekcja 2

Przekładnik typu IPZ1OT-0.5-1000 o danych

napięcie znamionowe [kV] - 0.5

prąd pierwotny [A] - 1000

pr --> [Author:JK] ąd wtórny [A] - 5

prąd cieplny 1-sekundowy [kA] -50

moc znamionowa [VA] -30

klasa dokładności - 1

liczba przetężeniowa mniejsza od 10

Ponieważ

1) Napięcie izolacji U_ni > U_n(sieci)

2) Prąd wtórny I_2n=5 [A]

3) klasa dokładności kl=1

4) Prąd pierwotny

I_1n =1000 [A] > I_{r max} =828,9 [A]

5) Moc znamionowa dla Z_n =1[Ω] S_n =25 [VA]

dla Z_n =2 [Ω] S_n=50

25 [VA] < S_n=30 [VA] < 50[VA]

6) Liczby przetężeniowej

N₀ < 10 co jest spełnione

7) Wytrzymałości cieplnej zwarciowej

Dla niskiego napięcia I_tz=7.623 [kA], natomiast t_z=1 [sek.]

z tego wynika: I_n1 > I_tz =7.623 [kA]

I_n1=k_cp*I_1n =80*1000=80 [kA],

I_n1> I_tz

Ponieważ przekładnik typy IPZOT-0.5-1000 spełnia wymagania określone w punkcie od 1 do 7 wynika z tego, że jest on prawidłowo dobrany.

Dobór przekroju przewodów w obwodach przekładników

Ze względu na wytrzymałość mechaniczną przewodów:

S_min > 1.5 [mm²]

Ze względu na wytrzymałość termiczną przewodów:

S_min >

I_1s - dopuszczalna gęstość jednosekundowa prądu zwarciowego (I_1s=126 [A/mm²]dla kabli i przewodów)

ϑ_i - przekładnia prądowa przekładnika

Minimalny przekrój przewodów zasilających przyrządy pomiarowe z przekładnika prądowego typu IPZ1OT-0.5-2000:

ϑ_i=2000/5=400

S_min > 1,16 [mm²]

Minimalny przekrój przewodów zasilających przyrządy pomiarowe z przekładnika prądowego typu ISMOa-0.5-1000:

ϑ_i=1000/5=200

S_min > 2,32 [mm²]

Dobór przekładników napięciowych

Przekładniki napięciowe dobiera się ze względu na:

1) Znamionowe napięcie pierwotne

Dla przekładników napięciowych pracujących w układzie ”V” w układzie jednofazowym

powinny spełniać warunek:

U_1n=U_ns=15 [kV]

U_ni - napięcie znamionowe przekładnika,

U_ns- napięcie znamionowe sieci międzyprzewodowe

2) Znamionowe napięcie wtórne dla układu przekładnika zastosowanego w układzie napięcie to winno wynosić:

U_2n=100 [V]

3) Klasę dokładności

Dla zasilania liczników zasilania liczników rozliczeniowych stosuje się przekładniki o klasie dokładności 0.2 lub 0.5, natomiast dla zasilania jednofazowych liczników energii biernej, liczników kontrolnych, oraz do pomiarów , napięcia i częstotliwości stosuje się przekładniki o klasie dokładności 1.

W układzie dobrano przekładnik do zasilania liczników rozliczeniowych, dla których klasa dokładności winna wynosić od 0.2 do 0.5

4) Moc znamionowa przekładnika

Moc znamionowa przekładnika powinna spełniać warunek:

0.25S_n < S < S_n

S - moc obciążenia strony wtórnej, będąca sumą mocy poszczególnych aparatów zasilanych z przekładnika.

Przykładowe wartości mocy pobieranych przez obwody napięciowe

różnych przyrządów zestawiono w tabeli

rodzaj przyrządu	moc pobierana [VA]
woltomierz elektromagnet.	4 do 8
watomierz	6 do 8
licznik en elektr. indukcyjny	2 do 2.5

Przy założeniach jak wyżej przyjęto, że przekładnik będzie zasilał: woltomierz elektromagnet. S_V=6 [VA] watomierz S_W=7 [VA] oraz licznik en elektr. indukcyjny S_l=2.25 [VA]

Obciążenie pojedynczego przekładnika wynosi:

S₀=S_V+S_W+S_L=6+7+2.25=15.25 [VA]

Z tego wynika, że moc znamionowa przekładnika powinna zawierać się w przedziale

0.25S_n < S₀ < S_n [VA] ⇒ S_n > 15.25 [VA] i S_n <61 [VA]

15.15 [VA] < S_n < 61 [VA]

Sprawdzenie doboru przekładników napięciowych

na powyższe warunki

Do pomiarów kontrolnych na szynach wysokiego napięcia dobrano przekładnik napięciowy typu VSK I 10b o danych

napięcie znamionowe pierwotne [kV] - 15

napięcie znamionowe wtórne [V] - 100

klasa dokładności - 0.5

moc znamionowa [VA] - 50

moc graniczna [VA] - 500

Ponieważ:

1) Znamionowe napięcie pierwotne U_1n=U_ns=15 [kV]

2) Znamionowe napięcie wtórne U_2n=100 [V]

3) Klasę dokładności kl=0.5

4) Moc znamionową 15.15 [VA] < S_n =50 [VA] < 61 [VA]

Ponieważ przekładnik typy VSK I 10b spełnia wymagania określone w punkcie od 1 do 4

wynika z tego, że jest on prawidłowo dobrany.

DOBÓR ZABEZPIECZENIA OBWODÓW PIERWOTNEGO I WTÓRNEGO ORAZ PRZEKROJU PRZEWODÓW

Do zabezpieczenia strony pierwotnej przekładnika stosuje się bezpieczniki wielkiej mocy na prąd 1 A lub większy, aby był spełniony warunek:

I_nws > I_p

I_nws - znamionowy prąd wyłączalny symetryczny

I_p - składowa początkowa prądu zwarciowego

Bezpieczniki lub wyzwalacze termiczne w obwodach uzwojeń wtórnych dobiera się do mocy granicznej przekładnika według zależności:

[A] oraz jednocześnie musi zaistnieć

gdzie:

S_gr - moc graniczna przekładnika w [VA]

k -współczynnik przyjmujący wartość 1.5 do 1.6

S_o - obciążenie pojedynczego przekładnika

Ponieważ S₀=15.15 [VA] i U_n2=100 [V] ⇒ [A]

oraz [A]

Przekrój przewodów łączących przekładniki z zasilanymi przyrządami należy obliczyć według zależności:

Dla przekładników klasy 0.2

S_min=

Dla przekładników klasy 0.5

S_min=

gdzie:

S_o - obciążenie pojedynczego przekładnika w [VA]

l - długość pojedynczego przewodu w [m]

γ - konduktywność miedzi w [m/Ω*mm²]

R_d - rezystancja dodatkowa w [Ω]

R_d=R_b+R_z

przy czym

R_b - rezystancja bezpiecznika

R_z - rezystancja zestyków jednej fazy

R_z=0.05 [Ω] dla przekładników wnętrzowych

R_b=0.2 [Ω]

R_d=R_b+R_z=0.05+0.2=0.25 [Ω]

Do połączenia przekładników z przyrządami zasilanymi zastosowano przewody miedziane o długości 40 [m], z tego wynika

γ=55 [m/Ω*mm²]

l=40 [m]

Minimalny przekrój przewodów łączących przyrządy pomiarowe z przekładnikiem napięciowym wynosi:

Dla przekładników klasy 0.2

S_min= [mm²]

Dla przekładników klasy 0.2 wymagany jest przekrój s = 2.5 [mm²]

Dla przekładników klasy 0.5

S_min= [mm²]

Dla przekładników klasy 0.5 wymagany jest przekrój s = 1.5 [mm²]

Dla dobranego przekładnika napięciowego zastosowano przewody miedziane

o przekroju s=1.5 [mm²]

DOBÓR WYŁĄCZNIKÓW

Dobór wyłączników w rozdzielni głównej 15 kV.

Dobór wyłączników nr1 i nr 2 w gałęziach z transformatorami:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłączników:

Irmax=1,2*SnT/1,7/Un=94

Dobrano wyłączniki próżniowe produkcji zakładów „ZWAR” typu WV31-12 20 / 08-S o danych:

Parametry	Parametry wyłącznika	Parametry układu
napięcie znamionowe izolacji	Uni = 20[kV]	Uns = 15[kV]
znamionowy prąd ciągły	In = 630[A]	Ir max = 94[A]
znamionowy prąd szczytowy	iszcz = 50[kA]	iu = 29,5[kA]

Do wyżej dobranego wyłącznika zastosowano pole rozdzielnicy

Dobór wyłączników w rozdzielni głównej 0.4 kV.

Dobór wyłączników transformatorowych nr3 i nr 4

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłącznika:

Irmax=1,2*SnT/1,7/Un=3529

Dobrano wyłącznik typu APU 50A / 1000 o danych:

Parametry	Parametry wyłącznika	Parametry układu
napięcie znamionowe izolacji	Uni = 1[kV]	Uns =0.4 [kV]
znamionowy prąd ciągły	In = 4000[A]	Ir max = 3529[A]
znamionowy prąd szczytowy	iszcz = 105[kA]	iu = 55.65[kA]

Dobrany wyłącznik spełnia powyższe warunki.

DOBÓR BEZPIECZNIKÓW

Dobór bezpiecznika mocy do zabezpieczania sekcji 1

Irmax=Ss/1,7/Un=3214

Dobrano wkładkę topikową WT-00 / T-4000A o danych:

Parametry	Parametry bezpiecznika	Parametry układu
napięcie znamionowe izolacji	Uni = 0.5[kV]	Uns = 0.4[kV]
znamionowy prąd ciągły	In = 4000[A]	Ir max =3214[A]

Dobór bezpiecznika mocy do zabezpieczania pola odpływowego zasilającego sekcje 2

Irmax=1,2*Ss/1,7/Un=2811

Dobrano wkładkę topikową WT-3 / T-3000A o danych:

Parametry	Parametry bezpiecznika	Parametry układu
napięcie znamionowe izolacji	Uni = 0.5[kV]	Uns = 0.4[kV]
znamionowy prąd ciągły	In = 3000[A]	Ir max =2811 [A]

d wtórny

d wtórny

F_d

h_iz

h_iz

Schemat przekładnika

prądowego

---