Uproszczony projekt zasilania pompowni pożarowej
Plan zagospodarowania terenu i przekroje linii kablowych Rys. Julian Wiatr
Projektowana pompownia pożarowa stanowi wolno stojący budynek o odporności ogniowej REI60 oraz kubaturze 200 m3, z dostępem z zewnątrz przez drzwi wejściowe o odporności ogniowej EI30.
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 zestawu tymczasowej instalacji elektrycznej rozwijanej przez jednostki ochrony przeciwpożarowej w czasie akcji ratowniczo-gaśniczej
W czasie akcji ratowniczo-gaśniczej jednostki ochrony przeciwpożarowej rozwijają tymczasowe sieci elektroenergetyczne. Zgodnie z przyjętą zasadą, rozwijanie sieci rozpoczyna się od rozwinięcia zespołu...
W czasie akcji ratowniczo-gaśniczej jednostki ochrony przeciwpożarowej rozwijają tymczasowe sieci elektroenergetyczne. Zgodnie z przyjętą zasadą, rozwijanie sieci rozpoczyna się od rozwinięcia zespołu prądotwórczego oraz jego uziemienia. W artykule proponujemy rozwiązanie bez potrzeby stosowania uziemienia, z wykorzystaniem układu zasilania IU.
Podstawa opracowania
- Projekt zagospodarowania terenu oraz projekt architektoniczny budynku pompowni pożarowej.
- Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2019 roku, poz. 1065).
- Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 24 lipca 2009 roku w sprawie przeciwpożarowego zaopatrzenia w wodę oraz dróg pożarowych (DzU Nr 124/2009 poz. 1030).
- Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 roku, w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (DzU Nr 109/2010 poz. 719).
- Operat ppoż. opracowany przez rzeczoznawcę ds. zabezpieczeń ppoż.
- Norma PN-EN 12845 Stałe urządzenia gaśnicze. Automatyczne urządzenia tryskaczowe. Projektowanie, instalowanie i konserwacja.
- Norma N SEP-E 004 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa.
- Norma PN-HD 60364-4-41:2017 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym.
- Norma PN-IEC 60364-5-52:2011 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 5-52. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Oprzewodowanie.
- PN-HD 60364-5-54:2010 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 5-54: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Uziemienia, przewody ochronne i przewody połączeń wyrównawczych.
- Norma N SEP-E 001 Sieci elektroenergetyczne niskiego napięcia. Ochrona przeciwporażeniowa.
- Wizja lokalna w terenie oraz uzgodnienia z inwestorem i rzeczoznawcą ds. zabezpieczeń ppoż.
Opis stanu istniejącego
Projektowana pompownia pożarowa stanowi wolno stojący budynek o odporności ogniowej REI60 oraz kubaturze 200 m3, z dostępem z zewnątrz przez drzwi wejściowe o odporności ogniowej EI30. Budynek pompowi będzie ogrzewany elektrycznie czterema grzejnikami o mocy P = 1 kW każdy, przy współczynniku mocy cos φg = 1. W budynku projektowana jest wentylacja grawitacyjna. Nie przewiduje się wentylacji mechanicznej. W odległości 30 m od budynku pompowni zlokalizowana jest kontenerowa stacja transformatorowa SN/nn o mocy S = 400 kVA. W rozdzielnicy niskiego napięcia stacji transformatorowej występuje jedno wolne pole odpływowe.
W budynku pompowni pożarowej planowana jest instalacja dwóch pomp pożarowych o następujących parametrach:
Ponadto planowana jest instalacja oświetlenia o łącznej mocy P = 500 W (cos Ψ = 0,8).
Opis stanu projektowanego
W miejscu wskazanym na rysunku 1. należy zainstalować kontenerowy zespół prądotwórczy o mocy S = 160 kVA o następujących parametrach: U = 3X230/400 V; x"d = 0,1; Ik1 = 3·InG, wyposażony w zbiornik gwarantujący pracę przez 4 godziny (projekt posadowienia zespołu prądotwórczego stanowi osobne opracowanie). Z projektowanego zespołu prądotwórczego należy wyprowadzić kabel YKXS 4X70 zasilania awaryjnego i wprowadzić do budynku pompowni, w którym należy zainstalować Rozdzielnicę Pompowni (RP), w której należy zainstalować dwa układy automatyki SZR sieć/ZP.
Z wolnego pola rozdzielnicy nn istniejącej stacji transformatorowej należy wyprowadzić kabel YAKXS 4X120 zasilania podstawowego, który należy wprowadzić do budynku pompowni. Kabel zasilania podstawowego oraz kabel zasilania awaryjnego należy w budynku pompowni wprowadzić do Rozdzielnicy Pompowni na właściwe zaciski układu automatyki SZR sieć/ZP. Plan zagospodarowania terenu przedstawia rysunek 1. Schemat ideowy zasilania pompowni oraz rozdzielnicy RP przedstawia rysunek 2. Schemat automatyki SZR sieć/ZP przedstawia rysunek 3. Schemat montażowy rozdzielnicy RP przedstawia rysunek 4. Kabel zasilania podstawowego oraz kabel zasilania awaryjnego należy układać w wykopie o głębokości 80 cm na posypce z piasku o grubości 10 cm.
Kable po ułożeniu należy zasypać warstwą piasku o grubości 10 cm, warstwą rodzimego gruntu o grubości 15 cm, ułożyć taśmę kablową koloru niebieskiego i zasypać wykopy doprowadzając grunt do stanu pierwotnego. Na kablach po ich ułożeniu, a przed zasypaniem, należy założyć w odstępach co 10 m opaski kablowe zawierające następujące informacje:
- typ kabla,
- rok ułożenia,
- długość,
- symbol użytkownika,
- trasę.
W budynku pompowni instalację odbiorczą należy wykonać jako natynkową (przewody zasilające pompy pożarowe układać w kanałach kablowych wykonanych w masie posadzki). Plan instalacji elektrycznych budynku pompowni przedstawia rysunek 5. Oprawy oświetleniowe należy mocować do sufitu, a grzejniki elektryczne do ścian, 80 cm nad poziomem posadzki. Pomiar zużytej energii:
- pompy pożarowe: układ półpośredni z możliwością pomiaru energii czynnej i biernej,
- pozostałe odbiorniki: układ bezpośredni.
Układy pomiarowe należy zainstalować w rozdzielnicy RP. Uruchomienie pomp pożarowych odbywa się z Centralki Sygnalizacji Pożaru przez zwarcie zestyku bezpotancjałowego stanowiącego jej integralne wyposażenie. Zwarcie zestyku w CSP powoduje wysterowanie przekaźnika K7, który wysterowuje stycznik K8 i uruchamia przełączniki gwiazda/trójką typu PCG – 417 (K8 oraz K14). Uruchomienie pomp realizowane jest sekwencyjnie z opóźnieniem uruchomienia pompy 2 o czas t = 15 s.
Podanie sygnału z CSP powoduje załączenie stycznika K5 pozostającego na podtrzymaniu do chwili ręcznego przerwania zasilania a stabilnym wyłącznikiem RYŁ.P zainstalowanym na płycie czołowej rozdzielnicy RP. Na płycie czołowej rozdzielnicy RP należy zainstalować ręczny włącznik pomp RWŁ.P, którego zadaniem jest uruchomienie pomp w celach kontrolnych w terminach określonych w instrukcji eksploatacji.
Zanik napięcia w sieci elektroenergetycznej powoduje automatyczne włączenie zespołu prądotwórczego po około 30 s oraz automatyczne przełączenie na zasilanie z sieci elektroenergetycznej po powrocie napięcia. Zespół prądotwórczy po powrocie napięcia w sieci elektroenergetycznej pracuje przez 3 minuty bez obciążenia w celu wychłodzenia generatora.
Obliczenia
1. Bilans mocy:
gdzie:
Pi – moc czynna zainstalowana, w [kW],
Pns – moc czynna silnika pompy pożarowej, w [kW],
Poś – moc czynna oświetlenia pompowni, w [kW],
Pogrz.el – moc czynna ogrzewania elektrycznego pompowni, w [kW].
2. Dobór zabezpieczeń głównych:
gdzie:
IB – spodziewany prąd obciążenia, w [A],
IBs – prąd znamionowy silnika pompy pożarowej, w [A],
IBos – spodziewany prąd obciążenia w obwodzie oświetlenia pompowni, w [A],
IBg.e – spodziewany prąd obciążenia w obwodzie grzejników elektrycznych, w [A],
Un – znamionowe napięcie międzyfazowe, w [V],
Unf – znamionowe napięcie fazowe, w [V],
ηn – sprawność silnika pompy pożarowej, w [-].
Spodziewany prąd obciążenia w stanie rozruchu silnika (układ sekwencyjnego załączenia gwarantuje, że w stanie rozruchu znajduje się tylko jeden silnik):
gdzie:
IBs – prąd znamionowy silnika pompy pożarowej w stanie pracy ustalonej, w [A],
Irs – prąd rozruchu silnika pompy pożarowej przy rozruchu bezpośrednim, w [A],
kr – współczynnik rozruchowy silnika pompy pożarowej, w [-],
Α – współczynnik zależny od rodzaju i częstości rozruchu silnika pompy pożarowej, w [-],
Irs(Y/Δ) – prąd rozruchowy silnika pompy pożarowej po zastosowaniu przełącznika Y/Δ, w [A],
Ins – wymagany minimalny prąd zabezpieczenia silnika pompy pożarowej, w [A],
In – wymagany minimalny prąd zabezpieczenia głównego kabla zasilania podstawowego oraz zasilania awaryjnego pompowni pożarowej, w [A],
Isz – spodziewany prąd obciążenia szczytowego po uwzględnieniu współczynnika asymetrii, w [A].
Na podstawie przeprowadzonych obliczeń należy przyjąć zabezpieczenie kabli zasilania podstawowego i zasilania awaryjnego o prądzie In = 200 A. W rozdzielnicy niskiego napięcia stacji transformatorowej należy zainstalować bezpieczniki WTN1gG200.
3. Dobór mocy zespołu prądotwórczego
Uwaga! Zespół prądotwórczy stanowi źródło zasilania awaryjnego budynku pompowni i jest instalowany wyłącznie dla potrzeb budynku pompowni pożarowej.
gdzie:
Pz – moc szczytowa zapotrzebowana przez budynek pompowni pożarowej w warunkach ekstremalnych (pożar), w [kW],
kn – współczynnik chwilowego przeciążenia zespołu prądotwórczego, w [-],
PG min – wymagana minimalna moc czynna dysponowana ciągle przez zespół prądotwórczy, w [kW],
SnG – wymagana minimalna moc pozorna zespołu prądotwórczego, w [kVA],
cos φnG – znamionowy współczynnik mocy generatora zespołu prądotwórczego, w [-].
Ostatecznie zostanie przyjęty zespół prądotwórczy o mocy S = 160 kV, który po uwzględnieniu naddatku mocy wynoszącego 20% mocy znamionowej przez krótki czas dysponuje mocą czynną P = 160·1,2·0,8 = 153,6 kW > Pz = 149 kW.
4. Dobór kabli zasilających budynek pompowni pożarowej
a) zasilanie z sieci elektroenergetycznej:
dobór kabla na długotrwałą obciążalność prądową:
Zgodnie z normą PN-IEC 60364-5-523, warunki przy sposobie ułożenia „D”, spełnia kabel YAKS 4x120, dla którego Iz = 1,18·186 = 219,48 A > 200 A. sprawdzenie dobranego kabla z warunku spadku napięcia oraz samoczynnego wyłączenia podczas zwarć jednofazowych:
gdzie:
l – długość linii kablowej zasilającej budynek pompowni pożarowej, w [m],
ϒ – konduktywność przewodu, w [ m/(Ω·m)],
ΔU% – dopuszczalny spadek napięcia, w [%],
Xl – reaktancja linii zasilającej, w [Ω].
W artykule przyjęto ΔU% = 5% jako wartość dopuszczalną przy zasilaniu bezpośrednio ze stacji transformatorowej. Obliczenia przeprowadzono przy dopuszczalnym spadku napięcia dla stanu ustalonego z uwagi na ciągłe zasilanie grzejników elektrycznych oraz oświetlenia z uwzględnieniem prądu rozruchowego silnika pompy pożarowej.
Dopuszczalny spadek napięcia podczas rozruchu silnika pompy pożarowej (rozruch ciężki i rzadki) wynosi ΔU% = 10%, w prezentowanym przypadku nie znajduje on uzasadnienia. Przy zasilaniu silników osobnym kablem przy sprawdzeniu dobranych kabli należałoby oprócz większego dopuszczalnego spadku napięcia przyjąć współczynnik mocy cos właściwy dla silnika będącego w stanie rozruchu. Współczynnik ten można obliczyć z poniższego wzoru:
lub przyjąć z przedziału (0,1–0,4). Wartości mniejsze dotyczą silników większej mocy. Ewentualne dodatkowe obliczenia pozostawiam dociekliwym Czytelnikom.
- sprawdzenie dobranego kabla z warunku samoczynnego wyłączenia przy zwarciu jednofazowym w RP:
Na podstawie tabeli 10.25 zamieszczonej w publikacji autorstwa J. Wiatr; M. Orzechowski pt. „Dobór przewodów i kabli elektrycznych niskiego napięcia” DW MEDIUM 2018s, parametry zwarciowe transformatora (rezystancja oraz reaktancja) o mocy 400 kVA wynoszą odpowiednio:
Natomiast parametry linii kablowej:
gdzie:
S – przekrój przewodu, w [mm2],
x' – jednostkowa reaktancja, przyjmowana dla kabli niskiego napięcia, jako 0,08 Ω/km,
l – długość linii, w [km],
U0 – napięcie pomiędzy przewodem fazowym a uziemionym przewodem PEN lub PE, w [V],
Zk1 – impedancja obwodu zwarcia jednofazowego, w [Ω],
Ik1 – spodziewany prąd zwarcia jednofazowego, w [A],
Ia – prąd wyłączający zabezpieczenie w czasie określonym w normie PN-HD 60364-4-41:2009, w [A].
Warunek samoczynnego wyłączenia podczas zwarć doziemnych zostanie zachowany w myśl wymagań normy PN-HD 60364-4-41:2009.
- sprawdzenie dobranego kabla na warunki zwarciowe przy zwarciu symetrycznym w rozdzielnicy niskiego napięcia stacji transformatorowej o mocy S = 400 kVA:
gdzie:
Zk3 – impedancja dla zwarć symetrycznych, w [Ω],
Ik3 – spodziewany prąd zwarcia symetrycznego, w [A],
k – dopuszczalna wartość jednosekundowej gęstości prądu zwarciowego, w [A/mm2],
I2tw – całka Joule’a wyłączenia zabezpieczenia, w [A2·s].
Na podstawie przeprowadzonych obliczeń należy uznać dobór kabla za poprawny.
b) zasilanie awaryjne z zespołu prądotwórczego:
dobór kabla na długotrwałą obciążalność prądową:
Zgodnie z normą PN-IEC 60364-5-523, warunki przy sposobie ułożenia „D”, spełnia kabel YKKS 4x70, dla którego Iz = 1,18·178 = 210,04 A > 200 A.
sprawdzenie dobranego kabla z warunku spadku napięcia:
sprawdzenie dobranego kabla z warunku samoczynnego wyłączenia przy zwarciu jednofazowym w RP.
Parametry zwarciowe generatora zespołu prądotwórczego:
reaktancja generatora przyjmowana dla zwarć jednofazowych.
Natomiast parametry linii kablowej:
sprawdzenie dobranego kabla na warunki zwarciowe przy zwarciu symetrycznym na zaciskach generatora zespołu prądotwórczego:
gdzie:
Tk – czas trwania zwarcia, w [s],
x"d – reaktancja podprzejściowa wzdłużna generatora zespołu prądotwórczego, w [-].
Na podstawie przeprowadzonych obliczeń należy uznać dobór kabla za poprawny.
5. Dobór przekładników do układu pomiarowego półpośredniego obejmującego silniki pomp pożarowych:
gdzie:
Sp – moc tracona na przewodach łączących przekładniki z licznikiem zużytej energii, w [VA],
Sn – moc znamionowa przekładnika, w [VA],
SS – rzeczywiste obciążenie przekładników, w [VA],
Sap – moc pobierana przez licznik zużytej energii, w [VA],
ip – prąd udarowy, w [kA],
κ – współczynnik udaru (w sieciach nn można przyjmować wartość (1,4), w [-],
IthT1 – jednosekundowy krótkotrwały prąd cieplny, w [kA],
Idyn – prąd dynamiczny, w [kA],
Isn – znamionowy prąd strony wtórnej przekładnika, w [A],
Ipn – znamionowy prąd strony pierwotnej przekładnika, w [A].
Na podstawie obliczonych prądów zostaną przyjęte przekładniki typu ELA1D43 150/1 A/A S = 2,5 VA następujących parametrach: Ith = 60·Ipn = 60·150 = 9000 A = 9 kA > 0,55 kA, Idyn = 2,5·IthT1 = 2,5·9 = 22,5 kA > 5,75 kA.
6. Dobór zabezpieczeń oraz przewodów w poszczególnych obwodach:
Uwaga! Budynek pompowni ppoż. stanowi osobną strefę pożarową, przez co nie znajduje uzasadnienia stosowanie przewodów ognioodpornych do budowy instalacji elektrycznej.
silniki pomp pożarowych:
Zabezpieczenie zwarciowe: bezpieczniki WTN00gG80.
Uwaga! W obwodach zasilania pomp pożarowy nie wolno instalować żadnych zabezpieczeń przeciążeniowych oraz wyłączników różnicowoprądowych ze względu na wymaganą wysoką niezawodność zasilania.
Warunki spełnia przewód OPdżo 5x25, dla którego przy sposobie ułożenia „B2”, Iz = 117·0,85·1,06 ≈ 105,42 A > 88,28 A.
grzejniki elektryczne:
Zabezpieczenie: wyłącznik instalacyjny nadprądowy S301C16.
gdzie:
IB – spodziewany prąd obciążenia, w [A],
k2 – współczynnik krotności znamionowego zabezpieczenia, przy którym następuje jego zadziałanie w określonym umownym czasie, w [-],
In – prąd znamionowy zabezpieczenia, w [A],
IZ – długotrwała obciążalność prądowa przewodu, w [A],
Warunki spełnia przewód YDYżo 3x1,5, dla którego przy sposobie ułożenia „B2”, Iz = 15,75 A > 10.7. Sprawdzenie samoczynnego wyłączenia przy zwarciu jednofazowym w silnikach pomp pożarowych:
a) zasilanie z sieci elektroenergetycznej:
b) zasilanie z zespołu prądotwórczego:
Uwagi końcowe
- Kable zasilania podstawowego oraz zasilania awaryjnego, po ułożeniu, a przed ich zasypaniem, należy poddać inwentaryzacji geodezyjnej.
- Rozdział przewodu PEN na przewód PE oraz przewód N należy wykonać w rozdzielnicy RP. Miejsce rozdziału należy uziemić poprzez Główna Szynę Uziemiającą (GSU) Wymagana wartość rezystancji uziemienia RB ≤ 30 Ω.
- Punkt neutralny zespołu prądotwórczego należy uziemić. Wymagana wartość rezystancji uziemienia RB ≤ 5 Ω.
- Ochrona przeciwporażeniowa przy uszkodzeniu: samoczynne wyłączenie zgodnie z wymaganiami normy PN-HD 60364-4-41:2017 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym.
- Ochrona przeciwporażeniowa uzupełniająca: połączenia wyrównawcze i wysokoczułe wyłączniki różnicowoprądowe.
- W budynku pompowni należy wykonać połączenia wyrównawcze zgodnie z wymaganiami normy PN-HD 60364-5-54:2010 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 5-54: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Uziemienia, przewody ochronne i przewody połączeń wyrównawczych.
- Oprawy oświetleniowe w pompowni należy wyposażyć w moduł inwerterowy gwarantujący normalne funkcjonowanie źródła przez czas nie krótszy od 120 minut od chwili przerwy w dostawie energii elektrycznej ze źródeł zewnętrznych.
- Przepusty kabli zasilających należy uszczelnić od przedostawania się wody i gazów.
- Na drzwiach wejściowych do budynku należy zainstalować tabliczkę z napisem: POMPOWNIA POŻAROWA. NIEUPOWAŻNIONYM WSTĘP WZBRONIONY.
- Po wykonaniu prac instalacyjnych należy wykonać badania i sprawdzenia zgodnie z wymaganiami normy PN-HD 60364-6:2008 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 6: Sprawdzanie oraz normy N SEP-E 004 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa.
- Przed przystąpieniem do eksploatacji należy opracować instrukcję współpracy ruchowej zespołu prądotwórczego z siecią elektroenergetyczną, którą należy uzgodnić z właścicielem sieci elektroenergetycznej, rzeczoznawcą ds. bhp oraz rzeczoznawcą ds. zabezpieczeń ppoż.
- Eksploatację pompowni należy prowadzić zgodnie z instrukcją eksploatacji uzgodnioną z rzeczoznawcą ds. zabezpieczeń ppoż.
