Uproszczony projekt zasilania osiedla domków jednorodzinnych w energię elektryczną
Zdjęcie ilustracyjne, Pixabay
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.
Zobacz także
mgr inż. Julian Wiatr Uproszczony projekt zasilania w energię elektryczną stacji paliw płynnych
Często w praktyce zachodzi konieczność minimalizacji powierzchni terenu zajętego przez stację transformatorową przeznaczoną do zasilania obiektu budowlanego, wznoszonego na terenie inwestycyjnym. Z pomocą...
Często w praktyce zachodzi konieczność minimalizacji powierzchni terenu zajętego przez stację transformatorową przeznaczoną do zasilania obiektu budowlanego, wznoszonego na terenie inwestycyjnym. Z pomocą przychodzi stacja transformatorowa słupowa, zasilana kablem układanym w ziemi. Powierzchnia gruntu zajmowanego przez zabudowę stacji jest minimalna, a dodatkowe korzyści to zwolnienie z wymagań dotyczących odległości od innych budynków w zakresie ochrony ppoż., którym podlegają stacje kontenerowe.
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...
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 stacja taka może być wyposażona w transformator o mocy 630 kVA. W artykule prezentujemy stację o mocy 250 kVA, zasilaną kablem SN układanym w ziemi, przyłączonym do pobliskiej napowietrznej elektroenergetycznej linii SN.
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: Dz.U. z 2022 roku poz. 1225 z późniejszymi zmianami).
- Warunki techniczne przyłączenia wydane przez zakład energetyczny.
- Norma PN-EN 50322:2011 Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1 kV.
- 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
- Projektowany obiekt należy zasilać z wybudowanej na terenie inwestycji stacji transformatorowej słupowej SN/nn o mocy 160 kVA.
- Zasilanie projektowanej stacji należy 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.
- Grupa przyłączeniowa III.
- 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 tgφ = 0,4.
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 o długości 12 m. Słup, do którego projektowane jest przyłącze kablowe SN, zasilające projektowaną stację transformatorową, znajduje się w odległości 2,7 km od GPZ. Grunt w miejscu posadowienia stacji należy zaliczyć do gruntów średnich. Rezystywność gruntu ρ = 200 Ωxm. Moc zwarciowa na szynach SN w GPZ wynosi S”kQ = 260 MVA.
Opis stanu projektowanego
W miejscu wskazanym na rysunku 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.
Rys. 1. Plan zasilania osiedla, rys. J. Wiatr
Schemat ideowy zasilania projektowanej stacji transformatorowej SN/nn oraz jej wyposażenia przedstawia rysunek 2.
Widok uzbrojonej stacji transformatorowej przedstawia rysunek 3. (pełny opis s. 50. „Albumu słupowych stacji transformatorowych na słupach pojedynczych z żerdzi wirowanych STSRS-20/630, tom V” – www.strunobet.pl/do-pobrania 23.06.2018). Rysunek 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 RB ≤ 2,5 Ω.
Rys. 3. Uproszczony widok stacji STSRS-20/630-K-10,5/10 z transformatorem o mocy 250 kVA (pełny widok stacji zawierający wszystkie elementy konstrukcji znajduje się w „Albumie słupowych stacji transformatorowych na słupach pojedynczych z żerdzi wirowanych STSRS-20/630, tom V” – www.strunobet.pl/do-pobrania), gdzie: 1 – żerdź strunobetonowa wirowana E 10,5/10; 2 – podstawy bezpieczników SN; 3 – bezpieczniki VVC 24 kV 20 A; 4 – przekładnik napięciowy SN; 5 – przekładnik prądowy SN; 6 – odłącznik napowietrzny z uziemnikiem OUN-III Sp-24/4; 7 – napęd odłącznika z uziemnikiem; 8 – ogranicznik przepięć SN; 9 – szafka pomiarowa; 10 – rury osłonowe kabli nn; 11 – rury osłonowe kabli SN; 12 – uziom; 13 – kablowe głowice napowietrzne; 14 – kabel nn; 15 – kabel SN; 16 – przewód AFl 6-70; 17 – kondensator MKPg 3/440 – 3 kvar; 18 – ograniczniki przepięć nn
Rys. 3a. Ustój płytowy typu U2a, gdzie: 1 – element mocowania płyty ustojowej EUS-2p (2 szt.); 2 – obejma Ous-1a (4 szt.); 3 – płyta ustojowa U-85 (3 szt.); 4 – śruba z nakrętką M 16x20 (4 szt.); 5 – podkładka j 16 (4 szt.)
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:√3 V; Un2 = 100:√3 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 opisem zamieszczonym 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 o grubości 10 cm, warstwą rodzimego gruntu o 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 rysunek 4.
Obliczenia
1. Bilans mocy zapotrzebowanej oraz dobór mocy transformatora SN/nn:
W pierwszym przybliżeniu, warunki spełni transformator o mocy 160 kVA, lecz ze względu na planowaną rozbudowę osiedla oraz planowane oświetlenie uliczne, 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 zakład energetyczny.
Sprawdzenie żyły powrotnej na zwarcie dwufazowe:
Sprawdzenie dobranego kabla z warunku spadku napięcia:
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 – projekt rozdzielnicy nn nie jest objęty niniejszym opracowaniem), przy którym zostanie zachowana selektywność działania zabezpieczeń instalowanych w poszczególnych obwodach.
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 t = f (Ik) wynosi około 0,4 s < T = 1,5 s.
Wymagana rezystancja uziemienia transformatora:
Zgodnie z wymaganiami normy N SEP-E 001, w takim przypadku należy spełnić następujący warunek:
Ponieważ uziom zostanie wykonany jako kombinowany, rezystancje poszczególnych jego elementów wyniosą:
- pojedynczy uziom pionowy Φ16 o 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 FeZn30x4 stanowiącą uziom poziomy):
Warunek będzie spełniony.
Dobór przekładnika prądowego:
Wymagane parametry zwarciowe przekładnika:
- prądy zwarciowe na końcu projektowanej linii kablowej (l = 200 m – uwzględnia całkowitą długość kabla łącznie z zapasami):
- znamionowy prąd dynamiczny Idyn ≥ Ip = 6,66 kA,
- 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],
IBTr – spodziewany prąd obciążenia obwodu pierwotnego przekładnika prądowego, 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],
IBTr – spodziewany prąd obciążenia transformatora, w [A],
Ik”– początkowy prąd zwarcia, w [kA],
T – elektromagnetyczna stała czasowa obwodu zwarciowego, w [s],
x’ – jednostkowa reaktancja linii elektroenergetycznej, w [Ω/km] (dla linii kablowej SN: x’=[0,1 Ω/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 [Ω],
τpz – początkowa temperatura zwarcia, w [K],
τdz – dopuszczalna temperatura zwarcia, w [K],
Tk – czas trwania zwarcia, w [s],
C – ciepło właściwe żyły przewodzącej przewodu lub kabla, w [J(cm3xK],
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, Kraków 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 [Ωxm],
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
- Ochrona przeciwporażeniowa przy uszkodzeniu po stronie SN – uziemienie.
- Ochrona przeciwporażeniowa po stronie nn – samoczynne wyłączenie zgodnie z wymaganiami normy PN-HD 60364-4-41:2009.
- Rezystancja uziemienia stacji transformatorowej nie może przekraczać 2,5 W.
- Przy pracach budowlanych związanych z budową linii kablowej w miejscach uzbrojenia terenu roboty należy wykonywać ręcznie, w porozumieniu oraz pod nadzorem użytkowników poszczególnych elementów uzbrojenia terenu.
- Po ułożeniu kabla, przed jego zasypaniem, należy uszczelnić rury osłonowe, aby nie przedostawała się woda, i poddać całość linii kablowych inwentaryzacji geodezyjnej.
- Żyły powrotne poszczególnych kabli należy uziemić na obu końcach.
- Po wykonaniu linii kablowych należy wykonać badania odbiorcze.