PRORAČUN TRANSFORMATORSKE STANICE 10/0,4 kV

Jednoplona šema transformatorske stanice:

Slika 1

Slika 21) rastavljač snage sa noževima za uzemljenje 10 kV, 630 A2) sabirnice visokog napona Cu 20x3 mm3) rastavljač snage sa osiguračima i mehanizmom za uključenje 10 kV, 630 A4) visokonaponski osigurači 10 kV, 50 A5) transformator 630 kVA, 10/0,4 kV6) strujni transformatori 1000/5 A, 15 VA, kl. 1, n < 5;77) tropolni rastavni prekidač 500 V, 1000 A8) visokonaponski osigurači 1000 A9) sabirnice niskog napona Cu 60x10 mm

Osnovne karakteristike transformatorske stanice su:Nominalni viši napon 10000 V,Nominalna snaga TS 630 kVA,Nominalni niži napon 400/231 V,Nominalna snaga transformatora 630 kVA,Sprega transformatora Yz11,Frekvencija 50 Hz,Snaga kratkog spoja na sabirnicama 10 kV 250 MVA.

Izbor visokonaponskih elemenata

Proračun kratkog spoja

Osnovni podatak za proračun kratkog spoja je data snaga kratkog spoja na sabirnicama 10 kV:

Sk = 250 MVA

Na osnovu ove snage određujemo efektivnu vrednost naizmenične ( subtranzijentne) komponente struje kratkog spoja:

I''k =

Sk

Un√3=250

10√3=14 ,5kA

Udarna struja kratkog spoja je merodavna za mehanička naprezanja elemenata postrojenja, a dobija se pomoću obrasca:

I ud=k √2 I ''k

U ovom slučaju učešće omskog otpora iznosi 10% pa se dobija iznos udarnog koeficijenta k = 1,8 .Amplituda udarne struje kratkog spoja sada iznosi:

I ud=1,8√2⋅14 ,5=36 ,9kA .

Trajna struja kratkog spoja , određuje se iz obrasca:

I t=μ⋅I''k

.

U ovom slučaju je μ ¿1 , pa je : I t=I''k=14 ,5kA

Izbor sabirnica

Sabirnice se biraju prema nominalnoj struji koja protiče kroz njih, a koja se određuje obrascem:

I n=Sn

√3Un [A]

Gde je:

Sn (kVA) – snaga transformatora koji napaja sabirnice,Un (kV) - nominalni složeni napon sabirnica

Nominalna struja u našem slučaju iznosi:

I n=63010√3

=36 ,4 [A]

Prema tabeli 1 biramo sabirnice od pljosnatog bakra preseka 20x3 mm.Sabirnice treba obojiti, pa dozvoljena struja iznosi 245[A].

Izabrane sabirnice se proveravaju na dinamičku i termičku čvrstoću.

Dinamička čvrstoća sabirnica

Sila koja deluje na sabirnice data je izrazom :

F s=20 ,0Iud2

al [N]

Gde je:

F s [N] – sila između sabirnica,

l [m] – dužina sabirnica, a [cm] – razmak između oslonaca sabirnica,

I ud [ kA] – amplituda udarne struje kratkog spoja.

Razmak između sabirnica i izolatora, način postavljanja i pravac delovanja sila vidi se sa slike 2 ( mere su date u cm ).

Sila koja deluje na sabirnice iznosi:

F s=20 ,036 ,8⋅0 ,5514

=1064[N] .

Sila F, izaziva naprezanje na savijanje koje će biti naročito opasno ako učestalost usled delovanja naizmenične struje kratkog spoja dođe u rezonansu sa sopstvenom učestalosti sabirnica . Naprezanje na savijanje sabirnica računa se pomoću izraza:

σ '=γ sFs

12W [N/cm2] ,

Gde je:γ s - frekventni faktor za sabirnice (sačinilac rezonanse)W – otporni moment, koji za usvojene sabirnice dimenzija 15x3 mm iznosi:

W=b2h6

=0,32⋅2,06

=0 ,03 cm3 .

Za određivaqnje frekventnog faktora, prvo treba da se izračuna sopstvena učestalost sabirnica pomoću izraza:

f s=3,8b

l2 [Hz] .

Posle zamene ranije datih vrednosti u ovaj obrazac, dobija se sopstvena učestalost sabirnica:

[Hz] .

Sa dijagrama za određivanje frekventnog faktora dobija se sledeća vrednost frekventnog faktora:

.

Sada se računa naprezanje sabirnica:

[N/cm2] .

Pošto se za izabrane sabirnice dozvoljava naprezanje od 29420 N/cm2 , znači da one imaju zadovoljavajuću mehaničku čvrstoću.

Termička provera sabirnica

Dozvoljena trajna struja kratkog spoja za bakarne sabirnice se računa po obrascu:

Itd = 0,163S

√ t+Δt [kA ]

Gde je:t (s) – trajanje kratkog spoja, koje za savremene prekidače iznosi 0,25 s,Δt (s) – produženje kratkog spoja dela udarne struje kratkog spoja. Ono zavisi od odnosa Iud / It , koje u našem slučaju iznosi:

Iud¿ =

36,814,5 = 2,54

Na osnovu tabele se interpolacijom dobija :

Δt = 0,15 [s ].

Za date vrednosti, dozvoljena trajna struja kratkog spoja iznosi:

Itd = 0,163 x20 x3

√0,25+0,15 = 15,4 kA.

Ova struja je veća od Ik = 14,5 kA , pa sabirnice zadovoljavaju u termičkom pogledu.

Potporni i provodni izolatori

Izolatori se biraju prema nominalnom naponu i prelomnoj sili. Sila, koja deluje na izolator se računa prema obrascu:

Fi = kf Fs ,

Gde je:kf - frekventni faktor,Fs – dinamička sila, koja deluje na sabirnice.U našem slučaju sila koja deluje na izolatore iznosi:

Fi = 1,3 x 1064 = 1383 N

Ova sila je manja od sile koju izdržavaju izolatori grupe >>A<< koja iznosi: 3677 N.

Rastavljači snage i osigurači

Rastavljači snage biraju se prema nazivnom naponu i nazivnoj struji uz kontrolu dinamičkih i termičkih naprezanja.

U našem slučaju je :Nazivni napon – Un = 10 kV,Nazivna struja – In = 630 A >36,4 A,Dinamička struja – Idyn ≥Iud = 36,9 kA,Termička struja – Iterm ≥It = 14,5 kA.

Nazivna struja isključenja rastavljača snage treba da bude:

Pi ¿√3UnIn = √3x10x0,0364=0,630 MVA

Isključivanje struje kvara preuzimaju prekidači. Nazivna struja umetaka osigurača visokog napona transformatora bira se prema snazi i naponu transformatora.Za transformator snage 630kVA i napona 10kV biraju se iz tabele topljivi osigurači od 50A.Nazivna snaga isključenja osigurača mora da bude veća od snage kratkog spoja ispred osigurača:

Pk ≥250MVA.

Izbor elemenata na niskonaponskoj strani

Reaktansa ispred transformatora ograničava struju kratkog spoja koja teče iz mreže. Međutim, sa dovoljnom tačnošću pretpostavlja se da je mreža visokog napona veoma snažna, tako da se njen napon ne menja u toku kratkog spoja. Usled toga struju kratkog spoja ograničavaju samo aktivni i reaktivni otpori od visokonaponske strane transformatora do mesta kratkog spoja. Struja tropolnog kratkog spoja Ik(kA) računa se po obrascu:

Ik = U

√3∙

1

√R2+X2 [kA],

gde je: U [V] – sekundarni napon transformatora, R [mΩ] – ukupni aktivni otpor po fazi od transformatora do mesta kratkog spoja, X [mΩ] – ujupni induktivni otpor transformatora do mesta kvara.

Sabirnice nisjig napona (0,4kV)Sabirnice biramo prema nazivnoj sekundarnoj struji transformatora:

Int’’ =

Snt

√3Y =

630400√3

=910 A

Prema tabeli, biramo sabirnice od pljosnatog bakra, preseka 60x10mm. Sabirnice treba obojiti, pa dozvoljena struja iznosi 1025 A.

Radi provere termičke i dinamičke izdržljivosti određujemo struje kratkog spoja.Iz tabele uzimamo vrednosti aktivnog i induktivnog otpora transformatora nazivne snage 630 MVA: R = 0,003 Ω, X = 0,010 ΩEfektivna vrednost struje kratkog spoja na strani sabirnica niskog napona iznosi:

Ik = 380

√3√32+102=21kA,

Udarni koeficijent kratkog spoja se dobija na osnovu odnosa:

RX

= 3

10 sa dijagrama. On iznosi 1,12. Udarna struja kratkog spoja sada je:

Iud = √2x1,12x21 = 33,2 kA

Trajna struja kratkog spoja je približno:

It = Ik = Ii = 21 kA

Provera dinamičke izdržljivosti sabirnica niskog napona

Sabirnice se postavljaju pljoštimice u odnosu na potporne izolatore. Neka razmak između osa sabirnica iznosi 12 cm, rastojanje između potpornih izolatora na istoj sabirnici 90 cm. Sila koja deluje na sabirnice je:

Fs’’ = 20Iud2 la

x10-2 = 20x33,22 0,9012

=1653 [N].

Naprezanje sabirnica usled delovanja ove sile računamo po obrascu:

σ ”=k f F s

' '

12W [N/cm2]

Sopstvena učestalost sabirnica iznosi:

fs = 3,8b

l2 [Hz], odnosno fs = 28,1 Hz.

Ona je van kritičnog opsega. Frekventni faktor se dobija na osnovu dijagrama i on iznosi: kf =0,85

otporni moment sabirnica iznosi:

W = h2¿

6b=

62

6¿1= 6 cm3.

Naprezanje sabirnica na savijanje je sada:

σ’’ = 0,85 165312x 6

= 19,5 [N/cm2],

to je daleko niže od dozvoljenog naprezanja.

Termička provera niskonaponskih sabirnica

Dozvoljena trajna struja sabirnica, određuje se pomoću obrasca:

Itd’’ =

0,163S

√ t+Δt [kA],

Gde je : S = 60x10mm - presek sabirnica, t = 0,25 s - trajanje kratkog spoja Δt = 0,06 s - produženje trajanja kratkog spoja zbog udela udarne struje kratkog spoja.

Sa datim podacima, dozvoljena struja kratkog spoja iznosi:

Itd’’ =

0,163 x60 x10

√0,25+0,06 = 175,6 [kA]

Pošto trajna struja kratkog spoja na sekundarnoj strani iznosi Ikt = 21 kA, to sabirnice zadovoljavaju u termičkom pogledu.

Potporni izolatori

Sila koja deluje na izolator iznosi:

Fi’’ = kf F’’ = 0,85x1653 = 1405 N.

Ova sila je manja od dozvoljene prelomne sile za izolatore grupe >>A<< koja iznosi 3677 N.

Rastavni prekidač niskog napona

Rastavni prekidač se bira prema nazivnom naponu i nazivnoj struji, a posle se kontroliše na termičku i dinamičku čvrstoću:

Nazivni napon je – Vn = 500V,Nazivna struja je – In ≥910A ,Dinamička struja je – Idin ≥ Iud

’’ = 33,2 kA,Termička struja je – Iterm ≥ It

’’ = 21 kA.

Strujni merni transformatori

Pri izboru strujnih mernih transformatora treba da se odrede prenosni odnosi , nazivna snaga i sačinilac prekomerne struje. Usvaja se strujni transformator sledećih karakteristika:

500V, 1000/5 A, kl – 1 , 15VA.

Transformatori se proizvode za termičku čvrstoću Itd = 100In (In – nazivna struja strujnog transformatora) i udarnu čvrstoću I = 2,5 Itd.

U našem slučaju važi:

Itd = 100In = 100x1000 = 100 kA ¿ It’’ = 21 kA

Idin = 2,5x100 = 250 kA ≥ Iud’’.

Sačinilac prekomerne struje biramo za priključak mernih transformatora: n<5. Neka nazivna snaga priključnih instrumenata iznosi 16 VA, korigovani sačinilac prekomerne struje iznosi

nk = n Sn

n , odnosno nk = 4,68.

Osigurači niskog napona

Glavni osigurač na niskonaponskoj strani je osigurač velike snage prekidanja prema sekundarnoj nazivnoj struji transformatora. U našem slučaju biramo topljivi umetak za struju Io

’’ = 1000 A.

PRORAČUN UZEMLJENJA

Za specifičnu otpornost tla ρ = 80 Ωm , datu struju zemljospoja Iz = 1000 A i dozvoljene vrednosti napona koraka i napona dodira od 125 V potrebna dužina zemljovodne trake iznosi:

a) za dozvoljene napone koraka:

L = 0,15 ρ I z

U k

= 0,15 x80 1000125

= 96 m ,

b) za dozvoljene napone dodira:

L = 0,8 ρ I z

U k

= 0,8 x80 1000125

= 510 m.

Ekonomski je neopravdano postavljati traku ovako velike dužine. Zbog toga će se uraditi zaštitno uzemljenje sa prelaznim otporom od 2 Ω i izvršiti oblikovanje potencijala oko transformatorske stanice. Pored toga, primeniće se u skladu sa propisima, sledeće mere dopunske zaštite:

- mesto gde se vrši rukovanje, biće izolovano za pun napon uzemljivača,- svi provodni delovi, koji mogu da se dohvate sa ovog mesta, biće međusobno spojeni,- mesto gde stoji rukovalac u postrojenju, biće od pocinkovane gvozdene rešetke i

spojemo, sa ostalim provodnim delovima,- prilaz mestu, vršiće se izolovanom stazom najmanje širine 1250 mm.

U ovu svrhu će se u unutrašnjosti zgrade primeniti gumena traka, a na otvorenom prostoru krupan šljunak, koji ovde obezbeđuje slabu provodnost. Poboljšanje izolovanosti staze može da se ostvari postavljanjem asfaltne presvlake; sve ručice za rukovanje i provodni delovi sa kojima čovek može doći u dodir, izolovaće se za najviši napon provodnika prema zemlji.

Radno uzemljenje

Primeniće se uzemljivač sačinjen od gvozdenih pocinkovanih traka 30x4 mm i upletenih u mrežu površine 20x20 m, zakopanih na dubinu od 0,5 m. Otpor tla je ρ = 80 Ωm. Otpor mreže radnog uzemljenja dobiće se iz formule:

Rh = ρ

4 D (

ρ2D

+ ρl

) = 80

90,6 (

8045,2

+ 80

240 ) = 1,84 Ω odnosno Rh = 1,84 Ω ¿2 Ω

Gde je :

ρ – specifičan otpor tla,D – 1,13√S = 1,13√20 x20 = 22,6 m računski prečnici mreže,l = 240 m – ukupna dužina svih provodnika u mreži.

Zaštitno uzemljenje

Ovo uzemljenje ćemo izvesti gvozdenom pocinkovanom pločom debljine d = 3 mm, koja je oblika kvadrata starnice a = 10 m . Ploča je zakopana na dubinu od H = 1 m .Otpor ploče zaštitnog uzemljenja dobiće se iz obrasca:

R = ρ

4 D( 1 +

d5H+D

) = 80

45,2( 1 +

316,3

) = 2,07 Ω,

Gde je:

ρ – specifičan otpor tla ρ = 80 Ωm,D – 1,13√S = 1,13√10 x10 = 11,3 m ekvivalentan prečnik,H – dubina na kojoj je ploča zakopana,d – debljina ploče.

UZEMLJIVAČ SLOŽEN OD TRAKE I CEVI