7. Dobór szyn zbiorczych

1. Strona wysokiego napięcia

1. Dobór szyn ze względu na warunki cieplne

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

gdzie: k_C - współczynnik uwzględniający zmienność prądu zwarciowego w czasie, odczytany z rysunku 3,6 w skrypcie, dla nas k_C = 1,05

I_tz - prąd zwarciowy t_z sekundowy,

T_Z - czas trwania zwarcia,

K - współczynnik z tabeli 9.5 w skrypcie dla nas k = 105

stąd wynika, że minimalny przekrój szyny winien wynosić:

Dobieramy szyny aluminiowe AP-40x5 malowane łączone przez spawanie

2. dobór szyn ze względu na warunki dynamiczne

Obliczanie wartości szczytowej siły między przewodami fazowymi

gdzie: i_p3 - prąd udarowy zwarcia trójfazowego

l - odległość między podporami l = 1 m

a_f - odstęp między osiami przewodów a_f = 0,2 m

k - współczynnik zbliżenia szyn, przyjęty zgodnie z zaleceniami w skrypcie k = 1

Obliczanie naprężeń w przewodzie:

N/mm²

gdzie: V_σ - stosunek naprężenia dynamicznego do statycznego w przewodzie fazowym

V_σ = f(f_c/f) ponieważ f_c/f = 141,3/50 = 2,826 ⇒ V_σ = 1,2

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

V_r = f(f_c/f) ⇒ V_r = 1,2.

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

Z - wskaźnik wytrzymałości przewodu fazowego

Obliczanie naprężenia dopuszczalnego:

gdzie q - współczynnik plastyczności q =1.50,

R_p0.2 - granic plastyczności R_p0.2=120 N/mm²

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

3. dobór szyn ze względu na warunki robocze

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

I_dop > I_rmax

Ponieważ :

Dobrane wcześniej szyny AP-40x5 spełniają powyższy warunek, gdyż dla tego rodzaju szyn, malowanych, łączonych przez spawanie roboczy prąd dopuszczalny wynosi 760A.

4. Sprawdzenie częstotliwości drgań własnych

Częstotliwości drgań własnych pojedynczego przewodu można obliczyć ze wzoru:

gdzie: E - moduł Younga E=70000 N/mm²

J - moment bezwładności przekroju przewodu fazowego

m' - masa przewodu fazowego na jednostkę długości m'=1.08 kg/m

γ - współczynnik do obliczana częstotliwości drgań własnych

γ = 0.356

Zgodnie z zaleceniami w skrypcie wyznaczona przez nas częstotliwość nie mieści się w przedziale
, więc szyny dobrane są prawidłowo.

2. Strona niskiego napięcia

1. Dobór szyn ze względu na warunki cieplne

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

gdzie: k_C - współczynnik uwzględniający zmienność prądu zwarciowego w czasie, odczytany z rysunku 3,6 w skrypcie, dla nas k_C = 1,05

I_tz - prąd zwarciowy t_z sekundowy. Dla 1 i 2 sekcji wynoszący:

T_Z - czas trwania zwarcia,

K - współczynnik z tabeli 9.5 w skrypcie dla nas k = 105

stąd wynika, że minimalny przekrój szyny winien wynosić:

Sekcja 1:

Sekcja 2:

Do obu sekcji dobieramy szyny aluminiowe AP-40x5 malowane łączone przez spawanie.

2. dobór szyn ze względu na warunki dynamiczne

Obliczanie wartości szczytowej siły między przewodami fazowymi

Sekcja 1:

Sekcja 2:

gdzie: i_p3 - prąd udarowy zwarcia trójfazowego

l - odległość między podporami l = 1 m

a_f - odstęp między osiami przewodów a_f = 0,2 m

k - współczynnik zbliżenia szyn, przyjęty zgodnie z zaleceniami w skrypcie k = 1

Obliczanie naprężeń w przewodzie:

N/mm²

gdzie: V_σ - stosunek naprężenia dynamicznego do statycznego w przewodzie fazowym

V_σ = f(f_c/f) ponieważ f_c/f = 141,3/50 = 2,826 ⇒ V_σ = 1,2

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

V_r = f(f_c/f) ⇒ V_r = 1,2.

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

Z - wskaźnik wytrzymałości przewodu fazowego

Sekcja 1:

Sekcja 2:

Obliczanie naprężenia dopuszczalnego:

gdzie q - współczynnik plastyczności q =1.50,

R_p0.2 - granic plastyczności R_p0.2=120 N/mm²

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

3. dobór szyn ze względu na warunki robocze

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

I_dop > I_rmax

Ponieważ :

Sekcja 1:

Sekcja 1:

Dobrane wcześniej szyny AP-40x5 spełniają powyższy warunek, gdyż dla tego rodzaju szyn, malowanych, łączonych przez spawanie roboczy prąd dopuszczalny wynosi 760A.

4. Sprawdzenie częstotliwości drgań własnych

Częstotliwości drgań własnych pojedynczego przewodu można obliczyć ze wzoru:

gdzie: E - moduł Younga E=70000 N/mm²

J - moment bezwładności przekroju przewodu fazowego

m' - masa przewodu fazowego na jednostkę długości m'=1.08 kg/m

γ - współczynnik do obliczana częstotliwości drgań własnych

γ = 0.356

Ostatecznie dobraliśmy szyny AP-40x5 zarówno dla wysokiego, jak i niskiego napięcia.

8. Dobór izolatorów wsporczych dla SN

Dobraliśmy 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 7.1. Schemat izolatora.

Sprawdzenie doboru:

Siła działająca na izolator:

gdzie: F - siły działające na przewody w naszym przypadku F = 1591N

Wartość siły działającej na podpory przewodów wyniesie:

Siła działająca na izolator jest mniejsza niż siła dopuszczalna, jak również napięcie znamionowe izolatora jest większe niż napięcie na szynach, więc dobór jest dobry.

8. Dobór przekładników

1. Dobór przekładników napięciowych

Przekładniki napięciowe dobiera się ze względu na:

• Znamionowe napięcie pierwotne

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

powinny spełniać warunek:

U_ni = U_ns = 6 [kV]

U_ni - napięcie znamionowe przekładnika,

U_ns- napięcie znamionowe sieci międzyprzewodowe

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

U_2n = 100 [V]

• 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.

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 UMZ 12 firmy ABB o danych parametrach znamionowych:

• znamionowe napięcie wtórne U_2n­ = 100[V]

• moc znamionowa S_n = 50 [VA]

• klasa dokładności 0,5

2. Dobór przekładników prądowych

Przekładniki prądowe winny spełniać warunki pod względem:

• Napięcia izolacji, która winna być większa od napięcia sieci zasilającej przekładnik:

U_ni ≥ U_n(sieci)

gdzie: U_ni - napięcie znamionowe izolacji przekładnika,

U_n(sieci) - napięcie znamionowe sieci

• Znamionowego prądu wtórnego:

I_1np > I_n(sieci)

• Klasy dokładności:

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

kl = 1

• Mocy znamionowej przekładnika:

gdzie: 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

gdzie: 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]

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:

podsumowując moc znamionowa przekładnika powinna się mieścić w przedziale:

Wybieramy przekładnik napięciowy typu IMZ 12a firmy ABB o danych parametrach znamionowych:

• klasa kl = 0,5

• znamionowy prąd wtórny I_2n = 5 [A]

• moc znamionowa S_n=15 [VA]

• znamionowe napięcie przemienne U_m=12 [kV]

9. Dobór wyłączników i rozłączników

1 Dobór rozłączników w rozdzielni głównej 6 kV.

1. dobór rozłączników w gałęziach z transformatorami:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłączników:

• napięcie znamionowe izolacji
  

• znamionowy prąd ciągły
  

• znamionowy prąd wyłączalny symetryczny
  

• znamionowy prąd załączalny
  

Na podstawie wyżej wymienionych założeń dobieramy rozłącznik typu SM6 z SF₆ firmy Schneider Electric montowany w polu odpływowym QM w rozdzielnicy SM6 tejże firmy o danych znamionowych:

• napięcie znamionowe 7,2 kV

• napięcie probiercze wytrzymywane 1-minutowe o częstotliwości sieciowej 20 kV

• napięcie probiercze wytrzymywane udarowe piorunowe 60 kV

• częstotliwość znamionowa 50-60 Hz

• prąd znamionowy ciągły 630 A

• prąd wyłączalny symetryczny 25kA

• prąd znamionowy załączalny 63 kA

2. Dobór rozłącznika w sekcji zasilającej:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłączników:

Dobieramy ten sam rozłącznik co poprzednio, czyli typ SM6 z SF₆ firmy Schneider Electric montowany w polu zasilającym IMC w rozdzielnicy SM6.

3. Dobór rozłącznika w sprzęgle:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłączników:

Również dobieramy rozłącznik typu SM6 z SF₆ firmy Schneider Electric montowany w polu zasilającym IMB w rozdzielnicy SM6.

2. Dobór wyłączników w rozdzielni głównej 0.4 kV.

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 dla obu sekcji dobieramy wyłącznik typu MASTERPACT M08 N1 firmy Schneider Electric o danych znamionowych:

• Napięcie znamionowe 1000 V

• Częstotliwość znamionowa 50-60 Hz

• Prąd znamionowy ciągły 1000 A

• Prąd znamionowy wyłączalny 40 kA

• Prąd znamionowy załączalny 84 kA

2. Dobór wyłączników dla odbiorów:

• Hala obróbki mechanicznej:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłącznika:

Dobrano wyłącznik typu Compact NS 630 firmy Schneider Electric o danych znamionowych:

• napięcie znamionowe izolacji
  

• znamionowy prąd ciągły
  

• graniczny prąd wyłączalny
  

• Hala maszyn:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłącznika:

Dobrano wyłącznik typu Compact NS 630 firmy Schneider Electric o danych znamionowych:

• napięcie znamionowe izolacji
  

• znamionowy prąd ciągły
  

• graniczny prąd wyłączalny
  

• Oddział remontowy:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłącznika:

Dobrano wyłącznik typu Compact NS 250 firmy Schneider Electric o danych znamionowych:

• napięcie znamionowe izolacji
  

• znamionowy prąd ciągły
  

• graniczny prąd wyłączalny
  

• Oddział transportu:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłącznika:

Dobrano wyłącznik typu Compact NS 250 firmy Schneider Electric o danych znamionowych:

• napięcie znamionowe izolacji
  

• znamionowy prąd ciągły
  

graniczny prąd wyłączalny

• Kotłownia:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłącznika:

Dobrano wyłącznik typu Compact NS 100 firmy Schneider Electric o danych znamionowych:

• napięcie znamionowe izolacji
  

• znamionowy prąd ciągły
  

• graniczny prąd wyłączalny
  

• Pompownia:

Prąd roboczy przepływający w torze prądowym wyłącznika:

Dobrano wyłącznik typu Compact NS 160 firmy Schneider Electric o danych znamionowych:

• 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 Schneider Electric o danych znamionowych:

• napięcie znamionowe izolacji
  

• znamionowy prąd ciągły
  

• graniczny prąd wyłączalny
  

Wszystkie wyłączniki typu Compact oraz Masterpact firmy Schneider Electric zapewniają bezpieczną przerwę izolacyjną obwodzie, więc nie stosujemy odłączników. Można w nich również ustawiać wartość zadziałania i opóźnienia, więc mogą być stosowane jako zabezpieczenie.

---