Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki

Aparaty i rozdzielnie elektroenergetyczne

-projekt-

Konsultacja: Wykonali:

Mgr inż. Rafał Tarko Maciej Data

Piotr Ciemięga

Temat projektu:

Zaprojektować stację elektroenergetyczną zasilającą zakład przemysłu metalowego II kategorii z 20% rezerwą zasilania. Zakład ma być zasilany linią kablową z sieci energetyki zawodowej o napięciu 6 kV.

Na terenie zakładu, znajdują się następujące obiekty:

1. Hala obróbki mechanicznej

2. Hala maszyn

3. Oddział remontowy

4. Oddział transportowy

5. Kotłownia

6. Pompownia

7. Budynek administracji

Rys 1. Rozmieszczenie obiektów zakładu przemysłowego.

Tabela 1. Wymiary budynków:

Nazwa budunku	Wymiar X [m]	Wymiar Y [m]
Hala obróbki mechanicznej	140	90
Hala maszyn	100	70
Odział remontowy	90	40
Odział transportu	100	30
Kotłownia	40	20
Pompownia	40	30
Budynek administracji	100	30

Założenia projektowe:

- stacja transformatorowa zasilana z sieci energetyki zawodowej dwiema

niezależnymi liniami kablowymi o napiÄ™ciu…………………………….............….6 kV

- moc zwarciowa na szynach rozdzielni SN………………………………………….140 MVA

- dyrektywny tgφ na szynach 6kV……………..……………………………………...≤ 0,4

- moc zainstalowana w zakÅ‚adzie……………………………………………………..1291 kW

- liczba transformatorów………………………………………………………………2

- rezerwa mocy………………………………………………………………………...20%

- ukÅ‚ad szyn zbiorczych zbiorczych rozdzielni SN………………… pojedynczy sekcjonowany

- ukÅ‚ad szyn zbiorczych zbiorczych rozdzielni 0,4 kV……………...pojedynczy sekcjonowany

Zakres projektu:

1. Wyznaczenie mocy szczytowych dla poszczególnych obiektów i całego zakładu metodą współczynnika zapotrzebowania mocy.

2. Dobór baterii kondensatorów do poprawy współczynnika mocy.

3. Dobór transformatorów.

4. Wyznaczenie charakterystycznych wielkości zwarciowych przy zwarciu po stronie 6 i 0,4 kV

5. Lokalizacja stacji 6/ 0,4 kV

6. Dobór aparatury rozdzielczej po stronie SN i nn:

1. szyny zbiorcze

2. izolatory wsporcze

3. przekładniki napięciowe

4. przekładniki prądowe

5. wyłączniki

6. odłączniki

7. bezpieczniki mocy

7. Dobór pól i rozdzielnic 6 i 0,4 kV w oparciu o elementy prefabrykowane produkowane w kraju.

8. Rozmieszczenie urządzeń (rozdzielnic, baterii kondensatorów, transformatorów itp.) w stacji.

9. Rozwiązanie komory transformatora i jego połączenia z rozdzielnicami.

10. Projekt tras kablowych i dobór przekroju kabli.

11. Rysunki:

1. rozmieszczenie obiektu zakładu przemysłowego.

2. kartogram mocy i lokalizacja stacji transformatorowej.

3. schemat zasadniczy stacji z oznaczeniem typów katalogowych dobranej aparatury.

4. rzut poziomy pomieszczeń stacji 6/ 0,4 kV

5. elewacje rozdzielnic 6 kV i 0,4 kV

6. przekrój komory transformatora.

7. przekrój pola linii zasilającej.

8. pola pomiarowego w rozdzielni 6 kV

9. pola transformatora w rozdzielni 6 kV

10. pola transformatora w rozdzielni 0,4 kV

11. pola Å‚Ä…cznika sekcyjnego w rozdzielni 6 kV

12. pola Å‚Ä…cznika sekcyjnego w rozdzielni 0,4 kV

13. pola odpływowego.

14. pola baterii kondensatorów.

15. Plan wewnątrzzakładowej sieci kablowej

1. Wyznaczenie mocy szczytowych dla poszczególnych obiektów i całego zakładu.

Moce szczytowe dla każdego obiektu w zakładzie zostały wyznaczone w oparciu o metodę współczynnika zapotrzebowania mocy k_z. Współczynnik zapotrzebowania mocy k_z jest określony dla charakterystycznych grup odbiorników, przy czym moce szczytowe kolejnych obiektów są sumą mocy szczytowych wszystkich odbiorników, znajdujących się na terenie tegoż obiektu.

W obliczeniach uwzględniono również współczynnik jednoczesności nakładania się największych obciążeń k_j. W tabeli podano także współczynniki mocy dla poszczególnych odbiorników.

Moce szczytowe obliczono na podstawie poniższych zależności:

Moce zapotrzebowania dla poszczególnych obiektów z uwzględnieniem współczynnika jednoczesności mocy czynnej i biernej:

Na podstawie wykresu przyjęto --> [Author:t] następujące wartości współczynników jednoczesności:

k_jc = 1

k_jb = 0,67+0,33 k_jc =1

Rys 2. Współczynnik k_jc

1. Hala obróbki mechanicznej (Tabela 2)

Rozdzaj odbiornika	Pi [kW]	n [szt.]	nPi [kW]	kz	cosϕ	Ps [kW]	Qs [kVar]
oświetlenie	0,6	100	60	0,8	0,9	48	23,2
narzędzia przenośne	1	50	50	0,5	0,1	25	248,7
obrabiarki I	10	25	250	0,27	0,65	67,5	78,9
obrabiarki II	5	15	75	0,2	0,5	15	26
wentylator urządzeń produkcyjnych	2	4	8	0,7	0,8	5,6	4,2
kompresor	2	10	20	0,85	0,7	17	17,3
suwnica	30	6	180	0,2	0,5	36	62,4

2. Hala maszyn (Tabela 3)

Rozdzaj odbiornika	Pi [kW]	n [szt.]	nPi [kW]	kz	cosϕ	Ps [kW]	Qs [kVar]
zgrzewarka punktowa i ciągła	5	4	20	0,35	0,6	7	9,3
oświetlenie	0,5	70	35	0,8	0,9	28	13,6
kompresor	3	3	9	0,75	0,85	6,8	4,2
piec oporowy	15	2	30	0,65	0,95	19,5	6,4
piec ind. niskiej częstotliw. z kond.	30	2	60	0,8	0,7	48	49
obrabiarka III- praca przerywana	5	12	60	0,18	0,5	10,8	18,7
spawarka I - transformator spawalniczy	2	12	24	0,35	0,35	8,4	22,5
suwnica	10	2	20	0,2	0,5	4	6,9
wentylator urządzeń produkcyjnych	2	8	16	0,7	0,8	11,2	8,4

3. Odział remontowy (Tabela 4)

Rozdzaj odbiornika	Pi [kW]	n [szt.]	nPi [kW]	kz	cosϕ	Ps [kW]	Qs [kVar]
oświetlenie	0,5	22	11	0,8	0,9	8,8	4,3
kompresor lakierniczy	1,5	8	12	0,85	0,75	12,1	10,7
spawarka I - transformator spawalniczy	3	9	27	0,35	0,35	9,5	25,3
piec oporowy (suszarka)	10	2	20	0,65	0,95	13	4,3
obrabiarka III- praca przerywana	2	5	10	0,18	0,5	1,8	3,1
suwnica	15	1	15	0,2	0,5	3	5,2
wentylatory urządzeń	1,5	6	9	0.7	0.8	6,3	4,7
narzędzia przenośne	0,9	15	13,5	0.5	0.1	6,8	67,1

4. Odział transportu (Tabela 5)

Rozdzaj odbiornika	Pi [kW]	n [szt.]	nPi [kW]	kz	cosϕ	Ps [kW]	Qs [kVar]
oświetlenie	0,5	20	10	0,8	0,9	8	3,9
kompresor	1,5	6	9	0,85	0,75	7,65	6,7
suwnica	15	3	45	0,2	0,5	9	15,3
wentylatory urządzeń sanitarnych	2	15	30	0,65	0,8	19,5	14,6
narzędzia przenośne	0,8	35	28	0,5	0,1	14	139,3

5. Kotłownia (Tabela 6)

Rozdzaj odbiornika	Pi [kW]	n [szt.]	nPi [kW]	kz	cosϕ	Ps [kW]	Qs [kVar]
oświetlenie	0,5	10	5	0,8	0,9	4	1,9
pompa	6	3	18	0,85	0,75	15,3	13,5
wentylatory urządzeń produkcyjnych	2	4	8	0,7	0,8	5,6	4,2

6. Pompownia (Tabela 7)

Rozdzaj odbiornika	Pi [kW]	n [szt.]	nPi [kW]	kz	cosϕ	Ps [kW]	Qs [kVar]
oświetlenie	0,3	15	4,5	0,8	0,9	3,6	0,48
pompa	3	10	30	0,85	0,75	25,5	22,5
wentylatory urządzeń produkcyjnych	1,2	5	6	0,7	0,8	4,2	3,15

7. Budynek administracji (Tabela 8)

Rozdzaj odbiornika	Pi [kW]	n [szt.]	nPi [kW]	kz	cosϕ	Ps [kW]	Qs [kVar]
wentylator urządzeń sanitarno- higienicnych	0,5	13	6,5	0,65	0,8	4,23	3,17
urzÄ…dzenia biurowe	0,4	130	52	0,7	0,98	36,4	7,4
oświetlenie	0,5	9	4,5	0,6	0,9	7,8	3,78

8. Podział mocy zainstalowanych w poszczególnych obiektach zakładu (Tabela 9)

Nazwa budynku	Pn [kW]	Pz [kW]	Qz [kVar]		Sz [kVA]	cosϕ
Hala obróbki mechanicznej	643	214,1	460,7	508		0,42
Hala maszyn	274	143,7	139	200		0,72
Odział remontowy	117,5	61,2	163,4	174,5		0,35
Odział transportu	122	58,2	179,8	189		0,31
Kotłownia	31	24,9	19,6	31,7		0,79
Pompownia	40,5	33,3	26,1	42,3		0,79
Budynek administracji	63	48,4	14,4	50,5		0,96

2. Podział obciążenia zakładu na sekcje i dobór baterii kondensatorów do kompensacji mocy biernej.

2.1 Podział na sekcje:

Obciążenie zakładu podzielono na dwie sekcje zasilające dokonując podziału na:

• budynki zakÅ‚adu zasilane z I sekcji szyn stacji transformatorowej:

1. Hala obróbki mechanicznej

6. Pompownia

7. Budynek administracyjny

Dane obciążenia na szynach sekcji szyn I:

moc czynna Ps = 295,8 [kW]

moc bierna Qs = 501,2 [kvar]

moc pozorna Ss = 582 [kVA]

współczynnik mocy

• budynki zasilane z II sekcji szyn stacji transformatorowej:

2. Hala maszyn

3. Oddział remontowy

4. Oddział transportu

5. Kotłownia

Dane obciążenia na szynach sekcji szyn II

moc czynna Ps=288 [kW]

moc bierna Qs=501,8[kvar]

moc pozorna Ss=578,6[kVA]

współczynnik mocy

2.2 Dobór baterii kondensatorów:

W celu poprawy współczynnika mocy zastosowano kompensację mocy biernej i dobrano odpowiednie baterie kondensatorów. Instalowanie baterii kondensatorów należy do sztucznych sposobów poprawy współczynnika mocy i jest to najczęściej wykorzystywany środek w zakładach przemysłowych.

Przyjęty w temacie projektu tg
_dyr.= 0,4, stwarza konieczność zainstalowania baterii kondensatorów, gdyż obliczony rzeczywisty tg
_r jest znacznie wyższy.

• Dobór baterii dla szyn sekcji I :

naturalny cosϕnI=0.508, natomiast tgϕnI=1.695

wartość baterii kondensatorów obliczamy według wzoru:

QbI = PsI * ( tgϕnI - tgϕdyr ) = 295,8 * ( 1.695 - 0.4 ) = 383 [kVAr]

Z katalogu dobieramy baterie kondensatorów NGW R firmy Elektrobudowa S.A. o danych:

mocy..................Qn=390 [kvar]

napięcie..............Ui=1 [kV]

ilość stopni regulacji - 13

Rys 3. Elewacja pola do kompensacji mocy biernej.

• Dobór baterii dla szyn sekcji II :

naturalny cosϕnII=0.498 natomiast tgϕnI=1.741

wartość baterii kondensatorów obliczamy według wzoru:

QbII = PsII * ( tgϕnII - tgϕdyr ) = 288 * ( 1.741- 0.4 ) = 387,2 [kVA]

Parametry baterii takie jak dla szyn sekcji I.

3. Dobór transformatorów

Moc transformatorów zależy m.in. od wymaganego stopnia rezerwowania, który w naszym przypadku wynosi 20% oraz od wielkości i rozkładu obciążeń.

• Dobór transformatora do zasilania sekcji pierwszej ( I ):

moc transformatora winna wynosić:

Str > k * ( Ps / cosϕ)

gdzie :

k- jest to współczynnik rezerwy

dla zakładu przyjęto 20 % rezerwę k = 1.2

moc czynna szczytowa wynosi Ps = 295.8 [kW]

współczynnik mocy wynosi cosϕ = 0.93

w zwiÄ…zku z tym moc transformatora:

Str > k * (Ps / cosϕ)= 1.2 * (295.8 / 0.93) = 381 [kVA]

Na podstawie katalogu dobrano transformator, który jest w stanie zapewnić powyższą moc. Dobrano transformator suchy żywiczny Trihal firmy Schneider Electric o obniżonym poziomie strat i hałasu:

Dane transformatora:

Przekładnia - 6300/400

Moc - 400 kVA

Napięcie zwarcia - 6 %

Regulacja -
5 %

Grupa połączeń - Dyn5

Straty jałowe - 780 W

Straty obciążeniowe - 4500 W

Masa - 1470 kg

Rys 4. Transformator Triahl.

Wymiary [mm]:

A=1260 ; B=795 ; C=1410 ; D=670 ; E=795 ; F=210 ; G=390 ; H=400 ; I=230 ; J=940 ; K=1330

• Dobór transformatora do zasilania sekcji drugiej ( II )

moc transformatora winna wynosić:

Str > k * ( Ps / cosϕ)

gdzie :

k- jest to współczynnik rezerwy

dla zakładu przyjęto 20 % rezerwę k = 1.2

moc czynna szczytowa wynosi Ps = 288 [kW]

współczynnik mocy wynosi cosϕ = 0.93

w zwiÄ…zku z tym moc transformatora:

Str > k * ( Ps / cosϕ ) = 1.2 * ( 288 / 0.93 ) = 371,6 [kVA]

Dobrano transformator suchy żywiczny Trihal firmy Schneider Electric o obniżonym poziomie strat i hałasu o identycznych parametrach jak dla sekcji I.

4. Wyznaczenie charakterystycznych wielkości zwarciowych po stronie

6 i 0,4 kV

4.1 Zwarcie po stronie 6 kV

a) Zwarcie 3 - fazowe

• Impedancja systemu

Dla układów o napięciu znamionowym niższym niż 35 kV, nie będących złożonymi liniami napowietrznymi:

• PoczÄ…tkowy prÄ…d zwarcia

• PrÄ…d ustalony I_k3 i prÄ…d wyÅ‚Ä…czalny symetrycznyI_b3

• PrÄ…d udarowy I_p

• SkÅ‚adowa nieokresowa prÄ…du zwarciowego i_DC

• PrÄ…d zwarciowy wyÅ‚Ä…czalny niesymetryczny i_basym

• ZastÄ™pczy cieplny prÄ…d zwarciowy I_th

Współczynniki m i n dobrano z wykresów:

Rys 5. Współczynniki m i n.

Dla czasu zwarcia 1s przyjęliśmy współczynniki m=0, n=1

4.2 Zwarcie po stronie 400 V

• Impedancja transformatora:

• Impedancja systemu

Dla układów o napięciu znamionowym niższym niż 35 kV, nie będących złożonymi liniami napowietrznymi:

• Impedancja trafo - system

• Impedancja grupy silników

Impedancję zastępczą grupy silników nN wyznaczamy przyjmując krotność prądu znamionowego:

W sekcji II moc zainstalowanych silników jest większa, dlatego obliczenia dokonujemy dla tej sekcji

Dla grupy silników nN zasilanych z linii kablowych:

4.2.1 Zwarcie 3 - fazowe

• PoczÄ…tkowy prÄ…d zwarcia I­­­­_­­­­­­­­­^''_k

Silnik

trafo - system

• PrÄ…d zwarciowy ustalony I_k

Silnik

trafo - system

• PrÄ…d wyÅ‚Ä…czeniowy symetryczny I_b3

Silnik

Współczynniki
i q wyznaczamy na podstawie wykresów.

t_min= 0,1 s

Rys 6. Współczynnik

Rys 7. Współczynnik q.

Przyjęliśmy współczynniki:

=0,75

q=0,2

trafo - system

• PrÄ…d udarowy i_p

Silnik

Współczynnik udarowy dla grupy silników nN zasilanych z linii kablowych:

trafo - system

• SkÅ‚adowa nieokresowa prÄ…du zwarciowego i_DC

Silnik

trafo - system

• PrÄ…d zwarciowy wyÅ‚Ä…czalny niesymetryczny i_b3asym

Silnik

trafo - system

• PrÄ…d zwarciowy cieplny

Dla czasu zwarcia 1s przyjęto współczynniki m=0, n=1 odczytane z Rys 5.

4.2.2 Zwarcie 1 - fazowe

• PrÄ…d poczÄ…tkowy, ustalony, wyÅ‚Ä…czeniowy symetryczny i niesymetryczny:

• PrÄ…du udarowy i_p

Wartość tego prądu zależy od prądu początkowego zwarcia.

• PrÄ…d cieplny I_th1

5. Lokalizacja stacji transformatorowej i wyznaczanie kartogramu obciążeń mocą czynną.

5.1 Kartogram mocy:

Dokonano na podstawie wzoru:

Ps- moc szczytowa budynku

r- promień okręgu

W tabeli 10 podano współrzędne położenia rozdzielnic w poszczególnych budynkach

Tabela 10.

Nazwa budynku	X [m]	Y [m]	r[m]
Hala obróbki mechanicznej	145	95	8,25
Hala maszyn	145	105	6,9
Odział remontowy	205	95	4,4
Odział transport	195	105	4,3
Kotłownia	185	165	2,8
Pompownia	195	165	3,2
Budynek administracji	195	15	3,9

Ze względu na małe wartości promieni okręgów przedstawiliśmy je w skali.

5.2 Obliczenie współrzędnych stacji transformatorowej

• współrzÄ™dna X wynosi

• współrzÄ™dna Y wynosi

Rys 8. Kartogram mocy i lokalizacja stacji transformatorowej.

6. Dobór aparatury rozdzielczej po stronie nn i SN.

6.1 Dobór szyn zbiorczych po stronie SN:

• Dobór szyn ze wzglÄ™du na warunki robocze

Prąd roboczy maksymalny winien być mniejszy, bądź równy od prądu dopuszczalnego obciążalności długotrwałej:

k*I_dop > I_rmax

k=0,95 - współczynnik poprawkowy dla ułożenia szyn

I_rmax = S_zakładu / √3 * U=800/ √3* 6 = 77 [A]

Dlatego też dla układu szyn strony wysokiego napięcia dobrano szyny P-15x3 malowane łączone przez spawanie, dla których wartość prądu obciążalności długotrwałej wynosi I_dop=275 [A]

• Sprawdzenie szyn ze wzglÄ™du na warunki cieplne

Na podstawie warunków cieplnych można wyznaczyć minimalny przekrój szyn z warunku:

I_th - jest to prąd zwarciowy cieplny zastępczy ( wartość skuteczna),

j_th - jest to gęstość prądu zwarciowego cieplnego zastępczego ( wartość skuteczna)

T_kr=1 sek.- jest to czas znamionowy prądu krótkotrwałego wytrzymywanego,

Tk= 0.5 sek - jest to czas trwania prÄ…du zwarciowego,

I_k^”= 13,61 kA - jest to wartość poczÄ…tkowa skÅ‚adowej okresowej prÄ…du zwarciowego (wartość skuteczna),

m,n -są to współczynniki liczbowe,

j_th1Cu = 175 A/mm² - dopuszczalna gÄ™stość prÄ…du 1 sekundowego wytrzymywanego - odczytana z wykresu dla parametrów:

υ_b = 50 °C - temperatura początkowa szyn

υ_eAl = 200 °C max. temperatura szyny

Rys 9. Gęstość prądu zwarciowego cieplnego zastępczego.

Dla czasu trwania zwarcia T_k=0.5 [sek.] wartość współczynnika m=0, ponieważ I”_k/I_k = 1 w zwiÄ…zku z tym wartość współczynnika n=1

I_th = I_k”=13.61 kA

stąd wynika, że minimalny przekrój szyny winien wynosić:

Poprzednio wybrane przez nas szyny nie spełniają tego założenia, dlatego dobieramy szyny P-20x3 malowane łączone przez spawanie.

• Sprawdzenie szyn ze wzglÄ™du na warunki dynamiczne

Obliczamy wartość maksymalną siłę między przewodami fazowymi przy zwarciu:

[N]

i_p- prąd udarowy zwarcia trójfazowego i_p3=33.6 kA

l -odległość między podporami l =0,5 m

a - odstęp między osiami przewodów a=0.2 m

Obliczanie naprężeń w przewodzie:

V_σ =1-stosunek naprężenia dynamicznego do statycznego w przewodzie fazowym

V_r =1- stosunek naprężenia lub siły w przypadku nieudanego samoczynnego ponownego załączenia trójfazowego do siły bez SPZ.

β - współczynnik do obliczania naprężeń w przewodzie fazowym β=0.73

Z - wskaźnik wytrzymałości przewodu fazowego

Z=(b*h²)/6=(0,3*2²)/6=0,2 cm³

Obliczanie naprężenia dopuszczalnego:

q =1,5 - współczynnik plastyczności

R_p0.2 - granic plastycznoÅ›ci zawiera siÄ™ w przedziale 120-180; dobraliÅ›my R_p0.2=120 N/mm²

σ_dop=q*R_p0.2=1.50*120=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 czÄ™stotliwoÅ›ci drgaÅ„ wÅ‚asnych

Częstotliwości drgań własnych pojedynczego przewodu można obliczyć ze wzoru:

l=50 cm- odległość punktów podparcia

b= 0,2 cm - grubość szyny

Obliczona częstotliwość nie mieści się w zabronionym przedziale (85 - 120 Hz) dlatego przyjęto szynę: P - 20x3.

Schemat układu szyn :

Rys 10. Ułożenie szyn.

6.2 Dobór izolatorów wsporczych dla SN

Siła działająca na podpory przewodów :

F_d=V_F*V_r*α*F_m [N/mm²]

α =0,4 - współczynnik do obliczania siły na podporę

V_F - stosunek siÅ‚y dynamicznej do statycznej dziaÅ‚ajÄ…cej na podporÄ™ ponieważ σ_m=67,4 [N/mm²]<0.8R_p0.2=96 [N/mm²] dlatego też:

V_F*V_r=0.8R_p0.2/σ_m = (0.8*120)/67,4=1,42

Wartość siły działającej na podpory przewodów wyniesie:

F_d=V_F*V_r*α*Fm=2.39*0.4*1173.7=558[N]

Dobierano izolator C130 firmy Zapel o danych:

napięcie znamionowe: U_n(iz)=30 [kV]

znamionowa wytrzymałość na zginanie F_dop=4 [kN]

wysokość h=300 [mm]

Rys 11. Schemat izolatora.

• Sprawdzenie doboru

- Ze względu na warunki robocze:

U_ni > U_ns

U_ni=30 [kV] > U_ns=6 [kV]

- Ze względu na warunki dynamiczne:

F_d=0,56 [kN] < F_dop(iz)=4 [kN]

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

6.3 Dobór przekładników napięciowych

Przekładniki napięciowe dobiera się ze względu na:

• Znamionowe napiÄ™cie pierwotne

Dla przekÅ‚adników napiÄ™ciowych pracujÄ…cych w ukÅ‚adzie ”V” w ukÅ‚adzie jednofazowym

powinny spełniać warunek:

U_1n=U_ns=6 [kV]

U_ni - napięcie znamionowe przekładnika,

U_ns- napięcie znamionowe sieci międzyprzewodowe

• Znamionowe napiÄ™cie wtórne dla ukÅ‚adu przekÅ‚adnika zastosowanego w ukÅ‚adzie napiÄ™cie to winno wynosić:

U_2n=100 [V]

• Moc znamionowa przekÅ‚adnika

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.

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

Obciążenie pojedynczego przekładnika wynosi:

S₀=S_V+S_W =6+7=13 [VA]

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

0.25S_n < S₀ < S_n [VA] ⇒ S_n > 13 [VA] i S_n <52 [VA]

Wybieramy przekładnik napięciowy typu UDZ 24 firmy ABB o danych parametrach znamionowych:

-znamionowe napiÄ™cie wtórne U_2n­ = 100[V]

-moc znamionowa S_n = 40 [VA]

-klasa dokładności 0,2

-moc graniczna S_g=1200 [VA]

6.4 Dobór przekładników prądowych

Przekładniki prądowe winny spełniać warunki pod względem:

• NapiÄ™cia izolacji, która winna być wiÄ™ksza od napiÄ™cia sieci zasilajÄ…cej przekÅ‚adnik

U_ni > U_n(sieci)

U_ni - napięcie znamionowe izolacji przekładnika,

U_n(sieci) - napięcie znamionowe sieci

• Znamionowego prÄ…du wtórnego.

I_1np> I_n(sieci)

• Klasy dokÅ‚adnoÅ›ci

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

kl=1

• Mocy znamionowej przekÅ‚adnika

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, oraz watomierz elektrodynamiczny, stąd wynika, że wartość impedancji wynosi

Z_ap=Z_a+Z_w=0,2+0,2 +=0,4[Ω]

R_p - rezystancja przewodów łączących przekładnik z aparatami

R_p=l/(s*γ)=5/(55*1,5)=0,06 [Ω]

Stąd : Z=R_p+Z_ap+R_z=0,06+0,4+0,05=0,51 [Ω]

w związku z tym moc znamionowa przekładnika winna zawierać się w przedziale:

Z_n < Z*4=2,04 [Ω] S_n< (I_2n)²*4Z=5²*2,04=51 [VA]

oraz Z_n > Z=0,51 [Ω] S_n> (I_2n)²*Z=5²*0,51=12,75 [VA]

12,75 [VA] < S_n < 51 [VA]

Dobieramy trójfazowy przekładnik typu 4MA7 firmy Siemens

-klasa kl = 1

-znamionowy prąd wtórny I_2n = 5 [A]

-moc znamionowa S_n=15 [VA]

-znamionowe napięcie przemienne U_m=12 [kV]

6.5 Dobór rozłączników i wyłączników.

6.5.1 Dobór rozłączników w rozdzielni głównej 6 kV.

• Dobór rozÅ‚Ä…czników w gaÅ‚Ä™ziach z transformatorami:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłączników:

napięcie znamionowe izolacji

znamionowy prąd ciągły

znamionowy prąd wyłączalny symetryczny

znamionowy prąd załączalny

Na podstawie powyższych zaÅ‚ożeÅ„ dobieramy rozÅ‚Ä…cznik typu SFG 12 z SF₆ firmy ABB o danych znamionowych:

Napięcie znamionowe [kV] 12

Napięcie probiercze wytrzymywane 1minutowe o częstotliwości sieciowej [kV] 28

Napięcie probiercze wytrzymywane udarowe piorunowe [kV] 75

Częstotliwość znamionowa [Hz] 50-60

Prąd znamionowy ciągły [kA] 630

Prąd znamionowy załączalny [kA] 62,5

• Dobór rozÅ‚Ä…cznika w sekcji zasilajÄ…cej:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłączników:

Dobieramy rozÅ‚Ä…cznik typu SFG 12 z SF₆ firmy ABB o takich samych parametrach jak rozÅ‚Ä…cznik w poprzednim podpunkcie.

• Dobór rozÅ‚Ä…cznika w sprzÄ™gle:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłączników:

Dobieramy rozÅ‚Ä…cznik typu SFG 12 z SF₆ firmy ABB o takich samych parametrach jak rozÅ‚Ä…czniki w poprzednich podpunktach.

• Dobór wyÅ‚Ä…cznika w sprzÄ™gle:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłączników:

Dobieramy wyÅ‚Ä…cznik typu UNI SWITCH HAD-US 12 z SF₆ firmy ABB o parametrach:

Napięcie znamionowe [kV] 12

Napięcie probiercze wytrzymywane 1minutowe o częstotliwości sieciowej [kV] 28

Napięcie probiercze wytrzymywane udarowe piorunowe [kV] 75

Częstotliwość znamionowa [Hz] 50-60

Prąd znamionowy ciągły [kA] 630

Prąd znamionowy załączalny [kA] 40

Prąd znamionowy wyłączalny [kA] 16

6.5.2 Dobór wyłączników w rozdzielni głównej 0.4 kV.

6.5.2.1 Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłącznika:

znamionowy prąd ciągły

znamionowy prąd wyłączalny symetryczny

znamionowy prąd załączalny

napięcie znamionowe izolacji

Na podstawie powyższych założeń dobieramy wyłącznik typu SIRCO firmy SOCOMEC o danych znamionowych:

Napięcie znamionowe [kV] 1

Częstotliwość znamionowa [Hz] 50-60

Prąd znamionowy ciągły [A] 630

Prąd znamionowy wyłączalny [kA] 20

Prąd znamionowy załączalny [kA] 45

6.5.2.2 Dobór wyłączników dla odbiorów:

• Hala obróbki mechanicznej:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłącznika:

Dobrano wyłącznik typu Compact NS 630 firmy Merlin Gerin o danych:

- napięcie znamionowe izolacji

- znamionowy prąd ciągły

- graniczny prąd wyłączalny

• Hala maszyn:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłącznika:

Dobrano wyłącznik typu Compact NS 400 firmy Merlin Gerin o danych:

- napięcie znamionowe izolacji

- znamionowy prąd ciągły

- graniczny prąd wyłączalny

• OddziaÅ‚ remontowy:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłącznika:

Dobrano wyłącznik typu Compact NS 250 firmy Merlin Gerin o danych:

- napięcie znamionowe izolacji

- znamionowy prąd ciągły

- graniczny prąd wyłączalny

• OddziaÅ‚ transportu:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłącznika:

Dobrano wyłącznik typu Compact NS 400 firmy Merlin Gerin o danych:

- napięcie znamionowe izolacji

- znamionowy prąd ciągły

- graniczny prąd wyłączalny

• KotÅ‚ownia:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłącznika:

Dobrano wyłącznik typu Compact NS 100 firmy Merlin Gerin o danych:

- napięcie znamionowe izolacji

- znamionowy prąd ciągły

- graniczny prąd wyłączalny

• Pompownia:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłącznika:

Dobrano wyłącznik typu Compact NS 100 firmy Merlin Gerin o danych:

- napięcie znamionowe izolacji

- znamionowy prąd ciągły

- graniczny prąd wyłączalny

• Budynek administracyjny:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłącznika:

Dobrano wyłącznik typu Compact NS 100 firmy Merlin Gerin o danych:

- napięcie znamionowe izolacji

- znamionowy prąd ciągły

- graniczny prąd wyłączalny

Wyłączniki typu Compact NS 100 firmy Merlin Gerin zapewniają bezpieczną przerwę izolacyjną obwodzie, więc nie stosujemy odłączników.

6.6 Dobór bezpieczników

• Dobór bezpiecznika mocy do zabezpieczania baterii kondensatorów:

I_nb - prÄ…d znamionowy zabezpieczanej baterii lub grupy

k_b - współczynnik (przyjmujemy 1,3)

I_bn - prąd znamionowy wkładek bezpiecznikowych

Dobrano wkładkę topikową WTNH 3 630A o danych:

- napięcie znamionowe izolacji

- znamionowy prąd ciągły

- znamionowy prąd wyłączalny symetryczny

Dobieramy podstawÄ™ bezpiecznikowÄ™ typu: PBD 3F firmy Apator

• Dobór bezpiecznika mocy w polu odpÅ‚ywu po stronie 6 kV

Dobrano wkładkę bezpiecznikową typu CEF 12/50A firmy ABB o danych:

- napięcie znamionowe izolacji

- znamionowy prąd ciągły

7 Dobór pól rozdzielnic 6 i 0,4 kV

W oparciu o elementy prefabrykowane dobraliśmy następujące rozdzielnice:

7.1 Rozdzielnica SN:

Dobieramy rozdzielnicÄ™ Uni Switch firmy ABB

Podstawowe dane techniczne rozdzielnicy :

Napięcie znamionowe U_n = 12 [kV]

Napięcie probiercze wytrzymywane udarowe piorunowe U_p = 75 [kV]

Napięcie probiercze wytrzymywane 50 Hz U_d = 28 [kV]

PrÄ…d znamionowy I_n = 630 [A]

Częstotliwość znamionowa f = 50 - 100 [Hz]

7.2 Rozdzielnica nn:

Dobieramy rozdzielnicÄ™ NGU R2 firmy Elektrobudowa S.A

Podstawowe dane techniczne rozdzielnicy :

Napięcie znamionowe izolacji U_i = 1000 [V]

PrÄ…d znamionowy I_n = 750 [A]

Częstotliwość znamionowa f = 50 - 100 [Hz]

Rys 12. Elewacja rozdzielnicy nn.

8 Rozmieszczenie urządzeń (rozdzielnic, baterii kondensatorów, transformatorów itp.) w stacji.

Budynki stacji 2 x KS 25-36 w firmy Wilk

Rozdzielnica SN 1 x 5 polowa Uni Switch firmy ABB

Rozdzielnice nn 2 x GNU firmy Elektrobudowa S.A

Transformatory 2 x 400 kVA Trihal firmy Schneider Electric

Rys 17. Rozmieszczenie urządzeń Budynek stacji.

1. Budynek żelbetowy.

2. Rozdzielnica SN.

3. Transformator.

4. Rozdzielnica nn.

5. Pomiar rozliczeniowy.

7. Drzwi obsługowe 1050 x 2000 mm.

8. Drzwi komory transformatora 1050 x 2000 mm.

9. Krata wentylacyjna.

10. Kanał kabli SN i nn.

11. Przepust między budynkami.

12. WÅ‚az do piwnicy.

13. Przegroda.

14. Kompensacja mocy biernej.

9 Rozwiązanie komory transformatora i jego połączenia z rozdzielnicami.

Rys 18. Komora transformatora.

Transformatory są połączone z rozdzielnicami nn i SN za pomocą kabli (obliczenia w podpunkcie 10). Po stronie SN zastosowaliśmy głowice kablowe EASW 12/120

10 Dobór przekroju kabli i projekt tras kablowych

10.1 Na nagrzewanie prądem obciążenia długotrwałego

Dobór przekroju przeprowadzono w ten sposób, aby obciążenie robocze nie przekraczało jego obciążalności długotrwałej.

I_r ≤ I_dop

I_r - prąd roboczy pojedynczego odbiornika lub grupy odbiorników,

I_dop - obciążalność długotrwała przewodu (kabla).

Prąd roboczy grupy odbiorników wyznacza się z mocy szczytowej tych odbiorników.

Obciążalność długotrwałą odczytuje się z tabel (normy ).

• Dobieramy kabel dla hali obróbki mechanicznej (nr 1)

P_S = 153.7 kW

U_n = 0.4 kV

cosϕ = 0.61

I_r = 214 / ( *0.4*0.42) = 589 A

dobieramy kabel Cu o przekroju 300 mm² oraz I_dop = 605 A

• Dobieramy kabel dla hali maszyn (nr 2):

P_S = 144 kW

U_n = 0.4 kV

cosϕ = 0,72

I_r = 144 / ( *0.4*0,72) = 288 A

dobieramy kabel AL o przekroju 150 mm² oraz I_dop = 315 A

• Dobieramy kabel dla dziaÅ‚u remontowego (nr 3):

P_S = 61 kW

U_n = 0,4 kV

cosϕ = 0,35

I_r = 61 / ( *0.4*0.35) = 250 A

dobieramy kabel AL o przekroju 120 mm² oraz I_dop = 275A

• Dobieramy kabel dla dziaÅ‚u transportu (nr 4):

P_S = 58 kW

U_n = 0.4 kV

cosϕ = 0.31

I_r = 58 / ( *0.4*0.31) = 270 A

dobieramy kabel AL o przekroju 120 mm² oraz I_dop = 275 A

• Dobieramy kabel dla kotÅ‚owni (nr 5):

P_S = 25 kW

U_n = 0.4 kV

cosϕ = 0.79

I_r = 25 / ( *0.4*0,79) = 46 A

dobieramy kabel AL o przekroju 6 mm² oraz I_dop = 48 A

• Dobieramy kabel dla pompowni (nr 6):

P_S = 33,3 kW

U_n = 0.4 kV

cosϕ = 0.79

I_r = 33,3 / ( *0.4*0.79) = 61 A

dobieramy kabel AL o przekroju 10 mm² oraz I_dop = 65 A

• Dobieramy kabel dla budynku administracji (nr 7):

P_S = 48 kW

U_n = 0,4 kV

cosϕ = 0,96

I_r = 48 / ( *0.4*0.96) = 72 A

dobieramy kabel AL o przekroju 16 mm² oraz I_dop = 85 A

• Dobieramy kabel Å‚Ä…czÄ…cy rozdzielnicÄ™ SN i transformator (nr 8):

Sn = 400 kVA

U_n = 6 kV

dobieramy kabel AL o przekroju 10 mm² oraz I_dop = 65 A

• Dobieramy kabel Å‚Ä…czÄ…cy rozdzielnicÄ™ nn i transformator (nr 9):

Sn = 400 kVA

U_n = 0,4 kV

dobieramy kabel Cu o przekroju 300 mm² oraz I_dop = 605 A

10.2 Dobór kabli na spadek napięcia

Przepływ prądu wzdłuż linii wywołuje w niej spadek napięcia odwrotnie proporcjonalny do przekroju przewodów. Ponieważ ze względu na pracę urządzeń odbiorczych wartości spadku napięcia muszą być ograniczone, wynika stąd, że przekroje muszą tak dobrane, aby sprostać stawianym wymaganiom.

Przyjęliśmy, że dla dobieranej sieci przemysłowej (odbiory oświetleniowe i odbiory silnikowe zasilane z tych samych obwodów ), spadek dopuszczalny wynosi 2 %.

γ_Al = 34 [ m/Ω*mm² ] ; γ_Cu = 54 [ m/Ω*mm² ] ; x₀ = 0.1 [ Ω/km ]

x_o - reaktancja jednostkowa linii

i_k^b - prÄ…d bierny odbierany w pkt k

l_k - długość odcinka linii

Dla kabli w rozdzielni nie sprawdzaliśmy tego warunku, ponieważ są to bardzo krótkie odcinki.

10.3 Dobór kabli na nagrzewanie prądem zwarciowym

Dobrane przekroje kabli sprawdzono na warunki zwarciowe. Tak skorygowano przekroje, aby przy okreÅ›lonym prÄ…dzie zwarciowym w ukÅ‚adzie ich obciążenie prÄ…dem zwarciowym 1-sekundowym na 1 mm² przekroju nie przekraczaÅ‚o wartoÅ›ci dopuszczalnych odczytanych z tabel.

- przyjmujemy T_k=1 s, a T_ki=0,5 s

- temperatura dopuszczalna dla kabli w izolacji polwinitowej υ_gz =150 °C

- temperatura żyły w chwili zwarcia υ=25 °C

- gÄ™stość prÄ…du 1-sekundowego zwarciowego S_dopAl = 94 [A/mm²] , S_dopCu = 142 [A/mm²]

- prÄ…d zwarciowy cieplny I­_th = 19 kA

• Dla kabla Å‚Ä…czÄ…cego transformator z rozdzielnicÄ… nn (Cu)

S = 300 mm² S_th = 44,8 [A / mm² ] < S _dop

• Dla kabla Å‚Ä…czÄ…cego transformator z rozdzielnicÄ… SN

S = 10 mm² S_th = 1343 [A / mm² ] > S _dop

10.4 Po wykonaniu obliczeń dobieramy następujące rodzaje kabli:

• Kabel nr. 1 s = 300 [ mm² ] 4 x YKY 300/500 1 x 300

• Kabel nr. 2 s = 150 [ mm² ] YAKY 300/500 4 x 150

• Kabel nr. 3 s = 120 [ mm² ] YAKY 300/500 4 x 120

• Kabel nr. 4 s = 120 [ mm² ] YAKY 300/500 4 x 120

• Kabel nr. 5 s = 35 [ mm² ] YAKY 300/500 4 x 35

• Kabel nr. 6 s = 35 [ mm² ] YAKY 300/500 4 x 35

• Kabel nr. 7 s = 50 [ mm² ] YAKY 300/500 4 x 50

• Kabel Å‚Ä…czÄ…cy trafo z rozdzielnicÄ… SN s = 150 [ mm² ] YAKY 6000 3 x 150

• Kabel Å‚Ä…czÄ…cy trafo z rozdzielnicÄ… nn s = 150 [ mm² ] 4 x YKY 300/500 1 x 300

10.5 Projekt tras kablowych:

Rys 19. Trasy kablowe

38

Wstawic skan strona 76 strzalka

Budynek administracyjny

Pompownia

Kotłownia

Oddział transportu

Oddział remontowy

Hala maszyn

Hala obróbki mechanicznej

300

250

200

150

100

50

0

200

150

100

50

0

---