SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM AUTOMATIZÁLÁSI TANSZÉK HÁLÓZATOK MÉRETEZÉSE

SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM HTTP://UNI.SZE.HU

AUTOMATIZÁLÁSI TANSZÉK HTTP://AUTOMATIZALAS.SZE.HU

HÁLÓZATOK MÉRETEZÉSE

Marcsa Dániel – Villamos gépek és energetika

2013/2014 - őszi szemeszter

Kisfeszültségű hálózatok méretezése A leggyakrabban kisfeszültségű vezetékek látják el a fogyasztókat villamos energiával. Az energiaszolgáltatás minőségét, biztonságát és gazdaságosságát is meghatározza a vezeték műszakilag helyes kiválasztása. A kisfeszültségű vezetéket ezért méretezni és ellenőrizni kell. Vezetékméretezésre akkor kerül sor, ha - új villamos hálózat, vagy hálózatrész létesül, - meglévő hálózat kerül bővítésre vagy teljes felújításra. A létesítés első részfeladatát, - a tervezésen belül - a kiválasztott vezetéktípus megfelelő keresztmetszetének meghatározását vezetékméretezésnek nevezzük. A vezetékméretezés négy alapszempontja: • műszaki • emberi (személyi biztonság) • gazdaságossági • szakmai jogi szempontok Marcsa Dániel – Villamos gépek és energetika


Műszaki szempontok Műszaki szempontból a villamosenergia-szolgáltatás követelményeinek kell megfelelnie, melyeket szabványok rögzítenek: 1. 2. 3.

a villamosenergia-szolgáltatás minőségi jellemzőinek (feszültség, frekvencia) biztosítása a fogyasztói pontokon a folyamatos energiaellátás biztosítása, megfelelve a villamos, a melegedési és a szilárdsági szempontoknak az ember védelmének biztosítása a létesítési- és az érintésvédelmi előírások betartásával

A villamos fogyasztókat az úgynevezett névleges feszültségen való üzemeltetésre tervezik, amelytől való eltérés a berendezés nem optimális működését, esetleg meghibásodását, tönkremenetelét okozhatja és számos következménnyel és kárral járhat.



Minőségi energiaszolgáltatás Fogyasztó

UÜ < Un

UÜ > Un

wolframszálas izzólámpa

élettartama nő, fényáram csökken

élettartam erősen csökken, fényáram nő

fénycső

gyújtási zavarok (0,85⋅Un) élettartam csökken

villamos fűtőtest

a kívánt hőmérséklet lassabban áll be

veszélyes túlmelegedés

rádió, és TV-készülékek

kevésbé élvezhető kép

élettartam csökken

aszinkron motorok

billenőnyomaték, fordulatszám csökken, felvett áram nő, tekercs túlmelegszik

mágnesező áram nő, vastest túlmelegszik



Vezetékméretezés általános szempontjai Személyi biztonsági szempontok A személyi biztonsági szempontok az üzembiztonságra és az érintésvédelemre vonatkoznak. Az érintésvédelem („közvetett érintés elleni védelem”) azon védelmi módszerekkel foglalkozik, amelyek a villamos berendezések üzemszerűen feszültség alatt nem álló (tehát szabályosan megfogható, megérinthető) részeinek érintéséből adódik akkor, ha a berendezésben hiba pl. testzárlat lép fel. Gazdaságossági szempontok A gazdaságossági követelmények kielégítése a beruházási és üzemeltetési költségek együttes minimalizálása, továbbá a rövid létesítési időre és hosszú élettartamra való törekvés. Jogi szempontok A törvényi előírások (egyes direktívák, jogszabályok, rendeletek) betartása teszi lehetővé az esetleges vitás kérdések jogi elbírálását. Marcsa Dániel – Villamos gépek és energetika


Vezetéken eső feszültség A villamosenergiával ellátni kívánt fogyasztó bizonyos távolságra létesül a villamosenergia rendelkezésre állási helyétől, a tápponttól. A táppont és a fogyasztó közötti távolságon a vezeték szállítja a villamos energiát. A vezeték rendelkezik ellenállással, induktivitással és párhuzamos kapacitásokkal az egyes vezetők-, valamint a vezetők és a földpotenciálú pontok között. A vezetéken folyó áram potenciálkülönbséget idéz elő annak ellenállásán és induktív reaktanciáján egyaránt.



Vezetéken eső feszültség A soros kör I áramát a megfelelő méretezés esetén a vezeték ZV impedanciájánál sokkal nagyobb ZF impedanciával rendelkező fogyasztó határozza meg. A vizsgálat körébe tartozó fogyasztók többsége ohmos-induktív jellegű, a feszültség-áram vektorábrán az áramkör árama ϕ fázisszöggel elmarad a fogyasztó UF feszültségétől. A forrásból, a vezetékből és a fogyasztóból álló kör feszültségeinek vektoros egyensúlya:

UT − I ⋅ ZV − U F = 0 a vezetéken eső teljes vektoros feszültségesés:

UT − UF = I ⋅ ZV A fogyasztó számára a feszültségvektor abszolút értéke az érdekes, ezért a feszültségesés definíciója:

e = U T − U F [V ] A feszültségesés százalékos értéke: ε = e ⋅ 100[%] UT Marcsa Dániel – Villamos gépek és energetika


Vezetéken eső feszültség A feszültségesés közelítő számításához figyelembe véve, hogy a fogyasztó induktív jellegű, ekkor : Z = R + jX I = I − jI V

Melyekből felírható, U

V

T

V

P

Q

− U F = I ⋅ Z V = (I P − jI Q ) ⋅ ( RV + jX V )

U T − U F = I ⋅ Z V = I P RV + I Q X V+ j(I P X V− I Q RV )

UH

UK

Ha a tápponti és a fogyasztói feszültségvektor közötti Θ szög kicsi, akkor a feszültségesés pontos értékénél, az e és az UH hosszirányú feszültségesés közötti különbség elhanyagolható, így:

e ≈ U H = I P RV + I Q X V



Feszültségesés Egyenáramú és egyfázisú váltakozóáramú körben a fogyasztót tápláló áram a táppont és a fogyasztó közötti távolság kétszeresét teszi meg. Egyszer a vezeték egyik erén - a pozitív vezetőn vagy fázisvezetőn - a fogyasztóhoz, majd a vezeték másik erén - a negatív vezetőn vagy a nullavezetőn - vissza a táppontig. Az e feszültségesés a két vezetőn keletkező feszültségesés kétszerese, így az egy vezetőéren eső e’ mértékadó feszültségesés számítása a névleges feszültség és az ε megengedett százalékos feszültségesés segítségével:

ε U n,f e [V] e′ = = ⋅ 2 100 2



Feszültségesés Háromfázisú váltakozóáramú rendszerben szimmetrikus terhelés esetén a nullavezetőn áram nem folyik, feszültség nem esik, csak a fázisvezetőkön esik feszültség. Háromfázisú rendszerben a vezetéken mérhető feszültség a fázisfeszültségre vonatkozik, így az egy vezetőéren eső e’ mértékadó feszültségesés számítása a névleges vonali feszültség segítségével :

e ε U n,v [V] e′ = = ⋅ 3 100 3 Aszimmetrikus háromfázisú fogyasztó esetén, amikor a nullavezetőn is folyik áram, ha az aszimmetria pontosan nem ismert, akkor megengedhető a következő összefüggés használata az egy vezetőéren eső e’ U n,v ε mértékadó feszültségesés számítására: e′ = 0 ,75 ⋅ ⋅ V

100


3

[ ]


Feszültségesés Abban az esetben ha a vezeték ellenállása sokkal nagyobb, mint a reaktanciája (Rv>>Xv) pl. belsőtéri hálózatoknál, akkor az e feszültségesés számításakor az UH hosszirányú feszültségesésnél a második tag elhanyagolható, így :

e ≈ U H ≈ I P RV

akkor ha X V ≈ 0

Ekkor a kisfeszültségű belsőtéri hálózatok méretezésénél elegendő csak a vezeték hatásos ellenállásával számolni. A feszültségesést az áram hatásos (wattos) összetevője hozza létre a vezeték ohmos ellenállásán. Ez a későbbiekben a különböző teljesítménytényezőjű fogyasztók által terhelt vezeték feszültségesésre történő méretezését leegyszerűsíti.



Feszültségesésre történő méretezés Kiszámítjuk a fogyasztó teljesítmény felvételét:

P=

Pn

η

A felvett teljesítményből a hálózatot terhelő áramerőség hatásos összetevője a következő módon számítható ki : Egyenáramú két- és háromvezetős rendszer esetén : P

I=

U

Egyfázisú váltakozó áramú két- és háromvezetős rendszer esetén :

Háromfázisú váltakozó áramú szimmetrikus rendszer esetén :


P IP = U

P In = 3 ⋅ U n,v AUTOMATIZÁLÁSI TANSZÉK HTTP://AUTOMATIZALAS.SZE.HU

Feszültségesésre történő méretezés A vezetők szükséges keresztmetszetét a terhelő áram és a megengedett feszültségesés ismeretében az egy vezetőéren eső e’ mértékadó feszültségesés alapján határozzuk meg. Az egy vezetőéren megengedett feszültségesés:

l ρ e′ = I P ⋅ RV = I P ⋅ ρ ⋅ = ⋅ I P ⋅ l A A

Egy adott vezeték esetén – mivel a fajlagos ellenállás és a vezeték keresztmetszete állandó -, az egy vezetőéren létrejövő feszültségesés a következőképp is felírható

e′ = k ⋅ I P ⋅ l Az egy vezetőéren létrejövő e’ feszültségesés értéke az IP·l értékétől, az ún. áramnyomaték nagyságától függ. A vezeték szükséges keresztmetszete a fentiekből :

A=

ρ e′

⋅ IP ⋅l

ρ - a vezeték fajlagos ellenállása [Ωmm2 /m], e ’ - az egy vezetőéren megengedett feszültségesés [V], Ih - az áram hatásos (wattos) összetevője [A], l - a vezeték hossza [m].



Melegedésre való ellenőrzés A vezetékek feszültségesésre való méretezésénél kiszámított, illetve kiválasztott szabványos vezető keresztmetszetet melegedésre mindig ellenőrizni kell. A melegedére történő ellenőrzésnél azonban mindig a teljes (látszólagos) áramot kell figyelembe venni. A gyakorlatban a vezetékek melegedésre való méretezése nem számítással, hanem terhelési táblázatokkal történik.



Melegedésre való ellenőrzés A táblázatban a vezetékek terhelhetősége három: A, B és C terhelési csoportban van megadva. Az alapterhelés 25 °C környezeti hőmérsékleten értendő, egymás mellett legfeljebb három vezeték van és 10 mm-es környezetben védőcső, vezetékcsatorna, kábel, kábelszerű vezeték nincs. Terhelési csoportok: A csoport: egyszerű vezeték, vakolat alatti védőcsőbe húzva, 5db egyszerű vezeték, szabadon szerelt védőcsőbe, 9db egyszerű vezeték, kötegelve szerelt állapot B csoport: vakolatba fektetett vagy falra ragasztott vezeték, szabadon szerelt védőcsőben, vezetékcsatornába húzva, ha 10mm távolságra több védőcső vagy csatorna halad párhuzamosan C csoport: egyszerű vezeték szabadon szerelve A terhelési táblázatból megnézzük, hogy a szóban forgó vezeték keresztmetszete mekkora árammal terhelhető. Ha nem felel meg, akkor azt a hozzá legközelebb álló, nagyobb szabványos keresztmetszetű vezetőt kell választani, amely melegedés szempontjából is megfelelő. Ezt az ellenőrzést minden esetben el kell végezni. Marcsa Dániel – Villamos gépek és energetika


Teljesítményveszteség meghatározása A vezetékek teljesítményvesztesége ζ %-nál nagyobb nem lehet. Az I2R veszteség megengedett értékét az átvitt teljesítmény százalékában ζ(%) adják meg. A három vezetéken létrejövő teljesítményveszteség:

p=

ς

100

P

Az előzőekhez hasonlóan, itt is az egy fázisvezetőre létrejövő teljesítményveszteség:

p ς P (= I 2 R ) p' = = 3 100 3 A fenti képlettel ellenőrizhető, hogy a választott vezeték teljesítményvesztesége a megengedettnél kisebb.



SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM AUTOMATIZÁLÁSI TANSZÉK HÁLÓZATOK MÉRETEZÉSE

Recommend Documents