POLITECHNIKA LUBELSKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

PROJEKT URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

Stacja energetyczna zasilająca zakład

przemysłowy.

Wykonał:

Paweł Trochimiuk

1995

1. Dane projektu....................................................................................str.3

2. Ustalenie możliwych warunków zasilania.........................................str.3

3. Dobór transformatorów w stacji........................................................str.3

4. Dobór generatora awaryjnego............................................................str.5

5. Obliczenia zwarciowe........................................................................str.5

6. Dobór łączników wysokiego napięcia................................................str.9

7. Dobór i sprawdzenie zwarciowych parametrów

rozdzielni średniego napięcia..............str.12

8. Charakterystyka pól rozdzielnicy.......................................................str.14

9. Dobór szyn zbiorczych......................................................................str.17

10. Dobór izolatorów.............................................................................str.19

11. Dobór urządzeń do stacji oddziałowych...........................................str.20

12. Dobór kabli do stacji oddziałowych.................................................str.22

13. Wnioski dotyczące projektu.............................................................str.25

1. Dane projektu.

Moc maksymalna pobierana przez zakład P_max = 10 MW

cosj = 0.9

Napięcie zasilające U_zas = 1 ´ 110 kV + generator

Moc zwarciowa S_z = 250 MVA

Napięcie rozdzielni zakładowej U_SWN = 10 kV

Długość linii 110 kV wynosi L = 50 km

2. Ustalenie możliwych warunków zasilania.

a) Praca normalna.

Zakład jest zasilany z systemu energetycznego przez transformator główny zasilany z sieci 110 kV, pokrywający zapotrzebowanie na całkowitą moc szczytową.

b) Praca awaryjna.

W przypadku uszkodzenia transformatora lub linii zasilającej, zapasowy generator pokryje zapotrzebowanie zakładu na całkowitą moc szczytową.

3. Dobór transformatorów w stacji.

3.1 Dobór transformatora na 110 kV.

Maksymalna moc pozorna pobierana przez zakład wynosi:

Mocy dobranego transformatora musi być większa od mocy maksymalnej pobieranej przez zakład S_NT > S_max = 11,11 MVA

Dobieram transformator na 110 kV.

Dane transformatorów:

Typ transformatora TOR b 16000/110

Moc znamionowa S_NT = 16 MVA

Przekładnia u = 115 ± 10% / 10,5 kV

Układ i grupa połączeń Yd11

Napięcie zwarcia U_Z% = 11%

Producent „Emit”

Moc dobranego transformatora wynosi:

S_NT = 16 MVA > S_max = 11,11 MVA

Moc dobranego transformatora jest większa od zakładanej, gdyż w najbliższej przyszłości może dojść do rozbudowy zakładu.

3.2 Dobór transformatorów do stacji oddziałowych (na 10,5 kV).

Dane dobranych transformatorów:

Typ transformatora TAOa 1600 kVA

Moc znamionowa S_NT = 1600 kVA

Napięcie górne 10,5 kV

Napięcie dolne 400 V

Napięcie zwarcia 6%

Układ połączeń Dy5

Ze względu na moc stacji oddziałowych SO₁ i SO₅ przekraczającą moc dobranych transformatorów, w tych stacjach oddziałowych transformatory zostały połączone równolegle w celu zwiększenia mocy. Natomiast w stacjach oddziałowych SO₂, SO₃ i SO₄ zastosowano po jednym transformatorze.

4. Dobór generatora awaryjnego.

Ze względu na znaczny pobór mocy przez zakład oraz ze względu na konieczność zastosowania generatora produkcji krajowej oraz z kilku innych względów nie ujawnionych przez zleceniodawcę został zastosowany generator o mocy znacznie przewyższającej zapotrzebowanie zakładu.

Dane generatora:

Typ generatora TGZ - 16 - 02

Moc znamionowa S_NG = 20 MVA

Moc szczytowa P_n = 16 MW

Prąd roboczy maksymalny I_rmax = 1100 A

Napięcie zwarcia U_Z% = 8,75%

Częstotliwość f = 50 Hz

Prędkość obrotowa n = 3000 obr/min

cos = 0,8

Generator jest chłodzony powietrzem.

Producent turbogeneratora:

Dolnośląskie Zakłady Wytwórcze Maszyn Elektrycznych „Ema - Dolmel”, Wrocław

5. Obliczenia zwarciowe.

Schemat obwodu zwarciowego.

5.1 Reaktancje urządzeń:

Reaktancja linii:

X¹¹⁰_L = X₀ * L = 0.24 W / km * 50 km = 12 W

Reaktancja linii przeliczone na stronę średniego napięcia(10,5kV):

Reaktancja transformatora:

Reaktancja turbogeneratora:

5.2 Obliczenia prądów zwarciowych.

1) Zwarcie po stronie 110 kV

Impedancja zwarcia:

X¹¹⁰_L = X₀ * L = 0.24 W / km * 50 km = 12 W

Początkowy prąd zwarciowy:

Prąd udarowy:

i_u1=

gdzie k_U = 1.8 (współczynnik udaru)

Prąd wyłączalny:

I_ws1=k_ws*I_p1=1*5,82kA=5,82kA

Zastępczy prąd cieplny:

I_tz1=k_c*I_p1=1,02*5,82=5,88kA

Zakładam czas trwania zwarcia 1,5s.

Zastępczy prąd cieplny 1-sekundowy:

Zastępczy prąd cieplny 3-sekundowy:

2) Zwarcie na szynach (10,5 kV) - zasilanie z transformatora

Reaktancje linii przeliczone na napięcie 10,5kV:

Reaktancja transformatora:

Łączna reaktancja linii i transformatora:

Początkowy prąd zwarciowy:

Prąd udarowy:

i_u2=

gdzie k_U = 1.8 (współczynnik udaru)

Prąd wyłączalny:

I_ws2=k_ws*I_p2=1*7,65kA=7,65kA

Zastępczy prąd cieplny:

I_tz2=k_c*I_p2=1,02*7,65=7,73kA

Zakładam czas trwania zwarcia 1,5s.

Zastępczy prąd cieplny 1-sekundowy:

Zastępczy prąd cieplny 3-sekundowy:

3) Zwarcie na szynach (10,5kV) - zasilanie z generatora

Reaktancja turbogeneratora:

Początkowy prąd zwarciowy:

Prąd udarowy:

i_u3=

gdzie k_U = 1.8 (współczynnik udaru)

Prąd wyłączalny:

I_ws3=k_ws*I_p3=1*13,92kA=13,92kA

Zastępczy prąd cieplny:

I_tz3=k_c*I_p3=1,02*13,92=14,1kA

Zakładam czas trwania zwarcia 1,5s.

Zastępczy prąd cieplny 1-sekundowy:

Zastępczy prąd cieplny 3-sekundowy:

Maksymalna moc zwarciowa:

S_Z =250 MVA > S_zw = 253 MVA

Zestawienie obliczeń zwarciowych

Wariant zwarcia	Ip [kA]	iu [kA]	Iws [kA]	Itz [kA]	It1s [kA]	It3s [kA]
1)zasilanie 110kV -zwarcie 110kV	5,82	14,8	5,82	5,88	7,17	4,16
2)zasilanie 110kV -zwarcie 10,5kV	7,65	19,47	7,65	7,73	9,43	5,47
3)zasilanie generator -zwarcie 10,5kV	13,92	35,43	13,92	14,1	17,2	9,97

6. Dobór łączników wysokiego napięcia.

6.1 Dobór wyłącznika.

Kryteria doboru wyłączników:

Napięcie znamionowe:U_n ł U_ns: napięcie sieci

Prąd znamionowy:In ł I_{r max}: maksymalny prąd roboczy

Znamionowy prąd cieplny 3-sekundowy:I_nt3 >I_t3:zwarciowy prąd cieplny 3-sekundowy

Prąd szczytowy:i_szcz >i_u: prąd udarowy

Prąd załączalny:i_nzał >i_u: prąd udarowy

Wyłącznik W_WN.

Dobrałem wyłącznik napowietrzny SF₆ typu - LTB 123 D1 firmy ABB (Asea Brown Boveri).

Napięcie znamionowe: U_n > U_ns 123kV>110kV

Prąd znamionowy:

I_n > I_{r max} 2500A>84A

Znamionowy prąd 3-sekundowy: I_nt3 > I_t3s 31,5kA>4,16kA

Prąd szczytowy: i_szcz >i_u 108kA>14,8kA

Prąd załączalny: i_nzał >i_u 85kA>14,8kA

Wyłącznik ma mechanizm napędowy sprężynowy, naciągany silnikiem typu BLK.

6.2 Dobór odłączników .

Kryteria doboru odłączników:

Napięcie znamionowe:U_n ł U_ns: napięcie sieci

Prąd znamionowy:In ł I_{r max}: maksymalny prąd roboczy

Znamionowy prąd cieplny 1-sekundowy:I_nt1 >I_t1:zwarciowy prąd cieplny 1-sekundowy

Prąd szczytowy:i_szcz >i_u: prąd udarowy

Odłączniki wysokiego napięcia.

Dobrałem dwa odłączniki z uziemnikami dwukolumnowe do montażu na wolnym powietrzu typu SGF 123 n + E firmy ABB.

Napięcie znamionowe: U_n > U_ns 123kV>110kV

Prąd znamionowy: I_n > I_{r max} 1600A>84A

Znamionowy prąd 1-sekundowy: I_nt1 > I_t1s 40kA>7,17kA

Prąd szczytowy: i_szcz łi_u 100kA>14,8kA

Każdy odłącznik ma zamontowany jeden uziemnik. Odłącznik ma mechanizm napędowy silnikowy typu MT 100.

6.3 Dobór przekładnika prądowego.

Kryteria doboru przekładników prądowych:

Napięcie znamionowe izolacji:U_ni ł U_ns: napięcie sieci

Znamionowy prąd pierwotny:I_1n ł I_{r max}: maksymalny prąd roboczy

Znamionowy prąd wtórny:I_2n

Znamionowy prąd cieplny 1-sekundowy:I_nt1 >I_t1:zwarciowy prąd cieplny 1-sekundowy

Prąd szczytowy:i_szcz >i_u: prąd udarowy

Znamionowe obciążenie przekładnika:S_2n

Znamionowa liczba przetężeniowa.

Znamionowa klasa dokładności.

Przekładnik prądowy wysokiego napięcia.

Dobrałem trzy przekładniki prądowe małoolejowe jednofazowe napowietrzne typu J110-4a produkcji polskiej.

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 110 kV

Znamionowy prąd pierwotny I_1n = 4* 100A > I_{r max} = 52.5A

Znamionowy prąd wtórny I_2n = 5A

Znamionowy prąd jednosekundowy I_nt1 = 80*I_1n > I_t1 = 7,17kA

Znamionowy prąd szczytowy i_dyn = 200*I_1n > i_u = 14,8 kA

Znamionowe obciążenie przekładnika S_2n = 90VA

Znamionowa liczba przetężeniowa P15

Znamionowa klasa dokładności kl.1

6.3 Dobór przekładnika napięciowych.

Kryteria doboru przekładników napięciowych:

Napięcie znamionowe izolacji:U_ni ł U_ns: napięcie sieci

Znamionowe napięcie pierwotne:U_1n=U_ns: napięcie sieci

Znamionowe napięcie wtórne: U_2n

Znamionowe obciążenie przekładnika:S_2n

Znamionowa klasa dokładności.

Moc graniczna: S_gr

Przekładnik napięciowy wysokiego napięcia.

Dobrałem trzy przekładniki napięciowe małoolejowe jednofazowe napowietrzne typu U110a produkcji polskiej.

Sieć ze skutecznie uziemionym punktem zerowym.

Układ pełnej gwiazdy.

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 110kV >

Znamionowe napięcie pierwotne U_1n = 110kV

Znamionowe napięcie wtórne

Znamionowe obciążenie przekładnika kl.0,5 S_n = 120VA

kl.1 S_n = 250VA

Klasa dokładności kl.3 S_n = 500VA

Moc graniczna S_gr = 4000VA

6.4 Dobór odgromników zaworowych.

Kryteria doboru odgromników zaworowych:

Napięcie znamionowe :U_ni ł U_ns: napięcie sieci

Jeżeli przewód zerowy linii jest bardzo dobrze uziemiony wtedy możemy odgromnik zaworowy dobrać na mniejsze napięcie.

Odgromnik zaworowy wysokiego napięcia.

Dobrałem odgromnik zaworowy typu GZSa 97.

Znamionowe napięcie odgromnika U_od = 97kV

Wartość skuteczna napięcia zapłonu U_{z min} = 175kV

U_{z max} = 210kV

7. Dobór i sprawdzenie zwarciowych parametrów rozdzielni średniego napięcia.

Wybrałem rozdzielnicę ELMOBLOK III - EL10 produkcji polskiej.

7.1 Ogólna charakterystyka rozdzielnicy.

Rozdzielnica typu „ELMOBLOK III - EL10” jest rozdzielnicą w obudowie metalowej, z pojedyńczym układem szyn zbiorczych w izolacji powietrznej i z wysuwanym członem wyłącznikowym. Zastosowanie tej rozdzielnicy jest możliwe tam, gdzie moc zwarciowa nie przekracza 350MVA przy napięciu roboczym 10 kV. Wyposażona jest w wyłączniki małoolejowe typu WMSWP10/12/3,5 o napędzie pneumatycznym i ciśnieniu znamionowym 5 atmosfer. Zasilanie wyłączników w sprężone powietrze odbywa się z oddzielnego urządzenia sprężarkowego w pobliżu rozdzielnicy. Prąd znamionowy pól (szaf) dopływowych, odpływowych i sprzęgłowych wynosi 1100A, a maksymalny prąd znamionowy szyn zbiorczych wynosi 2000A.

Dane techniczne:

Napięcie znamionowe U_ni=10kV

Napięcie robocze U_nr=10kV

Moc znamionowa wyłącznika S_nWył=350MVA

Max. prąd znamionowy szyn zbiorczych I_nmax=2000A

Prąd znamionowy pól I_n=1100A

Prąd znamionowy 3-sekundowy I_tn3s=20kA>9,97kA

Znamionowy prąd szczytowy i_szcz=52kA>i_u=35,43kA

7.2 Dobór wyłączników.

Kryteria doboru wyłączników jak w punkcie 6.1.

Wyłącznik na średnie napięcie.

W rozdzielnicy zastosowano wyłączniki małoolejowe, wnętrzowe typu WMAWP 10/12/3,5.

Napięcie znamionowe:U_n = U_ns 10kV=10kV

Prąd znamionowy:

I_n > I_{r max} 1250A>1100A

Znamionowy prąd 3-sekundowy:I_nt3 > I_t3s 24kA>9,97kA

Prąd szczytowy:i_szcz łi_u 75kA>35,43kA

Prąd załączalny:i_nzał łi_u 62kA>35,43kA

7.3 Dobór uziemników.

Kryteria doboru uziemników:

Napięcie znamionowe:U_n ł U_ns: napięcie sieci

Znamionowy prąd szczytowy:i_nszcz>i_u: prąd udarowy

Znamionowy prąd cieplny 3-sekundowy:I_nt3 >I_t3:zwarciowy prąd cieplny 3-sekundowy

Uziemniki na średnie napięcie.

W rozdzielnicy zastosowano uziemniki UW III 10

Napięcie znamionowe: U_n= 10kV

Znamionowy prąd szczytowy: i_szcz=40kA>i_u=35,43kA

Znamionowy prąd 3-sekundowy: I_nt3=15kA>I_t3s=9.97kA

7.4 Dobór przekładników prądowych na średnie napięcie.

Kryteria doboru przekładników prądowych jak w punkcie 6.3.

Przekładniki prądowe na średnie napięcie.

Dobrałem przekładniki prądowe dwurdzeniowe przepustowe typu IPZ10 - 2T.

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 10 kV

Znamionowy prąd pierwotny I_1n = 1500A > I_{r max} = 1100A

Znamionowy prąd wtórny I_2n = 5A

Znamionowy prąd jednosekundowy I_nt1 = 100*I_1n > I_t1 = 17,2kA

Znamionowy prąd szczytowy i_dyn = 150kA > i_u = 35,43 kA

Znamionowe obciążenie przekładnika S_2n = 15VA

Znamionowa liczba przetężeniowa n < 10

Znamionowa klasa dokładności kl.0,5

7.5 Dobór przekładników napięciowych na średnie napięcie.

Kryteria doboru przekładników napięciowych jak w punkcie 6.4.

Przekładniki napięciowe na średnie napięcie.

Dobrałem przekładniki napięciowe typu VSK II 10.

Znamionowe napięcie pierwotne U_1n = 10kV

Znamionowe napięcie wtórne U_2n = 100V

Znamionowe obciążenie przekładnika S_n = 180VA

Klasa dokładności kl.1

Moc graniczna S_gr = 680VA

8. Charakterystyka pól rozdzielnicy.

8.1 Aparatura łączeniowa i pomiarowa czterech pól typu EL10/1s-WM11+T/04bx zasilających szyny zbiorcze. Jest to zestaw dwuszafowy przeznaczony dla linii kablowych dopływowych do 1100A. Posiada przyłączony na zasilaniu transformator potrzeb własnych o mocy 6,3kVA. Szafka ma silnikowy napęd wózka.

Rysunek pola EL10/1s-WM11+T/04bx.

W polu EL10/1s-WM11+T/04bx zastosowano następujące przyrządy.

1.Wyłącznik WMAWP 10/12/3,5

2.Przekładnik prądowy IPZ10-2T

3.Przekładnik napięciowy VSK II 10

4.Uziemnik UW III 10

5.Transformator T3Cd6,3

8.2 Aparatura łączeniowa i pomiarowa dwóch pól typu EL10/1s-SWM11+P/3c wzdłużnego sprzęgła szyn zbiorczych 1100A z wyłącznikiem oraz pomiarem napięć na szynach zbiorczych jednej sekcji. Jest to zestaw dwuszafowy z silnikowym napędem wózka.

Rysunek pola EL10/1s-SWM11+P/3c.

W polu EL10/1s-SWM11+P/3c zastosowano następujące przyrządy.

1.Wyłącznik WMAWP 10/12/3,5

2.Przekładnik prądowy IPZ10-2T

3.Przekładnik napięciowy VSK II 10

8.3 Aparatura łączeniowa i pomiarowa dwóch pól EL10/1s-P/2 do pomiaru napięć na szynach zbiorczych. Jest to szafa pomiarowa z bezpiecznikami przekładnikowymi oraz przekładnikami napięciowymi. Wózek posiada napęd silnikowy.

Rysunek pola EL10/1s-P/2.

W polu EL10/1s-SWM11+P/3c zastosowano następujące przyrządy.

1.Przekładnik napięciowy VSK II 10

8.4 Aparatura łączeniowa i pomiarowa czterech pól typu EL10/1s-WM11/13dy zasilających stacje oddziałowe z szyn zbiorczych. Szafa jest przeznaczona dla linii kablowych odpływowych do 1100A. Wózek posiada napęd silnikowy.

Rysunek pola EL10/1s-WM11/13dy.

W polu EL10/1s-WM11/13dy zastosowano następujące przyrządy.

1.Wyłącznik WMAWP 10/12/3,5

2.Przekładnik prądowy IPZ10-2T

3.Przekładnik napięciowy VSK II 10

4.Uziemnik UW III 10

9. Dobór szyn zbiorczych.

Standardowo rozdzielnica „ELMOBLOK III - EL10” wyposażana jest w szyny zbiorcze AP 80x10. System szyn zbiorczych wsparty jest na izolatorach małogabarytowych, a odległości punktów podparcia wynoszą 900 mm.System szyn zbiorczych pomalowany jest dwustronnie.

Sprawdzenie warunków zwarciowych dla danych szyn.

9.1 Obciążenie szyn zbiorczych prądem roboczym długotrwałym.

Maksymalna moc na szynach dostarczona z turbogeneratora : S_NG=20MVA

Prąd roboczy maksymalny.

Prąd znamionowy dla szyn łączonych przez spawanie oraz malowanych wynosi: I_nsz=1950A >I_{r max}=1100A

9.2 Sprawdzenie przekroju szyn.

Prąd początkowy: I_p3=13,92kA

Czas zwarcia: t_z=1,5s

Obciążalność zwarciowa jednosekundowa: J_c=105 A*s^1/2/mm²

Współczynnik cieplny prądu zwarcia: k_c=1

I_ct=k_c*I_p3=1*13,92kA=13,92kA

S_sz=800mm² >S_min=163mm²

9.3 Sprawdzenie na oddziaływanie dynamiczne prądu zwarciowego.

Odległość między izolatorami wsporczymi l = 0,9m

Odległość między szynami a = 0.3m

Wysokość szyny h = 8cm

Szerokość szyny b = 1cm

Współczynnik

> 2, a więc k = 1

Siła działająca na szyny:

F_f = 670N

Moment gnący:

Wskaźnik wytrzymałości:

Naprężenia zginające:

s

czyli s_dop = 7000N/cm² > s_f = 3778,2N/cm²

9.3 Częstotliwość drgań własnych szyn.

Częstotliwość znamionowa: f_n = 50Hz

lub

Wyszukiwarka