VŠB – TU Ostrava Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra elektrotechniky
ELEKTRICKÝ SILNOPROUDÝ ROZVOD V PRŮMYSLOVÝCH PROVOZOVNÁCH
1. 2. 3. 4. 5.
ZÁKLADNÍ USTANOVENÍ, NÁZVOSLOVÍ STUPNĚ DODÁVKY ELEKTRICKÉ ENERGIE ROZVOD V PROVOZOVNÁCH VÝPOČTOVÉ ZATÍŽENÍ VÝPOČTOVÝ PROUD
2009
Ing. Tomáš Mlčák, Ph.D.
1. ZÁKLADNÍ USTANOVENÍ, NÁZVOSLOVÍ -
-
Průmyslová provozovna – prostor určený pro průmyslové účely. Průmyslovou provozovnou se rozumí jak provozovna přízemní např. hala, tak i provozovna o více podlažích. Může jí být také celý závod, podnik, provozní celek, soubor a podobně. Podle druhu provozu jsou to např. provozovny hutní, chemické, strojírenské, potravinářské, textilní a jiné. Instalovaný výkon Pi - součet jmenovitých výkonů všech spotřebičů. Uvádí se v kW. Maximum Pmax – příkon určený z maximálního odběru elektrické energie za jednu hodinu v období největšího odběru v roce. Uvádí se v kW. Součinitel náročnosti β – podíl maxima a instalovaného výkonu.
β= -
Pmax (-) Pi
Výpočtové zatížení Pp – součin instalovaného výkonu a součinitele náročnosti
Pp = Pi β (kW) -
Výpočtový proud Ip – proud vypočtený z výpočtového zatížení, jmenovitého napětí a účiníku. Uvádí se v A.
Ip =
Pp 3U cos ϕ
(A)
2. STUPNĚ DODÁVKY ELEKTRICKÉ ENERGIE Podle důležitosti jednotlivých provozoven nebo jen jednotlivých pohonů technologických zařízení jsou dodávky elektrické energie pro ně rozděleny do tří stupňů. a) Dodávky elektrické energie 1. stupně (obr. 1) jsou dodávky, které musí být zajištěny za každých okolností, jejichž přerušení může způsobit buď ohrožení lidských životů, nebo velké ztráty znehodnocením výroby, zničením zařízení, zastavení důležitých strojů sloužících k udržování technologického procesu. Rozhodnutí, že jde o dodávku 1. stupně je nutno podložit náležitým technicko-ekonomickým zdůvodněním. Dodávky 1. stupně jsou např. čerpadla požární vody, výtahy určené k evakuaci osob, ve válcovnách čerpadla chladící a odpadní vody, elektrické pece, jeřáby, zařízení umělého větrání prostorů s výbušnými plyny, v dolech důlní čerpadla, ventilátory, těžní stroj, signalizace. Dodávky elektrické energie 1. stupně musí být zajištěny ze dvou na sobě nezávislých napájecích zdrojů, z nichž každý musí mít takový výkon, aby při jeho vypadnutí byly dodávky 1. stupně zajištěny. Přepnutí na druhý napájecí zdroj se podle technologických podmínek a podle přípustné doby přerušení dodávky elektrické energie provede buď zásahem obsluhy, nebo automaticky ihned po vzniku poruchy. Místo druhého (náhradního) napájecího zdroje elektrické energie může být také proveden náhradní neelektrický pohon příslušného zařízení, např. diezelagregát. Tento náhradní zdroj 2
musí však mít stejnou pohotovost a spolehlivost a nesmí být závislý na prvém elektrickém zdroji, který v případě poruchy vypadl. Připojení na dva transformátory napájené z jedné rozvodné soustavy se nepovažuje za připojení na dva nezávislé napájecí zdroje. Při plánovaných revizích některého zdroje (přívodu) se musí podniknout taková opatření, aby nedošlo k havárii nebo nebezpečnému stavu. b) Dodávky elektrické energie 2. stupně (obr. 2) jsou dodávky, které mají být pokud možno zajištěny, jelikož jejich přerušení a zastavení důležitých strojů může způsobit jen zmenšení nebo zastavení výroby, aniž při tom nastane ohrožení osob. Dodávky 2. stupně ve strojírenství jsou např. obráběcí stroje a automatické linky se zatavovacími a čerpacími automaty, olejové a emulzní hospodářství s centrálním rozvodem, pásové a řetězové dopravníky. Dodávky elektrické energie 2. stupně se provedou podle místních poměrů. Počet napáječů, jejich průřezy, počet a výkony transformátorů se volí tak, aby byla zajištěna jejich vzájemná záloha bez dalších investic. Za dostatečné zajištění se většinou považuje připojení alespoň na dva transformátory a jejich napájení se zpravidla již neposuzuje.
obr.2 Dodávky 2. stupně
obr.1 Dodávky 1. stupně
c) Dodávky elektrické energie 3. stupně jsou dodávky, které nemusí být zajišťovány zvláštními opatřeními. Mohou se provést připojením na jediný zdroj a nevyžadují dalšího zvláštního zajištění. 3. ROZVOD V PROVOZOVNÁCH Průmyslové provozovny jsou napájeny: a) z distribuční sítě b) ze závodních elektráren c) kombinací obou uvedených způsobů Pro rozvod v průmyslových provozovnách se zřizuje jedna, popřípadě více transformoven nebo rozvoden, rozváděčů a rozvodnic napájených z jedné nebo více vstupních stanic. Doporučuje se umísťovat transformátory nebo jiné zdroje co nejblíže místu spotřeby. U každé transformovny se zřizuje hlavní sekundární rozvodna, rozváděč nebo rozvodnice, z nichž se napájí jednotlivé spotřebiče, podružné rozvodnice, rozváděče nebo rozvodny.
3
Rozvod ke spotřebičům, podružným rozvodnicím, rozváděčům a rozvodnám se provádí převážně jako rozvod a) paprskový b) průběžný c) okružní d) mřížový e) kombinací výše uvedených Rozvod paprskový (obr. 3) je rozvod velice jednoduchý a tím přehledný. Obvykle každý rozváděč nebo spotřebič má své vlastní vedení. Jeho výhodou je jeho nízká cena. Rozvod průběžný (obr. 4) je rovněž jednoduchý a přehledný, vedení prochází průběžně od jednoho rozváděče nebo spotřebiče průběžně. Jejich nevýhodou je přerušení dodávky elektrické energie koncových rozváděčů při poruše napájecího kabelu. Obvod okružní (obr. 5) umožňuje při poruše napájecího kabelu nebo rozváděče napájet rozváděče a spotřebiče z „druhé“ strany a tím zajistit lepší zásobování elektrickou energií. Rozvod mřížový (obr. 6) vznikne vzájemným propojením pokud možno všech rozváděčů a napájením ze dvou stran. Poruchy vedení nebo rozváděčů se omezí na malý úsek a nepřenesou se na celou síť. Při poruše se automaticky nebo ručně provede propojení na napájení z rozvodu bez poruchy. Síť je tím velmi stabilní. Hodí se pro větší průmyslové provozovny, zejména pro objekty vyžadující nepřerušovaný provoz, tj. stupně dodávky elektrické energie 1 nebo 2. Nevýhodou je jeho vyšší cena.
obr.4 Prů běžný rozvod
obr.3 Paprskový rozvod
obr.5 Okružní rozvod
obr.6 Mř ížový rozvod
4
4. VÝPOČTOVÉ ZATÍŽENÍ Při projektování elektrického rozvodu v jakémkoli objektu je nutno zjistit, jaký bude maximální odběr, na který musí být dimenzováno vedení, napájecí zdroj (např. transformátor), jistící přístroje ap. Kdybychom prostě sečetli výkony všech spotřebičů, které v objektu budou, a na ně dimenzovali elektrický rozvod, bylo by to nehospodárné, protože je velmi malá pravděpodobnost, že by všechny spotřebiče pracovaly současně a na plný výkon. Při dimenzování elektrického rozvodu se bere za základ výpočtové zatížení a výpočtový proud. Při určování výpočtového zatížení nutno rozlišit, zda se jedná o řešení elektrického rozvodu pro: a) výrobní provoz, provozovnu nebo závod jako celek b) skupinu spotřebičů (pohonů) nebo jednotlivé agregáty včetně pomocných pohonů c) jeden spotřebič Každý stupeň projektu musí obsahovat podrobně stanovené součinitele náročnosti určených v jednotlivých případech podle součinitelů náročnosti uvedených v normě nebo podle součinitelů náročnosti v podobných stávajících provozovnách. a) Výpočtové zatížení pro provozovnu jako celek Při určování výpočtového zatížení (Pp) pro výrobní provoz, provozovnu nebo závod jako celek, při dimenzování přívodního zdroje, počtu a velikosti transformátorů a rozváděčů se vychází z instalovaného výkonu (Pi) a předpokládaného součinitele náročnosti (β). Výpočtové zatížení je potom
Pp = Pi . β
(kW)
Činitele náročnosti udává norma a pohybuje se v rozmezí 0,2 až 0,9. Příklady činitele náročnosti jsou uvedeny v následující tabulce. Tabulka uvádí i střední hodnotu cos φ bez kompenzace. Průmyslové odvětví Automobilový průmysl Výroba jízdních kol Mechanická dílna ve strojírenském závodě Přádelny, tkalcovny Výroba prefabrikátů Vápenky, rotační pece
β 0,15 – 0,32 0,26 – 0,44 0,15 – 0,3 0,75 – 0,85 0,4 – 0,58 0,85 – 0,9
cos φ 0,64 0,64 0,65 0,75 0,6 0,8
b) Výpočtové zatížení pro skupinu spotřebičů Při určování výpočtového zatížení (Pp) skupiny nebo skupin spotřebičů o rozdílném výkonu napojeným na jeden rozváděč se musí postupovat podle dvojčlenného vzorce. Jedná se například o spotřebiče o výkonu 20 kW a spotřebiče o výkonu 1,5 kW. Výpočtové zatížení je pak
Pp = aPx + bPn
(kW),
5
kde Px je součet jmenovitých výkonů x největších spotřebičů Pn je součet jmenovitých výkonů všech elektrických spotřebičů včetně Px a, b součinitelé náročnosti jednotlivých skupin. c) Výpočtové zatížení pro jeden spotřebič Při určování výpočtového zatížení pro jeden spotřebič, který je určen pro trvalý provoz, se vychází ze jmenovitého výkonu spotřebiče (P2) a jeho účinnosti (η), tj. ze jmenovitého příkonu spotřebiče (P1). Výpočtové zatížení je pak
Pp = P1 =
P2
η
(kW)
Při určování výpočtového zatížení pro jeden spotřebič (motor), který je určen pro přerušovaný nebo krátkodobý chod nebo zatížení se postupuje případ od případu, početně nebo graficky. 5. VÝPOČTOVÝ PROUD Při stanovení výpočtového proudu (Ip) potřebného pro dimenzování přívodního vedení a jisticích prvků se vychází z výpočtového zatížení podle vzorců: pro trojfázové spotřebiče
Ip =
pro jednofázové spotřebiče
Ip =
pro stejnosměrné spotřebiče
Ip =
1000 Pp 3U s cosϕ 1000 Pp U cos ϕ
1000 Pp U
(A)
(A)
(A)
je jmenovité sdružené (síťové) napětí trojfázové rozvodné soustavy (V) je jmenovité fázové napětí střídavé rozvodné soustavy nebo jmenovité napětí stejnosměrné rozvodné soustavy (V) cosφ průměrný účiník spotřebičů, který je uváděn v normě Pp výpočtové zatížení (kW)
kde Us U
6
