tomaž jazbinšek - coretabela 3.6: zatezno polje 1 (oporišče št. 23, dv vitna vas - oporišče...
TRANSCRIPT
-
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,
RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO
Tomaž Jazbinšek
NAČRTOVANJE TRANSFORMATORSKE
POSTAJE TP OREHOVEC
Diplomsko delo
Maribor, 2016
-
Univerza v Mariboru - Diplomsko delo
NAČRTOVANJE TRANSFORMATORSKE POSTAJE
TP OREHOVEC
Diplomsko delo
Študent: Tomaž Jazbinšek
Študijski program: VS Elektrotehnika
Smer: Močnostna elektrotehnika
Mentor: red. prof. dr. Jože Pihler
Somentor: asist. mag. Marjan Stegne
Lektorica: Mihaela Törnar, prof. zgo. in univ. dipl. prev. in tolm.
angl. j.
-
i
-
ii
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju, red.
prof. dr. Jožetu Pihlerju za
pomoč in vse nasvete pri pisanju
diplomske naloge. Prav tako se
za podporo in pomoč
zahvaljujem somentorju asist.
mag. Marjanu Stegnetu.
Posebno se zahvaljujem svoji
družini, ki me je med celotnim
študijem podpirala in mi nudila
vso potrebno podporo. Zahvala
gre tudi vsem ostalim, ki so mi
potrpežljivo stali ob strani.
-
iii
Načrtovanje transformatorske postaje TP
Orehovec
Ključne besede: električno omrežje, transformatorska postaja, dimenzioniranje,
srednjenapetostni daljnovod, kablovod
UDK: 621.314.21(043.2)
Povzetek
V diplomskem delu je prikazano načrtovanje nove transformatorske postaje TP
Orehovec z novim srednjenapetostnim napajalnim daljnovodom ali kablovodom.
Transformatorska postaja na območju Orehovca je nujna, saj je oskrba z
električno energijo tam slaba, ker se to območje trenutno napaja iz TP Vitna vas
preko dotrajanega nizkonapetostnega nadzemnega voda.
V uvodnih poglavjih je predstavljeno staro obstoječe stanje, v nadaljevanju pa
predlogi novih omrežij in opreme. V jedru diplomskega dela so predstavljeni
izračuni in rezultati, na podlagi katerih je izbrana oprema, katera je finančno
ovrednotena. Diplomsko delo je zaključeno s sklepnim poglavjem, kjer so posebej
opisani rezultati.
-
iv
Designing of TP Orehovec Transformer Station
Key words: electrical power system, transformer station, designing, medium-
voltage overhead line, wiring, cable
UDK: 621.314.21(043.2)
Abstract
The thesis shows the designing of a new transformer station TP Orehovec with a
new medium-voltage power transmission line or cable conduit. The transformer
station in the area of Orehovec is necessary because there is very poor power
supply due to the fact that currently this area is powered by Vitna vas transformer
station through dated low-voltage aerial line.
Introductory chapters demonstrate the existing status, and are followed by
proposals of new networks and equipment. The core of the thesis, demonstrates
the calculations and results, based on which the equipment was selected and
financially evaluated. The thesis is concluded with a final chapter containing the
demonstration of results.
-
v
KAZALO VSEBINE
KAZALO VSEBINE ............................................................................................................. v
KAZALO SLIK .................................................................................................................... vi
KAZALO TABEL ............................................................................................................... vii
SEZNAM UPORABLJENIH simbolov ............................................................................... ix
SEZNAM UPORABLJENIH KRATIC .............................................................................. xii
1 Uvod ............................................................................................................................... 1
2 Predstavitev sedanjega stanja ......................................................................................... 3
2.1 Opis elektroenergetskih razmer na terenu ................................................................... 3
2.2 Enočrtne sheme sedanjega stanja ................................................................................. 4
2.3 Sedanja oprema ............................................................................................................ 8
3 Predlog novega omrežja in opreme .............................................................................. 10
3.1 Shematski prikaz SN 20 kV omrežja z umestitvijo nove TP 20/0,4 kV Orehovec in
napajalnim SN 20 kV daljnovodom ali kablovodom ....................................................... 11
3.2 Izbira med srednjenapetostnim nadzemnim vodom in kablovodom ......................... 14
3.3 Izračuni za načrtovanje nove TP Orehovec in dovodnega SN daljnovoda ................ 18
3.3.1 Izračun kratkostičnih razmer na SN strani .................................................... 18
3.3.2 Določitev potrebne moči transformatorja ...................................................... 26
3.3.3 Izračun potrebnih ozemljitev ......................................................................... 34
3.3.4 SN daljnovod 20 kV ...................................................................................... 36
3.4 Možnost priključitve malih sončnih elektrarn ...................................................... 50
4 Izbira opreme ZA novo TP Orehovec in napajalni sn daljnovod ................................. 56
4.1 Izbira opreme glede na izračune nazivne in kratkostične vrednosti .......................... 56
4.1.1 Oprema SN 20 kV daljnovoda Orehovec ............................................................ 56
4.1.2 Transformatorska postaja Orehovec.................................................................... 62
-
vi
4.2 Finančna ovrednotenja ............................................................................................... 66
5 Sklep ............................................................................................................................. 69
6 VIRI, LITERATURA................................................................................................... 71
7 PRILOGE ..................................................................................................................... 74
KAZALO SLIK
Slika 2.1: Enočrtna shema obstoječe TP Vitna vas. .............................................................. 4
Slika 2.2: Shematski prikaz SN 20 kV omrežja iz RTP Krško izvod K2 Vrbinska vas do TP
Vitna vas. [3] ......................................................................................................................... 6
Slika 2.3: Shematski prikaz SN 20 kV omrežja iz RTP Krško izvod K2 Vrbinska vas do TP
Vitna vas. [3] ......................................................................................................................... 7
Slika 3.1.: Shematski prikaz SN 20 kV omrežja, z možnim novim SN daljnovodom in TP
Orehovec [3]. ....................................................................................................................... 12
Slika 3.2: Shematski prikaz SN 20 kV omrežja, z možnim novim SN kablovodom in TP
Orehovec [3]. ....................................................................................................................... 13
Slika 3.3: Najpogostejši tipi razporeditev nadzemnih vodnikov na drogu [13]. ................. 14
Slika 3.4: Napetost na koncu 10 km dolgega daljnovoda (Al-Fe) in kabla (NA2XS2Y) pri
obremenitvah od 0 do 5 MVA [13]. .................................................................................... 15
Slika 3.5: Kapacitivnost nadzemnih vodov [13]. ................................................................ 16
Slika 3.6: Kapacitivnost
enožilnih kablov [13]. .......................................................................................................... 16
Slika 3.7: Zgradba kabla NA2XS2Y [13]. .......................................................................... 16
Slika 3.8: Nadomestna vezava daljnovoda in kablovoda [13]............................................. 17
Slika 3.9: Topološka shema SN 20 kV voda z novim napajalnim SN 20 kV daljnovodom.
............................................................................................................................................. 19
Slika 3.10: Tipska shema P2.1 priključitev elektrarne s samostojnim vodom na
nizkonapetostni izvod razdelilne omarice v TP postaji. Sestavna dela priključka
proizvajalca sta priključeni vod od TP do priključne merilne omarice in omarica sama [24].
............................................................................................................................................. 54
-
vii
Slika 3.11: Enočrtna shema priklopa sončne elektrarne v distribucijsko omrežje - TP
Orehovec. ............................................................................................................................. 55
Slika 4.1: Oprema za nosilne drogove [3]. .......................................................................... 56
Slika 4.2: Prikaz montaže horizontalnega ločilnega stikala tipa LSZ – TSN na lesen drog,
vpet v betonske klešče BK 4000 [3]. ................................................................................... 59
Slika 4.3: Prikaz opreme na armiranobetonskem drogu, tipa SB 2500/12 [3]. ................... 61
Slika 4.4: Enočrtna shema nove transformatorske postaje TP Orehovec. ........................... 65
KAZALO TABEL
Tabela 3.1: Podatki ohmske upornosti in induktivnosti za nazivni pesek daljnovodne vrvi
in kablov, ter rezultati impedanc. ........................................................................................ 20
Tabela 3.2: Podatki ohmske upornosti in induktivnosti za nazivni presek daljnovodne vrvi
in kablov ter rezultati impedanc. ......................................................................................... 22
Tabela 3.3: Število porabnikov in njihova skupna moč za izračun potrebne moči novega
transformatorja..................................................................................................................... 26
Tabela 3.4: Rezultati izračunanih kratkostičnih razmer, kontrola padcev napetosti ter
določitev vrednosti varovalk za izvod št. 1., smer Pišece tabela 3.3 po programu
ELEKTROELEMENT IZLAKE [5]. .................................................................................. 31
Tabela 3.5: Izračun kratkostičnih razmer, kontrola padcev napetosti ter določitev vrednosti
varovalk za izvod št. 2., smer Bojsno tabela 3.4 po programu ELEKTROELEMENTI
IZLAKE [5]. ........................................................................................................................ 32
Tabela 3.6: Zatezno polje 1 (oporišče št. 23, DV Vitna vas - oporišče št. 1, odcep DV
Orehovec). ........................................................................................................................... 37
Tabela 3.7: Montažna tabela. ............................................................................................... 37
Tabela 3.8: Zatezno polje (oporišče št. 1 – oporišče št. 11, odcep DV Orehovec). ............ 37
Tabela 3.9: Montažna tabela. ............................................................................................... 39
Tabela 3.10: Podatki in rezultati za nosilne lesene drogove vpete v armiranobetonske
klešče. .................................................................................................................................. 44
Tabela 3.11: Podatki in rezultati za armiranobetonske drogove. ........................................ 48
Tabela 3.12: Tipi konzol – razdalje med vodniki. ............................................................... 49
Tabela 3.13: Izračunane vrednosti izolacijskih razdalj med vodniki. ................................. 49
-
viii
Tabela 4.1: Vrednotenje celotnega objekta. ........................................................................ 68
-
ix
SEZNAM UPORABLJENIH SIMBOLOV
Ains vetru izpostavljena površina izolatorjev
Akon vetru izpostavljena površina konzol
Apol projekcija vetra izpostavljene površine vetra
c konstanta za distribucijska omrežja
Cc, faktor delovanja vetra na vodnik
cosφ faktor moči
Cx aerodinamičen faktor delovanja vetra
cx minimalna izolacijska razdalja
d premer vodnika
D1 ekvivalentni premer žledne obloge
Dpp od napetosti odvisna najmanjša izolacijska razdalja med izolatorji
Dx dejanska razdalja med vodniki
dzg, dk premer droga v vrhu in pri zemlji
Ed skupna obtežba
f1, f2, f3 korekcijski faktorji
fm,k, fm,d karakteristična upogibnost, projektna upogibnost trdnost
fp faktor prekrivanja
g tlak vetra
Gc faktor razpetine
I2n sekundarni nazivni tok
Ib izračunana tokovna obremenitev vodnika
Idop dopustni tok vodnika
Idyn nazivni zdržni temenski tok
Ii nazivna kratkostična izklopna zmogljivost
Ik trajni tok kratkega stika
Ikʺ začetni simetrični tok kratkega stika
Ikmin minimalni tok enopolnega kratkega stika
In nazivni tok
Inv nazivni tok varovalke
Ist udarni tok strele
-
x
Ithe temperaturno ekvivalenten kratkotrajni tok
Ithr nazivni kratkotrajni zdržni tok
iu udarni tok kratkega stika
Iv vzdržni tok kabla
Iz trajni tok vodnika
j gostota toka
k faktor za varovalke
K1 konstanta za kabel
ka količnik ki je odvisen od razporeditve vodnikov
kax količnik, ki je odvisen od razporeditve vodnikov
kcrit koeficient, ki upošteva zmanjšanje upogibnost nosilnosti zaradi bočne zvrnitve
kmod modifikacijski faktor
kt faktor za tračna ozemljila
l dolžina voda
L1, L2 dolžina razpetin levo in desno
lk dolžina izolatorskega sklopa
lv, li,ldroga višina vpetja vodnika, nadzemna višina droga, dolžina droga
m,n faktorja z enosmerne in izmenične komponente
Mskz, Mskk moment vetra na klešče pri spodnjem in zgornjem vijaku
n število vodnikov
Pcu izgube v navitju transformatorja
Pk nazivna moč elektrarne
Podj izračunana skupna moč odjemalcev
Pp prenosna moč
QCK natezna sila vodnikov
Qwc sila vetra na vodnike
Qwins obtežba vetra na izolatorske sklope
Qwkon obtežba na konzole
Qwpol sila vetra na drog
r ohmska upornost vodnika
Rs ohmska upornost
Rst udarna ozemljitvena upornost
-
xi
Rtr ohmska komponenta impedance transformatorja
Rzašč upornost ozemljitve
S presek, prerez kabla, vodnika
Skʺ kratkostična moč tripolnega stika na 20 kV zbiralkah v razdelilni
transformatorski postaji Krško
Sn nazivna moč
t čas kratkega stika
tgφ faktor izgube
tk dovoljen čaš kratkega stika
tv čas izklopa varovalke
U2n sekundarna nazivna napetost
UD maksimalna dopustna napetost ozemljitev
Uf napetost proti zemlji
uk napetost kratkega stika transformatorja
Un primarna nazivna napetost 20 kV
ur% ohmska komponenta napetosti kratkega stika transformatorja
ux% induktivna komponenta napetosti kratkega stika transformatorja
x induktivna upornost vodnika
Xs induktivna upornost
Xtr induktivna komponenta impedance transformatorja
Z20 skupna kratkostična impedanca
ZQ kratkostična impedanca voda v razdelilni transformatorski postaji Krško
Zq0,4 impedanca srednjenapetostnega omrežja preračunana na nizkonapetostno stran
Ztr impedanca transformatorja na nizkonapetostni strani
Zv impedanca omrežja
γM delni varnostni faktor lesa
faktor odvisen od razmerja R/X
ρ specifična upornost tal
σ natezna napetost vodnikov
σm,d dejanska upogibna trdnost
-
xii
SEZNAM UPORABLJENIH KRATIC
DV Daljnovod
DVLM Daljinsko vodeno ločilno mesto
KB Kablovod
MO Merilna omarica
NN Nizkonapetostno
OALM Omarica avtomatskega ločilnega mesta
RP Razdelilna postaja
RTP Razdelilna transformatorska postaja
SN Srednjenapetostno
TP Transformatorska postaja
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
1
1 UVOD
Oskrba z električno energijo je za vsakega posameznika, kakor tudi za družbo, zelo
pomembna. V današnjem času si več ne znamo predstavljati življenja brez luči, televizorja
ali gospodinjskih aparatov, ki so nam v veliko pomoč pri naših vsakdanjih opravilih.
Zaradi tega je pomembno, da smo z električno energijo preskrbljeni. Za to pa poskrbijo
dobro zasnovana distribucijska omrežja, ki naše domove napajajo z energijo iz
transformatorskih postaj.
Na območju Orehovca prihaja do slabe preskrbe z električno energijo zaradi slabih
napetostnih razmer. Obstoječe nizkonapetostno omrežje je dotrajano in potrebno
zamenjave, saj prihaja do velikih izpadov napetosti. Trenutno se nizkonapetostno omrežje
napaja iz transformatorske postaje Vitna vas, ki je precej oddaljena od porabnikov, ti pa so
obenem zelo razkropljeni med seboj. Povečuje se tudi potreba po energiji pri obstoječih
porabnikih in novih porabnikih. Zaradi vseh teh razlogov prihaja do velikih padcev
napetosti pri končnih porabnikih.
Posledično smo se odločili, da se v diplomskem delu posvetimo dimenzioniranju nove
transformatorske postaje TP Orehovec 20/0,4 kV, ki bo to območje lahko kakovostno
oskrbovala z električno energijo. Poleg transformatorske postaje TP Orehovec, ki jo bomo
umestili v centralni del nizkonapetostnega omrežja, da ne bi prihajalo do prevelikih padcev
napetosti, moramo v prostor umestiti še dovodni srednjenapetostni 20 kV vod, ki bo
napajal omenjeno transformatorsko postajo. Za napajanje nove transformatorske postaje
bomo izbirali med srednjenapetostnim daljnovodom ali kablovodom. Vse bo ponazorjeno z
enočrtnimi shemami, ki bodo prikazovale tako staro, obstoječe, stanje kot tudi možna nova
stanja.
Izračuni za kratkostične razmere, na podlagi katerih bomo kasneje izbirali opremo, bodo
izdelani po standardnem postopku. S programom ELEKTROELEMENT IZLAKE bomo
naredili izračune za kratkostične razmere in padce napetosti ter določili varovalke na
nizkonapetostnih izvodih transformatorske postaje.
V programu Electra »CGS«, ki omogoča računalniško računanje povesov, bomo simulirali
in preračunali zdržne sile, povese, največje obremenitve ter varnostne razdalje med vodniki
za srednjenapetostni 20 kV daljnovod, ki bo napajal transformatorsko postajo 20/0,4 kV
Orehovec.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
2
Predstavili bomo tudi možnost priključitve manjše sončne elektrarne na novo
transformatorsko postajo TP Orehovec.
Končno, bomo na podlagi izračunov in njihovih vrednosti izbrali opremo, ki jo bomo
uporabili tako za transformatorsko postajo kot za srednjenapetostni daljnovod. Oprema bo
izbrana po tipizaciji Elektra Celje d.o.o.
Naredili bomo še finančno ovrednotenje celotnega objekta, ki zavzema tako
transformatorsko postajo kot srednjenapetostni daljnovod z vsemi elektromontažnimi in
gradbenimi deli, vključno z izbrano opremo.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
3
2 PREDSTAVITEV SEDANJEGA STANJA
Na širšem območju Orehovca so se pojavile potrebe po večjem odjemu električne energije.
Zaradi razpršenosti porabnikov na tem območju in posledično njihove medsebojne
oddaljenosti, so napetostne razmere na tem območju zelo slabe, obenem pa je slabo tudi
obstoječe nizkonapetostno omrežje, ki je dotrajano in potrebno zamenjave.
2.1 Opis elektroenergetskih razmer na terenu
Na širšem območju Bizeljskega, kjer je v glavnem gričevnato podeželje, se nahajajo
srednjenapetostni (SN) 20 kV daljnovodi. To področje spada v distribucijsko območje
Elektra Celje, in sicer pod Nadzorništvo Bistrica ob Sotli.
Zaradi razgibanega terena, ki je poseljen s podeželskimi vasmi, ti daljnovodi napajajo
transformatorske postaje manjših nazivnih moči, in sicer od 100 kVA do 200 kVA, ki so
tukaj po večini izvedene na lesenih ali betonskih drogovih ter na aluminijastih ali železnih
jamborih. Zaradi že omenjene razpršenosti porabnikov prihaja do velikih padcev napetosti
na končnih odjemnih mestih. Tako na omenjenem območju obstaja problem zagotavljanja
kakovostne električne energije.
Na območju Pišec in Orehovca se bo zaradi slabih napetostnih razmer zgradila nova
transformatorska postaja. Potreba po le-tej je nujna, saj so padci napetosti precejšnji,
oskrba z električno energijo pa je pri končnih porabnikih motena. Trenutno se to območje
napaja z električno energijo iz transformatorske postaje Vitna vas, ki ima nazivno moč 100
kVA. Ker so razdalje nadzemnih vodov od transformatorske postaje do končnih odjemnih
mest velike, preseki vodnikov pa so majhni, ni več možno zagotavljati kakovostne
električne energije. Zgoraj omenjeno območje s petindvajsetimi odvzemnimi mesti se
napaja iz nizkonapetostnega (NN) izvoda BOJSNO, ki je varovan s tremi osemdeset
amperskimi varovalkami transformatorske postaje Vitna vas. Poleg tega je sedanja oprema
tega nizkonapetostnega nadzemnega voda stara in dotrajana, narašča pa število
novogradenj zidanic, vikendov ter stanovanjskih hiš, kar posledično pomeni večji odvzem
električne energije.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
4
2.2 Enočrtne sheme sedanjega stanja
Transformatorska postaja (TP) Vitna vas, ki je izvedena na železnem jamboru in ima
nazivno moč 100 kVA, se napaja preko SN 20 kV voda. TP Vitna vas okolico napaja z
električno energijo preko petih NN vodov.
Slika 2.1: Enočrtna shema obstoječe TP Vitna vas.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
5
Zaselek Orehovec, kjer bomo zgradili novo TP, se sedaj napaja iz NN izvoda Orehovec, ki
je varovan z NN 80 A varovalkami. TP Vitna vas je na SN strani varovana z
visokonapetostnimi 10 A varovalkami, izklopimo pa jo lahko z ločilnim stikalom št. 184,
ki je prikazano na sliki 2.3.
TP Vitna vas se v normalnem obratovalnem stanju napaja iz razdelilne transformatorske
postaje (RTP) Krško – izvod K2 Vrbinska vas. Prvi del izvoda K2 Vrbinska vas je izveden
iz SN kablovoda oznake NA2X(F)2Y 3×1×240 mm², drugi del pa je izveden preko SN
daljnovoda različnih presekov vrvi tipa Al-Fe. TP Vitna vas pa je možno prenapajati tudi iz
drugih smeri, v nadaljevanju pa je prikazano normalno obratovalno stanje, v katerem se
napaja TP Vitna vas.
Shematski prikaz SN 20 kV omrežja iz RTP Krško izvod K2 Vrbinska vas do TP Vitna vas
je prikazana na slikama 2.2 in 2.3.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
6
Slika 2.2: Shematski prikaz SN 20 kV omrežja iz RTP Krško izvod K2 Vrbinska vas do TP
Vitna vas. [3]
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
7
Slika 2.3: Shematski prikaz SN 20 kV omrežja iz RTP Krško izvod K2 Vrbinska vas do TP
Vitna vas. [3]
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
8
2.3 Sedanja oprema
Sedanjo opremo sestavljata SN (20 kV) in NN (0,4 kV) del. SN vod sestavljata kablovod
tipa NA2X(F)2Y 3×1×240 mm² in daljnovod, katerega vodniki so tipa Al-Fe, presekov
3×95 mm², 3×70 mm² in 3×35 mm². Za preklapljanje različnih stanj obratovanja in ločilnih
mest imamo na SN vodu postavljena ločilna stikala in ločilnike kakor je prikazano na
slikama 2.2 in 2.3. Oporišča sestavljajo leseni drogovi in A-drogovi, vpeti v betonske
klešče, betonski drogovi, železni in aluminijasti jambori ter zidane podeželske
transformatorske postaje.
TP Vitna vas je montirana na železnem jamboru. Na SN strani 10 A varovalke ščitijo
transformator ENERGOINVEST 100 kVA. NN stran transformatorja je varovana s 125 A
varovalkami, vsak NN izvod pa z varovalkami od 63 do 80 A. NN varovalke so vpete v
podnožje LV1D250, ki je nameščeno v NN omarico. Vse skupaj je povezano preko
bakrenih vodnikov 30×5 mm2 s prenapetostnimi odvodniki tipa RAYCHEM HDA20-NFF.
Transformatorsko postajo Vitna vas prikazuje slika 2.1.
Porabniki na območju Orehovca se napajajo preko nizkonapetostnega nadzemnega
električnega voda ter kablovoda. Vodniki nizkonapetostnega nadzemnega voda so vrvi tipa
Al-Fe različnih presekov. Dolžina teh vodnikov je cca. 3000 m. Nizkonapetostni priključki
so po večini izvedeni s kablovodi tipa NAYY različnih presekov. Dolžina teh kablovodov
je cca. 1000 m. Al-Fe vodniki so pritrjeni na keramične izolatorje, kateri so priviti v
kostanjeve drogove. Ta nizkonapetostni nadzemni vod se napaja iz nizkonapetostnega
izvoda Orehovec, varovanega s 3×80 A varovalkami transformatorske postaje Vitna vas,
nazivne moči 100 kVA.
Nizkonapetostni nadzemni vod in kablovod:
Vodniki – Al-Fe 4×70 mm²
Vodniki – Al-Fe 4×50 mm2
Drogovi – leseni (kostanjevi)
Izolatorji – keramični
Kabel – NAYY 4×70+2,5 mm²
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
9
Transformatorska postaja (TP) Vitna vas:
Objekt – jamborska železna
Vodniki na SN strani – Al-Fe 3×70 mm2
Varovalke na SN strani – 3×10 A
Transformator – ENERGOINVEST 100 kVA Yz5
Varovalke, glavne na NN strani – 125 A
Varovalke na NN izvodih – od 63 do 80 A
Vodniki na NN izvodu Orehovec – PP00 4×25 mm2
Prenapetostni odvodniki – RAYCHEM HDA20-NFF
Zbiralke – Cu 30×5 mm2
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
10
3 PREDLOG NOVEGA OMREŽJA IN OPREME
Na osnovi projektne naloge Elektra Celja je bil podan predlog za postavitev nove TP
Orehovec, ter njeno priključitev v SN omrežje.
TP Orehovec je potrebno zgraditi zaradi izboljšanja napetostnih razmer v naselju
Orehovec. Poleg tega bi se na novo transformatorsko postajo priključila manjša sončna
elektrarna nazivne moči 50 kVA.
Načrtovana TP Orehovec bo v SN 20 kV omrežje priključena preko daljnovoda (DV) ali
kablovoda (KB). DV, ki je prikazan na sliki 3.1, se priključi na obstoječi daljnovod 20 kV
Vitna vas na stojnem mestu št. 23 kot odcep, izvede se z vodniki tipa 3×70 AL1/11-ST1A
in bo imel 11 razpetin v skupni dolžini 826 m. Obstoječ drog DV Vitna vas št. 23 se
zamenja z armiranobetonskim, tipa Z12. Tudi zadnji drog novega DV št. 11, odcep
Orehovec, bo armiranobetonski, tipa SB 2500/12. Ostali vmesni drogovi bodo leseni in
vpeti v betonske klešče. Načrtovana transformatorska postaja bo tipska na
armiranobetonskem drogu št. 11, tipa SB 2500/12. V postaji bo nameščen transformator
nazivne moči 100 kVA z možnostjo povečanja na 250 kVA. Predvidena lokacija
transformatorske postaje bo ob dovozni cesti na parceli v katastrski občini Brezje.
KB, ki je prikazan na sliki 3.2, se prav tako priključi na obstoječ DV 20 kV Vitna vas,
stojno mesto št. 23, ki se ga zamenja z novim lesenim drogom, vpetim v betonske klešče,
na katerega se namesti kabelski izvod. KB se izvede s tremi enožilnimi kabli tipa
NA2XS(F)2Y 1×70/16 mm2, ki se položijo prosto v zemljo. Pri morebitnih križanjih se
bodo kabli zaščitili z zaščitnimi cevmi. Transformatorska postaja bo majhna, kompaktna v
pločevinastem ohišju, tipa IMP TEN 2/24. Postaja je dimenzionirana za nazivne moči
transformatorja do 250 kVA.
Vključitev v NN omrežje se izvede z NN zemeljskima kabloma. Po izgradnji in vključitvi
TP v NN omrežje se demontira cca. 800 m NN nadzemnega voda.
Pred pričetkom del je potrebno urediti zakoličenje predvidenih električnih vodov,
transformatorske postaje in komunalnih vodov. Po končanih delih se mora izdelati
geodetski posnetek SN vodov. Za posege na zemljiščih je potrebno upoštevati pogoje
soglasodajalcev in lastnikov zemljišč.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
11
3.1 Shematski prikaz SN 20 kV omrežja z umestitvijo nove TP 20/0,4
kV Orehovec in napajalnim SN 20 kV daljnovodom ali
kablovodom
V nadaljevanju sta prikazani dve sliki, ki prikazujeta umestitev nove TP Orehovec z
daljnovodom oz. kablovodom.
Na sliki 3.1 je prikazan shematski prikaz umestitve nove TP 20/0,4 kV Orehovec v SN 20
kV omrežje z možnim novim SN 20 kV daljnovodom. Na sliki 3.2 pa je prikazan
shematski prikaz umestitve nove TP 20/0,4 kV Orehovec v SN 20 kV omrežje z možnim
novim SN 20 kV kablovodom.
Obe sliki, 3.1 in 3.2, se navezujeta na sliko 2.2.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
12
Slika 3.1.: Shematski prikaz SN 20 kV omrežja, z možnim novim SN daljnovodom in TP
Orehovec [3].
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
13
Slika 3.2: Shematski prikaz SN 20 kV omrežja, z možnim novim SN kablovodom in TP
Orehovec [3].
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
14
3.2 Izbira med srednjenapetostnim nadzemnim vodom in kablovodom
Za SN povezovalni vod z novo TP smo izbirali med SN nadzemnim vodom in SN
kablovodom. Pri izbiri smo upoštevali njune značilnosti glede na njuno delovanje. Glede
na obratovalna stanja smo primerjali direktne in nične impedance kot posledice vpliva
zunanjih ali notranjih okvar.
V obeh primerih smo primerjali pretoke moči, izgube, padce napetosti, upornosti, hlajenje
in ozemljevanje.
V SN 20 kV distribucijskem omrežju se za prenos energije najpogosteje uporabljajo goli
nadzemni vodniki tipa Al-Fe 70/12 mm2, za vod vkopan v zemljo pa enožilni kabli tipa
NA2XS2Y 1×70 mm2 [23]. Za primerjavo smo izbrali vodnika enakega preseka in
materiala ter določili njune električne parametre. Ti parametri se razlikujejo glede na lego
kablov v zemlji in nadzemnih vodov na stebrih. Kapacitivnost in induktivnost vodnikov sta
odvisni od medsebojne oddaljenosti, kar pa lahko vpliva na jalove in delovne izgube na
vodu. Na sliki 3.3 so prikazane razporeditve nadzemnih vodnikov na drogu [13].
Slika 3.3: Najpogostejši tipi razporeditev nadzemnih vodnikov na drogu [13].
Z večanjem dolžine voda se veča tudi padec napetosti na vodu, saj ga povzroča tok, ki
steče po njem. V tem primeru nismo upoštevali kapacitivnosti vodov, ki teče po njih.
Kapacitivnost povzroča dvig napetosti v vodih, tako je iz slike 3.4 razvidno, da se je
razlika v padcih napetosti med kabli in nadzemnimi vodi še povečala v prid kablom. Slika
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
15
3.4 prikazuje padce napetosti za daljnovod in kablovod dveh tipov, katera zamenjujeta
nadzemni vod omenjenega preseka.
Slika 3.4: Napetost na koncu 10 km dolgega daljnovoda (Al-Fe) in kabla (NA2XS2Y) pri
obremenitvah od 0 do 5 MVA [13].
Pri izoliranih kabelskih vodnikih le-te lahko polagamo enega poleg drugega, pri tem pa nas
ne bo skrbel medfazni stik kakor pri golih nadzemnih vodnikih. Impedance vodnikov naj
bi bile na vodu čim manjše, saj s tem zmanjšujemo izgube in padce napetosti. Ohmska
upornost je odvisna od preseka vodnika in temperature obratovanja. Hlajenje daljnovodov
je predvsem odvisno od temperature okolice. Maksimalna dovoljena temperatura
obratovanja je 90 ºC v kratkem stiku pa 180 ºC.
Pri tej temperaturi vodniki še zagotavljajo dopustne mehanske in električne lastnosti.
Za padec napetosti na vodu vpliva tudi lastna medsebojna induktivnost, ki z večanjem
obremenitve vpliva predvsem na prečni padec napetosti.
V trifaznem sistemu vodnikov prikazuje slika 3.5 kapacitivnosti med vodniki ter vodniki in
zemljo. V primeru induktivnega bremena, kapacitivnost voda deluje kot kapacitivno
breme, katero kompenzira jalovo moč, ki se manjša, tako se pa manjša tudi obremenjenost
transformatorja.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
16
Slika 3.5: Kapacitivnost nadzemnih vodov
[13].
Slika 3.6: Kapacitivnost
enožilnih kablov [13].
Pri kablih prikazujeta slika 3.6, in slika 3.7, da kapacitivnosti med vodniki ni, saj so
enožilni kabli ekranizirani in imajo okoli vodnika ovito kovinsko zaščito, ki zagotavlja
ustrezno izoliranost vodnika.
Slika 3.7: Zgradba kabla NA2XS2Y [13].
Zgradba kabla: 1 – Al vodnik, 2 – XLPE izolacija (2X), 3 – prevodnik in izolacijski zaslon,
4 – polprevodniški trak, 5 – bakren zaslon, 6 – ločilna plast, 7 – zunanja PE plast.
Za oba tipa vodov velja, da med zemljo in vodniki teče izmenični kapacitivni tok zaradi
spreminjanja napetosti. Za kablovode velja, da je ta tok od 20- do 30-krat večji od toka pri
nadzemnih vodih. Zaradi teh tokov nastajajo izgube na navidezni upornosti in
induktivnosti, s tem pa naraščajo izgube praznega teka, kar prikazuje slika 3.8 [13].
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
17
Slika 3.8: Nadomestna vezava daljnovoda in kablovoda [13].
Pri izbiri med daljnovodom ali kablovodom nas vedno zanima njihova prenosna moč.
Prenosna moč je odvisna od napetosti in toka. Napetost nam določa varnostno razdaljo
med vodniki, debelino izolacije ter izolacijske podpornike, tok pa nam določa dopustno
vrednost segrevanja vodnika in izolacije pri kablih.
Zaradi tega je pri daljnovodih pomembna mehanska trdnost, ki zagotavlja ustrezne
varnostne razdalje med vodniki.
Mehanska trdnost nas pri kablovodih zaradi njihove lege ne zanima tako, saj so vkopani v
zemljo. Pri kablovodu je pomembna temperatura pri kateri obratuje, zato obratovanje na
največji dopustni temperaturi ni priporočljivo, saj ta vpliva na staranje. S staranjem
izolacija izgublja svoje izolacijske lastnosti.
Za vodnike enakega preseka velja, da vodnik daljnovoda prevaja do 25 % večje tokove kot
kabel kablovoda.
Največja dopustna obratovalna temperatura za vodnike preseka 70 mm2 je 90 ºC.
Najpogosteje pa je priporočljiva obratovalna temperatura do 65 ºC, saj s tem zmanjšamo
izgube in zagotavljamo stabilnost sistema.
Zaradi boljšega hlajenja daljnovoda ugotavljamo, da je obremenjenost kablovoda manjša
za okoli 30 % glede na daljnovod.
Vodniki daljnovoda so ves čas v zraku, kar omogoča dobro ohlajanje zaradi konvekcije,
temu pripomore še veter, prav tako pa se ohlajajo tudi s sevanjem.
Pri kablovodih je hlajenje kabla malce slabše, saj ga debela izolacija otežuje. Na hlajenje
kabla vpliva več dejavnikov, kot so vlaga zemlje, temperatura in medsebojna lega kablov.
Kabli v zemlji se hladijo s prevajanjem toplote. Čim večja je vlažnost zemlje, tem boljše je
prevajanje, saj je voda boljši prevodnik toplote od zraka [13].
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
18
Na življenjsko dobo SN vodov vpliva več dejavnikov. Na staranje vplivajo obratovalna
leta, način obratovanja (konstantno, v presledkih), napetostne in tokovne obremenitve,
vremenske razmere, temperatura, vzdrževanje ter ostali dejavniki.
Pri primerjavi življenjske dobe daljnovodov in kablovodov upoštevamo, da so obratovali v
omejitvah, ki so predpisane za normalna obratovalna stanja.
Življenjska doba daljnovoda je ocenjena nekje med 40 in 50 let, čeprav zdržijo še mnogo
dlje (tudi do 80 let) vendar se jih obnavlja iz preventivnih razlogov.
Življenjska doba kablovodov je nekoliko krajša, saj je njihova šibka točka izolacija. Z leti
ta razpada in izgublja svojo izolacijsko sposobnost. Življenjska doba kablovoda je po 40
let, saj pri kablovodu po teh letih obstaja nevarnost kratkih stikov in drugih okvar. Za
razliko od daljnovodov se kablovodi starajo ne glede na to ali so v obratovanju ali ne. To
pa zaradi tega, ker se izolacija kablov slabša zaradi zunanjih dejavnikov [13].
3.3 Izračuni za načrtovanje nove TP Orehovec in dovodnega SN
daljnovoda
V nadaljevanju bomo predstavili izračune kratkostičnih razmer na SN in NN strani, izračun
potrebne moči transformatorja, izračun potrebnih ozemljitev ter izračune za SN 20 kV
daljnovod.
3.3.1 Izračun kratkostičnih razmer na SN strani
Načrtovana TP Orehovec bo priključena na nov SN 20 kV vod odcep Orehovec, kateri se
bo priključil na obstoječ DV 20 kV Vrbinska vas. DV 20 kV Vrbinska vas se v normalnem
obratovalnem stanju napaja iz RTP Krško – SN izvod J11-K2 Vrbinska vas. Po podatkih
Elektra Celje znaša kratkostična moč na 20 kV zbiralkah v RTP Krško Sk« = 350 MVA, čas
kratkega stika pa znaša t = 0,2 s.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
19
Izračun kratkostične impedance SN 20 kV voda v RTP Krško
257,1
10350
10201,1
6
23
''
2
k
nQ
S
UcZ (3.1)
251,1995,0005,122 QQQQQQ ZXXXRZ (3.2)
125,0251,11,01,0 QQ XR (3.3)
(0,125 1,251) Q Q QZ R jX j (3.4)
Pomen oznak:
c - konstanta, za distribucijske vode je 1,1 [9].
QZ - kratkostična impedanca voda v RTP Krško,
nU - primarna nazivna napetost 20 kV,
"
kS - kratkostična moč tripolnega kratkega stika na 20 kV zbiralkah v RTP Krško, ki znaša
350 MVA.
Izračun kratkostične impedance SN 20 kV voda od RTP Krško do TP
Orehovec z odcepnim daljnovodom
Slika 3.9: Topološka shema SN 20 kV voda z novim napajalnim SN 20 kV daljnovodom.
Po topološki shemi na sliki 3.9, bomo izračunali kratkostične razmere na SN strani. SN
izvod K2 Vrbinska vas je izveden s tipi vodnikov, ki so navedeni v tabeli 3.1.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
20
Tabela 3.1: Podatki ohmske upornosti in induktivnosti za nazivni pesek daljnovodne vrvi
in kablov, ter rezultati impedanc.
Nazivni presek vodnika in tip voda l (km) r (Ω/km) x (Ω/km) Rv (Ω) Xv (Ω)
1. NA2X(F)2Y 3×1×150/25 mm2 1,469 0,206 0,305 0,302 0,448
2. Al-Fe 3×95 mm2 3,188 0,306 0,276 0,976 0,880
3. Al-Fe 3×70 mm2 13,752 0,413 0,290 5,679 3,988
4. Al-Fe 3×35 mm2 1,852 0,835 0,315 1,546 0,583
5. Al-Fe 3×70 mm2 1052 0,413 0,290 0,434 0,305
Rv = 8,938 Xv = 6,204
)204,6938,8( jjXRZ VVV (3.5)
880,10)208,6938,8()( 2222 VVV XRZ (3.6)
Pomen oznak:
VZ - impedanca omrežja,
r )km/( - ohmska upornost vodnika na kilometer [11],
x )km/( - induktivna upornost vodnika na kilometer [11].
Izračun skupne kratkostične impedance SN 20 kV voda do TP Orehovec
)459,7063,9(
)208,6938,8()251,1125,0(
20
20
jZ
jjZZZ VQ (3.7)
737,11)459,7063,9()( 22202020 XRZ (3.8)
kjer pomeni:
20Z - skupna kratkostična impedanca.
Izračun začetnega simetričnega toka kratkega stika
08,1737,113
10201,1
3
3
20
"
Z
UcI nk kA (3.9)
kjer pomeni:
"
kI - začetni simetrični tok kratkega stika,
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
21
c - konstanta, za distribucijska omrežja je 1,1 [9].
Izračun udarnega toka kratkega stika
58,11008,1204,12 3" ku Ii kA (3.10)
04,198,002,198,002,1 459,7063,9
3320
20
eeX
R
(3.11)
kjer pomeni:
ui - udarni tok kratkega stika,
- faktor odvisen od razmerja R/X, [9].
Izračun trajnega kratkostičnega toka
Ker bo kratek stik daleč od generatorja, velja za trifazni kratki stik:
08,1" kkk III kA - v 20 kV omrežju (3.12)
kjer pomeni:
kI - trajni tok kratkega stika.
Izračun temperaturno ekvivalentnega kratkotrajnega toka
13,1)11,0(1008,1)( 3" nmII kthe kA (3.13)
kjer pomeni:
theI - temperaturno ekvivalenten kratkotrajni tok,
nm, - faktorja vplivanja enosmerne (faktor m=0,1) in izmenične komponente (faktor n=1)
udarnega toka kratkega stika [9].
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
22
Izračun kratkostične impedance SN 20 kV voda od RTP Krško do TP
Orehovec z odcepnim kablovodom
Slika 3.10: Topološka shema SN 20 kV voda z novim napajalnim SN 20 kV kablovodom.
Po topološki shemi na sliki 3.10, bomo izračunali kratkostične razmere na SN strani. SN
izvod K2 Vrbinska vas je izveden s tipi vodnikov, ki so navedeni v tabeli 3.2.
Tabela 3.2: Podatki ohmske upornosti in induktivnosti za nazivni presek daljnovodne vrvi
in kablov ter rezultati impedanc.
Nazivni presek vodnika in tip voda l (km) r (Ω/km) x (Ω/km) Rv (Ω) Xv (Ω)
1. NA2X(F)2Y 3×1×150/25 mm2 1,469 0,206 0,305 0,302 0,448
2. Al-Fe 3×95 mm2 3,188 0,306 0,276 0,976 0,880
3. Al-Fe 3×70 mm2 13,978 0,413 0,290 5,772 4,054
4. Al-Fe 3×35 mm2 1,852 0,835 0,315 1,546 0,583
5. NA2X(F)2Y 3×1×70/12 mm2 1,020 0,437 0,290 0,446 0,296
Rv = 9,042 Xv = 6,301
301,6042,9 jjXRZ VVV (3.14)
020,11)301,6042,9()( 2222 jXRZ VVV (3.15)
Pomen oznak:
VZ - impedanca omrežja,
r )km/( - ohmska upornost vodnika na kilometer [11],
x )km/( - induktivna upornost vodnika na kilometer [11].
Izračun skupne kratkostične impedance SN 20 kV voda do TP Orehovec
)552,7188,9(
)301,6063,9()251,1125,0(
20
20
jZ
jjZZZ VQ (3.16)
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
23
893,11)552,7188,9()( 22202020 XRZ (3.17)
kjer pomeni:
20Z - skupna kratkostična impedanca.
Izračun začetnega simetričnega tok kratkega stika
06,1893,113
10201,1
3
3
20
"
Z
UcI nk kA (3.18)
kjer pomeni:
"
kI - začetni simetrični tok kratkega stika,
c - konstanta, za distribucijska omrežja je 1,1 ([9], str.168).
Izračun udarnega toka kratkega stika
55,11006,1204,12 3" ku Ii kA (3.19)
04,198,002,198,002,1 552,7188,9
3320
20
eeX
R
(3.20)
kjer pomeni:
ui - udarni tok kratkega stika,
- faktor odvisen od razmerja R/X, ([9], str.49).
Izračun trajnega toka kratkega stika
Ker bo kratek stik daleč od generatorja, velja za trifazni kratki stik:
06,1" kkk III kA - v 20 kV omrežju (3.21)
kjer pomeni:
kI - trajni tok kratkega stika.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
24
Izračun temperaturno ekvivalentnega kratkotrajnega toka
1,1)11,0(1006,1)( 3" nmII kthe kA (3.22)
kjer pomeni:
theI - temperaturno ekvivalentni kratkotrajni tok,
nm, - faktorja vplivanja enosmerne (faktor m=0,1) in izmenične komponente (faktor n=1)
udarnega toka kratkega stika [7].
Iz izračunov kratkostičnih razmer na SN strani pod točko 3.3.1 je razvidno, da ni bistvene
razlike v vrednostih izračunanih impedanc in kratkostičnih tokov z odcepnim SN 20 kV
daljnovodom ali kablovodom do nove TP Orehovec. V obeh primerih smo predpostavili
vodnike enakega preseka, kot pa vemo iz točke 3.2, je prenosna moč kablovoda glede na
daljnovod pri enakem preseku vodnikov za okoli 25 % manjša, zato so v nadaljevanju
podani izračuni za kablovod, ki je manj ugoden.
Izračun potrebnega prereza kabla
V izračunu potrebnega prereza upoštevamo, da temperatura vodnika pred nastopom
kratkega stika ne bo višja od 90 ºC. Za kabel, tip NA2XS(F)2Y 1×70/16 mm2 [4] sme
znašati temperatura vodnika v kratkem stiku 250 ºC. Za čas trajanja kratkega stika 0,2 s
znaša gostota toka j = 207 A/mm2.
207
1011,1 3
j
IS the 5,36 mm2
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
25
2
3
2
1 10039,19,10
70
the
kIK
St s 37,20 s > 0,2 s (3.24)
kjer pomeni:
kt - dovoljen čas kratkega stika,
1K - konstanta, za kabel NA2XS(F), K=10,9 [14].
Izračunan čas kratkega stika je večji od časa delovanja zaščite, zato predvideni kabel
ustreza kratkostičnim in obremenitvenim razmeram.
Dimenzioniranje kablovoda glede na prenosno moč
Za kabel tipa NA2XS(F)2Y 1×70/16 mm2, 20 kV, znaša tokovna obremenitev kablov
položenih v trikot In=230 A, pri temperaturi okolice 20 ºC [14]. V izračunu upoštevamo
korekcijske faktorje za polaganje kablov.
6,18882,011230321 fffII nv A (3.25)
Pomen oznak:
vI - vzdržni tok kabla,
nI - nazivni tok kabla,
1f - korekcijski faktor ([11], str. 85),
2f - korekcijski faktor ([11], str. 87),
3f - korekcijski faktor ([2], str. 85).
Iz izračuna je razvidno, da vzdržni tok kabla 188,6 A ne presega dovoljene vrednosti 230
A.
Izračun prenosne moči
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
26
30,65336,188102033 3 znp IUP kVA (3.26)
kjer pomeni:
pP - prenosna moč,
nU - nazivna napetost omrežja 20 kV.
3.3.2 Določitev potrebne moči transformatorja
Potrebno moč transformatorja smo določili glede na skupno število porabnikov (n), ki
bodo priključeni na novo TP Orehovec in glede na njihove skupne moči (Podj). Za
porabnike smo upoštevali odjemno moč 2,6 kW in 3,5 kW, z upoštevanjem faktorja
prekrivanja istočasnosti (fP). Podatki za izračun so podani v tabeli 3.4.
Tabela 3.3: Število porabnikov in njihova skupna moč za izračun potrebne moči novega
transformatorja.
NN izvod Število porabnikov (n) Skupna moč Podj
(kW)
Faktor prekrivanja
(fp)
Varovanje izvoda Inv
(kVA)
št. 1 (smer Pišece) 9 27 1 3×50 A, (33 kVA)
št. 2 (smer Bojsno) 12 32,1 1 3×50 A, (33 kVA)
Skupaj 21 59,1 1 66 kVA
Izračun nazivne moči transformatorja
21,6295,0
1101,59
cos
3
podj
n
fPS kW (3.27)
Pomen oznak:
nS - nazivna moč,
odjP - izračunana skupna moč glede na stanje porabnikov,
pf - faktor prekrivanja,
cos - faktor moči.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
27
Glede na izračun lahko določimo transformator moči 100 kVA, saj naša izračunana
nazivna moč znaša 62,21 kW. Če se ugotovi potreba po večji moči, se lahko vgradi
močnejši transformator do moči 250 kVA.
Impedanca SN omrežja preračunana na NN stran
3
23
23
2
2
2
204,0 1017,51020
1042,0737,11
n
n
qU
UZZ (3.28)
Pomen oznak:
4,0qZ - impedanca SN omrežja preračunana na NN stran,
20Z - kratkostična impedanca omrežja 20 kV,
nU 2 - sekundarna nazivna napetost,
nU - primarna nazivna napetost.
4,0
2
4,0
2
4,04,0 005,1 qqqq XXRZ (3.29)
33
4,0
4,0 1014,5005,1
1017,5
005,1
q
q
ZX (3.30)
334,04,0 10514,01014,51,01,0 qq XR (3.31)
34,04,04,0 10)14,5514,0()( jjXRZ qqq - v 20 kV omrežju (3.32)
3222 4,02 4,04,0 1016,500514,0000514,0qqq XRZ (3.33)
Impedanca transformatorja preračunana na NN stran
Nizkonapetostno opremo smo dimenzionirali za nazivno moč transformatorja 250 kVA,
čeprav naša nazivna moč transformatorja znaša 100 kVA. Upoštevali smo morebitno
povečanje potrebe po večji moči transformatorja.
3
3
232
2 1022,2810250100
1042,04
100 n
nktr
s
UuZ (3.34)
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
28
Pomen oznak:
trZ - impedanca transformatorja na NN strani,
ku - napetost kratkega stika transformatorja v % [10],
nS - nazivna moč transformatorja.
%3,1250
25,3100100%
n
cur
S
Pu (3.35)
kjer pomeni:
%ru - ohmska komponenta napetosti kratkega stika transformatorja v % [10],
cuP - izgube v navitju transformatorja v kW zaradi obremenitve [10].
%78,33,14 222
%
2
%% rkx uuu (3.36)
kjer pomeni:
%xu - induktivna komponenta napetosti kratkega stika transformatorja v %.
3
3
232
2% 1017,910250100
1042,03,1
100 n
nrtr
S
UuR (3.37)
3
3
232
2% 1067,2610250100
1042,078,3
100 n
nxtr
S
UuX (3.38)
31067,2617,9 jjXRZ trtrtr (3.39)
32222 1022,2802667,000917,0trtrtr XRZ (3.40)
kjer pomeni:
trR - ohmska komponenta impedance transformatorja v Ω,
trX - induktivna komponenta impedance transformatorja v Ω.
Impedanca do mesta kratkega stika na NN stran
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
29
334,04,0 1067,2617,91014,5514,0 jjZZZ trq 34,0 1081,3168,9 jZ (3.41)
3222 4,02 4,04,0 1025,3303181,000968,0XRZ (3.42)
41,198,002,198,002,13
3
4,0
4,0
1081,31
1068,933
eeX
R
(3.43)
kjer pomeni:
4,0Z - impedanca do mesta kratkega stika na NN strani.
Začetni simetrični tok kratkega stika
29,71025,333
1042,01,1
3 3
3
4,0
2"
Z
UcI nk kA (3.44)
kjer pomeni:
"
kI - kratkostični izmenični tok,
c - konstanta za distribucijska omrežja je 1,1 [2].
Udarni tok kratkega stika
53,1429,7241,12 " ku Ii kA (3.45)
kjer pomeni:
ui - udarni tok kratkega stika,
- faktor odvisen od R/X.
Temperaturno ekvivalentni kratkotrajni tok
64,7)11,0(1029,7)( 3" nmII kthe kA (3.46)
kjer pomeni:
theI - temperaturno ekvivalentni tok kratkotrajnega stika,
nm, - faktorja vplivanja enosmerne (faktor m=0,1) in izmenične komponente (faktor n=1)
udarnega toka kratkega stika [7].
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
30
Izračun padcev napetosti v NN omrežju
Pri izračunu padcev napetosti upoštevamo padec napetosti od transformatorske postaje pa
do zadnjega porabnika v NN omrežju. Pri tem upoštevamo Splošne pogoje za dobavo in
odjem električne energije iz distribucijskega omrežja električne energije (Ur. List RS, št.
126/07) [25] in standard SIST EN 50160 [17].
lPkU % (3.47)
210
1
U
R
XtgR
ks
s
s
(3.48)
Pomen oznak:
P - prenosna moč (kW),
l - dolžina voda (km),
U - nazivna napetost (kV),
tg - faktor izgube (0,328),
sX - induktivna upornost (Ω/km),
sR - ohmska upornost (Ω/km).
Izračun kratkostičnih razmer in določitev varovanja izvodov
Za zaščito s samodejnim odklopom napajanja v TN sistemu morata zadostovati dva
pogoja. Prvi je ta, da je tok, ki nastane pri kratkem stiku faznega vodnika z nevtralnim
vodnikom, večji ali vsaj enak izklopilnemu toku varovalke. Drugi pogoj pa je ta, da je
nazivni tok varovalke enak ali večji od bremenskega toka. Ta dva pogoja sta zapisana v
spodnjih enačbah.
Prvi pogoj: ikII
; Z
UI
f
k ; niIkI
(3.49)
Drugi pogoj: bnvII
; cos3
n
bU
PI (3.50)
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
31
Pomen oznak:
Z - impedanca zanke (Ω),
kI - kratkostični tok (A),
fU - napetost proti zemlji (V),
nvI - nazivni tok varovalke (A),
iI - izklopilni tok varovalke (A),
k - faktor za varovalke (2,5),
cos - faktor moči (0,95),
zI - trajni tok vodnika ali kabla (A), [22],
vt - čas izklopa, v katerem bo varovalka pregorela, po »gL« karakteristiki varovalnih
elementov programa ELEKTROELEMENT IZLAKE [5].
Tabela 3.4: Rezultati izračunanih kratkostičnih razmer, kontrola padcev napetosti ter
določitev vrednosti varovalk za izvod št. 1., smer Pišece tabela 3.3 po programu
ELEKTROELEMENT IZLAKE [5].
Transformator/vodnik k P (kW) l (m) u (%) Z (Ώ) Iz (A) Ib (A) Ik (A) Ii (A)
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
32
TR 100 kVA / / / / 0,064 /
E-AY2Y-J 4×70+1,5 mm2 0,349 27,00 15 0,14 0,016 175
NAYY 4×70 mm2 0,349 27,00 84 0,79 0,090 175
Al-Fe 4×70 mm2 0,385 18,30 60 0,42 0,069 290
Al-Fe 4×50 mm2 0,487 18,30 120 1,07 0,178 170
Al-Fe 4×50 mm2 0,487 15,70 123 0,94 0,184 170
Al-Fe 4×50 mm2 0,487 13,10 100 0,64 0,150 170
Al-Fe 4×50 mm2 0,487 9,60 43 0,20 0,064 170
Al-Fe 4×50 mm2 0,487 7,00 73 0,25 0,109 170
Al-Fe 4×50 mm2 0,487 3,50 110 0,19 0,164 170
SKUPAJ / 27,0 728 4,64 1,088 170 41,00 216 125
Inv (A) 50
Inv max (A) 50
tv (sek) 4,93
Tabela 3.5: Izračun kratkostičnih razmer, kontrola padcev napetosti ter določitev vrednosti
varovalk za izvod št. 2., smer Bojsno tabela 3.4 po programu ELEKTROELEMENTI
IZLAKE [5].
Transformator/vodnik k P (kW) l (m) u (%) Z (Ώ) Iz (A) Ib (A) Ik (A) Ii (A)
TR 100 kVA / / / / 0,064 /
E-AY2Y-J 4×70+1,5 mm2 0,349 32,10 15 0,17 0,016 175
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
33
NAYY 4×70 mm2 0,349 32,10 71 0,80 0,077 175
NAYY 4×70 mm2 0,349 26,90 53 0,50 0,057 175
NAYY 4×70 mm2 0,349 24,30 122 1,04 0,131 175
NAYY 4×50 mm2 0,499 21,70 70 0,76 0,109 145
NAYY 4×50 mm2 0,499 19,10 128 1,22 0,198 145
NFA2X 4×70 mm2 0,314 13,90 70 0,31 0,067 198
NFA2X 4×70 mm2 0,314 10,40 97 0,31 0,091 198
NFA2X 4×70 mm2 0,314 7,80 37 0,09 0,035 198
NFA2X 4×70 mm2 0,314 2,60 94 0,08 0,091 198
SKUPAJ / 32,1 757 5,28 0,936 145 48,77 245,72 125
Inv (A) 50
Inv max (A) 50
tv (sek) 2,56
Iz obeh tabel, 3.4 in 3.5, je razvidno, da za oba NN izvoda izberemo NN varovalke
vrednosti 50 A, saj zadoščata obema zgoraj navedenima pogojema. Čas izklopa, v katerem
bo varovalka pregorela, pa je tudi v obeh primerih manjši od 5 s, kar je prav tako eden
izmed pogojev.
Preračun povezovalnega kabla transformator-nizkonapetostno dovodno polje
Za povezavo med nizkonapetostnim priključkom transformatorja in nizkonapetostno
omarico se uporabi kabel Cu N(A)2XY 4×70 mm2. Presek kabla izberemo glede na
sekundarni nazivni tok transformatorja (I2n), ter dopustni tok kabla (Idop), ki je 250 A [9],
faktor polaganja za polaganje ob zidu je 0,82 [2].
20525082,0 dopI A (3.51)
33,1444003
10100
3
3
2
2
n
nn
U
SI A (3.52)
kjer pomeni:
nI 2 - sekundarni nazivni tok,
dopI - dopustni tok kabla, ki je večji od sekundarnega nazivnega toka zato ta presek kabla
ustreza.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
34
3.3.3 Izračun potrebnih ozemljitev
Zaščitna ozemljitev transformatorske postaje se izvede na vseh srednje- in
nizkonapetostnih kovinskih delih, ki običajno niso pod napetostjo, vendar pa v primeru
napak lahko pridejo pod napetost. V skladu z 48. členom [12] moramo izvesti združeno
zaščito – s priključitvijo nevtralne točke nizkonapetostnega navitja transformatorja
združimo zaščitno ozemljitev TP in obratovalno ozemljitev nizkonapetostnega omrežja.
V skladu s 24. členom [12] vrednost ozemljitvene upornosti RZ, zaradi odvodnikov
prenapetosti, ne sme znašati več kot 5 Ω. (RZ ≤ 5Ω )
Ozemljitev izvedemo s pocinkanim valjancem Fe-Zn 25×4 mm.
Dolžina zaščitne ozemljitve transformatorske postaje
725
1504,2
zaščRktl m (3.53)
Pomen oznak:
l - dolžina valjanca,
kt - faktor za tračna ozemljila [6],
- specifična upornost tal je 150 Ωm [21],
zaščR - upornost zaščitne ozemljitve v transformatorski postaji [12].
Združena ozemljitev transformatorske postaje
267,2150
340
k
d
Z
dzdr
Ir
U
I
UR (3.54)
158267,2
1504,2
zdrRktl m (3.55)
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
35
Ozemljitev armiranobetonskega droga
Nevtralno točko lahko imamo v našem primeru ozemljeno preko Petersenove dušilke ali
preko nizkoohmskega upora. Za Petersenovo dušilko velja, da je trajanje zemeljskega stika
daljše, zato ozemljitvena upornost Ru ne sme presegati vrednosti po SIST EN 50423-3-21.
[19].
920
180
Z
Du
I
UR (3.56)
kjer pomeni:
DU - maksimalna dopustna napetost ozemljitev, njena vrednost je 180 V,
ZI - tok zemeljskega stika, ki teče na mestu zemeljskega stika, njegova vrednost je 20 A.
Za specifično upornost tal vzamemo srednjo vrednost med (orana zemlja 100, vlažen pesek
200), ρ=150 Ωm. Glede na specifično upornost tal in ozemljitvene upornosti, izračunamo
dolžino valjanca.
409
1504,2
uRktl m (3.57)
Kadar pa imamo nevtralno točko ozemljeno preko nizkoohmske ozemljitve, upornost
zaščite Rzašč ne sme presegati vrednosti 5 Ω [21].
725
1504,2
zaščRktl m (3.58)
Pomen oznak:
l - dolžina valjanca (m),
kt - faktor za tračna ozemljila,
zaščR - upornost zaščitne ozemljitve (Ω).
Zaščitna ozemljitev proti streli
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
36
Zaradi velike verjetnosti, da bo prišlo do preskoka napetosti na vodnike, pri udaru strele v
steber določimo ozemljitveno upornost stebra Rst.. Trasa daljnovoda namreč poteka po
srednjem do zelo podvrženim atmosferskim vplivom. Za udarni tok strele Ist smo določili
30 kA [21].
2,530
155
st
stnst
I
UR (3.59)
Pomen oznak:
stR - udarna ozemljitvena upornost (Ω),
stnU - udarna zdržna napetost nateznega kompozitnega izolatorja NKI N/UU (NKI L/UU)
je 155 kV [20],
stI - udarni tok strele je 30 kA [21].
Zato potrebujemo naslednjo dolžino valjanca:
692,5
1504,2
zaščRktl m (3.60)
Da zagotovimo ustrezno ponikalno upornost in ustrezno delovanje prenapetostnih
odvodnikov, moramo v zemljo vkopati najmanj 69 m valjanca.
3.3.4 SN daljnovod 20 kV
Za projektiran SN daljnovod 20 kV smo predvideli enajst zateznih polj. SN 20 kV
daljnovod bo potekal med predvidenim novim armiranobetonskim drogom Z12, oporišče
št. 23, DV Vitna vas, ki se zamenja s starim in novo TP Orehovec, ki bo izvedena na
novem armiranobetonskem drogu št. 11 – odcep DV Orehovec. Podatke o zateznih poljih
smo naredili na podlagi obdelave vzdolžnega profila nadzemnega voda v programu
Electra, »CGS« [1], ki omogoča računalniško računanje povesov.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
37
Profil vzdolžnega nadzemnega voda je sestavljen iz dveh zateznih polj, prvo zatezno polje
poteka od oporišča št. 23, DV Vitna vas, do oporišča št. 1, odcep DV Orehovec. Drugo
polje pa poteka med oporiščem št. 1 in oporiščem št. 11, odcep DV Orehovec. Rezultati so
prikazani v spodnjih tabelah.
Tabela 3.6: Zatezno polje 1 (oporišče št. 23, DV Vitna vas - oporišče št. 1, odcep DV
Orehovec).
Razpetina (m) Idealna razpetina ai (m) Kritična razpetina ak (m) Kritična temperatura uk (ºC)
a23 50 50 43,36 37,65
Tabela 3.7: Montažna tabela.
temp. (ºC) -20 -15 -10 -5 -0 5 10 15 20 25 30 35 40 -5+db
σ (daN/mm2) 7,32 6,63 5,95 5,30 4,67 4,08 3,55 3,08 2,68 2,36 2,10 1,89 1,72 8
F (daN) 595,11 539,10 483,73 430,89 379,67 331,70 288,61 250,40 217,88 191,86 170,73 153,65 139,83 650,40
f (m)
a23=50 m 0,15 0,16 0,18 0,21 0,23 0,27 0,31 0,35 0,40 0,46 0,52 0,58 0,64
0,61
Za prvo zatezno polje je iz rezultatov v tabelah 3.6 in 3.7, ki smo jih izračunali v programu
Electra »CGS« [1], razvidno, da največje sile na vodnike nastopijo pri temperaturi -5 ºC in
dodatnim bremenom, največji povesi vodnikov pa pri temperaturi +40 ºC.
Tabela 3.8: Zatezno polje (oporišče št. 1 – oporišče št. 11, odcep DV Orehovec).
Razpetina (m) Idealna razpetina ai (m) Kritična razpetina ak (m) Kritična temperatura uk (ºC)
a1 61
88,73 43,36 37,65
a2 73
a3 61
a4 71,5
a5 84,5
a6 86,5
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
38
a7 89
a8 131
a9 86
a10 33
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
39
Tabela 3.9: Montažna tabela.
temp. (ºC) -20 -15 -10 -5 -0 5 10 15 20 25 30 35 40 -5+db
σ (daN/mm2) 3,34 3,09 2,87 2,69 2,52 2,39 2,26 2,16 2,06 1,98 1,90 1,83 1,77 8,00
F (daN) 271,54 251,21 233,33 218,69 204,87 194,30 183,73 175,60 167,47 160,97 154,47 148,77 143,90 650,40
f (m)
a1=61 m 0,48 0,53 0,56 0,60 0,64 0,67 0,72 0,75 0,78 0,82 0,85 0,88 0,92
0,90
f (m)
a2=73 m 0,69 0,75 0,81 0,86 0,92 0,97 1,02 1,07 1,12 1,17 1,22 1,26 1,31
1,29
f (m)
a3=61 m 0,48 0,52 0,56 0,61 0,64 0,68 0,72 0,75 0,79 0,82 0,85 0,89 0,92
0,91
f (m)
a4=71,5 m 0,67 0,72 0,78 0,83 0,89 0,94 0,99 1,04 1,09 1,13 1,18 1,22 1,26
1,25
f (m)
a5=84,5 m 0,94 1,01 1,09 1,17 1,24 1,31 1,38 1,45 1,52 1,58 1,65 1,71 1,77
1,74
f (m)
a6=86,5 m 0,98 1,06 1,14 1,23 1,31 1,38 1,45 1,52 1,60 1,66 1,73 1,80 1,86
1,83
f (m)
a7=89 m 1,04 1,13 1,22 1,30 1,39 1,46 1,54 1,62 1,69 1,76 1,83 1,90 1,97
1,95
f (m)
a8=131 m 2,29 2,48 2,66 2,85 3,03 3,21 3,37 3,54 3,69 3,86 4,01 4,16 4,31
4,28
f (m)
a9=86 m 1,03 1,11 1,18 1,26 1,33 1,42 1,47 1,54 1,61 1,68 1,74 1,80 1,87
1,92
f (m)
a10=33 m 0,14 0,15 0,16 0,17 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 0,26 0,27
0,26
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
40
Za drugo zatezno polje pa je, prav tako kot v prejšnjem primeru, iz rezultatov v tabelah 3.8 in
3.9, ki smo jih izračunali v programu Electra »CGS« [1], razvidno, da največje sile na
vodnike nastopijo pri temperaturi -5 ºC z dodatnim bremenom, največji povesi vodnikov pa
pri +40 ºC, razen v zateznem polju a9, kjer se največji poves pojavi pri -5 ºC z dodatnim
bremenom.
Dimenzioniranje oporišč daljnovoda
Pri dimenzioniranju oporišč daljnovoda smo upoštevali vplive na daljnovode in obtežbe po
standardih SIST EN 50341-1:2002 [18] in SIST EN 50423-3-21:2009 [19]. Predviden
daljnovod je na območju 1. vetrne cone, kar pomeni, da se upoštevajo vrednosti tlaka vetra za
vode s skupno višino do 15 metrov nad zemljo maksimalno 50 daNm. Prav tako je glede
obtežbe žleda izbrana 1. cona, za katero je predpostavljen koeficient dodatne žledne obtežbe
g=1,6. Oporišča daljnovoda sestavljajo lesena oporišča, vpeta v betonske klešče ter
armiranobetonska oporišča.
Nosilna lesena oporišča
Za nosilna lesena oporišča daljnovoda smo izbrali smrekove impregnirane drogove, zgornjega
premera najmanj 16 cm. Oporišča so vpeta v armiranobetonske klešče z dopustnim upogibnim
momentom 2000 daNm ali 4000 daNm. Po standardu SIST EN 338:2010 [16] smo upoštevali
trdnostni razred lesa C30, ter normalni prirastek lesa 0,8 cm/m. Horizontalne obremenitve
smo preverili po standardu SIST EN 1995-1-1:2005 [15], za kontrolo pa smo izbrali najbolj
neugoden obtežilni primer.
Izračun horizontalnih obremenitev
sila vetra na vodnike [3]:
2
21 LLdCGqQ ccwwc (3.61)
kjer pomeni:
wcQ - sila vetra na vodnik.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
41
sila vetra na drog:
polxwwpol ACqQ 1,1 (3.62)
Pomen oznak:
wpolQ - sila vetra na drog,
21, LL - dolžina razpetin levo in desno od droga (m),
35,1w [3],
q - tlak vetra, q = 50 daN/m2 [19],
cG - faktor razpetine [19],
cC - faktor delovanja vetra na vodnik [19],
d - premer vodnika (m),
1,1 - faktor odziva podpore,
xC - aerodinamičen faktor delovanja vetra,
polA - projekcija vetra izpostavljene površine vetra (m2).
Kontrola armiranobetonskih klešč
moment vetra na klešče pri zemlji:
wcvkvz QlM (3.63)
wpolv
kdz Ql
M
2 (3.64)
kdzkvzskz MMM ≤ 2000 daNm (4000 daNm) (3.65)
moment vetra na drog pri zgornjem vijaku klešč:
- velja za betonske klešče z dopustnim upogibnim momentom 2000 daNm:
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
42
1,1 iwcvvk lQM (3.66)
2
1,1iwpolvdk
lQM (3.67)
- velja za betonske klešče z dopustnim upogibnim momentom 4000 daNm:
6,1 iwcvvk lQM (3.68)
2
6,1iwpolvdk
lQM (3.69)
vdkvvkskk MMM ≤ 2000 daNm (4000 daNm) (3.70)
Pomen oznak:
vl - višina vpetja vodnika (m),
il - nadzemna višina droga (m),
skzM - moment vetra na klešče pri zemlji,
skkM - moment vetra na drog pri zgornjem vijaku klešč.
Kontrola lesenih oporišč
premer droga pri zemlji:
8,0 drogazgk ldd (3.71)
Pomen oznak:
zgd - premer droga v vrhu (cm),
drogal - dolžina droga (m),
kd - premer droga pri zemlji (m).
odpornostni moment droga pri zemlji:
31,0k
dW (3.72)
kjer pomeni:
W - odpornostni moment droga pri zemlji (kN).
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
43
projektna upogibna trdnost (dmf , ):
M
km
dm
fkf
,
mod, (3.73)
Pomen oznak:
modk - modifikacijski faktor, ki upošteva trajanja obtežbe in vpliva okolja, 1mod k [16],
kmf , - karakteristična upogibnost [16],
M - delni varnostni faktor lesa [16],
dmf , - projektna upogibna trdnost.
dejanska upogibna napetost:
dmcritskz
dm fkW
M,, (3.74)
kjer pomeni:
critk - koeficient, ki upošteva zmanjšanje upogibne nosilnosti zaradi bočne zvrnitve, 1critk
[16],
dm, - dejanska upogibna napetost.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
44
Tabela 3.10: Podatki in rezultati za nosilne lesene drogove vpete v armiranobetonske klešče.
Št.
Op. L
(m)
dzg
(cm)
L1
(m)
L2
(m)
Apol
(m2)
Qwc
(kN)
Qwpol
(kN)
Mskz
(daN)
Mskk
(daNm)
fm,k
(N/mm2)
kcrit ·
fm,d
(N/mm2)
σm,d
(N/mm2)
tip
BK
1 9 16 50 61 1,76 1,52 0,92 1811,85 1594,03 30 23,08 14,11 4000
2 11 16 61 73 2,24 1,64 1,17 2479,97 2124,10 30 23,08 16,26 4000
3 10 16 73 61 2,00 1,62 1,04 2171,52 1829,21 30 23,08 15,71 4000
4 10 16 61 71,5 2,00 1,60 1,04 2152,11 1812,86 30 23,08 15,57 4000
5 10 16 71,5 84,5 2,00 1,90 1,04 2458,72 2071,14 30 23,08 17,79 4000
6 11 16 84,5 86,5 2,24 2,13 1,17 3020,69 2587,23 30 23,08 19,80 4000
7 11 16 86,5 89 2,24 2,19 1,17 3087,51 2644,46 30 23,08 20,24 4000
8 12 17 89 131 2,62 2,59 1,36 3969,81 3447,03 30 23,08 21,09 4000
9 11 16 131 86 2,24 2,52 1,17 3463,13 2966,18 30 23,08 22,70 4000
10 12 16 86 33 2,50 1,46 1,30 2566,94 2228,91 30 23,08 15,30 4000
Iz izračunov in rezultatov v tabeli 3.10 je razvidno, da izbrani nosilni drogovi, vpeti v
armiranobetonske klešče z dopustnim upogibnim momentom 4000 daNm, ustrezajo
izračunanim vrednostim. Vse izračunane vrednosti so manjše od vrednosti, ki so določene za
tip armiranobetonskih klešč.
Kontrola armiranobetonskih oporišč
Armiranobetonski drogovi imajo določeno dopustno horizontalno silo v vrhu, ki jo z
izračunom preverimo. Izračunana vrednost mora biti manjša od dopustne. Skladno s
standardom SIST EN 50423-3-21:2009 [19] upoštevamo najbolj neugodnega od izračunanih
obtežnih primerov po točkah A do F.
Natezna sila vodnikov pri +5 ºC:
2cos5
SnQCK (3.75)
Pomen oznak:
35,1C [3],
n - število vodnikov,
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
45
S - prerez vodnika v mm2,
- natezna napetost vodnikov pri +5 ºC oziroma -5 ºC,
5CKQ - natezna sila vodnikov pri +5 ºC.
Natezna sila vodnikov pri -5 ºC:
2cos5
SnQCK (3.76)
kjer pomeni:
5CKQ - natezna sila vodnikov pri -5 ºC.
Obtežba vetra na izolatorske sklope:
inswins AqQ 2,1 (3.77)
Pomen oznak:
1W [3],
q - tlak vetra v kN/m2,
insA - vetru izpostavljena površina izolatorjev v m2,
winsQ - obtežba vetra na izolatorske sklope.
Obtežba vetra na konzole:
konxwkon ACqQ (3.78)
Pomen oznak:
1W [3],
xC - aerodinamičen faktor delovanja vetra,
konA - vetru izpostavljena površina konzol v m2,
wkonQ - obtežba na konzole.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
46
Obtežba vetra na drog:
polxwpol ACqQ 1,1 (3.79)
Pomen oznak:
1W [3],
polA - vetru izpostavljena površina droga v m2,
wpolQ - obtežba vetra na drog,
Obtežba žleda:
dfgn 0018,0 (3.80)
Pomen oznak:
f - faktor, ki je odvisen od cone obtežbe žleda,
d - premer vodnika v mm2,
ng - obtežba žleda.
Premer žledne obloge:
ngdD 00014,021 (3.81)
kjer pomeni:
1D - ekvivalentni premer žledne obloge.
Sila vetra na vodnik z žledno oblogo:
2
211
LLDCGqQ ccwc (3.82)
kjer pomeni:
cG - faktor razpetine [19],
cC - faktor delovanja vetra na vodnike [19].
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
47
Horizontalne obremenitve skupaj (obtežni primeri od A do F po standardu SIST
EN 50423-3-21:2009) [19]:
A: stalne obtežbe in obtežbe v smeri X pri +5 ºC
wwcwwpolwwkonwwinsCCKd QQQQQE 5 (3.83)
B: stalne obtežbe in obtežbe v smeri Y pri +5 ºC
22
)5( )()( wwcwwpolwwkonwwinscCKd QQQQQE (3.84)
C: stalne obtežbe in obtežbe vetra na vogal pri +5 ºC
2)5(
2
)5( cos)(sin)( wwcwwpolwwkonwwinswwcwwpolwwkonwwinsCCKd QQQQQQQQQE
(3.85)
D: stalne obtežbe, 30 % vetra v smeri X in obtežba žleda pri -5 ºC
)(3,0 )5(5 wwcwwpolwwkonwwinsCCKd QQQQQE
(3.86)
E: stalne obtežbe, 30 % vetra v smeri Y in obtežba žleda pri -5 ºC
2)5(
2
)5( )(3,0)( wwcwwpolwwkonwwinsCCKd QQQQQE
(3.87)
F: stalne obtežbe, 30 % vetra na vogal in obtežba žleda pri -5 ºC
2)5(
2
)5( cos)(sin)( wwcwwpolwwkonwwinswwcwwpolwwkonwwinsCCKd QQQQQQQQQE
(3.88)
kjer pomeni:
dE - skupna obtežba v kN.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
48
Tabela 3.11: Podatki in rezultati za armiranobetonske drogove.
Št.
Op. tip droga
Qck(+5)
(kN)
Qck(-5)
(kN)
Qwins
(kN)
Qwkon
(kN)
Qwpol
(kN)
Qwc(-5)
(kN)
Ed
(kN)
dopustna
sila
(kN)
23 Z12 8,293 16,585 0,072 0,096 1,540 4,192 16,63 22,00
11 SB
2500/12 10,058 20,115 0,072 0,096 1,619 1,113 20,84 25,00
Iz izračunov in rezultatov v tabeli 3.11 je razvidno, da bo maksimalna sila, ki bo delovala v
vrhu armiranobetonskega droga tipa Z12 in SB 2500/12, zdržala, saj so vse sile izračunane po
točkah od A do F manjše od predpisanih. Tako znaša skupna sila za armiranobetonski drog
Z12 16,63 kN, njegova dopustna sila pa je 22 kN. Za armiranobetonski drog SB 2500/12 pa
znaša skupna sila 20,84 kN, njegova dopustna sila pa znaša 25 kN. Iz tega je razvidno, da sta
skupni sili v vrhu droga manjši od predpisanih dopustnih sil, zato drogova ustrezata.
Izračun razdalje med vodniki
Izračun izolacijske razdalje med vodniki na sredini razpetine oziroma na najneugodnejšem
mestu je narejen za vse razpetine na trasi daljnovoda. Minimalne izolacijske razdalje med
vodniki v mirnem zraku izračunamo po naslednji enačbi: (poglavje 5.4.3.1 SIST EN 50423-1)
[19].
app
k
a kDlf
kc
32,0)75,0(
10; (m) (3.89)
Pomen oznak:
ak - količnik odvisen od razporeditve vodnikov, tabela 5.4.3.1 SIST EN 50423-1 [19],
f - poves vodnika pri temperaturi +40 ºC brez vetra (m),
kl - dolžina izolatorskega sklopa, ki niha pravokotno na smer voda (m),
ppD - od napetosti odvisna najmanjša izolacijska razdalja (med fazami), tabela 5.5 SIST EN,
50423-1 [19], katera znaša za napetost 20 kV 0,25 m.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
49
Tabela 3.12: Tipi konzol – razdalje med vodniki.
Tip konzole L1 (m) L2 (m) L3 (m) H1 (m) H2 (m) H3 (m)
UNI KUV 1000 Z 1,00 1,00 1,00 0 0 0
UNI KUV 1000 1,00 1,00 1,00 0 0 0
DELTA 2200 1,10 1,10 2,20 0 0 0
TSN 700 70 70 140 0 0 0
Kn 400, 600 1,00 1,20 0,20 1,00 1,80 0,80
Knd 600 1,20 1,20 0,00 1,00 1,80 0,80
V tabeli 3.12 so prikazane razdalje med vodniki vpetimi na različnih tipih konzol.
Pomen oznak:
L1 - horizontalna razdalja med vpetjem prvega in drugega vodnika,
L2 - horizontalna razdalja med vpetjem drugega in tretjega vodnika,
L3 - horizontalna razdalja med vpetjem prvega in tretjega vodnika,
H1 – vertikalna razdalja med vpetjem prvega in drugega vodnika,
H2 – vertikalna razdalja med vpetjem drugega in tretjega vodnika,
H3 – vertikalna razdalja med vpetjem prvega in tretjega vodnika.
Tabela 3.13: Izračunane vrednosti izolacijskih razdalj med vodniki.
Razpetina (m) Poves(m) ka1 ka2 ka3 c1 (m) c2 (m) c3 (m) D1 (m) D2 (m) D3 (m)
a23=50 0,64 0,63 0,21 0,21 0,68 0,68 0,68 0,88 0,88 1,75
a1=61 0,92 0,66 0,25 0,22 0,81 0,91 0,81 0,95 1,02 1,35
a2=73 1,29 0,66 0,25 0,22 0,93 1,04 0,93 1,33 1,81 1,34
a3=61 0,92 0,66 0,25 0,22 0,81 0,91 0,81 1,33 1,81 1,34
a4=71,5 1,25 0,66 0,25 0,22 0,92 1,03 0,92 1,33 1,81 1,34
a5=84,5 1,77 0,66 0,25 0,22 1,05 1,18 1,05 1,33 1,81 1,34
a6=86,5 1,86 0,66 0,25 0,22 1,08 1,21 1,08 1,33 1,81 1,34
a7=89 1,97 0,66 0,25 0,22 1,10 1,24 1,10 1,44 1,80 1,39
a8=131 4,32 0,66 0,25 0,22 1,54 1,75 1,54 1,56 1,80 1,55
a9=86 1,87 0,66 0,25 0,22 1,08 1,21 1,08 1,44 1,80 1,39
a10=33 0,27 0,66 0,22 0,22 0,66 0,53 0,53 1,06 1,08 1,59
Iz tabele 3.13 je razvidno, da vse dejanske razdalje med vodniki ustrezajo minimalnim
razdaljam izolacije.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
50
Pomen oznak:
Dx – dejanska razdalja med vodniki (m),
cx – minimalna izolacijska razdalja (m),
axk - količnik odvisen od razporeditve vodnikov, tabela 5.4.3.1 SIST EN 50423-1 [19].
3.4 Možnost priključitve malih sončnih elektrarn
Podana je možnost priključitve manjše sončne elektrarne nazivne moči 50 kW, ki jo investitor
želi postaviti na streho gospodarskega poslopja, katero se nahaja v bližini nove
transformatorske postaje Orehovec. Sončna elektrarna bo montirana na predpripravljeno
nosilno pod-konstrukcijo, ki bo nameščena na strehi gospodarskega poslopja pod kotom 20º
in na katero bodo postavljeni moduli.
Predvidena sončna elektrarna bo vključena v nizkonapetostni sistem preko samostojnega
nizkonapetostnega kablovoda tipa NAYY-J 4×70 mm2 0,6/1 kV od omarice avtomatskega
ločilnega mesta (OALM) do priključne merilne omarice (MO) in naprej preko
nizkonapetostnega kablovoda tipa NAYY-J 4×70 mm2 0,6/1 kV, ki bo povezoval priključno
MO in nizkonapetostni izvod 3, (Rezerva) Sončna elektrarna, kateri se napaja iz energetskega
transformatorja TP 20/0,4 kV Orehovec. Proizvedena električna energija se bo merila z
reverzibilnim števcem, ki bo nameščen na nizkonapetostni plošči v MO. Slika 3.12 prikazuje
enočrtno shemo elektrarne in njeno priključitev v distribucijsko omrežje.
Podatki sončne elektrarne na osnovi soglasij za priključitev v distribucijsko omrežje:
- delovna moč (Pi) elektrarne znaša 49,92 kW pri cosφ=1,
- način vključitve v distribucijsko omrežje po tipski shemi P 2.1, Slika 3.11,
- klasifikacija sončne elektrarne – proizvodni priklop,
- način obratovanja - paralelno z elektro-energetskim sistemom,
- 1 × trifazni razsmernik,
- primarni vir energije je sonce,
- nazivna napetost razsmernika 400 V,
- frekvenca 50 Hz,
- predvidena letna proizvodnja sončne elektrarne je od 49,92 kWh/leto do 52,50 kWh/leto,
- priključno mesto – na nizkonapetostni izvod 3, TP Orehovec 20/0,4 kV,
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
51
- prevzemno-predajno mesto je MO za sončno elektrarno,
- kratkostična moč na 20 kV zbiralkah v RTP Krško znaša Skʺ=350 MVA, čas kratkega
stika pa znaša t = 0,2 s,
- primeru nastanka okvare na SN 20 kV omrežju deluje naprava za avtomatski ponovni
vklop s časovno zakasnitvijo 30 s.
Opis delovanja sončne elektrarne
Pri fotonapetostnih sistemih je najpomembnejši del razsmernik. Njegova naloga je
preoblikovanje enosmerne vhodne veličine (napetost, tok) v izmenično veličino. Zaradi
strogih kriterijev veljavnih standardov mora razsmernik delovati v širokem območju vhodnih
napetosti, kar omogoča dobro učinkovitost delovanja. Največja učinkovitost razsmernika je v
območju od 50 do 80 odstotkov nazivne moči, čeprav se ta v praksi redko doseže.
Ob okvarah ali nenormalnem stanju delovanja se razsmernik samodejno izklopi. Ponovni
vklop sledi po določenem časovnem intervalu od 10 sekund do nekaj minut, če razsmernik
ugotovi, da so napetost in frekvenca na izhodu v mejah za obratovanje ter, da generator
obratuje normalno.
Da je vpliv fotonapetostnega sistema na javno omrežje čim manjši, mora razsmernik
izpolnjevati zahteve predpisane s standardoma SIST EN 50438 [20], ki zahtevata da so tok,
napetost in frekvenca fotonapetostnega sistema skladni s parametri javnega elektro omrežja.
Ločilno mesto je nastavljeno tako, da odklopi elektrarno od omrežja v času t = 0,2 s tudi v
primeru izpada samo ene faze omrežne napetosti.
Zaščita na avtomatskem ločilnem mestu sončne elektrarne mora delovati v mejah nazivnih
vrednostih, in sicer nadnapetostna zaščita (+10 %), podnapetostna zaščita (-15 %),
nadfrekvenčna zaščita (>51 Hz), podfrekvenčna zaščita (>47 Hz).
Nastavitev zaščitnega releja mora biti potrjena s strani pooblaščene organizacije, ki se ukvarja
z nastavitvijo in preizkusom zaščite (lahko distributer).
Prenos električne energije
06,72cos4,03
92,49
cos3
n
kb
U
PI A (3.90)
Pomen oznak:
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
52
bI - izračunana tokovna obremenitev vodnika (A),
nU - nazivna napetost (kV),
kP - nazivna moč elektrarne (kW),
cos - faktor moči (1).
Kontrola pregoretja varovalnih vložkov
524,610363,33
4,095,0
3
95,0
3min
s
nk
Z
UI kA (3.91)
03363,002822,000541,04,0 trqs ZZZ (3.92)
Pomen oznak:
minkI - izračunan minimalni tok enopolnega kratkega stika (kA),
sZ - impedanca zanke (Ω),
trZ - impedanca transformatorja na NN strani (Ω),
4,0qZ - impedanca SN omrežja preračunana na NN strani (Ω).
Za trenutno pregoretje talilnega vložka (varovalke) v primeru enopolnega stika med faznim in
PEN vodnikom v NN omrežju mora biti izpolnjen naslednji pogoj:
5,255,8180
10524,650,2
3
min
v
k
I
Ik (3.93)
kjer pomeni:
bv II - nazivni tok varovalke (A).
Pogoj je izpolnjen, saj je izračunana vrednost večja od 2,5.
Nizkonapetostni kabel v transformatorski postaji Orehovec 20/0,4 kV se bo varoval z
varovalnimi vložki (varovalkami) zmogljivosti 80 A. Ti bodo kabel varovali pred kratkim
stikom in pred preobremenitvami.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
53
Vpliv sončne elektrarne v primeru kratkega stika na distribucijskem omrežju
V primeru kratkega stika (KS) na omrežju bo sončna elektrarna napajala mesto kratkega stika
vse dokler ne bo prišlo do odklopa sončne elektrarne iz obratovanja (bodisi zaradi delovanja
zaščit na ločilnem mestu, bodisi zaradi izpada omrežne napetosti). Tok kratkega stika na
mestu napake bo tako napajan iz dveh strani, in sicer iz omrežja in iz strani sončne elektrarne,
zato se bo le-ta povečal. Sam doprinos sončne elektrarne skupnemu kratkostičnemu toku bo v
primerjavi s kratkostičnim tokom omrežja relativno majhen (le nekaj procentov), bo pa
povečal njegovo vrednost. Ker bo šlo za majhno povečanje kratkostičnega toka, lahko z
zagotovostjo trdimo, da je vsa do sedaj izbrana oprema primerno dimenzionirana, saj je po
podatkih proizvajalcev le-ta dimenzionirana za znatno višje vrednosti kratkostičnih tokov
(nazivni kratkotrajni zdržni tok in nazivni temenski zdržni tok), kot smo jih mi izračunali v
obravnavani nalogi.
Ozemljitve
Ozemljitve bodo izvedene tako, da bodo vsi kovinski deli povezani med seboj na ozemljitveni
sistem samega objekta. Izbran bo TN sistem. Izenačitev potencialov bo izvedena na zbiralki v
omarici avtomatskega ločilnega mesta. Da dosežemo ozemljitveno upornost priporočeno za
odvodnike prenapetosti, je potrebna naslednja dolžina pocinkanega valjanca: Fe-Zn 25×4 mm.
725
1504,2
ozRktl m (3.94)
Pomen oznak:
l - dolžina valjanca,
kt - faktor za tračna ozemljila [6],
- specifična upornost tal je 150 Ωm [21],
ozR - potrebna ozemljitvena upornost za odvodnike prenapetosti, 5ozR .
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
54
Slika 3.10: Tipska shema P2.1 priključitev elektrarne s samostojnim vodom na
nizkonapetostni izvod razdelilne omarice v TP postaji. Sestavna dela priključka proizvajalca
sta priključeni vod od TP do priključne merilne omarice in omarica sama [24].
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
55
Slika 3.11: Enočrtna shema priklopa sončne elektrarne v distribucijsko omrežje - TP
Orehovec.
-
Načrtovanje transformatorske postaje TP Orehovec
56
4 IZBIRA OPREME ZA NOVO TP OREHOVEC IN
NAPAJALNI SN DALJNOVOD
4.1 Izbira opreme glede na izračune nazivne in kratkostične vrednosti
4.1.1 Oprema SN 20 kV daljnovoda Orehovec
Opremo za SN 20 kV daljnovod Orehovec smo izbirali glede na predhodno izračunane
vrednosti tokov. Daljnovod Orehovec se izvede s tremi golimi vrvmi tipa AL1/11-ST1A, (3 ×
Al-Fe 70/12 mm2), katerih presek ustreza glede na izračun št. 3.26.
V poglavju 3.3.4 so podani vsi izračuni, na podlagi katerih smo izbrali opremo daljnovoda, ki
je prikazana v tem poglavju.
Nosilni drogovi št. 1-10 so smrekovi impregnirani vpeti v armiranobetonske klešče tipa BK
4000, z minimalnim premerom v vrhu 16 cm, dolžine od 9 do 12 m. Na nosilnih drogovih,