Uproszczony projekt zasilania hali produkcyjnej
Uproszczony projekt zasilania hali produkcyjnej
W artykule został przedstawiony projekt instalacji elektrycznej hali produkcyjnej, w której zainstalowano dwa ciągi technologiczne wymagające zasilania w układzie IT. Na terenie przedsiębiorstwa zasilanego w układzie TN została wzniesiona nowa hala produkcyjna przystosowana do instalacji ciągu technologicznego zamówionego w jednym z państw dalekiej Azji. Jako podstawa opracowania projektu została przyjęta Dokumentacja Techniczno-Ruchowa (DTR) stanowiąca nieodzowny element dostawy ciągu technologicznego oraz schemat istniejącego układu zasilania przedsiębiorstwa udostępniony przez właściciela przedsiębiorstwa.
Zobacz także
WAGO ELWAG Sp. z o.o. Jak zacząć przygodę ze złączkami listwowymi w rozdzielnicy budynkowej?
Instalacje elektryczne w budynkach mieszkalnych stały się ostatnio znacznie bardziej złożone niż kilkanaście, a nawet kilka lat temu. Korzystamy dzisiaj z większej liczby urządzeń zasilanych energią elektryczną,...
Instalacje elektryczne w budynkach mieszkalnych stały się ostatnio znacznie bardziej złożone niż kilkanaście, a nawet kilka lat temu. Korzystamy dzisiaj z większej liczby urządzeń zasilanych energią elektryczną, a nierzadko w domach mieszkalnych mamy również do czynienia z mniej lub bardziej zaawansowanymi systemami automatyki.
WAGO ELWAG Sp. z o.o. Jak dobrać właściwy sposób otwierania zacisku?
W sprężynowych złączkach listwowych występują trzy warianty otwierania zacisków: z otworem montażowym, za pomocą przycisku i dźwigni. Ostatnio przedstawiliśmy złączki z dźwignią, dostępne wyłącznie w rodzinie...
W sprężynowych złączkach listwowych występują trzy warianty otwierania zacisków: z otworem montażowym, za pomocą przycisku i dźwigni. Ostatnio przedstawiliśmy złączki z dźwignią, dostępne wyłącznie w rodzinie WAGO TOPJOB® S. Tym razem szczegółowo omówimy pozostałe dwa warianty: przycisk i otwór montażowy.
WAGO ELWAG Sp. z o.o. Najbardziej intuicyjny montaż przewodów na szynie
Złączki listwowe są dziś podstawowym komponentem każdej nowoczesnej rozdzielnicy. Wśród dostępnych na rynku rozwiązań szczególną uwagę zwracają te produkty, które gwarantując pewność połączenia skracają...
Złączki listwowe są dziś podstawowym komponentem każdej nowoczesnej rozdzielnicy. Wśród dostępnych na rynku rozwiązań szczególną uwagę zwracają te produkty, które gwarantując pewność połączenia skracają czas montażu i czynią je bardziej intuicyjnym. Wszystkie te warunki spełniają złączki listwowe TOPJOB® S z dźwignią.
Podstawa opracowania
- Zlecenie inwestora oraz schemat istniejącego układu zasilania przedsiębiorstwa.
- Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, z późniejszymi zmianami).
- Wieloarkuszowa norma PN-IEC 60364 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych.
- Norma PN-HD 60364-4-41:2009 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym.
- Norma PN-HD 60364-5-54:2010 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 5-54: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Uziemienia, przewody ochronne i przewody połączeń ochronnych.
- Norma N SEP-E 004 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa.
- Norma N SEP-E 005 Dobór przewodów elektrycznych do zasilania urządzeń przeciwpożarowych, których funkcjonowanie jest niezbędne w czasie pożaru.
- DTR ciągu technologicznego.
- Norma PN-EN 12464-1:2004 Światło i oświetlenie. Oświetlenie miejsc pracy. Część 1: Miejsca pracy we wnętrzu.
- Norma PN-EN1838:2005 Zastosowanie oświetlenia. Oświetlenie awaryjne.
- Norma PN-92/N -1256/02 Znaki bezpieczeństwa. Ewakuacja.
- Projekt instalacji sanitarnych projektowanej hali produkcyjnej.
- Uzgodnienia z użytkownikiem, rzeczoznawcą ds. zabezpieczeń ppoż. oraz rzeczoznawcą ds. bhp.
- Wizja lokalna w projektowanym obiekcie.
Stan istniejący
Zakład produkcyjny zasilany jest w układzie sieci TN-S ze stacji transformatorowej 15/0,4 kV o mocy 400 kVA pozostającej na majątku użytkownika. Rozdzielnica Główna Zakładu (RGZ) posiada możliwość zasilania z zespołu prądotwórczego o mocy 630 kVA, stanowiącego awaryjne źródło zasilania w przypadku braku dostaw energii elektrycznej z Systemu Elektroenergetycznego. W RGZ znajduje się rezerwowe pole umożliwiające przyłączenie linii kablowej zasilania projektowanej hali produkcyjnej. Budynek projektowanej hali produkcyjnej stanowi jedną strefę pożarową.
Stan projektowany
Plan zasilania projektowanej hali produkcyjnej przedstawia rysunek 1. (widoczny zasilacz UPS 250 kVA zainstalowany w Rozdzielnicy Głównej Zakładu stanowi źródło zasilania gwarantowanego innych budynków przedsiębiorstwa pominiętych w opracowaniu). W pomieszczeniu Rozdzielnicy Głównej Hali (RGH) należy zainstalować transformator separacyjny 3´400 V/3´200 V + 2´100 V o mocy 63 kVA, znajdujący się na ukompletowaniu ciągu technologicznego (schemat połączeń uzwojeń transformatora przedstawia rysunek 4.). W rozdzielnicy RGH należy zainstalować klimatyzator typu klimakonwektor, zgodnie z projektem branży sanitarnej. Schemat ideowy zasilania rozdzielnic projektowanej hali produkcyjnej przedstawiają rysunki 2 i 3.
Zasilanie dwóch projektowanych ciągów technologicznych należy wykonać w układzie zasilania IT. W tym celu z rozdzielnicy RGH należy wyprowadzić kabel YKYżo 5´70 zasilający rozdzielnicę RI, którą należy zainstalować na hali produkcyjnej. Z rozdzielnicy RI należy wyprowadzić kable YKYżo 5´25 przeznaczone do zasilania przewodów szynowych typu „CANALIS – 100, do których poprzez skrzynki przyłączeniowe zostaną przyłączone ciągi technologiczne. Z uwagi na przystosowanie transformatora separacyjnego do zasilania odbiorników jednofazowych oraz trójfazowych, rozdzielnię RI należy wyposażyć w trzy odrębne układy kontroli stanu izolacji (UKSI). Schemat ideowy rozdzielnicy RI przedstawia rysunek 5.
Zasilanie oświetlenia projektowanej hali produkcyjnej oraz zasilanie gniazd remontowych przeznaczonych do przyłączania odbiorników przenośnych należy wykonać w układzie TN-S z rozdzielnicy RO (rys. 6.). W rejonie RI należy zainstalować Główną Szynę Uziemiającą (GSU), z którą należy połączyć wszystkie dostępne części przewodzące projektowanej hali produkcyjnej.
Z uwagi na wstępowanie dwóch różnych systemów zasilania należy opisać poszczególne rozdzielnice oznaczając ich układ zasilania. Przy każdym gnieździe remontowym należy zamieścić oznaczenie TN-S wskazujące układ zasilania. W projektowanej hali należy zainstalować oświetlenie ogólne oraz instalacje gniazd ogólnych. Plan tej instalacji przedstawia rysunek 7. (izolinie oświetlenia hali zostały pominięte w artykule), na którym zostały oznaczone oprawy oświetlenia awaryjnego wyposażone w indywidualny inwerterowy moduł zasilania.
Obliczenia
Dobór zabezpieczeń transformatora oraz kabli transformatora zasilającego rozdzielnicę RI:
- uzwojenia pierwotne:
gdzie:
ST – moc pozorna transformatora zasilającego, w [kVA],
UnTr1 – napięcie nominalne pierwotnego uzwojenia transformatora zasilającego, w [V],
IB – spodziewany znamionowy prąd obciążenia pierwotnego uzwojenia transformatora zasilającego, w [A],
In – prąd znamionowy zabezpieczenia uzwojenia pierwotnego transformatora zasilającego, w [A],
k – współczynnik uwzględniający zwiększony pobór prądu przez transformator zasilający podczas jego załączenia, w [-],
IB1 – prąd pobierany przez transformator podczas jego załączenia, w [A].
Należy przyjąć zabezpieczenie uzwojenia pierwotnego transformatora wykonane bezpiecznikami topikowymi typu WTN1 gG 160 A.
- dobór kabla zasilającego transformator:
gdzie:
k2 – współczynnik uwzględniający niedopasowanie charakterystyki prądowo-czasowej przewodu jego zabezpieczenia, w [-],
Iz – wymagana dopuszczalna długotrwała obciążalność prądowa przewodu, w [A].
Należy przyjąć zabezpieczenie wykonane bezpiecznikami topikowymi typu WTN1 gG 200 A.
Na podstawie zeszytu 523 normy PN-IEC 60364, przy sposobie ułożenia „E” warunki spełnia kabel YKY 5´70, dla którego (po uwzględnieniu wymagań normy IEC 60287-3-1/A1:1999 Electric cables. Calculation of the current rating. Part 3-1: Sections on operating conditions. Reference operating conditions and selections of cabele type – uzgodnionej ze stroną polską):
- uzwojenie wtórne:
gdzie:
UnTr2 – napięcie nominalne wtórnego uzwojenia transformatora zasilającego, w [V],
IB2 – prąd znamionowy uzwojenia wtórnego transformatora zasilającego, w [A].
Należy przyjąć zabezpieczenie wykonane bezpiecznikami topikowymi typu WTN1 gG 200 A.
Dobór kabla zasilającego RGH oraz jego zabezpieczenia:
Na tej podstawie należy przyjąć zabezpieczenie kabla zasilającego WTN2gG315. Bezpiecznik ten gwarantuje zachowanie warunku wybiórczości z pozostałymi bezpiecznikami zainstalowanymi w projektowanych obwodach:
Natomiast kabel zasilający zgodnie z normą N SEP-E 004 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa:
Na podstawie zeszytu 523 normy PN-IEC 60364, przy sposobie ułożenia „D” warunki spełnia kabel YKXSżo 5´185, dla którego (po uwzględnieniu wymagań normy IEC 60287-3-1/A1:1999 Electric cables. Calculation of the current rating. Part 3-1: Sections on operating conditions. Reference operating conditions and selections of cabele type – uzgodnionej ze stroną polską oraz obciążenia czwartej żyły):
Dobór kabla zasilającego rozdzielnicę RI:
Na podstawie zeszytu 523 normy PN-IEC 60364, przy sposobie ułożenia „E” warunki spełnia kabel YKY 4´95, dla którego:
Dobór przewodów zasilających przewody szynowe przeznaczone do zasilania ciągów technologicznych i ich zabezpieczeń:
Zgodnie z DTR ciągów technologicznych wymagane jest zabezpieczenie bezpiecznikami topikowymi typu WTN00gG80 A.
Na podstawie zeszytu 523 normy PN-IEC 60364, przy sposobie ułożenia „E” warunki spełnia kabel YKXS 5´25, dla którego:
gdzie:
PRO – spodziewane obciążenie szczytowe rozdzielnicy RO, w [W],
cos j – współczynnik mocy, w [-],
Należy przyjąć zabezpieczenie RO wykonane bezpiecznikami topikowymi WTN00gG 25.
Zatem:
Na podstawie zeszytu 523 normy PN-IEC 60364, przy sposobie ułożenia „E” warunki spełnia kabel YDY 5´4, dla którego (po uwzględnieniu wymagań normy IEC 60287-3-1/A1:1999 Electric cables. Calculation of the current rating. Part 3-1: Sections on operating conditions. Reference operating conditions and selections of cabele type – uzgodnionej ze stroną polską oraz uwzględnieniu obciążenia czwartej żyły):
Ze względów eksploatacyjnych zostanie przyjęty kabel YKYżo 5 x 16.
Pozostałe przewody wychodzące z RO zostały określone na rysunku 6.
Sprawdzenie dobranych przewodów z warunku samoczynnego wyłączenia:
A) Odbiorniki zasilane w układzie TN-S:
UWAGAZe względu na występowanie w układzie zasilania dwóch źródeł (transformator 15/0,4 kV oraz zespół prądotwórczy) obliczenia należy wykonać dla każdego z tych źródeł osobno. |
- zasilanie z sieci elektroenergetycznej:
Na podstawie tabeli Z 3.1 – J. Wiatr; M. Orzechowski, Poradnik projektanta elektryka, Dom Wydawniczy MEDIUM, wydanie V, Warszawa 2012, parametry zwarciowe transformatora 400 kVA wynoszą:
- RT = 0,0051 W – rezystancja transformatora,
- XT = 0,0192 W – reaktancja transformatora,
- ZT = 0,0198 W – impedancja transformatora,
– linia kablowa zasilająca RGZ:
– prąd zwarcia jednofazowego w rozdzielnicy RGZ:
Warunek samoczynnego wyłaczenia przy zawarciu zostanie spełniony.
– linia kablowa zasilająca RGH:
– prąd zwarcia jednofazowego w rozdzielnicy RGH:
– linia kablowa zasilająca transformator 63 kVA 3´400/3´200 + 2´100:
– prąd zwarcia jednofazowego w transformatorze o mocy 63 kVA.
– przewód zasilający klimatyzator:
– prąd zwarcia jednofazowego w klimatyzatorze:
– prąd zwarcia w RO:
Zwarcie w odbiornikach najbardziej oddalonych od RO:
– obwód oświetlenia:
– obwód gniazd odbiorczych:
UWAGAPonieważ warunek samoczynnego wyłączenia w obwodach gniazd jest niespełniony, należy zwiększyć przekrój przewodu zasilającego do 4 mm2,czyli zastosować przewód YDYżo 3(5)×4 i powtórnie sprawdzić skuteczność samoczynnego wyłączenia. Dla przekroju przewodu SCu ≤ 50 mm2 lub SAl ≤ 70 mm2, reaktancja w obliczeniach praktycznych może zostać pominięta. |
Warunek samoczynnego wyłączenia podczas zwarć zostanie spełniony.
- zasilanie z zespołu prądotwórczego:
– reaktancja generatora dla zwarć jednofazowych na jego zaciskach:
gdzie:
n – krotność prądu znamionowego generatora zespołu prądotwórczego, zapewniana przez producenta podczas zwarć na zaciskach generatora (zgodnie z DTR n = 3), w [-],
UnG – napięcie znamionowe generatora zespołu prądotwórczego, w [kV],
SnG – moc znamionowa pozorna generatora zespołu prądotwórczego, w [MVA],
– rezystancja uzwojeń generatora zespołu prądotwórczego:
– prąd zwarcia jednofazowego w rozdzielnicy RGZ:
Warunek samoczynnego wyłaczenia przy zawarciu zostanie spełniony.
– prąd zwarcia jednofazowego w rozdzielnicy RGH:
– prąd zwarcia jednofazowego w transformatorze o mocy 63 kVA:
– prąd zwarcia jednofazowego w klimatyzatorze:
gdzie:
U0 – napięcie pomiędzy przewodem fazowym a uziemionym przewodem PE (PEN), w [V].
Zwarcie w odbiornikach najbardziej oddalonych od RO:
– obwód oświetlenia:
– obwód gniazd odbiorczych:
UWAGAPonieważ warunek samoczynnego wyłączenia w obwodach gniazd jest niespełniony, należy zwiększyć przekrój przewodu zasilającego do 4 mm2, czyli zastosować przewód YDYżo 3(5)×4 i powtórnie sprawdzić skuteczność samoczynnego wyłączenia. Dla przekroju przewodu SCu ≤ 50 mm2 lub SAl ≤ 70 mm2, reaktancja w obliczeniach praktycznych może zostać pominięta. |
Warunek zostanie spełniony.
B) Odbiorniki zasilane w układzie IT:
Obwody zasilane z transformatora 3´400/3´200 + 2´100 V przy podwójnym zwarciu:
gdzie:
Ia – prąd zadziałania zabezpieczenia w wymaganym czasie, w [A],
Zs – impedancja pętli zwarcia obejmująca uzwojenia transformatora zasilającego oraz przewody obwodu zwarciowego dla najbardziej niekorzystnych warunków przy zwarciu dwufazowym, w [Ω],
Z1 – impedancja przewodu zasilającego rozdzielnicę RI, w [Ω],
Z2 – impedancja przewodu zasilającego przewód szynowy CS-100, w [Ω],
Z3 – impedancja przewodu szynowego (odczytana z katalogu producenta), w [Ω],
ZTr – impedancja uzwojenia transformatora 3´400/3´200 + 2´100 V zasilającego rozdzielnicę RI, w [Ω],
SnTr – moc znamionowa transformatora, w [VA],
Uk – napięcie zwarcia transformatora podawane w jego DTR, w [-],
Un – napięcie międzyfazowe (Un2Tr = Un), w [V].