Uproszczony projekt obiektowej elektroenergetycznej sieci kablowej SN

Ze względów eksploatacyjnych, rozległy terytorialnie obiekt zasila się w układzie pierścieniowym, w którym istnieje możliwość wprowadzenia podziału sieci w rozdzielnicy SN dowolnej stacji transformatorowej SN/nn stanowiącej element obiektowej sieci elektroenergetycznej.

W takim przypadku dla wygody eksploatacji, elektroenergetyczna sieć obiektowa pozostaje na majątku i w eksploatacji inwestora. Zatem optymalnym rozwiązaniem jest wyznaczenie granicy własności w linii ogrodzenia. W takim przypadku najlepszym rozwiązaniem jest instalacja węzła sieciowego SN w linii ogrodzenia, dzięki czemu służby eksploatacyjne Spółki Dystrybucyjnej mają nieograniczony dostęp do elementów pozostających na majątku spółki oraz pozostaje możliwość przyłączenia innych odbiorów niezwiązanych z zasilanym obiektem bez potrzeby wchodzenia na obiekt.

Podstawa opracowania

1. Zlecenie inwestora.
2. Wizja lokalna w terenie.
3. Uzgodnienia z użytkownikiem oraz inwestorem.
4. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (tekst jednolity DzU z 2015 roku poz. 1422).
5. Plan zagospodarowania terenu.
6. Warunki techniczne wydane przez Spółkę Dystrybucyjną.
7. Norma PN-EN 50322:2011 Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1 kV.
8. Norma N SEP-E 004 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa.
9. Wieloarkuszowa norma PN-90/E-06401 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Osprzęt do kabli o napięciu znamionowym nieprzekraczającym 30 kV.
10. Norma PN-EN 60865-1:2002 Obliczanie skutków prądów zwarciowych. Część 1. Definicje i metody obliczeń.
11. Projekty stacji transformatorowych SN/nn, stanowiących elementy projektowanej sieci kablowej SN.
12. Katalogi producentów kabli oraz producentów osprzętu kablowego.

Opis stanu istniejącego

Energia elektryczna jest doprowadzona z GPZ do węzła sieciowego, składającego się z dwóch kontenerowych węzłów sieciowych SN (KWS SN) typu NZ 110/117, zainstalowanych w linii ogrodzenia zasilanego obiektu, dwoma kablami SN:

• 3 x XRUHAKXS 120/50 – 12/20] długości 2900 m – I kierunek zasilania,
• 3 x RUHAKXS 120/50 – 12/20] długości 1800 m – II kierunek zasilania.

Na terenie obiektu zostały posadowione cztery kontenerowe dwutransformatorowe stacje SN/nn typu BEK 300/600, o mocy 630 kVA każda, do których należy doprowadzić zasilanie o napięciu 3x8,7/15 kV.

W celu zwiększenia niezawodności zasilania każda stacja transformatorowa została wyposażona w układ automatyki SZR zainstalowany po stronie nn.

Energię elektryczną należy doprowadzić do każdej stacji transformatorowej z dwóch kierunków zasilania napięciem 3x8,7/15 kV.

W każdej stacji transformatorowej jest przewidywana kompensacja mocy biernej oraz instalowane będą układy pomiarowe zużytej energii elektrycznej w układach pośrednich umożliwiające zdalny przekaz do OSD.

Warunki techniczne zasilania wydane przez spółkę dystrybucyjną – wyciąg

• Spółka Dystrybucyjna wyraża zgodę na pokrycie mocy zapotrzebowanej czynnej P_z=2,35MW przy współczynniku tg_φ≤0,4.
• Zasilanie poszczególnych stacji transformatorowych należy wykonać z węzła sieciowego SN, kablem SN o przekroju zgodnym z wynikami obliczeń.
• Układ zasilania należy projektować w układzie pierścieniowym.
• Rozcięcie pętli zasilającej należy ustalić podczas prowadzenia prac projektowych.
• Czas trwania zwarcia w sieci SN – 1,5s.
• Prąd zwarcia symetrycznego w GPZ –10kA.
• Niekompensowany prąd resztkowy zwarcia doziemnego: I_knc=15A.
• Sieć SN należy projektować zgodnie z wymaganiami normy N SEP-E 004 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa.
• Projekt sieci SN należy uzgodnić w Wydziale Rozwoju Sieci Spółki Dystrybucyjnej.

Opis stanu projektowanego

Zasilanie obiektu należy realizować z dwóch kierunków.

• Pierwszy kierunek zasilania należy wyprowadzić kablem [3 x XRUHAKXS 120/50 – 12/20] przyłączonym do zacisków pola nr 2 Węzła Sieciowego NZ 110/173, zlokalizowanego w linii ogrodzenia i wyprowadzić w kierunku stacji transformatorowej Nr 1- SN/nn o mocy 630kVA.
  Kabel należy wprowadzić na zaciski wejściowe rozdzielnicy SN stacji transformatorowej.
  Z zacisków wyjściowych stacji transformatorowej Nr 1 należy wyprowadzić kabel [3 x XRUHAKXS 120/50 – 12/20] w kierunku stacji transformatorowej Nr 2 – SN/nn o mocy 630kVA.
  Z zacisków wyjściowych stacji transformatorowej Nr 2 należy wyprowadzić kabel [3 x XRUHAKXS 120/50 – 12/20] w kierunku stacji transformatorowej Nr 3 – SN/nn o mocy 630kVA, który należy przyłączyć do zasieków wejściowych rozdzielnicy SN.
  Z zacisków wyjściowych stacji transformatorowej Nr 3 należy wyprowadzić kabel [3 x XRUHAKXS 120/50 – 12/20] w kierunku stacji transformatorowej Nr 4 – SN/nn o mocy 630 kVA.
  Z zacisków wyjściowych stacji transformatorowej Nr 4 należy wyprowadzić kabel [3 x XRUHAKXS 120/50 – 12/20] w kierunku drugiego węzła sieciowego NZ 110/173 i przyłączyć do zacisków pola nr 3.
• Drugi kierunek zasilania należy wyprowadzić kablem [3 x XRUHAKXS 120/50 – 12/20] przyłączonym do pola nr 2 drugiego węzła sieciowego NZ 110/117 w kierunku stacji transformatorowej Nr 4-SN/nn o mocy 630 kVA.
  Kabel należy wprowadzić na zaciski wejściowe rozdzielnicy SN stacji transformatorowej.
  Z zacisków wyjściowych stacji transformatorowej Nr 4 należy wyprowadzić kabel [3 x XRUHAKXS 120/50 – 12/20] w kierunku stacji transformatorowej Nr 3 – SN/nn o mocy 630 kVA.
  Z zacisków wyjściowych stacji transformatorowej Nr 3 należy wyprowadzić kabel [3 x XRUHAKXS 120/50 – 12/20] w kierunku stacji transformatorowej Nr 2 – SN/nn o mocy 630 kVA, który należy przyłączyć do zasieków wejściowych rozdzielnicy SN.
  Z zacisków wyjściowych stacji transformatorowej Nr 2 należy wyprowadzić kabel [3 x XRUHAKXS 120/50 – 12/20] w kierunku stacji transformatorowej Nr 1 – SN/nn o mocy 630 kVA.
  Z zacisków wyjściowych stacji transformatorowej Nr 1 należy wyprowadzić kabel [3 x XRUHAKXS 120/50 – 12/20] w kierunku pierwszego węzła sieciowego NZ 110/173 i przyłączyć do zacisków pola nr 3.

Projektowane odcinki linii kablowej SN należy układać w rowach kablowych o głębokości 100 cm na podsypce pisaku o grubości 10 cm.

Po przeprowadzonym montażu ułożone kable należy zasypać warstwą piasku grubości 10 cm, warstwą rodzimego gruntu grubości 25 cm, ułożyć taśmę kablową koloru czerwonego (taśma musi wystawać po 5 cm z każdej strony budowanej linii kablowej), a następnie zasypać wykop doprowadzając grunt do stanu sprzed wykopu.

Na projektowanych kablach przed ich zasypaniem należy w odstępach co 10 m założyć opaski kablowe zawierające następujące informacje: typ kabla – rok ułożenia – długość – symbol użytkownika – symbol wykonawcy.

Projektuje się wspólne uziemienie transformatora oraz jego punktu neutralnego dolnego uzwojenia. Rezystancja wspólnego uziemienia R_B ≤ 3 Ω.

Projektowane odcinki kabla SN wprowadzać do budynków stacji transformatorowych oraz Węzła Sieciowego NZ 110/173 z wykorzystaniem szczelnych przepustów kablowych SN.

Podział sieci SN należy wykonać w stacji Nr 2 oraz stacji Nr 3.

Uproszczony schemat zasilania obiektu przedstawia rys. 1.

Plan projektowanej linii kablowej przedstawia rys. 2.

Natomiast rozwinięty jednokreskowy schemat ideowy projektowanej elektroenergetycznej linii kablowej SN przedstawia rys. 3.

Żyły powrotne projektowanej sieci kablowej SN należy uziemić jednostronnie w odniesieniu do każdego projektowanego odcinka linii.

Obliczenia

1. Bilans mocy:

gdzie:

S_z – moc pozorna zapotrzebowana prze zasilany obiekt, w [kVA],

S_Ti – moc pozorna i-tej stacji transformatorowej przyłączonej do projektowanej linii elektroenergetycznej, w [kVA],

P_z – moc czynna zapotrzebowana przez zasilany obiekt, w [KW].

2. Parametry obwodu zwarciowego w miejscu przyłączenia projektowanej sieci kablowej:

Na podstawie warunków technicznych uzyskanych w Spółce Dystrybucyjnej prąd zwarcia trójfazowego w GPZ, dla każdego z kierunków zasilania wynosi I_k” = 10 kA. Na tej podstawie obliczeniowa wartość mocy zwarciowej w GPZ wyniesie:

Na podstawie wartości mocy zwarciowej w GPZ zostanie wyznaczona zastępcza impedancja SEE:

gdzie:

Z_kQ – zastępcza impedancja SEE na zaciskach GPZ, w [Ω],

X_kQ – zastępcza reaktancja SEE na zaciskach GPZ, w [Ω],

R_kQ – zastępcza rezystancja SEE na zaciskach GPZ, w [Ω].

Parametry zwarciowe na zaciskach węzła sieciowego SN typu NZ 110/173:

a) zasilanie z pierwszego kierunku:

• linia kablowa SN: [3 x XRUHAKXS 120/50 – 12/20] – długości 2900 m:

b) zasilanie z drugiego kierunku:

• linia kablowa SN: [3 x XRUHAKXS 120/50 – 12/20] – długości 1800 m:

gdzie:

S – przekrój kabla, w [Ω],

L – długość kabla, w [m],

γ – konduktywność, w [m/(Ω∙mm²)],

I_k” – spodziewany początkowy prąd zwarcia, w [kA],

I_th – spodziewany zastępczy prąd zwarciowy cieplny, w [kA],

Z_k – impedancja obwodu zwarciowego, w [Ω],

T – elektromagnetyczna stała czasowa obwodu zwarciowego, w [s],

κ – współczynnik udaru, w [-],

i_p – prad udarowy, w [kA],

T_k – czas trwania zwarcia, w [s],

U_n – napięcie nominalne sieci zasilającej SN, w [V],

c_max – współczynnik uwzgledniający największe zamiany napięcia zasilającego, w [-],

R_L – rezystancja linii zasilającej, w [Ω],

X_L – reaktancja linii zasilającej, w [Ω],

x’ – reaktancja jednostkowa kabla, w [mW/m].

c) Wymagany przekrój kabla ze względu na zwarcia:

Uwaga! Ze względu na spodziewane większe prądy zwarciowe przy zasilaniu z drugiego kierunku, obliczenia przy zasilaniu z pierwszego kierunku można pominąć.

Należy przyjąć kabel [3 x XRUHAKXS 120 – 12/20].

d) Sprawdzenie żyły powrotnej na zwarcie dwufazowe:

gdzie:

τ_śr – średnia temperatura kabla (wartość ta jest wyznaczana z uwagi na poruszanie się w liniowym zakresie zmian rezystancji określonym przez prawo Wiedemanna–Franza), w [°C],

τ_pz – początkowa temperatura zwarcia przyjmowana jako równa temperaturze dopuszczalnej długotrwale temperaturze kabla, w [°C],

τ_dz – dopuszczalna temperatura kabla przy zwarciu, w [°C],

α – temperaturowy współczynnik rezystancji, w [K^-1],

k – jednosekundowa dopuszczalna gęstość prądu zwarciowego, w [A/mm²],

S_kQ – moc zwarcia symetrycznego, w MVA],

I_kż – spodziewany prąd zwarcia dwufazowego żyły powrotnej kabla, w [kA],

I_dop – dopuszczalny prąd zwarcia żyły powrotnej kabla określony przez producenta, w [kA],

c – ciepło właściwe żyły przewodzącej kabla, w [J/cm³×K],

U_n – napięcie nominalne sieci, w [kV].

3. Sprawdzenie dobranych elementów projektowanej sieci kablowej na warunki zwarciowe:

gdzie:

T_k – czas trwania zwarcia w sieci SN, w [s],

T_n – czas przepływu krótkotrwałego prądu zwarciowego podany przez producenta, w [s],

I_th1 – jednosekundowy prąd zwarciowy wytrzymywany, w [kA],

I_th– zastępczy prąd zwarciowy cieplny spodziewany, w [kA],

Dobrane rozdzielnic SN projektowanej sieci elektroenergetycznej spełniają warunek odporności zwarciowej.

4. Sprawdzenie układu zasilania z warunku spadku napięcia:

• zasilanie z pierwszego kierunku:

• zasilanie z drugiego kierunku:

5. Dobór zabezpieczenia transformatorów po stronie SN:

Należy przyjąć zabezpieczenie nadprądowe o prądzie znamionowym:

Zostaną przyjęte bezpieczniki topikowe SN produkcji JEAN MELLER typu IKUS-6-50/12N na napięcie U_n = 7,2 kV. Zabezpieczenie po stronie dolnego napięcia stanowi bezpiecznik topikowy gTr 630 (projekt stacji transformatorowych SN/nn przyłączanych do projektowanej elektroenergetycznej sieci kablowej stanowi osobne opracowanie).

6. Wymagana rezystancja uziemienia transformatora:

Uwagi końcowe

1. Ochrona przeciwporażeniowa przy uszkodzeniu po stronie SN – uziemienie.
2. Rezystancja uziemienia stacji transformatorowej nie może przekraczać 3 Ω.
3. 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.
4. Przepusty pod drogami wykonywać metodą przecisku.
5. Po ułożeniu kabla, przed jego zasypaniem, należy rury osłonowe uszczelnić od przedostawania się wody i poddać całość linii kablowych inwentaryzacji geodezyjnej.
6. Żyły powrotne poszczególnych kabli należy uziemić.
7. Przepusty kablowe układać na głębokości 1,2 m poniżej poziomu jezdni, a po ułożeniu kabli uszczelniać od przedostawania się wody.
8. Po wykonaniu linii kablowych należy wykonać badania odbiorcze.
9. Przed oddaniem do eksploatacji należy opracować instrukcję ruchu i eksploatacji sieci SN, która w połączeniu z instrukcją eksplantacji stacji transformatorowych będzie stanowiła podstawowy dokument ruchu i eksploatacji układu zasilania obiektu.

Instrukcje ruchu i eksploatacji należy uzgodnić w Spółce Dystrybucyjnej.

Informacja dotycząca bezpieczeństwa i ochrony zdrowia

Zakres robót

Zakres robót jak w „Przedmiocie i zakresie opracowania”.

Elementy zagospodarowania działki lub terenu, które mogą stwarzać zagrożenie bezpieczeństwa i zdrowia ludzi.

W zakresie projektowanych prac występują elementy zagospodarowania działki lub terenu, które mogą stwarzać zagrożenie bezpieczeństwa i zdrowia ludzi.

Zagrożenia wynikające z wykonywania prac

• w trakcie wykonywania prac w budynku i jego otoczeniu, związanych z instalacjami elektrycznymi,
• transportu ręcznego i mechanicznego ciężkich elementów konstrukcyjnych i maszyn,
• wykonywania prac na terenie obiektu w trakcie funkcjonowania instalacji i urządzeń nieobjętych zakresem prac projektowanych.

Skala zagrożenia: lokalnie w miejscu wykonywania prac.

Rodzaj zagrożenia: porażenia prądem elektrycznym o napięciu 3´8,7/15 kV.

Miejsce wystąpienia: teren prac elektroinstalacyjnych.

Czas wystąpienia: okres wykonywania robót związanych z montażem linii kablowych oraz stacji transformatorowych.

Sposób prowadzenia instruktażu

• Każdorazowo przed przystąpieniem do prac należy zapoznać pracowników z rodzajem i charakterem wykonywanych robót oraz przedstawić możliwe do wystąpienia zagrożenia i niebezpieczeństwa dla zdrowia lub życia ludzi.
• Należy zapoznać pracowników ze środkami ochrony BHP i metodami bezpiecznego wykonywania pracy.
  Oprócz tego bezpośrednio przed przystąpieniem do pracy, na miejscu pracy należy przeprowadzić instruktaż stanowiskowy bezpiecznego wykonywania pracy z wykorzystaniem dostępnych środków ochrony zdrowia i zabezpieczenia stanowiska pracy.
  Pracownicy muszą być poinstruowani o możliwościach, metodach i drogach ewakuacji z terenu budowy podczas wystąpienia zagrożenia życia lub zdrowia.
  Każdy instruowany pracownik musi potwierdzić odbycie przeszkolenia stanowiskowego w zakresie BHP i udzielania pierwszej pomocy.
• Szkolenie należy przeprowadzać zgodnie z wymogami rozporządzenia: Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 27 lipca 2004 r. w sprawie szkolenia w dziedzinie bezpieczeństwa i higieny pracy (DzU nr 180/2004, poz. 1860 z późniejszymi zmianami)

Wskazanie środków technicznych i organizacyjnych zapobiegających niebezpieczeństwom

• Prace przy wykonywaniu linii kablowych oraz stacji transformatorowych należy wykonywać w stanie beznapięciowym przy odpowiednim zabezpieczeniu przed załączeniem napięcia (otwarcie i zabezpieczenie odpowiedniego wyłącznika oraz zawieszenie tablicy informacyjnej „Nie załączać – pracują ludzie”).
• Przed przystąpieniem do prac elektroinstalacyjnych należy powiadomić o zamiarze wykonywania prac Podmiot, w którego zakresie obsługi znajdują się instalacje elektryczne obiektu, i uzyskać warunki wykonywania prac. Prace elektroinstalacyjne należy wykonywać z zasadami określonymi w rozporządzeniach:
• • a) Ministra Gospodarki z dnia 28 marca 2013 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy urządzeniach i instalacjach energetycznych (DzU. z 2013 roku, poz. 492),
  • b) Obwieszczenie Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 28 sierpnia 2003 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Pracy i Polityki Socjalnej w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy (DzU nr 169/2003, poz. 1650 z późniejszymi zmianami),
  • c) Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 lutego 2003 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy podczas wykonywania robót budowlanych (DzU nr 47/2003, poz. 401).
• Zaleca się realizację wszelkich prac z udziałem nie mniej niż dwóch osób.
• Wszyscy pracownicy wykonujący czynności przy montażu lub obsłudze instalacji i urządzeń elektrycznych muszą posiadać ważne zaświadczenia kwalifikacji zawodowych „E” lub „D”, upoważniające do wykonywania pracy przy eksploatacji lub dozorze instalacji i urządzeń elektrycznych o napięciu znamionowym wyższym od 1 kV (DzU nr 89/2003, poz. 828 z późniejszymi zmianami).
  Kierownik budowy zobowiązany jest ustalić z zarządcą terenu i obiektów zasady wykonywania robót pod względem czasowym i ewentualnego wyłączania prądu oraz zabezpieczenia miejsc wykonywania prac dla osób trzecich.
• W przypadku wykorzystywania do pracy maszyn i innych urządzeń technicznych do robót ziemnych, budowlanych lub drogowych, pracę należy wykonywać zgodnie z wymaganiami bezpieczeństwa i higieny pracy podczas eksploatacji maszyn i innych urządzeń technicznych przeznaczonych do robót ziemnych, budowlanych i drogowych (DzU nr 118/2001, poz. 1263 z późniejszymi zmianami).
• Obszar pracy z użyciem dźwigów należy wygrodzić, odpowiednio oznakować, a prace wykonywać z zachowaniem zasad bezpieczeństwa pracy z użyciem dźwigów.
• Niezależnie od powyższych wskazań, kierownik budowy zobowiązany jest przy opracowywaniu planu BIOZ uwzględnić wymogi Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 6 lutego 2003 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy podczas wykonywania robót budowlanych (DzU nr 47/2003, poz. 401) oraz Rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 28 marca 2013 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy urządzeniach i instalacjach energetycznych (DzU z 2013 roku, poz. 492).
• Kierownik budowy zobowiązany jest również zapewnić nadzór zgodnie z warunkami art. 208 i 212 Kodeksu pracy [tekst jednolity DzU z 2016 roku, poz. 1666 z późniejszymi zmianami].
• Zatrudniając pracowników do prac na budowie, należy przestrzegać zasad określonych rozporządzeniami:
  • a) Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 28 maja 1996 r. w sprawie rodzaju prac wymagających szczególnej sprawności psychofizycznej (DzU nr 62/1996, poz. 287),
  • b) Kodeksie pracy (DzU nr 21/1998, poz. 94 z późniejszymi zmianami),
  • c) Ministra Gospodarki z dnia 30 października 2002 r. w sprawie minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy w zakresie użytkowania maszyn przez pracowników podczas pracy (DzU nr 191/2002, poz. 1596 z późniejszymi zmianami),
  • d) Ministra Gospodarki z dnia 28 marca 2013 roku w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy urządzeniach energetycznych (DzU z 2013 roku, poz. 492),
  • e) Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 27 lipca 2004 roku w sprawie szkolenia w dziedzinie bezpieczeństwa i higieny pracy (DzU 180/2004, poz. 1860 z późniejszymi zmianami).
• Pracownicy zatrudniani przy budowie sieci, instalacji oraz urządzeń elektroenergetycznych muszą posiadać świadectwo kwalifikacyjne zgodne z wymaganiami Rozporządzenia Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 28 kwietnia 2003 roku w sprawie szczegółowych zasad stwierdzania posiadania kwalifikacji przez osoby zajmujące się eksploatacją urządzeń, instalacji i sieci (DzU nr 89/2003, poz. 828 z późniejszymi zmianami).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!