přednáška č. 4 Elektrárny B1M15ENY Druhy zkratových proudů Tepelné účinky Dotykové napětí na uzemnění Silové účinky Ing. Jan Špetlík, Ph.D.

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "přednáška č. 4 Elektrárny B1M15ENY Druhy zkratových proudů Tepelné účinky Dotykové napětí na uzemnění Silové účinky Ing. Jan Špetlík, Ph.D."

Antonín Tábor
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Elektrárny B1M15ENY přednáška č. 4 Druhy zkratových proudů Tepelné účinky Dotykové napětí na uzemnění Silové účinky Ing. Jan Špetlík, Ph.D. ČVUT FEL Katedra elektroenergetiky spetlij@fel.cvut.cz

2 Výpočty parametrů: X s 1 3. U. I P , ,5 X r =. =. = 2,3 Ω r M. s. Ω SM 2 R r ( Xs + X r) + Rs k k k 2 2 Ik 234,5 + ϑ 234, R =. R =. R = 0,178 Ω s s20 s20 234,5 + ϑ0 234, Pk 127,5 3 r R 2 s ,178 1, Ik R = = = Ω R U = = 2 s 2 1,064 U =. = 2 s.100. π 2 1, 064 ( 2,3 + 2,3) + 0,178 + s

3 M = 3 2 3, U. s 1,064 5, ,178 + s 2

4 Zkrat Druhy zkratových proudů náhodné nebo úmyslné vodivé spojení mezi dvěma nebo více vodivými částmi, vedoucí k tomu, že rozdíl elektrických potenciálů mezi těmito vodivými částmi je roven nule nebo má hodnotu blízkou nule (dle ČSN EN ) Výpočty zkratových proudů a jejich tepelných účinků dle normy ČSN EN (popř. podle PNE ) Silové účinky zkratových proudů dle normy ČSN EN (příklady ji doplňuje PNE ) Terminologie: I k 3 Trojfázový rázový symetrický zkratový proud i p Nárazový proud I k1 Jednofázový rázový symetrický zkratový proud I th Ekvivalentní oteplovací proud I k 3 Trojfázový přechodný zkratový proud I b Vypínací zkratový proud I k 3 Trojfázový ustálený zkratový proud T k Doba trvání zkratu

5 Druhy zkratových proudů 2. I k 3 1 = T 2 i. dt 2. I k ip 3 I th k t k 0 2. I k 3

6 Nárazový zkratový proud Výpočet nárazového zkratového proudu dle normy ČSN EN : i p = κ. 2. I k κ = 1, ,98. e 3. R/ X Poznámka: Tabulka z již zrušené ČSN , z níž je patrná typická hodnota součinitele : κ

Ekvivalentní oteplovací zkratový proud Výpočet ekvivalentního oteplovacího proudu dle normy ČSN EN 60 909-0: I =

7 Ekvivalentní oteplovací zkratový proud Výpočet ekvivalentního oteplovacího proudu dle normy ČSN EN : I = I m+ n th k. Součinitel pro tepelné účinky ss. složky m a stř. složky n se odečtou z grafů v normě ČSN EN :

8 Ekvivalentní oteplovací zkratový proud Poznámka: Tabulka z již zrušené ČSN pro typické hodnoty součinitele I m+ n k e Dřívější označení,, : th T t Ike k k

9 Tepelné účinky zkratových proudů Dimenzování zařízení: Obecně je nutné dodržet štítkové hodnoty Ithr, Tkr, tj. I thr Ith Tkr Tk T kr i p ( zař.) Je-li a, potom je možné dimenzovat Poznámka: Obrácený postup pro a norma nepřipouští, tj vždy Příklad: I thr Ith Tkr < Tk T kr Poznámka: T thr kr. Ith Tk Ithr < I I th thr Ith I thr dále musí být (v souvislosti se zkraty) splněno: i p( zař.) I b I k i p I 2 T k I b

10 Tepelné účinky zkratových proudů Dimenzování holých vodičů: Obecný předpoklad: krátká doba zkratu kde: S thr S thr T I T Sth. =. T A T kr th kr k k T k S, adiabatický děj thr Hustota jmenovitého krátkodobého proudu pro dobu tvrvání zkratu ( θe C) ( C) κ20.. c ρ 1 + α =.ln α α20. θb 20 T kr = 1 s S th Hustota krátkodobého proudu θ b Počáteční teplota vodiče A Průřez vodiče θ e Konečná teplota vodiče Poznámka: měď hliník, slitina hliníku, AlFe vodiče ocel c [J.kg -1. C -1 ] ρ [kg.m -3 ] κ 20 [Ω -1.m -1 ] , , α 20 [ C -1 ] 0,0039 0,004 0,0045 T Může platit také pro a (narozdíl od zařízení) kr Tk Sthr < Sth

Tepelné účinky zkratových proudů - za počáteční teplotu se volí nejvyšší provozní teplota - za konečnou teplotu se doporučuje zvolit: Typ vodiče Maximální doporučená teplota při zkratu Holé vodiče,

11 Tepelné účinky zkratových proudů - za počáteční teplotu se volí nejvyšší provozní teplota - za konečnou teplotu se doporučuje zvolit: Typ vodiče Maximální doporučená teplota při zkratu Holé vodiče, kompaktní nebo splétané: Cu, Al, nebo Al slitiny 200 C Holé vodiče, kompaktní nebo splétané: ocel 300 C Diagramy S ( θ, θ ) thr b e pro hliník, měď a ocel Poznámka: Kromě toho musí průřez vodiče současně vyhovět i pro silové účinky, úbytek napětí, provozní tvalé (ev. krátkodobé) proudy, funkci ochran popř. kritériím hospodárného průřezu

12 Účinky zkratových proudů na uzemnění Tepelné účinky na uzemňovací přívody a zemnící soustavu (síť): a) Pro poruchy kratší než 5 s Výpočet je identický jako pro holé vodiče Pro dva paralelní uzemňovací přívody popř. uzemňovací přívody I th živá část rozdělení proudu ze svodu do mřížové sítě se doporučuje volit faktor nerovnoměrného rozdělení 0,6 (viz. obrázek) zemnící síť 0,6.0,6. I th 0,6. I th Poznámka: Podle ČSN EN se poč. teplota volí 20 C a konečná 300 C, v tabulce je uvedena zatížitelnost pásků FeZn pro a konečnou teplotu 300 C:

13 Účinky zkratových proudů na uzemnění b) Pro poruchy delší než 5 s - Odečítá se z tabulek ČSN EN Trvalé zatížení FeZn pásků pro konečnou teplotu 300 C Přepočítání trvalého zatížení pro jinou konečnou teplotu

14 Uzemnění a dotykové napětí Se zkratovým proudem souvisí i dimenzování uzemnění: I. Výpočet odporu uzemnění: a) Tyčový zemnič b) Kruhový zemnič R E = ρe.ln 2. π. L 4. L d R E ρe =.ln 2 π. D 2. π. D d

15 Uzemnění a dotykové napětí c) Mřížová síť Dle platné ČSN EN : R E ρe ρe π = = 2. D 4 A (Dwightův vztah) Dříve používaný vzorec (ČSN ) a používaný std. IEEE (Laurent-Niemahnův vztah): 1 π 1 1 π 1 R E = ρ E. + ρ E. + 4 A L 4 A 2. ( N + N). l Přesnější vztah: R E 1 π 1 1 0,165. l. π 2. h = ρe. + ln 1 1, A 2. N. l 2. π 2. S FeZn A

16 Uzemnění a dotykové napětí d) Kombinace mřížová síť + tyč Dle PNE : R E = ηe 2. n + 0,9 R R E1 E2

17 Uzemnění a dotykové napětí II. Dotykové napětí a napětí na uzemnění Napětí na uzemnění UE je napětí mezi daným bodem a referenční zemí v místě zkratu a při hodnotě zkratového proudu. U = R. I E E E kde IE je zemní proud Síť TT s nízkohmovým uzemněním uzlu Síť IT s uzemněním přes tlumivku Síť IT(r) s uzemněním přes odpor I I E E = ri. = ri. k1 I = r. I + I 2 2 E Res L Res zbytkový proud zemního spojení, nejvýše 10% I C r je redukční činitel respektující odvedení části zkratového proudu nebo proudu zemního spojení zemními lany nebo přes stínění kabelů

18 Uzemnění a dotykové napětí Dotykové napětí UTp je napětí mezi vodivými částmi, kterých se člověk nebo zvíře dotýká. Velikost skutečného dotykového napětí může významně ovlivnit impedance těla člověka nebo zvířete při elektrickém dotyku s těmito vodivými částmi Provozovna s napětím nad 1 kv AC: U U E E 2. U Není-li splněno: 4. U + je třeba zrealizovat zvláštní opatření podle ČSN EN , (asfaltový pás, ekvipotenciální práh atd.) Je zapotřebí dodržet dostatečnou vzdálenost uzemnění provozovny od uzemnění jiných objektů napájených z veřej. sítě (min. 20 m)! Tp Tp

19 Silové účinky tuhé vodiče Pro dimenzování musí být dodrženo: a) ohybové napětí vodiče b) ohybové síly na podpěrku Pro vodiče obdélníkového průřezu: (IEC / ČSN EN ) Síla na střední vodič: F = µ 3 l.. i. 2. π 2 d 0 2 m3 p3 účinná vzdálenost d m = d k m

20 a) Ohybové napětí vodiče: σ m Silové účinky tuhé vodiče Mo F l = = Vσ. Vr. β. Z 8. Z Modul ohybu v průřezu: Z = I b 2 Musí být splněno: σm < q. σ 0,2 Mez průtažnosti vodiče:. m3 Poměr mezi dyn. a stat. namáháním vodiče: dtto při neúspěšném OZ: Koeficient respektující uchycení podpěrky: Moment setrvačnosti: I = S r 2. ds Udává, při jakém σ dojde k prodloužení o 0,2% σ 0,2AlMgSi = MPa σ 0,2Cu = 80 MPa q - koeficient respektující tvar průřezu. Pro obdélníkový vodič: I = ab. 12 Pro kruhový vodič: I 3 π = r 4 Pro trubkový vodič: 4 π I = r r 4 ( 4 4) 1 2 V σ V r β

21 Součinitel q Silové účinky tuhé vodiče

22 Silové účinky tuhé vodiče Je-li vodičů na fázi více, pak se připočítají ještě síly těchto vodičů vzájemně: F s µ i = 2. π n 2 0 p3.. l d s ms σ s Fl. V... s σ Vr β 8ṣ Z σ = σ + σ = tot m s Musí být splněno: σ tot < q. σ 0,2

23 Silové účinky tuhé vodiče b) Ohybové síly na podpěrku Síla působící na podpěrku: F = V. V. α. F D F r m3 Musí být splněno: F H D < F d = 0,8. P. H + T Poměr mezi dyn. a stat. silou na vodič: V F = 0,8. σ 0,2 min 1; ;max 2,7 σ dtto při neúspěšném OZ: Koeficient respektující vetknutí podpěrky: tot VF V r α Kde P je mechanická pevnost podpěrky

V Součinitele F r : Pozn.: Pro přesnější výpočty se tyto součinitele určí z vlastního kmitočtu hlavního vodiče: γ E m f c = γ. 2 l Silové účinky tuhé vodiče, V, V σ EI.

24 V Součinitele F r : Pozn.: Pro přesnější výpočty se tyto součinitele určí z vlastního kmitočtu hlavního vodiče: γ E m f c = γ. 2 l Silové účinky tuhé vodiče, V, V σ EI. m Součinitel (plasticita vodiče) Modul pružnosti Hmotnost na jednotku délky Pozn.: Vodič se prakticky chová stejně, je-li vlastní rezonance za 10xf sítě. Nejhorší výsledky dává cca 1-2xf sítě l mezi podpěrkami se musí volit tak, aby se vodič nedostal do oblasti rezonance

25 αβγ,, Součinitele : Silové účinky tuhé vodiče α A α B α A α B α A α B α A α B α α A B = 0,5 = 0,5 = 0,625 = 0,375 = 0,5 = 0,5 = 0,375 = 1, 25 = 0, 4 = 1,1 β =1 β = 0,73 β = 0,5 β = 0,73 β = 0,73 γ =1, 57 γ = 2, 45 γ = 3,56 γ = 2, 45 γ = 3,56

26 Silové účinky ohebné vodiče Silové účinky na volně zavěšené vodiče: Vychází se ze síly na jednotku délky: F / l = 2 µ 0 3 I k3 l π 4 d l m Podrobnější výpočet dále viz. IEC Kontroluje se: c - Tahová síla/napětí při zkratu - Tahová síla/napětí po zkratu F t F f - Minimální vzdušná vzdálenost při rozkmitu vodičů - Maximální horizontální výchylka (průhyb) - Kontrakce svazku u svazkových vodičů b h a min

27 Glosa k 4. přednášce Volba sklonu vodiče: Příklad: Vodiče trojfázového systému 10,5 kv jsou tvořeny pasovými vodiči Al 63x10 mm (jeden na fázi), rozpětí mezi podpěrkami je 1m a fázová rozteč je 0,5m. Rozhodněte, kterou podpěrku zvolíte a zda vodič mechanicky vyhoví jestliže budou pasy umístěny: 1) Naležato 2) Nastojato Namontovaná svorka přidá v obou případech k těžišti pasu 3 cm Počet podpěrek: 5 Uvažujte pro jednoduchost: d m = 0,5 m σ 0,2 = 120 MPa I k 3 = 25 ka κ = 1, 7 (pouze trojpólový zkrat bez OZ)

28 Na výběr jsou podpěrky: Glosa k 4. přednášce Přeskokové rázové napětí [kv] Povrchová dráha [mm] Pevnost v ohybu [kn] Výška H [mm] Průměr D [mm]

Podobné dokumenty

přednáška č. 4 Elektrárny A1M15ENY Ing. Jan Špetlík, Ph.D. Druhy zkratových proudů Tepelné účinky Dotykové napětí na uzemnění Silové účinky

přednáška č. 4 Elektrárny A1M15ENY Ing. Jan Špetlík, Ph.D. Druhy zkratových proudů Tepelné účinky Dotykové napětí na uzemnění Silové účinky Elektrárny A1M15ENY přednáška č. 4 Druhy zkratových proudů Tepelné účinky Dotykové napětí na uzemnění Silové účinky Ing. Jan Špetlík, Ph.D. ČVUT FEL Katedra elektroenergetiky E-mail: spetlij@fel.cvut.cz