Uproszczony projekt zasilania stacji bazowej radiowego łącza internetowego
J. Wiatr
W linii ogrodzenia terenu stacji zainstalowana jest szafka złączowo-licznikowa, przystosowana do zainstalowania układu pomiarowego bezpośredniego. Energia elektryczna do wymienionej szafki doprowadzona jest kablem YAKXS 4×120, przyłączonym do pobliskiej linii elektroenergetycznej niskiego napięcia. Impedancja obwodu zwarciowego dla zwarć jednofazowych zmierzona miernikiem MZ-C2 w szafce złączowo-licznikowej, na zaciskach przyłączeniowych kabla, wynosi Zk1=0,50 Ω. Impedancja dla zwarć trójfazowych wynosi odpowiednio Zk3=0,35 Ω.
Podstawa opracowania
- Zlecenie inwestora.
- PN-IEC 60364 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych,
- Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690 z późniejszymi zmianami).
- N SEP-E-004 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa.
- Uzgodnienia z inwestorem podczas wizji lokalnej w terenie.
- Wytyczne technologa.
- Projekt wentylacji kontenera opracowany przez projektanta branży sanitarnej.
- DTR producenta zespołu prądotwórczego oraz producenta zasilacza UPS.
- Wytyczne techniczne przyłączenia wydane przez spółkę dystrybucyjną.
Opis techniczny i obliczenia
W miejscu wskazanym na rysunku 2. należy zainstalować zespół prądotwórczy (ZP) o mocy 45 kVA. Zespół należy posadowić na fundamencie stanowiącym osobne opracowanie branży konstrukcyjnej. Z tablicy przyłączy zespołu prądotwórczego należy wyprowadzić kabel YKYżo 5×16, który należy układać w wykopie o głębokości 0,8 m w rurze osłonowej ∅ 75 i wprowadzić do układu automatyki SZR sieć/ZP zainstalowanej w kontenerze. Z układu SZR sieć/ZP należy wyprowadzić kabel YKYżo 5×10 do rozdzielnicy UPS (RUPS), do której przyłączony zostanie zasilacz UPS, klimatyzator, oświetlenie kontenera oraz układ sterowania wentylacją w układzie detekcji stężenia wodoru. WLZ doprowadzający zasilanie z szafki złączowo-licznikowej zlokalizowanej w linii ogrodzenia, do układu automatyki SZR sieć/ZP należy wykonać kablem YKYżo 5×16. Kabel ten należy układać w wykopie o głębokości 0,8 m na podsypce z piasku o grubości 0,1 m. Po ułożeniu kabli należy je zasypać warstwą piasku o grubości 0,1 m, a następnie warstwą rodzimego gruntu o grubości 0,15 m, ułożyć taśmę kablową koloru niebieskiego i zasypać wykop.
Schemat zasilania przedstawia rysunek 1. Plan linii kablowej zasilania awaryjnego, WLZ oraz instalacji wewnątrz kontenera przedstawia rysunek 2. Schemat sterowania wentylacją w układzie detekcji stężenia wodoru przedstawia rysunek 4. Schematy montażowe RUPS oraz rozdzielnicy wentylacji przedstawiają rysunek 3. i rysunek 5. Na rysunku 6. został przedstawiony diagram działania wentylacji, a na rysunku 7. schemat aplikacyjny detekcji stężenia wodoru. Ochronę przeciwprzepięciową projektowanej instalacji należy wykonać jako jednostopniową z wykorzystaniem ogranicznika typu 2, instalowanego w RUPS.
Zespół prądotwórczy o mocy 45 kVA, układ automatyki SZR sieć/ZP oraz zasilacz UPS o mocy 20 kVA, stanowią zakup realizowany przez inwestora (moc zasilacza UPS została dobrana przez technologa na podstawie obliczeń mocy zapotrzebowanej przez instalowane w kontenerze urządzenia elektroniczne).
Obliczenia
Moc czynna zapotrzebowana na wyjściu zespołu prądotwórczego:
Minimalna moc zespołu prądotwórczego:
gdzie:
PwejUPS – moc czynna wejściowa zasilacza UPS, w [kW],
PwyjUPS – moc czynna wyjściowa zasilacza UPS odczytana z katalogu producenta, w [kW],
W – współczynnik zniekształceń odczytany z katalogu producenta, w [-],
η – sprawność zasilacza UPS, w [-],
p – współczynnik wykorzystania, w [-],
PGmin – minimalna moc czynna, której zapotrzebowanie musi pokryć generator zespołu prądotwórczego, w [A],
cosϕZ – współczynnik mocy zapotrzebowanej, w [-],
cosϕnG – znamionowy współczynnik mocy generatora zespołu prądotwórczego, w [-],
SGmin – minimalna moc pozorna zespołu prądotwórczego, przy której nastąpi pokrycie mocy zapotrzebowanej przy określonym współczynniku mocy cosϕZ, w [kVA].
Na podstawie katalogu producenta należy przyjąć zespół prądotwórczy o mocy S=45 kVA.
Dobór układu automatyki SZR sieć/ZP:
gdzie:
SnG – znamionowa moc pozorna generatora zespołu prądotwórczego, w [kVA],
UnG – napięcie znamionowe na zaciskach generatora zespołu prądotwórczego, w [V],
IBG – znamionowy prąd generatora zespołu prądotwórczego, w [A].
Na tej podstawie należy dobrać fabryczny układ automatyki SZR sieć/ZP o prądzie znamionowym 80 A. Prąd znamionowy zabezpieczenia nadprądowego zainstalowanego w zespole prądotwórczym InG=63 A (podstawa karta katalogowa zespołu prądotwórczego).
Dobór kabla zasilania awaryjnego na długotrwałą obciążalność prądową i przeciążalność:
Na podstawie PN-IEC 60364-5-523 należy przyjąć kabel YKYżo 5×16, dla którego przy sposobie ułożenia D oraz uwzględnieniu współczynnika poprawkowego ze względu na rezystywność gruntu ρz=1 K⋅m/W oraz obciążenia czterech przewodów, dopuszczalna długotrwała obciążalność prądowa wynosi:
Dobór kabla WLZ na długotrwałą obciążalność prądową i przeciążalność:
gdzie:
PZ – moc zapotrzebowana, w [W],
Un – napięcie znamionowe, w [V],
In – prąd znamionowy zabezpieczenia, w [A],
k2 – współczynnik krotności prądu znamionowego zabezpieczenia, gwarantujący zadziałanie zabezpieczenia w określonym czasie, w [-],
Un – napięcie znamionowe, w [-],
cosϕ – współczynnik mocy, w [-].
Na podstawie PN-IEC 60364-5-523 należy przyjąć kabel YKYżo 5×16, dla którego przy sposobie ułożenia D oraz uwzględnieniu współczynnika poprawkowego ze względu na rezystywność gruntu ρz=1 K⋅m/W oraz obciążenia czterech przewodów, dopuszczalna długotrwała obciążalność prądowa wynosi:
Sprawdzenie dobranych kabli z warunku samoczynnego wyłączenia:
– impedencja obwodu zwarciowego w RUPS przy zasilaniu z sieci elektroenergetycznej:
– impedencja obwodu zwarciowego w RUPS przy zasilaniu z zespołu prądotwórczego:
Prądy zwarcia jednofazowego przy zasilaniu z zespołu prądotwórczego:
– układ automatyki SZR sieć/ZP przy zasilaniu z generatora ZP:
zasilacz UPS przy zasilaniu z generatora ZP:
Warunek samoczynnego wyłączenia przy zasilaniu z generatora ZP nie zostanie spełniony. Należy zatem wszystkie dostępne oraz obce części przewodzące objąć połączeniami wyrównawczymi.
Ponieważ przewidywana długość przewodów wyrównawczych nie przekroczy 10 m, wymagany przekrój przewodów wyniesie:
Należy zatem przyjąć przewód LgYżo 6.
Prąd zwarcia jednorazowego przy zasilaniu z sieci elektroenergetycznej:
- układ automatyki SZR sieć/ZP:
– zasilacz UPS:
gdzie:
l – długość kabla, w [m],
U0 – napięcie pomiędzy przewodem fazowym a uziemionym przewodem PE, w [V],
S – przekrój przewodu kabla zasilającego szafkę sterowania oświetleniem, w [mm2],
IZ – wymagana minimalna dopuszczalna obciążalność przewodu, w [A],
k2 – współczynnik krotności prądu znamionowego bezpiecznika, gwarantujący zadziałanie zabezpieczenia w określonym czasie, w [-],
n – odczytana z katalogu krotność prądu znamionowego gwarantowanego przez producenta zespołu prądotwórczego podczas zwarć na zaciskach generatora, w [-],
UL – napięcie dopuszczalne długotrwale w określonych warunkach, w [V],
γ – konduktywność, w [m/(Ω⋅mm2)],
Ik1 – prąd zwarcia jednofazowego, w [A],
Ia – prąd, przy którym nastąpi zadziałanie zabezpieczenia w określonym w normie PN-IEC 60364-4-41 czasie, w [s].
Przy takim prądzie zachowana będzie również selektywność zadziałania wyłączników nadprądowych połączonych kaskadowo z bezpiecznikiem topikowym.
Sprawdzenie dobranego kabla WLZ na warunki zwarciowe:
gdzie:
I”k3 – początkowy prąd zwarciowy, w [A],
k – dopuszczalna jednosekundowa gęstość prądu, w [A/mm2],
I2tw – całka Joule’a wyłącznika, w [A2s].
Dobór kabla należy uznać za poprawny.
Sprawdzenie dobranych kabli z warunku spadku napięcia:
– WLZ:
– kabel zasilania awaryjnego:
Warunek spełniony.
Uwagi końcowe
- Wszelkie prace należy wykonać zgodnie z dokumentacją oraz obowiązującymi normami i przepisami techniczno-prawnymi. W kontenerze należy wykonać szynę wyrównawczą (SU), z którą należy połączyć wszystkie dostępne oraz obce części przewodządze.
- Ochrona przeciwporażeniowa przy uszkodzeniu (uzupełniająca) podczas zasilania z generatora zespołu prądotwórczego – połączenia wyrównawcze.
- W kontenerze należy zainstalować wentylację wyciągową sterowaną automatycznie przy wspomaganiu układem detekcji stężenia wodoru. Projekt wentylacji stanowi osobne opracowanie branży sanitarnej.
- Po wykonaniu wszelkich prac instalacyjnych objętych projektem należy przeprowadzić próby i pomiary odbiorcze zgodnie z wymaganiami PN-HD 60364-6.
- Eksploatację zespołu prądotwórczego należy prowadzić na podstawie instrukcji współpracy ZPE z siecią elektroenergetyczną.
Projekt został zrealizowany przez warszawską firmę ELMEX wiosną 2009 r.