Uproszczony projekt rozbudowy elektroenergetycznej linii napowietrzno-kablowej
Uproszczony projekt rozbudowy elektroenergetycznej linii napowietrzno-kablowej
Podstawa opracowania
- Warunki techniczne wydane przez zakład energetyczny.
- Wizja lokalna w terenie i uzgodnienia z użytkownikami oraz właścicielami gruntów.
- Projekt zagospodarowania terenu opracowany przez architekta.
- Uzgodnienie trasy projektowanej linii elektroenergetycznej w Zespole Uzgadniania Dokumentacji Projektowej.
- Badania geologiczne gruntu.
- Profil trasy linii przygotowany przez geodetę.
- Katalog linii napowietrznych niskiego napięcia z przewodami samonośnymi o powłoce z polietylenu usieciowanego o przekrojach 25–120 mm2 na żerdziach żelbetowych ŻN-2002, opracowanie ENERGOLINIA Poznań – wydanie 2005.
- N SEP-E-004 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa.
- N SEP-E-001 Sieci elektroenergetyczne niskiego napięcia. Ochrona przeciwporażeniowa.
- PN-E 05100-1:1998 Elektroenergetyczne linie napowietrzne. Projektowanie i budowa (norma posiada wartość archiwalną, korzystanie z niej jest zgodne z obowiązującymi przepisami na zasadzie wiedzy technicznej).
- N SEP-E-002 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Instalacje elektryczne w obiektach mieszkalnych. Podstawy Planowania.
- N SEP-E-003 Elektroenergetyczne linie napowietrzne. Projektowanie i budowa. Linie prądu przemiennego z przewodami pełnoizolowanymi oraz z przewodami niepełnoizolowanymi.
- PN-IEC 60364-5-523:2002 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Obciążalność prądowa długotrwała przewodów.
- PN-HD 60364-4-41:2009 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym.
Tutaj dostępny jest rysunek numer 2
Wyciąg z warunków technicznych
Ze stacji transformatorowej „WIEWIÓRCZYN” należy wyprowadzić nowy obwód linii napowietrznej wykonany kablem AsXSn 4x70 w kierunku drogi dojazdowej do działek rekreacyjnych (ul. Słoneczna). Wzdłuż ul. Słonecznej zasilanie do działek rekreacyjnych należy doprowadzić kablem YAKXS 4´120 przyłączonym do kabla AsXSn 4´70 projektowanej linii napowietrznej nn. Kabel należy prowadzić poprzez szafki złączowo-licznikowe (SZL) zlokalizowane w linii ogrodzenia, z których do poszczególnych budynków zasilanie należy doprowadzić kablem YKYżo 5x10 lub o przekroju większym, w zależności od wyniku obliczeń. W szafkach złączowo-licznikowych należy projektować układy pomiarowe w układzie bezpośrednim. Dopuszczalny współczynnik tgφ≤0,4.
Zapotrzebowanie mocy dla projektowanych obwodów obliczyć zgodnie z wymaganiami normy N SEP-E-002 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Instalacje elektryczne w obiektach mieszkalnych. Podstawy planowania.
Stan istniejący
W miejscowości Wiewiórczyn zlokalizowana jest słupowa stacja transformatorowa SN/nn „WIEWIÓRCZYN” o mocy S=100 kVA.
Transformator olejowy oraz rozdzielnica niskiego napięcia zainstalowane są na konstrukcji nośnej stanowiącej słup „rozkraczny” (odporowy). Ze stacji wyprowadzony jest jeden obwód napowietrznej linii niskiego napięcia. Moc zapotrzebowana przez odbiorców przyłączonych do istniejącej linii napowietrznej, ustalona przez pomiary wykonane przez zakład energetyczny, wynosi 40 kW. W rozdzielnicy niskiego napięcia stacji transformatorowej występuje wolne pole, do którego możliwe jest przyłączenie drugiego obwodu.
W terenie objętym inwestycją występuje strefa wiatrowa WI oraz strefa sadziowa SI. Wyniki badań geologicznych pozwalają zakwalifikować grunt do kategorii średniej. Teren inwestycyjny jest płaski bez zauważalnych przewyższeń terenowych. Wzdłuż ul. Pirata przebiega pas instalacyjny przeznaczony do budowy linii uzbrojenia terenu, który stanowi własność gminy, na terenie której położona jest miejscowość Wiewiórczyn. Parametry transformatora stacji transformatorowej „WIEWIÓRCZYN” zostały ustalone na podstawie dokumentacji technicznej pozostającej w posiadaniu zakładu energetycznego:
Stan projektowany
Linię napowietrzną należy wykonać kablem AsXSn 4´70 na słupach ŻN – 2002 o długości 9,2 m:
- słup przelotowy: typ ŻN-9/200-2002 wyposażony w ustój UP1/ŻN (słup nr 1–3 na rysunku 1.),
- słup krańcowy: typ 2´ŻN – 9/200–2002 wyposażony w ustój UPbb4ŻN (słup nr 4 na rysunku 1.).
Słupy należy posadowić w miejscach określonych na rysunku 1. Kable AsXSn 4x70 należy wyprowadzić z wolnego pola rozdzielnicy stacji transformatorowej SN/nn „WIEWIÓRCZYN” i rozwiesić na słupach ŻN-2002 zgodnie z wymaganiami określonymi na rysunku 3. – profil linii napowietrznej. Sekcję odciągową stanowi konstrukcja stacji transformatorowej „WIEWIÓRCZYN” oraz słup nr 4 projektowanej linii napowietrznej.
Kabel AsXSn 4x70 należy wyprowadzić z rozdzielnicy nn stacji transformatorowej „WIEWIÓRCZYN” i zamocować do słupa stanowiącego jej konstrukcję za pomocą uchwytu odciągowego (rys. 3.) i rozciągnąć na całej długości sekcji odciągowej. Następnie, po spełnieniu wymagań określonych na rysunku 3., zamocować do słupa krańcowego na stałe za pomocą uchwytu odciągowego mocowanego do haka wieszakowego.
Na końcu projektowanej linii napowietrznej należy zainstalować odgromniki SE 30.166 Ap, które należy przyłączyć do uziemienia przewodu PEN. Rezystancja uziemienia przewodu PEN, końca projektowanej linii napowietrznej Ru≤10 W. Z krańcowego słupa (nr 4 – rysunek 1.) projektowanej linii napowietrznej należy wyprowadzić kabel YAKXS 4x120, zasilający szafki złączowo-licznikowe (SZL) zlokalizowane w linii ogrodzenia w miejscach określonych na rysunku 1. Kabel YAKXS 4x120 należy przyłączyć do kabla AsXSn 4x70 za pomocą złączek SL 4.25 i mocować do słupa. Od wysokości 3 m nad poziomem gruntu oraz do głębokości 0,5 m poniżej poziomu gruntu, kabel YAKXS 4x120 należy prowadzić w rurze osłonowej Φ110 odpornej na promieniowanie UV. Końce rury należy uszczelnić przed przedostawaniem się wody. Schemat zasilania budynków przedstawia rysunek 2.
Kabel YAKXS 4x120 należy układać w wykopie o głębokości 105 cm na podsypce piasku o grubości 10 cm. Następnie należy go zasypać warstwą piasku o grubości 10 cm, warstwą rodzimego gruntu o grubości 15 cm, ułożyć taśmę kablową koloru niebieskiego i zasypać wykop. Z szafek złączowo-licznikowych należy wyprowadzić kable YKYżo 5x10 (WLZ) zasilające poszczególne budynki.
Przebieg projektowych tras WLZ-tów został przedstawiony na rysunku 1. Kable WLZ-tów należy układać w wykopie o głębokości 85 cm, zgodnie z zasadami określającymi sposób budowy linii kablowej wykonanej kablem YAKXS 4x120. Na kablach układanych w ziemi należy w odstępach co 10 m nałożyć opaski kablowe zawierające następujące informacje: typ kabla – rok ułożenia – długość – trasa – symbol użytkownika – symbol wykonawcy.
Rury SRS F 110, stanowiące osłony kabla, przedstawione na rysunku 1., należy uszczelnić przed przedostawaniem się wody. Zacisk PEN w każdej szafce złączowo-licznikowej należy uziemić. Rezystancja uziemienia:
Obliczenia
1. Moc zapotrzebowana przez odbiorców przyłączanych do projektowanej linii napowietrzno-kablowej określona zgodnie z wymaganiami normy N SEP-E-002:
gdzie:
PZ1 – moc czynna zapotrzebowana przez pojedynczy budynek przyłączany do projektowanej linii elektroenergetycznej, w [kW],
kj – współczynnik jednoczesności, w [-],
PZII – moc czynna zapotrzebowana przez odbiorców planowanych do przyłączenia do projektowanej linii napowietrzno-kablowej (obwód nr 2), w [kW].
Sprawdzenie obciążenia transformatora po przyłączeniu nowych odbiorców:
gdzie:
ΔQTr – straty mocy biernej transformatora, w [kvar],
ΔPTr – straty mocy czynnej transformatora, w [kW],
ΔP0 – straty mocy czynnej biegu jałowego transformatora, w [kW],
ΔQ0 – straty mocy biernej biegu jałowego transformatora, w [kvar],
ΔPobc_zn – straty obciążeniowe mocy czynnej transformatora, w [kW],
ΔQobc_zn – straty obciążeniowe mocy biernej transformatora, w [kvar],
SnTr – moc znamionowa transformatora, w [kVA],
PZ – moc czynna zapotrzebowana przez odbiory przyłączone do sieci, w [kW],
QZ – moc bierna zapotrzebowana przez odbiory przyłączone do sieci, w [kvar],
SZ – moc zapotrzebowana pozorna, w [kV]
uk – napięcie zwarcia transformatora, w [%],
i0 – prąd biegu jałowego transformatora, w [%],
PZI – moc czynna zapotrzebowana przez odbiorców przyłączonych do istniejącej linii napowietrznej (obwód nr 1), w [kW],
Rozbudowa linii nie wymaga wymiany transformatora w stacji „WIEWIÓRCZYN”.
Dobór zabezpieczenia oraz kabli zasilających projektowanego obwodu linii napowietrzno-kablowej:
gdzie:
IBII – prąd spodziewanego obciążenia projektowanej linii napowietrzno-kablowej, w [A],
InII – wymagany prąd znamionowy zabezpieczenia projektowanej linii napowietrzno-kablowej, w [A].
Należy zatem przyjąć zabezpieczenie WTN1gG80.
Wymagana długotrwała obciążalność prądowa kabla zasilającego projektowanej linii napowietrzno-kablowej (zgodnie z wymaganiami normy N SEP-E 004):
Kabel AsXSn 4x70, określony w warunkach technicznych wydanych przez zakład energetyczny, po uwzględnieniu maksymalnej spodziewanej temperatury otoczenia (trz=40°C) oraz prądu obciążenia czwartej żyły, posiada następującą dopuszczalną obciążalność prądową:
gdzie:
IZ30 – dopuszczalna obciążalność prądowa kabla kabel AsXsN 4´70 (w temperaturze otoczenia t=30°C) określona w normie PN-IEC 60364-5-523:2002, w [A],
tdd – dopuszczalna długotrwale temperatura pracy kabla, w [°C],
IZII – wymagana wartość długotrwałej obciążalności prądowej kabla projektowanej linii napowietrzno-kablowej, w [A].
Natomiast kabel YAKXS 4´120, przy sposobie ułożenia „D” (po uwzględnieniu współczynników poprawkowych uwzględniających obciążenie czwartej żyły oraz rezystywności gruntu, wynoszącej w krajowych warunkach przeciętnie r=1 [Km/W]) posiada następującą dopuszczalną długotrwałą obciążalność prądową:
Należy zatem uznać dobór kabli za poprawny.
Dobór kabli WLZ na długotrwałą obciążalność prądową i przeciążalność:
Należy przyjąć zabezpieczenie przedlicznikowe WTN00gG32.
gdzie:
IB1 – spodziewany prąd obciążenia pojedynczego WLZ, w [A],
In1 – prąd znamionowy zabezpieczenia WLZ, w [A],
Un – napięcie nominalne zasilania, w [V],
cosφ – współczynnik mocy, w [-],
IZ1 – wymagana dopuszczalna obciążalność prądowa kabla WLZ, w [A],
k2 – współczynnik uwzględniający niedopasowanie charakterystyk prądowo-czasowych bezpiecznika i zabezpieczanego przewodu/kabla, w [-].
Zatem kabel YKYżo 5x10, określony w warunkach technicznych, przy sposobie ułożenia „D”, spełnia warunek długotrwałej obciążalności prądowej i przeciążalności.
Sprawdzenie dobranych kabli z warunku spadku napięcia:
Uwaga! Linia napowietrzna zostanie rozwieszona na słupach ŻN o wysokości 7 m nad ziemią, przy maksymalnym zwisie fmax=1,5 m, występującym przy temperaturze 40°C. Ponieważ zróżnicowanie terenu jest pomijalne (różnica w wysokości zawieszenia przewodów nie przekracza 0,1 rozpiętości przęsła – W. Kotlarski, Sieci Elektryczne, wyd. 5, WSiP, Warszawa 1989), dopuszczalne jest przyjęcie upraszającego założenia, że punkty zwieszania poszczególnych przęseł zostaną zawieszone na jednakowej wysokości. Przyjmując długość przęsła a=50 m, przybliżoną długość cięgna „L” należy obliczyć z uproszczonego wzoru (T. Kolendowicz, Mechanika budowli dla architektów, Arkady, Warszawa 1977):
Zatem całkowita długość kabla AsXSn 4 x 70 projektowanej linii napowietrznej, z uwzględnieniem odcinka pionowego lx=8 m stanowiącego połączenie z rozdzielnicą nn stacji transformatorowej „Wiewiórczyn”, oraz współczynnika poprawkowego uwzględniającego niedoszacowanie długości kabla wyniesie:
Do dalszych obliczeń zostanie przyjęta wartość l1=220 m.
Spadki napięć w poszczególnych odcinkach projektowanej linii napowietrzno-kablowej:
gdzie:
x’ – jednostkowa reaktancja kabla, w [W/km],
X – reaktancja linii kablowej, w [W],
R – rezystancja linii kablowej, w [W],
cosφ – współczynnik mocy, w [-],
Un – napięcie nominalne linii elektroenergetycznej, w [V],
S – przekrój żyły przewodzącej kabla, w [mm2],
l – długość kabla, w [m],
γ – konduktywność żyły przewodzącej kabla, w [m/(W mm2)].
Zestawienie obliczeń dla linii napowietrzno-kablowej przedstawia tabela 1.
Spadki napięć w poszczególnych budynkach przyłączanych do projektowanej linii napowietrzno-kablowej:
– spadek napięcia w WLZ:
Całkowity spadek napięcia na końcu WLZ liczony od zacisków transformatora stacji transformatorowej „Wiewiórczyn”:
UWAGADla przekrojów przewodów Al nie większych od 70 mm2 oraz przewodów Cu o przekroju nie większym od 50 mm2 dopuszczalne jest pominięcie reaktancji przewodu ze względu na jej małą wartość w stosunku do rezystancji. Dlatego spadek napięcia ΔUm5 został wyznaczony z uproszczonego wzoru. |
Warunek spadku napięcia w każdym punkcie projektowanej linii należy uznać za spełniony. Zestawienie obliczeń przedstawia tabela 2.
Sprawdzenie dobranych kabli z warunku samoczynnego wyłączenia:
Na podstawie tabeli Z.3.1 „Poradnika projektanta elektryka”, J. Wiatr, M. Orzechowski, DW MEDIUM, Warszawa 2012, wydanie V, parametry zwarciowe transformatora wynoszą odpowiednio:
RT=0,0309 W – rezystancja uzwojeń transformatora,
XT=0,0732 W – reaktancja uzwojeń transformatora,
Zwarcie w szafce złączowo-licznikowej nr 3:
Wartość prądu samoczynnego wyłączenia – tabela Z.10.4 „Poradnika projektanta elektryka”, J. Wiatr, M. Orzechowski, DW MEDIUM, Warszawa 2012, wydanie V.
Zwarcie w budynku nr 5 – działka nr 1/5 (najmniejszy spodziewany prąd zwarcia jednofazowego):
Wartość prądu samoczynnego wyłączenia – tabela Z.10.4 „Poradnika projektanta elektryka”, J. Wiatr, M. Orzechowski, DW MEDIUM, Warszawa 2012, wydanie V.
Na podstawie otrzymanych wyników obliczeń należy uznać, że w całej projektowanej sieci warunek samoczynnego wyłączenia będzie zachowany.
Zestawienie wyników obliczeń przedstawia tabela 3.
Największy spodziewany prąd zwarcia jednofazowego ze względu na wybiórczość działania zabezpieczeń (zwarcie w budynku nr 1 – działka 1/1):
gdzie:
U0 – napięcie pomiędzy przewodem fazowym a uziemionym przewodem PEN lub PE, w [V],
γ – konduktywność żyły przewodzącej przewodu/kabla, w [m/(Ω mm2)],
l9 – długość WLZ nr 1, w [m],
Zk1 – impedancja obwodu zwarciowego dla zwarć jednofazowych, w [W],
S – przekrój żyły przewodzącej kabla, w [mm2],
Ik1 – prąd zwarcia jednofazowego, w [A].
Przy zastosowaniu w budynkach zabezpieczeń obwodowych typu S301 (3) C16 selektywność działania zabezpieczeń będzie zachowana dla prądów zwarciowych nie większych od 900 A, a w przypadku wyłączników nadpradowych S301B16 do wartości prądów zwarciowych nie większych od 1,15 kA.
Sprawdzenie wybiórczości działania dla bezpieczników topikowych:
gdzie:
InII – prąd znamionowy zabezpieczenia głównego projektowanej linii napowietrzno-kablowej, w [A],
In1 – prąd znamionowy zabezpieczenia WLZ, w [A].
Należy uznać, że w całej projektowanej sieci nn, wybiórczość działania poszczególnych stopni zabezpieczeń będzie zachowana.
Dobór elementów linii napowietrznej (zgodnie z katalogiem [5]):
a) wysokość zawieszenia przewodów z uwzględnieniem minimalnej wysokości przewodów nn nad ziemią, maksymalną wartością zwisu w terenie płaskim oraz 0,5 m zapasu ze względu na nierówności terenu:
– dobór słupa przelotowego: przyjęty zostanie słup P-9/ŻN (ŻN-9/200–2002 – sylwetka strona 34 katalogu [5]), wyposażony w ustój UP1/ŻN (tabela na s. 62 katalogu [5]):
gdzie:
Gn – ciężar przewodu z sadzią normalną (tablica nr 13 katalogu [5]), w [daN]
a – rozpiętość przęsła, w [m],
Wp – jednostkowe obciążenie wiatrem (tablica nr 13 katalogu [5]a), w [daN/m],
Pp – obciążenie przęsła wiatrem, w [daN],
Psx – obciążenie słupa wiatrem w osi X (tablica nr 14 katalogu [5]), w [daN],
Psy – obciążenie słupa wiatrem w osi Y (tablica nr 14 katalogu [5], w [daN],
Pux – spodziewane obciążenie słupa w osi X, w [daN],
Puy – spodziewane obciążenie słupa w osi Y, w [daN],
Pdx – dopuszczalne obciążenie słupa w osi X (tablica nr 6 katalogu [5], w [daN],
Pdy – dopuszczalne obciążenie słupa w osi Y (tablica nr 6 katalogu [5], w [daN],
fmax – zwis maksymalny w temperaturze t=40°C tablica nr 2 katalogu [5], w [m],
hmin – minimalna wysokość przewodów izolowanych nad ziemią w terenie płaskim zgodnie z N SEP-E003, w [m],
hpmin – minimalna wysokość zawieszenia przewodów na słupie, w [m].
b) dobór słupa krańcowego: przyjęty zostanie słup zbliźniaczony Kbb-9/ŻN (2xŻN-9/200-2002 – sylwetka-strona 45 katalog [5]) wyposażony w ustój UPbb4/ŻN (tabela na s. 63 katalogu [5]:
Naprężenia i naciągi zgodnie z tabelą 2. zamieszoną na stronie 11 katalogu [5] dla długości przęsła a=50 m oraz zwisu fmax=1,5 m: naciąg Np=560 daN; naprężenie podstawowe s=20 MPa.
b) dobór osprzętu:
– słup przelotowy:
Obciążenie pionowe haka wieszakowego i uchwytu przelotowego:
gdzie:
Fx – spodziewane obciążenie poziome haka i uchwytu odciągowego.
Na podstawie tabel zamieszczonych na stronach 86 oraz 87 w katalogu [5] zostaną przyjęte: uchwyt odciągowy SO 34.95 oraz hak wieszakowy M16x440.
Uwagi końcowe
- Rozmieszczenie słupów oraz trasę wykopu linii kablowej i WLZ należy wytyczyć geodezyjnie na gruncie.
- Przed posadowieniem słupów w gruncie należy w pozycji leżącej wykonać montaż ustojów oraz elementów nośnych przewodów.
- Uzbrojony słup należy ustawić w wykopie za pomocą dźwigu samochodowego. Kabel AsXSn 4x70 należy rozciągać pomiędzy słupem konstrukcji nośnej stacji transformatorowej „Wiewiórczyn” a słupem końcowym za pomocą przeciągniętej wstępnie linki nylonowej opartej na rolkach montażowych zamocowanych do słupa w pobliżu uchwytów przelotowych. Kabel należy rozwijać z bębna kablowego bez kontaktu z ziemią oraz przeszkodami terenowymi. Po dociągnięciu kabla do słupa krańcowego (słup nr 4 na rysunku 2.) należy zamocować w uchwycie końcowym na stałe zainstalowanym na słupie krańcowym oraz słupie konstrukcji wsporczej stacji transformatorowej. Parametry montażowe oraz uzbrojenie poszczególnych słupów zostały określone na rysunku 2. Podczas rozciągania kabla linii napowietrznej należy posługiwać się tabelą zwisów. Naciąg lub zwis należy dobrać do temperatury o 5°C niższej od panującej w czasie montażu.
- Kabel YAKXS 4x120 oraz kable WLZ-tów (YKYżo 5x10) po ułożeniu w wykopach, a przed ich zasypaniem, należy zainwentaryzować geodezyjnie oraz poddać badaniu w zakresie rezystancji izolacji i ciągłości żył przewodzących.
- Na końcach każdego z odcinków projektowanej linii kablowej oraz WLZ-tów należy pozostawić zapasy o wartości 1% długości (uwzględniono w obliczeniach).
- W szafkach złączowo-licznikowych za układami pomiarowymi zużytej energii elektrycznej, w celu ograniczenia poboru mocy należy zainstalować zabezpieczenia przeciążeniowe (bez członu zwarciowego) typu ETIMAT T 3p 25 A.
- Wszelkie prace montażowe należy prowadzić zgodnie z zaleceniami katalogu [5] oraz norm: N SEP-E-003; N SEP-E-004.
- Ochrona przeciwporażeniowa – samoczynne wyłączenie zgodnie z normą PN-HD 60364-4-41:2009 oraz znowelizowaną normą N SEP-E-001.
- Po wykonaniu prac montażowych należy przeprowadzić próby i pomiary pomontażowe.
