Dimenzování silnoproudých rozvodů. Návrh napájecího zdroje., obvykle nepracují zároveň při jmenovitém výkonu

Transkript

1 Dimenzování silnoproudých rozvodů Návrh napájecího zdroje Supina el. spotřebičů P i Pn, obvyle nepracují zároveň při jmenovitém výonu činitel současnosti Pns s P n P ns současně připojené spotřebiče činitel zatížitelnosti Ps z P náročnost β ns ~ poměrné zatížení současně připojených spotřebičů η s m η z s η 1 m η s P s sutečné zatížení současně připojených spotřebičů η m účinnost spotřebičů η s účinnost napájecí soustavy β i v ČSN P P s n

2 běžně ~,,7 (VS el.,8; osvětlení, vto VE 1,) Odtud výpočtové zatížení P v (reálné maximum supiny) napájecí zdroj, průřez vodičů, přístroje, ochrany, Homogenní supina spotřebičů srovnatelné výony P β v Pn Nehomogenní supina spotřebičů něteré spotřebiče výrazně odlišný výon (uvažují se zvlášť) P β P + β P v x x i i β x, P x jen vybrané spotřebiče β i, P i celá supina včetně P x + ontrola P inst -3 největších spotřebičů Výpočtový proud Pv v 1f U cos ϕ Pv v 3f 3U cos ϕ

3 vdc P v U zdroje, vodiče, přístroje Návrh silnoproudých vodičů Vhodně zvolit při projetování: druh vodiče způsob uložení potřebný průřez vodiče 5 záladních ritérií při volbě vodiče: 1) teplota vodičů při běžném provozu v dovolených mezích ) hospodárný průřez vodičů 3) dostatečná mechanicá pevnost 4) dovolený úbyte napětí 5) odolnost proti silovým a tepelným účinům zratových proudů dále např. izolační hladina, oróna, rušení

4 Dovolená provozní teplota nejvyšší teplota jaéoliv části vodiče umožňující trvalý provoz - dána hospodárnou životností, závisí na izolaci, provozních podmínách Vliv na teplotu vodiče proudové zatížení (Joulovy ztráty) teplota prostředí (onvece, sálání) sluneční záření (venovní vedení) vzájemné ovlivňování více vodičů Trvalé proudové zatížení závisí na dovolené provozní teplotě, teplotě oolí a způsobu uložení. Teplota jader nad dovolenou mez pouze omezenou dobu životnost snížena málo (+ neohrozit oolí). ČSN udávají nejvyšší dovolené teploty provozní (většinou 6 9 C) a při zratu (15 3 C) podle typu izolace. Jmenovitá proudová zatížitelnost nv ja lze zatížit vodič při záladním způsobu uložení bez přeročení dovolené provozní teploty.

5 Záladní způsob uložení a) uložení ve vodorovné poloze v lidném vzduchu o záladní teplotě dle ČSN b) vodorovné uložení v zemi s měrným tepelným odporem,7 K m W -1 v hloubce asi 7 cm pod povrchem a s teplotou půdy C nv stanoví výrobce (v atalogu, ČSN, ) Dovolené proudové zatížení dov dov 1 K n nv i přepočítací činitele pro daná prostředí dov podle nejhorších podmíne Určení průřezu vodiče dov A J J dovolená proudová hustota pro daný materiál (Cu: 1 A/mm, Al: 8 A/mm ) Zároveň dov

6 Hospodárný průřez vedení Nezatěžovat vodiče více než hospodárnou proudovou hustotou (dle materiálu, způsobu zatěžování) ~ eonomicá zásada. Hospodárná J (A/mm ) závislá na době plných ztrát τ z (h/ro) J lesá se zatěžováním Doba plných ztrát τ z ja dlouhý by byl provoz s max. činnými ztrátami, aby celové ztráty odpovídaly proměnlivému zatěžování za dobu T T τ Ri z T (t)dt R i (t)dt max max τ z

7 Hospodárný průřez A τ h v z (mm (mm /A) součinitel v (A) výpočtový proud Veliost činitele pro určení hospodárného průřezu D r u h v e d e n í součinitel (mm.a -1 ) měděné vodiče hliníové vodiče Holé přípojnice,6,14 Kabely od 5 mm výše do 1 V,7,168 Chráněné vodiče a abely do 1 V o průřezu do 16 mm,6,19 Chráněné vodiče, abely do 1mm, 1 V nebo vodiče v instalačních trubách,53,9 ontroluje se při τ z > 1 h / ro, životnost zařízení > 1 let A dim A h ( nebo zaorouhlení) rozhodující, dyž je větší než podle ostatních zásad )

8 Mechanicá pevnost vodičů Odolat mech. namáhání při montáži i všech provozních podmínách. Vnitřní: běžně jen montáž, vzájemné síly pro max. dovolený proud, vlastní tíha u svislého uložení ( podpěry) Venovní: navíc limaticé vlivy (vítr, námraza) Vedení do 1 V uvnitř budov Vedení Nejmenší dovolený průřez jader vodičů (mm ) hliníových měděných v trubách a lištách,5 1,5 z můstových, pásových nebo jednožilových vodičů,5 1 uložených v omítce z abelů.5 1 z jednožilových vodičů uložených na podpěrách.5 1,5 vzdálených méně než 1 m z jednožilových vodičů uložených na podpěrách vzdálených více než 1 m 4,5

9 Nejmenší dovolený průřez venovního vedení nejmenší dovolený Materiál vodičů průřez (mm ) do 1 V 1-35 V Měď tvrdá 6 1 Měď polotvrdá 6 - Bronz 6 1 Hliní 16 5 Slitiny hliníu 16 5 Ocel 1 16 Hliníové lano s ocelovou duší Lano z hliníových slitin s ocelovou duší Vítr (ČSN ) Přídavné vodorovné zatížení. Staticá složa zatížení větrem W olmo na vodič W w n A (N) w n normový tla větru (N/m ) A plocha vystavená větru (m ) Normová hodnota tlau větru w n w w C n w w w o záladní tla větru (N/m ) Na území ČR je w o 55 N/m. w součinitel výšy, závislý na rychlosti větru

10 w v 9,6 v rychlost větru (m.s -1 ) C w tvarový součinitel C w α C sin β α součinitel nerovnoměrnosti tlau větru na vodiče β úhel mezi směrem větru a osou vodiče C tvarový součinitel pro místní tlay při směru větru olmém na osu vodiče pro neomrzlé vodiče C 1,1 pro průměr vodiče d < 16 mm C 1, pro průměr vodiče d >16 mm pro omrzlé vodiče všech průměrů je C 1, Plocha vystavená větru A d l

11 Rychlost větru podle výšy nad zemí h v w α W n (N.m - ) pro průměr vodiče (m) (m.s -1 ) (m.h -1 ) d > 16 c 1 d < 16 c 1,1-9,6 17 1,, ,5 1 1,7, , , 137 1,64, , ,8 158,18, Námraza Přídavné svislé zatížení. Vytváří se při teplotách těsně pod nulou ( až -5 C) a při velé relativní vlhosti vzduchu. Veliost závisí na námrazové oblasti (L, S, T, K) podle nadmořsé výšy a typu rajiny. Oblast Tloušťa námrazy t (mm) Parametry normálního námrazu Hustota námrazy ρ (g. m -3 ) Hmotnost námrazu na 1 m dély vodiče (g. m -1 ) q t na měrné tyči d 3 mm q na vodiči o průměru d mm L 17, 4 1,,361 +,13 d S 7,6 4,,959 +,347 d T 36,1 4 3, 1,638 +,454 d K ,.q t 4 * >3, 1,57 t (d+t) 1-3 * Největší hustota námrazu (ledovy) se uvažuje 9 g m -3.

12 Normální námraze q nn < dovolené namáhání. Zvětšený námraze q zn (1 3) q nn < 85% pevnosti vodiče. Poloměr vodiče s námrazem r t + d / Hmotnost námrazu na jednotu dély d q πr ρ π ρ q π ρ t ( t + d) Při ontrole zvážit vítr + námrazu, olmé směry. Namáhání se mění i s teplotou (dilatace, stavová rovnice lana). Natahování podle montážních tabule (namáhání a průhyby pro šálu venovních teplot - C +4 C). Úbyte napětí na vodičích Udržet U v pásmu dovolených odchyle od U n. Významné u dlouhých paprsů. Vliv na průřez a délu. ΔÛ f Ẑ Î l ND ( R + jx)( j ) č m j KAP

13 Δ Û f & ΔU f R cos ϕ ± Xsin ND ϕ KAP V soustavách nn má rozhodující vliv R ρl ρl P ΔU f cos ϕ 1f: A A U f ρl ρl P ΔU f cos ϕ 3f: A A 3U Dovolené tolerance dle ČSN EN 516 ±1% U n (za normálního provozu 95% průměrných ef. hodnot aždý týden v měřicích intervalech 1 minut) (7 53 V) +1%/-15% U n všechny průměrné ef. hodnoty Výjimečně větší odchyly dlouhé radiály, spouštění motorů, nouzová zařízení, Citlivá zařízení loálně menší odchyly (světelné spotřebiče např. 3%, 5% U n ). s

14 Odolnost proti účinům zratových proudů Účiny na vodiče i onstruční prvy. Silové účiny Vliv zejména u pevně uložených tuhých vodičů (+ podpěrné izolátory, odpojovače, onstruční prvy, ). U AC frevence sil f. Síla na vodič v mag. poli F B l sin α (N) B μ H (T) μ 4π 1 7 (H / m) α úhel mezi silou a osou vodiče ntenzita mag. pole ve vzdálenosti a od vodiče H (A / m) πa rovnoběžné vodiče síla olmo na osu vodiče (sin α 1) je největší 7 7 F 4π 1 l 1 l (N) πa a

15 Nejvyšší síla odpovídá nejvyšší oamžité hodnotě proudu nárazový zratový proud (první amplituda po vzniu zratu) m κ (A) κ činitel podle druhu sítě (κ nn 1,8) teoreticé maximum κ - počáteční rázový zratový proud Max. oamžitá síla na jednotu dély vodiče podle ČSN f m (N / m) a 1 činitel tvaru vodiče činitel uspořádání vodičů a fázového posunu proudů a vzdálenost vodičů Tepelné účiny Rozhodující zejména u volně uložených vodičů. Dány aumulací tepla působením časové proměnného proudu po dobu trvání zratu t (adiabaticý děj).

16 Teplo vyvinuté ve vodičích Q t R( ϑ) i (t)dt (J) Evivalentní oteplovací proud onstantní hodnota vyvolávající stejné tepelné účiny jao časově proměnný proud e 1 t t i (t)dt (A) Podle ČSN jao násobe e e Doba trvání zratu t (s) Zrat na svorách alternátoru Činitel e Zrat v soustavě vvn, vn nn pod,5 1,7 1,6 1,5,5,1 1,6 1,5 1,,1, 1,55 1,4 1,1, 1, 1,5 1,3 1,5 1, 3, 1,3 1,1 1, nad 3, 1,15 1, 1,

17 Vyvinuté teplo Q R( ϑ) Q ϑ ϑ Odpor vodiče R( ϑ) R 1 e t c V dϑ (J) (J) c měrná objemová tepelná apacita (J m -3 K -1 ) V objem vodiče (m 3 ) R ( 1+ α Δϑ) ( ϑ) R + R αϑ R α Odtud e e e t t t ϑ c V dϑ R ( 1 α + αϑ) ϑ1 c V [ ln 1 α + αϑ ] αr c V 1 α + αϑ ln αr 1 α + αϑ ϑ ( ) 1 ϑ 1

18 Je-li pa V R e A l ρ t l A c A αρ 1 α + αϑ ln 1 α + αϑ 1 Potřebný průřez pa bude e t A (mm K c 1 α + αϑ 1/ K ln (A s mm αρ 1 α + αϑ1 materiálová onstanta úměrná počáteční a oncové teplotě ) )

19