VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV ELEKTROENERGETIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF ELECTRICAL POWER ENGINEERING ŘEŠENÍ ELEKTRIZACE NOVÉ LOKALITY ELEKTRICKOU ENERGIÍ DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR BC. PETR FOLTÝN BRNO 2011

2

3 Bibliograficá citace práce: FOLTÝN, P. Řešení eletrizace nové loality eletricou energií. Brno: Vysoé učení technicé v Brně, Faulta eletrotechniy a omuniačních technologií, s. Vedoucí diplomové práce Ing. David Topoláne. Prohlašuji, že jsem svou diplomovou práci vypracoval samostatně a použil jsem pouze podlady (literaturu, projety, SW atd.) uvedené v přiloženém seznamu. Děuji vedoucímu diplomové práce Ing. Davidu Topolánovi za cenné připomíny a rady při tvorbě této práce. Taé bych rád poděoval svým rodičům a přítelyni za celovou podporu při studiu na vysoé šole.

4 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Faulta eletrotechniy a omuniačních technologií Ústav eletroenergetiy Diplomová práce Řešení eletrizace nové loality eletricou energií Bc. Petr Foltýn vedoucí: Ing. David Topoláne Ústav eletroenergetiy, FEKT VUT v Brně, 2011 Brno

5 BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Faculty of Electrical Engineering and Communication Department of Electrical Power Engineering Master s Thesis Proposal of new locality electrification by Bc. Petr Foltýn Supervisor: Ing. David Topoláne Brno University of Technology, 2011 Brno

6 Abstrat 6 ABSTRAKT Tato diplomová práce řeší eletrizaci nové loality s 59 rodinnými domy. Práce obsahuje teoreticou a výpočetní část. V teoreticé části jsou shromážděny vešeré podlady potřebné pro úspěšný návrh eletrizace. Ve výpočetní části je vypracován návrh distribuční transformační stanice, napájecího vysoonapěťového abelu, návrh rozvodů nízého napětí a jištění. Všechny tyto části jsou navrženy pro dvě varianty (pro stupeň eletrizace A a stupeň eletrizace C) a zaresleny do atastrálních map. Návrh distribuční transformační stanice a vysoonapěťového abelu je proveden lasicou metodou, tedy vešeré výpočty jsou zpracovány přímo projetantem. Rozvody nízého napětí a jištění jsou realizovány ve výpočetním programu Sichr (verze 11.01) od firmy OEZ. KLÍČOVÁ SLOVA: Eletrizace; návrh distribuční transformační stanice; návrh vysoonapěťového abelu; návrh rozvodů nízého napětí; návrh jištění

7 Abstract 7 ABSTRACT This master s thesis is concerned with the proposal of new locality electrification. There are 59 detached houses. The thesis is divided into theoretical part and computational part. In the theoretical part, there are all documents necessary for the successful proposal of the electrification. In the computational part is drafted distribution substation, high voltage power cable, proposal of low voltage power cables and protection. Each part is made for two versions (for the degree of electrification A and for the degree of electrification C) and recorded in cadastral maps. The proposal of distribution substation and high voltage power cable is made by traditional method - all calculations are processed by the designer. Low-voltage power cables and protection are implemented in a computer program Sichr (version 11.01) OEZ company. KEY WORDS: Electrification; proposal of distribution substation; proposal of high voltage power cable; proposal of low voltage power cables; proposal of protection

8 Obsah 8 OBSAH SEZNAM OBRÁZKŮ...10 SEZNAM TABULEK...11 SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK ÚVOD METODY A PROSTŘEDKY POUŽÍVANÉ PŘI NÁVRHU ELEKTRIZACE PODKLADY PRO VYPRACOVÁNÍ PROJEKTU DĚLENÍ BYTŮ PODLE STUPNĚ ELEKTRIZACE URČENÍ VÝPOČTOVÉHO ZATÍŽENÍ P P URČENÍ VÝPOČTOVÉHO PROUDU I P URČENÍ POČTU A VELIKOSTI TRANSFORMÁTORŮ NÁVRH A DIMENZOVÁNÍ VEDENÍ DIMENZOVÁNÍ DLE DOVOLENÉ PROVOZNÍ TEPLOTY DIMENZOVÁNÍ PRŮŘEZU VODIČE Z HLEDISKA HOSPODÁRNOSTI DIMENZOVÁNÍ VODIČŮ DLE MECHANICKÉ PEVNOSTI DIMENZOVÁNÍ VODIČŮ PODLE ÚBYTKU NAPĚTÍ DIMENZOVÁNÍ PODLE ÚČINKU ZKRATOVÝCH PROUDŮ DODATEK K NAVRHOVÁNÍ KABELOVÝCH SÍTÍ NN A VN OCHRANA VODIČŮ PŘED NADPROUDY DRUHY OCHRANNÝCH PŘÍSTROJŮ OCHRANA PŘED PROUDOVÝM PŘETÍŽENÍM OCHRANA PŘED ZKRATOVÝMI PROUDY OCHRANA PARALELNÍCH VODIČŮ PŘED NADPROUDY PŘIŘAZENÍ PRVKU JISTÍCÍHO PŘED NADPROUDY K VEDENÍ OCHRANA PROTI NEBEZPEČNÉMU DOTYKOVÉMU NAPĚTÍ V KABELOVÉ SÍTI NN VYPRACOVÁNÍ PROJEKTU ZADÁNÍ PROJEKTU A VSTUPNÍ DATA STUPEŇ ELEKTRIZACE A VÝPOČET ZATÍŽENÍ DANÉ LOKALITY VÝPOČTOVÝ PROUD POČET A VELIKOST TRANSFORMÁTORŮ NÁVRH A DIMENZOVÁNÍ NAPÁJECÍHO VEDENÍ VN NÁVRH A DIMENZOVÁNÍ ROZVODŮ NN STUPEŇ ELEKTRIZACE C VÝPOČET ZATÍŽENÍ DANÉ LOKALITY VÝPOČTOVÝ PROUD POČET A VELIKOST TRANSFORMÁTORŮ...52

9 Obsah NÁVRH A DIMENZOVÁNÍ NAPÁJECÍHO VEDENÍ VN NÁVRH A DIMENZOVÁNÍ ROZVODŮ NN ZÁVĚR...57 POUŽITÁ LITERATURA...59 PŘÍLOHA A STUP. EL. A, VYPÍNACÍ CHARAKTERISTIKY - PAPRSEK PŘÍLOHA B STUP. EL. A, VYPÍNACÍ CHARAKTERISTIKY GRAF PAPRSEK PŘÍLOHA C STUP. EL. A, SELEKTIVITA JIŠTĚNÍ PAPRSEK PŘÍLOHA D STUP. EL. A, SELEKTIVITA JIŠTĚNÍ GRAF PAPRSEK PŘÍLOHA E STUP. EL. A, IMPEDANČNÍ SMYČKA PAPRSEK PŘÍLOHA F STUP. EL. A, IMPEDANČNÍ SMYČKA GRAF PAPRSEK PŘÍLOHA G VÝKRES Č. 1 CELKOVÁ SITUACE, STUP. EL. A...66 PŘÍLOHA H VÝKRES Č. 2 KABELOVÉ ROZVODY NN, ČÁST 1/2, STUP. EL. A...66 PŘÍLOHA I VÝKRES Č. 3 KABELOVÉ ROZVODY NN, ČÁST 2/2, STUP. EL. A...66 PŘÍLOHA J VÝKRES Č. 4 NOVÁ TS, KABELOVÁ PŘÍPOJKA VN, STUP. EL. A I C...66 PŘÍLOHA K VÝKRES Č. 5 JEDNOPÓLOVÉ SCHÉMA, STUP. EL. A...66 PŘÍLOHA L VÝKRES Č. 6 CELKOVÁ SITUACE, STUP. EL. C...66 PŘÍLOHA M PŘÍLOHA N VÝKRES Č. 7 KABELOVÉ ROZVODY NN, ČÁST 1/2, STUP. EL. C...66 VÝKRES Č. 8 KABELOVÉ ROZVODY NN, ČÁST 2/2, STUP. EL. C...66 PŘÍLOHA O VÝKRES Č. 9 JEDNOPÓLOVÉ SCHÉMA, STUP. EL. C...67

10 Seznam obrázů 10 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 3-1 Součinitel m pro tepelný účine stejnosměrné složy zratového proudu [10]...28 Obr. 3-2 Součinitel n pro tepelný účine střídavé složy zratového proudu [10]...29 Obr. 3-3 Jištění paralelních vodičů najednou...35 Obr. 3-4 Jištění paralelních vodičů samostatně: a) průto proudu na začátu zratu; b) průto proudu po vybavení ochranného přístroje cs...36 Obr. 4-1 Přílad rozvětvení rozvodů NN...41

11 Seznam tabule 11 SEZNAM TABULEK Tab. 3-1 Standardní řada DTR VN/NN a jejich seundární jmenovité proudy...21 Tab. 3-2 Materiálové onstanty pro výpočet oteplení vodiče při zratu...26 Tab. 3-3 Doporučený počet vodičů NN s daným průřezem pro vyvedení výonu z DTS...30 Tab. 3-4 Hodnoty pro vodiče...34 Tab. 3-5 Dovolené proudy vodičů a jmenovité proudy jistících prvů (v ampérech) pro ochranu před nadproudy vodičů a abelů s hliníovým jádrem při uložení v zemi (uložení D)...37 Tab. 4-1 Soudobost pro n bytů ve supině...41 Tab. 4-2 Soudobosti pro vybrané sběrnice pro stupeň eletrizace A...42 Tab. 4-3 Parametry transformátoru pro stupeň eletrizace A...43 Tab. 4-4 Soudobosti pro vybrané sběrnice pro stupeň eletrizace C...51 Tab. 4-5 Parametry transformátoru pro stupeň eletrizace C...52

12 Seznam symbolů a zrate 12 SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK ČSN česá technicá norma DTR distribuční transformátor DS distribuční soustava DTS distribuční transformační stanice I 2max I I e I n I p I z maximální seundární proud transformátoru (A) počáteční rázový zratový proud (A) evivalentní oteplovací proud (A) jmenovitý proud vodiče (A) výpočtový proud (A) dovolené zatížení vodiče (A) L indučnost vodiče vztažena na 1 ilometr dély (H. m -1 ) NN nízé napětí P b P i P p P P 0 R soudobý příon jednoho rodinného domu (W) instalovaný výon (W) výpočtové zatížení (W) ztráty transformátoru naráto (W) ztráty transformátoru naprázdno (W) eletricý odpor vodiče (Ω) R eletricý odpor vodiče vztažený na 1 ilometr dély (Ω. m -1 ) R t RD S reálná složa impedance transformátoru (Ω) rodinný dům zratový výon sítě (MVA) S min minimální průřez jader vodiče (mm 2 ) S n S T T TUV U n VN jmenovitý výon transformátoru (VA) vypočtený výon trafostanice (VA) doba trvání zratového proudu (s) teplá užitová voda jmenovité napětí soustavy (V) vysoé napětí

13 Seznam symbolů a zrate 13 X X t Z c Z Z s Z t U reatance vodiče (Ω) imaginární složa impedance transformátoru (Ω) celová impedance (Ω) impedance abelu (Ω) impedance sítě (Ω) impedance transformátoru (Ω) úbyte napětí (V) c napěťový součinitel (-) c 0 specificé teplo vodiče při 0 C (J. cm -3. C -1 ) f frevence sítě (Hz) přepočítávací součinitel (-) l déla vodiče (m) m součinitel pro tepelné účiny stejnosměrné složy zratového proudu (-) n počet bytů ve supině (-) n součinitel pro tepelné účiny střídavé složy zratového proudu (-) t doba trvání zratu (s) u napětí transformátoru naráto (%) u % procentní vyjádření úbytu napětí (%) β soudobost (-) β n soudobost pro n bytů (-) β soudobost pro velmi velý počet bytů (-) γ oeficient využití transformátoru (-) γ s sutečný oeficient využití transformátoru (-) κ součinitel pro výpočet nárazového zratového proudu (-) ρ 20 specificý odpor vodiče při 20 C (Ω. mm 2. m -1 ) φ fázový posun mezi proudem a napětím ( ) ϑ 0 ϑ 1 teplota prostředí ( C) maximální provozní teplota vodiče ( C) ϑ dov nejvyšší dovolená provozní teplota ( C)

14 Seznam symbolů a zrate 14 ϑ f ϑ ϑ z fitivní teplota ( C) maximální dovolená teplota vodiče při zratu ( C) provozní teplota vodiče ( C)

15 1 Úvod 15 1 ÚVOD Návrh a dimenzování jednotlivých částí eletrizační soustavy se všeobecně provádí za účelem optimalizace této soustavy jao celu z hledisa technicého a eonomicého. Jinými slovy řečeno, dimenzování sítě provádíme proto, aby splňovala technicé požadavy a zároveň aby její pořizovací a provozní nálady byly co nejmenší. Mezi hlavní technicé požadavy patří např. odolnost vedení vůči zratovým proudům, dodržení úbytu napětí na vedení ve stanovených mezích, nezatěžování vedení při normálním provozu nad stanovenou mez či dostatečná vypínací schopnost jistících prvů a jejich seletivnost. Předládaná práce se zabývá návrhem eletrizace nové loality s 59 rodinnými domy. Eletrizací se v tomto případě myslí navržení abelu vysoého napětí (dále jen VN), distribuční transformační stanice (dále jen DTS), rozvodů nízého napětí (dále jen NN) a jejich zareslení do atastrálních map. Součástí práce je taé návrh jištění. Všechny uvedené částí distribuční soustavy (DTS, vedení VN i NN, jištění) jsou dimenzovány pro dvě varianty byty (jednobytové rodinné domy) spadající do stupně eletrizace A a do stupně eletrizace C. Dělení bytů podle stupně eletrizace je uvedeno v apitole 3.1. Práce je rozdělena do čtyř hlavních částí. V první části jsou uvedeny metody a prostředy, teré jsou použity pro návrh eletrizace. Druhá část obsahuje vešeré teoreticé podlady potřebné pro úspěšný návrh a dimenzování abelu VN, DTS, rozvodů NN a jištění vodičů. Tyto podlady vychází z platných norem ČSN a ČSN EN, technicých publiací a standardů zařízení uplatňovaných v distribuční soustavě společnosti ČEZ Distribuce, a.s., terá je zadavatelem této práce. Třetí část je stěžejní a zabývá se samotným návrhem a dimenzováním abelu VN, DTS, rozvodů NN a jištění vodičů pro stupeň eletrizace A a stupeň eletrizace C. Na začátu tohoto celu je uvedeno podrobné zadání projetu a vstupní data posytnutá zadavatelem této práce. Závěrem je celové zhodnocení výsledů a porovnání obou variant návrhu.

16 2 Metody a prostředy používané při návrhu eletrizace 16 2 METODY A PROSTŘEDKY POUŽÍVANÉ PŘI NÁVRHU ELEKTRIZACE Abychom měli jistotu, že je návrh eletrizace správně proveden, proto jsou vešeré výpočty v této práci založeny na platných normách ČSN a ČSN EN. Zároveň jsou zohledněny standardizace zařízení (transformátorů, vedení, jištění a jejich dovolené/doporučené zatížení) uplatňované v distribuční soustavě (dále jen DS) zadavatele - společnosti ČEZ Distribuce, a.s. Návrh eletrizace je proveden pomocí dvou metod. První metoda se dá považovat za lasicou a spočívá v tom, že vešeré výpočty jsou provedeny pouze za pomoci alulátoru a informací zísaných z potřebných norem, popř. technicých a odborných publiací. Z charateru metody vyplývá, že jsou vešeré výpočty (včetně potřebných meziroů) zaznamenávány přímo v textu s logicou posloupností. Výhodou této metody je, že si projetant musí nastudovat a pochopit potřebnou literaturu, aby mohl správně provést návrh vybraného úseu DS. Díy tomu pronine velmi hluboo do dané problematiy. Nevýhoda této metody spočívá v tom, že je velmi zdlouhavá a pracná. Navíc chybou lidsého fatoru se může do výpočtů vnést chyba, což by mohl vést e špatnému návrhu daného celu. Druhá metoda je poněud mladší než lasicá a v praxi je velmi žádána. Jedná se o využití výpočetních programů za pomocí výpočetní techniy. Výhodou této metody je rychlost, jednoduchost a spolehlivost návrhu eletrizace. Výpočetní programy jsou založeny na platných normách a jsou průběžně atualizovány, tudíž nám odpadá starost pečlivého studování všech norem potřebných návrhu. Další výhodou je, že programy v sobě obsahují databáze eletricých prvů s potřebnými parametry, což velmi zracuje čas potřebný úspěšnému vytvoření návrhu. A další nespornou výhodou (jistě ne poslední) je omezení vnášení chyb do výpočtů prostřednictvím lidsého fatoru. Tato metoda má samozřejmě i své nevýhody. Hlavní nevýhodou zřejmě je, že projetant často nepronine hlouběji do problémů souvisejících s návrhem, a tedy nerozumí výpočtům, teré se odehrávají na pozadí. Jistou nevýhodou je taé nutnost použití výpočetní techniy, ta se vša v době notebooů stále zmenšuje. Pro účely druhé metody se v této práci využívá výpočetní program Sichr (verze 11.01) od firmy OEZ. Ja je uvedeno v manuálu tohoto programu [1], Sichr mimo jiné řeší paprsové sítě TN-C, TN-C-S a IT sítě ve všech obvylých napěťových hladinách NN. Posuzuje správnost dimenzování silových abelů a jejich ochrany proti nadproudům ja z hledisa přetížení, ta na záladě energií propuštěných jistícími přístroji v oblasti zratových proudů. Po zadání veliosti odběrů (v ampérech, wattech nebo voltampérech) a oeficientů soudobosti vyhodnotí úbyty napětí na transformátoru a jednotlivých abelech. Výsledné napětí na vývodech a sběrnicích poté porovná s nastaveným maximálně povoleným úbytem napětí. Seletivita mezi jednotlivými stupni jištění se vyhodnocuje na záladě porovnání vypínacích charateristi jednotlivých přístrojů v oblasti přetížení a za pomoci databáze provedených zouše seletivity použitých přístrojů v oblasti zratových proudů. Při výpočtu impedančních smyče se bere v úvahu impedance celého obvodu včetně impedance VN rozvodu. Uvažuje se i zvýšení činného odporu abelů v závislosti na jejich oteplení protéajícím proudem.

17 2 Metody a prostředy používané při návrhu eletrizace 17 Program na záladě použitých prvů ve schématu provádí řadu ontrol a výpočtů. Kontroly se uvádějí jao informační údaje černým tisem, ale pro případy, teré ohrožují vložené prvy (např. přeročení dovolené teploty abelu) nebo funci rozvodu, jsou vypisovány varovné zprávy červeně. Výstupem Sichru jsou vypínací charateristiy jistících prvů, charateristiy impedanční smyčy, charateristiy seletivity ochranných přístrojů a další. Sichr obsahuje databáze eletricých zdrojů (transformátorů), abelů a holých vodičů, jistících prvů (pojiste a jističů), spínačů a přepěťových ochran. Vešeré výpočty provedené v Sichru jsou založeny na následujících normách: ČSN , PNE , ČSN , ČSN a ČSN EN V této práci je první metoda využitá pro návrh DTS a návrh VN abelu. Druhou metodou jsou navrženy a dimenzovány rozvody NN. Vzhledem jejich celové obtížnosti (rozmístění a počet RD, rozloha, atd.) je volba návrhu ve výpočetním programu zcela opodstatněna.

18 3 Podlady pro vypracování projetu 18 3 PODKLADY PRO VYPRACOVÁNÍ PROJEKTU 3.1 Dělení bytů podle stupně eletrizace Na záladě využití eletricé energie se byty rozdělují do tří supin. Toto dělení je převzato z ČSN ed. 2 [2] a je následující: 1) Stupeň eletrizace A zahrnuje byty, ve terých se eletřina používá osvětlení a pro domácí eletricé spotřebiče připojované rozvodu pohyblivým přívodem nebo pevně připojené, přičemž příon žádného spotřebiče nepřesahuje 3,5 VA. 2) Stupeň eletrizace B zahrnuje byty s eletricým vybavením stejným jao mají byty ve stupni eletrizace A a v nichž se vaření a pečení používají eletricé spotřebiče s příonem nad 3,5 VA. 3) Stupeň eletrizace C zahrnuje byty, teré mají eletricé vybavení stejné jao byty ve stupni eletrizace A nebo B a v nichž se pro vytápění nebo limatizaci používají eletricé spotřebiče. 3.2 Určení výpočtového zatížení P p Aby bylo možné stanovit počet a veliost transformátorů, navrhnout napájecí vedení VN, rozvody NN a jištění, musíme prvně určit výpočtové zatížení P p. Výpočtové zatížení a z něho určený výpočtový proud I p jsou záladními veličinami potřebnými nejen pro návrh transformátorů a vedení, ale taé pro dimenzování dalších prvů rozvodného zařízení v normálních provozních stavech. [3] Chceme-li určit výpočtové zatížení P p pro danou část DS, terou navrhujeme (v našem případě se jedná např. o DTS, abel VN apod.), je potřeba prvně vypočíst soudobý příon P b jednoho rodinného domu (dále jen RD). Ten se vypočte jao součin soudobosti β (označovaného taé jao součinitel náročnosti ) a instalovaného výonu P i. [2] Matematicé vyjádření této rovnice je P P β (W; W; -). (3.1) b i Podle zdroje [4] je hodnota soudobosti β pro RD 0,6 až 0,8. Instalovaný výon je součet výonů všech eletricých spotřebičů nacházejících se v daném objetu (v našem případě v RD). Pro stupeň eletrizace A se instalovaný výon jednoho RD vypočte jao P P + P (W; W; W) (3.2) i osvetleni ostatni a pro stupeň eletrizace C se vypočte ze vztahu P + i Posvetleni + Pel. var eni + PohrevTUV + Pel. vytapeni Postatni (3.3) (W; W; W; W; W; W).

19 3 Podlady pro vypracování projetu 19 Podle normy ČSN ed. 2 [2] se výpočtové zatížení P p určí ze vztahu P n p P bi i1 β n (W; W; -), (3.4) de n je počet bytů (jednobytových RD) ve supině, n i 1 P bi je součet soudobých příonů všech bytů ve supině, β n je soudobost pro n bytů. Jeliož mají všechny RD dle zadání stejný soudobý příon P b, zjednoduší se vztah (3.4) na P p ( P n) β (W; W; -; -). (3.5) b n Soudobost β n se vypočítá podle Ruscova vzorce, terý je tatéž uveden v [2], jao 1 β n β + ( 1 β ) (-), (3.6) n de β je soudobost pro neonečný (velmi velý) počet bytů a podle normy je možno tuto hodnotu uvažovat 0,20. Při rozsáhlých NN sítí se do výpočtu soudobého příonu dostávají další hodnoty soudobosti, terými jsou napřílad soudobost mezi objety dle hustoty odběrů na vývodu (podle [4] je tato hodnota 0,5 až 0,8) nebo soudobost mezi jednotlivými vývody. Určit zatížení sítě, tzn. dobře odhadnout soudobé výhledové zatížení v předpoládaném maximu jednotlivých odběrů, je nejdůležitější ro v návrhu sítě. Z tohoto zatížení vychází optimální technicý návrh. Z výše uvedeného vyplývá, že určit soudobost jednotlivých úseů NN rozvodů patří mezi nejtěžší části návrhu a mnohdy záleží hlavně na zušenostech projetanta. 3.3 Určení výpočtového proudu I p Výpočtový proud I p se podle zdroje [2] určí z výpočtového zatížení P p v trojfázové soustavě ze vztahu 1000 Pp I p (A; W; V; -), (3.7) 3 U cosϕ de U s je jmenovité sdružené napětí soustavy, s cos φ je průměrný účiní spotřebičů, teré jsou v chodu v době maxima. Poznáma: výpočtový proud ve sutečnosti není salární veličinou, ja by se podle rovnice (3.7) mohlo zdát, ale vetorem. Zapíšeme-li jej v polárních souřadnicích, bude se sládat z modulu proudu I p a úhlu natočení φ, terý udává fázový posun mezi proudem a napětím. Pro dimenzování

20 3 Podlady pro vypracování projetu 20 jednotlivých části DS je vša potřebné znát pouze modul proudu I p, proto se úhel natočení φ neuvádí. 3.4 Určení počtu a veliosti transformátorů Distribuční transformátory (dále jen DTR) se navrhují převážně z hledisa výonového zatížení a prostředí, de mají být umístěny (běžné umístění stožárové, bloové; umístění s mimořádnými podmínami např. vodárensé pásmo, atp.). [5] V souladu se standardy ČEZ, a.s. se pro transformaci napětí VN/0,42 V a VN/0,4 1 V používají třífázové olejové transformátory v hermetizovaném provedení, bez onzervátoru, s měděným vinutím a s reduovanými ztrátami naprázdno. Na příhradových stanicích pro mimořádné podmíny (vodárensé pásmo atp.) se používá suchých transformátorů. Z hledisa charateru obytné zóny se doporučuje pro soustředěnou zástavbu použit bloových abelových DTS a pro rozptýlenou zástavbu přednostně používat stožárové a sloupové DTS. [5] Jeliož se v tomto projetu řeší eletrizace soustředěné zástavby, proto budou dále popsány pouze bloové abelové DTS. Bloové transformační stanice (abelové) se dělí na tři záladní typy: a) Z venu obsluhované betonové ompatní DTS s monoliticým orpusem pro max. výon dvou usů DTR o výonu 630 VA. Používá se tam, de lze zařízení obsluhovat z venu. b) Pochozí ompatní monoliticé železobetonové DTS s vnitřní obsluhou pro max. výon dvou usů DTR o výonu 630 VA. Používá se tam, de není vhodná stanice s venovní obsluhou nebo jsou speciální požadavy na vnitřní uspořádání technologie. c) Kombinovaná technologie v provedení ad a) nebo b). Tato DTS se používá v případech, dy je nevhodné typ a) nebo b) použít (např. velá hmotnost apod.). Vešeré abelové DTS musí mít záladovou část (vanu) z voděnepropustného betonu a utěsněné prostupy abelů VN v bajonetovém provedení. Kabely jsou v těchto prostupech uloženy do zastudena smrštitelných chrániče. Kabely NN jsou vyvedeny z rozváděče NN vně vany přímo do oolního terénu nebo jsou pomocí průchode rovněž utěsněny. DTS jsou taé vybaveny průchodami pro připojení uzemnění. Podle zdroje [4] by zatížení DTR v záladním zapojení DS nemělo přeročit hodnotu 70% jmenovitého výonu transformátoru. DTR je možné přetížit pouze pro řešení mimořádných stavů v DS (např. záloha jiného DTR při poruše). Přetížení transformátorů může být rátodobě i cca 105%, protože lze uvažovat soudobost mezi vývody NN 0,88. Standardizované řady transformátorů a jejich seundární jmenovité proudy podle zdroje [4] jsou uvedeny v Tab Transformátory s převodem VN/0,4 V se používají v blízosti transformoven VVN/VN a u vlastní spotřeby.

21 3 Podlady pro vypracování projetu 21 Tab. 3-1 Standardní řada DTR VN/NN a jejich seundární jmenovité proudy S n I 2max [VA] [A] Níže uvedené vztahy potřebné pro návrh transformátorů jsou převzaty z vysoošolsých učebních textů [3], teré se odazují na normy ČSN. Instalovaný výon DTS (neboli instalovaný výon DTR) se stanoví ze vztahu Pp S T (VA; W; -; -), (3.8) γ cosϕ de P p je výpočtový výon odebíraný ze stanice, cos φ je střední účiní výonu jdoucího transformátory, γ je oeficient využití transformátoru; volí se s ohledem na budoucí rozšiřování a možné výpady v rozmezí 0,5 až 0,8. Na záladě instalovaného výonu DTS se stanoví veliost (jmenovitý výon) transformátorů S n a jejich počet n ta, aby bylo splněno ritérium n S ni i1 de S ni je jmenovitý výon i-tého DTR. S T, (3.9) Nejčastěji se volí transformátory stejných výonů. Potom se vztah (3.9) zjednoduší na n S n S T. (3.10) Výhodnější je volit menší počet větších transformátorů. Minimální počet transformátorů je dán maximálním vyráběným jednotovým výonem, požadovaným stupněm zabezpečenosti dodávy apod. Sutečné využití navržených DTR je možné zjistit ze vztahu γ s n S n P p cosϕ (-; W; -; VA; -). (3.11) Zároveň musí být splněna podmína nerovnosti γ γ s. (3.12)

22 3 Podlady pro vypracování projetu Návrh a dimenzování vedení Vodiče silnoproudého eletricého rozvodu se musí dimenzovat ta, aby [3]: v normálním stavu nebyla přeročena jejich provozní teplota, vyhovovaly na požadave hospodárného průřezu, měly dostatečnou mechanicou pevnost, úbyte napětí byl ve stanovených mezích, odolávaly dynamicým a tepelným účinům zratových proudů Dimenzování dle dovolené provozní teploty Vodiče musí být dimenzovány ta, aby jejich oteplení vlivem průchodu eletricého proudu nedosáhlo velých hodnot. Vysoé teploty způsobují rerystalizaci materiálu (změnu mechanicých vlastností) a urychlují stárnutí izolace. Z těchto důvodů se stanovuje nejvyšší dovelená (trvalá) provozní teplota ϑ dov a podle ní proud I n, terý může vodičem trvale protéat za daných referenčních podmíne (teplota prostředí υ 0, tepelný odpor půdy H, druh prostředí - vzduch, voda, půda, atd.). Referenční hodnoty teplot prostředí jsou zpravidla 30 C pro izolované vodiče a abely na vzduchu a 20 C pro abely uložené v zemi. Dovolený proud I n stanovuje norma ČSN [6] nebo přímo výrobce. Je-li vodič uložený v prostředí, teré nemá stejné hodnoty jao referenční prostředí (např. jiná teplota oolí, uložení více vodičů vedle sebe apod.), musí se jmenovitý proud vodiče I n vynásobit potřebným přepočítávacím oeficientem, terý udává norma [6]. Dovolené zatížení vodiče I z se potom vypočte jao I z i I n (A; -; A), (3.13) de I n je jmenovité proudové zatížení daného vodiče pro referenční způsoby uložení, 1, 2 až i jsou přepočítávací součinitelé zohledňující rozdíly mezi sutečným a referenčním způsobem uložení. Provozní teplota vodiče ϑ z a tedy i přípustné trvalé zatížení vodičů v normálních provozních stavech závisí na typu vodiče či abelu, charateristice provozu, prostředí, uložení a na charateristice zátěže. [3] Dimenzování průřezu vodiče z hledisa hospodárnosti Vodiče a abely nemají být zatěžovány více než hospodárným proudem. To proto, aby celové roční nálady, teré se sládají z náladů na pořízení, provoz a údržbu, byly v optimálních mezích. [3]

23 3 Podlady pro vypracování projetu 23 Hospodárný průřez se dá vypočítat ze vztahu S I T (mm2 ; -; A; s), (3.14) p de je oeficient podle normy ČSN [7], I p je výpočtový proud, T je doba plných ztrát. Pro naši potřebu vša nebudeme vycházet ze vzorce (3.14), ale ze standardů ČEZ, a.s. Ty uvádějí, že zatížení abelu VN by nemělo přesáhnout 50% jmenovité hodnoty proudu (I/I n ) v záladním provozním stavu a zatížení abelu NN je třeba uvažovat max. 75%. Tím je zohledněno např. stárnutí materiálu a zvyšování přechodného odporu, což umožní další přiměřené zvyšování spotřeby bez zásahu do sítě NN. Úbyte napětí na onci NN vedení navíc nemá být v době předpoládaného maxima větší než 6% při zatížení plně eletrifiované sítě. [4] Standardy pro venovní vedení není potřeba uvádět, protože při návrhu vedení pro připojení DTS síti VN i pro vedení NN bude použito abelové vedení Dimenzování vodičů dle mechanicé pevnosti Vodiče a abely mají být dimenzovány ta, aby odolávaly mechanicým namáháním, teré běžný provoz přináší. U abelových vedení dochází mechanicému namáhání zejména při poládce abelů a při zatahování vodičů do trube. Nejmenší dovolené průřezy vodičů s ohledem na mechanicé namáhání jsou uvedeny v různých normách. [3] Dimenzování vodičů podle úbytu napětí Úbyte napětí na vedení způsobuje odchylu napětí na svorách spotřebičů od jmenovité hodnoty. Odchyla napětí a její olísání je valitativním uazatelem dodávy eletricé energie. Proto se musí vodiče a abely dimenzovat ta, aby při daném zatížení nezpůsobovaly nedovolený poles napětí na svorách spotřebiče. Dovolené tolerance olísání napětí u různých spotřebičů jsou udány příslušnou normou. Např. u vnitřních osvětlení je dovolená tolerance olísání napětí ± 3% U n (je-li pro osvětlení a motory společný rozvod, připouští se celový poles napětí až 5% U n ), u venovních osvětlení 8% U n, pro většinu spotřebičů motoricých i odporových ± 5% U n atd. [3] Poznáma: odchyla napětí se vypočte jao U U n, je to tedy rozdíl absolutní hodnoty napětí v daném místě a napětí jmenovitého. Úbyte napětí je rozdíl dvou absolutních hodnot napětí v různých místech soustavy. Podle ČSN [7] se úbyte napětí v rozvodech, de cosϕ 0, 5, vypočte podle vzorce U R I cosϕ + X I sinϕ (V; Ω; A; -; Ω; A; -), (3.15) de R je eletricý odpor vodiče, X je reatance vodiče. p p

24 3 Podlady pro vypracování projetu 24 Máme-li zadaný odpor a indučnost vedení na jeden ilometr dély, změní se vztah (3.15) na U R l I cosϕ + 2πf L l I sinϕ (3.16) p (V; Ω/m; m; A; -; Hz; H/m; m; A; -), de R je eletricý odpor vodiče vztažený na jeden ilometr dély, L je indučnost vodiče vztažená na jeden ilometr dély, l je déla vodiče, f je frevence napětí sítě. Procentní vyjádření úbytu napětí vztaženého e jmenovitému napětí lze vypočíst dle vztahu p 3 U u 100% (%; V; V). (3.17) % U n V rozvodech, de cos ϕ < 0, 5, se úbyte napětí vypočte podle vztahu U R I p cosϕ + X I p ( R I sinϕ + p sinϕ X I 2U p cosϕ) 2. (3.18) Průřez vodiče není jediným fatorem, terým můžeme ovlivnit olísání napětí. Kolísání napětí ovlivňujeme (zmenšujeme) např. taé změnou převodu regulovatelných transformátorů a užitím paralelní ompenzace Dimenzování podle účinu zratových proudů Při zratu jsou vodiče a abely zatěžovány tepelnými a dynamicými účiny zratového proudu. Na tepelné účiny se musí ontrolovat všechny druhy a typy vedení (včetně abelů), zatímco na dynamicé účiny se za určitých předpoladů ontrolují převážně holé vodiče, přípojnice, atd. Prostě tam, de může dojít vytržení vedení (převážně přípojnic) z pevného uchycení, dotnutí se dvou živých částí apod. Jeliož jsou abely pohyblivé a živé části mají po své celé délce potáhnuty izolací, nehrozí, že se vlivem dynamicých účinů zratového proudu navzájem dotnou dvě živé části nebo dojde pošození vodiče vlivem těchto sil. Určité rizio ale nastává v místě, de abely jednotlivých fází prochází např. průchodami transformátoru. Zde může vlivem dynamicých účinů dojít pošození transformátoru. Průchody transformátorů vša bývají dostatečně dimenzovány, a proto můžeme předpoládat, že je dynamicé účiny zratového proudu nepošodí. Z tohoto důvodu se budeme dále zabývat pouze dimenzováním podle tepelných účinů zratových proudů, protože VN vedení a rozvody NN budou provedeny abely. Při dimenzování vedení podle tepelných účinů zratových proudů se určuje minimální průřez jader vodičů S min, při terém nepřesáhne ohřátí vodiče dovolenou teplotu ϑ, než jištění odpojí zrat. Tato teplota je stanovena zejména s ohledem na stárnutí izolace a zmenšení

25 3 Podlady pro vypracování projetu 25 mechanicé pevnosti v důsledu tepelného nárazu. Teploty ϑ pro jednotlivé druhy izolace uvádí např. ČSN ed. 2 [8]. Doba zratu t trvá ve srovnání s časovými oteplovacími onstantami vodiče velmi rátou chvíli, proto se oteplení vodiče zratovým proudem považuje za děj adiabaticý (vešeré teplo vyvinuté zratovým proudem se aumuluje v materiálu jádra vodiče). Z tohoto důvodu se teplota vodiče zvýší z teploty provozní ϑ z na hodnotu ϑ. Pro dimenzování se uvažuje nejvyšší možná doba zratu t. [3] Norma při dimenzování vodičů podle tepelných účinů zratových proudů stanovuje tyto zjednodušující předpolady: 1) Při výpočtech se neuvažuje vliv magneticého pole vlastního vodiče ani vliv magneticých polí blízých paralelních vodičů, 2) eletricý odpor je v závislosti na teplotě lineární, 3) měrné teplo vodiče je onstantní, 4) jev je adiabaticý, tedy se nepočítá s odvodem tepla z vodiče. Vešeré výpočty vycházejí z předpoladu, že se teplo vyvinuté proudem rovná teplu aumulovanému ve vodiči. Pro výpočet minimálního průřezu vodiče podle ČSN [9] lze za použití evivalentního oteplovacího zratového proudu I e, jehož výpočet je uveden v [10], psát vztah I e t S min (mm 0 ( 20 + ϑ ) 2 ), (3.19) c f ϑ f + ϑ ln ρ ϑ + ϑ 20 de I e je evivalentní oteplovací proud určený pro dobu trvání zratu t (A), t je maximální doba trvání zratu (s), c 0 je specificé teplo vodiče při 0 C (J. cm -3. C -1 ); viz Tab. 3-2, f ϑ f je tzv. fitivní teplota vodiče podle jeho materiálu ( C); viz Tab. 3-2, ρ 20 je specificý odpor vodiče při 20 C (Ωmm 2. m -1 ); viz Tab. 3-2, ϑ je maximální dovolená teplota při zratu ( C), ϑ 1 je maximální provozní teplota vodiče ( C). Při návrhu musí platit podmína, že sutečný průřez vodiče musí být větší nebo roven minimálnímu průřezu vodiče, tedy 1 S S min. (3.20)

26 3 Podlady pro vypracování projetu 26 V Tab. 3-2 jsou uvedeny materiálové onstanty pro výpočet oteplení vodiče při zratu. Tabula je vytvořená na záladě ČSN [9]. Tab. 3-2 Materiálové onstanty pro výpočet oteplení vodiče při zratu Materiál Cu Al ρ 20 - specificý odpor při 20 C (Ωmm 2. m -1 ) 0, ,02941 ϑ - fitivní teplota ( C) 234,5 228,0 f c 0 - specificé teplo (J.cm -3. C -1 ) 3,5 2,417 Výpočet evivalentního oteplovacího zratového proudu I e uvádí ČSN EN [10] a vypočte se podle vztahu I I m n (A; A; -; -), (3.21) e + de I je počáteční rázový zratový proud, m je součinitel pro tepelné účiny stejnosměrné složy zratového proudu (Obr. 3-1), n je součinitel pro tepelné účiny střídavé složy zratového proudu (Obr. 3-2). Výpočet počátečního rázového zratového proudu I je uveden v ČSN EN [10]. Aby jej bylo možné určit, musí se nejprve vypočíst celová impedance do místa poruchy. V případě abelu je nejpravděpodobnější místo poruchy (zratu) na jeho oncích, tedy na přípojnicích, de již není chráněn svou izolací. Máme-li síť napájenou pouze z jedné strany (ja je tomu v případě návrhu eletrizace řešené v apitole 4) a zrat nastane na přípojnici v místě upevnění začátu abelu (myšleno ve směru od zdroje e spotřebiči), nemá tento zrat pro abel praticy žádný význam, protože zratový proud přes něj neprochází. Jiná situace ale nastává, vysytne-li se zrat na přípojnici na onci abelu. V tomto případě přes abel prochází plný zratový proud a abel musí být ontrolován na minimální průřez v závislosti dély trvání zratového proudu. Z výše uvedeného předpoladu vyplývá, že se abel může ontrolovat na účiny zratového proudu jen na svém onci. V tomto případě je celová impedance do místa poruchy rovná součtu impedance sítě v místě připojení abelu a impedance samotného VN abelu. Budou-li se navrhovat rozvody NN, bude celová impedance součtem impedancí sítě, VN abelu, DTS a impedance dané větve NN rozvodu. Výpočet impedance sítě Z s je uveden v [10]. Podle této normy je možné v případě neznámé hodnoty rezistance síťových napáječů dosadit pro napěťovou hladinu 22 V rezistanci R0,1. X, de reatance je X0,995. Z s. Impedance sítě se vypočte pomocí známé hodnoty počátečního souměrného rázového zratového výonu sítě S v místě připojení a to dle vztahu cu Z s (Ω; -; V; VA), (3.22) S 2 n 3

27 3 Podlady pro vypracování projetu 27 de c je napěťový součinitel (jeho hodnoty jsou uvedeny v [10]), U n je jmenovité napětí sítě (efetivní hodnota napětí, sdružená), S 3 je souměrný třífázový rázový zratový výon sítě v místě připojení. Po vyjádření rezistance a reatance sítě bude mít omplexní tvar impedance sítě podobu Z s R + jx (Ω; Ω; Ω). (3.23) Napěťový součinitel c je dle [10] nutný z těchto důvodů: olísání napětí v závislosti na čase a místě, přepínání odboče transformátoru, zanedbání zátěže a apacitních reatancí při výpočtu, chování generátorů a motorů při přechodném ději. Napěťových součinitelů c max a c min se používá pro výpočet maximálních a minimálních počátečních zratových proudů. Pro napěťovou hladinu 22 V je c max 1,1 a c min 1,0. Impedance abelu Z se podle [3] vypočte z parametrů navrženého vodiče, teré jsou pro daný vodič uvedeny normou nebo výrobcem. Parametry abelu jsou nejčastěji udány na jeden ilometr dély. V tomto případě se impedance abelu vypočte podle vztahu Z ( R + j f L ) l 2 π (Ω; m; Ω/m; Hz; H/m). (3.24) Impedance transformátoru Z t (nazývaná taé jao podélná impedance transformátoru) se vypočte podle štítových hodnot jmenovitého výonu S n, napětí naráto u a ztrát naráto P. Podle zdroje [11] můžeme pro reálnou složu impedance transformátoru psát vztah R t 2 P U n (Ω; W; V; VA) (3.25) 2 S n a pro imaginární složu impedance platí 2 2 U n 2 P X t e (Ω; V; VA; -; W; VA). (3.26) S n S n U výpočtu reálné složy impedance transformátoru se dopouštíme jisté chyby, neboť neuvažujeme ztráty výonu v magneticém obvodu (tzv. ztráty naprázdno P 0 ) při magnetizaci zbytovým toem za chodu naráto. Tato chyba je vša zanedbatelná, protože ztráty naráto jsou mnohem větší než ztráty naprázdno. Impedance transformátoru je potom Z t Rt + jx (Ω; Ω; Ω). (3.27) t Celová impedance je potom součet všech impedancí od zdroje až do místa poruchy (do místa navrhovaného úseu DS). Tato impedance se matematicy zapíše jao Z Z + Z + Z +... (Ω; Ω; Ω; Ω). (3.28) c s t

28 3 Podlady pro vypracování projetu 28 Nyní je možné určit počáteční rázový zratový proud I podle vztahu I c U n 3 Z c (A; -; V; Ω). (3.29) Při výpočtu I se uvažuje pouze modul celové impedance Z c, úhel natočení vetoru není potřebný. Výpočet I se všeobecně provádí pro třífázový zrat, protože u tohoto zratu se předpoládají nejhorší účiny zratového proudu. [10] Pro výpočet evivalentního oteplovacího zratového proudu je dále nutné určit součinitele m a n na záladě obrázů 3-1 a 3-2, teré jsou převzaty z ČSN EN [10]. Součinitel m se zísá z Obr. 3-1 s použitím součinu frevence sítě f a doby trvání zratového proudu T (v případě více zratů je to součet dob trvání pro všechny zratové proudy) a součinitele κ. Výpočet součinitele κ je uveden v [10] a to jao 3 R / X κ 1,02 + 0,98e (-; Ω; Ω). (3.30) Poznáma: rezistance R a reatance X jsou zísány z celové impedance Z c. Obr. 3-1 Součinitel m pro tepelný účine stejnosměrné složy zratového proudu [10] Součinitel n se zísá z Obr. 3-2 s použitím T a podílu I / I, de I je ustálený zratový proud pro aždý zrat. Podle [10] se může pro distribuční sítě (eletricy vzdálené zraty) obvyle použít n 1. U vzdálených zratů s jmenovitou dobou trvání zratu 0,5 s a déle je dovolené uvažovat s m + n 1.

29 3 Podlady pro vypracování projetu 29 Obr. 3-2 Součinitel n pro tepelný účine střídavé složy zratového proudu [10] Dodate navrhování abelových sítí NN a VN Navrhování abelových sítí NN Kabelové sítě NN se používají převážně tam, de nelze realizovat venovní vedení NN nebo je to eonomicy nevýhodné. Jedná se napřílad o husté zástavby měst a obcí. Tato síť začíná vývodem z NN rozvaděče DTS a ončí v přípojové sříni odběratele, na podpěře venovního vedení NN uončením v rozpojovací sříni nebo připojením přímo na vedení. [12] Sítě NN se dimenzují převážně z hledisa [4]: - požadovaného výonu s respetováním zatížení dle ategorie odběrů pro bytové objety, zároveň je třeba brát v úvahu výhledy rozšiřování sítě do budoucnosti (soudobost), - dodržení impedanční smyčy, - dodržení úbytu napětí na onci vedení, - dovolené mechanicé namáhaní. Standardy ČEZ, a. s. [4] doporučují pro hlavní vedení NN, teré vyvádí výon z DTS, použít abely (o daném průřezu a počtu) uvedené v Tab Tato vedení mají být navržena na záladě výpočtu navrhované sítě ta, aby přenesla instalovaný výon DTR z dané DTS s uvažováním počtu vývodů z NN rozváděče.

30 3 Podlady pro vypracování projetu 30 Tab. 3-3 Doporučený počet vodičů NN s daným průřezem pro vyvedení výonu z DTS Výon DTR Kabel NN, počet (s) 1 x 50 VA 1 x AYKY 4 x 70 mm 2 (1 x AES 4 x 70 mm 2 ) 1 x 100 VA 1 x AYKY 3 x mm 2 (1 x AES 4 x 120 mm 2 ) 1 x 160 VA 1 x AYKY 3 x mm 2 (2 x AES 4 x 120 mm 2 ) 1 x 250 VA 2 x AYKY 3 x mm 2 (3 x AES 4 x 120 mm 2 ) 1 x 400 VA 2 x AYKY 3 x mm 2 (4 x AES 4 x 120 mm 2 ) 2 x 400 VA 4 x AYKY 3 x mm 2 1 x 630 VA 3 x AYKY 3 x mm 2 2 x 630 VA 6 x AYKY 3 x mm 2 Navrhování abelových sítí VN Sítě VN se dimenzují převážně z hledisa [4]: - požadovaného výhledového výonu s uvažováním soudobosti podle druhu a charateru odběrů, - dodržení limitů zatížení vedení a transformátorů, - dodržení vality dodávy eletricé energie dle platných ČSN a PNE, - dovoleného mechanicého namáhaní. 3.6 Ochrana vodičů před nadproudy Vodiče se musí chránit před všemi nadproudy (přetížením a zraty). Ochranné přístroje mají za úol odpojit jaýoliv nadproud dříve, než by mohlo vyvolat šodlivé oteplení izolace, spojů, zaončení nebo hmot oblopujících vodiče. Metodia DSO_ME_0147r00 [12] uvádí podmíny pro jištění abelových sítí NN, teré společnost ČEZ Distribuce, a. s. ve své DS uplatňuje. Tyto podmíny jsou následující: - jištění musí být v souladu s PNE , při zratu v terémoliv místě sítě musí předřazené jisticí prvy odpojit vadnou část do 30 s, - musí být zajištěná seletivita po sobě následujících jistících prvů, - jao jistící prvy se používají tavné pojisty s charateristiou gg, - jistící prvy sítě jsou v rozvaděčích trafostanic a rozpojovacích sříních, - u téčování je nutné dodržet minimální průřez abelu přípojy dle zratového proudu v daném místě. Odpovídající průřez v dané oblasti je nutné doložit výpočtem. Minimální průřez abelu přípojy bude 4x35 mm 2 s hliníovým jádrem.

31 3 Podlady pro vypracování projetu 31 Další zpracování této apitoly je provedeno především podle ČSN ed. 2 [8], terá se zabývá ochranou před nadproudy. Části textu, u terých bylo čerpáno z jiných zdrojů, jsou patřičně označeny Druhy ochranných přístrojů Ochranné přístroje se rozdělují do tří záladních supin: - přístroje zajišťující ochranu před proudy přetížení i před zratovými proudy, - přístroje zajišťující ochranu pouze před proudy přetížení a - přístroje zajišťující ochranu pouze před zratovými proudy. Ve výpočetní části projetu budou použity přístroje, teré slučují ochranu před proudy přetížení i před zratovými proudy, proto více rozebereme jen tuto část ochranných přístrojů. Přístroje zajišťující zároveň ochranu před proudy přetížením i před zratovými proudy musí být schopné přerušit (v případě jističů i zapnout) jaýoliv nadproud až do veliosti předpoládaného zratového proudu v místě, de je přístroj instalován. Mezi tyto přístroje patří: - jističe se spouští proti přetížení i se zratovou spouští, - jističe ve spojení s pojistami, - pojisty s pojistovými vložami s charateristiou gg Ochrana před proudovým přetížením Funční charateristia prvu jistícího vedení před přetížením musí vyhovovat těmto požadavům: I B I I (3.31) n z I 2 1, 45 I z, (3.32) de I B je proud použitý ve vedení, I z je dovolené proudové zatížení vedení, I n je jmenovitý proud jistícího prvu nebo zvolené proudové nastavení u nastavitelných prvů, I 2 je proud zajišťující účinné zapůsobení ochranného přístroje ve smluvené době. Poznáma: proud I 2 musí stanovit výrobce nebo je uveden ve výrobové normě. Ochrana navržená podle výše uvedených vztahů nemusí v jistých případech ochranu vodiče zajistit, např. dyž průchod trvalého nadproudu je menší než I 2. V taovýchto případech je dobré uvažovat o abelu s vyšším průřezem. Norma [8] totiž u tohoto návrhu jištění předpoládá, že: - záladní teplota oolí je pro abely a vodiče ve vzduchu 30 C a v zemi 20 C, - nejvyšší dovolená provozní teplota izolace je 70 C,

32 3 Podlady pro vypracování projetu 32 - nejvyšší dovolená teplota izolace při přetížení je 120 C. Uvedené teploty izolace jsou odvozeny od nejpoužívanější izolace vodičů a abelů, terou je izolace z PVC. Pro taovéto vodiče a abely je jištění stanovené podle výše uvedených podmíne vyhovující. Nesplňuje-li vodič uvedené předpolady, nemusí ochrana pracovat spolehlivě. Proto se v tomto případě doporučuje jištění vodiče zontrolovat na záladě oteplovací charateristiy vodiče, jejíž průběh popisuje vztah τ ' ϑ ϑm (1 e ) (K; K; -), (3.33) přičemž platí: ϑ m ϑ 0 + ϑ ( C; C; K), (3.34) m τ ' t /τ (-; s; s), (3.35) de ϑ je oteplení vodiče (abelu) za čas t od počátu průchodu onstantního proudu nebo nadproudu, ϑ m je největší ustálené oteplení vodiče (abelu), ϑ 0 je počáteční teplota vodiče (abelu) v oamžiu počátu průchodu onstantního proudu nebo nadproudu, ϑ m je největší ustálená teplota vodiče (abelu) způsobená trvalým průchodem onstantního proudu nebo nadproudu, τ ' je poměrný čas od počátu průchodu proudu nebo nadproudu, t je čas od počátu průchodu proudu nebo nadproudu, τ je časová oteplovací onstanta vodiče (abelu); je to doba, za terou stoupne ϑm oteplení vodiče (abelu) o 0,632. Poznáma: časovou oteplovací onstantu udává výrobce vodiče (abelu) pro nadproud, při terém vodič (abel) dosáhne nevyšší dovolenou teplotu při proudovém přetížení a při záladní teplotě oolí. Veliost oteplení pro potřeby dimenzování a jištění z výrazu ϑm se v závislosti na poměrném nadproudu i v ustáleném stavu stanoví i x ϑ m ϑz (K; K; -), (3.36) přičemž platí: I m i (-; A; A), (3.37) I z

33 3 Podlady pro vypracování projetu 33 de ϑm je oteplení vodiče (abelu) odpovídající nadproud i, ϑ z je oteplení vodiče (abelu) odpovídající dovolenému proudu I z, i je poměrný nadproud, x je mocnitel stanovený na záladě měření (pro izolované vodiče je x2,492 a pro holé vodiče x2), (abelu) I m je nadproud způsobující oteplení ϑm, I z je dovolené proudové zatížení podle [6] způsobující dovolené oteplení vodiče ϑz. Celově tedy pro oteplení vodiče (abelu) platí: τ ' ϑ ϑ i x z (1 e ) (K; K; -; -). (3.38) Ochrana před zratovými proudy Jmenovitá vypínací schopnost přístrojů chránící vedení před zratem nesmí být menší než maximální předpoládaný zratový proud v místě, de je přístroj instalován. Tuto podmínu nemusí ochranný přístroj splňovat, poud jiný přístroj instalovaný na straně zdroje má potřebnou vypínací schopnost. Všechny zratové proudy teoucí abely a izolovanými vodiči musí být přerušeny dříve, než teplota vodiče vzroste nad dovolenou mezní teplotu izolace vodiče. Pro dobu působení ochranných přístrojů <0,1s, v případě významné nesymetrie proudů a pro přístroje omezující proud, musí být 2 S 2 větší než hodnota propuštěné energie I 2 t uváděná výrobcem ochranného přístroje. Doba trvání zratu t, terá je potřebná na zvýšení teploty vodiče z nejvyšší dovolené provozní teploty v normálním provozu na mezní teplotu, se může v prvním přiblížení vypočítat ze vztahu 2 S t (s; -; mm 2 ; A), (3.39) I de t je doba trvání zratu, S je průřez vodiče, I je účinný zratový proud vyjádřený jao efetivní hodnota, je součinitel respetující rezistivitu, teplotní oeficient a tepelnou apacitu materiálu vodiče a odpovídající počáteční a onečnou teplotu. Hodnoty uvádí ČSN ed. 2 [8] a jsou zaznamenány v Tab Poznáma: uvedený vztah platí pro zraty s dobou trvání do 5s.

34 3 Podlady pro vypracování projetu 34 Tab. 3-4 Hodnoty pro vodiče Vlastnosti/podmíny PVC termoplasticý PVC termoplasticý 90 C Druh izolace vodiče EPR XLPE termoset Pryž 60 C termoset s pláštěm PVC Minerální bez pláště Průřez vodiče (mm 2 ) 300 > > 300 Počáteční teplota ( C) Konečná teplota ( C) Materiál vodiče: měď * hliní Cínem pájené spoje v měděných vodičích 115 _ * Tato hodnota se použije pro holé abely vystavené dotyu. Poznáma Tab. 3-4: Jmenovitý proud přístroje pro ochranu před zratem může být větší než dovolený proud abelu Ochrana paralelních vodičů před nadproudy Hlavními fatory, teré ovlivňují způsob chránění paralelních vodičů, jsou průřez, materiál, déla a uložení vodiče. Tyto fatory zásadně ovlivňují poměr rozdělení přenášeného proudu přes jednotlivé vodiče. V případě nestejně rozděleného proudu mezi jednotlivé paralelní vodiče (může nastat vůli nestejným parametrům vodičů nebo nepříznivému uspořádání) se musí jištění pro aždý vodič posuzovat individuálně. O nestejnoměrně rozděleném proudu hovoříme tehdy, poud je nerovnoměrnost větší než cca 10%. Jsou-li parametry vodičů a způsob jejich uležení stejné, potom se taé přenášený proud rozdělí téměř stejným dílem mezi jednotlivé vodiče. V tomto případě jsou možné dva způsoby jištění vodičů: 1) Všechny paralelní abely jsou jištěny společně před bodem rozdělení na celý přenášený výon. 2) Každý vodič je jištěn zvlášť na daný poměr přenášeného proudu (výonu). Napřílad poud se jedná o dva paralelní vodiče, jistíme aždý abel zvlášť na poloviční přenášený výon. Oba způsoby jištění mají své výhody i nevýhody. V prvním případě (společné jištění pro všechny abely) je výhodou, že je použit pouze jeden jistící přístroj. Nevýhodou vša je, že poud dojde poruše, jistící přístroj odpojí všechny vodiče najednou a část eletricého rozvodu směrem zátěži za tímto přístrojem zůstane bez dodávy eletricé energie. Obr. 3-3, terý byl vytvořen na záladě normy [8], znázorňuje způsob zapojení jistícího přístroje chránícího všechny paralelní vodiče před nadproudy najednou. V druhém případě (aždý vodič je jištěn zvlášť) je výhodou, že v případě poruchy dojde odpojení pouze postiženého vodiče

35 3 Podlady pro vypracování projetu 35 a další paralelní vodiče mohou nadále napájet zátěž. Nevýhodou ale je, že odpojení jednoho vodiče v důsledu poruchy nemusí být deteováno a zbývající zdravé vodiče mohou být přetěžovány. Navíc je při tomto způsobu chránění paralelních vodičů použito více jistících přístrojů a vodiče se musí jistit na svém začátu i na onci (ochrana vedení proti zpětným proudům vysvětleno níže). Na Obr. 3-4 je znázorněno zapojení ochranných přístrojů chránící jednotlivé vodiče zvlášť. Tento obráze je tatéž vytvořen na záladě zdroje [8]. Obr. 3-3 Jištění paralelních vodičů najednou Jestliže jsou vodiče zapojeny paralelně, pa se může v případě poruchy (zratu) objevit více proudových drah, teré místo poruchy napájí (např. napájení z druhé strany vodiče tzv. zpětné proudy). V případě chránění všech paralelních vodičů najednou (Obr. 3-3) tento jev nezhoršuje účiny ochrany vedení, protože se při vybavení ochranného přístroje odpojí všechny vodiče najednou. To vša neplatí, poud je aždý z paralelních vodičů chráněn zvlášť. Proto by se měl v tomto případě aždý vodič před zratem chránit na obou stranách na straně zdroje (s jao supply) i na straně zátěže (l jao load). Rozdělení proudů a jejich drah při zratu je znázorněno na Obr. 3-4.

36 3 Podlady pro vypracování projetu 36 Obr. 3-4 Jištění paralelních vodičů samostatně: a) průto proudu na začátu zratu; b) průto proudu po vybavení ochranného přístroje cs Z Obr. 3-4 je patrné, proč se samostatně jištěné paralelní vodiče jistí na začátu i na onci. Po vybavení ochrany cs je místo poruchy x stále napájeno přes vodiče 1 a 2 z druhé strany. Protože vodiče 1 a 2 jsou paralelní, nemusí být rozdělený proud protéající ochrannými přístroji as a bs dostatečný tomu, aby zapůsobily v požadovaném čase. Z tohoto důvodu je na onci vodiče 3 instalována ochrana cl, terá má poruchový proud odpojit. Stejná situace by nastala, poud by se porucha vysytla ve vodičích 1 nebo 2, z toho důvodu se taé požadují ochranné přístroje al a bl. Jistíme-li paralelní vodiče samostatně, potom ochranné přístroje volíme ta (na začátu i na onci), aby bezpečně ochránily vodič před nadproudy. Přitom nezáleží na seletivitě ochranných přístrojů. Ochranné přístroje na onci vodiče nemají v tomto případě jinou funci než ochranu vedení proti zpětným proudům. Z tohoto důvodu může být jmenovitý proud ochranných přístrojů na začátu i na onci vedení stejný. [1] Přiřazení prvu jistícího před nadproudy vedení V praxi se pro zjednodušení a urychlení návrhu jištění vedení používají tabuly, teré jmenovitě přiřazují jistící prvy (pojisty, jističe) vedení s daným jmenovitým průřezem. Tyto tabuly vznily v souladu s ČSN, teré jsou stručně shrnuty výše (apitoly a 3.6.3). Při sestavování těchto tabule byly zohledněny vypínací charateristiy jistících prvů, způsob uložení vedení, použitý materiál žil vodičů a jejich izolace apod. S těmito tabulami se můžeme setat např. v technicé publiaci [13] (na tuto publiaci se odazuje taé ČSN ed. 2). Tab. 3-5, terá je převzatá právě ze zdroje [13], přiřazuje jistící prvy e abelům s hliníovým jádrem uložených v zemi (tento způsob uložení bude použit i ve výpočetní části této práce).