Uproszczony projekt zasilania osiedla domków jednorodzinnych w energię elektryczną
Część 1. – stacja transformatorowa
Plan zasilania osiedla
Budowa
osiedla budynków jednorodzinnych często stawia projektanta w trudnej
sytuacji podczas wyboru miejsca na posadowienie stacji transformatorowej.
Z pomocą przychodzi możliwość posadowienia stacji słupowej, która zajmuje
mało miejsca i jest dość wygodna w eksploatacji, a ponadto nie
ma wymogów w zakresie odległości od innych budynków wynikających
z przepisów ochrony przeciwpożarowej.
W artykule prezentujemy
rozwiązanie zaczerpnięte z katalogu firmy STRUNOBET MIGACZ Sp. z o.o.
z jednoczesnym wskazaniem sposobu postępowania projektanta korzystającego
z „gotowych rozwiązań”. Zgodnie z katalogiem taka stacja może być
wyposażona w transformator o mocy 630 kVA.
Zobacz także
SKLEP RTV EURO AGD Domek letniskowy - wszystko, co powinno się w nim znaleźć, aby dobrze wypoczywać
Lubisz spędzać wakacje w otoczeniu natury, najchętniej bez towarzystwa innych ludzi? Najlepiej zdecydować się więc na domek letniskowy położony w jakimś ustronnym miejscu. Jednak jak wyposażyć taki domek,...
Lubisz spędzać wakacje w otoczeniu natury, najchętniej bez towarzystwa innych ludzi? Najlepiej zdecydować się więc na domek letniskowy położony w jakimś ustronnym miejscu. Jednak jak wyposażyć taki domek, by móc korzystać również ze wszystkich zdobyczy techniki? Co powinno się w nim znaleźć, aby cieszyć się zarówno ciszą, jak i rozrywką?
archon.pl Dom tani w budowie - jaki powinien być idealny projekt?
Przed Inwestorem, który podjął już decyzję o budowie domu i rozpoczyna przygotowania, otwiera się wiele możliwości w zakresie wyboru idealnego projektu domu. Najważniejsze, aby ten dopasowany był do potrzeb...
Przed Inwestorem, który podjął już decyzję o budowie domu i rozpoczyna przygotowania, otwiera się wiele możliwości w zakresie wyboru idealnego projektu domu. Najważniejsze, aby ten dopasowany był do potrzeb domowników, do uwarunkowań działki oraz przepisów lokalnego prawa, a także mieścił się w przeznaczonym na inwestycję budżecie. Pracownia ARCHON+ proponuje różnorodne gotowe projekty domów parterowych, projekty domów z poddaszem użytkowym, piętrowe, wśród których dostępne są interesujące projekty...
mgr inż. Julian Wiatr Uproszczony projekt zasilania w energię elektryczną obiektu użyteczności publicznej
Kontynuujemy opis projektu zasilania w energię elektryczną obiektu użyteczności publicznej składającego się z trzech budynków: budynku biurowego, budynku garażowego oraz budynku gospodarczego, rozpoczęty...
Kontynuujemy opis projektu zasilania w energię elektryczną obiektu użyteczności publicznej składającego się z trzech budynków: budynku biurowego, budynku garażowego oraz budynku gospodarczego, rozpoczęty w numerze 9/2023 „elektro.info”.
W artykule:• Podstawa opracowania• Wyciąg z technicznych warunków przyłączenia • Opisy stanu istniejącego i projektowanego • Obliczenia • Uwagi końcowe |
Prezentowana stacja ma moc 250 kVA, zasilana jest kablem SN układanym w ziemi przyłączonym do pobliskiej napowietrznej elektroenergetycznej linii SN. Pozostałe elementy układu zasilania osiedla będą publikowane w kolejnych numerach „elektro.info”.
Podstawa opracowania
- Zlecenie inwestora.
- Wizja lokalna w terenie.
- Badania geologiczne przeprowadzone na terenie inwestycji.
- Projekt zagospodarowania terenu oraz projekt instalacji elektrycznych budynków planowanych do wzniesienia na terenie objętym projektem zagospodarowania terenu.
- 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, z późniejszymi zmianami).
- Warunki techniczne przyłączenia wydane przez spółkę dystrybucyjną.
- Norma PN-EN 50322:2011 Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1 kV.
- Norma N SEP-E 002 Instalacje elektryczne niskiego napięcia.
- Norma N SEP-E 004 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa.
- Wieloarkuszowa norma PN-90/E-06401 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Osprzęt do kabli o napięciu znamionowym nieprzekraczającym 30 kV.
- Norma N SEP-E 001 Sieci elektroenergetyczne niskiego napięcia. Ochrona przeciwporażeniowa.
- 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.
- Norma PN-HD 60364-4-41:2009 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed porażeniem elektrycznym.
- Katalogi producentów kabli oraz producentów osprzętu kablowego.
- Album słupowych stacji transformatorowych na słupach pojedynczych z żerdzi wirowanych STSRS-20/630 tom V (www.strunobet.pl/do-pobrania: 23.06.2018).
- Album linii napowietrznych średniego napięcia LSNS-og. 70(50) tom II cz. 2 (www.strunobet.pl/do-pobrania: 23.06.2018).
Wyciąg z technicznych warunków przyłączenia
- Zasilanie osiedla należy wykonać kablem nn (o przekroju ustalonym na podstawie obliczeń, lecz nie mniejszym od 120 mm2) wyprowadzonym ze słupowej stacji transformatorowej SN/nn o mocy przyjętej na podstawie obliczeń.
- Zasilanie projektowanej stacji wykonać kablem SN o przekroju dobranym na podstawie obliczeń (nie mniejszym niż 120 mm2), przyłączanym do istniejącej linii napowietrznej SN.
- Prąd zwarcia symetrycznego na szynach SN w GPZ – 10 kA.
- Układ pomiarowy należy projektować w układzie pośrednim i zlokalizować w słupowej szafce pomiarowej.
- Czas trwania zwarcia w linii SN – 1,5 s.
- Niekompensowany prąd resztkowy przy zwarciach doziemnych – Iknc = 20 A.
- Dopuszczalny współczynnik tg φ = 0,4.
- Prąd obciążenia linii napowietrznej IB1 = 35 A.
Opis stanu istniejącego
- W odległości 170 m od terenu inwestycji przebiega linia napowietrzna SN 3x8,7/15 kV, wykonana przewodami AFl 6-70.
- Konstrukcję wsporczą linii stanowią słupy wirowane długości 12 m.
- Słup, do którego projektowane jest przyłącze kablowe SN, zasilające projektowaną stację transformatorową, znajduje się w odległości 2,7 km od GPZ-tu.
- Grunt w miejscu posadowienia stacji należy zaliczyć do gruntów średnich.
- Rezystywność gruntu ρ = 200 Ω×m.
Opis stanu projektowanego
- W miejscu wskazanym na rys. 1. należy posadowić słupową stację transformatorową STSRS-20/630-K-10,5/10, wyposażoną w transformator SN/nn o mocy 250 kVA.
- Żerdź wirowaną K-10,5/10, stanowiącą konstrukcję nośną stacji, po uzbrojeniu w ustój płytowy U2a należy posadowić w wykopie. Przed zasypaniem wykopu żerdź należy ustawić pionowo do podłoża. Schemat ideowy zasilania projektowanej stacji transformatorowej SN/nn oraz jej wyposażenia przedstawia rys. 2.
- Widok uzbrojonej stacji transformatorowej przedstawia rys. 3.
(pełny opis na s. 50 „Albumu słupowych stacji transformatorowych na słupach pojedynczych z żerdzi wirowanych STSRS-20/630 tom TOM V” – www.strunobet.pl/do-pobrania: 23.06.2018).
Rys. 1. Plan zasilania osiedla; rys. J. Wiatr
- Rys. 3a przedstawia widok i zasady montażu ustoju płytowego U2a. 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 Ru ≤ 2,5 Ω.
Rys. 3a. Ustój płytowy typu U2a: 1 – element mocowania płyty ustrojowej EUS-2p – 2 szt., 2 – obejma Ous-1a – 4 szt., 3 – płyta ustrojowa U-85 – 3 szt., 4 – śruba z nakrętką M 16x20 – 4 szt., 5 – podkładka Ø 16 – 4 szt.; rys. J. Wiatr
- Układy pomiarowe zużytej energii elektrycznej należy wykonać w układzie pośrednim z wykorzystaniem przekładników prądowych SN napowietrznych CTSO 10/5 A/A, kl. 0.2S, Sn = 7,5 VA oraz przekładników napięciowych SN VTO 17 o mocy Sn = 7,5 VA i napięciach Un1 = 15 000 :
V, Un1 = 100 :V.
Układy pomiarowe należy zainstalować w słupowej szafce pomiarowej. - Projektowaną stację transformatorową należy zasilać kablem 3xXRUHAKXS 120 przyłączonym do istniejącej linii napowietrznej SN. Przyłączenie do istniejącej linii napowietrznej SN należy wykonać zgodnie z rys. 3.
(pełny opis na s. 127 „Albumu linii napowietrznych średniego napięcia LSNS-og. 70(50) tom II cz. 2” – www.strunobet.pl/do-pobrania: 23.06.2018). - Kabel 3xXRUHAKXS 120 zasilający projektowaną stację transformatorową SN/nn należy układać w wykopie o głębokości 100 cm na podsypce piasku o grubości 10 cm. Następnie kabel należy zasypać warstwą piasku grubości 10 cm, warstwą rodzimego gruntu 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 – symbol użytkownika – symbol wykonawcy. Przekrój projektowanej linii kablowej i uziemienia przedstawia rys. 4.
Rys. 4. Schemat montażowy rozdzielnicy RH; rys. J. Wiatr
Obliczenia
1. Bilans mocy zapotrzebowanej oraz dobór mocy transformatora SN/nn:
Za podstawę obliczeń przyjęto wymagania normy N SEP-E 002 oraz dane z obliczeń oświetlenia.
W pierwszym przybliżeniu warunki spełni transformator o mocy 160 kVA, lecz ze względu na planowaną rozbudowę osiedla przyjęty zostanie transformator o mocy 250 kVA.
2. Obliczenia zwarciowe:
- prądy zwarciowe dla zwarć symetrycznych, w GPZ na szynach 15 kV:
- parametry zwarciowe w GPZ:
- parametry zwarciowe w miejscu przyłączenia kabla SN:
- Wymagany przekrój kabla ze względu na zwarcia:
Należy przyjąć kabel 3xXRUHAKXS 120, zgodnie z warunkami technicznymi przyłączenia wydanymi przez spółkę dystrybucyjną.
- Sprawdzenie żyły powrotnej na zwarcie dwufazowe:
Sprawdzenie dobranego kabla z warunku spadku napięcia:
Do obliczeń przyjęto długość całkowitą kabla z uwzględnieniem zapasów – l = 200 m.
Dobór zabezpieczenia transformatorów po stronie SN:
Należy dobrać bezpieczniki SN VV 24 kV – 20 A o prądzie nominalnym 20 A.
Zabezpieczenie po stronie dolnego napięcia – bezpiecznik topikowy gTr 250 (zainstalowany w szafie rozdzielczej nn, zlokalizowanej obok projektowanej stacji transformatorowej – element objęty opracowaniem II części artykułu – elektro.info” nr 10/2018), przy którym zostanie zachowana selektywność działania zabezpieczeń instalowanych w poszczególnych obwodowych.
Spodziewany prąd zwarcia po stronie dolnego uzwojenia transformatorów gwarantuje selektywne zadziałanie w stosunku do zabezpieczenia instalowanego w górnych uzwojeniach transformatorów.
Czas zadziałania bezpiecznika gTr 250 przy spodziewanym prądzie zwarcia odczytany z jego charakterystyki prądowo-czasowej wynosi około 0,4 s < T = 1,5 s.
Rezystancja uziemienia transformatora:
Zgodnie z wymaganiami normy N SEP-E 001:
Ponieważ uziom zostanie wykonany jako kombinowany, rezystancje poszczególnych jego elementów wyniosą:
- pojedynczy uziom pionowy Ø16, 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 18 m połączonych taśmą FeZn 30x4 stanowiącą uziom poziomy):
Warunek będzie spełniony.
Dobór przekładnika prądowego:
Wymagane parametry zwarciowe przekładnika:
- prądy zwarciowe na końcu projektowanej linii kablowej:
- znamionowy prąd dynamiczny:
- znamionowy krótkotrwały prąd cieplny (1-sekundowy):
Zostanie przyjęty przekładnik prądowy napowietrzny SN typu CTSO 17 10/5 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],
l(km) – długość kabla, w [km],
IB – spodziewany prąd obciążenia, w [A],
In1T – prąd znamionowy górnego uzwojenia transformatora, 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]
Ik”– początkowy prąd zawarcia, 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]; dla linii napowietrznej SN: x’= 0,4 [Ω/km]),
ip – zwarciowy prąd udarowy, w [kA],
κ – współczynnik udaru, w [-],
S”kQ – moc zwarciowa, w [MV],
ZkQ – impedancja zwarciowa zastępcza Systemu Elektroenergetycznego, w [W],
τpz – początkowa temperatura zawarcia, w [K],
τdz – dopuszczalna temperatura zawarcia, 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],
UF – napięcie dotykowe dopuszczalne, w [V],
η1; η2 – współczynniki wykorzystania uziomów, w [-] (J. Strzałka, J. Strojny, Projektowanie urządzeń elektroenergetycznych, UWND AGH 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],
Sz – moc pozorna zapotrzebowana przez odbiorniki przyłączane do stacji transformatorowej, w [kW],
ni – liczba odbiorników przyłączonych do obwodu, w [-],
kj – współczynnik jednoczesności wg N SEP-E 002, w [-],
Si – moc pozorna zapotrzebowana przez i-ty budynek przyłączony do pojedynczego obwodu, w [-],
Soś. – moc pozorna zapotrzebowana przez oświetlenie uliczne, w [-].
Przyjęty został napowietrzny przekładnik napięciowy SN typu VTO 17 o mocy 7,5 VA produkcji KPB Intra Polska Sp. z o.o., bezpiecznik topikowy DO2gG2 oraz kabel YKY 4x1,5.
Uwagi końcowe
1. Ochrona przeciwporażeniowa przy uszkodzeniu po stronie SN – uziemienie.
2. Ochrona przeciwporażeniowa po stronie nn – samoczynne wyłączenie zgodnie z wymaganiami normy PN-HD 60364-4-41:2009.
3. Rezystancja uziemienia stacji transformatorowej nie może przekraczać 2,5 W.
4. Przy pracach budowlanych związanych z budową linii kablowej miejscach uzbrojenia terenu roboty należy wykonywać ręcznie w porozumieniu oraz pod nadzorem użytkowników poszczególnych elementów uzbrojenia terenu.
5. Po ułożeniu kabla, przed jego zasypaniem, należy uszczelnić rury osłonowe przed przedostawaniem się wody i poddać całość linii kablowych inwentaryzacji geodezyjnej.
6. Żyły powrotne poszczególnych kabli należy uziemić na obu końcach.7. Po wybudowaniu stacji należy wykonać badania odbiorcze.
