napajanje jamskega ČrpaliŠČa premogovnika velenje z elektriČno … · 2017. 11. 28. · iii...

Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko

Smetanova ulica 17 2000 Maribor, Slovenija

Marko Hojan

NAPAJANJE JAMSKEGA ČRPALIŠČA PREMOGOVNIKA VELENJE Z ELEKTRIČNO

ENERGIJO

Diplomsko delo

Maribor, september 2013

NAPAJANJE JAMSKEGA ČRPALIŠČA PREMOGOVNIKA VELENJE Z ELEKTRIČNO ENERGIJO

Diplomsko delo

Študent: Marko Hojan Študijski program: visokošolski študijski program Elektrotehnika Smer: Močnostna elektrotehnika Mentor: red. prof. dr. Jože Pihler Somentor: asist. mag. Marjan Stegne, univ. dipl. inž. el. mag. Dušan Puc, univ. dipl. inž. el. Lektor: Tadeja Vinko, prof. kem. in slov.

II

Zahvaljujem se mentorju red. prof. dr. Jožetu Pihlerju ter somentorjema asist. mag. Marjanu Stegnetu dipl. inž. el. ter mag. Dušanu Pucu dipl. inž. el. za vodenje in pomoč pri opravljanju diplomskega dela. Posebna zahvala gre tudi staršem, ki so mi omogočili študij.

III

Napajanje jamskega črpališča Premogovnika Velenje z električno energijo

Ključne besede: Premogovnik Velenje, električno napajanje, rudnik, omrežje, električno dimenzioniranje UDK: 621.311:552.574(043.2) Povzetek Namen diplomske naloge je izdelati pripravo na projekt za prenovo jamskega črpališča v rudniku Premogovnika Velenje. Poleg napajanja porabnikov črpališča je potrebno napajati tudi motor ventilatorja v ventilatorski postaji Pesje in transformator v muzeju Premogovnika Velenje. Med črpališčem in muzejem je potrebno dimenzionirati dvosmerno povezavo, tako, da se lahko muzej napaja iz črpališča ali obratno. Izbrati je potrebno tudi opremo, ugotoviti njeno ustreznost ter določiti zaščito za napajanje omenjenih porabnikov iz treh različnih električnih napajalnih postaj, kjer dve služita kot rezerva, v primeru izpada glavnega napajanja.

IV

Electricity supply of Premogovnik Velenje mine pumping station

Key words: Premogovnik Velenje, electrical supply, mine, power grid, electrical dimensioning UDK: 621.311:552.574(043.2)

Abstract The purpose of this thesis is to make the preparation for a renovation project of the mine pumping station in the mine Premogovnik Velenje. In addition to supplying electrical energy to the power loads of the pumping station, it is also necessary to supply electrical energy to the motor for the ventilator in the ventilator station Pesje and to the transformer in the museum of Premogovnik Velenje. Between the pumping station and the museum it is necessary to dimension a two-way connection, so that the museum can be electrically supplied from the pumping station or vice versa. It is also necessary to choose the equipment, determine its adequacy and determine the protection needed for electrically supplying the mentioned loads from three different power stations, where two of them serve as a reserve in the case of a failure of the main power station.

V

Uporabljeni simboli C - kapacitivnost c - napetostni faktor f - frekvenca

bI - bremenski tok

bimI - nazivni tok bimetalne zaščite

dopI - dopustni tok kabla

dynI - nazivni temenski zdržni tok

iI - izklopni tok

kI - trajni tok kratkega stika

nI - nazivni tok

theI - izračunana efektivna srednja vrednost kratkega stika

ZI - tok zemeljskostične zaščite "

2kI - tok dvofaznega kratkega stika "

3kI - tok trifaznega kratkega stika

kui - udarni tok kratkega stika I - nazivni tok nadtokovne zaščite l - dolžina kabla m - faktor za izgubo toplote, zaradi enosmerne komponente med kratkim stikom n - faktor za izgubo toplote, zaradi izmenične komponente med kratkim stikom

CuP - izgube v bakrenem navitju transformatorja

FeP - izgube v železu transformatorja

nP - nazivna moč R - Ohmska upornost r - relativna Ohmska upornost kS - kratkostična navidezna moč

kuS - udarna navidezna moč

minS - minimalni potreben presek za zdržnost kabla

nS - nazivna navidezna moč

maxt - največji zadosten čas zdržnosti kabla med kratkim stikom

1U - napetost na primarni strani transformatorja

2U - napetost na sekundarni strani transformatorja

nU - nazivna napetost

VI

ku - relativna kratkostična napetost transformatorja

ru - Ohmski del kratkostične napetosti

xu - induktivni del kratkostične napetosti Z - impedanca X - induktivna upornost x - relativna induktivna upornost - temperaturni koeficient upornosti - fazni kot - Koeficient odivsen od razmerja med upornostjo in induktivno upornostjo

T - sprememba temperature U - padec napetosti u - relativni padec napetosti

Kratice ATEX - direktiva za eksplozivna okolja EPR - etilen-propilen EU - Evropska unija GOST - gostinsko podjetje HTZ - podjetje Higiena, tehnika, zaščita IT - vrsta instalacijskega sistema NOP - Nove Preloge RGP - podjetje Rudarski gradbeni programi RP - razdelilna postaja RTP - razdelilna transformatorska postaja TEŠ - Termoelektrarna Šoštanj TP - transformatorska postaja UL - uradni list VP - ventilatorska postaja

VII

Kazalo 1. Uvod ................................................................................................................................ 1

2. Opis Premogovnika Velenje ............................................................................................ 2

3. Opis napajanja Premogovnika Velenje z električno energijo ........................................... 4

3.1 IT sistem ..................................................................................................................... 5

3.2 Opis napajanja obravnavanega v diplomski nalogi .................................................... 7

4. Opis črpališč .................................................................................................................... 8

4.1 Obstoječe črpališče na k.+120 ................................................................................... 8

4.2 Nova izvedba črpališča na k.+120 ............................................................................. 9

5. Dimenzioniranje omrežja rezervnega napajanja TP Oštir ............................................. 10

5.1 Izračun impedanc kablov ......................................................................................... 11

5.2 Izračun impedanc omrežja ....................................................................................... 13

5.3 Izračun kratkih stikov ................................................................................................ 19

5.4 Kontrola obremenitve kablov .................................................................................... 25

5.5 Kontrola padcev napetosti ........................................................................................ 36

6. Dimenzioniranje omrežja rezervnega napajanja iz RTP Pesje ...................................... 39






7. Dimenzioniranje omrežja glavnega napajanja iz RTP NOP .......................................... 47






8. Oprema .......................................................................................................................... 52

8.1 Kabli ......................................................................................................................... 52

8.2 Odklopniki ................................................................................................................ 53

8.3 Električne omarice .................................................................................................... 56

9. Sklep .............................................................................................................................. 60

VIRI .................................................................................................................................... 62

VIII

Priloge................................................................................................................................ 63

Priloga A - Situacijska shema 6 kV omrežja ........................................................... 64

Priloga B - Shema kablov sistema ter nastavitev zaščit ......................................... 65

Priloga C - Topološka shema pri napajanju iz RTP NOP ....................................... 66

Priloga D - Topološka shema pri napajanju iz RTP Pesje ...................................... 67

Priloga E - Topološka shema pri napajanju iz TP Oštir .......................................... 68

Priloga F - Enočrtna shema RTP NOP .................................................................. 69

Priloga G - Enočrtna shema RTP Pesje ................................................................. 70

Priloga H - Enočrtna shema TP Oštir 20 kV ........................................................... 71

Priloga I - Enočrtna shema TP Oštir 6 kV ............................................................. 72

Priloga J - Enočrtna shema RP Muzej na k.+235 .................................................. 73

Priloga K - Enočrtna shema RP Črpališče na k.+120............................................. 74

Priloga L - Enočrtna shema napajanja motorja črpalke ......................................... 75

Priloga M - Izračun impedanc kablov pri napajanju iz RTP Pesje .......................... 76

Priloga N - Izračun impedanc omrežja pri napajanju iz RTP Pesje ........................ 79

Priloga O - Izračun kratkih stikov pri napajanju iz RTP Pesje ................................ 84

Priloga P - Kontrola obremenitve kablov pri napajanju iz RTP Pesje ..................... 90

Priloga R - Kontrola padcev napetosti pri napajanju iz RTP Pesje ........................ 99

Priloga S - Izračun impedanc kablov pri napajanju iz RTP NOP .......................... 106

Priloga T - Izračun impedanc omrežja pri napajanju iz RTP NOP ....................... 109

Priloga U - Izračun kratkih stikov pri napajanju iz RTP NOP ................................ 118

Priloga V - Kontrola obremenitve kablov pri napajanju iz RTP NOP .................... 128

Priloga Z - Kontrola padcev napetosti pri napajanju iz RTP NOP ........................ 138

IX

Kazalo slik Slika 2.1: Glavna stavba Premogovnika Velenje. ............................................................ 2

Slika 3.1: Lokacija transformatorjev RTP NOP ................................................................ 4

Slika 3.2: Komandna soba RTP NOP. ............................................................................. 5

Slika 3.3: Petersenova tuljava ob transformatorju v RTP NOP ........................................ 6

Slika 4.1: Motor moči 400 kW s črpalko v črpališču na k.+120. ....................................... 8

Slika 5.1: Transformatorska postaja Oštir ...................................................................... 10

Slika 5.2: Prostor s stikalnim blokom na 20 kV strani TP Oštir. ..................................... 11

Slika 6.1: Razdelilna transformatorka postaja Pesje ...................................................... 39

Slika 6.2: Ventilator v ventilatorski postaji Pesje ............................................................ 40

Slika 7.1: Razdelilna transformatorska postaja Nove Preloge ....................................... 47

Slika 7.2: Prostor s stikalnimi celicami znotraj RTP NOP............................................... 48

Slika 8.1: Zgradba kabla XHP 84 ................................................................................... 52

Slika 8.2: Zgradba kabla EpN 53 ................................................................................... 53

X

Kazalo tabel Tabela 5.1: Relativne upornosti kablov pri napajanju iz TP Oštir ................................... 12

Tabela 5.2: Podatki o transformatorju v TP Oštir ........................................................... 14

Tabela 5.3: Tabela dovoljenih tokovnih obremenitev ob predpisanih časih 1 [2]. .......... 26

Tabela 5.4: Vrednosti faktorja k za izračun toka 2I različnih varovalnih naprav............ 27

Tabela 5.5: Tabela dovoljenih tokovnih obremenitev ob predpisanih časih 2 [2] ........... 28





Tabela 6.1: Upornosti kablov na kilometer pri napajanju iz RTP Pesje ......................... 40

Tabela 6.2: Upornosti uporabljenih kablov pri napajanju iz RTP Pesje.......................... 41

Tabela 6.3: Tabela izračunov kapacitivnosti uporabljenih kablov iz napajanja TP Oštir.41

Tabela 6.4: Nastavitev nadtokovnih zaščit pri napajanju iz RTP Pesje ......................... 43

Tabela 6.5: Nastavitev bimetalnih zaščit pri napajanju iz RTP Pesje ............................ 43

Tabela 7.1: Upornosti kablov na kilometer pri napajanju iz RTP NOP ........................... 49

Tabela 7.2: Upornosti uporabljenih kablov pri napajanju iz RTP NOP ........................... 49

Tabela 7.3: Nastavitev nadtokovnih zaščit pri napajanju iz RTP NOP ........................... 51

Tabela 7.4: Nastavitev bimetalnih zaščit pri napajanju iz RTP NOP .............................. 51

Tabela P.1: Tabela dovoljenih tokovnih obremenitev ob predpisanih časih 7 [2] .......... 90



Tabela P.4: Tabela dovoljenih tokovnih obremenitev ob predpisanih časih 10 [2] ........ 94



Tabela V.1: Tabela dovoljenih tokovnih obremenitev ob predpisanih časih 13 [2] ...... 128







Univerza v Mariboru – Fakulteta za elektrotehniko računalništvo in informatiko

1

1. Uvod V diplomskem delu smo se ukvarjali z električnim dimenzioniranjem dela električnega sistema v Premogovniku Velenje. Porabniki in večinski del obravnavanega električnega sistema se lokacijsko nahaja v rudniku, ki spada med rudnike z eksplozivno atmosfero. Zaradi te lastnosti, veljajo pri električnem dimenzioniranju posebne zahteve, ki smo jih opisali ter uporabili v tej diplomski nalogi. V prilogi A je vidna situacijska shema 6 kV omrežja. Namen naloge je bil prenoviti črpališče v Premogovniku Velenje tako, da bo ustrezalo novim režimom črpanja vode. Napajati je bilo hkrati potrebno tudi ventilator za prezračevanje rudnika in en transformator v predelu muzeja Premogovnika Velenje. Med muzejem in črpališčem je bilo potrebno dimenzionirati tudi dvosmerno električno povezavo tako, da se lahko muzej napaja iz črpališča ali obratno, kar povečuje sigurnost obratovanja obeh razdelilnih postaj. Poleg glavnega napajanja, je bilo potrebno dimenzionirati tudi eno obtoječe rezervno napajanje in eno popolnoma novo, saj se črpanje vode ter prezračevanje rudnika ne sme ustaviti, ker lahko povzroči izpad proizvodnje in zalitje jamskih predelov. V sledečih poglavjih smo na kratko opisali podjetje Premogovnik Velenje, katerega se dotika delo v tej diplomski nalogi. Opisano je splošno napajanje Premogovnika Velenje z električno energijo, način ozemljitve, uporabljene zaščitne naprave in zaščitne metode. Kasneje je obravnavana sprememba napajanja, opisano je obstoječe črpališče ter zahteve prenovljenega črpališča. Glavni del diplomske naloge je dimenzioniranje obravnavanega električnega sistema. Zaradi boljše preglednosti smo razdelili dimenzioniranja na tri poglavja. V vsakem poglavju smo obravnavali dimenzioniranje sistema z enim od treh različnih napajanj. V poglavjih dimenzioniranja se lotevamo določitev lastnosti uporabljenih kablov, transformatorjev in motorjev. Izračunov kratkih stikov, ustreznosti ter določitev zaščite, polaganja ter preverjanja zdržnosti kablov in na koncu izračun padcev napetosti. Po končanih treh poglavjih dimenzioniranja sledijo potrebni izračuni za določitev opreme ter primerjava med različnimi napajanji s podanimi možnimi rešitvami za problem.


2

2. Opis Premogovnika Velenje

Slika 2.1: Glavna stavba Premogovnika Velenje.

Premogovnik Velenje je družba za pridobivanje premoga, ki se skoraj v celoti porabi za potrebe Termoelektrarne Šoštanj. Zaradi bližine termoelektrarne so stroški prevoza premoga znatno nižji, kar ponuja dodatno ekonomično prednost. Prav tako je premog pridobljen v Sloveniji, kar trenutno omogoča 1339 rednih delovnih mest, z upoštevanjem vseh hčerinskih podjetij pa 2613. Premogovnik Velenje se s svojimi znanji širi tudi v druga področja. Iz tega razloga so se ustanovila naslednja hčerinska podjetja:

- HTZ Velenje, - PV Invest, - RGP, - GOST, - PV Zimzelen, - Golte, - Saša inkubator.

Republika Slovenija več kot polovico svojih potreb energije pokrije z uvoženimi viri energije. V prihodnjih letih se pričakuje, da se bo ta odstotek še povečal. V Premogovniku Velenje letno nakopljejo približno 4 milijone ton lignita.


3

Skupaj s Termoelektrarno Šoštanj pokrivajo tretjino doma proizvedene električne energije. Povprečna kurilna vrednost odkopanega lignita je približno 11.000 kJ/kg. Zaloge premoga v Šaleski dolini se ocenjujejo na skoraj 200 milijonov ton, kar pri trenutni porabi premoga zadošča za vsaj 40 let [15]. Kljub dostopnosti tega bogastva, pa predstavlja stranski učinek kurjenja premoga škodljivi vpliv na širše okolje. Škodljivi vplivi se kažejo predvsem na ozračju, zaradi kurjenja premoga in ugrezanju, ki je posledica rudarjenja. Zaradi ugrezanja je nastalo več umetnih jezer, največje med njimi meri približno 135 hektarjev. Škoda povzročena zaradi ugrezanja je predvsem v krčenju urbanega okolja ter kakovostnega kmetijskega zemljišča. Škodo se poskuša popraviti s turistično in rekreacijsko ponudbo tega področja. Pepela, ki nastaja kot posledica kurjenja premoga ne odlagajo več v jezero, ampak na posebna odlagališča. Umazana jamska voda, se prav tako ne črpa več v reko Pako, temveč v odlagališče pepela. Nadaljne onesnaževanje reke Pake in jezer je s tem odpravljeno. Možne rešitve v prihodnosti predstavlja odlaganje odpadnih snovi v jamske prostore.


4

3. Opis napajanja Premogovnika Velenje z električno energijo Ker je Premogovnik Velenje pomemben del delovanja Termoelektrarne Šoštanj, je zelo pomembno njegovo nemoteno obratovanje. V današnjem času je skoraj celotno jamsko področje odvisno od električnih strojev, zato je pridobivanje lignita neposredno povezano z zanesljivostjo električnega napajanja Premogovnika Velenje. Ob izpadu omrežja se prav tako ustavijo izsesevalni ventilatorji kateri prezračujejo jamo. Pri pridobivanju premoga nastajajo eksplozivni, strupeni in zadušljivi plini, ki bi ob prenehanju delovanja ventilatorjev hitro narastli do mej, ki bi povzročili nujen umik rudarjev. Prav tako predstavlja nevarnost izpada napajanja tudi izpad črpališč vode, ki bi lahko ob zadostnem času izpada presegle kritične meje in povzročile zalitja jamskih predelov. Premogovnik Velenje je metanska jama in se zato uvršča med jame z eksplozivno atmosfero. Od leta 1994 obstaja direktiva ATEX, ki obravnava vse produkte namenjene za vgradnjo v eksplozivne atmosfere. ATEX je le ena od direktiv, ki je vezana na Premogovnik Velenje, skupaj pa so standardi teh direktiv objavljeni v Uradnem listu EU. Ti standardi zajemajo zdravje ter varnost uporabnikov opreme in sistemov, varstvo lastnine, domačih živali in varovanje okolja.

Slika 3.1: Lokacija transformatorjev RTP NOP.


5

Glavno napajanje Premogovnika Velenje je izvedeno iz razdelilne transformatorske postaje Nove Preloge 20/6 kV, krajše RTP NOP. Ta se napaja iz RTP TEŠ. Rezervno napajanje pa je izvedeno iz RTP Velenje. RTP NOP ima dva ločena sistema 6 kV zbiralk. Prvi sistem je vezan na dva transformatorja posamične moči 8 MVA, na drugi sistem pa trije transformatorji posamične moči 4 MVA. Iz sistema zbiralk 1 so napajani skoraj vsi porabniki Premogovnika Velenje. Iz sistema zbiralk 2 pa so napajani ventilatorska postaja Pesje, muzej na k.+235 ter črpališče na k.+120. Vse te postaje napajane iz zbiralk sistema 2, se lahko v primeru izpada RTP NOP, napajajo iz RTP Pesje, ki je napajano iz RTP Velenje. Za kompenzacijo jalove energije je vgrajenih šest kondenzatorjev skupne moči 1,8 Mvar. 6 kV sistem zbiralk je možno razdeliti na štiri sektorje. Prav tako je možno oba sistema zbiralk med seboj tudi povezati. Na sliki 3.2 se shematsko vidita dva sistema zbiralk RTP NOP s priključenimi porabniki.

Slika 3.2: Komandna soba RTP NOP.

3.1 IT sistem V jamskem sistemu Premogovnika Velenje predstavljajo veliko nevarnost večje količine vnetljivega ali eksplozivnega plina. Ta lahko povzroči eksplozijo ob zadosti povišani energiji, ki jo lahko dovede iskra. Da do eksplozij ne bi prišlo, se v jamskem predelu uporablja protieksplozivna oprema.


6

Posebna varnost je zato tudi potrebna ob slučajnem zemeljskem stiku, saj bi iskra med fazo in zemljo lahko povzročila eksplozijo. Zato mora biti sistem izoliran ali ozemljen z visoko impedanco tako, da je med zemeljskim stikom upornost do zvezdišča transformatorjev večja in posledično teče manjši tok [4]. Vsi deli izoliranega omrežja do 1000 V, ki bi lahko prišli v stik z napetostjo, so ozemljeni s skupnim vodnikom, ki je povezan z mrežnim kontrolnikom. Ta meri stanje izolacije in v primeru padca upornosti izolacije pod 100 Ohm/V javi nevarnost. Ob padcu upornosti izolacije pod 40 Ohm/V, mora mrežni kontrolnik izklopiti omrežno napetost nazivne napetosti do 1000 V v času 1,5 s, ob direktnim zemeljskim stikom pa v 0,2 s. Produkt toka zemeljskega stika in prehodne upornosti ozemljitve ne sme biti večji od 50 V [6]. 6 kV jamsko omrežje se na 6 kV strani zbiralk transformatorjev ščiti z zemeljskostičnimi zaščitami. V našem primeru je izjema RTP Oštir, ki ima ozemljeno zvezdišče in se ščiti z zemeljskostičnimi zaščitami, nameščenimi v zunanjem delu omrežja. Ob stiku ene faze z zemljo, zaradi izoliranosti zvezdišča transformatorja, tokokrog na videz ni sklenjen. Vendar zaradi dozemnih kapacitivnosti uporabljenih kablov tega omrežja, tečejo kapacitivni tokovi, ki jih je potrebno omejiti na 10 A. Dotik človeka z eno fazo, je torej zaradi kapacitivnosti kablov omrežja smrtno nevaren, če je skupna kapacitivnost zadosti velika, neposredno pa ne moti obratovanja. Večje motnje obratovanja, nastanejo pri še enem zemeljskem stiku druge faze. To povzroči velike kratkostične tokove, ki jih izklopi varovalka ali nadtokovna zaščita. Sistem je ob vstopu v jamski predel zato opremljen s Petersenovimi tuljavami, ki omejujejo zemeljskostični tok na delovno komponento.

Slika 3.3: Petersenova tuljava ob transformatorju v RTP NOP.


7

3.2 Opis napajanja obravnavanega v diplomski nalogi V diplomski nalogi smo obravnavali napajanje porabnikov, ki se primarno napajajo iz sistema zbiralk 2. To so še enkrat (Priloga B) ventilator moči 800 kW v VP Pesje, transformator moči 200 kVA v muzeju na k.+235 ter štirje motorji črpališča na k.+120, posamične moči 200 kW. VP Pesje se napaja preko dveh vzporednih kablov, kar je razvidno iz priloge B, iz RTP NOP. Muzej na k.+235 se napaja direktno iz RTP NOP, ali preko povezave s črpališčem na k.+120, ki se prav tako napaja direktno iz RTP NOP ali preko povezave z muzejem na k.+235 zaradi medsebojne povezave muzeja in črpališča. Prvo rezervo napajanja predstavlja 2,5 MVA transformator v RTP Pesje. Ta je zmožen napajati vse prej naštete porabnike, ki se lahko napajajo ob glavnem napajanju. Preko enega voda se iz RTP Pesje napaja VP Pesje, preko drugega voda se napaja muzej na k.+235. Črpališče na k.+120 se napaja preko povezave z muzejem. Po nesreči v začetku leta 2012, v kateri je zagorel muzej na k.+235, je prišlo do odločitve, da je smiselno imeti še eno rezervno napajanje za črpališče na k.+120. Ob požaru se namreč lahko poškodujejo kabli in oprema, katera bi lahko bila za zamenjavo kar dolgotrajna, sploh če bi požar trajal dlje. Nivo vode v zbiralniku na k.+120 bi lahko tako presegel dovoljeno mejo in povzročil zalitje jamskih predelov. Kot dodatna rezerva v primeru okvare glavnega in prvega rezervnega napajanja, se lahko dva motorja črpališča na k.+120 napajata iz TP Oštir, ki služi le kot rezerva za primer izpada vseh ostalih napajanj. Ta se napaja iz 20 kV daljnovoda Škale jama in iz 20 kV daljnovoda Slovenj Gradec. Čeprav je nazivna moč TP Oštir 1,6 MVA, kar je zadosti za potrebe muzeja na k.+235 in črpališča na k.+120, je zaradi zakupljene moči 400 kVA, moč omejena na obratovanje le dveh motorjev črpališča, ki je z TP Oštir povezan preko enega voda.


8

4. Opis črpališč Če v rudniku ne bi bilo zgrajenih vodnih zbirališč, bi prišlo do zalitja rudnika. Zato je v rudniku Premogovnika Velenje zgrajeno več črpališč, ki pronicano vodo zbirajo ter črpajo na površje. Črpališča imajo zgrajene rezervoarje za čisto in umazano vodo. Navadno so rezervoarji za umazano vodo nameščeni pod rezervoarji za čisto vodo tako, da se v primeru zapolnjenja rezervoarja s čisto vodo, ta izliva v rezervoar za umazano vodo. 4.1 Obstoječe črpališče na k.+120 V črpališču je zbiralnik za umazano vodo s kapaciteto 1655 3m . Zgornja meja zapolnjenja rezervoarja za umazano vodo je 940 3m . Ostala kapaciteta, predstavlja rezervo, v primeru izpada električne energije. V rezervoar za umazano vodo, so nameščeni trije sesalni koši treh črpalk. Na napajanje sta trajno priključeni dve črpalki, tretja pa predstavlja rezervo, v primeru povečanja nivoja vode ali okvare. Črpališče vsebuje tudi dva rezervoarja za čisto vodo, posamične kapacitete 5 3m . Med seboj sta povezana s cevovodom. V rezervoarjih sta nameščena dva sesalna koša dveh črpalk za črpanje vode na površje v komunalni vodovod. Za pogon vseh petih črpalk je nameščenih pet motorjev posamične moči 400 kW, priključne napetosti 6 kV [10].

Slika 4.1: Motor moči 400 kW s črpalko v črpališču na k.+120.


9

4.2 Nova izvedba črpališča na k.+120 Ker je prišlo do spremembe dotoka čiste in umazane vode v rezervoarje črpališča, se namesto petih 400 kW motorjev, namestijo štirje 200 kW motorji za štiri črpalke. Od teh sta dve črpalki namenjeni za črpanje umazane ter dve za črpanje čiste vode. V rednem obratovanju sta ena črpalka čiste in ena črpalka umazane vode. To obratovanje se lahko pokrije tudi s strani drugega rezervnega napajanja iz TP Oštir. Ostali dve črpalki služita kot rezerva, v primeru okvar ali povečanja dotoka vode. Instalirani motorji bodo nazivne napetosti 1 kV, zato je potrebno pred motorji namestiti transformatorje 6/1 kV. Ker na zalogi v Premogovniku Velenje ni transformatorja manjših moči in primernih nazivnih napetosti, je potrebno uporabiti transformatorje moči 400 kVA. Prav tako je potrebno obstoječe motorske celice zamenjati s transformatorskimi.


10

5. Dimenzioniranje omrežja rezervnega napajanja TP Oštir

Slika 5.1: Transformatorska postaja Oštir.

S strani TP Oštir se bo napajalo črpališče na k.+120 samo v primeru nezmožnosti napajanja iz RTP NOP ali RTP Pesje, zato to napajanje verjetno nikoli ne bo obratovalo. Zakupljena moč je kljub transformatorski moči 1600 kVA le 400 kVA, zato je zmožno napajati pri nazivni obremenitvi le dva motorja črpalk, kar pa je za vsakodnevno uporabo tudi zadosti. TP Oštir se napaja preko daljnovoda iz Slovenj Gradca ter iz TP Črpališče Jezero. Za lažjo predstavo tekom tega poglavja glejte prilogo B in prilogo E.


11

Slika 5.2: Prostor s stikalnim blokom na 20 kV strani TP Oštir.

5.1 Izračun impedanc kablov V tem podpoglavju bomo računali upornosti in induktivne upornosti uporabljenih kablov. Te so potrebne za kasnejše računanje kratkostičnih tokov. Upornosti kablov na kilometer so podane pri 20 °C od proizvajalca [2]. Za izračun minimalnih upornosti Rk smo preračunali upornosti na 25 °C, za izračun maksimalnih upornosti, pa se upoštevajo upornosti pri temperaturi 90 °C, ki je odvisna od uporabljene izolacije kablov. Za Rk90°C smo preračunali upornosti po naslednji enačbi:

90 20 (1k C kR R T (5.1)

Kjer je:

90k CR - upornost vodnika na kilometer pri 90 °C (Ohm/km),

20kR - upornost vodnika na kilometer pri 20 °C (Ohm/km), - temperaturni faktor upornosti za 20 °C, T - sprememba temperature.


12

Vrednost za bakrene vodnike znaša 33,93 10 , za aluminijaste pa 34,03 10 . Za kable na 20 kV področju smo uporabili 18/30 kV kable, za 6 kV pa 6/10 kV. Relativne upornosti različnih kablov so podane v tabeli 5.1:

Tabela 5.1: Upornosti kablov na kilometer pri napajanju iz TP Oštir.

Pri določitvah nastavitev zaščit ter zdržnosti opreme je pomembno, da poznamo impedance do možnih točk nastopov kratkih stikov. Za nastavitev nadtokovne zaščite je potrebno poznati minimalni kratkostični tok na varovanem delu voda. Ker je to najmanjši možni kratkostični tok, se ga računa na koncu kabla, katerega zaščita, ki se jo nastavlja, še varuje. Tako so računane impedance največje, kratkostični tok pa najnižji. Največji kratkostični tok, zaradi najmanjših impedanc, merimo na začetku voda, ki se ga varuje, pomemben pa je za določitev presekov kablov in zdržnosti opreme. Določitev kablov: Upornost kabla smo izračunali po naslednji enačbi:

k k kR r l (5.2) Induktivna upornost kabla pa po:

k k kX x l (5.3)

Kjer je:

1kR - upornost kabla na fazo pri 25 °C (Ohm/fazo),

1kX - induktivna upornost kabla na fazo (Ohm/fazo),

1kr - upornost kabla pri 20 °C na kilometer (Ohm/km),

1kx - induktivna upornost kabla na kilometer (Ohm/km),

1kl - dolžina kabla (km).

tip kabla Presek(mm2) Un(kV) Rk(Ω/km) Rk90°C(Ω/km) Xk(Ω/km) NA2XS(F)2Y 3x1x70 20 0,452 0,570 0,148 EpN 53 3x35 1 0,534 0,668 0,172 XHP 84 3x50 6 0,395 0,496 0,163 XHP 84 3x70 6 0,273 0,343 0,155


13

Po enačbah (5.2) in (5.3) smo izračunali lastnosti naslednjih kablov: Kabel 1 (NA2XS(F)2Y-1x70/25):

1 1 1 0,452Ω/km 0,02km 0,009 Ω/fazok k kR r l

1_ 90 1_ 90 1 0,57Ω/km 0,02 km 0,0114 Ω/fazok k kR r l

1 1 1 0,148 Ω/km 0,02 km 0,003 Ω/fazok k kX x l Kabel 2 (XHP 84-3x50/16):

2 2 2 0,395 Ω/km 0,03 km 0,0119 Ω/fazok k kR r l

2 _ 90 2 _ 90 2 0, 496 Ω/km 0,03 km 0,0149 Ω/fazok k kR r l

2 2 2 0,163 Ω/km 0,03 km 0,0049 Ω/fazok k kX x l Kabel 3 (XHP 84-3x50/16):

3 3 3 0,395 Ω/km 1,4 km 0,553 Ω/fazok k kR r l

3_ 90 3_ 90 3 0, 496 Ω/km 1, 4 km 0,694 Ω/fazok k kR r l

3 3 3 0,163 Ω/km 1,4 km 0,2282 Ω/fazok k kX x l Kabel č_tr (XHP 84-3x70/16):

4 4 4

4 _ 90 4 _ 90 4

4 4 4

0, 273 Ω/km 0,02 km 0,0055 Ω/fazo0,343 Ω/km 0,02 km 0,0069 Ω/fazo

0,155 Ω/km 0,02 km 0,0031 Ω/fazo

k k k

k k k

k k k

R r lR r lX x l

Kabel č_m (EpN 53-3x35/16):

5 5 5

5_ 90 5_ 90 5

5 5 5

0,534 Ω/km 0,05 km 0,0267 Ω/fazo0,668 Ω/km 0,05 km 0,0334 Ω/fazo

0,172 Ω/km 0,05km 0,0086 Ω/fazo

k k k

k k k

k k k

R r lR r lX x l

5.2 Izračun impedanc omrežja V tem podpoglavju bomo seštevali upornosti in induktivne upornosti do posameznih točk omrežja. Prav tako bomo računali upornosti transformatorjev ter posamezne upornosti preračunavali na sekundarne strani transformatorjev. Zaporedno vezani kabli oziroma upornosti in induktivne upornosti se seštevajo, vendar samo upornosti z upornostmi in induktivne upornosti z induktivnimi upornostmi.


14

Podatki TP Oštir [3]:

Tabela 5.2: Podatki o transformatorju v TP Oštir. Kratkostična moč na 20 kV strani v TP Oštir

Sk = 500 MVA

Nazivna moč transformatorja Sn = 1600 kVA Primarna napetost transformatorja U1 = 20 kV Sekundarna napetost transformatorja U2 = 6 kV Nazivni primarni tok I1 = 46,2 A Nazivni sekundarni tok I2 = 154 A Kratkostična napetost uk = 6 % Izgube v železu PFe = 2300 W Izgube v bakru PCu = 20 kW Izračun impedanc zunanjega omrežja do 20 kV zbiralk TP Oštir (A): Izračun impedanc zunanjega omrežja se opravi po naslednjih enačbah:

21,1

k

UZS

(5.4)

0,995X Z (5.5)

0,1R X (5.6)

Kjer je: Z - impedance zunanjega omrežja, X - induktivna upornost zunanjega omrežja, R - Ohmske upornosti zunanjega omrežja,

kS - kratkostična moč omrežja.

21,1 20 0,88 Ω500A

Z

0,995 0,995 0,88 0,8756ΩA AX Z 0,1 0,1 0,8756 0,0876ΩA AR X

Izračun impedanc do primarne strani transformatorja TP Oštir (20 kV):

_ min 1 0,0876 0,009 0,0966 Ω/fazopri A kR R R

_ max 1_ 90 0,0876 0,0114 0,099 Ω/fazopri A kR R R

1 0,8756 0,003 0,8786Ω/fazopri A kX X X


15

Transformacija impedanc na sekundarno stran transformatorja TP Oštir (6 kV): Ker je tok odvisen od moči in napetosti, je ob spremembi napetosti zaradi transformatorskega prestavnega razmerja, potrebno prav tako ustrezno pretvoriti impedance do transformatorja na sekundarno stran. Ob isti moči je ob znižani napetosti tok večji, torej je, da se Ohmov zakon ohrani ob znižanju napetosti zaradi prestavnega razmerja, potrebno prav tako znižati impedance s kvadratom razmerja sekundarne napetosti s primarno napetostjo. Preračun se opravi po naslednjih enačbah:

2

2_ min _ min

1sek pri

UR RU

(5.7)

2

2

1sek pri

UX XU

(5.8)

Kjer je:

1U - nazivna napetost na primarni strani transformatorja,

2U - nazivna napetost na sekundarni strani transformatorja.

2 22

_ min _ min1

60,0966 0,0087Ω/fazo20sek pri

UR RU

2 22

_ max _ max1

60,099 0,0089 /20sek pri

UR R fazoU

2 22

1

60,8786 0,0791Ω/fazo20sek pri

UX XU

Izračun impedanc transformatorja TP Oštir za sekundarno stran (6 kV): Ob računanju impedanc moramo poznati ohmski in induktivni del kratkostične napetosti transformatorja. Slednja se lahko izračunata po enačbi na naslednji strani, v kolikor od proizvajalca nimamo podatkov. Ohmski del kratkostične napetosti:

100Curn

PuP

(5.9)


16

Kjer je:

CuP - izgube v bakrenem navitju transformatorja,

nP - nazivna delovna moč transformatorja.

20100 100 1, 25%1600

Cur

n

PuP

Induktivni del kratkostične napetosti:

2 2x k ru u u (5.10)

Kjer je ku relativna kratkostična napetost transformatorja.

2 2 2 26 1,25 5,87%x k ru u u Če v enačbah spodaj uporabimo primarno napetost transformatorja, izračunamo impedance transformatorja za primarno stran. V našem primeru so računane za sekundarno stran transformatorja.

2

_ 100r n

tr sekn

u URS

(5.11)

2

_ 100x n

tr sekn

u UXS

(5.12)

Kjer je:

nU - nazivna napetost transformatorja,

nS - nazivna navidezna moč transformatorja.

2 2

_ 3

1, 25 6000 0,2813Ω/fazo100 1600 10 100

r ntr sek

n

u URS

2 2

_ 3

5,87 6000 1,321Ω/fazo100 1600 10 100

x ntr sek

n

u UXS


17

Izračun impedanc do 6 kV zbiralk transformatorja TP Oštir (B):

min _ min _ 2 0,0087 0,2813 0,0119 0,3019Ω/fazoB sek tr sek kR R R R

max _ max _ 2 _ 90 0,0089 0, 2813 0,0149 0,3051Ω/fazoB sek tr sek kR R R R

_ 2 0,0791 1,321 0,0049 1, 405Ω/fazoB sek tr sek kX X X X Izračun impedanc do zbiralk črpališča na k.+120 (C):

min min 3 0,3019 0,553 0,8549Ω/fazoC B kR R R

max max 3_ 90 0,3051 0,694 0,9991Ω/fazoC B kR R R

3 1,405 0,2282 1,6332Ω/fazoC B kX X X

Izračun impedanc do transformatorjev za motorje črpalk črpališča na k.+120: Ker so impedance do vseh štirih transformatorjev enake, smo računali samo impedance za en transformator in s tem predstavili impedance do vseh ostalih.

_ _ _ min _ min 4 0,8549 0,0055 0,8604 Ω/fazotr č pri C kR R R

_ _ _ max _ max 4 _ 90 0,9991 0,0069 1,006 Ω/fazotr č pri C kR R R

_ _ 4 1,6332 0,0031 1,6363Ω/fazotr č pri C kX X X Transformacija impedanc na sekundarno stran transformatorjev za motorje črpalk črpališča na k.+120 (1,05 kV): Po enačbah (5.7) in (5.8) izračunamo:

2 22

_ _ _ min _ _ _ min1

1,050,8604 0,0264Ω/fazo6tr č sek tr č pri

UR RU

2 22

_ _ _ max _ _ _ max1

1,051,006 0,0308 /6tr č sek tr č pri

UR R fazoU

2 22

_ _ _ _1

1,051,6363 0,05Ω/fazo6tr č sek tr č pri

UX XU

Izračun impedanc transformatorjev za motorje črpalk črpališča na k.+120, računanih za sekundarno stran (1,05 kV): Transformator moči 400 kVA smo izbrali, ker v Premogovniku Velenje ni bilo na voljo transformatorjev bolj primernih moči in pravilnih nazivnih napetosti. Podatki o transformatorju KTT 400 - 7,2 so pridobljeni iz [7].


18

Ohmski del kratkostične napetosti:

0,67%ru Induktivni del kratkostične napetosti:

3,84 %xu

Upornosti transformatorjev po enačbah (5.11) in (5.12):

2 2

_ _ 3

0, 67 (1050) 0,0185Ω/fazo100 400 10 100

r ntr m sek

n

u URS

2 2

_ _ 3

3,84 1050 0,1058Ω/fazo100 400 10 100

x ntr m sek

n

u UXS

Izračun impedanc do kompaktnih postaj za motorje črpalk črpališča na k.+120: Kompaktna postaja služi kot manjša izvedba celice z opremo za vodenje in zaščito motorja. Ker gre na obeh straneh transformatorjev za isto dolžino enakega kabla, smo pri izračunih upornosti obeh kablov poimenovali z 4kR oziroma 4 _ 90kR ali 4kX .

_ _ min _ _ _ min _ _ 4

0,0264 0,0185 0,0055 0,0504Ω/fazom č tr č sek tr m sek kR R R R

_ _ max _ _ _ max _ _ 4_ 90

0,0308 0,0185 0,0069 0,0562Ω/fazom č tr č sek tr m sek kR R R R

_ _ _ _ _ 4

0,05 0,1058 0,0031 0,159Ω/fazom č tr č sek tr m sek kX X X X

Izračun impedanc do motorjev črpalk črpališča na k.+120:

_ min _ _ min 5 0,0504 0,0267 0,0771 Ω/fazom m č kR R R

_ max _ _ max 5_ 90 0,0562 0,0334 0,0896 Ω/fazom m č kR R R

_ 5 0,159 0,0086 0,1676Ω/fazom m č kX X X


19

5.3 Izračun kratkih stikov Izračune povezane s kratkimi stiki opravimo, zaradi potrebe po določitvi nastavitev zaščit ter izbire opreme. V trifaznem sistemu poznamo več vrst kratkih stikov. Trifazni kratek stik: Vse tri faze so v stiku in med njimi tečejo kratkostični tokovi. Zaradi udeleženosti vseh treh faz, je to simetrična okvara. Ta tip kratkega stika je najmočnejši v našem primeru izoliranega zvezdišča transformatorjev omrežja, zato se na njegovo izračunano udarno ter efektivno vrednost računa zdržnosti opreme. Dvofazni kratek stik: Pri tem kratkem stiku so udeležene dve faze, med katerimi tečejo kratkostični tokovi. Zaradi udeleženosti le dveh faz, je kratkostična moč manjša. Enofazni zemeljski stik: V stiku z zemljo je ena faza. V primeru ozemljenosti zvezdišča izvora se tokovi zaključujejo preko zemlje. V primeru izoliranosti omrežja pa zaradi dozemnih kapacitivnosti tečejo manjši tokovi, ki so posledica kapacitivnosti celotnega omrežja. Dvofazni zemeljski stik: Kratek stik, ki se pojavi zaradi stika dveh različnih faz z zemljo. Kratkostični tokovi torej tečejo skozi zemljo, ki sedaj predstavlja vodljivo zvezo med dvema različnima fazama. Zaradi večje upornosti, ki jo povzroča zemlja med zemeljskima stikoma, je ta tok manjši v primerjavi z dvofaznim kratkim stikom. Če je sistem ozemljen, nekaj toka tudi teče čez zemljo proti zvezdišču izvora. V našem primeru smo za največji kratkostični tok vzeli trifazni kratkostični tok na začetku voda, saj pri kratkem stiku sodeluje moč vseh faz, upornosti pa so na začetku voda najmanjše, kar posledično pomeni, da bo ob okvari tam tekel največji možen kratkostični tok. Za minimalni kratkostični tok pa smo vzeli dvofazni zemeljski stik, ki ga zemeljskostična zaščita ne more zaznati. Služil pa bo kot merilo za nastavljanje nadtokovne zaščite, katere naloga je varovanje pred kratkimi stiki. Dvofazni začetni simetrični tok kratkega stika se izračuna po naslednji enačbi [5]:

"2

max2k

c UIZ

(5.13)

Napetostni faktor C je za izračun minimalnih kratkih stikov odvisen od velikosti nazivne napetosti omrežja:

Za 240 / 400V 0,95Nad 400V 1

cc


20

Trifazni začetni simetrični tok kratkega stika se izračuna po naslednji enačbi [5]:

"3

min3k

c UIZ

(5.14)

Napetostni faktor C je za izračun maksimalnih kratkih stikov odvisen od velikosti nazivne napetosti omrežja:

Za 240 / 400V 1Od 400do1000V 1,05Nad 1000 V = 1,1

ccc

Napetostni faktor c je potreben zaradi spreminjanja napetosti odvisno od časa in kraja, spreminjanje prestave transformatorja, zanemarjenje bremen in kapacitivnosti ter subtranzientnega obnašanja motorjev in generatorjev [14]. Ker bi bili izračuni, ki so zelo točni predolgi, raje računamo s poenostavljenimi enačbami ter vpeljemo faktorje, ki zvišujejo toleranco pogreška zaradi zanemaritev. Pri izračunih si naj bralec zopet pomaga z gledanjem priloge B in E. Izračun kratkih stikov ter določitev zaščite na 20 kV zbiralkah TP Oštir (A): 2-fazni kratek stik po enačbi (5.13):

"2 2 2 2 2

max max

1 1 6000 2087 A2 2 2 0,3051 1,405

k AB B B

c U UIZ R X

3-fazni kratek stik po enačbi (5.14):

"3 2 2 2 2

1,1 1,1 20000 14434 A3 3 3 0,0876 0,8756

k AA A A

c U UIZ R X

Udarni tok kratkega stika: Pri izračunu udarnega toka se uporabi največji začetni simetrični kratek stik. Udarni tok kratkega stika je odvisen od razmerja upornosti in induktivne upornosti do mesta okvare. Ker je kratek stik največji na začetku voda, upoštevamo te upornosti. Faktor je odvisen od razmerja upornosti in induktivne upornosti in smo ga prečitali iz [1], stran 68. Udarni tok kratkega stika smo izračunali po naslednji enačbi:

"32ku ki I (5.15)


21

"3

/ 0,1=1,75

2 2 1,75 14434 35722 AkuA k A

R X

i I

Izračun časa v katerem mora zaščita izklopiti, da ne pride do pregretja kabla: To je čas kratkega stika, pri katerem bi se kabel segrel do maksimalne dovoljene temperature v normalnem obratovanju. Izračunamo ga po naslednji enačbi [6], 152. člen:

2 2

max "23k

k StI

(5.17)

Kjer je:

maxt - dovoljeni čas v katerem mora zaščita izklopiti v primeru kratkega stika (s) k - faktor odvisen od tipa izolacije kabla S - presek kabla ( 2mm ) V celotnem jamskem sistemu smo uporabili kable z materialom izolacije EPR, za katerega je faktor k enak 142.

2 2 2 21

1max "2 23

142 70 0,4714434k A

k St sI

Minimalni zdržni presek kabla do transformatorja se izračuna po naslednji enačbi [6], 152. člen:

"23

mink iI tSk

(5.18)

Kjer je:

minS - minimalni potreben presek (2mm )

it - najdaljši čas izklopa kratkih stikov (s) k - faktor odvisen od tipa izolacije kabla Hitrost potrebnega izklopa kratkih stikov v jamskem sistemu je predpisana z 0,1 s.

"2 23 2

1min14434 0,1 32,14 mm

142k A iI tSk


22

Transformacija 2-faznega kratkostičnega toka na 20 kV stran za kasnejšo potrebo po določitvi prekinitvenega časa varovalke. Ta se izvede po enačbi:

" " 21 2

1k k

UI IU

(5.19)

" " 22 _ 20 2

1

60002087 626A20.000k A kV k A

UI IU

Izračun kratkih stikov ter določitev zaščite v 6 kV stikalni celici TP Oštir (B): 2-fazni kratek stik po enačbi (5.13):

"2 2 2 2 2

max max

1 6000 1567 A2 2 2 0,9991 1,6332

k BC C C

c U c UIZ R X


"3 2 2 2 2

min min

1,1 6000 2652A3 3 3 0,3019 1, 405

k BB B B

c U c UIZ R X

Udarni tok kratkega stika po enačbi (5.15):

"3

/ 0, 21=1,54

2 2 1,54 2652 5776 AkuB k B

R X

i I

Minimalni zdržni presek kabla do črpališča na k.+120 po enačbi (5.18):

"2 23 2

2min2652 0,1 5,9mm

142k B iI tSk

Izračun časa v katerem mora zaščita izklopiti, da ne pride do pregretja kabla po enačbi (5.17):

2 2 2 22

2max "2 23

142 50 7,22652k B

k St sI


23

Določitev nadtokovne zaščite kabla: Določitev nadtokovne zaščite je odvisna od velikosti minimalnega kratkega stika. Za elektronske sprožnike uporabljene v našem primeru s poznano karakteristiko mora biti minimalni kratek stik vsaj 1,25 krat večji od nastavljene vrednosti izklopnega toka in se izračuna po naslednji enačbi [6], 51. člen:

"2

1,25kII (5.20)

"

2 1567 1254A1,25 1,25k B

BII

Izračun kratkih stikov ter določitev zaščite na 6 kV zbiralkah črpališča na k.+120 za varovanje transformatorjev (C):

Ker so transformatorji in motorji ter njihovi obratovalni načini enaki, ponovno obravnavamo samo zaščito za en transformator. Za minimalen kratek stik, bomo upoštevali impedance do črpališča na k.+120. Ker transformator varujemo z nadtokovno zaščito na primarni strani, bomo preračunali kratkostične tokove na koncu kabla preko prestavnega razmerja na primarno stran. 2-fazni kratek stik po enačbi (5.13):

"2 2 2 2 2

_ _ _ max _

1 1050 3113A2 2 2 0,0562 0,159

k Cm č m č m č

c U c UIZ R X

Preračun kratkostičnega toka na primarno stran transformatorja po enačbi (5.19):

" 22 _ 2

1

10503113 545A6000k C pri k C

UI IU


"3 2 2 2 2

min min

1,1 6000 2067 A3 3 3 0,8549 1,6332

k CC C C

c U c UIZ R X


"3

/ 0,523=1,23

2 2 1,23 2067 3596AkuC k C

R X

i I


24

Minimalni zdržni presek kabla do kompaktne postaje po enačbi (5.18): Ker gre pri tem preizkusu za dva enaka kabla iste dolžine, bom opravil preizkus samo za najbolj neugodno obremenjen kabel. To je kabel na sekundarni strani transformatorja, saj zaradi nižje inducirane napetosti ob isti moči tečejo večji tokovi.

"2 23 2

3min2067 0,1 4,6mm

142k C iI tSk


2 2 2 22

3max "2 23

142 70 23,1s2067k C

k StI

Določitev nadtokovne zaščite po enačbi (5.20):

"

2 _ 545 436A1,25 1,25k C pri

C

II

Izračun kratkih stikov ter določitev zaščite na kompaktni postaji motorjev črpališča na k.+120: 2-fazni kratek stik po enačbi (5.13):

"2 2 2 2 2

_ max

1 1050 2762A2 2 2 0,0896 0,1676

k kpm m m

c U c UIZ R X


"3 2 2 2 2

_ _ min _ _ min _

1,1 1050 3998 A3 3 3 0,0504 0,159

k kpm č m č m č

c U c UIZ R X


"3

/ 0,317=1,4

2 2 1,4 3998 7916Akukp k kp

R X

i I


25

Minimalni zdržni presek kabla do motorjev črpalk po enačbi (5.18):

"2 23 2

4min3998 0,1 8,9mm

142k kp iI tSk


2 2 2 22

4max "2 23

142 35 1,5s3998k kp

k StI

Določitev nadtokovne zaščite po enačbi (5.20):

"2 2762 2210A

1,25 1,25k kp

kp

II

Zaradi omejenega območja nastavitve kasneje izbrane nadtokovne zaščite, je potrebno vrednost nastaviti na 1600 A.

5.4 Kontrola obremenitve kablov Tekom tega poglavja smo se ukvarjali z ugotavljanjem zdržnosti kablov glede na vrednosti maksimalnih kratkih stikov in časov trajanja le teh. Izračunali smo dopustne tokovne obremenitve posameznih kablov, saj morajo biti trajni bremenski tokovi nižji od te vrednosti, prav tako pa mora biti bimetalna zaščita, s katero varujemo kable nastavljena na nižjo vrednost. Vrednost pregoretja uporabljene varovalke mora prav tako biti nižja od zdržnosti opreme katero se varuje. Na koncu smo izvedli tudi kontrolo preobremenitve. Kabel od 20 kV celice TP Oštir do transformatorja razdelilne postaje TP Oštir: Dopustna obremenitev napajalnega kabla 3xNA2XS(F)2Y 1x70/16 mm2 znaša Ikdop_k1=235 A. Primarni tok transformatorja nazivne moči 1600 kVA pri obratovanju na zakupljeni moči 400 kVA oziroma ekvivalentno dvema motorjema črpalk črpališča na k.+120 smo izračunali na naslednji strani:

3z

bn

SIU

(5.21)

Kjer je:

bI - bremenski tok,

zS - zakupljena moč.


26

400.000 11,55 A3 3 20.000z

bn

SIU

Vrednosti dovoljenih tokov ob določenih izklopnih časih so podani v naslednji tabeli:

Tabela 5.3: Tabela dovoljenih tokovnih obremenitev ob predpisanih časih 1 [2]. tks (s) 0.1 0.2 0.5 1 2 5 Iks (kA) 20,5 14,5 9,2 6,5 4,6 2,9 Kjer je: tks - čas kratkega stika, Iks - tok kratkega stika. Vrednost toka trifaznega kratkega stika na začetku voda znaša:

"3 14, 43kAk AI

Maksimalni tok začetnega simetričnega trifaznega kratkega stika, ki se lahko pojavi na kablovodu, je nižji od dopustnega kratkostičnega toka kabla za čas izklopa kratkega stika manjšega od 0,2 s. Za zaščito kablovoda in transformatorja smo izbrali 16 A varovalko s hitrim talilnim vložkom, ki prekine tokokrog že pri 80 A v 0,2 s in zato ustreza hitrostnim potrebam [6]. Konično obremenitev dimenzioniramo glede na polno obremenitev, ki se predvideva. Dopustni tok kabla je odvisen od polaganja in temperature okolice ter se izračuna po naslednjih enačbah:

dop kdopI I K (5.22)

1 2 3 4K k k k k (5.23)

kjer je:

dopI - dopustna tokovna obremenitev kabla glede na način polaganja,

1k - faktor za temperaturo okolice,

2k - faktor za globino polaganja,

3k - faktor števila položenih kablov,

4k - faktor polaganja kablov v zraku na nosilcih.


27

Izračun smo opravili za temperaturo okolice 30 oC in ob predpostavki, da so v kineti na globini 0,4 m položeni trije kabli v snopu. Tako smo dobili iz podatkov proizvajalca kablov:

1

2

3

0,9310,69

kkk

Izračun smo opravili po enačbah (5.22) in (5.23):

_ 1 _ 1 _ 1 1 2 3 235 0,93 1 0, 69 150,8 Adop k kdop k kdop kI I K I k k k

Dopustni tok kabla mora biti večji od dejanske predvidene maksimalne tokovne obremenitve.

_ 1dop k BI I (5.24)

150,8 A 11,55 A Kontrola preobremenitve: prvi pogoj: B N ZI I I (5.25)

2drugi pogoj: 1,45 ZI I (5.26) Kjer je:

NI - nazivni tok zaščitne naprave,

2I - tok pregretja zaščitnega elementa v določenem času,

ZI - nazivni zdržni tok kabla,

BI - bremenski tok.

2 NI k I (5.27) Vrednosti faktorja k so navedene v tabeli 5.4.

Tabela 5.4: Vrednosti faktorja k za izračun toka 2I različnih varovalnih naprav. Zaščitna naprava k Varovalka 2 in 4 A 2,1 Varovalka 6 in 10 A 1,9 Varovalka 16 in več A 1,6 Bimetalni rele 1,45 Instalacijski odklopnik 1,2


28

2 _ 1 1,6 16 25,6 Ak NI k I Preverjanje pogojev po neenačbah (5.25) in (5.26): Prvi pogoj: 11,55 A 16 A 150,8 A Drugi pogoj: 25,6 A < 218,7 A Vidimo, da so pogoji izpolnjeni. Kabel od transformatorja do 6 kV zbiralk v TP Oštir:

Dopustna obremenitev napajalnega kabla XHP 84 3x50/16 mm2 položenega v zemljo je Ikdop=215 A. Sekundarni tok transformatorja pri zakupljeni moči 400 kVA izračunamo po enačbi (5.19):

_

_ 2_

1

11,55 A

11,55 20000 38,5A6000

b pri

b prib sek

II U

IU

Kjer je:

_b priI - bremenski primarni tok,

_b sekI - bremenski sekundarni tok. Vrednosti dovoljenih tokov ob določenih izklopnih časih so podani v naslednji tabeli:

Tabela 5.5: Tabela dovoljenih tokovnih obremenitev ob predpisanih časih 2 [2]. tks (s) 0.1 0.2 0.5 1 2 5 Iks (kA) 22,7 16,1 10,2 7,2 5,0 3,2 Vrednost toka trifaznega kratkega stika na začetku dovoda znaša:

_ _ _ min _ min _ 0,0087 0, 2813 0, 29Ω/fazoA tr sek sek tr sekR R R

_ _ _ 0,0791 1,321 1, 4001Ω/fazoA tr sek sek tr sekX X X Po enačbi (5.14):

"3 _ _ 2 2

_ _ _ min

1,1 6000 2665A3 3 0,29 1,4001

k A tr sekA tr sek

c UIZ

"3 _ _ 2665Ak A tr sekI


29

Maksimalni tok začetnega simetričnega trifaznega kratkega stika, ki se lahko pojavi na kablovodu, je nižji od dopustnega kratkostičnega toka kabla za čas izklopa kratkega stika manjšega od 5 s. Kabel ščiti varovalka na primarni strani transformatorja. Tok na primarni strani ob maksimalnem kratkem stiku na začetku omenjenega kabla je z upoštevanjem prestavnega razmerja 800 A. Varovalka ob tem toku izklopi že prej kot v 0,1 s in zato ustreza potrebam [6]. Dopustni tok kabla: Izračun smo opravili za temperaturo okolice 30 oC in ob predpostavki, da je v kineti na globini 0,4 m položen trižilni kabel. Tako smo dobili iz podatkov proizvajalca kablov:

k1=0,93 k2=1


_ 2 _ 2 _ 2 1 2 215 0,93 1 200 Adop k kdop k kdop kI I K I k k


_ 2 _

200 A 38,5 Adop k B sekI I

Kontrola preobremenitve:

2 1,45B N Z

Z

I I II I

Nazivni tok varovalke smo preračunali na sekundarno stran transformatorja po enačbi (5.19):

1_ _

2

20.00016 53,3A6000N sek N prim

UI IU

2_ 2 _ 1,6 53,3 85,3Ak N sekI k I

Prvi pogoj: 38,5 A 53,3 A 200 A Drugi pogoj: 85,3 A < 290 A Vidimo, da so pogoji izpolnjeni.


30

Kabel od 6 kV odvodne celice v RTP Oštir do RP k.+120: Dopustna obremenitev napajalnega kabla XHP 84 3x50/16 mm2 položenega v zemljo je Ikdop=215 A. Kabel je v resnici delno položen po obešalih jamske proge, vendar je to bolj ugodno, zato upoštevamo, kot da je položen v zemljo. Sekundarni tok transformatorja pri zakupljeni moči 400 kVA znaša Ib_sek=38,5 A. Vrednosti dovoljenih tokov ob določenih izklopnih časih so podane v naslednji tabeli:


"3 2652Ak BI

Vidimo, da je maksimalni tok začetnega simetričnega trifaznega kratkega stika, ki se lahko pojavi na kablovodu, nižji od dopustnega kratkostičnega toka kabla za katerikoli čas izklopa kratkega stika znotraj 5 s. Nadtokovna zaščita izklopi kratek stik, ki se lahko pojavi na varovanem kablu prej, kot v 0,1 s. Dopustni tok kabla: Izračun smo opravili za temperaturo okolice 30 oC in ob predpostavki, da je kabel položen v kineti na globini 0,9 m. Tako dobimo iz podatkov proizvajalca kablov:

k1=0,93, k2=0,9


_ 3 _ 3 _ 3 1 2 215 0,93 0,9 180 Adop k kdop k kdop kI I K I k k


_ 3 _

180 A 38,5 Adop k B sekI I


31

Nastavitev bimetalne zaščite: Bimetalna zaščita se nastavi na nazivni zdržni tok kabla in s tem varuje kabel. Ta je odvisen od tipa kabla in načina polaganja. Ker se pogoji ne bi izšli če bi nastavili tako veliko vrednost, smo nastavili nekoliko manjšo. Bimetalno zaščito zato nastavimo na:

170AbimBI Kontrola preobremenitve:

2 1,45B N Z

Z

I I II I

2_ 2 1,45 170 247Ak bimBI k I Prvi pogoj: 38,5 A 170 A 180 A Drugi pogoj: 247 A < 261 A Vidimo, da so pogoji izpolnjeni. Kabel od 6 kV odvodne celice črpališča na k.+120 do transformatorja za motor črpalke: Dopustna obremenitev napajalnega kabla XHP 84 3x70/16 mm2 položenega na obešalih ob boku jamske proge je Ikdop=265 A. Nazivni tok na primarni strani transformatorja je

_ 38,5Atr priI . Vrednosti dovoljenih tokov ob določenih izklopnih časih so podane v naslednji tabeli:


"3 2067 Ak CI

Vidimo, da je maksimalni tok začetnega simetričnega trifaznega kratkega stika, ki se lahko pojavi na kablovodu, nižji od dopustnega kratkostičnega toka kabla za katerikoli čas izklopa kratkega stika znotraj 5 s. Nadtokovna zaščita izklopi vsak kratek stik, ki se lahko pojavi na varovanem kablu prej, kot v 0,1 s.


32

Dopustni tok kabla: Izračun opravimo za temperaturo okolice 30 oC. Tako dobimo iz podatkov proizvajalca kablov:

k1=1 k4=1


_ 4 _ 4 _ 4 1 4 265 1 1 265 Adop k kdop k kdop kI I K I k k


_ 4 _

265 A 38,5 Adop k tr priI I

Nastavitev bimetalne zaščite: Bimetalno zaščito smo nastavili na nazivni primarni tok transformatorja, kot je to predpisano v [6]:

_ _ 38,5Abim tr čI Kontrola preobremenitve: Za bremenski tok smo izbrali nazivni tok motorja, preračunanega na primarno stran transformatorja.

2 1,45B N Z

Z

I I II I

2_ 2 _ _ 1,45 38,5 55,8Ak bim tr čI k I

Prvi pogoj: 24,15 A 38,5 A 265 A Drugi pogoj: 55,8 A < 384 A Vidimo, da so pogoji izpolnjeni.


33

Kabel od transformatorja na k.+120 do kompaktne postaje za motor črpalke: Dopustna obremenitev napajalnega kabla XHP 84 3x70/16 mm2 položenega na obešalih ob boku jamske proge je Ikdop=265 A. Ker kabel varuje bimetalna zaščita na primarni strani transformatorja, smo morali izklopni tok preračunati na sekundarno stran po enačbi (5.19):

1_ _

2

600038,5 220 A1050tr sek tr pri

UI IU

Izračun kratkih stikov:

_ _ 2 _ min _ _ _ min _ _ 0,0264 0,0185 0,0449Ω/fazoč tr tr č sek tr m sekR R R

_ _ 2 _ _ _ _ 0,05 0,1058 0,1558Ω/fazotr č tr č sek tr m sekX X X

Po enačbi (5.14):

"3 _ _ 2 2 2

_ _ 2 _ min _ _ 2 _ min _ _ 2

2 2

3 3

1,1 1050 4113A3 0,0449 0,1558

k tr čtr č tr č tr č

c U c UIZ R X

Vrednosti dovoljenih tokov ob določenih izklopnih časih so podane v naslednji tabeli:


"3 _ _ 2 4113Ak tr čI

Vidimo, da je maksimalni tok začetnega simetričnega trifaznega kratkega stika, ki se lahko pojavi na kablovodu. nižji od dopustnega kratkostičnega toka kabla za katerikoli čas izklopa kratkega stika znotraj 5 s. Nadtokovna zaščita izklopi vsak kratek stik, ki se lahko pojavi na varovanem kablu prej, kot v 0,1 s. Dopustni tok kabla: Izračun smo opravili za temperaturo okolice 30 oC. Tako dobimo iz podatkov proizvajalca kablov:

k1=1 k4=1


34


_ 5 _ 5 _ 5 1 2 265 1 1 265 Adop k kdop k kdop kI I K I k k


_ 5 _

265 A 220 Adop k tr sekI I

Bimetalna zaščita, ki varuje ta kabel je na primarni strani transformatorja, zato je nastavljena na nazivni primarni tok transformatorja 38,5 A. Na sekundarni strani ta tok znaša 220 A, kar je še vedno manj, kot zdržni tok kabla. Na koncu je potrebno izvesti kontrolo preobremenitve:

2 1,45B N Z

Z

I I II I

2_ 2 _ _ 1,45 220 319Ak bim tr čI k I Prvi pogoj: 138 A 220 A 265 A Drugi pogoj: 319A < 384 A Vidimo, da so pogoji izpolnjeni. Kabel do motorja črpalke na k.+120: Dopustna obremenitev napajalnega kabla EpN 3x35/16 mm2 položenega na obešalih ob boku jamske proge je Ikdop=180 A. Nazivni tok motorja je 138AmnI . To je tudi trajni tok za katerega je ta kabel predviden. Vrednosti dovoljenih tokov ob določenih izklopnih časih so podani v naslednji tabeli:


"3 3998Ak kpI


35

Vidimo, da je maksimalni tok začetnega simetričnega trifaznega kratkega stika, ki se lahko pojavi na kablovodu, nižji od dopustnega kratkostičnega toka kabla za katerikoli čas izklopa kratkega stika znotraj 1 s. Nadtokovna zaščita izklopi vsak kratek stik, ki se lahko pojavi na varovanem kablu prej, kot v 0,1 s. Dopustni tok kabla: Izračun smo opravili za temperaturo okolice 30 oC. Tako smo dobili iz podatkov proizvajalca kablov:

k1=1 k4=1


_ 5 _ 5 _ 5 1 4 180 1 1 180Adop k kdop k kdop kI I K I k k

Dopustni tok kabla mora biti večji od dejanske predvidene maksimalne trajne tokovne obremenitve.

_ 5

180 A 138 Adop k mnI I

Nastavitev bimetalne zaščite: Bimetalno zaščito v kompaktni postaji smo nastavili na nazivni tok motorja, kot je to določeno v [6]:

Na koncu je potrebno izvesti kontrolo preobremenitve: Za bremenski tok smo izbrali nazivni tok motorja.

2 1,45B N Z

Z

I I II I

2_ 2 _ 1,45 138 200,1Ak bim kpI k I Prvi pogoj: 138 A


36

Ker [6] zahteva, da se bimetalna zaščita nastavi na nazivni tok motorja, neenačba kontrole preobremenitve ne ustreza. Vendar močni porabniki v jamskem delu nikoli ne obratujejo trajno čisto z nazivnim tokom, zato bimetalna zaščita ne izklaplja med normalnim obratovanjem.

5.5 Kontrola padcev napetosti Ker so električni porabniki narejeni za delovanje pri določenih nazivnih napetostih, je potrebno zagotoviti, da pri obratovanju in zagonih porabnikov, tok ne bo povzročil padcev napetosti do porabnikov, ki bi motili delovanje. Ker povečanje toka pomeni hkrati tudi povečanje padca napetosti, je potrebno padce napetosti računati za primer, ko po kablih do bremen teče največji predviden tok. To je navadno ob zagonih velikih porabnikov, kot so elektromotorji. V tem poglavju bomo torej obravnavali padce napetosti za najbolj neugoden primer obratovanja pri napajanju iz TP Oštir. S strani TP Oštir, bosta ob primeru nezmožnosti napajanja vseh ostalih napajališč, napajana samo dva motorja v črpališču. Najbolj neugoden tok je nazivni, saj bosta motorja zagnana s pomočjo močnostne elektronike. Nazivni tok enega motorja črpalke znaša =138 AmnI . Najbolj neugoden primer padcev napetosti, je torej ob sočasnem obratovanju dveh motorjev na nazivni obremenitvi. Skupni tok se izračuna po naslednji enačbi:

= 138 138 276 As mn mnI I I Transformiran skupni tok na 6 kV je 48,3 A. Podatki faktorja delavnosti motorja so podani v enačbi spodaj. Zagonski faktor delavnosti, pa je predpisan.

cos( ) 0,89sin( ) 0,46cos( ) 0,4sin( ) 0,91

z

z

Skupni padec napetosti, je poleg padca napetosti na vodnikih, odvisen tudi od padca na transformatorjih. Padec napetosti za vsak kabel ali transformator se izračuna po naslednji enačbi [13]:

= 3 ( cos( ) sin( ))k k k kU I R X (5.28) Kjer je:

kU - padec napetosti na danem kablu ali transformatorju glede na obremenitev,

kI - tok porabnika na danem kablu,

kR - upornost transformatorja ali kabla,


37

kX - induktivna upornost transformatorja ali kabla, - fazni kot med napetostjo in tokom porabnika. Padec smo računali od sekundarne strani transformatorja TP Oštir naprej, saj so padci pri 20 kV relativno majhni zaradi majhnih tokov. V rudniku gre za težke delovne pogoje za elektromotorje. Pravilnik ne zahteva, da je potrebno padce napetosti računati tudi na transformatorjih, vendar so se v Premogovniku Velenje pri zagonih elektromotorjev pojavili problemi. Z meritvami se je dokazalo, da so padci napetosti dosti višji od izračunanih. Posledično so se zato pri dimenzioniranjih začeli upoštevati tudi padci na transformatorjih. Predpisi za rudarstvo definirajo le maksimalno dopustno vrednost padca napetosti za močnostne mreže (15 %) ne pa tudi načina kako naj se izračuna. Padec napetosti na transformatorju TP Oštir po enačbi (5.28):

2 2 _ 2 _= 3 (( ) cos( ) ( ) sin( ))

3 48,3 ((0,0119 0,2813) 0,89 (0,0049 1,321) 0,46) 72,9VB m n k tr sek m k tr sek mU I R R X X

Padec napetosti od odvodne celice TP Oštir do črpališča po enačbi (5.28):

1 2 3_ 90 3= 3 ( cos( ) sin( ))

3 48,3 (0,553 0,89 0,2282 0,46) 50Vm n k kU I R X

Padec napetosti do transformatorja za motor črpališča po enačbi (5.28):

2 4 4= 3 ( cos( ) sin( ))

3 24,15 (0,0055 0,89 0,0031 0, 46) 0,3Vmn k z k zU I R X

Skupni padec napetosti 6 kV omrežja: Padci napetosti se med seboj seštevajo od izvora do končnega porabnika ali transformatorja.

3 1 2+ = 72,9 50 0,3 123, 2 VBU U U U Transformacija padca na sekundarno stran transformatorja za motor črpališča: Transformacija padca napetosti preko transformatorja se izvede po naslednji enačbi:

22 1

1

= UU UU (5.29)


38

Kjer je:

2U - padec napetosti preračunan na sekundarno stran transformatorja,

1U - padec napetosti do primarne strani transformatorja,

2U - sekundarna napetost transformatorja,

1U - primarna napetost transformatorja.

2_ _ 3

1

1050= 123,2 21,6V6000tr sek C

UU UU

Padec na transformatorju po enačbi (5.28):

_ _ _ _ _ _= 3 ( cos( ) sin( ))

3 138 (0,0185 0,89 0,1058 0,46) 15,6Vtr C mn sek tr m sek z tr m sek zU I R X

Padec od transformatorja do motorja po enačbi (5.28):

_ 8 9 8 9= 3 (( ) cos( ) ( ) sin( ))

3 138 ((0,0055 0,0267) 0,89 (0,0031 0,0086) 0,46) 8,1Vm mn sek k k z k k zU I R R X X

Skupni padec napetosti do motorja:

_ _ _= + + =21,6+15,6+8,1=45,3Vsm tr sek C tr C mU U U U Odstotni padec napetosti: odstotni padec napetosti se izračuna po naslednji enačbi:

100=O

u UU (5.30)

Kjer je: u - odstotni padec napetosti, U - skupni padec napetosti,

OU - Napetost omrežja.

_

100 100= 45,3 4,3%1050sm sm n sek

u UU

Padec napetosti je manjši od 15 % zato je ustrezen.


39

6. Dimenzioniranje omrežja rezervnega napajanja iz RTP Pesje

Slika 6.1: Razdelilna transformatorka postaja Pesje.

S strani RTP Pesje se bo napajal transformator v muzeju na k.+235 ter štirje motorji črpalk črpališča na k.+120 v primeru nezmožnosti napajanja iz RTP NOP. Prav tako bo v tem primeru napajan motor ventilatorja v ventilatorski postaji Pesje moči 800 kW. Izpušni stolp ventilatorja je viden na sliki 6.1. Kot je razvidno iz nadaljnjih izračunov padcev napetosti, smo ugotovili, da omrežje napajano iz RTP Pesje, ne zmore zagotoviti dovolj nizkega padca napetosti, ob zagonskem toku enega motorja črpalke in sočasnem obratovanju vseh ostalih porabnikov. Zagon ventilatorja v Pesju se opravi na zbiralkah sistema 1 s hkratnim vzporednim napajanjem preko dveh 8 MVA transformatorjev in enim 4 MVA, ki se preklopi iz sistema zbiralk 2 na sistem zbiralk 1. Ker zagon ventilatorja ni del te diplomske naloge, ga nismo obravnavali in se zato upošteva samo njegov nazivni tok. Zaradi prevelikih padcev napetosti ob zagonskem toku motorja črpalke, moramo motorje črpalk zaganjati preko močnostne elektronike z nazivnim tokom. RTP Pesje se napaja iz RTP Velenje. Za lažjo predstavo, tekom tega poglavja glejte prilogo B in prilogo D.


40

Slika 6.2: Ventilator v ventilatorski postaji Pesje.

6.1 Izračun impedanc kablov Lotimo se računanja po istem postopku, kot pri računanju upornosti in induktivnih upornosti kablov pri rezervnem napajanju iz TP Oštir. Relativne upornosti in induktivne upornosti uporabljenih kablov so podane v tabeli 6.1 spodaj:

Tabela 6.1: Upornosti kablov na kilometer pri napajanju iz RTP Pesje.

Izračun upornosti posameznih kablov je podan v prilogi M, v tabeli 6.2 pa so podani rezultati izračunov.

tip kabla Presek(mm2) Un(kV) Rk(Ω/km) Rk90°C(Ω/km) Xk(Ω/km) XHE 48-A 3x1x185 20 0,167 0,211 0,126 NA2XS(F)2Y-A 3x1x240 20 0,128 0,160 0,119 EpN 53 3x35 6 0,534 0,668 0,172 XHP 84 3x50 6 0,395 0,496 0,163 XHP 84 3x70 6 0,273 0,343 0,155 XHP 84 3x95 6 0,197 0,247 0,151


41

Tabela 6.2: Upornosti uporabljenih kablov pri napajanju iz RTP Pesje. Oznaka kabla Upornost pri 25 °C

(Ω/fazo) Upornost pri 90 °C (Ω/fazo)

induktivnost (Ω/fazo)

d1 0,0534 0,0675 0,0403 d2 0,0049 0,0061 0,0045 k1 0,0064 0,008 0,006 k2 0,0039 0,0049 0,003 k3 0,2364 0,2964 0,1812 ktr_D 0,0119 0,0149 0,0049 k4 0,0505 0,0635 0,0287 k5 0,0315 0,0394 0,0242 k6 0,1515 0,1904 0,086 k7 0,077 0,0967 0,0437 k8 0,0055 0,0069 0,0031 k9 0,0267 0,0334 0,0086

6.2 Izračun impedanc omrežja Začeli smo z računanjem impedance omrežja do sekundarnih zbiralk RTP Velenje (E). Kratkostična moč na sekundarnih zbiralkah RTP Velenje je po podatkih projekta Premogovnika Velenje 581 MVA [13]. Nadaljevali smo z izračuni maksimalnih in minimalnih upornosti vse do sekundarne strani transformatorja v muzeju na k.+235 in motorjev v črpališču na k.+120. Zaradi dolgotrajnosti izračunov, katerih postopek je že opisan v podpoglavju 5.2, smo izračune raje predstavili v prilogi N.

6.3 Izračun kratkih stikov Ponovili smo postopek za izračun kratkih stikov, kot smo to prvotno naredili v podpoglavju 5.3. Poleg nadtokovne zaščite, smo morali v celici na sekundarnih zbiralkah RTP Pesje (I) določiti tudi zemeljskostično zaščito. Ker je zvezdišče napajalnega transformatorja izolirano ob zemeljskem stiku teče samo tok, povzročen zaradi dozemne kapacitivnosti omrežja. Za določitev zemeljskostičnega toka smo prvo izračunali kapacitivnost uporabljenih kablov omrežja posameznih presekov kablov in jih prikazali v tabeli 6.2.

Tabela 6.3: Tabela izračunov kapacitivnosti uporabljenih kablov iz napajanja TP Oštir. Tip kabla: Dolžina (m) Relativna kapacitivnost (µF/km) Kapacitivnost (µF) XHP 84 3x95 mm 1440 0,365 0,526 XHP 84 3x70 mm 1097 0,284 0,312 XHP 84 3x50 mm 30 0,246 0,007


42

Skupna kapacitivnost omrežja:

C c l (6.1)

o A BC C C (6.2)

Kjer je: c - kapacitivnost kabla na kilometer C - kapacitivnost kabla, l - dolžina kabla,

oC - kapacitivnost vseh kablov omrežja,

AC - kapacitivnost kablov enega preseka,

BC - kapacitivnost kablov drugega preseka.

95 95 95

70 70 70

50 50 50

95 70 50

0,365 1, 44 0,526μF0, 284 1,097 0,312μF0,246 0,03 0,007μF

0,526 0,334 0,007 0,867μFo

C c lC c lC c lC C C C

Zemeljskostični tok se izračuna po naslednji enačbi:

3 2z n oI U f C (6.3) Kjer je:

zI - zemeljskostični tok, f - frekvenca omrežja.

63 2 3 6000 2 50 0,867 10 2,83Az n oI U f C

Zaščitna ozemljitev zvezdišča transformatorja nad 1000 V mora imeti vgrajeno ozemljitveno impedanco, ki omejuje tok zemeljskega stika na 10 A [6]. V celotnem 6 kV jamskem sistemu Premogovnika Velenje, je sistem opremljen z avtomatskimi Petersenovimi dušilkami [10]. Ker vidimo, da je maksimalni zemeljskostični tok manjši od 10 A, kompenzacije ne potrebujemo. Upornost ozemljitve mora biti manjša od vrednosti, ki bi pri maksimalnem zemeljskostičnem toku povzročila na ozemljitvi razliko napetosti 50 V. Ozemljitvena upornost transformatorja v RTP Pesje je manjša od 2,6 Ω.


43

2,83 2, 26 6, 4 VO Z OU I R (6.4) Kjer je:

OU - padec napetosti, ki ga povzroči zemeljskostični tok na ozemljitvi transformatorja,

OR - upornost ozemljitve transformatorja.

2,83 2, 26 6, 4 VO Z OU I R

Ker je padec napetosti, povzročen zaradi maksimalnega zemeljskostičnega toka, manjši od 50 V, ozemljitev ustreza. Zemeljskostična zaščita mora izklopiti zemeljskostični tok v 0,2 s. Ker je postopek izračunov minimalnih in maksimalnih kratkih stikov zopet dolgotrajen smo izračune podali v prilogi O. V prilogi smo določili tudi minimalne potrebne preseke kablov ter maksimalne izklopilne čase odklopnikov pri najneugodnejših kratkih stikih. V tabeli 6.4 pa smo prikazali nastavitev nadtokovnih zaščit v celicah. Pri nastavljanju nastavitev nadtokovnih zaščit, s katerimi varujemo transformatorje, je potrebno nastavitev določiti tako, da izračunan minimalni kratek stik na koncu kabla na sekundarni strani transformatorja preračunamo na primarno stran, nastavitev pa nastavimo na nekoliko nižjo vrednost.

Tabela 6.4: Nastavitev nadtokovnih zaščit pri napajanju iz RTP Pesje. Ime nastavitve nadtokovne zaščite Nastavitev nadtokovne zaščite (A) I>>I 1581 I>>D 813 I>>D_tr 310 I>>C 440 I>>kp 1600

6.4 Kontrola obremenitve kablov Podobno, kot v podpoglavju 5.4 smo se ukvarjali ugotavljanja zdržnosti kablov ter primernih nastavitev zaščit za varovanje kablov, elektromotorjev ali transformatorjev pred preobremenitvijo. Za razliko od primera napajanja iz TP Oštir, smo tukaj uporabili za varovanje pred preobremenitvijo le bimetalno zaščito. Izračune smo zaradi boljše preglednosti premaknili v prilogo P. V naslednji tabeli pa so predstavljene vrednosti nastavitev bimetalnih zaščit.

Tabela 6.5: Nastavitev bimetalnih zaščit pri napajanju iz RTP Pesje. Ime nastavitve bimetalne zaščite Nastavitev bimetalne zaščite (A) IbimI 260 IbimD tr 19,2 IbimD 260 Ibimtr č 38,5 Ibimkp 138


44

6.5 Kontrola padcev napetosti Ponovno je bilo za izbrano napajanje potrebno izvesti izračun najneugodnejših padcev napetosti. S strani RTP Pesje bodo v primeru nezmožnosti napajanja iz RTP NOP, napajani vsi porabniki, kot bi lahko delovali ob glavnem napajanju iz RTP NOP. Podatki o porabnikih: Motorji črpalk: Nazivni tok enega motorja je =138 AmnI . Zagonski tok enega motorja pa =869 AmzI . Skupni maksimalni tok motorjev se izračuna ob nazivnem delovanju treh motorjev in zagonu enega motorja po naslednji enačbi:

=3 3 138 869 1283 Amsz mn mzI I I Transformiran skupni tok na 6 kV je 225 A. Nazivni tok štirih motorjev pa:

=4 4 138 552 Amsn mnI I Transformiran skupni tok na 6 kV je 96,6 A. Faktorji delavnosti motorjev črpalk:

cos( ) 0,89sin( ) 0, 46cos( ) 0, 4sin( ) 0,91

m

m

z

z

Ventilator v VP Pesje: Ventilator se zaganja preko sistema zbiralk 1, zato pri izračunu upoštevamo samo nazivni tok ventilatorja. Nazivna moč ventilatorja v ventilatorski postaji Pesje je 800 kW. cos( )=0,85 . Nazivni tok se izračuna po naslednji enačbi:

=3 cos( )

vnvn

vn

PIU

(6.5)

800.000= = =90,6 A

3 cos( ) 3 6000 0,85vn

vnvn

PIU


45

Faktorji delavnosti motorja ventilatorske postaje:

Ker obratuje pri nazivnem toku, ne računamo najneugodnejšega padca napetosti z zagonskim faktorjem delavnosti, ampak nazivnim. Transformator v muzeju KTT 200 – 7,2:

6000 V

525 V19, 2 A

220 A

pri

sek

pri

sek

UUII

0,9%ru 3,07 %xu

Preko omenjenega transformatorja se napaja fluorescentna razsvetljava in občasno motorji za vitel in podobno. Faktorji delavnosti porabnikov transformatorja muzeja so sledeči:

cos( ) 0,85sin( ) 0,53

tr

tr

Najbolj neugoden primer padcev napetosti je torej ob sočasnem nazivnem obratovanju treh motorjev ter transformatorja in zagonu enega motorja črpalke ob obratovanju Ventilatorja v VP Pesje. Z upoštevanjem toka VP Pesje in transformatorske postaje v muzeju in hkratnem nazivnem obratovanju treh motorjev in zagonu enega motorja je skupni maksimalni tok, ki ga mora napajalni transformator v RTP Pesje prenašati sledeč:

_ _= 225 19, 2 90,6 334,8 Asz msz D tr pri vnI I I I

Izračune smo zaradi preglednosti pomaknili v prilogo R. V prvem delu priloge R smo računali padce napetosti z upoštevanjem zagonskih tokov. Vidimo, da je odstotni padec 31,6 % veliko prevelik, saj je dovoljen padec napetosti do 15 %. Tudi če bi zamenjali transformatorje motorjev črpalk z močnejšimi, bi bil padec napetosti še vedno prevelik, saj je do transformatorjev črpalk visok 13,7 %. Ogromen padec pa se tudi pojavi na kablu od transformatorja do motorja, saj je na sekundarni strani transformatorja tok zelo velik. Zato smo se odločili, da bomo še preostala dva motorja zaganjali s pomočjo močnostne elektronike, ki omogoči mehki zagon, pri nazivnem toku.

cos( ) 0,85sin( ) 0,53

v

v


46

V praksi se zaradi problematike prevelikih padcev napetosti, teži k motorjem večjih nazivnih napetosti. Uporabljajo se čim krajši vodi, večjih presekov. Prav tako pa je možno v določenih primerih, nastaviti na transformatorjih, ki napajajo samo določen porabnik nekoliko višjo napetost, ki ob zagonu porabnika pade, vendar še na dovoljeno vrednost. V drugem delu priloge R so izvedeni izračuni brez upoštevanjem zagonskih tokov. Padci napetosti dosežejo 8,9 %, zato je razvidno, da so v tem primeru ustrezni, saj so nižji od predpisane meje 15 %.


47

7. Dimenzioniranje omrežja glavnega napajanja iz RTP NOP

Slika 7.1: Razdelilna transformatorska postaja Nove Preloge.

S strani RTP NOP se bo napajal transformator v muzeju na k.+235, štirje motorji črpalk črpališča na k.+120 in motor ventilatorja, v ventilatorski postaji Pesje. Kot je razvidno iz izračunov padcev napetosti pri

napajanje jamskega ČrpaliŠČa premogovnika velenje z elektriČno … · 2017. 11. 28. · iii...

Documents