Uproszczony projekt zasilania osiedla domków jednorodzinnych w energię elektryczną
Część 1. – stacja transformatorowa
Plan zasilania osiedla
Budowa
osiedla budynków jednorodzinnych często stawia projektanta w trudnej
sytuacji podczas wyboru miejsca na posadowienie stacji transformatorowej.
Z pomocą przychodzi możliwość posadowienia stacji słupowej, która zajmuje
mało miejsca i jest dość wygodna w eksploatacji, a ponadto nie
ma wymogów w zakresie odległości od innych budynków wynikających
z przepisów ochrony przeciwpożarowej.
W artykule prezentujemy
rozwiązanie zaczerpnięte z katalogu firmy STRUNOBET MIGACZ Sp. z o.o.
z jednoczesnym wskazaniem sposobu postępowania projektanta korzystającego
z „gotowych rozwiązań”. Zgodnie z katalogiem taka stacja może być
wyposażona w transformator o mocy 630 kVA.
Zobacz także
SKLEP RTV EURO AGD Domek letniskowy - wszystko, co powinno się w nim znaleźć, aby dobrze wypoczywać
Lubisz spędzać wakacje w otoczeniu natury, najchętniej bez towarzystwa innych ludzi? Najlepiej zdecydować się więc na domek letniskowy położony w jakimś ustronnym miejscu. Jednak jak wyposażyć taki domek,...
Lubisz spędzać wakacje w otoczeniu natury, najchętniej bez towarzystwa innych ludzi? Najlepiej zdecydować się więc na domek letniskowy położony w jakimś ustronnym miejscu. Jednak jak wyposażyć taki domek, by móc korzystać również ze wszystkich zdobyczy techniki? Co powinno się w nim znaleźć, aby cieszyć się zarówno ciszą, jak i rozrywką?
archon.pl Dom tani w budowie - jaki powinien być idealny projekt?
Przed Inwestorem, który podjął już decyzję o budowie domu i rozpoczyna przygotowania, otwiera się wiele możliwości w zakresie wyboru idealnego projektu domu. Najważniejsze, aby ten dopasowany był do potrzeb...
Przed Inwestorem, który podjął już decyzję o budowie domu i rozpoczyna przygotowania, otwiera się wiele możliwości w zakresie wyboru idealnego projektu domu. Najważniejsze, aby ten dopasowany był do potrzeb domowników, do uwarunkowań działki oraz przepisów lokalnego prawa, a także mieścił się w przeznaczonym na inwestycję budżecie. Pracownia ARCHON+ proponuje różnorodne gotowe projekty domów parterowych, projekty domów z poddaszem użytkowym, piętrowe, wśród których dostępne są interesujące projekty...
mgr inż. Julian Wiatr Uproszczony projekt sterowania napędem bramy skrzydłowej za pomocą telefonu komórkowego
Coraz powszechniejsza staje się automatyka napędu bram wjazdowych, która umożliwia sterowanie za pomocą pilota radiowego otwarciem oraz zamknięciem, bez potrzeby wysiadania z samochodu. W przypadku dużej...
Coraz powszechniejsza staje się automatyka napędu bram wjazdowych, która umożliwia sterowanie za pomocą pilota radiowego otwarciem oraz zamknięciem, bez potrzeby wysiadania z samochodu. W przypadku dużej liczby użytkowników sterowanie za pomocą specjalnego pilota staje się kłopotliwe. Tym razem w projekcie prezentujemy układ napędu bramy skrzydłowej stanowiącej wjazd na teren ośrodka wypoczynkowego, której sterowanie realizowane jest za pomocą telefonu komórkowego.
W artykule:• Podstawa opracowania• Wyciąg z technicznych warunków przyłączenia • Opisy stanu istniejącego i projektowanego • Obliczenia • Uwagi końcowe |
Prezentowana stacja ma moc 250 kVA, zasilana jest kablem SN układanym w ziemi przyłączonym do pobliskiej napowietrznej elektroenergetycznej linii SN. Pozostałe elementy układu zasilania osiedla będą publikowane w kolejnych numerach „elektro.info”.
Podstawa opracowania
- Zlecenie inwestora.
- Wizja lokalna w terenie.
- Badania geologiczne przeprowadzone na terenie inwestycji.
- Projekt zagospodarowania terenu oraz projekt instalacji elektrycznych budynków planowanych do wzniesienia na terenie objętym projektem zagospodarowania terenu.
- Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (tekst jednolity: DzU z 2015 roku, poz. 1422, z późniejszymi zmianami).
- Warunki techniczne przyłączenia wydane przez spółkę dystrybucyjną.
- Norma PN-EN 50322:2011 Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1 kV.
- Norma N SEP-E 002 Instalacje elektryczne niskiego napięcia.
- Norma N SEP-E 004 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa.
- Wieloarkuszowa norma PN-90/E-06401 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Osprzęt do kabli o napięciu znamionowym nieprzekraczającym 30 kV.
- Norma N SEP-E 001 Sieci elektroenergetyczne niskiego napięcia. Ochrona przeciwporażeniowa.
- PN-E 05100-1:2000 Elektroenergetyczne linie napowietrzne. Projektowanie i budowa. Linie prądu przemiennego z przewodami roboczymi gołymi.
- Norma PN-EN 60865-1:2002 Obliczanie skutków prądów zwarciowych. Część 1: Definicje i metody obliczeń.
- Norma PN-HD 60364-4-41:2009 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym.
- Katalogi producentów kabli oraz producentów osprzętu kablowego.
- Album słupowych stacji transformatorowych na słupach pojedynczych z żerdzi wirowanych STSRS-20/630 tom V (www.strunobet.pl/do-pobrania: 23.06.2018).
- Album linii napowietrznych średniego napięcia LSNS-og. 70(50) tom II cz. 2 (www.strunobet.pl/do-pobrania: 23.06.2018).
Wyciąg z technicznych warunków przyłączenia
- Zasilanie osiedla należy wykonać kablem nn (o przekroju ustalonym na podstawie obliczeń, lecz nie mniejszym od 120 mm2) wyprowadzonym ze słupowej stacji transformatorowej SN/nn o mocy przyjętej na podstawie obliczeń.
- Zasilanie projektowanej stacji wykonać kablem SN o przekroju dobranym na podstawie obliczeń (nie mniejszym niż 120 mm2), przyłączanym do istniejącej linii napowietrznej SN.
- Prąd zwarcia symetrycznego na szynach SN w GPZ – 10 kA.
- Układ pomiarowy należy projektować w układzie pośrednim i zlokalizować w słupowej szafce pomiarowej.
- Czas trwania zwarcia w linii SN – 1,5 s.
- Niekompensowany prąd resztkowy przy zwarciach doziemnych – Iknc = 20 A.
- Dopuszczalny współczynnik tg φ = 0,4.
- Prąd obciążenia linii napowietrznej IB1 = 35 A.
Opis stanu istniejącego
- W odległości 170 m od terenu inwestycji przebiega linia napowietrzna SN 3x8,7/15 kV, wykonana przewodami AFl 6-70.
- Konstrukcję wsporczą linii stanowią słupy wirowane długości 12 m.
- Słup, do którego projektowane jest przyłącze kablowe SN, zasilające projektowaną stację transformatorową, znajduje się w odległości 2,7 km od GPZ-tu.
- Grunt w miejscu posadowienia stacji należy zaliczyć do gruntów średnich.
- Rezystywność gruntu ρ = 200 Ω×m.
Opis stanu projektowanego
- W miejscu wskazanym na rys. 1. należy posadowić słupową stację transformatorową STSRS-20/630-K-10,5/10, wyposażoną w transformator SN/nn o mocy 250 kVA.
- Żerdź wirowaną K-10,5/10, stanowiącą konstrukcję nośną stacji, po uzbrojeniu w ustój płytowy U2a należy posadowić w wykopie. Przed zasypaniem wykopu żerdź należy ustawić pionowo do podłoża. Schemat ideowy zasilania projektowanej stacji transformatorowej SN/nn oraz jej wyposażenia przedstawia rys. 2.
- Widok uzbrojonej stacji transformatorowej przedstawia rys. 3.
(pełny opis na s. 50 „Albumu słupowych stacji transformatorowych na słupach pojedynczych z żerdzi wirowanych STSRS-20/630 tom TOM V” – www.strunobet.pl/do-pobrania: 23.06.2018).
- Rys. 3a przedstawia widok i zasady montażu ustoju płytowego U2a. Uziom projektowanej stacji transformatorowej należy wykonać jako kombinowany, wspólny dla urządzeń SN oraz nn. Po wykonaniu uziomów pionowych należy je połączyć taśmą FeZn 30x4.
- Miejsca łączenia uziomu poziomego z uziomami pionowymi należy zabezpieczyć przed korozją.
- Rezystancja wspólnego uziemienia Ru ≤ 2,5 Ω.
Rys. 3a. Ustój płytowy typu U2a: 1 – element mocowania płyty ustrojowej EUS-2p – 2 szt., 2 – obejma Ous-1a – 4 szt., 3 – płyta ustrojowa U-85 – 3 szt., 4 – śruba z nakrętką M 16x20 – 4 szt., 5 – podkładka Ø 16 – 4 szt.; rys. J. Wiatr
- Układy pomiarowe zużytej energii elektrycznej należy wykonać w układzie pośrednim z wykorzystaniem przekładników prądowych SN napowietrznych CTSO 10/5 A/A, kl. 0.2S, Sn = 7,5 VA oraz przekładników napięciowych SN VTO 17 o mocy Sn = 7,5 VA i napięciach Un1 = 15 000 : V, Un1 = 100 :V.
Układy pomiarowe należy zainstalować w słupowej szafce pomiarowej. - Projektowaną stację transformatorową należy zasilać kablem 3xXRUHAKXS 120 przyłączonym do istniejącej linii napowietrznej SN. Przyłączenie do istniejącej linii napowietrznej SN należy wykonać zgodnie z rys. 3.
(pełny opis na s. 127 „Albumu linii napowietrznych średniego napięcia LSNS-og. 70(50) tom II cz. 2” – www.strunobet.pl/do-pobrania: 23.06.2018). - Kabel 3xXRUHAKXS 120 zasilający projektowaną stację transformatorową SN/nn należy układać w wykopie o głębokości 100 cm na podsypce piasku o grubości 10 cm. Następnie kabel należy zasypać warstwą piasku grubości 10 cm, warstwą rodzimego gruntu grubości 35 cm, ułożyć taśmę kablową koloru czerwonego (taśma musi wystawać po 5 cm z każdej strony budowanej linii kablowej) i zasypać wykop doprowadzając grunt do stanu sprzed wykopu.
- Na kablu projektowanej linii SN przed zasypaniem należy w odstępach co 10 m założyć opaski kablowe zawierające następujące informacje: typ kabla – rok ułożenia – długość – symbol użytkownika – symbol wykonawcy. Przekrój projektowanej linii kablowej i uziemienia przedstawia rys. 4.
Obliczenia
1. Bilans mocy zapotrzebowanej oraz dobór mocy transformatora SN/nn:
Za podstawę obliczeń przyjęto wymagania normy N SEP-E 002 oraz dane z obliczeń oświetlenia.
W pierwszym przybliżeniu warunki spełni transformator o mocy 160 kVA, lecz ze względu na planowaną rozbudowę osiedla przyjęty zostanie transformator o mocy 250 kVA.
2. Obliczenia zwarciowe:
- prądy zwarciowe dla zwarć symetrycznych, w GPZ na szynach 15 kV:
- parametry zwarciowe w GPZ:
- parametry zwarciowe w miejscu przyłączenia kabla SN:
- Wymagany przekrój kabla ze względu na zwarcia:
Należy przyjąć kabel 3xXRUHAKXS 120, zgodnie z warunkami technicznymi przyłączenia wydanymi przez spółkę dystrybucyjną.
- Sprawdzenie żyły powrotnej na zwarcie dwufazowe:
Sprawdzenie dobranego kabla z warunku spadku napięcia:
Do obliczeń przyjęto długość całkowitą kabla z uwzględnieniem zapasów – l = 200 m.
Dobór zabezpieczenia transformatorów po stronie SN:
Należy dobrać bezpieczniki SN VV 24 kV – 20 A o prądzie nominalnym 20 A.
Zabezpieczenie po stronie dolnego napięcia – bezpiecznik topikowy gTr 250 (zainstalowany w szafie rozdzielczej nn, zlokalizowanej obok projektowanej stacji transformatorowej – element objęty opracowaniem II części artykułu – elektro.info” nr 10/2018), przy którym zostanie zachowana selektywność działania zabezpieczeń instalowanych w poszczególnych obwodowych.
Spodziewany prąd zwarcia po stronie dolnego uzwojenia transformatorów gwarantuje selektywne zadziałanie w stosunku do zabezpieczenia instalowanego w górnych uzwojeniach transformatorów.
Czas zadziałania bezpiecznika gTr 250 przy spodziewanym prądzie zwarcia odczytany z jego charakterystyki prądowo-czasowej wynosi około 0,4 s < T = 1,5 s.
Rezystancja uziemienia transformatora:
Zgodnie z wymaganiami normy N SEP-E 001:
Ponieważ uziom zostanie wykonany jako kombinowany, rezystancje poszczególnych jego elementów wyniosą:
- pojedynczy uziom pionowy Ø16, długości 6 m (dolny koniec 7 m poniżej poziomu gruntu, a górny 1 m poniżej poziomu gruntu):
- uziom poziomy na głębokości 1 m:
- wartość wypadkowa uziemienia (10 uziomów pionowych oddalonych od siebie średnio o 18 m połączonych taśmą FeZn 30x4 stanowiącą uziom poziomy):
Warunek będzie spełniony.
Dobór przekładnika prądowego:
Wymagane parametry zwarciowe przekładnika:
- prądy zwarciowe na końcu projektowanej linii kablowej:
- znamionowy prąd dynamiczny:
- znamionowy krótkotrwały prąd cieplny (1-sekundowy):
Zostanie przyjęty przekładnik prądowy napowietrzny SN typu CTSO 17 10/5 A/A kl. 0.2S o mocy Sn = 7,5 VA, Idyn = 25 kA oraz IthT1 = 20 kA, produkcji KPB Intra Polska Sp. z o.o.
Dobór przekładników napięciowych:
gdzie:
Un1 – napięcie pierwotne przekładnika, w [V],
Un2 – napięcie wtórne przekładnika, w [V],
Sg – moc graniczna przekładnika, w [VA],
S0 – moc obciążenia przekładnika, w [VA],
Sn – moc znamionowa przekładnika, w [VA],
Sap – moc pobierana przez tor napięciowy licznika energii elektrycznej, w [VA],
Inb2 – prąd znamionowy zabezpieczenia instalowanego po stronie wtórnej przekładnika, w [A],
Sp – wymagany przekrój przewodu łączącego przekładniki z licznikiem zużytej energii, w [mm2],
Rb – rezystancja bezpiecznika, w [Ω],
Rz – rezystancja zestyków, w [Ω],
γ – konduktywność przewodu, w [m/(Ω·mm2)],
S – przekrój przewodu, w [mm2],
Zn – znamionowa impedancja przekładnika, w [Ω],
l – długość przewodu lub kabla, w [m],
Zap – impedancja wejściowa licznika zużytej energii, w [Ω],
Rz – rezystancja łączeń, w [Ω],
Rp – rezystancja przewodu łączącego licznik z przekładnikiem, w [Ω],
l(km) – długość kabla, w [km],
IB – spodziewany prąd obciążenia, w [A],
In1T – prąd znamionowy górnego uzwojenia transformatora, w [A],
In1 – znamionowy prąd pierwotny przekładnika prądowego, w [A],
In2– znamionowy prąd wtórny przekładnika prądowego, w [A],
IthT1 – jednosekundowy prąd cieplny przekładnika prądowego, w [kA],
Idyn – prąd dynamiczny przekładnika prądowego, w [kA],
Ith – prąd zwarciowy cieplny, w [kA]
Ik”– początkowy prąd zawarcia, w [kA],
T – elektromagnetyczna stała czasowa obwodu zwarciowego, w [s],
x’ – jednostkowa reaktancja linii elektroenergetycznej, w [Ω/km] (dla linii kablowej SN: x’=[0,1Ω/km]; dla linii napowietrznej SN: x’= 0,4 [Ω/km]),
ip – zwarciowy prąd udarowy, w [kA],
κ – współczynnik udaru, w [-],
S”kQ – moc zwarciowa, w [MV],
ZkQ – impedancja zwarciowa zastępcza Systemu Elektroenergetycznego, w [W],
τpz – początkowa temperatura zawarcia, w [K],
τdz – dopuszczalna temperatura zawarcia, w [K],
Tk – czas trwania zwarcia, w [s],
c – ciepło właściwe żyły przewodzącej przewodu lub kabla, w [J(cm3×K)],
k – jednosekundowa gęstość prądu zwarciowego, w [A/mm2],
α – temperaturowy współczynnik rezystancji, w [K-1],
UF – napięcie dotykowe dopuszczalne, w [V],
η1; η2 – współczynniki wykorzystania uziomów, w [-] (J. Strzałka, J. Strojny, Projektowanie urządzeń elektroenergetycznych, UWND AGH 2008),
lu – długość uziomu, w [m],
du – średnica uziomu, dla uziomu poziomego połowa szerokości, w [m],
tu – głębokość ułożenia uziomu poziomego, w [m],
ρ – rezystywność gruntu, w [Ω×m],
Sz – moc pozorna zapotrzebowana przez odbiorniki przyłączane do stacji transformatorowej, w [kW],
ni – liczba odbiorników przyłączonych do obwodu, w [-],
kj – współczynnik jednoczesności wg N SEP-E 002, w [-],
Si – moc pozorna zapotrzebowana przez i-ty budynek przyłączony do pojedynczego obwodu, w [-],
Soś. – moc pozorna zapotrzebowana przez oświetlenie uliczne, w [-].
Przyjęty został napowietrzny przekładnik napięciowy SN typu VTO 17 o mocy 7,5 VA produkcji KPB Intra Polska Sp. z o.o., bezpiecznik topikowy DO2gG2 oraz kabel YKY 4x1,5.
Uwagi końcowe
1. Ochrona przeciwporażeniowa przy uszkodzeniu po stronie SN – uziemienie.
2. Ochrona przeciwporażeniowa po stronie nn – samoczynne wyłączenie zgodnie z wymaganiami normy PN-HD 60364-4-41:2009.
3. Rezystancja uziemienia stacji transformatorowej nie może przekraczać 2,5 W.
4. Przy pracach budowlanych związanych z budową linii kablowej miejscach uzbrojenia terenu roboty należy wykonywać ręcznie w porozumieniu oraz pod nadzorem użytkowników poszczególnych elementów uzbrojenia terenu.
5. Po ułożeniu kabla, przed jego zasypaniem, należy uszczelnić rury osłonowe przed przedostawaniem się wody i poddać całość linii kablowych inwentaryzacji geodezyjnej.
6. Żyły powrotne poszczególnych kabli należy uziemić na obu końcach.7. Po wybudowaniu stacji należy wykonać badania odbiorcze.