Dobór kabla elektroenergetycznego po stronie średniego napięcia dla GPZ A (10MVA)

1. Ze względu na nagrzewanie prądem zwarciowym zgodnie z polską normą
   PN-74/E-05002:

Przyjęliśmy:

• moc zwarciową systemu elektroenergetycznego S_Z = 3500 MVA

• czas trwania zwarcia (działania zabezpieczeń w GPZ) t_Z = 0,25 s

• współczynnik uwzględniający zmienność prądu zwarciowego w czasie trwania zwarcia k_c = 1

• transformator trójfazowy z regulacją pod obciążeniem S_N = 10 MVA
  o parametrach:

Typ

Moc

f

Napięcie

Regulacja napięcia −

Grupa połączeń −

Napięcie zwarcia −

Straty

GN

DN

PO

ΔPCu

−

MVA

Hz

kV

kV

%

−

%

kW

kW

TORb 10000/115

10

50

115

15,75

±10/±8st.

YNd11

12

7,5

55

1. Wyznaczenie impedancji, reaktancji i rezystancji (dla składowej zgodnej - zwarcie trójfazowe symetryczne):

• systemu elektroenergetycznego,

• transformatora typu TORb 10000/115

1. System elektroenergetyczny: obliczenia w odniesieniu do napięcia 110 kV

Zgodnie z normą PN-74/E-05002 możemy pominąć rezystancję R_S ponieważ X/R ≥ 3

R_S ≈ 0 Ω

gdzie: S_Z - moc zwarciowa systemu elektroenergetycznego [MVA]

U_n - napięcie znamionowe systemu elektroenergetycznego [kV]

k - współczynnik zależny od stanu obciążenia systemu, równy

stosunkowi napięcia w miejscu zwarcia przed powstaniem zwarcia do napięcia U_n; w typowych przypadkach
zakłada się k = 1,1

2. Transformator: obliczenia w odniesieniu do napięcia 15,75 kV

gdzie: ΔP_Cu - straty w miedzi transformatora [MW]

U_n - napięcie znamionowe uzwojenia w stosunku do którego

przeprowadzane jest obliczenie [kV]

S_n - moc znamionowa transformatora [MVA]

ΔU_Z% − procentowe napięcie zwarcia

2. Przeliczenie parametrów systemu elektroenergetycznego i transformatora na napięcie w miejscu zwarcia (15 kV).

Przeliczone parametry umieściliśmy w tabeli 2.1.

Tabela 2.1.

Obiekty	Un	Z	R	X
−	kV	Ω	Ω	Ω
System elektroenerg.	110	3,8	0	3,8
Transformator	15,75	2,98	0,136	2,98
System elektroenerg.	15	0,0706	0	0,0706
Transformator	15	2,703	0,1234	2,703

Schemat zastępczy do wyznaczenia impedancji zastępczej obwodu zwarciowego dla składowej symetrycznej zgodnej widzianej z miejsca zwarcia po przeliczeniu parametrów na napięcie 15 kV:

Rysunek 2.1

3. Składowa zgodna prądu początkowego w miejscu zwarcia:

gdzie: k - współczynnik zależny od stanu obciążenia systemu, równy

stosunkowi napięcia w miejscu zwarcia przed powstaniem zwarcia do napięcia U_n; w typowych przypadkach zakłada się k = 1,1

U_n - napięcie znamionowe sieci [kV]

Z₁ - impedancja zwarciowa zgodna (moduł)

ΔZ - równa się 0 - w przypadku zwarcia trójfazowego

4. Prąd początkowy w miejscu zwarcia:

gdzie: m - współczynnik zależny od rodzaju zwarcia (w przypadku zwarcia

trójfazowego m =1)

5. Prąd zastępczy zwarciowy t_Z - sekundowy I_tz w miejscu zwarcia:

Ze wzoru na dopuszczalną wartość obciążalności cieplnej wyznaczamy przekrój przewodu na nagrzewanie prądem zwarciowym:

gdzie: I_cn - dopuszczalny prąd w ciągu czasu n sekund [A],

J_c1 - obciążalność zwarciowa jednosekundowa [A/mm²],

S - przekrój przewodu [mm²],

t_Z - czas potrzebny na zadziałanie automatyki zabezpieczeniowej

n - dopuszczalny czas nagrzewania prądem zwarciowym

Dobranie kabla na obciążalność zwarciową polega na porównaniu wartości dopuszczalnej I_cn z wartością zwarciowego prądu zastępczego I_tz:

gdy
(1.5.1)

Przekształcając wzór 1.5.1 wyliczamy przekrój kabla aluminiowego:

Zgodnie z polską normą PN-E-90411: 1994 dobieramy kabel YHAKXS
o temperaturze dopuszczalnej długotrwale ϑ_dop = 90°C, i temperaturze dopuszczalnej przy zwarciu ϑ_gz = 250°C. Zakładamy, że kable ułożone są w układzie płaskim w ziemi o odstępie między kablami 7 cm. Z tablicy I-4 dla tego typu kabla dopuszczalna gęstość jednosekundowa prądu zwarciowego żył roboczych wynosi J_c1 = 94 A/mm².

Dobieramy przekrój kabla z tablicy I-3: S_min = 50 mm².

2. Ze względu na nagrzewanie prądem roboczym:

Dobór należy przeprowadzić w taki sposób, aby obciążenie robocze przewodu było co najwyżej równe jego obciążalności długotrwałej.

gdzie: I_r - prąd roboczy odbiornika

ΣP_SN - suma mocy szczytowych obiektów osiedla dla linii średniego

napięcia

I_dd - dopuszczalny prąd obciążenia długotrwałego (obciążalność

długotrwała)

Ze względu na nagrzewanie prądem roboczym z tablicy I-3 dla prądu I_r = 342 A przekrój kabla powinien wynieść S_min = 150 mm².

Dobór kabla elektroenergetycznego po stronie średniego napięcia dla GPZ A(wariant A), B(wariant B) (16MVA)

1. Ze względu na nagrzewanie prądem zwarciowym zgodnie z polską normą
   PN-74/E-05002:

Przyjęliśmy:

• moc zwarciową systemu elektroenergetycznego S_Z = 3500 MVA

• czas trwania zwarcia (działania zabezpieczeń w GPZ) t_Z = 0,25 s

• współczynnik uwzględniający zmienność prądu zwarciowego w czasie trwania zwarcia k_c = 1

• transformator trójfazowy z regulacją pod obciążeniem S_N = 16 MVA
  o parametrach:

Typ

Moc

f

Napięcie

Regulacja napięcia −

Grupa połączeń −

Napięcie zwarcia −

Straty

GN

DN

PO

ΔPCu

−

MVA

Hz

kV

kV

%

−

%

kW

kW

TORb 16000/115

16

50

115

15,75

±10/±8st.

YNd11

12

10,5

78

6. Wyznaczenie impedancji, reaktancji i rezystancji (dla składowej zgodnej - zwarcie trójfazowe symetryczne):

• systemu elektroenergetycznego,

• transformatora typu TORb 16000/115

1. System elektroenergetyczny: obliczenia w odniesieniu do napięcia 110 kV

Zgodnie z normą PN-74/E-05002 możemy pominąć rezystancję R_S ponieważ X/R ≥ 3

R_S ≈ 0 Ω

gdzie: S_Z - moc zwarciowa systemu elektroenergetycznego [MVA]

U_n - napięcie znamionowe systemu elektroenergetycznego [kV]

k - współczynnik zależny od stanu obciążenia systemu, równy

stosunkowi napięcia w miejscu zwarcia przed powstaniem zwarcia do napięcia U_n; w typowych przypadkach
zakłada się k = 1,1

2. Transformator: obliczenia w odniesieniu do napięcia 15,75 kV

gdzie: ΔP_Cu - straty w miedzi transformatora [MW]

U_n - napięcie znamionowe uzwojenia w stosunku do którego

przeprowadzane jest obliczenie [kV]

S_n - moc znamionowa transformatora [MVA]

ΔU_Z% − procentowe napięcie zwarcia

7. Przeliczenie parametrów systemu elektroenergetycznego i transformatora na napięcie w miejscu zwarcia (15 kV).

Przeliczone parametry umieściliśmy w tabeli 2.1.

Tabela 2.1.

Obiekty	Un	Z	R	X
−	kV	Ω	Ω	Ω
System elektroenerg.	110	0,38	0	0,38
Transformator	15,75	1,86	0,074	1,86
System elektroenerg.	15	0,0706	0	0,0706
Transformator	15	1,726	0,067	1,726

Schemat zastępczy do wyznaczenia impedancji zastępczej obwodu zwarciowego dla składowej symetrycznej zgodnej widzianej z miejsca zwarcia po przeliczeniu parametrów na napięcie 15 kV:

Rysunek 2.1

8. Składowa zgodna prądu początkowego w miejscu zwarcia:

gdzie: k - współczynnik zależny od stanu obciążenia systemu, równy

stosunkowi napięcia w miejscu zwarcia przed powstaniem zwarcia do napięcia U_n; w typowych przypadkach zakłada się k = 1,1

U_n - napięcie znamionowe sieci [kV]

Z₁ - impedancja zwarciowa zgodna ( moduł )

ΔZ - równa się 0 - w przypadku zwarcia trójfazowego

9. Prąd początkowy w miejscu zwarcia:

gdzie: m - współczynnik zależny od rodzaju zwarcia (w przypadku zwarcia

trójfazowego m =1)

10. Prąd zastępczy zwarciowy t_Z - sekundowy I_tz w miejscu zwarcia:

Ze wzoru na dopuszczalną wartość obciążalności cieplnej wyznaczamy przekrój przewodu na nagrzewanie prądem zwarciowym:

gdzie: I_cn - dopuszczalny prąd w ciągu czasu n sekund [A],

J_c1 - obciążalność zwarciowa jednosekundowa [A/mm²],

S - przekrój przewodu [mm²],

t_Z - czas potrzebny na zadziałanie automatyki zabezpieczeniowej

n - dopuszczalny czas nagrzewania prądem zwarciowym

Dobranie kabla na obciążalność zwarciową polega na porównaniu wartości dopuszczalnej I_cn z wartością zwarciowego prądu zastępczego I_tz:

gdy
(1.5.1)

Przekształcając wzór 1.5.1 wyliczamy przekrój kabla aluminiowego:

Zgodnie z polską normą PN-E-90411: 1994 dobieramy kabel YHAKXS
o temperaturze dopuszczalnej długotrwale ϑ_dop = 90°C, i temperaturze dopuszczalnej przy zwarciu ϑ_gz = 250°C. Zakładamy, że kable ułożone są w układzie płaskim w ziemi o odstępie między kablami 7 cm. Z tablicy I-4 dla tego typu kabla dopuszczalna gęstość jednosekundowa prądu zwarciowego żył roboczych wynosi J_c1 = 94 A/mm².

Dobieramy przekrój kabla z tablicy I-3: S_min = 50 mm².

2. Ze względu na nagrzewanie prądem roboczym:

Dobór należy przeprowadzić w taki sposób, aby obciążenie robocze przewodu było co najwyżej równe jego obciążalności długotrwałej.

gdzie: I_r - prąd roboczy odbiornika

ΣP_SN - suma mocy szczytowych obiektów osiedla dla linii średniego

napięcia

I_dd - dopuszczalny prąd obciążenia długotrwałego (obciążalność

długotrwała)

Ze względu na nagrzewanie prądem roboczym z tablicy I-3 dla prądu I_r = 342 A przekrój kabla powinien wynieść S_min = 150 mm².

Dobór kabla elektroenergetycznego po stronie średniego napięcia dla GPZ B (25MVA)

1. Ze względu na nagrzewanie prądem zwarciowym zgodnie z polską normą
   PN-74/E-05002:

Przyjęliśmy:

• moc zwarciową systemu elektroenergetycznego S_Z = 3500 MVA

• czas trwania zwarcia (działania zabezpieczeń w GPZ) t_Z = 0,25 s

• współczynnik uwzględniający zmienność prądu zwarciowego w czasie trwania zwarcia k_c = 1

• transformator trójfazowy z regulacją pod obciążeniem S_N = 25 MVA
  o parametrach:

Typ

Moc

f

Napięcie

Regulacja napięcia −

Grupa połączeń −

Napięcie zwarcia −

Straty

GN

DN

PO

ΔPCu

−

MVA

Hz

kV

kV

%

−

%

kW

kW

TORb 25000/115

25

50

115

15,75

±10/±8st.

YNd11

12

10,5

78

11. Wyznaczenie impedancji, reaktancji i rezystancji (dla składowej zgodnej - zwarcie trójfazowe symetryczne):

• systemu elektroenergetycznego,

• transformatora typu TORb 25000/115

1. System elektroenergetyczny: obliczenia w odniesieniu do napięcia 110 kV

Zgodnie z normą PN-74/E-05002 możemy pominąć rezystancję R_S ponieważ X/R ≥ 3

R_S ≈ 0 Ω

gdzie: S_Z - moc zwarciowa systemu elektroenergetycznego [MVA]

U_n - napięcie znamionowe systemu elektroenergetycznego [kV]

k - współczynnik zależny od stanu obciążenia systemu, równy

stosunkowi napięcia w miejscu zwarcia przed powstaniem zwarcia do napięcia U_n; w typowych przypadkach
zakłada się k = 1,1

2. Transformator: obliczenia w odniesieniu do napięcia 15,75 kV

gdzie: ΔP_Cu - straty w miedzi transformatora [MW]

U_n - napięcie znamionowe uzwojenia w stosunku do którego

przeprowadzane jest obliczenie [kV]

S_n - moc znamionowa transformatora [MVA]

ΔU_Z% − procentowe napięcie zwarcia

12. Przeliczenie parametrów systemu elektroenergetycznego i transformatora na napięcie w miejscu zwarcia (15 kV).

Przeliczone parametry umieściliśmy w tabeli 2.1.

Tabela 2.1.

Obiekty	Un	Z	R	X
−	kV	Ω	Ω	Ω
System elektroenerg.	110	3,8	0	3,8
Transformator	15,75	1,19	0,031	1,19
System elektroenerg.	15	0,0706	0	0,0706
Transformator	15	1,08	0,028	1,08

Schemat zastępczy do wyznaczenia impedancji zastępczej obwodu zwarciowego dla składowej symetrycznej zgodnej widzianej z miejsca zwarcia po przeliczeniu parametrów na napięcie 15 kV:

Rysunek 2.1

13. Składowa zgodna prądu początkowego w miejscu zwarcia:

gdzie: k - współczynnik zależny od stanu obciążenia systemu, równy

stosunkowi napięcia w miejscu zwarcia przed powstaniem zwarcia do napięcia U_n; w typowych przypadkach zakłada się k = 1,1

U_n - napięcie znamionowe sieci [kV]

Z₁ - impedancja zwarciowa zgodna (moduł)

ΔZ - równa się 0 - w przypadku zwarcia trójfazowego

14. Prąd początkowy w miejscu zwarcia:

gdzie: m - współczynnik zależny od rodzaju zwarcia (w przypadku zwarcia

trójfazowego m =1)

15. Prąd zastępczy zwarciowy t_Z - sekundowy I_tz w miejscu zwarcia:

Ze wzoru na dopuszczalną wartość obciążalności cieplnej wyznaczamy przekrój przewodu na nagrzewanie prądem zwarciowym:

gdzie: I_cn - dopuszczalny prąd w ciągu czasu n sekund [A],

J_c1 - obciążalność zwarciowa jednosekundowa [A/mm²],

S - przekrój przewodu [mm²],

t_Z - czas potrzebny na zadziałanie automatyki zabezpieczeniowej

n - dopuszczalny czas nagrzewania prądem zwarciowym

Dobranie kabla na obciążalność zwarciową polega na porównaniu wartości dopuszczalnej I_cn z wartością zwarciowego prądu zastępczego I_tz:

gdy
(1.5.1)

Przekształcając wzór 1.5.1 wyliczamy przekrój kabla aluminiowego:

Zgodnie z polską normą PN-E-90411: 1994 dobieramy kabel YHAKXS
o temperaturze dopuszczalnej długotrwale ϑ_dop = 90°C, i temperaturze dopuszczalnej przy zwarciu ϑ_gz = 250°C. Zakładamy, że kable ułożone są w układzie płaskim w ziemi o odstępie między kablami 7 cm. Z tablicy I-4 dla tego typu kabla dopuszczalna gęstość jednosekundowa prądu zwarciowego żył roboczych wynosi J_c1 = 94 A/mm².

Dobieramy przekrój kabla z tablicy I-3: S_min = 50 mm².

2. Ze względu na nagrzewanie prądem roboczym:

Dobór należy przeprowadzić w taki sposób, aby obciążenie robocze przewodu było co najwyżej równe jego obciążalności długotrwałej.

gdzie: I_r - prąd roboczy odbiornika

ΣP_SN - suma mocy szczytowych obiektów osiedla dla linii średniego

napięcia

I_dd - dopuszczalny prąd obciążenia długotrwałego (obciążalność

długotrwała)

Ze względu na nagrzewanie prądem roboczym z tablicy I-3 dla prądu I_r = 342 A przekrój kabla powinien wynieść S_min = 150 mm².

---