Uproszczony projekt zasilania w energię elektryczną obiektu użyteczności publicznej (część 1.)
Zasilanie stacji transformatorowej SN/nn
Obiekt użyteczności publicznej – budynek biurowy, fot. Pixabay
Projekt dotyczy obiektu użyteczności publicznej składającego się z budynku biurowego, budynku garażowego oraz budynku gospodarczego. W związku z tym, że budowa kontenerowej lub słupowej stacji transformatorowej nie wchodziła w rachubę, w budynku garaży zostało wydzielone miejsce do instalacji przemysłowej stacji transformatorowej.
Podstawa opracowania
- Zlecenie inwestora.
- Wizja lokalna w terenie.
- 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 N SEP-E 001 Sieci elektroenergetyczne niskiego napięcia. Ochrona przeciwporażeniowa.
- 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.
- Norma 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.
- Katalogi producentów kabli oraz producentów osprzętu kablowego.
Wyciąg z warunków technicznych przyłączenia, wydanych przez OSD
Dostawa energii będzie realizowana na SN z RSN Stacji Transformatorowej Malborska. Na terenie obiektu użyteczności publicznej położonego przy ul. Szczecińskiej należy wybudować stację transformatorową o mocy umożliwiającej pokrycie mocy zapotrzebowanej przez zasilane odbiorniki energii elektrycznej. Miejscem dostawy energii będzie złącze SN wybudowane w linii ogrodzenia wraz z układem pomiarowym zużytej energii elektrycznej. Energię elektryczną do złącza kablowego SN należy doprowadzić kablem o przekroju ustalonym na podstawie obliczeń, lecz nie mniejszym niż 50 mm2, wyprowadzonym z wolnego pola RSN stacji transformatorowej SN/nn Malborska. Moc zwarciowa na szynach RSN stacji transformatorowej wynosi S"kQ = 50 MVA. Czas trwania zwarcia Tk = 1,5 s. Pomiar rozliczeniowy zużytej energii należy projektować w układzie pośrednim zlokalizowanym w szafce pomiarowej zainstalowanej obok złącza kablowego SN. Resztkowy niekompensowany prąd ziemnozwarciowy w sieci SN: Inkc = 15 A.
Opis stanu istniejącego
W odległości 300 m od stacji transformatorowej SN/nn Malborska zlokalizowany jest obiekt użyteczności publicznej, składający się z trzech budynków: budynku biurowego; budynku garażowego oraz budynku gospodarczego. Teren obiektu jest ogrodzony. Moc zapotrzebowana przez obiekt została określona w projekcie instalacji elektrycznych obiektu, z pominięciem układu kompensacji mocy biernej:
- budynek biurowy: Pz = 190 kW; cos φ = 0,8,
- budynek garaży wraz ze stacją diagnostyczną: Pz = 60 kW, cos φ = 0,8.
- budynek gospodarczy: Pz = 15 kW, cos φ = 0,8.
W związku z tym, że budowa kontenerowej lub słupowej stacji transformatorowej nie wchodzi w rachubę, w budynku garaży zostało wydzielone miejsce do instalacji przemysłowej stacji transformatorowej ICZ-E 15/0,4 kV wyposażonej w transformator o mocy 400 kVA o układzie połączeń Dy5.
Opis techniczny
W miejscu określonym w projekcie instalacji elektrycznych budynku garaży należy zainstalować przemysłową stację transformatorową ICZ-E wyposażoną w transformatory o mocy 400 kVA o grupie połączeń Dy5. Z wolnego pola RSN stacji transformatorowej Malborska należy wyprowadzić kabel 3xXRUHAKXS 50/16 – 12/20, który należy układać w rowie kablowym o głębokości 0,9 m na podsypce z piasku o grubości 10 cm. Kabel należy wprowadzić do złącza kablowego SN zainstalowanego w linii ogrodzenia obiektu użyteczności publicznej. Ze złącza kablowego należy wyprowadzić linię kablową wykonaną kablem 3xXRUHAKXS 50/16 – 12/20 do zasilania transformatora zlokalizowanego w budynku garażowym. Kable należy układać w wykopach o głębokości 0,9 m na podsypce z piasku o grubości 10 cm. Po ułożeniu wszystkich projektowanych kabli należy je zasypać warstwą piasku grubości 10 cm, warstwą rodzimego gruntu o grubości 30 cm, rozłożyć wzdłuż całej trasy taśmę kablową koloru czerwonego i zasypać wykop. Na kablu projektowanych 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.
Rezystancja uziemienia ochronnego transformatora R ≤ 3 Ω. Uziemienie transformatora należy wykonać jako wspólne z uziemieniem roboczym punktu neutralnego dolnego uzwojenia transformatora. Układ pomiarowy zużytej energii elektrycznej należy zainstalować w szafce pomiarowej zlokalizowanej obok złącza kablowego SN i wykonać w układzie pośrednim, z wykorzystaniem przekładników prądowych SN typu CTS 17 15/5 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., oraz przekładników napięciowych SN VTS 17 o mocy Sn = 7,5 VA i napięciach Un1 = 1500 : √3 V; Un2 = 100 : √3 V.
Plan linii kablowych przedstawia rysunek 1. Schemat układu zasilania przedstawia rysunek 2.
Rys. 1. Plan projektowanej linii SN, rys. J. Wiatr
Rys. 2. Schemat układu zasilania w energię elektryczną obiektu użyteczności publicznej, rys. J. Wiatr
Obliczenia
Sprawdzenie poprawności założonej mocy transformatora:
Dobór zabezpieczeń transformatora:
Zostaną przyjęte bezpieczniki VV C 10/17,5kV 32A 50N, produkcji ETI POLAM.
Prądy zwarciowe w RSN stacji transformatorowej Malborska (miejsce przyłączenia projektowanej linii kablowej SN) oraz dobór kabla zasilającego SN:
Sprawdzenie żyły powrotnej na zwarcie dwufazowe:
Sprawdzenie dobranego kabla z warunku spadku napięcia:
Zostanie przyjęty kabel 3xXRUHAKXS 50/16 – 12/20. Linia kablowa łącząca ZKL SN z transformatorem stacji SN/nn o mocy 400 kV zasilającej obiekt wynosi około 20 m. Jest to mała odległość, przez co wyznaczone wartości spodziewanych prądów w ZK SN należy przyjąć do warunków zwarciowych występujących na górnych zaciskach transformatora.
W rzeczywistości tłumienność wnoszona przez kabel spowoduje, że będą one nieco niższe od wartości wyznaczonych na zaciskach ZK, ale dla odległości 20 m można przyjąć wartości właściwe dla ZK. Powoduje to powstanie błędu w kierunku dodatnim, czyli bezpiecznym. Podobnie nieznacznie wzrośnie spadek napięcia, ale przy odległości 20 m i wyznaczonej wartości spadku napięcia w ZK SN będzie to wartość pomijalnie mała.
Wymagana rezystancja uziemienia transformatora:
Zgodnie z wymaganiami normy N SEP-E 001, w takim przypadku należy spełnić następujący warunek:
Uziemienie transformatora należy wykonać jako wspólne z uziemieniem punktu neutralnego dolnego uzwojenia. 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 20 m, połączonych taśmą FeZn 30x4 stanowiącą uziom poziomy):
Warunek będzie spełniony.
Dobór przekładnika prądowego:
Przekładniki prądowe zostaną dobrane do prądu znamionowego transformatora, który jest nieco większy od spodziewanego prądu obciążenia:
In1 = IBT = 15,42 A < IB = 12,9 A
Na podstawie obliczonego spodziewanego prądu pierwotnego przekładnika należy dobrać przekładniki 15/5 A/A:
Wymagane parametry zwarciowe przekładnika:
- prądy zwarciowe w ZK SN:
- znamionowy prąd dynamiczny:
Idyn ≥ Ip = 4,5 kA
- znamionowy krótkotrwały prąd cieplny (1-sekundowy):
Zostanie przyjęty przekładnik prądowy SN typu CTS 17 15/5 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],
IBT – spodziewany prąd obciążenia transformatorów, 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’=[0,1Ω/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/(cm3⋅K)],
k – jednosekundowa gęstość prądu zwarciowego, w [A/mm2],
α – temperaturowy współczynnik rezystancji, w [K-1],
UL – 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 [Ω⋅m].
Przyjęty został przekładnik napięciowy SN typu VTS17 o mocy 7,5 VA na napięcie pierwotne V oraz napięcie wtórne V, produkcji KPB Intra Polska Sp. z o.o., z bezpiecznikiem topikowym JT 0,6 A oraz kabel YKY 4x1,5.
Uwagi końcowe
- Ochrona przeciwporażeniowa przy uszkodzeniu – uziemienie.
- Rezystancja uziemienia stacji transformatorowej nie może przekraczać 3 Ω.
- 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, rury osłonowe należy uszczelnić od przedostawania się wody i poddać całość linii kablowych inwentaryzacji geodezyjnej.
- Żyły powrotne poszczególnych kabli należy uziemić na obu końcach.
- Instalację ZK SN należy wykonać zgodnie z DTR producenta.
- Po wykonaniu linii kablowych należy wykonać badania odbiorcze.
