Stacje transformatorowe SN/nn (część 1.)
Zagadnienia wybrane – sposób doboru mocy zapotrzebowanej i transformatora
Stacja elektroenergetyczna jest elementem systemu elektroenergetycznego (SEE), jej zadaniem jest przetwarzanie oraz rozdział energii elektrycznej o określonych parametrach pomiędzy odbiorców.
Zobacz także
Kompleksowe usługi elektroenergetyczne, budowlane i projektowe mgr inż. Sebastian Wasztan Pomiary eksploatacyjne olejowych transformatorów Sn/nN grupy III (część 2.)
Badania i pomiary eksploatacyjne transformatorów służą do oceny stanu technicznego urządzeń i dają podstawy do racjonalnej i ekonomicznej ich eksploatacji oraz utworzenia planów napraw, modernizacji lub...
Badania i pomiary eksploatacyjne transformatorów służą do oceny stanu technicznego urządzeń i dają podstawy do racjonalnej i ekonomicznej ich eksploatacji oraz utworzenia planów napraw, modernizacji lub wycofania z ruchu i złomowania jednostek.
ELEKTROBUD P.S.A. ICZ-E – nowoczesne rozwiązanie do hal przemysłowych
Ceny prądu w Polsce osiągnęły już poziom astronomiczny, a przed nami dalsze podwyżki. Dlatego dziś trzeba maksymalnie oszczędzać energię i ograniczać jej straty. Jednym ze sposobów jest zainstalowanie...
Ceny prądu w Polsce osiągnęły już poziom astronomiczny, a przed nami dalsze podwyżki. Dlatego dziś trzeba maksymalnie oszczędzać energię i ograniczać jej straty. Jednym ze sposobów jest zainstalowanie w hali produkcyjnej wnętrzowej stacji transformatorowej ICZ-E, która pozwala zaoszczędzić ok. 20% energii elektrycznej w stosunku do rozwiązania tradycyjnego.
PRE Edward Biel Niezawodne rozdzielnice nn i SN oraz stacje ładowania od polskiego producenta
Nasza rodzinna firma Producent Rozdzielnic Elektrycznych PRE Edward Biel działa od 1993 r. Zajmujemy się produkcją rozdzielnic elektrycznych średniego i niskiego napięcia oraz stacji ładowania pojazdów...
Nasza rodzinna firma Producent Rozdzielnic Elektrycznych PRE Edward Biel działa od 1993 r. Zajmujemy się produkcją rozdzielnic elektrycznych średniego i niskiego napięcia oraz stacji ładowania pojazdów elektrycznych EVB. W naszej ofercie znajdują się produkty i rozwiązania techniczne o szerokim profilu zastosowania w energetyce zawodowej, przemyśle, infrastrukturze, budownictwie i e-mobilności – także dla klientów indywidualnych. Jesteśmy na rynku od 29 lat. Dzięki zdobytemu doświadczeniu stosujemy...
Właściwy dobór stacji transformatorowej polega na określeniu:
- liczby i mocy transformatorów,
- przekładni transformatora,
- grupy połączeń transformatora,
- napięcia zwarcia transformatora,
- częstotliwości znamionowej,
- sposobu regulacji napięcia transformatora,
- sposobu chłodzenia transformatora,
- wytrzymałości zwarciowej dynamicznej i cieplnej,
- typu i rodzaju wykonania stacji (w tym napięcia pracy).
Praca projektanta najczęściej ogranicza się do określenia punktów: 1., 2. i 5., ponieważ pozostałe parametry określa spółka dystrybucyjna.
Moc zapotrzebowana
Dobór stacji transformatorowej należy rozpocząć od określenia mocy zapotrzebowanej, to znaczy mocy szczytowej zapotrzebowanej przez pracujące w dowolnej chwili zainstalowane w obiekcie urządzenia. W tym celu należy wyznaczyć zapotrzebowanie na moc czynną i bierną przez poszczególne odbiory:
a) dla budynków mieszkalnych [2]:
Wzór 1
Wzór 2
gdzie:
SZBM – moc pozorna zapotrzebowana przez wielorodzinny budynek mieszkalny, w [kVA],
PZBM – moc czynna zapotrzebowana przez wielorodzinny budynek mieszkalny, zgodnie z [2], w [kW],
kj – współczynnik jednoczesności, w [-] [1, 2],
n – liczba mieszkań zasilanych z jednego WLZ-u, w [-],PM1 – moc zapotrzebowana przez pojedyncze mieszkanie, w [kW] [1, 2],
Poi – moc zapotrzebowana na ogrzewanie i-tego pomieszczenia, w [kW] [1, 2],
PA – moc zapotrzebowana przez odbiorniki administracyjne, w [kW],
QZBM – moc bierna zapotrzebowana przez wielorodzinny budynek mieszkalny, w [kVA],
cosϕM1 – współczynnik mocy dla pojedynczego mieszkania (cosϕM1≅1), w [-],
cosϕo – współczynnik mocy dla ogrzewania w i-tym mieszkaniu (cosϕ0≅1), w [-],
cosϕA – współczynnik mocy dla odbiorów administracyjnych, w [-].
Moc czynna zapotrzebowana przez grupę budynków mieszkalnych (PZGB):
Wzór 4
Wzór 5
Jeżeli obliczony współczynnik będzie większy od dopuszczalnego tgϕdop, określonego w umowie przyłączeniowej (jeżeli nie został określony, to zgodnie z [3], jego dopuszczalna wartość wynosi 0,4), należy wprowadzić układ do kompensacji mocy biernej. Więcej informacji na ten temat w [1].
b) dla budynków użyteczności publicznej [1]:
Wzór 6
Wzór 7
gdzie:
kji – współczynnik jednoczesności (dla budynków wielorodzinnych należy przyjmować wartość 1), w [-],
Wzór 8
Wzór 9
gdzie:
SZBP – moc pozorna zapotrzebowana przez budynek użyteczności publicznej, w [kVA],
PZBP – moc czynna zapotrzebowana przez budynek użyteczności publicznej, w [kW],
Pi – moc i-tej grupy odbiorników, w [kW],
kji – współczynnik jednoczesności i-tej grupy odbiorników, w [-] [1],
QZBP – moc bierna zapotrzebowana przez budynek użyteczności publicznej, w [kvar],
tgϕi – zastępczy współczynnik mocy i-tej grupy odbiorników, w [-].
Na podstawie obliczonej wartości mocy zapotrzebowanej czynnej i biernej należy wyznaczyć zastępczy współczynnik mocy tgϕZBP i porównać z tgϕdop:
Wzór 10
c) dla obiektów przemysłowych:
Zapotrzebowanie mocy przez urządzenia przemysłowe wyznaczane jest innymi metodami niż opisane wcześniej. Do metod tych należy zaliczyć:
- metodę jednostkowego zużycia energii,
- metodę średniówek powierzchniowych,
- metodę współczynnika zapotrzebowania mocy,
- metodę dwuczłonową,
- metodę zastępczej liczby odbiorników,
- metodę statystyczną.
Wyczerpujące opisy tych metod można znaleźć w literaturze [8, 9], w artykule więcej miejsca poświęcimy metodom współczynnika zapotrzebowania oraz zastępczej liczby odbiorników, jako najpowszechniej stosowanym w praktyce i dającym zadowalające wyniki.
Metoda współczynnika zapotrzebowania
W metodzie tej wykorzystuje się wartości współczynników zapotrzebowania dla różnych grup odbiorników, ustalone metodami statystycznymi, przy mocy zapotrzebowanej czynnej nie większej niż 500 kW. Moc czynną zapotrzebowaną wyznacza się ze wzoru:
Wzór 11
Natomiast moc bierną zapotrzebowaną oblicza się ze wzoru:
Wzór 12
gdzie:
Pz – moc czynna zapotrzebowana, w [kW],
Qz – moc bierna zapotrzebowana, w [kvar],
Pni – moc czynna i-tego odbiornika, w [kW],
tgϕ – zastępczy współczynnik mocy, w [-],
kZ – współczynnik zapotrzebowania, w [-] (tab. 1.).
Wartość współczynnika tgϕ należy wyznaczyć ze wzoru:
Wzór 13
Wzór 14
gdzie:
tgϕi – zastępczy współczynnik mocy dla i-tego odbiornika (wyznaczony ze wzoru 14.), w [-],
cosϕi – współczynnik mocy i-tego odbiornika, w [-].
Metoda zastępczej liczby odbiorników
Metoda ta jest bardzo uniwersalna i pozwala na dużą dokładność wyników obliczeń. Zastępczą liczbę odbiorników nz oblicza się ze wzoru:
Wzór 15
gdzie:
Pni – moc czynna i-tego odbiornika, w [kW].
Moc zapotrzebowaną przez grupę jednakowych odbiorników oblicza się ze wzoru:
Wzór 16
gdzie:
km – wskaźnik mocy obliczeniowej (tab. 2.):
Wzór 17
kw – wskaźnik wykorzystania mocy (dla odbiorników w przemyśle budowy maszyn i obróbki metali wartości zostały podane w tabeli 2.), w [-],
Psr – średnia moc czynna grupy odbiorników, w [kW],
– suma mocy znamionowych zainstalowanych odbiorników, w [kW].
Jeżeli w rozpatrywanej grupie odbiorników znajdują się odbiorniki o różnych wskaźnikach kw oraz różnych współczynnikach mocy cosϕ, należy obliczyć średni wskaźnik wykorzystania mocy grup odbiorników kwss zgodnie ze wzorem:
Wzór 18
gdzie:
kwi – wskaźnik wykorzystania mocy i-tego odbiornika, w [-],
Jeżeli liczba odbiorników w grupie jest nie większa niż 3, to moc zapotrzebowaną grupy należy wyznaczyć ze wzoru:
Wzór 19
W przypadku, gdy liczba odbiorników jest większa od 3, a zastępcza liczba odbiorników jest mniejsza od 4 (n>2 oraz nz<4), moc zapotrzebowaną należy wyznaczyć ze wzoru:
Wzór 20
gdzie:
koi – współczynnik obciążenia i-tego odbiornika równy stosunkowi mocy rzeczywiście pobieranej przez odbiornik do jego mocy znamionowej, w [-].
W przypadku braku informacji o wartości współczynnika ko można przyjmować następujące wartości:
- ko=0,90 – dla odbiorników przeznaczonych do pracy ciągłej,
- ko=0,75 – dla odbiorników przeznaczonych do pracy przerywanej.
W przypadku dużej liczby odbiorników wartość zastępczej liczby odbiorników można wyznaczyć z zależności:
Wzór 21
gdzie:
nzw – względna zastępcza liczba odbiorników (wartość podana w tabeli 4. z uwzględnieniem liczby oraz p), w [-],
Wzór 22
gdzie:
m – liczba odbiorników, których moc jest równa lub większa od połowy mocy największego odbiornika, w [-],
n – rzeczywista liczba odbiorników, w [-],
Wzór 23
Moc bierną zapotrzebowaną należy wyznaczyć ze wzoru:
Wzór 24
gdzie:
Wzór 25
d) dla oświetlenia ulicznego:
Wzór 26
Wzór 27
gdzie:
Posw – moc czynna zapotrzebowana przez instalację oświetlenia ulicznego, w [kW],
Popi – moc czynna zapotrzebowana przez pojedynczą oprawę (przyjęta na podstawie projektu oświetlenia ulicznego), w [kW],
Qosw – moc bierna zapotrzebowana przez instalację oświetlenia ulicznego, w [kvar],
tgϕosw – współczynnik mocy dla grupy opraw, w [-].
Efektem obliczeń powinna być suma mocy czynnej i biernej zapotrzebowanej przez poszczególne odbiorniki – na przykład:
Wzór 28
Wzór 29
Wzór 30
Wzór 31
gdzie:
PZ – moc czynna zapotrzebowana przez odbiorniki ze stacji transformatorowej, w [kW],
QZ – moc bierna zapotrzebowana przez odbiorniki ze stacji transformatorowej, w [kvar],
SZ – moc pozorna zapotrzebowana przez odbiorniki ze stacji transformatorowej, w [kVA].
Dobór transformatora
Moc transformatora musi pokrywać moc zapotrzebowaną przez zasilane odbiorniki oraz uwzględniać straty własne, czyli:
Wzór 32
Wzór 33
Wzór 34
Wzór 35
Wzór 36
Wzór 37
gdzie:
SnTr – moc znamionowa transformatora, w [kVA],
SZc – całkowita moc zapotrzebowana przez odbiorniki z uwzględnieniem strat własnych transformatora, w [kVA],
ΔPT – straty czynne transformatora, w [kW],
ΔQT – straty bierne transformatora, w [kvar],
ΔP0=ΔPFe – straty mocy czynnej stanu jałowego transformatora, w [kW],
ΔPobc_zn=ΔPCu – znamionowe obciążeniowe straty mocy czynne transformatora, w [kW],
ΔQ0 – straty jałowe bierne transformatora, w [kvar],
ΔQobc_zn – straty obciążeniowe bierne transformatora, w [kvar],
Qk – moc baterii kondensatorów zastosowanych do kompensacji, w [kvar],
uk% – napięcie zwarcia transformatora, w [%],
i0% – prąd stanu jałowego transformatora, w [%].
Po wyznaczeniu mocy zapotrzebowanej SZc należy z katalogu producenta dobrać transformator o mocy znamionowej SnTr (spełnić nierówność (32)). Więcej informacji na temat kompensacji mocy biernej oraz doboru baterii kondensatorów można znaleźć w rozdziale 8. [1].
Jeżeli planowane jest zasilanie odbiorników w układzie rezerwy ukrytej lub jawnej, każdy z transformatorów powinien być dobrany tak, jak to zostało przedstawione wcześniej (zależności od (32) do (37)). Następnie należy dokonać podziału odbiorów pomiędzy transformatory, w zależności od przyjętej koncepcji zasilania. Podział obciążenia powinien zapewniać w miarę równomierne obciążenie obydwu transformatorów w warunkach normalnej pracy (rezerwa ukryta).
Parametry transformatora
Wybrane parametry transformatora:
SnTr – moc znamionowa transformatora, w [kVA],
UnTr – napięcie znamionowe transformatora, w [kV],
ϑI – przekładnia prądowa transformatora, w [-]:
ϑU – przekładnia napięciowa transformatora, w [-]:
I1 – prąd płynący w uzwojeniu pierwotnym transformatora, w [A],
I2 – prąd płynący w uzwojeniu wtórnym transformatora, w [A],
Ud1 – napięcie znamionowe na zaciskach uzwojenia dolnego transformatora, w [kV],
Ug1 – napięcie znamionowe na zaciskach uzwojenia górnego transformatora, w [kV],
ΔPobc_zn=ΔPCu – znamionowe obciążeniowe straty mocy czynnej transformatora, w [kW],
ΔP0=ΔPFe – straty mocy czynnej stanu jałowego transformatora, w [kW],
ΔQobc_zn – straty obciążeniowe bierne transformatora (zgodnie z (37)), w [kvar],
ΔQ0 – straty jałowe bierne transformatora (zgodnie z (36)), w [kvar],
uk – napięcie zwarcia transformatora, w [-] (lub uk%=uk⋅100 %),
i0% – prąd stanu jałowego transformatora, w [%],
uX – składowa bierna napięcia zwarcia, w [-]:
uR – składowa czynna napięcia zwarcia, w [-]:
ZT – impedancja transformatora, w [Ω]:
XT – reaktancja transformatora, w [Ω]:
RT – rezystancja transformatora, w [Ω]:
m1 – liczba faz, w [-],
cosϕ – współczynnik mocy, w [-].
Literatura
- Julian Wiatr, Marcin Orzechowski, Poradnik projektanta elektryka. Podstawy zasilania budynków mieszkalnych, użyteczności publicznej i innych obiektów nieprzemysłowych w energię elektryczną. DW Medium 2008.
- N-SEP 002
- Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 20 grudnia 2004 r.
- www.enco-energetyka.com.pl
- www.elektromontaz-export.com.pl
- www.nowaplus.com.pl
- www.zpue.pl
- www.bazpol.pl
- Poradnik projektanta systemów zasilania awaryjnego i gwarantowanego (wydanie II) pod redakcją Juliana Wiatr, zespół autorski w składzie: Julian Wiatr, Mirosław Miegoń; Adam Przasnyski, Marcin Orzechowski.
- T. Kahl, Sieci elektroenergetyczne, WNT 1984.
- T. Wiśniewski, S. Niestępski, J. Pasternakiewicz, M. Parol, Instalacje elektryczne. Budowa, projektowanie i eksploatacja, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej 2001.
- Ustawa z dnia 26 czerwca 1974 r. – Kodeks pracy (DzU nr 24, poz. 141, z późniejszymi zmianami).
- Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne (DzU nr 54, poz. 348, z późniejszymi zmianami).
- Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane (DzU nr 89, poz. 414, z późniejszymi zmianami).
- Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. Prawo ochrony środowiska (DzU nr 62, poz. 627).
- Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. o odpadach (DzU nr 62 poz. 628).
- Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 3 lipca 2003 r. w sprawie książki obiektu budowlanego (DzU nr 120, poz. 1134).
- Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (DzU nr 93/2007 poz. 623).
- Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 16 marca 1998 r. w sprawie wymagań kwalifikacyjnych dla osób zajmujących się eksploatacją urządzeń, instalacji i sieci oraz trybu stwierdzania tych kwalifikacji, rodzajów instalacji i urządzeń, przy których eksploatacji wymagane jest posiadanie kwalifikacji, jednostek organizacyjnych, przy których powołuje się komisje kwalifikacyjne, oraz wysokości opłat pobieranych za sprawdzenie kwalifikacji (DzU 98.59.377, z późniejszymi zmianami).
- Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 26 września 1997 r. w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy (DzU nr 129, poz. 844).
- Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 17 września 1999 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy urządzeniach i instalacjach energetycznych (DzU nr 80, poz. 912).
- PN-EN 50110-1:2005 (U) Eksploatacja urządzeń elektrycznych.
- PN-88/E-08501 Tablice i znaki bezpieczeństwa.
- PN-IEC 60364-5-54 z listopada 1999 r. Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Uziemienia i przewody ochronne.
- PN-IEC 60364-4-41 z lutego 2000 r. Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przeciwporażeniowa.
- PN-IEC 60364-4-47 z marca 2001 r. Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Środki ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym.
