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
Výpočty parametrů: X s 1 3. U. I P 10 3.1,529.185 127,5 X r.. 2,3 2 3. 2 3.185 R 2 r M. s. SM 2 R r Xs X r Rs 1,064. s 2 2 2 3 2 2 2 k k k 2 2 Ik 234,5 234,5 80 R. R. R 0,178 s s20 s20 234,5 0 234,5 20 Pk 127,5 3 r R 2 s 2.10 0,178 1,064 3. Ik 3.185 R.100. 2 1,064 U U 2,3 2,3 0,178 2 s 2 s 2
M 3 2 3,386.10 U. s 1,064 5,308 0,178 s 2
Zkratové poměry ve VS Zkratové proudy se počítají dle normy ČSN EN 60 909-0 nebo podle PNE 33 3042 Silové účinky zkratových proudů se počítají dle normy ČSN EN 60 909-1 nebo podle PNE 33 3041 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
Druhy zkratových proudů 2. I k 3 2 i. dt 0 2. I k ip 3 I ke 1 t k t k 2. I k 3
Druhy zkratových proudů Výpočet nárazového zkratového proudu dle normy ČSN EN 60 909-0: i p. 2. I k 1,02 0,98. e Tabulka pro součinitel z již zrušené ČSN 33 3020: 3. R / X
Druhy zkratových proudů Výpočet ekvivalentního oteplovacího proudu dle normy ČSN EN 60 909-0: ke e k Součinitel pro tepelné účinky ss. složky m a stř. složky n se odečtou z grafů v normě ČSN EN 60 909-0 I k. I k e k m n Tabulka pro součinitel z již zrušené ČSN 33 3020: e
Druhy zkratových proudů
Správné dimenzování průřezu: Tepelné účinky S I. t ke k K 20. c 20 F V F K K.ln 20 F 1 Pozor! Průřez musí dále vyhovět i na úbytek napětí, provozní proudy popř. hospodárnosti
Uzemnění a dotykové napětí Se zkratovým proudem souvisí i správné dimenzování uzemnění: I. Výpočet odporu uzemnění: a) Tyčový zemnič b) Kruhový zemnič R E E.ln 2.. L 4. L d R E E.ln 2. D 2.. D d
Uzemnění a dotykové napětí c) Mřížová síť Dle platné ČSN 33 3201: R E E E 2. D 4 A (Dwightův vztah) Dříve používaný vzorec (ČSN 33 2050) a používaný std. IEEE (Laurent-Niemahnův vztah): 1 1 1 1 R E E. E. 4 A L 4 A 2. N N. l Přesnější vztah: R E 1 1 1 0,165. l. 2. h E. ln 1 1,128. 4 A 2. N. l 2. 2. S FeZn A
Uzemnění a dotykové napětí d) Kombinace mřížová síť + tyč Dle PNE 33 0000-4: R E 1 1. 1 E 2. n 0,9 R R E1 E2
II. Proudová zatížitelnost uzemňovacího přívodu a zemniče a) Pro poruchy kratší než 5 s S min Uzemnění a dotykové napětí Ike tk. K K F ln 1 F Materiál β K Al 228 148 Cu 234,5 226 Fe 202 78 Pozn. Podle ČSN 33 2201 se poč. teplota volí 20 C a konečná 300 C Zatížitelnost pásků FeZn pro a konečnou teplotu 300 C:
Uzemnění a dotykové napětí b) Pro poruchy delší než 5 s - Odečítá se z tabulek ČSN 33 3201, příl. C Trvalé zatížení FeZn pásků pro konečnou teplotu 300 C Přepočítání trvalého zatížení pro jinou konečnou teplotu
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 Uzemnění a dotykové napětí 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
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 333201, 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
Silové účinky tuhé vodiče Pro dimenzování musí být dodrženo: a) ohybové napětí vodiče b) ohybové síly na podpěrku Pro vodiče obdélníkového průřezu: (IEC 865-1 / ČSN EN 60865-1) Síla na střední vodič: F 3 l.. i. 2. 2 d 0 2 m3 p3 účinná vzdálenost d m d k m
a) Ohybové napětí vodiče: m Silové účinky tuhé vodiče M. o Fm3 l V. Vr.. Z 8. Z Modul ohybu v průřezu: Z I b 2 Musí být splněno: m q. 0,2 Mez průtažnosti vodiče: 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 dojde k prodloužení o 0,2% 0,2AlMgSi 120 180 MPa 0,2Cu 80 MPa q - koeficient respektující tvar průřezu. Pro obdélníkový vodič: I ab. 12 Pro kruhový vodič: I 3 r 4 Pro trubkový vodič: 4 I r r 4 4 4 1 2 V V r
Součinitel q Silové účinky tuhé vodiče
Je-li vodičů na fázi více, pak se připočítají ještě síly těchto vodičů vzájemně: F s i 2. n Silové účinky tuhé vodiče 2 0 p3.. l d s ms s F. l V... s Vr 8ṣ Z tot m s Musí být splněno: tot q. 0,2
Silové účinky tuhé vodiče b) Ohybové síly na podpěrku Síla působící na podpěrku: F V. V.. F D F r m3 Musí být splněno: H FD Fd 0,8. P. H T Poměr mezi dyn. a stat. silou na vodič: V F 0,8. 0,2 min 1; ;max 2,7 dtto při neúspěšném OZ: Koeficient respektující vetknutí podpěrky: tot VF V r Kde P je mechanická pevnost podpěrky
V, V, V Součinitele F r : Pozn.: Pro přesnější výpočty se tyto součinitele určí z vlastního kmitočtu hlavního vodiče: E m f c. 2 l Silové účinky tuhé vodiče 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
,, Součinitele : Silové účinky tuhé vodiče A B A B A B A B A B 0,5 0,5 0,625 0,375 0,5 0,5 0,375 1, 25 0, 4 1,1 1 0,73 0,5 0,73 0,73 1, 57 2, 45 3,56 2, 45 3,56
Silové účinky na volně zavěšené vodiče: Vychází se ze síly na jednotku délky: F / l Silové účinky ohebné vodiče 2 0 3 I k3 l... 2. 4 d l m Podrobnější výpočet dále viz. IEC 865-1 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
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: dm 0,5 m 0,2 120 MPa I k 3 25 ka 1, 7 (pouze trojpólový zkrat bez OZ)
Glosa k 4. přednášce Na výběr jsou podpěrky: Přeskokové rázové napětí [kv] Povrchová dráha [mm] Pevnost v ohybu [kn] Výška H [mm] Průměr D [mm] 1. 75 174 5 130 60 2. 75 187 10 130 72 3. 75 195 16 130 90