Elektrárny A1M15ENY. přednáška č. 4. Jan Špetlík. Katedra elektroenergetiky, Fakulta elektrotechniky ČVUT, Technická 2, Praha 6

Transkript

1 Elektrárny A1M15ENY přednáška č. 4 Jan Špetlík spetlij@fel.cvut.cz -v předmětu u ENY Katedra elektroenergetiky, Fakulta elektrotechniky ČVUT, Technická 2, Praha 6

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 Zkratové poměry ve VS Zkratové proudy se počítají dle normy ČSN EN nebo podle PNE Silové účinky zkratových proudů se počítají dle normy ČSN EN nebo podle PNE Terminologie: I k 3 I k1 I k 3 I k 3 i p I ke Trojfázový rázový symetrický zkratový proud Jednofázový rázový symetrický zkratový proud Trojfázový přechodný zkratový proud Trojfázový ustálený zkratový proud Nárazový proud Ekvivalentní oteplovací proud

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

6 Druhy zkratových proudů Výpočet nárazového zkratového proudu dle normy ČSN EN : i p = κ. 2. I k κ κ = 1,02 + 0,98. e Tabulka pro součinitel z již zrušené ČSN : 3. R / X

7 Druhy zkratových proudů Výpočet ekvivalentního oteplovacího proudu dle normy ČSN EN : ke = e k e k. I Součinitel pro tepelné účinky ss. složky m a stř. složky n se odečtou z grafů v normě ČSN EN I k e k = m+ n Tabulka pro součinitel z již zrušené ČSN :

8 Druhy zkratových proudů

9 Správné dimenzování průřezu: Tepelné účinky S I. t ke k K ϑ ( 20 ). c 20 ϑf + V ϑf + ϑk K ϑ =.ln ρ ϑ + ϑ 20 F 1 Pozor! Průřez musí dále vyhovět i na úbytek napětí, provozní proudy popř. hospodárnosti

10 Uzemnění a dotykové napětí Se zkratovým proudem souvisí i správné 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

11 Uzemnění a dotykové napětí c) Mřížová síť Dle platné ČSN : 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 ). Δ l Přesnější vztah: R E 1 π 1 1 0,165. Δl. π 2. h = ρe. + ln 1 1, A 2. N. l 2. π 2. S Δ FeZn A

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

13 Uzemnění a dotykové napětí II. Proudová zatížitelnost uzemňovacího přívodu a zemniče a) Pro poruchy kratší než 5 s S min = Ike tk. K ϑk + ϑf ln ϑ + ϑ 1 F Materiál β K Al Cu 234,5 226 Fe Pozn. Podle ČSN se poč. teplota volí 20 C a konečná 300 C Zatížitelnost pásků FeZn pro a konečnou teplotu 300 C:

14 Uzemnění a dotykové napětí b) Pro poruchy delší než 5 s - Odečítá se z tabulek ČSN , příl. C Trvalé zatížení FeZn pásků pro konečnou teplotu 300 C Přepočítání trvalého zatížení pro jinou konečnou teplotu

15 Uzemnění a dotykové napětí III. 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

16 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 , příl M (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

17 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

18 Silové účinky tuhé vodiče a) Ohybové napětí vodiče: σ m M. o Fm3 l = = Vσ. Vr. β. Z 8. Z Modul ohybu v průřezu: Z = I b 2 Musí být splněno: σ m < q. σ 0,2 Mez průtažnosti 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. Poměr mezi dyn. a stat. namáháním vodiče: V σ 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 r β

19 Součinitel q Silové účinky tuhé vodiče

20 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 F. l V... s σ Vr β 8ṣ Z σ = σ + σ = tot m s Musí být splněno: σ tot < q. σ 0,2

21 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

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

23 Silové účinky tuhé vodiče α, βγ, Součinitele : 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

24 Silové účinky - lana Silové účinky na volně zavěšené vodiče: Vychází se ze síly na jednotku délky: F / l = 2 μ0 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

25 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 2 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)

26 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]