urzdzenia-projekt

POLITECHNIKA ŚLĄSKAWYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI I STEROWANIA UKŁADÓW

PROJEKT Z URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

Wykonał: Prowadził:Radosław Lenart Dr inż. E. Siwy

Grupa: 1 inż Ocena:

Gliwice, rok akademicki 2005/2006SPIS TREŚCI:

I Opis techniczny................................................................................................................................ 3

II Realizacja projektu........................................................................................................................ 4

Dane znamionowe dobranych odbiorników

1.Bilans mocy obliczeniowej............................................................................................................. 5Tabela 1 Wartości mocy obliczeniowych dla

odbiorników.............................................................. 6

2. Całkowite obciążenie stacji i wstępna kompensacja mocy biernej................................................ 7Tabela 2 Wyniki dla całkowitego obciążenia

stacji.......................................................................... 7

3. Dobór transformatorów zasilających............................................................................................. 8Tabela 3 Całkowite obciążenia stacji z uwzględnieniem ostatecznej

kompensacji mocy biernej.... 10

4. Dobór linii zasilających................................................................................................................. 11

5. Obliczenia zwarciowe................................................................................................................... 13Tabela 4 Wyniki obliczeń impedancji sprowadzonych na stronę

6kV............................................ 15Tabela 5 Wyniki obliczeń

zwarciowych.......................................................................................... 24

6. Dobór linii elektroenergetycznych w sieci rozdzielczej SN obiektu inwestycyjnego.................. 25Tabela 6 Dobór przekroju żył

kabli................................................................................................. 29

7. Dobór szyn zbiorczych w rozdzielni 6kV................................................................................... 30

2

8. Dobór rozdzielnicy prefabrykowanej......................................................................................... 33

9.Dobór wyłączników.................................................................................................................... 34

10. Dobór odłączników.................................................................................................................. 36

11. Dobór przekładników prądowych........................................................................................... 38Tabela 7 Dobór

przekładników.................................................................................................... 39

12. Dobór przekładników napięciowych...................................................................................... 40

13. Dobór zabezpieczń w polu maszyny asynchronicznej........................................................... 42

III Literatura................................................................................................................................. 43Rysunki:Schemat główny sieciRozdzielnia średniego napięcia

I OPIS TECHNICZNY

Rozpatrywany w projekcie zakład przemysłowy zaliczony jest do odbiorców energii elektrycznej kategorii I. Wymagane jest zapewnienie pewnego i ciągłego zasilania go w energię elektryczną. Dlatego linie kablowe zasilające zakład ze systemu energetycznego zostały tak dobrane, aby każdym z torów można było przesłać całą moc potrzebną do zasilania zakładu.

Dobrano dwie linie kablowe, zasilające 20 kV XRUHAKXS 12/20 przekroj żyły 120 mm2

Jako transformatory zasilające dobrano dwa transformatory typu TAOa-6300/20.

Dla zapewnienia niezawodności zasilania zastosowano dwa systemy szyn zbiorczych sekcjonowane oraz sprzęgło podłużne i sprzęgło poprzeczne, co w przypadku awarii

3

umożliwia dokonywanie przełączeń. Dobrano szyny aluminiowe, malowane, łączone przez docisk, z poziomym ułożeniem szerszej bocznej płaszczyzny typu AP 60*5.Dla zapewnienia wymaganego cos w punkcie rozliczeniowym energii z energetyką zawodową (wymagany współczynnik mocy cos = 0.91) zastosowano kompensację centralną mocy biernej w rozdzielni. Zastosowano dwie baterie kondensatorów ( po jednej na sekcję ) typu AB – 2Y-2000.

Dobrano następującą aparaturę rozdzielczą:- rozdzielnicę prefabrykowaną typu RUwIId10- wyłączniki typu SCI4-12/20/800- odłączniki typu OWIII - 10/12- linie kablowe typu YAKYFpy 35, 70, 150 mm2

Obwody pomocnicze- w polach pomiarowych dobrano przekładniki napięciowe typu JDZ9-10 połączone w układ gwiazdowy z uziemionym punktem zerowym- w pozostałych polach dobrano przekładniki prądowe typu ABK-10 oraz LZZQB6-10 połączone w układ niepełnej gwiazdy.

Pomiar rozliczeniowy energii odbywa się po stronie GN transformatorów zasilających.

II Realizacja projektu

Do obliczeń wybrano następujące odbiorniki

-2 transformatory o przekładni 6/0,4 kV, mocy 100kVA typu TNOSN

MocNapięcie Regulacja

napięcia Układ połączeń

Napięcie

zwarcia

Straty

GN DN Jałowe obc

kVA kV V % % W

100 6,3 420 ±2x2,5 Yzn5 4 245 1600

- 4 transformatory o przekładni 6/0,4 kV, mocy 1600 kVA typu TNOSN

4

MocNapięcie Regulacja

napięcia Układ połączeń

Napięcie

zwarcia

Straty

GN DN Jałowe obc

kVA kV V % % W

1600 6,3 420 ±2x2,5 Dyn5 6 2000 17000

-- 2 silniki asynchroniczne typu Sf 355Y2-E producent EmitPN nN cosφN sinφN ηN MN UN IN IR

kW 0br/min ------ ------- Nm V A A315 2974 0,89 0456 0,945 1012 6000 36,2 206

1. Bilans mocy obliczeniowej

a) Transformator 6/0,4; Sn=100kVA; stopień obciążenia 0,5; cosφ=0,6

Stopień obciążenia =

Moce obliczeniowe dla jednego transformatora po stronie DN

Przybliżone straty na jednym transformatorze

5

Moce obliczeniowe dla jednego transformatora po stronie GN

b) Transformator 6/0,4; Sn=1600kVA; stopień obciążenia 0,5; cosφ=0,63

Stopień obciążenia =

Moce obliczeniowe dla jednego transformatora DN

Przybliżone straty na jednym transformatorze

Moce obliczeniowe dla jednego transformatora po stronie GN

c) 2 odpływy liniowe o mocach obliczeniowych

P = 2000 kWQ = 2000kVar

d) Silnik asynchroniczny Uzas=6kV i P2=300kW

Współczynnik zapotrzebowania silników

ηs=0,99 – sprawność sieciηz=0,945 – sprawność silnikakj=0,8- wsp. jednoczesności szczytowych obciążeń poszczególnych odbiorników ko=0,8- stopień obciążenia odbiorników

6

Moc obliczeniowa dla grupy silników

Tabela 1. Wartości mocy obliczeniowych dla odbiorników

Lp. ObciążeniePobl Qobl

kW kVar

1.

2 transformatory 6/0,4; Sn=100kVA;

stopień obciążenia 0,5; cosφ=0,6

62 90

2.

Transformator 6/0,4; Sn=1600kVA;

stopień obciążenia 0,5; cosφ=0,63

2080 2784

3. 2 odpływy liniowe 4000 4000

4. 2 Silniki asynchroniczne Uzas=6kV i P2=300kW 456 233

Suma mocy obliczeniowych Σ Pobl=6598 kW Σ Qobl=7107 kVar

2. Całkowite obciążenie stacji i wstępna kompensacja mocy biernej.

2.1 Całkowite obciążenie stacji bez uwzględnienia kompensacji mocy biernej

Obciążenie stacji określa się sumując moce obliczeniowe poszczególnych odpływów,0sobno moce czynne Pobl i osobno moce bierne Qobl korzystającze wzorów:

w których:kjp, kjq -współczynniki jednoczesności mocy czynnej i biernej uwzględniające przesunięcie w czasie między szczytowymi obciążeniami grup

7

odbiorników zasilanych za pośrednictwem poszczególnych odpływów Poblc ,Qoblc - moce obliczeniowe całkowite, czynna i bierna stacji

2.2 Wstępna kompensacji mocy biernej

Wymaganą moc baterii kondensatorów wyznacza się z zależności:

gdzie: tgobl - tangens odpowiadający obliczeniowemu współczynnikowi mocy cosobl tgw - tangens odpowiadający wymaganemu współczynnikowi mocy (cosw = 0,91)

coso = 0,66 tgo =1,14cosw = 0,91 tgw =0,45

Qk = 5278,4(1,14 –0,45) = 3642

Tabela 2. Wyniki dla całkowitego obciążenia stacji

Poblc

kWQoblc

kVarSoblc

kVAcosφ

Całkowite obciążenie bez kompensacji 5278 6040,95 8021,15 0,66Moc kompensacji Qk -------- -3642 --------- -----Całkowite obciążenie z kompensacją 5278 2398,95 5800 0,91

3. Dobór transformatorów zasilających.

Obliczenia wykonano dla transformatorów typu TAOa 6300/20 o danych znamionowych:

Srt=6300 [kVA] Pj PFeT=9,5[kW]UrTH=21 [kV] 22,5 Pkrt=43 [kW]UrTL=6,6 [kV] trT=115/6,6uz%=7 [%] i0=0,8 %

3.1 Dobór ze względu na obciążalność znamionową i awaryjną.

Kryterium pracy długotrwałej w warunkach normalnych

8

Kryterium pracy długotrwałej w warunkach awaryjnych

- ka- współczynnik rezerwy ( w projekcie przyjęto ka = 0,85 ), - m - współczynnik przeciążeniowy transformatora ( w projekcie przyjęto m = 1,2 ),

S - moc obliczeniowa całkowita projektowanego zakładu po stronie GN transformatora zasilającego:

-PT , QT - straty mocy czynnej i biernej w pojedynczym transformatorze.

PT = Pj + PCuN 2 QT = Qj + Qx 2

PT = 9,5 + 43 0,46 2 = 18,59 kW QT = 50,4 + 441 0,46 2 = 143,7kVar

Kryterium pracy długotrwałej w warunkach normalnych -spełnione

Kryterium pracy długotrwałej w warunkach awaryjnych -spełnione

3.2 Dobór ze względu na spadki napięcia przy uderzeniach prądowych.

w którym: Ir , Ins - prąd rozruchowy i suma prądów znamionowych silników równocześnie uruchamianych, w A Un- napięcie znamionowe sieci po stronie DN transformatora, w kV Udop - dopuszczalna wartość spadku napięcia, w %

Udop (10 15) %cosr - współczynnik mocy w czasie rozruchu (od 0,1 dla dużych silników do 0,4 dla

małych)

A

9

Ir = 2A ΣIN = 72,4A

cosobl = 0,91 sinobl = 0,41 uX% uz%

Udop =7 % Przyjęto cosr = 0,1 sinr =0,99

kVA

Srt S - warunek spełniony

3.3 Dobór transformatora ze względu na poziom mocy zwarciowej po stronie DN. Moc znamionowa każdego transformatora powinna spełniać przybliżony warunek :

gdzie : Szw1 moc zwarciowa występująca po stronie GN Szw2 moc zwarciowa dopuszczalna po stronie DN

SnTmax maksymalna moc znamionowa transformatora z uwagi na dopuszczalną moc zwarciową Szw2 na szynach rozdzielnicy po stronie DN.

Według danych podanych w projekcie:Szw1 = 200 MVA

Dopuszczalna moc zwarciowa po stronie DN:Szw2 = 160 MVA

MVA

- spełnione

3.4 Ostateczna kompensacja mocy biernej.Dla zapewnienia wymaganego współczynnika moc cosφ=0,91 zastosowano centralną kompensacje mocy biernej. Moc kompensacji według obliczań wynosi 3642 kVar.Dobrano dwie baterie kondensatorów AB-2Y-2000 o danych znamionowych:

Snc =2000 kVarUn = 6,3 kV

In =238AWyznaczenie obciążenia po stronie GN transformatorów zasilających przy uwzględnieniu mocy znamionowych dobranych typowych baterii kondensatorów

Tabela 3 Całkowite obciążenie stacji z uwzględnieniem ostatecznej kompensacji mocy biernej.

Poblc[kW] Qoblc[kVar] Soblc[kVA] cosφCałkowite obciążenie bez kompensacji z

uwzględnieniem współczynników jednoczesności

5278 6040,95 8021,15 0,66

Moc kompensacji zainstalowana ------ -4000 ------ --------

10

Całkowite obciążenie 5278 2040,95 5658,86 0,932

4 Dobór linii zasilających.

4.1 Dobór linii ze względu na obciążalność długotrwałą

Musi być spełniony warunek: Idd Iobl.

IS

3 U

6300

3 20181,9 [A]obl.

z

rT

gdzie :Sz - moc transformatora

4.2 Dobór linii ze względu na obciążalność zwarciowąPrzekrój przewodu powinien być tak dobrany , aby nie nastąpiło przekroczenie wartości temperatury granicznej dopuszczalnej e pod wpływem ciepła wydzielonego przy przepływie prądu zwarciowego. W praktyce sprawdza się warunek:

11

sI

S

I T

Sthr

thr

th k

thr

gdzie: Ithr - prąd znamionowy krótkotrwały wytrzymywany , w [ A ] Sthr - gęstość prądu znamionowego krótkotrwałego wytrzymywanego ,w [ A/mm2 ] Ith - prąd zwarciowy cieplny zastępczy

I I m nth kq "

gdzie:Ikq” - prąd zwarciowy początkowy w obliczeniowym miejscu zwarcia na początku linii

Czas trwania zwarcia na końcu linii Tk jest równy:

Tk =Tzwł+0,2=1,5+0,2=1,7s

Dla kabli aluminiowych Sthr = 72 A/mm2 przy b = 70 oC i e = 150 oC

kA

gdzie:SkQ

” -moc zwarciowa po stronie GN transformatora wynosząca 200 MVA

Prąd zwarciowy cieplny zastępczyI I m nth kQ "

gdzie:m = f(Tk ; ) - współczynnik uwzględniający skutek cieplny składowej nieokresowej prądu

zwarciowegon = f(Tk ; Ik

”/Ik) - współczynnik uwzględniający skutek cieplny składowej okresowej prądu zwarciowego

Dla systemu o napięciu znamionowym poniżej 35 kV można przyjąć R = 0,1 X stąd :

Odczytując z charakterystykm =0 dla Tk = 1,7 s i = 1,74 n = 1 dla Tk = 1,7 s i Ik

”/Ik = 1 (zwarcie dalekie)

Ith = 5,77kA

mm2

4.3 Dobór linii ze względu na dopuszczalny spadek napięcia.

Dopuszczalne spadki napięcia dla kabla 20 kV nie są określone ,ponieważ transformator zasilając 20/6 jest wyposażony w regulację napięcia pod obciążeniem (istnieje możliwość ustawiania zaczepów tego transformatora w granicach 5%) i mogą utrzymywać napięcie na wyznaczonym poziomie ,przy odchyleniach rzędu 1%.

12

4.4 Ostateczny dobór linii zasilającej.

Obiekt jest zasilany napięciem 20 kV, wybieramy linie kablową

XRUHAKXS 12/20

Przekrój żyły 120 mm2

Idd=285A -dla kabli w układzie trójkątnym lub płaskim stykającym się ze sobą.

5. Obliczenia zwarciowe.

Uproszczony schemat układu

13

Podczas normalnej pracy każdy transformator zasila jedną z sekcji głównego systemu szyn zbiorczych. Obliczenia zwarciowe wykonano dla przypadku, gdy jeden z transformatorów uległ awarii i został odłączony. Pozostały transformator zasila, więc cały zakład i obie sekcje głównego systemu szyn, które są połączone za pomocą sprzęgła

5.1. Obliczenie impedancji układu sprowadzonych do poziomu 6 kV

5.1.1. System elektroenergetyczny.

gdzie : tr = 20/6,3 kV/kV SkQ

” = 200 MVA UrQ = 20 kV

5.1.2. Kabel energetyczny 20 kV przekrój żyły 120 mm2, l=5km

XK =XK’· l =0,12· 5 = 0,6 gdzie : Xk’ = 0,12 /km

14

l = 5 km

= = 0,25

gdzie: = 33MS/m s = 120 mm2

R = RK’· l =0,25 · 5 =1,25

Parametry kabla energetycznego sprowadzone na poziom 6 kV :

XK(6) = 0,6· 0.059

RK(6) = 1,25 · 0.125

ZK(6) = 0.138

5.1.3. Transformatory zasilające . Dla transformatorów o mocy powyżej 2,5 MVA , można przyjąć , że .

gdzie: ukr = 7 % UrT = 6,3 kV SrT = 6,3 MVA PkRT = 38 kW

%

5.1.4. Silniki asynchroniczne .

15

kVA

gdzie: PnM = 315 kW nM = 94,5 %

cosnM = 0,89 UnM = 6 kV

ILR/InM = 5,69

16,9

dla silników WN o PnM / p< 1MW , RM = 0.15 · XM , XM = 0,989 · ZM

XM = 0,989 · 16,9 =16,7 RM = 0,15 · 35,7 = 2,5

Tabela 4. Wyniki obliczeń impedancji sprowadzonych na stronę 6kVWyniki sprowadzone na stronę 6kV Z[] R[] X[]System 0,218 0,217 0,0217Kabel energetyczny 0,138 0,059 0,125Transformator zasilający 0,441 0,038 0,442Silnik asynchroniczny 16,9 16,7 2,5

5.2. Obliczenia zwarciowe .

5.2.1. Zwarcie na szynach rozdzielni 6kV w punkcie 1 schematu .

1) Początkowy prąd zwarcia

16

a) od systemu :

b) od silników asynchronicznych :

kA

Całkowity prąd zwarciowy początkowy wynosi:

Ik” = IkQ

” + 2·IkM”= 4,78+ 2 · 0,225 = 5,23 kA

2) Prąd zwarciowy udarowy

a) od systemu :ipQ =

gdzie: - współczynnik udaru prądu zwarciowego,

Dla systemu o napięciu znamionowym poniżej 35 kV można przyjąć R = 0,1 X stąd:

ipQ = 1,74· kA


ipM =

gdzie: - współczynnik udaru prądu zwarciowego ,

dla silników asynchronicznych WN o PrM / p < 1 MW współczynnik wynosi M= 1,65

ostatecznie : ipM = 1,65· kA

Całkowity prąd zwarciowy udarowy:

ip = ipQ + 2· ipM + =11,7+ 2 · 0,525 = 12,75 kA

3). Prąd zwarciowy wyłączeniowy symetryczny.

a) od systemu :IbQ = · IkQ

”

= f( Ik”/Ir ; Tmin )

Ponieważ zwarcie dalekie, to:

IbQ = IkQ” = 4,78kA

17


IbM = · q · IkM”

= f( IkM”/ Ir ; Tmin )

q = f( PrM / p; Tmin )

przy czym : IrM/ IkM = 5,69 PrM = 315 kW Tmin = 0,1 s p = 1 stąd:

= f( 5,69 ; 0,1 ) = 0,74q = f( 0,315 ; 0,1) = 0,42

ostatecznie :IbM = 0,74 · 0,42 · 0,255 = 0,08 kA

Całkowity prąd zwarciowy wyłączeniowy symetryczny:

Ib = IbQ + 2·IbM + = 4,78 +2 · 0,08 = 4,94 kA

4) Prąd zwarciowy cieplny zastępczy.

a) od systemu :

m = f( Tk ; )n = f( Tk ; IkQ

”/ Ik )

m - współczynnik uwzględniający wpływ cieplny składowej nieokresowej prądu zwarciowegon - współczynnik uwzględniający wpływ cieplny składowej okresowej prądu zwarciowego

gdzie: Tk = 0,9+ 0,2 =1,1 s IkQ

”/Ik =1 = 1,74 stąd:

m = f( 1,1 ; 1,74 ) = 0n = f( 1,1 ; 1 ) = 1

ostatecznie :

18

IthQ = 4,78· kA


Dla silników asynchronicznych współczynnik n = 0

m = f ( Tk ; ) = f ( 1,1 ; 1,65 ) = 0

Całkowity prąd zwarciowy cieplny zastępczy :

Ith = IthQ + IthM = 4,78+ 0 = 4,78 kA

5.2.2. Zwarcie na baterii kondensatorów w punkcie 2 schematu . Zwłoka czasowa równa jest 0 – wyłącznik działa bezzwłocznie

1) Całkowity prąd zwarciowy początkowy.Ik

” = IkQ” + 2·IkM

”” = 5,23 kA

2) Całkowity prąd zwarciowy udarowy.ip = ipQ + 2· ipM =12,75 kA

3) Całkowity prąd zwarciowy wyłączeniowy symetryczny.Ib = IbQ + 2·IbM = 4,94 kA

4). Prąd zwarciowy cieplny zastępczy.

a) od systemu :

gdzie: Tk = 0,2 s IkQ”/Ik =1 = 1,74 stąd:

m = f ( 0,2 ; 1,74 )=0,19n = f ( 0,2 ; 1 ) = 1

19

IthQ = kAb) od silników asynchronicznych :


m = f ( Tk ; ) = f ( 0,2 ;1,65) = 0,17

IthM = kA

Całkowity prąd zwarciowy cieplny zastępczy:

Ith = IthQ + 2·IthM + = 5,23 + 2 · 0,092 = 5,414 kA

5.2.3. Zwarcie na odpływie do stacji oddziałowej SO1 w punkcie 3 schematu . Zwłoka czasowa równa 0,3s


” = IkQ” + 2·IkM

”” = 5,23 kA




a) od systemu :

gdzie: Tk = 0,5 s IkQ”/Ik =1 = 1,74

stąd: m = f ( 0,5 ; 1,74 )=0,1

n = f ( 0,5 ; 1 ) = 1

IthQ = kA



m = f ( Tk ; ) = f ( 0,5 ;1,65) = 0,08

IthM = kA

20


Ith = IthQ + 2·IthM + = 5,01 + 2 · 0,063 = 5,136 kA

5.2.4. Zwarcie na odpływie do stacji oddziałowej SO2 w punkcie 4 schematu . Zwłoka czasowa równa 0,4s


” = IkQ” + 2·IkM

”” = 5,23 kA




a) od systemu :


m = f ( 0,6 ; 1,74 )=0n = f ( 0,6; 1 ) = 1

IthQ = kA



m = f ( Tk ; ) = f ( 0,6 ;1,65) = 0

IthM kACałkowity prąd zwarciowy cieplny zastępczy:

Ith = IthQ + 2·IthM + = 4,78+ 2 · 0 = 4,78 kA

5.2.5. Zwarcie na odpływie liniowym OL do stacji pośredniej SP w punkcie 5 schematu.

Zwłoka czasowa równa 0,5s

21


” = IkQ” + 2·IkM

”” = 5,23 kA




a) od systemu :


m = f ( 0,7 ; 1,74 )= 0n = f ( 0,7; 1 ) = 1

IthQ = kA



m = f ( Tk ; ) = f ( 0,7 ;1,65) = 0

IthM kA


Ith = IthQ + 2·IthM + = 4,78+ 2 · 0 = 4,78 kA5.2.6. Zwarcie na zaciskach silnika asynchronicznego w punkcie 6 schematu.

Zwłoka czasowa równa 0- wyłącznik działa bezzwłocznie

W całkowitym prądzie płynącym przez wyłącznik występuje udział od systemu, silnika asynchronicznego


” = IkQ” + IkM

”” = 5,005 kA

2) Całkowity prąd zwarciowy udarowy.ip = ipQ + ipM =12,225 kA

3) Całkowity prąd zwarciowy wyłączeniowy symetryczny.

22

Ib = IbQ + IbM = 4,86 kA


a) od systemu :


m = f ( 0,2 ; 1,74 )=0,19n = f ( 0,7; 1 ) = 1

IthQ = kA

b) od silnika asynchronicznego :


m = f ( Tk ; ) = f ( 0,2 ;1,65) = 0,17

IthM = kA


Ith = IthQ + IthM + = 5,21+ 0,092 = 5,302kA

5.2.7. Zwarcie na szynach z wyłącznikiem sprzęgłowym w punkcie 8 schematu.

Zwłoka czasowa równa 0,9

W całkowitym prądzie płynącym przez sprzęgło występuje udział od systemu, silnika asynchronicznego


” = IkQ” + IkM

”” = 5,005 kA

2) Całkowity prąd zwarciowy udarowy.ip = ipQ + ipM =12,225 kA

3) Całkowity prąd zwarciowy wyłączeniowy symetryczny.Ib = IbQ + IbM = 4,86 kA

23


a) od systemu :

gdzie: Tk = 1,1s IkQ”/Ik =1 = 1,74 stąd:

m = f ( 1,1 ; 1,74 )=0n = f ( 1,1; 1 ) = 1

IthQ = kA

b) od silnika asynchronicznego :


m = f ( Tk ; ) = f ( 1,1 ;1,65) = 0

IthM = 0


Ith = IthQ + IthM = 4,78kA

Tabela 5. Wyniki obliczeń zwarciowych

Miejsce zwarcia

Ik”[kA] ip[kA] Ib[kA] Ith[kA] Tk [s]

1 5,23 12,75 4,94 4,78 1,12 5,23 12,75 4,94 5,414 0,23 5,23 12,75 4,94 5,136 0,54 5,23 12,75 4,94 4,78 0,65 5,23 12,75 4,94 4,78 0,76 5,005 12,225 4,86 5,302 0,27 5,005 12,225 4,86 4,78 1,1

24

6. Dobór linii elektroenergetycznych w sieci rozdzielczej SN obiektu inwestycyjnego

Sieć rozdzielczą SN zakładu zaprojektowano jako sieć promieniową. Energia elektryczna jest rozsyłana liniami kablowymi. Kable będą ułożone bezpośrednio w ziemi. Napięcie znamionowe dobranych kabli energetycznych powinno być :

UrK Uns

więc dobrano kable o napięciu znamionowym UrK = 6 [kV].

6.1 Dobór przekroju żył roboczych kabla dla linii zasilającej stację oddziałową SO1 (zwarcie nr 3) .

6.1.1 Dobór przekroju przewodów ze względu na obciążalność prądową długotrwałą.

25

gdzie: Idd - obciążalność długotrwała kabla określona przy uwzględnieniu rzeczywistychwarunków ułożenia

Iobl - prąd obliczeniowy

A

6.1.2 Dobór przekroju żył przewodów ze względu na obciążalność zwarciową . Przekrój powinien być tak dobrany, aby nie nastąpiło przekroczenie wartości temperatury granicznej dopuszczalnej e pod wpływem ciepła wydzielonego przy przepływie prądu zwarciowego. Przekroczenie temperatury e nie nastąpi, jeśli będzie spełniony warunek:

gdzie: Ith - prąd zwarciowy cieplny zastępczy, w A Sthr - gęstość prądu znamionowego krótkotrwałego wytrzymywanego, w A/mm2

Tkr = 0,5 s

Dla kabli o izolacji polwinitowej o b = 70oC i e = 150oC, Sthr = 72 A/mm2. wg[1].

Został wybrany kabel elektroenergetyczny aluminiowy o izolacji, powłoce i zewnętrznej osłonie polwinitowej, opancerzony drutami stalowymi płaskimi na napięcie znamionowe Unk

= 6 kV , trójżyłowy o przekroju żyły 70 mm2 typu :

YAKYFpy 6 kV 3 · 70 mm2

Dla danego kabla Idd = 170 A > Iobl

6.2 Dobór przekroju żył roboczych kabla dla linii zasilającej stację oddziałową SO2 (zwarcie nr 4) .


gdzie: Idd - obciążalność długotrwała kabla określona przy uwzględnieniu rzeczywistych warunków ułożenia Iobl - prąd obliczeniowy

26

A



Tkr = 0,6 s

Dla kabli o izolacji polwinitowej o b = 70oC i e = 150oC, Sthr = 72 A/mm2.





6.3 Dobór przekroju żył roboczych kabla dla linii zasilającej odpływ liniowy (zwarcie nr 5) .



27

A



Tkr = 0,7s.






6.4 Dobór przekroju żył roboczych kabla dla silnika asynchronicznego (zwarcie nr 6) .



A


28


Tkr = 0,2s






6.5 Dobór przekroju żył roboczych kabla dla baterii kondensatorów (zwarcie nr 1) .



A



Tkr = 0,2s


29




Dla danego kabla Idd = 260A > Iobl

Tabela 6. Dobór przekrojów żył kabliLINIA DANE WYJŚCIOWE DANE TECH.. KABLI

Lp. OdDo

Iobl[A]

pz

[C]dz

[C]

Sthr

A

mm 2

Ith

[kA]

Tk

[s]

sobl

[mm2] Typ

s

[mm2]

Idd

[A]

1. GSZ SO1 9,16 70 150 72 5,136 0,5 50,46 YAKYFpy 370 1702. GSZ SO2 146 70 150 72 4,78 0,6 51,42 YAKYFpy 370 1703. GSZ OL 259 70 150 72 4,78 0,7 55,54 YAKYFpy 3150 2604. GSZ SA 36,2 70 150 72 5,302 0,2 32,93 YAKYFpy 335 1155. GSZ BK 238 70 150 72 5,414 0,2 33,62 YAKYFpy 3150 260

7. DOBÓR SZYN ZBIORCZYCH W ROZDZIELNI 6 [kV].

Założono, iż rozdzielnia 6 [kV] zostanie wyposażona w szyny aluminiowe, malowane, łączone przez docisk, z poziomym ułożeniem szerszej bocznej płaszczyzny szyny.

7.1 DOBÓR SZYN NA OBCIĄŻALNOŚĆ PRĄDOWĄ DŁUGOTRWAŁĄ.

Prąd dopuszczalny długotrwale szyn musi spełnić warunek:

Idd Iobc. przy czym :

IS

3 U

6300

3 6,3577 [A]obc.

obc.

rT

Wobec powyższego, a także na podstawie „Przepisów budowy urządzeń elektroenergetycznych” dobrano wstępnie szyny złożone z jednego płaskownika na fazę typu:

AP - 60 5Przy czym dla dobranych szyn:

30

Iddn = 810 [A], 0 = 25 [C], dd = 70 [C],

oraz przekrój jednej szyny wynosi : 3000 [mm2].

Przyjętą z tablicy wartość Iddn = 810 [A] należy skorygować ze względu na warunki ułożenia:

Idd = Iddn k1 k2 k3

gdzie :- k1 -współczynnik uwzględniający zmianę temperatury granicznej i temperatury otoczenia( w projekcie k1 = 1),- k2 -współczynnik uwzględniający poziome ułożenie szerszej bocznej płaszczyzny szyny - z tablic odczytano: k2 = 0,9,- k3 -współczynnik uwzględniający położenie osi szyn (dla warunków ułożenia szyn jak w projekcie:k3 = 0,9).

Idd = 810 0,9 0,9 = 656,1 [A]

Idd Iobc. =577,3 [A] - warunek spełniony.

7.2 DOBÓR SZYN ZE WZGLĘDU NA KRYTERIUM WYTRZYMAŁOŚĆI ZWARCIOWEJ ELEKTRODYNAMICZNEJ.

Wartość szczytowa siły między przewodami fazowymi w płaskim układzie szyn przy zwarciu 3-fazowym

F = 0,2 ip2

l

a 0,87

F = 0,2 0,87 = 141,4 [N]

gdzie :- ip3 -całkowity prąd udarowy przy zwarciu 3-fazowym na szynach ( ip3 = 12,75 [kA] ),- a - odstęp między osiami szyn ( a = 0,3 [m]),- l - długość ( l = 1,5 [m] )

Częstotliwość drgań własnych pojedynczego przewodu szynowego (fazowego) :

31

gdzie :- = 0,356 - dla trzech lub więcej przęseł,- E = 70000 [N/mm2] - moduł Younga dla aluminium,- mAl’ = 0,27 b h [kg/m2] - masa aluminiowego przewodu fazowego o przekroju prostokątnym na jednostkę długości.

mAl’ = 0,27 b d = 0,27 0,5 6 = 0,81

b = 0,5 [ cm ] - wymiar przewodu szynowego prostopadły do kierunku działania siłyd = 6 [ cm ] - wymiar przewodu szynowego równoległy

J - moment bezwładności przewodów szynowych o przekroju prostokątnym

cm4

Warunek: 90 fc 120 [Hz] został spełniony.

Największe naprężenie zginające w przewodzie fazowym

N/mm2

gdzie: = 0,73 - dla trzech lub więcej przęseł

V = f ( fc/f ) = f ( 2,808 ) V = 1,4 Vr = f ( fc/f ) = f ( 2,808 ) Vr = 1 - gdy brak automatyki SPZ

Z - wskaźnik wytrzymałości przewodów szynowych o przekroju prostokątnym

cm2

Dopuszczalne naprężenie w przewodzie fazowym

32

gdzie: q = 1,5 dla przewodów szynowych o przekroju prostokątnym Rp0,2Al = 70 N/mm2 - granica plastyczności

stąd:m 1,5· 70 = 105 N/mm2 - spełnione

7.3. Dobór szyn zbiorczych ze względu na obciążalność zwarciową cieplną szyn . Przekrój został dobrany poprawnie, jeżeli spełniony jest warunek:

Dla szyn aluminiowych przy b = 50 oC i e = 200 oC Sthr = 95 A/mm2 Ith = 4780 A Tk = 1,1 s

mm2

s = 60 · 5 = 300 mm2 > 52 mm2 - warunek spełniony

Szyny te spełniły wszystkie kryteria doboru

8. DOBÓR ROZDZIELNICY PREFABRYKOWANEJ.

Liczbę pól rozdzielnicy ustalono na 22. Każda sekcja szyn zbiorczych ma po jednym polu rezerwowym.

Dobrano rozdzielnicę jednoczłonową, otwartą, wolnostojącą , dwu-systemową typu : RUwIId10, o danych katalogowych:

a. Napięcie znamionowe izolacjiUni = 10 kV > Uns = 6 kV

b. Napięcie znamionowe roboczeUnr = 6 kV = Uns = 6 k

c. Prąd znamionowy szyn zbiorczychIncs = 630 A > Iobl = 577 A

d. Największy znamionowy prąd polaIncp = 1250 A

e. Prąd znamionowy szczytowy polainszp= 50 kA > ipmax= 12,75 kA

f. Prąd znamionowy cieplny zastępczy

Ithrp = 20 kA

33

8,94 kA>5,414 kA

9. DOBÓR WYŁĄCZNIKÓW

Przy doborze wyłączników będziemy korzystali z danych zawartych w poniższych tabelach

TABELA 5.LINIA DANE WYJŚCIOWE DANE TECH.. KABLI

Lp. OdDo

Iobl[A]

pz

[C]dz

[C]

Sthr

A

mm 2

Ith

[kA]

Tk

[s]

sobl

[mm2] Typ

s

[mm2]

Idd

[A]

1. GSZ SO1 9,16 70 150 72 5,136 0,5 50,46 YAKYFpy 370 1702. GSZ SO2 146 70 150 72 4,78 0,6 51,42 YAKYFpy 370 1703. GSZ OL 259 70 150 72 4,78 0,7 55,54 YAKYFpy 3150 2604. GSZ SA 36,2 70 150 72 5,302 0,2 32,93 YAKYFpy 335 1155. GSZ BK 238 70 150 72 5,414 0,2 33,62 YAKYFpy 3150 260

TABELA 6.

Miejsce zwarcia

Ik”[kA] ip[kA] Ib[kA] Ith[kA] Tk [s]

1(GSZ) 5,23 12,75 4,94 4,78 1,12(BK) 5,23 12,75 4,94 5,414 0,23(SO1) 5,23 12,75 4,94 5,136 0,54(SO2) 5,23 12,75 4,94 4,78 0,65(OL) 5,23 12,75 4,94 4,78 0,76(S.A.) 5,005 12,225 4,86 5,302 0,27(WS) 5,005 12,225 4,86 4,78 1,1

34

9.1.1 DOBÓR NAPIĘCIA ZNAMIONOWEGO.

Należy spełnić warunek:UrW Uns = 6 [kV].

9.2.2 PRĄD ZNAMIONOWY CIĄGŁY WYŁĄCZNIKA.

Prąd obliczeniowy w rozdzielni 6 [kV] zawiera się w granicach:Iobl. = ( 9,16259 ) [A],

zatem znamionowy prąd dobranego typu wyłącznika musi spełniać zależność:IrW 259 [A]

9.2.3 ZNAMIONOWY PRĄD WYŁĄCZALNY SYMETRYCZNY.

W rozdzielni 6 [kV] zwarciowe prądy wyłączeniowe symetryczne zawierają się w granicach:Ib = ( 4,86 4,94 ) [kA]

Zatem znamionowy prąd wyłączalny symetryczny dobranego typu wyłącznika musi spełniać zależność:

Ib 4,94 [kA].

9.2.4 ZNAMIONOWY PRĄD SZCZYTOWY insz I ZNAMIONOWY PRĄD ZAŁĄCZALNY inz.

Maksymalna wartość prądu udarowego występuje na odpływach do stacji oddziałowych i wynosi 18,99 [kA], przy doborze wyłącznika należy więc spełnić warunek :

insz = inz 12,75 [kA]

9.2.5 ZNAMIONOWY PRĄD KRÓTKOTRWAŁY WYTRZYMYWANY ( ZNAMIONOWY PRĄD TRZYSEKUNDOWY ).

W projektowanym układzie zasilania wszystkie zwarcia są wyłączane przed upływem 3s więc musi zachodzić:

Ithr Ith.max =5,414[kA]

gdzie : Ithmax to największa wartość prądu zwarciowego cieplnego występująca w rozdzielni 6 [kV].

35

9.3 OSTATECZNY DOBÓR WYŁĄCZNIKA DLA STRONY 6 [kV].

W rozdzielni 6 [kV] dobrano wyłącznik typu :

SCI 4-12/20/800

o danych katalogowych :

UrW = 12 [kV]IrW = 800 [A]

insz = inz = 50 [kA]Ithr = 20 [kA]

Wyłącznik małoolejowy, z komorą gaszeniową sztywną.

Wyłącznik ten zastosowano we wszystkich polach rozdzielni.

10. DOBÓR ODŁĄCZNIKÓW.

Przy doborze wyłączników będziemy korzystali z danych zawartych w poniższych tabelach

10.1 NAPIĘCIE ZNAMIONOWE :

Ur Uns = 6 [kV]

10.2 PRĄD ZNAMIONOWY CIĄGŁY ODŁĄCZNIKA :

Prąd obliczeniowy w rozdzielni 6 [kV] zawiera się w granicach:- dla pól odpływowych: Iobl. = ( 9,16259 ) [A],

Należy spełnić zależność:

Ir 259 [A]

10.3 ZNAMIONOWY PRĄD WYŁĄCZALNY SYMETRYCZNY ODŁĄCZNIKA :

36

W rozdzielni 6 [kV] zwarciowe prądy wyłączeniowe symetryczne zawierają się w granicach:Ib = ( 4,86 4,94 ) [kA]

Zatem znamionowy prąd wyłączalny symetryczny dobranego typu odłącznika musi spełniać zależność:

Ib 4,94 [kA].

10.4 ZNAMIONOWY PRĄD SZCZYTOWY insz :

insz 12,75 [kA]

10.5 ZNAMIONOWY PRĄD KRÓTKOTRWAŁY WYTRZYMYWANY ( ZNAMIONOWY PRĄD TRZYSEKUNDOWY ) :

Ithr Ith.max =5,414[kA]

gdzie : Ithmax to największa wartość prądu zwarciowego cieplnego występująca w rozdzielni 6 [kV].

10.6 OSTATECZNY DOBÓR ODŁĄCZNIKA W ROZDZIELNI 6 [kV].

W rozdzielni 6 [kV] dobrano odłącznik typu :

OWIII - 10/12

o danych katalogowych :

Ur = 10 [kV]Ir = 1250 [A]insz = 50 [kA]Ith3r = 20 [kA]

Odłącznik ten posiada napęd pneumatyczny typu : NP - 14.

Odłącznik ten zastosowano we wszystkich polach rozdzielni.

37

11. Dobór przekładników prądowych.

Dobór przekładników prądowych przeprowadzono w oparciu o następujące parametry :

a) napięcie znamionowe,b) znamionowy prąd pierwotny,c) znamionowy prąd wtórny,d) moce znamionowe,e) klasa dokładności,f) znamionowy prąd krótkotrwały wytrzymywany,g) znamionowy prąd szczytowy.

Kryteria doboru przekładników prądowych.

a). Un Uns

gdzie : Un - napięcie znamionowe przekładnika Uns - napięcie znamionowe sieci równe 6 kV

b). 1,2· I1n Iobl

38

gdzie : I1n - prąd znamionowy strony pierwotnej przekładnika Iobl - prąd obliczeniowy : dla linii kablowej Iobl = Idd

dla generatorów , silników , transformatorów Iobl = Ir

Ze względu na wartość błędów:

0,1 · I1n Iobl 1,2 · I1n - dla przekładników klasy 0,11 0,5 · I1n Iobl I1n - dla przekładników klasy 3P,5P i 10P

c). I2n = 5 A , 2A , lub 1A

gdzie : I2n - znamionowy prąd strony wtórnej

d). Sn I2n2 · Z2n

gdzie : Sn - moc znamionowa przekładnika Z2n - obciążenie znamionowe strony wtórnej

e). klasa dokładności

f). Ithrp Ithr

gdzie : Ithrp - prąd znamionowy zastępczy cieplny Tkr - sekundowy przekładnika Ithr - prąd zastępczy cieplny Tkr - sekundowy

g). isz ip

gdzie : isz - prąd szczytowy pola ip- prąd udarowyDo obliczeń wybrano wstępnie typ przekładnika LZZQB6-10

11.1. Dobór napięcia znamionowego

Un = 10 kV > Uns = 6 kV

11.2. Dobór znamionowego prądu pierwotnego

Dla maszyny asynchronicznej Iobl = 36,2 A. Przyjęto I1n = 40 A.

Ze względu na wartość błędów dla przekładnika klasy 0,11 musi być spełniony warunek:0,1 I1n Iobl 1,2 I1n

0,1·40 < 36,2 < 1,2· 40 4 < 19,1 < 48

11.3. Dobór znamionowego prądu wtórnego

I2n = 5 A

11.5. Klasa dokładności

39

Dobrany przekładnik posiada klasę dokładności 0,5

11.6. Znamionowy prąd wytrzymywany krótkotrwały

Dla dobranego przekładnika Ithr = 120 I1n =4,8kA

kA.Zatem:

Tabela 7 Dobór przekładników

typUn

kVI1n

AI2n

AIthr

kAinsp

kAGSZ ABK 10 10 800 5 80 200SO1 LZZQB6-10 10 10 5 120 I1n 300 I1n

SO2 LZZQB6-10 10 150 5 18 44OL LZZQB6-10 10 300 5 24,5 44SA. LZZQB6-10 10 40 5 120 I1n 300 I1n

BK LZZQB6-10 10 300 5 24,5 44S ABK 10 10 800 5 80 200

12. Dobór przekładników napięciowych.

Dobór przekładników napięciowych przeprowadza się w oparciu o określenie: a) układu połączeń b) napięcia znamionowego strony pierwotnej c) napięcia znamionowego strony wtórnej d) klasy dokładności e) obciążenia przekładników f) zabezpieczeń obwodów wtórnych g) przekroju przewodów łączących przekładniki z zasilanymi przyrządami

.

12.1. Dobór układu połączeń przekładników napięciowych Sieć pracuje z izolowanym punktem zerowym transformatora. Ponieważ istnieje potrzeba pomiaru napięć międzyprzewodowych i napięć fazowych zastosowano przekładniki połączone w układ gwiazdowy z uziemionym punktem zerowym.

12.2. Dobór napięcia znamionowego strony pierwotnej i wtórnej

U1n = 6000 V

40

U2n = 100 V

12.3. Dobór klasy dokładności . Ze względu na pomiary kontrolne energii wymaga się klasy 0,5. 12.4. Wybór typu przekładnika

Dobrano przekładniki typu JDZ9-10 o danych:

U1n = 6000U2n = 100 V Sn = 100 VA dla klasy dokładności 0,5

cos=0,8

13. Dobór zabezpieczeń w polu maszyny asynchronicznej.

13.1 Zabezpieczenia od zwarć międzyfazowych.

Zabezpieczenie to powinno działać bezzwłocznie na wyłączenie silnika.Prąd rozruchowy członu nadprądowego wyznacza się z zależności:

A

gdzie: kb - współczynnik bezpieczeństwa równy 1,21,4 (przyjęto kb = 1,2) IR - prąd rozruchowy silnika równy206A i - przekładnia prądowa przekładnika równa 8

13.2. Zabezpieczenie od zwarć doziemnych. Jako zabezpieczenie od zwarć doziemnych stosuje się przekaźnik nadprądowy reagujący na prąd składowej zerowej, zasilany z filtru składowej zerowej prądu typu Ferrantiego.

41

Przykładem rozwiązania może być przekaźnik typu RIgx-10 współpracujący z przekładnikiem Ferrantiego typu IO-1s lub typowymi przekładnikami prądowymi pracującymi w układzie Holmgreena. Zabezpieczenie powinno działać bezzwłocznie lub z opóźnieniem 0,250,5 s w przypadku , gdy prąd zwarcia doziemnego sieci jest nie mniejszy od 10 A ; w przypadku mniejszego prądu zabezpieczenie powinno działać ze zwłoką czasową na urządzenia sygnalizacyjne.

13.3. Zabezpieczenie od przeciążeń ruchowych. Prąd rozruchowy członu przeciążeniowego określa się dla silników przeznaczonych do pracy ciągłej na podstawie zależności:

gdzie: kb - współczynnik bezpieczeństwa równy 1,05 kp - współczynnik powrotu równy 0,9 i - przekładnia znamionowa przekładnika prądowego równa 8 InM - prąd znamionowy silnika asynchronicznego równy 26,2A

13.4. Zabezpieczenie od obniżenia lub zaniku napięcia. Zabezpieczenie to realizowane jest za pomocą dwóch przekaźników podnapięciowych zasilanych napięciami międzyfazowymi, współpracującymi z przekaźnikiem czasowym nastawionym na zwłokę 1,5s.Wartość napięcia rozruchowego przyjmuje się jako 6070 % napięcia znamionowego. Zabezpieczenie podnapięciowe realizowane jest jako grupowe dla kilku odbiorników.

13.5. Wybór typu zabezpieczenia.

CZAZ-MSE - cyfrowy zespół automatyki zabezpieczeniowej silnika asynchronicznego WN

zasilanie napięciem pomocniczym: 24,60,110,220 VDC

prąd pomiarowy znamionowy: 1A lub 5 A

Zestaw zabezpieczeń

różnicowe od zwarć międzyfazowychnadprądowe bezzwłoczne od zwarć międzyfazowych nadprądowe zwłoczne od zwarć międzyfazowych nadprądowe zwłoczne z charakterystyką zależną od zwarć doziemnych nadprądowe zwłoczne z charakterystyką zależną od asymetrii prądowej cieplne od przeciążeń energetyczne chroniące silnik przed przeciążeniami związanymi z wydłużonym rozruchem, wielokrotnymi rozruchami oraz załączeniem na zablokowany wirnik nadprądowe zwłoczne od utyku silnika

42

nadprądowe zwłoczne informujące o zaburzeniach w procesie technologicznym maszyny napędzanej przez silnik podprądowe zwłoczne od pracy jałowej silnika

III LITERATURA

-Katalog: „Kable i przewody elektroenergetyczne, sierpień 2004”- TELE-FONIKA -Katalog: „Kable elektroenergetyczne”- MKT CABLES-Katalog online: „Transformatory energetyczne i olejowe”- firmy INWERT www.inwert.com.pl-Katalog online: „Przekładniki prądowe i napięciowe” – firmy ELMA ENERGIA www.elma.olsztyn.pl-Katalog online: „Baterie kondensatorów” – firmy ELMA ENERGIA www.elma.olsztyn.pl-Katalog online: „Zabezpieczenia silników” – firmy ZEG ENERGETYKA www.zeg-energetyka.com.pl-Katalog online: „Dobór silników asynchronicznych” –Grupy CANTONI MOTORS www.cantonimotor.com.pl-„Materiały pomocnicze do obliczania prądów zwarciowych oraz skutków cieplnych i elektrodynamicznych prądów zwarciowych”- Marian Sauczek- Katalog SWW 1113-2 „ Transformatory i autotransformatory mocy olejowe ” -Warszawa 1975.- Internet.

43

http://www.cantonimotor.com.pl/

http://www.zeg-energetyka.com.pl/

http://www.elma.olsztyn.pl/

http://www.inwert.com.pl/

urzdzenia-projekt

Documents