Uproszczony projekt zasilania w energię elektryczną wybranych budynków osiedla mieszkaniowego

Podstawa opracowania

1. Warunki zabudowy, wydane przez lokalny urząd administracji terenowej.
2. Warunki techniczne zasilania, wydane przez Operatora Sieci Dystrybucyjnej (wyciąg w załączeniu).
3. Wizja lokalna w terenie.
4. Badania geologiczne przeprowadzone na terenie inwestycji (pominięte w artykule).
5. Projekt zagospodarowania terenu oraz projekt instalacji elektrycznych budynków planowanych do wzniesienia na terenie objętym projektem zagospodarowania terenu.
6. Ustawa z dnia 11 stycznia 2018 r. o elektromobilności i paliwach alternatywnych (Dz.U. 2018 poz. 317 z późniejszymi zmianami).
7. Rozporządzenie Ministra Energii z dnia 26 czerwca 2019 roku w sprawie wymagań technicznych dla stacji ładowania i punktów ładowania stanowiących element infrastruktury ładowania drogowego transportu publicznego (Dz.U. z 2019 roku poz. 1316 z późniejszymi zmianami).
8. Rozporządzenie Ministra Klimatu i Środowiska z dnia 22 marca 2023 roku w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (Dz.U. z 2023 roku poz. 819 z późniejszymi zmianami).
9. 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 – traci ważność z dniem 21 września 2027 roku].
10. Norma PN-EN 50322:2011 Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1 kV.
11. Norma N SEP-E 004:2022-08 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa.
12. Norma N SEP-E 002 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Instalacje elektryczne w obiektach mieszkalnych. Podstawy planowania.
13. Wieloarkuszowa norma PN-90/E-06401 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Osprzęt do kabli o napięciu znamionowym nieprzekraczającym 30 kV.
14. Norma N SEP-E 001 Sieci elektroenergetyczne niskiego napięcia. Ochrona przeciwporażeniowa.
15. Norma PN-EN 60865-1:2002 Obliczanie skutków prądów zwarciowych. Część 1. Definicje i metody obliczeń.
16. Norma PN-HD 60364-4-41:2017-09 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym.
17. Norma PN-HD 60364-5-52:2011 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Obciążalność prądowa długotrwała przewodów.
18. Norma PN-HD 60364-5-54:2011 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 5-54: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Układy uziemiające i przewody ochronne.
19. Katalogi producentów kabli oraz producentów osprzętu kablowego.
20. Katalogi producentów kontenerowych stacji transformatorowych SN/nn.

Wyciąg z technicznych warunków przyłączenia

1. Operator Sieci Dystrybucyjnej wyraża zgodę na pokrycie mocy 500 kW, zapotrzebowanej przez budynki mieszkalne, stację ładowania samochodów elektrycznych oraz oświetlenie uliczne.
2. Zasilanie projektowanej stacji transformatorowej SN/nn należy wykonać kablem SN o przekroju dobranym na podstawie obliczeń (nie mniejszym niż 120 mm²), przyłączanym do istniejącego złącza kablowego SN w rejonie ul. Gdyńskiej.
3. Prąd zwarcia symetrycznego na szynach SN w GPZ I^"_k3 = 10 kA.
4. Kontrolny układ pomiarowy należy projektować w układzie półpośrednim i zlokalizować w przedziale rozdzielnicy nn stacji transformatorowej.
5. Układy pomiarowe zużytej energii przez projektowane budynki oraz stacje ładowania samochodów elektrycznych należy instalować odpowiednio:
   – w budynkach mieszkalnych – zgodnie z projektem instalacji elektrycznych
   – na stacji ładowania samochodów elektrycznych układ półpośredni należy zainstalować w złączu zasilania stacji ładowania samochodów elektrycznych.
6. Czas trwania zwarcia w linii SN – 1,5 s.
7. Niekompensowany prąd resztkowy przy zwarciach doziemnych I_knc = 20 A.
8. Dopuszczalny współczynnik tgφ = 0,4.
9. Zasilanie projektowanych elementów należy wykonać kablami układanymi w ziemi, o przekrojach zgodnych z wynikami obliczeń. Kable zasilające należy wyprowadzić z przedziału rozdzielnicy nn projektowanej stacji transformatorowej.
10. Po stronie SN należy stosować kabel o przekroju 120 mm² lub większym, w zależności od wyników obliczeń.

Opis stanu istniejącego

W rejonie ul. Gdyńskiej przebiega linia kablowa SN doprowadzona do złącza kablowego SN, przeznaczonego do rozbudowy układu zasilania stacji transformatorowych wznoszonego osiedla mieszkaniowego. Moc gwarantowana do pobrania ze złącza wynosi 5 MVA. Energia do złącza jest doprowadzona z GPZ-tu kablem 3 x XRUHAKXS 240 – 12/20 o długości 2700 m. Grunt w miejscu projektowanego posadowienia stacji transformatorowej należy zaliczyć do gruntów średnich. Rezystywność gruntu ρ = 300 Ω⋅m.

Opis stanu projektowanego

Do zasilania budynków oraz stacji ładowania samochodów elektrycznych o mocy 2x60 kW należy zainstalować stację transformatorową 15/0,4 kV o grupie połączeń Dyn5 i mocy 630 kVA, w miejscu wskazanym na rysunku 1. 

Kontener stacji należy posadowić na gruncie ściśle według wytycznych producenta. Zasilanie stacji należy wykonać kablem 3xXRUHAKXS 120-12/20, wyprowadzonym z wolnego pola złącza kablowego SN, zlokalizowanego przy ul. Gdyńskiej. Schemat ideowy zasilania projektowanej stacji transformatorowej SN/nn oraz jej wyposażenia przedstawiają: rysunek 2. oraz rysunek 2a. 

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: R_B ≤ 2,5 Ω. Kontrolny układ pomiarowy zużytej energii elektrycznej należy wykonać w układzie półpośrednim, z wykorzystaniem przekładników prądowych nn 800/1 A/A, o parametrach nie gorszych od uzyskanych wyników obliczeń. Kontrolny układ pomiarowy zużytej energii należy instalować w przedziale nn stacji transformatorowej.

Kabel 3xXRUHAKXS 120-12/20, zasilający projektowaną stację transformatorową SN/nn oraz wymieniane odcinki istniejącej linii kablowej SN, 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 i trasa – symbol użytkownika – symbol wykonawcy.

Projektowane kable nn, zasilające poszczególne budynki oraz stację ładowania samochodów elektrycznych, należy układać w wykopie o głębokości 80 cm, na podsypce piasku o grubości 10 cm, wzdłuż trasy przedstawionej na rysunku 1. Następnie kabel należy zasypać warstwą piasku o grubości 10 cm, warstwą rodzimego gruntu o grubości 35 cm, ułożyć taśmę kablową koloru niebieskiego (taśma musi wystawać po 5 cm z każdej strony budowanej linii kablowej) i zasypać wykop, doprowadzając grunt do stanu sprzed wykopu. Na kablach projektowanych linii nn przed zasypaniem należy w odstępach co 10 m założyć opaski kablowe zawierające następujące informacje: typ kabla – rok ułożenia – długość i trasa– symbol użytkownika – symbol wykonawcy.

Przepusty pod jezdniami należy wykonać rurami SRS Ø 150, które po wprowadzeniu kabla należy uszczelnić, aby zabezpieczyć kable przed przedostawaniem się wody. Wzdłuż kabli zasilających należy ułożyć kable sterownicze, przeznaczone do przyłączenia układu ograniczenia możliwości poboru mocy przez odbiorców komunalnych oraz odcięcia zasilania w stacji ładowania samochodów elektrycznych.

Obok budynku stacji transformatorowej, w miejscu wskazanym na rysunku 1., należy zainstalować Szafę Sterowania Oświetleniem Nocnym (SON), która umożliwia sterowanie oświetleniem ulicznym o mocy zapotrzebowanej nie większej niż 5 kVA (oświetlenie uliczne w artykule zostało pominięte). Układ zasilania ma możliwość przejęcia zasilania przez mobilny zespół prądotwórczy, umożliwiający zasilanie budynków oraz oświetlenia ulicznego w przypadku długotrwałej przerwy w dostawie energii z systemu elektroenergetycznego. Przy tymczasowym zasilaniu z zespołu prądotwórczego, zasilanie stacji ładowania samochodów jest wyłączone ręcznie na etapie przyłączania zespołu prądotwórczego. Schematy zasilania poszczególnych budynków przedstawiają rysunki 5.–7. Za miejscami postojowym dla ładowanych pojazdów należy umieścić zaktualizowany znak D-18a z dodatkową informacją: „Tylko dla pojazdów elektrycznych na czas ładowania” oraz znak D-23c (patrz: rysunek 4.).

Projekt zasilania stacji ładowania pojazdów elektrycznych zostanie opublikowany w numerze 3/2026 „elektro.info”.

Obliczenia

Moc zapotrzebowana:

• moc zapotrzebowana przez stację ładowania samochodów elektrycznych – na podstawie danych uzyskanych od producentów ładowarek: η = 0,92; THD_i = 5%; cosφ = 0,93 ⇒ tgφ = 0,4

• moc zapotrzebowana przez budynki, na podstawie normy N SEP-E 002:

Zatem moc zapotrzebowana czynna projektowanego układu zasilania wynosi:

Moc zapotrzebowana bierna projektowanego układu zasilania:

Moc zapotrzebowana pozorna projektowanego układu zasilania oraz spodziewany prąd szczytowy po stronie nn transformatora:

Należy przyjąć zabezpieczenie dolnej strony transformatora, wykonane bezpiecznikiem gTr630, którego

Należy przyjąć transformator SN/nn o mocy S = 630 kV i obliczyć straty mocy czynnej oraz biernej w celu sprawdzenia, czy nie zostanie przekroczona moc znamionowa transformatora. Parametry transformatora SN/nn o mocy S = 630 kVA o grupie połączeń Dyn5, na podstawie karty katalogowej transformatora:

Należy przyjąć transformator suchy SN/nn Dyn5 o mocy 630 kVA.

Dobór elementów wyposażenia stacji transformatorowej po stronie SN oraz dobór kabla SN zasilającego transformator:

• parametry zwarciowe dla SEE na szynach 15 kV w GPZ:

• parametry zwarciowe w miejscu przyłączenia projektowanego kabla zasilającego projektowaną stację transformatorową oraz dobór złącza kablowego SN:

Zostanie przyjęte czteropolowe złącze kablowe SN o następujących parametrach: I_n = 630 A, U_n = 24 kV, I_ns = 40 kA, które spełnia wymagania dla obliczonych spodziewanych prądów zwarciowych:

• wymagany przekrój kabla zasilającego projektowaną stację transformatorową ze względu na zwarcia:

Należy przyjąć kabel 3xXRUHAKXS 120/50-12/20, zgodnie z warunkami technicznymi przyłączenia wydanymi przez spółkę dystrybucyjną.

• Sprawdzenie żyły powrotnej dobranego kabla na zwarcie dwufazowe:

Sprawdzenie dobranego kabla z warunku spadku napięcia (obciążenie maksymalne mocą pozorną w istniejącej linii kablowej w miejscu projektowanego przyłączenia odgałęzienia zasilającego transformator o mocy 630 kVA, ustalone na podstawie informacji uzyskanych w spółce dystrybucyjnej, wynosi: S_OLK = 5 MVA):

Zastępczy współczynnik mocy:

Spodziewany prąd obciążenia kabla zasilającego transformator o mocy 630 kVA:

Prądy obciążenia linii kablowej SN:

• do złącza kablowego SN, przy założeniu przesyłanej mocy 5 MVA:

• od złącza kablowego do projektowanej stacji transformatorowej SN/nn o mocy S = 630 kVA:

• spadek napięcia do górnych zacisków transformatora:

Dobór zabezpieczenia transformatorów po stronie SN:

Należy dobrać bezpieczniki SN VV 24 kV – 50 A o prądzie nominalnym 50 A.

Dobór przekładnika prądowego nn do współpracy z kontrolnym układem pomiarowym:

• znamionowy prąd dynamiczny (Z_{T/S=630 kVA} = 0,0168 Ω; R_T = 0,0032 Ω; X_T = 0,0165 Ω – tabela Z.3.16 zamieszczona w 2. tomie „Poradnika projektanta elektryka – J. Wiatr, M. Orzechowski, wydanie VI – 2021, dodruk – 2023):

• I_dyn ≥ i_p = 33,87 kA
• znamionowy krótkotrwały prąd cieplny (1-sekundowy):

Należy zainstalować przekładnik prądowy o parametrach: 800/1 A 10 VA kl. 0,2 o mocy S_n ≥ 7,5 VA, I_dyn = 35 kA oraz I_thT1 ≥ 5,3 kA.

Dobór elementów projektowanego układu zasilania po stronie nn

Zabezpieczenie po stronie dolnego napięcia – bezpiecznik topikowy gTr 630 (zainstalowany w szafie rozdzielczej nn, zlokalizowanej w projektowanej stacji transformatorowej), 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 630 przy spodziewanym prądzie zwarcia odczytany z jego charakterystyki prądowo-czasowej wynosi około 0,1 s < T_k = 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 ∅16, o długości L_V = 6 m (dolny koniec 7 m poniżej poziomu gruntu, a górny 1 m poniżej poziomu gruntu), według normy PN-HD 60364-5-52:2011:

• uziom poziomy na głębokości 1 m, o długości L_H = 200 m:

• wartość wypadkowa uziemienia (20 uziomów pionowych oddalonych od siebie średnio o 10 m, połączonych taśmą FeZn 30x4 stanowiącą uziom poziomy):

Warunek będzie spełniony.

Uwaga! Uziom ten jest wspólny dla złącza kablowego SN oraz transformatora i jego punktu neutralnego strony dolnego napięcia.

Prądy zwarciowe po stronie nn transformatora 15/0,4 kV o mocy S_nT = 630 kVA:

Na podstawie tabeli Z.3.16, zamieszczonej w 2. tomie „Poradnika projektanta elektryka” (J. Wiatr, M. Orzechowski, wydanie VI – 2021), parametry zwarciowe transformatora SN/nn o mocy znamionowej 630 kVA wynoszą:

Aparaty stanowiące wyposażenie rozdzielnicy nn stacji transformatorowej muszą spełniać następujące wymagania:

• znamionowy prąd szczytowy i znamionowy prąd załączany:

• znamionowy prąd graniczny wytrzymywany:

• znamionowy prąd wyłączalny zwarciowy wkładek bezpiecznikowych:

Dobór kabli zasilających poszczególne obwody

• złącze kablowe stacji ładowania samochodów elektrycznych:

Zgodnie z normą PN-HD 60364-5-52: 2011, przy sposobie ułożenia D2 warunki spełnia kabel YKXS 4x240, którego dopuszczalna długotrwała obciążalność prądowa, po uwzględnieniu obciążenia czwartej żyły (współczynnik korekcyjny: 0,91) oraz rezystywności właściwej dla warunków krajowych ρ = 1 K⋅m/W (współczynnik korekcyjny: 1,18), wynosi:

• obwód nr 1:

Zgodnie z normą PN-HD 60364-5-52: 2011, przy sposobie ułożenia D2 warunki spełnia kabel YAKXS 4x300, którego dopuszczalna długotrwała obciążalność prądowa, po uwzględnieniu obciążenia czwartej żyły (współczynnik korekcyjny: 0,91) oraz rezystywności właściwej dla warunków krajowych ρ = 1 K⋅m/W (współczynnik korekcyjny: 1,18), wynosi:

• obwód nr 2:

Zgodnie z normą PN-HD 60364-5-52: 2011, przy sposobie ułożenia D2 warunki spełnia kabel YAKXS 4x300, którego dopuszczalna długotrwała obciążalność prądowa, po uwzględnieniu obciążenia czwartej żyły (współczynnik korekcyjny: 0,91) oraz rezystywności właściwej dla warunków krajowych ρ = 1 K⋅m/W (współczynnik korekcyjny: 1,18), wynosi:

• obwód nr 3:

Zgodnie z normą PN-HD 60364-5-52: 2011, przy sposobie ułożenia D2 warunki spełnia kabel YAKXS 4x300, którego dopuszczalna długotrwała obciążalność prądowa, po uwzględnieniu obciążenia czwartej żyły (współczynnik korekcyjny: 0,91) oraz rezystywności właściwej dla warunków krajowych ρ = 1 K⋅m/W (współczynnik korekcyjny: 1,18), wynosi:

Uwaga! Kable zasilające poszczególne budynki będą wprowadzone do złącz kablowych, wykonanych w drugiej klasie ochronności.

Sprawdzenie dobranych kabli z warunku spadku napięcia

• złącze kablowe stacji ładowania samochodów elektrycznych:

• obwód nr 1:

obwód nr 2:

obwód nr 3:

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń należy uznać dobór projektowanych kabli za poprawny.

Uwaga! Kable zabezpieczone bezpiecznikami topikowymi, poprawnie dobrane na długotrwałą obciążalność prądową i przeciążalność, nie wymagają sprawdzenia z warunku odporności zwarciowej.

Sprawdzenie wybiórczości działania przyjętych zabezpieczeń, instalowanych w układzie zasilania:

Uwaga! Charakterystyka bezpiecznika gTr 630 jest kompatybilna z charakterystyką bezpiecznika WTNgG. Producent na korpusie bezpiecznika zamiast prądu podaje moc znamionową transformatora w kVA. Wybiórczość działania zostanie zachowana, gdy stosunek prądu znamionowego bezpiecznika gTr 630 do prądu znamionowego bezpiecznika następczego w kaskadzie zasilania będzie większy od 1,6.

• Obwody zasilania budynków:

• Obwód stacji ładowania samochodów:

• Pozostałe budynki:

– dla mocy szczytowej 87 kVA (obwód I):

– dla mocy szczytowej 80 kVA (obwód II):

– dla mocy szczytowej 69 kVA (obwód III):

W każdym projektowanym obwodzie warunek wybiórczości działania zabezpieczeń zostanie zachowany.

Dobór mocy zespołu prądotwórczego

Warunki spełni zespół prądotwórczy o mocy S = 220 kVA.

Uwaga!

Poszczególne elementy projektowanego układu zasilania będą wykonane w II klasie ochronności, przez co ochrona przeciwporażeniowa będzie zachowana przy zasilaniu z SEE oraz generatora ZP. Zadaniem projektanta instalacji elektrycznych oraz oświetlenia ulicznego jest sprawdzenie ochrony przeciwporażeniowej przy zasilaniu z SEE oraz generatora ZP. Zaleca się wykonanie oświetlenia ulicznego (będzie stanowiło artykuł zamieszczony w jednym z numerów „elektro.info” w roku 2026) z wykorzystaniem słupów nieprzewodzących lub w wykonaniu równorzędnym drugiej klasie ochronności, zgodnie z normą PN-IEC 60364-7-714:2003 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji. Instalacje oświetlenia zewnętrznego.

Uwagi końcowe

1. Posadowienie projektowanej stacji transformatorowej należy wykonać ściśle według zaleceń producenta stacji.
2. Ochrona przeciwporażeniowa przy uszkodzeniu po stronie SN – uziemienie.
3. Rezystancja uziemienia stacji transformatorowej nie może przekraczać 2,5 Ω.
4. Ochrona przeciwporażeniowa po stronie nn – samoczynne wyłączenie, zgodnie z wymaganiami normy PN-HD 60364-4-41:2017-09. Złącza kablowe wykonane w drugiej klasie ochronności.
5. Rezystancja uziemienia zacisku PEN w złączach kablowych budynków oraz złącza stacji ładowania samochodów nie może przekraczać 30 Ω.
6. 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.
7. Po ułożeniu projektowanych kabli, przed ich zasypaniem, należy rury osłonowe uszczelnić, aby zapobiec przedostawaniu się wody, i poddać całość linii kablowych inwentaryzacji geodezyjnej.
8. Żyły powrotne projektowanego kabla SN należy uziemić na obu końcach.
9. Po wykonaniu prac instalacyjno-budowlanych należy wykonać badania odbiorcze.
10. Wszelkie przepusty kablowe SN oraz nn wprowadzane do budynków należy uszczelnić, aby zabezpieczyć kable przed przedostawaniem się wody oraz gazów.
11. Projekt instalacji elektrycznych budynków mieszkalnych musi zawierać układ automatycznego ograniczenia mocy do wartości tzw. mocy bytowej – określonej jako 2,5 kW na mieszkanie – i zapewniać ochronę przeciwporażeniową przy zasilaniu z systemu elektroenergetycznego oraz generatora zespołu prądotwórczego.