ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA ELEKTROENERGETIKY A EKOLOGIE

´ ˇ ´ UNIVERZITA V PLZNI ZAPADO CESK A ´ FAKULTA ELEKTROTECHNICKA KATEDRA ELEKTROENERGETIKY A EKOLOGIE

´ pra ´ ce Diplomova Návrh napájen´ı zemˇedˇelského objektu

Miroslav Moc

2014

Návrh napájen´ı zemˇedˇelského objektu

Miroslav Moc 2014

Podˇ ekov´ an´ı T´ımto bych chtˇel podˇekovat Doc. Ing. Miloslavˇe Tesaˇrové, Ph.D. za cenné profesionáln´ı rady, pˇripom´ınky, pomoc s literaturou, vysvˇetlen´ı nejasn´ ych záleˇzitost´ı a metodické veden´ı práce. Dále bych chtˇel podˇekovat pán˚ um Judlovi, Loudovi a Zikmundovi, kteˇr´ı byli ochotn´ı mi poskytnout informace o podniku a jeho fungován´ı.


Miroslav Moc 2014

Prohl´ aˇ sen´ı Pˇredkládám t´ımto k posouzen´ı a obhajobˇe diplomovou práci zpracovanou na závˇer studia na Fakultˇe elektrotechnické Západoˇceské univerzity v Plzni. Prohlaˇsuji, ˇze jsem tuto diplomovou práci vypracoval samostatnˇe s pouˇzit´ım odborné literatury a pramen˚ u uveden´ ych v seznamu, kter´ y je souˇcást´ı této diplomové práce. Dále prohlaˇsuji, ˇze veˇsker´ y software pouˇzit´ y pˇri ˇreˇsen´ı této diplomové práce je legáln´ı.

V Plzni dne

5. 5. 2014 podpis


Miroslav Moc 2014

Anotace Pˇredkládaná diplomová práce je zamˇeˇrená na návrh napájec´ıho transformátoru a dimenzován´ı pˇr´ıvodn´ıch rozvod˚ u v areálu zemˇedˇelského druˇzstva. Uvád´ı postup a zp˚ usob v´ ypoˇct˚ u pˇri návrhu a následnou volbu veden´ı a zaˇr´ızen´ı na základˇe ekonomické hospodárnosti. Dále ukazuje v´ ypoˇcty pro centráln´ı kompenzaci u ´ˇcin´ıku v areálu a volbu záloˇzn´ıho napájec´ıho zdroje.

Kl´ıˇ cov´ a slova Distribuˇcn´ı soustava, napájec´ı transformátor, dimenzován´ı napájec´ı soustavy, dimenzován´ı vodiˇc˚ u, kompenzace u ´ˇcin´ıku


Miroslav Moc 2014

Abstract This Master’s thesis deals with the project of power supply system for farm buildings. The project is focused on supply grid layout and rating of supply system compoments. There are decsribed procedures of supply transformer and feeder sizing, included their economical optimization. Besides cable rating and protection, power factor correction equipment and backup power supply is also designed.

Key words Distribution system, supply transformer, dimensioning supply system, cable sizing, power-factor correction

Obsah ´ 1 Uvod

10

2 Pˇ ripojen´ı are´ alu k veˇ rejn´ e DS, n´ avrh transform´ atoru

11

2.1

Zkratov´ y v´ ykon v m´ıstˇe pˇripojen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

2.2

Návrh napájec´ıho transformátoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

2.2.1

V´ ypoˇctové zat´ıˇzen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

2.2.2

Kontrola na u ´bytek napˇet´ı v s´ıti pˇri rozbˇehu nejvˇetˇs´ıho motoru v areálu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3

16

Doba vyuˇzit´ı maxima, doba pln´ ych ztrát a ekonomická v´ yhodnost transformátoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

2.3.1

Doba vyuˇzit´ı maxima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

2.3.2

Doba pln´ ych ztrát

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

2.3.3

Ekonomická v´ yhodnost transformátoru . . . . . . . . . . . . . . .

23

3 Dimenzov´ an´ı a jiˇ stˇ en´ı kabel˚ u

27

3.1

V´ ypoˇcet rázového zkratového proudu za transformátorem . . . . . . . . .

28

3.2

Kontrola kabel˚ u a jejich dimenzován´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30

3.2.1

Kontrola kabelu K8 do krav´ına . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30

3.2.2

Volba nového kabelu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34

3.2.3

Podm´ınky jiˇstˇen´ı kabelu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

3.2.4

Ovˇeˇren´ı jiˇstˇen´ı proti pˇret´ıˇzen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37

3.2.5

Kontrola na tepelné u ´ˇcinky zkratového proudu . . . . . . . . . . .

39

3.2.6

Kontrola na u ´bytek napˇet´ı vodiˇce . . . . . . . . . . . . . . . . . .

41

3.2.7

Ovˇeˇren´ı ochrany proti nebezpeˇcnému dotyku . . . . . . . . . . . .

42

Návrh nového kabelu K81 z krav´ına do doj´ırny . . . . . . . . . . . . . . .

45

3.3.1

V´ ypoˇcet rázového zkratového proudu na rozvadˇeˇci R8 . . . . . . .

45

3.3.2

Vypoˇctené hodnoty pro dimenzován´ı kabelu K81

46

3.3

1

. . . . . . . . .


Miroslav Moc 2014

3.4

Ekonomická optimalizace návrhu pr˚ uˇrezu kabel˚ u. . . . . . . . . . . . . .

50

3.5

Citlivostn´ı anal´ yza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

53

3.6

Volba pr˚ uˇrezu kabelu podle návrhu a ekonomické optimalizace . . . . . .

58

4 Kompenzace u ´ˇ cin´ıku

59

4.1

Volba kompenzaˇcn´ıho rozvadˇeˇce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

61

4.2

Investiˇcn´ı návratnost kompenzaˇcn´ıho rozvadˇeˇce . . . . . . . . . . . . . .

65

4.2.1

Zjednoduˇsen´ y v´ ypoˇcet investiˇcn´ı návratnosti . . . . . . . . . . . .

65

4.2.2

Zpˇresnˇen´ y v´ ypoˇcet investiˇcn´ı návratnosti . . . . . . . . . . . . . .

67

5 N´ avrh z´ aloˇ zn´ıho nap´ ajen´ı

69

5.1

Rozdˇelen´ı provoz˚ u podle stupnˇe zajiˇstˇen´ı dodávky . . . . . . . . . . . . .

69

5.2

Volba záloˇzn´ıho napájen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

70

6 Z´ avˇ er

72

Pˇ r´ılohy

I

2

Seznam obr´ azk˚ u 2.1

Vyznaˇcen´ı trasy DS z rozvodny v Mladé Boleslavi do obce Jivina u Mnichova Hradiˇstˇe[25] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2

Schéma zapojen´ı prvk˚ u a náhradn´ı schéma pro výpoˇcet hodnot v m´ıstˇe pˇripojen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3

12 13

Schéma zapojen´ı prvk˚ u a náhradn´ı schéma pro kontrolu u ´bytku napˇet´ı pˇri rozbˇehu nejvˇetˇs´ıho motoru v areálu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

2.4

Graf spotˇrebované energie za rok 2012 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

3.1

a) Dispoziˇcn´ı mapa areálu bez doj´ırny [24]

3.2

b) Dispoziˇcn´ı mapa areálu s

doj´ırnou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

Paprskové zapojen´ı provoz˚ u v areálu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

// Ik

3.3

Rázový zkratový proud

za transformátorem . . . . . . . . . . . . . . .

29

3.4

Dispoziˇcn´ı ˇreˇsen´ı areálu s vyznaˇcen´ım tras veden´ı . . . . . . . . . . . . .

32

3.5

Princip ochrany pˇri poruˇse automatickým odpojen´ım od zdroje v s´ıti TN [16] 43

3.6

Rázový zkratový proud Ik na rozvadˇeˇci R8 . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.7

Ukázka vyp´ınac´ıch charakteristik jistiˇc˚ u Modeion - program SICHR od OEZ 49

3.8

Ukázka výstupu pro porovnán´ı ekonomické hospodárnosti kabel˚ u z programu

//

46

SICHR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

52

Graf porovnán´ı náklad˚ u kabelu K81 do doj´ırny pro r˚ uzné pr˚ uˇrezy . . . . .

53

3.10 Graf citlivostn´ı analýzy pro kabel K4 k progresu pˇri diskontn´ı sazbˇe 2,1 %

55

3.11 Graf citlivostn´ı analýzy pro kabel K4 k progresu pˇri diskontn´ı sazbˇe 5 % .

55

3.12 Graf citlivostn´ı analýzy pro kabel K5 k sen´ıku pˇri diskontn´ı sazbˇe 2,1 % .

57

3.13 Graf citlivostn´ı analýzy pro kabel K5 k sen´ıku pˇri diskontn´ı sazbˇe 5 % . .

57

4.1

Schéma zapojen´ı s kompenzaˇcn´ım rozvadˇeˇcem KR . . . . . . . . . . . . .

60

1


III

2


III

3.9

3


Miroslav Moc 2014

3

Konstrukce jader a tlouˇst’ka izolace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IV

4

Jmenovitý proud IN a oteplovac´ı konstanta τ kabelu . . . . . . . . . . . .

V

5

Induktivn´ı reaktance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

VI

6

Jistiˇc BC160N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

VII

7

Jistiˇc BD250N/S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII

8

Jistiˇc BH630N/S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IX

9

Graf porovnán´ı náklad˚ u kabelu K1 k ˇcistiˇcce pro r˚ uzné pr˚ uˇrezy . . . . . . XVII

10

Graf porovnán´ı náklad˚ u kabelu K3 k ˇcerpac´ı stanici pro r˚ uzné pr˚ uˇrezy . . XXII

11

Graf porovnán´ı náklad˚ u kabelu K4 k progresu pro r˚ uzné pr˚ uˇrezy

12

Graf porovnán´ı náklad˚ u kabelu K42 k d´ılnám pro r˚ uzné pr˚ uˇrezy . . . . . . XXIX

13

Graf porovnán´ı náklad˚ u kabelu K5 k sen´ıku pro r˚ uzné pr˚ uˇrezy . . . . . . . XXXII

14

Graf porovnán´ı náklad˚ u kabelu K6 k OMD pro r˚ uzné pr˚ uˇrezy . . . . . . . XXXIV

15

Graf porovnán´ı náklad˚ u kabelu K7 k dr˚ ubeˇzárnˇe pro r˚ uzné pr˚ uˇrezy . . . . XXXVII Graf porovnán´ı náklad˚ u kabelu K71 ke kr˚ ut’árnˇe pro r˚ uzné pr˚ uˇrezy . . . . XL

16

4

. . . . . XXV

Seznam tabulek 2.1

Instalované výkony [19] a výpoˇctová zat´ıˇzen´ı objekt˚ u v podniku . . . . . .

2.2

Provozn´ı náklady stávaj´ıc´ıho transformátoru 400kV A - Spstr a T∆ = Tprov = 8760hod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3

25

Srovnán´ı cen a náklad˚ u transformátor˚ u 400kV A - Spstr a T∆ = Tprov = 8760hod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4

15

26

Srovnán´ı cen a náklad˚ u transformátor˚ u 250kV A - Spstr a T∆ = Tprov = 8760hod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

3.1

Soupis kabel˚ u a jejich délek k provoz˚ um [19]

. . . . . . . . . . . . . . . .

29

3.2

Vypoˇctené hodnoty oteplen´ı kabelu K8 pˇri pˇret´ıˇzen´ı . . . . . . . . . . . .

39

3.3

Kabel K81 - Doj´ırna: Návrh jistiˇce, spoˇctené parametry

47

// Ik

. . . . . . . . .

3.4

Kabel K81 - Doj´ırna: Kontrola na tepelné u ´ˇcinky

a pr˚ uˇrez kabelu

. .

47

3.5

Kabel K81 - Doj´ırna: Kontrola na u ´bytek napˇet´ı na vodiˇci . . . . . . . . .

47

3.6

Kabel K81 - Doj´ırna: ovˇeˇren´ı jiˇstˇen´ı proti pˇret´ıˇzen´ı . . . . . . . . . . . .

48

3.7

Kabel K81 - Doj´ırna: Ochrana proti nebezpeˇcnému dotyku . . . . . . . . .

48

3.8

Kabel K4 - Progres: Celkové náklady pˇri citlivostn´ı analýze . . . . . . . .

54

3.9

Kabel K5 - Sen´ık: Celkové náklady pˇri citlivostn´ı analýze . . . . . . . . .

56

3.10 Tabulka stávaj´ıc´ıch nebo minimáln´ıch pr˚ uˇrez˚ u kabel˚ u a optimáln´ıch pr˚ uˇrez˚ u kabel˚ u z hlediska ekonomiky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

58

5.1

Rozdˇelen´ı provoz˚ u do kategori´ı podle stupnˇe dodávky . . . . . . . . . . . .

70

5.2

Ekonomické zhodnocen´ı ztrát pˇri výpadku elektrické energie na jeden den

70

5.3

Záloˇzn´ı napájen´ı provoz˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

71

1

Soupis motor˚ u a jejich výkon˚ u v areálu . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

I

2

Roˇcn´ı spotˇrebovaná elektrická energie podnikem v MWh . . . . . . . . . .

II

3

Cenové pˇriráˇzky za nedodrˇzen´ı pˇredepsané u ´rovnˇe cos ϕ0 [32] . . . . . . . . XLI

5

Seznam symbol˚ u a zkratek AoBk

typ transformátoru - n´ızkoztrátov´ y

a

odhadovan´ y pr˚ umˇern´ y nár˚ ust ceny elektrické energie za vyhodnocované obdob´ı [%/rok]

α20

teplotn´ı souˇcinitel materiálu vodiˇce pˇri 20◦ C [K−1 ]

B

kalkulaˇcn´ı cena za 1kWh elektrické energie [Kˇc]

β

ˇcinitel nároˇcnosti nebo vzájemn´ y ˇcinitel nároˇcnosti

C

cena transformátoru [Kˇc]

CoCk; red c

typ transformátoru - redukované ztráty napˇet’ov´ y souˇcinitel

cos ϕN

jmenovit´ yu ´ˇcin´ık

cos ϕr

rozbˇehov´ yu ´ˇcin´ık

cos ϕstr

stˇredn´ı u ´ˇcin´ık

DS

distribuˇcn´ı soustava

d

procentn´ı zmˇena napˇet´ı [%]

dZ

dovolená procentn´ı zmˇena napˇet´ı [%]

EoDk; std

typ transformátoru - standardn´ı ztráty

e

inflaˇcn´ı m´ıra [%]

η

u ´ˇcinnost motoru

f

frekvence [Hz]

Ia

poruchov´ y proud pro poruchovou impedanˇcn´ı smyˇcku Z¯s [A]

Icm

zap´ınac´ı schopnost jistiˇce [kA]

ICS

provozn´ı vyp´ınac´ı zkratová schopnost jistiˇce [kA]

ICU

jmenovitá mezn´ı vyp´ınac´ı zkratová schopnost jistiˇce [kA]

ICW,i

krátkodob´ y v´ ydrˇzn´ y proud jistiˇce pro tk udávan´ y v´ yrobcem (obvykle i = 1s nebo 2s) [kA]

Ii

proud zkratové ˇcasovˇe nezávislé spouˇstˇe jistiˇce [A]

6

Návrh napájen´ı zemˇedˇelského objektu Ik // IkS ;

Miroslav Moc 2014

ustálen´ y zkratov´ y proud [kA] // Ik

rázov´ y zkratov´ y proud s´ıtˇe; rázov´ y zkratov´ y proud [kA]

IN

jmenovit´ y proud [A]

Inad

nadproudy [A]

Ip

v´ ypoˇctov´ y proud [A]

IP N

jmenovit´ y proud pojistky nebo jistiˇce [A]

IR

redukovan´ y proud jistiˇce [A]

Ir

rozbˇehov´ y proud [A]

Ith

ekvivalentn´ı oteplovac´ı zkratov´ y proud [kA]

Ith,i

ekvivalentn´ı oteplovac´ı zkratov´ y proud pˇrepoˇcten´ y na dobu trván´ı zkratu udanou v´ yrobcem jistiˇce (obvykle i = 1s nebo 2s) [kA]

IZ

dovolené proudové zat´ıˇzen´ı vodiˇce [A]

ik

pomˇern´ y proud motoru nakrátko

ip

nárazov´ y zkratov´ y proud (vrcholová hodnota) [kA]

K

koeficient pro dimenzován´ı podle tepeln´ ych u ´ˇcink˚ u zkratového proudu (volba podle materiálu vodiˇce a izolace)

KR

kompenzaˇcn´ı rozvadˇeˇc

k

jednotlivé roky pro ekonomickou v´ yhodnost transformátoru

ki

pˇrepoˇc´ıtávac´ı koeficient pro dimenzován´ı vodiˇc˚ u v areálu

km

koeficient doby vyuˇzit´ı maxima - pomˇerná doba vyuˇzit´ı maxima

κ

souˇcinitel pro v´ ypoˇcet ip a koeficientu m

l

délka [km]

MT P

mˇern´ y tepeln´ y odpor p˚ udy [Km/W]

m

ˇcinitel pro tepelné u ´ˇcinky stejnosmˇerné sloˇzky zkratu pro v´ ypoˇcet Ith

mS

pomˇer pr˚ uˇrezu fázového vodiˇce ku pr˚ uˇrezu ochranného vodiˇce

N

poˇcet stupˇ n˚ u kompenzaˇcn´ıho rozvadˇeˇce

Nn

náklady za nákup a provoz transformátoru za n let provozu [Kˇc]

NN

hladina n´ızkého napˇet´ı

n

ˇcinitel pro tepelné u ´ˇcinky stˇr´ıdavé sloˇzky zkratu pro v´ ypoˇcet Ith

P

ˇcinn´ y v´ ykon [W]

Pi

instalovan´ y ˇcinn´ y v´ ykon spotˇrebiˇc˚ u [W]

Pm

maximáln´ı ˇcinn´ y v´ ykon [W]

Pp

v´ ypoˇctov´ y ˇcinn´ y v´ ykon [W]

PpC P Pp

celkov´ y v´ ypoˇctov´ y ˇcinn´ y v´ ykon [W] celkov´ y v´ ypoˇctov´ y ˇcinn´ y v´ ykon [W] po zapoˇcten´ı vzájemného β 7


Miroslav Moc 2014

∆P0

ˇcinné ztráty transformátoru naprázdno [kW]

∆Pk

ˇcinné ztráty transformátoru nakrátko [kW]

Pstr

stˇredn´ı ˇcinn´ y v´ ykon [W]

p

pˇrevod transformátoru

pnk

provozn´ı náklady za jednotlivé roky [Kˇc]

Qpuv

p˚ uvodn´ı odeb´ıran´ y jalov´ y v´ ykon [kVAr]

Qpokom

jalov´ y v´ ykon odeb´ıran´ y po kompenzaci [kVAr]

Qkom

kompenzaˇcn´ı jalov´ y v´ ykon [kVAr]

QKR

vypoˇcten´ y jalov´ y v´ ykon kompenzaˇcn´ıho rozvadˇeˇce [kVAr]

QC

celkov´ y jalov´ y v´ ykon kompenzaˇcn´ıho rozvadˇeˇce [kVAr]

QC1

jalov´ y v´ ykon prvn´ıho stupnˇe kompenzaˇcn´ıho rozvadˇeˇce [kVAr]

R, X

ˇcinn´ y odpor a reaktance kabelu nebo veden´ı; také jen pro fázové vodiˇce v kabelu [Ω]

RKiP E , XKiP E

ˇcinn´ y odpor a reaktance ochranného vodiˇce konkrétn´ıho kabelu i [Ω]

RC , XC

celkov´ y ˇcinn´ y odpor a reaktance do m´ısta zkratu nebo m´ısta pˇripojen´ı [Ω]

RC XC

pomˇer celkového odporu a reaktance do m´ısta zkratu pro v´ ypoˇcet κ

RS , XS

ˇcinn´ y odpor s´ıtˇe [Ω]

RT , XT

ˇcinn´ y odpor a reaktance transformátoru [Ω]

rk , xk

ˇcinn´ y odpor a reaktance kabelu nebo veden´ı na jednotku délky [Ω/km]

rϑ

ˇcinitel pro pˇrepoˇcet teplotn´ı závislosti ˇcinn´ ych odpor˚ u

ρk

rezistivita kabelu (materiálu vodiˇce) [Ωmm2 /m]

S

pr˚ uˇrez vodiˇce; pr˚ uˇrez fázového vodiˇce [mm2 ]

SP E

pr˚ uˇrez ochranného vodiˇce [mm2 ]

//

Sk

zkratov´ y v´ ykon v m´ıstˇe zkratu nebo m´ıstˇe pˇripojen´ı [MVA]

SM

zdánliv´ y v´ ykon motoru [VA]

SN T P Sp

jmenovit´ y v´ ykon transformátoru [kVA]

Smin

minimáln´ı pr˚ uˇrez vodiˇce [mm2 ]

Spmax

maximáln´ı v´ ypoˇctov´ y zdánliv´ y v´ ykon pˇrenáˇsen´ y transformátorem

celkov´ y v´ ypoˇctov´ y zdánliv´ y v´ ykon [VA]

vypoˇcten´ y z namˇeˇren´ ych hodnot [kVA] Spstr

stˇredn´ı v´ ypoˇctov´ y zdánliv´ y v´ ykon pˇrenáˇsen´ y transformátorem vypoˇcten´ y z namˇeˇren´ ych hodnot [kVA]

Spmax /SN T

maximáln´ı zat´ıˇzen´ı transformátoru, m˚ uˇze b´ yt uvádˇeno i jako Spstr /SN T pro stˇredn´ı zat´ıˇzen´ı transformátoru

T

poˇcet hodin za mˇes´ıc [hod] 8


Miroslav Moc 2014

T¯

pr˚ umˇern´ y poˇcet hodin za mˇes´ıc [hod/m]

Tm

doba vyuˇzit´ı maxima [hod]

Tprov

doba provozu [hod]

T∆

doba pln´ ych ztrát [hod]

TOh

transformátor olejov´ y hermetizovan´ y

TSz

transformátor such´ y zalévan´ y

tc

koneˇcná teplota kabelu pˇri Ip nebo pˇri nadproudech I [◦ C]

tk

doba trván´ı zkratu; ˇcas vypnut´ı zkratu [s]

tmax

maximáln´ı doba odpojen´ı od zdroje [s]

tvyp

ˇcas vypnut´ı nadproud˚ u [s]

τ

ˇcasová oteplovac´ı konstanta kabelu [s]

ϑ0

základn´ı teplota okoln´ıho prostˇred´ı; poˇcáteˇcn´ı teplota kabelu [◦ C]

ϑm

nejvyˇsˇs´ı provozn´ı teplota vodiˇce [◦ C]

∆ϑ

oteplen´ı kabelu pˇri Ip a nadproudech I za ˇcas tvyp [K]

∆ϑZ

dovolené oteplen´ı vodiˇce pˇri IZ [K]

U0

efektivn´ı jmenovitá hodnota napˇet´ı proti zemi [V]

UdL

dovolené dotykové napˇet´ı [V]

Un

jmenovité napˇet´ı [V]

∆Uf

u ´bytek fázového napˇet´ı [V]

uk%

procentn´ı napˇet´ı nakrátko transformátoru [%]

VN

hladina vysokého napˇet´ı

W

elektrická práce nebo energie [MWh]

Wi

elektrická práce nebo energie [MWh] za sledovan´ y mˇes´ıc i = 1 ÷ 12

Wstr

stˇredn´ı elektrická energie [MWh]

XS

reaktance s´ıtˇe [Ω]

ZD Z¯C

zemˇedˇelské druˇzstvo

Z¯P E Z¯S

impedance ochranného vodiˇce [Ω]

Z¯s Z¯sv

poruchová impedanˇcn´ı smyˇcka pro dobu vypnut´ı tmax [Ω]

Z¯T

impedance transformátoru [Ω]

celková impedance do m´ısta zkratu nebo m´ısta pˇripojen´ı [Ω] impedance s´ıtˇe [Ω] vypoˇctená impedance poruchové smyˇcky [Ω]

9

Kapitola 1 ´ Uvod Zemˇedˇelstv´ı je jedn´ım ze základn´ıch stavebn´ıch kamen˚ u prosperuj´ıc´ıho státu. Potravináˇrská sobˇestaˇcnost kaˇzdého státu je podstatnˇe závislá na domác´ı produkci potravin a jin´ ych potravináˇrsk´ ych v´ yrobk˚ u, at’ uˇz se jedná o rostlinné nebo ˇzivoˇciˇsné produkty. I v této oblasti má elektˇrina nezastupitelnou roli ve v´ yrobˇe. C´ılem této práce je navrhnout napájen´ı zemˇedˇelského druˇzstva v obci Jivina. Jelikoˇz podnik, jemuˇz areál patˇr´ı, má provozy rozm´ıstˇené ve tˇrech obc´ıch, je návrh ˇreˇsen jako modernizace areálu v obci Jivina a soustˇredˇen´ı vˇsech provoz˚ u v nˇem. Návrh napájen´ı je ˇreˇsen jako kompletn´ı modernizace areálu s pˇristavˇen´ım budovy doj´ırny, která zde v souˇcasnosti nen´ı. V následuj´ıc´ı kapitole navrhuji napájec´ı transformátor na základˇe roˇcn´ı spotˇrebované elektrické energie podniku potaˇzmo vˇsech provoz˚ u v nˇem. Nov´ y transformátor m˚ uˇze nahradit stávaj´ıc´ı transformátor, kter´ y napáj´ı areál jiˇz témˇeˇr 30 let. V dalˇs´ı kapitole kontroluji stávaj´ıc´ı kabelové veden´ı v areálu, zda-li splˇ nuje podm´ınky ˇ ˇ ˇ ˇ podle norem CSN 34 1610, CSN EN 60909, CSN 33 2000-4-41 a 43, CSN 33 2000-5-523 ˇ a CSN 38 1754. Dále dimenzuji nov´ y napájec´ı kabel k doj´ırnˇe. Ve ˇctvrté kapitole vol´ım druh kompenzace u ´ˇcin´ıku podniku na základˇe jeho nejvyˇsˇs´ıho a nejniˇzˇs´ıho odeb´ıraného jalového v´ ykonu. Volba kompenzaˇcn´ıho rozvadˇeˇce mus´ı b´ yt uˇcinˇena tak, aby nedocházelo k nedokompenzován´ı, ale i k pˇrekompenzován´ı u ´ˇcin´ıku. V pˇr´ıpadˇe nedokompenzován´ı hroz´ı podniku finanˇcn´ı sankce. V páté kapitole navrhuji s ohledem na charakter podniku záloˇzn´ı napájen´ı pro nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ı provozy, u nichˇz hroz´ı pˇri pˇreruˇsen´ı napájen´ı velké ztráty. Záloˇzn´ı zdroj je zvolen podle v´ ypoˇctového zat´ıˇzen´ı jednotliv´ ych provoz˚ u.

10

Kapitola 2 Pˇ ripojen´ı are´ alu k veˇ rejn´ e DS, n´ avrh transform´ atoru Kaˇzd´ y podnik je pˇripojen´ y pˇres vstupn´ı rozvodnu nebo transformovnu k distribuˇcn´ı s´ıti (dále jen DS), ta obsahuje jeden nebo v´ıce hlavn´ıch transformátor˚ u, pˇr´ıpadnˇe i záloˇzn´ı transformátor. Tento transformátor mˇen´ı velikost napˇet´ı v distribuˇcn´ı s´ıti na velikost napˇet´ı, na kter´ y jsou provozy a stroje v areálu navrˇzeny. Podle charakteru podniku m˚ uˇze b´ yt v areálu v´ıce podruˇzn´ ych transformátor˚ u. Podnik nemus´ı pracovat jen s jednou hladinou napˇet´ı. Pˇripojen´ı podniku k DS je na základˇe ˇza´dosti o pˇripojen´ı k n´ı a pˇredloˇzen´ı v´ ykonové charakteristiky podniku, kter´ y má b´ yt pˇripojen. Tyto náleˇzitosti jsou provádˇeny, aby nedocházelo k nepˇr´ıpustnému ovlivnˇen´ı kvality dodávky elektrické energie jin´ ym koncov´ ym uˇzivatel˚ um. Podm´ınky, za kter´ ych je moˇzno podnik pˇripojit k DS, jsou definovány ve zdroji [20] - Podm´ınky provozován´ı distribuˇcn´ıch soustav.“ ” Pro návrh je nutné znát hodnoty zkratov´ ych proud˚ u a v´ ykon˚ u v m´ıstˇe pˇripojen´ı. //

Vzhledem k tomu, ˇze zkratov´ y proud IkS v m´ıstˇe pˇripojen´ı nebyl znám, bylo nutno tento //

u ´daj vypoˇc´ıtat ze zjiˇstˇené hodnoty zkratového proudu IkS v rozvodnˇe v Mladé Boleslavi. //

Aby mohl b´ yt zkratov´ y v´ ykon Sk vypoˇc´ıtán, bylo nutné zjistit parametry distribuˇcn´ıho veden´ı do areálu ZD Jivina. Distribuˇcn´ı veden´ı 22 kV je dlouhé 17,587 km a vede z rozvodny v Mladé Boleslavi do obce Pt´ yrovec, kde je vodiˇcem AlFe6 95 mm2 , a z této vesnice vede veden´ı AlFe6 35 mm2 do m´ısta pˇripojen´ı v obci Jivina. Trasa veden´ı je naznaˇcená v obrázku 2.1. Vˇsechny stroje, zaˇr´ızen´ı a provozy jsou pˇripojeny na hladinˇe 0,4 kV, proto je zde jedin´ y hlavn´ı transformátor 22/0,4 kV. Pˇri návrhu tohoto transformátoru mus´ı b´ yt brán v potaz pˇrenáˇsen´ y v´ ykon do podniku a ekonomick´ y provoz, aby nebyly náklady na poˇr´ızen´ı transformátoru a jeho provoz pˇr´ıliˇs 11


Miroslav Moc 2014

Obrázek 2.1: Vyznaˇcen´ı trasy DS z rozvodny v Mladé Boleslavi do obce Jivina u Mnichova Hradiˇstˇe[25]

vysoké. V následuj´ıc´ıch ˇcástech je uveden v´ ypoˇcet potˇrebn´ y pro návrh napájec´ıho transformátoru.

2.1

Zkratov´ y v´ ykon v m´ıstˇ e pˇ ripojen´ı

Pro v´ ypoˇcet odporu, reaktanc´ı a zkratového v´ ykonu jsou pouˇzity tyto rovnice [2]: c · Un XS = √ // 3 · IkS

(2.1)

X = xk · l

(2.2)

R = rk · l

(2.3)

12


Miroslav Moc 2014

XC = X1 + X2 + · · · + Xn

(2.4)

RC = R1 + R2 + · · · + Rn

(2.5)

Z¯C = RC + j · XC = //

Sk =

q RC2 + XC2

c · Un2 Z¯C

(2.6)

(2.7)

Na obrázku 2.2 je ukázáno schéma zapojen´ı od rozvodny v Mladé Boleslavi k m´ıstu pˇripojen´ı a také náhradn´ı schéma s ˇcinn´ ymi odpory a reaktancemi veden´ı, které maj´ı vliv na v´ ysledek v´ ypoˇctu zkratového v´ ykonu, jeˇz je uveden n´ıˇze. Pro v´ ypoˇcty jsou pouˇzity a upraveny rovnice 2.1 aˇz 2.7 uvedené v´ yˇse.

Obrázek 2.2: Schéma zapojen´ı prvk˚ u a n´ ahradn´ı schéma pro výpoˇcet hodnot v m´ıstˇe pˇripojen´ı

13


Miroslav Moc 2014

Parametry veden´ı: Veden´ı V1:

Veden´ı V2:

AlFe6 95mm2

l = 12, 669km

xk = 0, 284Ω/km

rk = 0, 369Ω/km

AlFe6 35mm2

l = 4, 918km

xk = 0, 316Ω/km

rk = 0, 97Ω/km

c · Un 1, 1 · 22 XS = √ = 1, 683Ω =√ // 3 · 8, 3 3 · IkS XV 1 = xk · l = 0, 284 · 12, 669 = 3, 598Ω RV 1 = rk · l = 0, 396 · 12, 669 = 5, 017Ω XV 2 = xk · l = 0, 316 · 4, 918 = 1, 554Ω RV 2 = rk · l = 0, 97 · 4, 918 = 4, 77Ω XC = XV 1 + XV 2 = 1, 683 + 3, 598 + 1, 554 = 6, 835Ω RC = RV 1 + RV 2 = 5, 017 + 4, 77 = 9, 787Ω q p Z¯C = RC2 + XC2 = 9, 7872 + 6, 8352 = 11, 938Ω c · Un2 1, 1 · 222 . = = 44, 6M V A = 45M V A 11, 938 Z¯C Z v´ ypoˇctu je patrné, ˇze zkratov´ y v´ ykon v m´ıstˇe pˇripojen´ı ˇcin´ı 45 MVA. Zjiˇstˇen´ı této //

Sk

=

hodnoty tvoˇr´ı základ pro dalˇs´ı návrh transformátoru s ohledem na v´ ypoˇctové zat´ıˇzen´ı a kontrolu u ´bytku napˇet´ı pˇri rozbˇehu nejvˇetˇs´ıho motoru v areálu.

2.2

N´ avrh nap´ ajec´ıho transform´ atoru

Jak jiˇz bylo zm´ınˇeno, je nutné pˇri návrhu transformátoru uvaˇzovat v´ ykon pˇrenáˇsen´ y transformátorem. Pro návrh transformátoru je nezbytné urˇcit v´ ypoˇctové zat´ıˇzen´ı v areálu podniku a provést kontrolu u ´bytku napˇet´ı pˇri rozbˇehu nejvˇetˇs´ıho motoru v areálu.

2.2.1

V´ ypoˇ ctov´ e zat´ıˇ zen´ı

V´ ypoˇctové zat´ıˇzen´ı Pp je spoˇcteno z instalovaného v´ ykonu budov v podniku pomoc´ı ˇcinitele nároˇcnosti. Tato spoˇctená hodnota urˇc´ı pˇribliˇzn´ y potˇrebn´ y v´ ykon pˇrenáˇsen´ y transformátorem do areálu a t´ım m˚ uˇze b´ yt odhadnuto zat´ıˇzen´ı napájec´ıho transformátoru. V tabulce 2.1 jsou vypsány hodnoty instalovaného v´ ykonu Pi a v´ ypoˇctového zat´ıˇzen´ı budov v areálu vˇcetnˇe celkového v´ ypoˇctového v´ ykonu PpC spoˇcteného podle rovnice 2.9. 14


Miroslav Moc 2014

ˇ c.

Objekt

Pi [kW] β

Pp [kW]

1

Doj´ırna

90,61

0,9

81,55

2

Krav´ın

7,51

0,8

6,01

3

OMD - teletn´ık

5,49

0,8

4,39

4

Dr˚ ubeˇzárna

46,74

0,9

42,07

5

Kr˚ ut’a´rna

36,8

0,9

33,12

6

0,8

0,028

7

Suˇsiˇcka 0,032 ˇ cka (vˇc. sil) 65 Cistiˇ

0,8

52

8

Sen´ık

93,1

0,5

46,55

9

Progres

7,8

0,8

6,24

10 D´ılny

124,64

0,2

24,93

11 Kanceláˇre ˇ 12 Cerpac´ ı stanice

17,86

0,5

8,93

5,54

0,39

2,16

PpC

307,98

Tabulka 2.1: Instalované výkony [19] a výpoˇctov´ a zat´ıˇzen´ı objekt˚ u v podniku

Pro kaˇzdou budovu je zde urˇcen ˇ cinitel n´ aroˇ cnosti β, kter´ y m˚ uˇze b´ yt vypoˇcten z ˇ ˇcinitele souˇcasnosti a ˇcinitele zat´ıˇzitelnosti ku u ´ˇcinnosti spotˇrebiˇc˚ u a napájec´ı s´ıtˇe. Cinitel souˇcasnosti pˇredstavuje pomˇer souˇcasnˇe pˇripojen´ ych spotˇrebiˇc˚ u ku celkovému instalovanému v´ ykonu a ˇcinitel zat´ıˇzitelnosti je pomˇer v´ ykonu souˇcasnˇe pˇripojen´ ych spotˇrebiˇc˚ u ku celkovému v´ ykonu dané skupiny spotˇrebiˇc˚ u.[8] ˇ Druhou moˇznost´ı, jak urˇcit β, jsou tabulky, které jsou souˇcást´ı normy CSN 34 1610. [1] Jelikoˇz ZD Jivina má specifick´ y charakter provozu, je β pro ˇcerpac´ı stanici urˇcen z norem, β pro ˇcistiˇcku je vzat z revizn´ı zprávy [19] a zb´ yvaj´ıc´ı hodnoty ˇcinitele nároˇcnosti jsou uvaˇzovány na základˇe konzultace s odborn´ıkem z praxe, protoˇze nebyly pˇredmˇetem revizn´ıch zpráv nebo nebyly v nich ˇcitelné. V zásadˇe β urˇcuje reálné zat´ıˇzen´ı objektu. V´ ypoˇctové zat´ıˇzen´ı se tedy spoˇcte podle rovnic [1]: Pp = β · Pi

(2.8)

PpC = Pp1 + Pp2 + · · · + Ppn

(2.9)

Také, kv˚ uli zm´ınˇenému specifickému charakteru provozu, je zde zaveden vz´ ajemn´ y

15


Miroslav Moc 2014

ˇ cinitel n´ aroˇ cnosti budov opˇet znaˇcen´ y β. Na základˇe zkuˇsenost´ı odborn´ık˚ u z praxe je uvaˇzováno β = 0, 6. To znamená, ˇze celkov´ y v´ ypoˇctov´ y v´ ykon bude ˇcinit podle upravené rovnice 2.8: X

Pp = β · PpC = 0, 6 · 307, 98 = 184, 788kW

S ohledem na skladbu motor˚ u (tabulka 1 na stranˇe I v pˇr´ıloze A), provoz a zkuˇsenosti pracovn´ık˚ u je moˇzné uvaˇzovat stˇ redn´ı u ´ˇ cin´ık cos ϕstr = 0, 8. Na základˇe znalosti u ´ˇcin´ıku P je moˇzné stanovit zd´ anliv´ e v´ ypoˇ ctov´ e zat´ıˇ zen´ı Sp .[1] X

P

Sp =

Pp cos ϕstr

(2.10)

Po dosazen´ı do rovnice 2.10 se dostane: Bez kompenzace: X

Sp =

184, 788 = 230, 985kV A 0, 8

Po kompenzaci (cos ϕ0 = 0, 95): X

Sp =

184, 788 = 194, 514kV A 0, 95

Z v´ ysledné hodnoty v´ ypoˇctu zdánlivého v´ ypoˇctového v´ ykonu areálu je moˇzné urˇcit v´ ykon napájec´ıho transformátoru. Vzhledem k v´ ypoˇctovému zat´ıˇzen´ı podniku je moˇzno urˇcit v´ ykon transformátoru ST = 250kV A , kter´ y bude zat´ıˇzen na 92% bez kompenzace u ´ˇcin´ıku a na 77,8% po kompenzaci u ´ˇcin´ıku, a kter´ y nahrad´ı stávaj´ıc´ı transformátor o v´ ykonu ST = 400kV A. Ten by byl zat´ıˇzen na 58% bez kompenzace u ´ˇcin´ıku. Kompenzaci u ´ˇcin´ıku je vˇenována 4. kapitola této práce.

2.2.2

Kontrola na u ´ bytek napˇ et´ı v s´ıti pˇ ri rozbˇ ehu nejvˇ etˇ s´ıho motoru v are´ alu

Pro kaˇzd´ y návrh transformátoru je nezbytné zkontrolovat u ´bytek napˇet´ı pˇri rozbˇehu nejvˇetˇs´ıho motoru v podniku. Kaˇzd´ y rozbˇeh motoru má za následek zmˇenu napˇet´ı v s´ıti, respektive jeho pokles. Tato kontrola se provád´ı, protoˇze chod ostatn´ıch spotˇrebiˇc˚ u by nemˇel b´ yt ovlivnˇen a mus´ı b´ yt zajiˇstˇena jejich plynulá ˇcinnost. Dále v s´ıt´ıch NN nesm´ı nastat zmˇena napˇet´ı vˇetˇs´ı neˇz 6%. [7]

16


Miroslav Moc 2014

Pro tuto kontrolu jsou pouˇzity následuj´ıc´ı rovnice [2, 7]: 1 1 Z¯S = Z¯C · 2 = (RC + j · XC ) · 2 p p

(2.11)

uk% UN2 · Z¯T = 100 SN T

(2.12)

∆Pk UN2 · SN T SN T

(2.13)

q XT = Z¯T2 − RT2

(2.14)

∆Uf = RC · Ir · cos ϕr + XC · Ir · sin ϕr

(2.15)

RT =

√

3 · ∆Uf · 100 (2.16) UN Pro v´ ypoˇcet celkové reaktance, odporu a impedance jsou pouˇzity rovnice 2.4, 2.5 a d=

2.6. Rovnice 2.11 ukazuje pˇrepoˇcet celkové impedance s´ıtˇe, která byla spoˇctena na hladinˇe VN 22 kV v pˇredeˇslé ˇcásti, na hladinu NN 0,4 kV. Pro v´ ypoˇcet jmenovitého a rozbˇehového proudu motoru jsou pouˇzity rovnice [8]: IN = √

P 3 · UN · cos ϕN · η

Ir = ik · IN

(2.17)

(2.18)

Pomoc´ı v´ yˇse uveden´ ych rovnic je moˇzné urˇcit procentn´ı zmˇenu napˇet´ı pˇri rozbˇehu nejvˇetˇs´ıho motoru v areálu, kter´ y je instalován v budovˇe doj´ırny (viz pˇr´ıloha A strana I, tabulka 1). Parametry motoru: P = 12kW ; UN = 400V ; cos ϕN = 0, 8; ik = 5; η = 0, 9; cos ϕr = 0, 3 ⇒ sin ϕr = 0, 954 IN = √

P 12 · 103 =√ = 24, 06A 3 · UN · cos ϕN · η 3 · 400 · 0, 8 · 0, 9

Ir = ik · IN = 5 · 24, 06 = 120, 3A

17


Miroslav Moc 2014

Obrázek 2.3: Schéma zapojen´ı prvk˚ u a n´ ahradn´ı schéma pro kontrolu u ´bytku napˇet´ı pˇri rozbˇehu nejvˇetˇs´ıho motoru v are´ alu

Z v´ ypoˇctu vypl´ yvá, ˇze rozbˇehov´ y proud motoru ˇcin´ı 120,3 A. V následuj´ıc´ıch v´ ypoˇctech je zahrnutá impedance s´ıtˇe a transformátoru. V´ ypoˇcet je proveden pro v´ ykon stávaj´ıc´ıho i novˇe navrˇzeného transformátoru se standardn´ımi ztrátami. Transformátor ST = 400kV A; uk% = 4%; ∆Pk = 6kW : 2 1 0, 4 ¯ = 3, 235 · 10−3 + j · 2, 259 · 10−3 Ω ZS = (RC + j · XC ) · 2 = (9, 787 + j · 6, 835) · p 22 4 uk% UN2 4002 = Z¯T = · · = 0, 016Ω 100 SN T 100 400 · 103 4002 ∆Pk UN2 6 · 103 · = 0, 006Ω RT = · = SN T SN T 400 · 103 400 · 103 q p XT = Z¯T2 − RT2 = 0, 0162 − 0, 0062 = 0, 015Ω RC = RS + RT = 3, 235 · 10−3 + 6 · 10−3 = 9, 235 · 10−3 Ω XC = XS + XT = 2, 259 · 10−3 + 15 · 10−3 = 17, 259 · 10−3 Ω Z¯C = RC + j · XC = 9, 235 · 10−3 + j · 17, 259 · 10−3 Ω ´ Ubytek napˇet´ı pro transformátor ST = 400kV A: ∆Uf = RC · Ir · cos ϕr + XC · Ir · sin ϕr = = 9, 235 · 10−3 · 120, 3 · 0, 3 + 17, 259 · 10−3 · 120, 3 · 0, 954 = 2, 296V √ √ 3 · ∆Uf 3 · 2, 296 d = · 100 = · 100 = 0, 994% < 6% UN 400

18


Miroslav Moc 2014

Transformátor ST = 250kV A; uk% = 4%; ∆Pk = 4, 1kW : 2 1 0, 4 ¯ ZS = (RS + j · XS ) · 2 = (9, 787 + j · 6, 835) · = 3, 235 · 10−3 + j · 2, 259 · 10−3 Ω p 22 4 4002 uk% UN2 · = · Z¯T = = 25, 6 · 10−3 Ω 100 SN T 100 250 · 103 4, 1 · 103 4002 ∆Pk UN2 · = · = 10, 5 · 10−3 Ω RT = SN T SN T 250 · 103 250 · 103 q p XT = Z¯T2 − RT2 = (25, 6 · 10−3 )2 − (10, 5 · 10−3 )2 = 23, 35 · 10−3 Ω RC = RS + RT = 3, 235 · 10−3 + 10, 5 · 10−3 = 13, 735 · 10−3 Ω XC = XS + XT = 2, 259 · 10−3 + 23, 35 · 10−3 = 25, 609 · 10−3 Ω Z¯C = RC + j · XC = 13, 735 · 10−3 + j · 25, 609 · 10−3 Ω ´ Ubytek napˇet´ı pro transformátor ST = 250kV A: ∆Uf = RC · Ir · cos ϕr + XC · Ir · sin ϕr = = 13, 735 · 10−3 · 120, 3 · 0, 3 + 25, 609 · 10−3 · 120, 3 · 0, 954 = 3, 408V √ √ 3 · ∆Uf 3 · 3, 408 d = · 100 = · 100 = 1, 476% < 6% UN 400 Na základˇe v´ yˇse uveden´ ych v´ ypoˇct˚ u je moˇzné ˇr´ıci, ˇze procentn´ı u ´bytek napˇet´ı v s´ıti splˇ nuje podm´ınku a tedy chod ostatn´ıch zaˇr´ızen´ı je jen minimálnˇe ovlivnˇen. Dále je tˇreba ovˇeˇrit pˇret´ıˇzen´ı transformátoru pˇri rozbˇehu nejvˇetˇs´ıho motoru. Zde plat´ı podm´ınka [8]: SM = X

P cosϕ · η

Sp − SM + ik · SM ≤ 125%SN T

(2.19)

(2.20)

Z rovnice 2.19 se stanov´ı zdánliv´ y v´ ykon nejvˇetˇs´ıho motoru. Z podm´ınky 2.20 vypl´ yvá, ˇze pˇri rozbˇehu nejvˇetˇs´ıho motoru nesm´ı pˇret´ıˇzen´ı transformátoru pˇrekroˇcit 125%SN T . Jedná se o ˇcastˇejˇs´ı rozbˇehy v s´ıt´ıch NN. Následuj´ıc´ı v´ ypoˇcet je proveden jen pro transformátor 250 kVA. Vzhledem k v´ ypoˇctovému zat´ıˇzen´ı, nehroz´ı toto pˇret´ıˇzen´ı u transformátoru 400 kVA. P 12 SM = = = 16, 667kV A cosϕ · η 0, 8 · 0, 9 P ( Sp − SM ) + ik · SM · 100 ≤ 125% SN T (230, 985 − 16, 667) + 5 · 16, 667 · 100 = 119, 061% ≤ 125% 250 19


Miroslav Moc 2014

Z v´ ypoˇctu je patrné, ˇze transformátor bude pˇret´ıˇzen pˇri rozbˇehu nejvˇetˇs´ıho motoru na 119, 061%SN T . T´ım je splnˇena podm´ınka 2.20.

2.3

Doba vyuˇ zit´ı maxima, doba pln´ ych ztr´ at a ekonomick´ a v´ yhodnost transform´ atoru

Aby mohla b´ yt posouzena ekonomická v´ yhodnost transformátoru, je potˇreba stanovit dobu vyuˇzit´ı maxima a s n´ı souvisej´ıc´ı dobu pln´ ych ztrát transformátoru. Tyto dvˇe veliˇciny maj´ı velk´ y vliv na v´ ypoˇcet ekonomické v´ yhodnosti transformátoru. Také maj´ı informativn´ı charakter o zat´ıˇzen´ı transformátoru a také se s jejich pomoc´ı poˇc´ıtaj´ı ztráty na transformátorech. Základem v´ ypoˇctu tˇechto dob jsou namˇeˇrené hodnoty spotˇrebované elektrické energie podnikem za sledované obdob´ı. Tyto hodnoty jsou zaznamenány v tabulce 2 v pˇr´ıloze A na stranˇe II. Nutno ˇr´ıci, ˇze z tˇechto namˇeˇren´ ych hodnot se jev´ı vzájemn´ y ˇcinitel nároˇcnosti budov menˇs´ı, neˇz s jakou je poˇc´ıtáno v ˇca´sti V´ ypoˇ ctov´ e zat´ıˇ zen´ı. To bude ukázáno v následuj´ıc´ıch ˇca´stech kapitoly. Obrázek 2.4 ukazuje graf spotˇrebované elektrické energie za rok 2012 v MWh. Je také z nˇeho vidˇet, ˇze nejvyˇsˇs´ı hodnota spotˇrebované energie je za mˇes´ıc ˇr´ıjen.

Obr´ azek 2.4: Graf spotˇrebované energie za rok 2012

20


2.3.1

Miroslav Moc 2014

Doba vyuˇ zit´ı maxima

Je to doba, pˇri které by bylo stejné mnoˇzstv´ı elektrické energie W pˇrenáˇseno konstantn´ım maximáln´ım zat´ıˇzen´ım transformátoru Pm , jako promˇenn´ ym zat´ıˇzen´ım transformátoru za dobu provozu Tprov , která obvykle ˇcin´ı 8760 hodin roˇcnˇe. Doba provozu je ˇcas, po kter´ y je transformátor v chodu. Doba vyuˇzit´ı maxima se vypoˇc´ıtá dle následuj´ıc´ıch rovnic [9, 10]: W Pm

(2.21)

Tm Tprov

(2.22)

Tm =

km =

Dobu vyuˇzit´ı maxima je moˇzné uvést i jako pomˇernou dobu vyuˇzit´ı maxima km vztaˇzenou k dobˇe provozu, jak je vidˇet z rovnice 2.22. Tato pomˇerná doba vyuˇzit´ı maxima je poté pouˇzita pro v´ ypoˇcet doby pln´ ych ztrát. Maximáln´ı v´ ykon Pm , se kter´ ym se poˇc´ıtá v rovnici 2.21, se zmˇeˇr´ı mˇeˇriˇcem ˇspiˇckového v´ ykonu pˇr´ımo v odbˇerném m´ıstˇe. Vzhledem k tomu, ˇze v areálu ZD Jivina nen´ı toto mˇeˇren´ı instalováno, vycház´ı se z nejvyˇsˇs´ı mˇes´ıˇcn´ı hodnoty elektromˇerem zmˇeˇrené spotˇrebované energie Wi dosaˇzené ve sledovaném roce. Dostane se tedy pˇribliˇzn´ y maximáln´ı v´ ykon, kter´ y je pr˚ umˇerem v´ ykon˚ u za dan´ y mˇes´ıc. Jedná se tedy o mˇes´ıc, kde byla nejvyˇsˇs´ı hodnota spotˇrebované elektrické energie. Pro tento maximáln´ı v´ ykon plat´ı rovnice: Pm =

Wi T

(2.23)

Pro tuto rovnici 2.23 plat´ı, ˇze T je poˇcet hodin v jednom mˇes´ıci. V následuj´ıc´ım v´ ypoˇctu jsou uplatnˇeny v´ yˇse zm´ınˇené rovnice a poˇc´ıtaj´ı s hodnotami pro rok 2012 z tabulky 2 v pˇr´ıloze A na stranˇe II. Hodnoty pro v´ ypoˇcet Tm : provozn´ı doba Tprov = 8760hod/rok;

odebraná el. energie za rok 2012 W = 254, 588M W h;

odebraná el. energie za ˇr´ıjen W10 = 31, 135M W h 31, 135 = 0, 04185M W = 41, 85kW 24 · 31 254, 588 = = 6083, 345hod 41, 85 · 10−3 6083, 345 = = 0, 694 8760

Pm = Tm km

21


Miroslav Moc 2014

Z tohoto v´ ypoˇctu se dˇr´ıve zm´ınˇen´ y vzájemn´ y ˇcinitel nároˇcnosti jev´ı menˇs´ı neˇz s jak´ ym je poˇc´ıtáno v´ ypoˇctové zat´ıˇzen´ı transformátoru. Obdobnˇe je moˇzné vypoˇc´ıtat stˇredn´ı zat´ıˇzen´ı transformátoru. Pro tento v´ ypoˇcet se uplatˇ nuj´ı stejné rovnice, ale jiˇz trochu upravené. Zde se také uˇz vycház´ı z pr˚ umˇerné mˇes´ıˇcn´ı hodnoty spotˇrebované elektrické energie, která odpov´ıdá stˇredn´ımu zat´ıˇzen´ı transformátoru ve sledovaném roce. W 254, 588 = = 21, 216M W h 12 12 8760 Tprov = = 730hod/m T¯ = 12 12 Wstr 21, 216 = 29, 06kW Pstr = = ¯ 730 T

Wstr =

Po dosazen´ı Pstr do rovnice 2.21 na m´ısto Pm bude Tprov = Tm = 8760hod. Podle tohoto v´ ypoˇctu stˇredn´ıho zat´ıˇzen´ı je moˇzné ˇr´ıci, ˇze pr˚ umˇernˇe by byly v areálu pˇripojeny stroje a zaˇr´ızen´ı o celkovém v´ ykonu 29,06 kW kaˇzd´ y mˇes´ıc a t´ım by se dosáhlo velmi vyrovnaného diagramu zat´ıˇzen´ı, respektive stˇredn´ı zat´ıˇzen´ı transformátoru.

2.3.2

Doba pln´ ych ztr´ at

Tato doba udává ˇcas, za kter´ y by byly stejné ztráty elektrické energie na transformátoru, jako pˇri promˇenném zat´ıˇzen´ı ve sledovaném obdob´ı. Pro v´ ypoˇcet doby pln´ ych ztrát v pˇr´ıpadˇe ZD Jivina je pouˇzita následuj´ıc´ı rovnice [9]: 2 T∆ = [0, 3 · km + 0, 7 · km ] · Tprov

(2.24)

Z rovnice 2.24 je vidˇet, ˇze poˇc´ıtá s pomˇernou hodnotou doby vyuˇzit´ı maxima, která byla spoˇctena v pˇredeˇslé ˇcásti. V´ ypoˇcet n´ıˇze aplikuje tuto rovnici pro v´ ypoˇcet doby pln´ ych ztrát pro poˇc´ıtan´ y podnik. T∆ = [0, 3 · 0, 694 + 0, 7 · 0, 6942 ] · 8760 = 4777hod V´ ysledná doba pln´ ych ztrát napájec´ıho transformátoru v podniku ˇcin´ı 4777 hodin za rok 2012. Tato hodnota je pˇribliˇzná s ohledem na v´ yˇse spoˇcten´ y maximáln´ı v´ ykon. Jestliˇze se provede stejn´ y v´ ypoˇcet podle rovnic 2.22 a 2.24 pro stˇredn´ı zat´ıˇzen´ı, bude T∆ = Tm = Tprov = 8760hod, protoˇze km pro stˇredn´ı zat´ıˇzen´ı bude rovno jedné.

22


2.3.3

Miroslav Moc 2014

Ekonomick´ a v´ yhodnost transform´ atoru

Zde vyvstává otázka pro investora, jak´ y transformátor pouˇz´ıt do areálu podniku, pˇres kter´ y se pˇripoj´ı do DS. Na trhu je jiˇz v´ıce druh˚ u transformátor˚ u, které maj´ı standardn´ı ˇci niˇzˇs´ı ztráty. Zde plat´ı, ˇze ˇc´ım jsou niˇzˇs´ı ztráty, t´ım vyˇsˇs´ı je poˇrizovac´ı cena. Záleˇz´ı tedy na investorovi, zda-li má dostatek finanˇcn´ıch prostˇredk˚ u na poˇr´ızen´ı konkrétn´ıho transformátoru a na jeho provoz. Ztráty naprázdno transformátoru maj´ı nemˇenn´ y vliv na provozn´ı náklady, protoˇze transformátor je v chodu nepˇretrˇzitˇe, at’ je jeho zat´ıˇzen´ı témˇeˇr nulové nebo je pˇret´ıˇzen. Avˇsak ztráty nakrátko jsou prakticky promˇenné podle zat´ıˇzen´ı. Zde hraje roli, v pˇredeˇslé ˇca´sti spoˇctená, doba pln´ ych ztrát T∆ . Pro v´ ypoˇcet celkov´ ych náklad˚ u na poˇr´ızen´ı a provoz navrhovaného transformátoru je pouˇzita rovnice metody diskontovan´ ych n´ aklad˚ u [28]:  Nn = C +

n X

"

Tprov · ∆P0 + T∆ · ∆Pk ·

k=1

Spmax SN T

2 #

a

k

1 +    100 ·B·   e  1+ 100

(2.25)

Rovnice 2.25 v tomto tvaru je pro v´ ypoˇcet náklad˚ u pˇri v´ ypoˇctovém maximáln´ım zat´ıˇzen´ı Spmax ve sledovaném roce. Po dosazen´ı stˇredn´ıho v´ ypoˇctového zat´ıˇzen´ı Spstr a tedy i pˇri podm´ınce Tprov = T∆ = 8760hod bude upraven´ y tvar rovnice vypadat:  Nn = C +

n X

"

8760 · ∆P0 + ∆Pk ·

k=1

Spstr SN T

2 #

a

k

 1 +   100 ·B·   e  1+ 100

(2.26)

Kde: a odhadovan´ y procentn´ı nár˚ ust ceny el. energie za vyhodnocené obdob´ı [%/rok] B

kalkulaˇcn´ı cena za 1kWh [Kˇc]

C

poˇrizovac´ı cena transformátoru [Kˇc]

e

inflaˇcn´ı m´ıra [%] Rovnice 2.25 a 2.26 jsou na prvn´ı pohled rozdˇelené na dvˇe ˇcásti. Prvn´ı ˇcást pˇred sumou

pˇredstavuje poˇrizovac´ı náklady. Druhá ˇca´st za sumou pˇredstavuje provozn´ı náklady za jednotlivé roky k. Rovnice jsou aplikovány v následuj´ıc´ım modelovém pˇr´ıkladˇe. V nˇem se poˇc´ıtaj´ı náklady 23


Miroslav Moc 2014

pro transformátor obˇema zp˚ usoby, tj. pro plné a stˇredn´ı zat´ıˇzen´ı. Parametry transformátoru od firmy POWER-ENERGO, typ TOh, standardn´ı ztráty: SN T = 400kV A;

ztráty naprázdno ∆P0 = 0, 93kW ;

ztráty nakrátko ∆Pk = 6kW

Parametry pro v´ ypoˇcet podle rovnice 2.25 (pro Spmax ): cena transformátoru C = 125000Kˇc; nár˚ ust ceny a = 1, 9%/rok [26]; inflaˇcn´ı m´ıra e = 2, 1% [26]; cena za el. energii B = 5, 12Kˇc/kWh [27]; Spmax /SN T = 0, 1308; doba pln´ ych ztrát T∆ = 4777hod  Nn = 125000 +

n X

2

8760 · 0, 93 + 4777 · 6 · 0, 1308

k=1

1, 9

k

1 +    100 · 5, 12 ·    2, 1 1+ 100

Provozn´ı náklady v Kˇc

Celkové náklady v Kˇc na poˇr´ızen´ı transformátoru

pro 7 let:

a provoz 7 let:

pn1 = 44136, −

N7 = 125000 + 44136 + 44049 + 43963 + 43877 + + 43791 + 43705 + 43619 = 432140, −

pn2 = 44049, − pn3 = 43963, − pn4 = 43877, − pn5 = 43791, − pn6 = 43705, − pn7 = 43619, −

Parametry pro v´ ypoˇcet podle rovnice 2.26 (pro Spstr ): cena transformátoru C = 125000Kˇc; nár˚ ust ceny a = 1, 9%/rok [26]; inflaˇcn´ı m´ıra e = 2, 1% [26]; cena za el. energii B = 5, 12Kˇc/kWh [27]; Spstr /SN T = 0, 091  Nn = 125000 +

1, 9

k

1 +   100 8760 · 0, 93 + 6 · 0, 0912 · 5, 12 ·    2, 1 k=1 1+ 100

n X

24


Miroslav Moc 2014

Provozn´ı náklady v Kˇc

Celkové náklady v Kˇc na poˇr´ızen´ı transformátoru

pro 7 let:

a provoz 7 let:

pn1 = 43854, −

N7 = 125000 + 43854 + 43768 + 43682 + 43597 +

pn2 = 43768, −

+ 43511 + 43426 + 43341 = 430180, −

pn3 = 43682, − pn4 = 43597, − pn5 = 43511, − pn6 = 43426, − pn7 = 43341, − Provozn´ı náklady vypoˇc´ıtané obˇema zp˚ usoby se liˇs´ı jen jednotkami stovek v cenˇe, coˇz m˚ uˇze b´ yt povaˇzováno za soumˇeˇritelné. Rozd´ıl v celkov´ ych nákladech pro 7 let ˇcin´ı cca 2 000 Kˇc, samozˇrejmˇe rozd´ıl ve spoˇcten´ ych nákladech obˇema zp˚ usoby se bude zvyˇsovat rostouc´ım poˇctem let, pro které budou tyto náklady spoˇcteny. Stále vˇsak to pˇredstavuje minimum v pomˇeru s hodnotami náklad˚ u, které jdou u nˇekter´ ych transformátor˚ u do v´ıce neˇz milionu korun. Pro srovnán´ı poˇrizovac´ıch a provozn´ıch náklad˚ u je v tomto pˇr´ıpadˇe pouˇzit v´ ypoˇcet pro stˇredn´ı zat´ıˇzen´ı. Tabulky 2.2 aˇz 2.4 ukazuj´ı porovnán´ı cen a provozn´ıch náklad˚ u transformátor˚ u 400 kVA a 250 kVA, vˇcetnˇe stávaj´ıc´ıho transformátoru v areálu. Provozn´ı náklady pro stávaj´ıc´ı transformátor jsou uvedeny v tabulce 2.2. Spoleˇ cnost

Typ

Cena [Kˇ c]

Ztr´ aty

N5 [Kˇ c]

N7 [Kˇ c]

N20 [Kˇ c]

N25 [Kˇ c]

nezn´ am´ a

TOh

neznámá

EoDk

218 413

305 180

860 949

1 070 962

Tabulka 2.2: Provozn´ı n´ aklady st´ avaj´ıc´ıho transform´ atoru 400kV A - Spstr a T∆ = Tprov = 8760hod

V takov´ ychto velk´ ych projektech, jako je kompletn´ı modernizace nebo nová v´ ystavba podniku, se mus´ı uˇcinit poptávka na transformátor na základˇe charakteru podniku, jeho v´ ypoˇctového zat´ıˇzen´ı a následného urˇcen´ı minimáln´ıho v´ ykonu transformátoru. V´ yrobn´ı spoleˇcnosti, napˇr. ty uvedené v tabulkách, reaguj´ı nab´ıdkou, kde sdˇel´ı cenu a parametry transformátoru. Sám investor nebo projektant spoˇcte jejich celkové náklady na nˇekolik let a porovná 25

Návrh napájen´ı zemˇedˇelského objektu Spoleˇ cnost POWER-

Typ TOh

ENERGO TSz TOh ABB BEZ ˇ ÍKOC

TSz TOh

´ SEK ˇ VALA

Miroslav Moc 2014

Cena [Kˇ c]

Ztr´ aty

N5 [Kˇ c]

N7 [Kˇ c]

N20 [Kˇ c]

N25 [Kˇ c]

125 000

EoDk

343 413

430 180

985 949

1 195 962

152 000

CoCk

296 487

353 886

721 544

860 475

179 000

std.

455 392

565 192

1 268 492 1 534 255

209 000

red.

427 427

514 200

1 070 004 1 280 031

321 413

408 180

522 684

632 997

1 339 586 1 606 591 1 003 949 1 213 962

103 000 245 000

std.

963 949

1 173 962

143 000

EoDk

361 413

448 180

155 000

CoCk

299 487

356 886

724 544

863 475

204 000

AoBk

306 973

347 880

609 902

708 915

Tabulka 2.3: Srovn´ an´ı cen a n´ aklad˚ u transform´ ator˚ u 400kV A - Spstr a T∆ = Tprov = 8760hod

Spoleˇ cnost Elpro-Energo

Typ TOh

Cena [Kˇ c]

Ztr´ aty

N5 [Kˇ c]

N7 [Kˇ c]

N20 [Kˇ c]

N25 [Kˇ c]

141 400

EoDk

287 695

345 812

718 071

858 740

166 400

CoCk

276 384 320 077

599 940

705 694

190 500

AoBk

298 140

614 802

718 302

340 902

Tabulka 2.4: Srovn´ an´ı cen a n´ aklad˚ u transform´ ator˚ u 250kV A - Spstr a T∆ = Tprov = 8760hod

je. V tabulce 2.4 je zv´ yraznˇen tuˇcnˇe jeden transformátor od firmy Elpro-Energo, jehoˇz náklady jsou nejniˇzˇs´ı. Z toho vycház´ı, ˇze z dlouhodobého hlediska je finanˇcnˇe v´ yhodnˇejˇs´ı transformátor od firmy Elpro-Energo za 166 400 Kˇc. A vˇsak je nutné ˇr´ıci, ˇze investor zvaˇzuje koupi transformátoru také podle momentáln´ı finanˇcn´ı situace. V zásadˇe nemus´ı zakoupit draˇzˇs´ı transformátor, kter´ y je doporuˇcován z hlediska hospodárnosti, a zakoup´ı levnˇejˇs´ı transformátor, jehoˇz náklady na provoz jsou vyˇsˇs´ı neˇz provozn´ı náklady u doporuˇcovaného transformátoru. Investor˚ uv rozpoˇcet zahrnuje i náklady na rozvodnou s´ıt’ v areálu podniku, té se vˇenuje dalˇs´ı kapitola této práce. Zde je tedy pro ZD Jivina vybrán transformátor, jehoˇz náklady jsou zv´ yraznˇené v tabulce 2.4.

26

Kapitola 3 Dimenzov´ an´ı a jiˇ stˇ en´ı kabel˚ u Tato kapitola se vˇenuje kontrole stávaj´ıc´ıch a dimenzován´ı nov´ ych kabel˚ u od transformovny k podruˇzn´ ym rozvadˇeˇc˚ um. Zde je nutné dávat pozor na podm´ınky prostˇred´ı, zvolit vhodné uloˇzen´ı kabel˚ u a vhodnˇe zvolit trasy pro kabely. K tomu jsou koeficienty k1 , k2 aˇz kn , které slouˇz´ı pro pˇrepoˇcet hodnot liˇs´ıc´ıch se od základn´ıch podm´ınek pˇri dimenzován´ı kabel˚ u. Impedance kabel˚ u se urˇc´ı na základˇe jejich parametr˚ u z katalogu a délek, jeˇz jsou dány dispoziˇcn´ım ˇreˇsen´ım areálu. Na obrázku 3.1a je vyobrazeno stávaj´ıc´ı dispoziˇcn´ı ˇreˇsen´ı bez doj´ırny. Kv˚ uli kompletn´ı modernizaci podniku, je nutné v areálu vystavˇet jeˇstˇe budovu doj´ırny, jak je ukázáno na obrázku 3.1b.

Obrázek 3.1: a) Dispoziˇcn´ı mapa are´ alu bez doj´ırny [24] s doj´ırnou

27

b) Dispoziˇcn´ı mapa are´ alu


Miroslav Moc 2014

Od dispoziˇcn´ıho ˇreˇsen´ı se odv´ıj´ı i zp˚ usob zapojen´ı areálu, které je paprskové. To je ukázáno na obrázku 3.2.

Obr´ azek 3.2: Paprskové zapojen´ı provoz˚ u v are´ alu

Jestliˇze se jedná o kontrolu stávaj´ıc´ıho veden´ı v areálu, je nutné vyhledat u ´daje o typech kabel˚ u a jejich délkách, které jsou pouˇzity pro rozvody v podniku. V tabulce 3.1 je uveden soupis kabel˚ u k provoz˚ um a jejich délek. Dále je v této tabulce uveden´ y neznám´ y kabel u doj´ırny jako X. To znamená, ˇze v areálu bude novˇe navrhován pro novˇe vybudovanou doj´ırnu.

3.1

V´ ypoˇ cet r´ azov´ eho zkratov´ eho proudu za transform´ atorem //

Pro v´ ypoˇcet je d˚ uleˇzitá hodnota rázového zkratového proudu Ik za transformátorem na stranˇe NN, jak je znázornˇeno na obrázku 3.3. Tato hodnota tvoˇr´ı základ pro v´ ypoˇcty tepeln´ ych u ´ˇcink˚ u zkratového proudu na vodiˇc a pro návrh jiˇstˇen´ı veden´ı. Zde se vycház´ı z jiˇz dˇr´ıve vypoˇcten´ ych hodnot podle rovnice 2.11. V´ ypoˇcet impedance transformátoru je spoˇctena podle rovnic 2.12, 2.13 a 2.14. Celková impedance do m´ısta zkratu je podle 28

Návrh napájen´ı zemˇedˇelského objektu Rozvadˇ eˇ c Budova

Miroslav Moc 2014

Kabel

D´ elka [m] Znaˇ cen´ı kabelu

R1

ˇ cka Cistiˇ

R2

140

K2

R3

Kanceláˇre CYKY 4x10 ˇ Cerpac´ ı stanice

145

K3

R4

Progres

110

K4

R5

Sen´ık

60

K5

50

K6

AYKY 3x120+70 96

AYKY 3x120+70

K1

R6

OMD

R7

Dr˚ ubeˇzárna

70

K7

R8

Krav´ın

135

K8

R41

Suˇsiˇcka

CYKY J4x70

75

K41

R42

100

K42

R71

D´ılny Kr˚ ut’a´rna

AYKY 3x120+70

50

K71

R81

Doj´ırna

X

50

K81

Tabulka 3.1: Soupis kabel˚ u a jejich délek k provoz˚ um [19]

//

rovnic 2.4 a 2.5. V´ ypoˇcet samotné efektivn´ı hodnoty rázového zkratového proudu Ik je spoˇctena podle rovnice [2]: c · UN // Ik = √ 3 · Z¯C

(3.1)

//

Obr´ azek 3.3: R´ azový zkratový proud Ik za transform´ atorem

29


Miroslav Moc 2014

Potom je v´ ypoˇcet následuj´ıc´ı: spoˇctená hodnota na str. 18 ⇒ Z¯S = 3, 235 · 10−3 + j · 2, 259 · 10−3 4 4002 uk% UN2 ¯ · = · = 25, 6 · 10−3 Ω ZT = 3 100 SN T 100 250 · 10 ∆Pk UN2 3, 25 · 103 4002 RT = · = · = 8, 32 · 10−3 Ω SN T SN T 250 · 103 250 · 103 q q 2 2 ¯ XT = ZT − RT = (25, 6 · 10−3 )2 − (8, 32 · 10−3 )2 = 24, 21 · 10−3 Ω RC = RS + RT = 3, 235 · 10−3 + 8, 32 · 10−3 = 11, 555 · 10−3 Ω XC = XS + XT = 2, 259 · 10−3 + 24, 21 · 10−3 = 26, 469 · 10−3 Ω Z¯C = RC + j · XC = 11, 555 · 10−3 + j · 26, 469 · 10−3 Ω q q 2 2 ¯ ZC = RC + XC = (11, 555 · 10−3 )2 + (26, 469 · 10−3 )2 = 27, 06 · 10−3 Ω //

Ik

1, 1 · 400 c · UN =√ = 8, 795kA = √ 3 · Z¯C 3 · 27, 06 · 10−3

Náhradn´ı schéma je ukázáno na obrázku 3.3. Dále je z v´ ypoˇctu patrné, ˇze hodnota // Ik

za transformátorem ˇcin´ı 8,795 kA. Pro tuto hodnotu se kontroluj´ı nebo se dimenzuj´ı

pˇr´ıvodn´ı kabely z transformovny do jednotliv´ ych provoz˚ u.

3.2

Kontrola kabel˚ u a jejich dimenzov´ an´ı

Jak bylo v pˇredeˇslé ˇca´sti zm´ınˇeno, kabely jsou kontrolovány nebo dimenzovány na hodnotu zkratového proudu, aby byly schopné jej pˇrevést a nebyly t´ım poˇskozeny. Dále //

se podle hodnoty Ik provád´ı volba elektrick´ ych pˇr´ıstroj˚ u a zaˇr´ızen´ı. Také podle této hodnoty je zvolené nastaven´ı ochran, jeˇz zkraty vyp´ınaj´ı. Z toho vypl´ yvá i volba velikost´ı a charakteristik pojistek, jistiˇc˚ u a jin´ ych ochrann´ ych pˇr´ıstroj˚ u. [8] Pro názornost je tu uvedená kontrola kabelu K8 z transformovny do krav´ına a dimenzován´ı nového kabelu K81 z krav´ına do doj´ırny.

3.2.1

Kontrola kabelu K8 do krav´ına

Nejdˇr´ıve je nutné stanovit v´ ypoˇctové zat´ıˇzen´ı kabelu, tj. jak´ ym proudem bude zat´ıˇzen za normáln´ıch okolnost´ı. Hodnoty v´ ypoˇctového zat´ıˇzen´ı jsou vypoˇcteny podle rovnice 2.8 a uvedeny v tabulce 2.1. Potom v´ ypoˇctové zat´ıˇzen´ı pro dimenzován´ı kabelu je: Pp = Pp1 + Pp2 = 81, 55 + 6, 01 = 87, 56kW

30


Miroslav Moc 2014

Z této hodnoty se dále stanov´ı procházej´ıc´ı v´ ypoˇctov´ y proud vodiˇcem podle rovnice [8]: Ip = √

Pp 3 · UN · cos ϕstr

(3.2)

Po dosazen´ı bude v´ ypoˇcet: Ip = √

Pp 87, 56 · 103 =√ = 157, 97A 3 · UN · cos ϕstr 3 · 400 · 0, 8

Stanoven´ y proud pˇredstavuje zat´ıˇzen´ı kabelu a tedy v´ ypoˇctov´ y proud pro oba provozy, tedy krav´ın a doj´ırnu, dohromady. Urˇ cen´ı parametr˚ u kabelu Po stanoven´ı v´ ypoˇctového zat´ıˇzen´ı kabelu se mus´ı urˇcit jeho parametry a dovolené zat´ıˇzen´ı, respektive dovolen´ y proud vodiˇce IZ . Reaktance, odpor a oteplovac´ı ˇcasová konstanta τ kabelu, se urˇc´ı z katalogov´ ych list˚ u, jeˇz jsou pˇriloˇzeny v pˇr´ıloze B na stranˇe IV aˇz VI. Parametry stávaj´ıc´ıho kabelu AYKY 3x120+70 mm2 : l = 135m = 0, 135km Pro fázové vodiˇce: xk = 0, 081Ω/km; rk = 0, 258Ω/km; τ = 1490s; IN = 245A Pro ochranný vodiˇc PE : xk = 0, 083Ω/km; rk = 0, 4423Ω/km Odpor a reaktance kabelu jsou opˇet spoˇcteny podle rovnic 2.2 a 2.3: Pro fázové vodiˇce: RK8 = rk · l = 0, 258 · 0, 135 = 34, 83 · 10−3 Ω XK8 = xk · l = 0, 081 · 0, 135 = 10, 935 · 10−3 Ω Pro ochranný vodiˇc PE : RK8P E = rk · l = 0, 4423 · 0, 135 = 59, 711 · 10−3 Ω XK8P E = xk · l = 0, 083 · 0, 135 = 11, 205 · 10−3 Ω

31


Miroslav Moc 2014

Urˇ cen´ı dovolen´ eho zat´ıˇ zen´ı kabelu Dovolen´ y proud se vypoˇc´ıtá ze jmenovitého proudu vodiˇce IN a pˇrepoˇc´ıtávac´ıch koeficient˚ u ki podle rovnice [5]: IZ = k1 · k2 · ... · ki · IN

(3.3)

Pˇrepoˇc´ıtávac´ı koeficienty ki závis´ı na podm´ınkách prostˇred´ı, typu uloˇzen´ı, poˇctu kabel˚ u vedle sebe v trase. Tyto podm´ınky ovlivˇ nuj´ı, jak m˚ uˇze b´ yt kabel zat´ıˇzen, aby nedoˇslo k pˇrehˇra´t´ı kabelu a t´ım degradaci nebo zniˇcen´ı jeho izolace. Pˇr´ıvodn´ı kabely v areálu jsou uloˇzeny v trubkách v zemi a na obrázku 3.4 jsou zakresleny trasy veden´ı z transformovny k podruˇzn´ ym rozvadˇeˇc˚ um.

Obr´ azek 3.4: Dispoziˇcn´ı ˇreˇsen´ı are´ alu s vyznaˇcen´ım tras veden´ı

Kontrola a dimenzován´ı se provád´ı pro nejhorˇs´ı podm´ınky provozu, aby byl zajiˇstˇen spolehliv´ y provoz a bezpeˇcnost pˇri poruˇse.

32


Miroslav Moc 2014

Nejdˇr´ıve je nutné stanovit mˇern´ y tepeln´ y odpor p˚ udy MT P , podle kterého se urˇc´ı pˇrepoˇc´ıtávac´ı koeficient k1 . Areál podniku je postaven na j´ılovité p˚ udˇe, která má vlhkost 30 - 40%. To odpov´ıdá MT P = 0, 7Km/W , to také pˇredstavuje základn´ı nezhorˇsuj´ıc´ı podm´ınku. [5] Dále je podle dovolené provozn´ı teploty a teploty prostˇred´ı stanoven pˇrepoˇc´ıtávac´ı koeficient k2 . Izolace kabelu je oznaˇcena v názvu kabelu AYKY 3x120+70 mm2 , jako p´ısmeno Y na druhé pozici. Prvn´ı pozice je materiál vodiˇce (A - hlin´ık Al, C - mˇed’ Cu), druhá pozice je materiál izolace (Y - PVC), tˇret´ı pozice je oznaˇcen´ı pro kabel (K - silov´ y kabel) a ˇctvrtá pozice je materiál pláˇstˇe vodiˇce (Y - PVC). Je vidˇet, ˇze kabel je celoplastov´ y (PVC izolace a pláˇst’) a pro tento typ je dovolená provozn´ı teplota 70 ◦ C. Teplota prostˇred´ı v oblasti je 20 ◦ C. [4] Tˇret´ı pˇrepoˇc´ıtávac´ı koeficient k3 závis´ı na poˇctu a uspoˇra´dán´ı kabel˚ u v trase a vzdálenosti mezi nimi. Jak je naznaˇceno v obrázku 3.4, v jedné trase je pˇet kabel˚ u od transformovny, které jsou uloˇzeny v trubkách a ty se vzájemnˇe dot´ ykaj´ı. I kdyˇz se postupnˇe mˇen´ı poˇcet kabel˚ u v trase, vˇzdy se uvaˇzuje nejhorˇs´ı podm´ınka. [5] Potom jsou parametry: MT P = 0, 7Km/W ; k1 = 1; k2 = 1; k3 = 0, 65 V´ ypoˇcet dovoleného proudu se urˇc´ı podle rovnice 3.3: IZ = k1 · k2 · k3 · IN = 1 · 1 · 0, 65 · 245 = 159, 25A Mus´ı platit podm´ınka:

Ip ≤ IZ ⇒ 157, 97A < 159, 25A

Z v´ ypoˇctu je vidˇet, ˇze podm´ınka plat´ı a kabel snese zat´ıˇzen´ı. A vˇsak je patrné, ˇze kabel je na hranici dovoleného zat´ıˇzen´ı a nen´ı zde prostor pro návrh jiˇstˇen´ı kabelu. To vycház´ı z podm´ınky Ip ≤ IP N ≤ IZ . Na základˇe této podm´ınky kabel nevyhovuje a je nutné zvolit kabel o vyˇsˇs´ım pr˚ uˇrezu, kter´ y bude m´ıt vyˇsˇs´ı jmenovit´ y proud IN . Zde se projevuje dopad modernizace podniku na stávaj´ıc´ı rozvody. Stávaj´ıc´ı kabel byl p˚ uvodnˇe dimenzován pro v´ ypoˇctové zat´ıˇzen´ı samotného krav´ına bez automatizované doj´ırny. Protoˇze doj´ırna pˇredstavuje pˇrenáˇsen´ y v´ ykon nav´ıc, stávaj´ıc´ı kabel nen´ı vyhovuj´ıc´ı.

33


3.2.2

Miroslav Moc 2014

Volba nov´ eho kabelu

Volba nového kabelu se stanov´ı podle podm´ınky [8]: IN ≥

Ip k1 · k2 · k3

(3.4)

Po dosazen´ı se dostane: IN ≥

157, 97 = 243, 031A 1 · 1 · 0, 65

Jestliˇze stávaj´ıc´ı kabel mˇel jmenovit´ y proud IN = 245A, potom je nutné zvolit nejbliˇzˇs´ı vyˇsˇs´ı jmenovit´ y proud kabelu a t´ım urˇcit jeho pr˚ uˇrez z katalogu. V tomto pˇr´ıpadˇe je zvolen kabel AYKY 3x150+70 mm2 se jmenovit´ ym proudem IN = 278A. Pro urˇcen´ı parametr˚ u a dovoleného zat´ıˇzen´ı je aplikován stejn´ y postup uveden´ y v pˇredeˇslé ˇca´sti. Parametry a dovolené zat´ıˇzen´ı kabelu AYKY 3x150+70 mm2 : l = 135m = 0, 135km Pro fázové vodiˇce: xk = 0, 081Ω/km; rk = 0, 2064Ω/km; τ = 1730s; IN = 278A Pro ochranný vodiˇc PE : xk = 0, 083Ω/km; rk = 0, 4423Ω/km Vypoˇctená reaktance a odpor: Pro fázové vodiˇce: RK8 = rk · l = 0, 2064 · 0, 135 = 27, 864 · 10−3 Ω XK8 = xk · l = 0, 081 · 0, 135 = 10, 935 · 10−3 Ω Pro ochranný vodiˇc PE : RK8P E = rk · l = 0, 4423 · 0, 135 = 59, 711 · 10−3 Ω XK8P E = xk · l = 0, 083 · 0, 135 = 11, 205 · 10−3 Ω Dovolené zat´ıˇzen´ı kabelu: MT P = 0, 7Km/W ; k1 = 1; k2 = 1; k3 = 0, 65 IZ = k1 · k2 · k3 · IN = 1 · 1 · 0, 65 · 278 = 180, 7A 34


3.2.3

Miroslav Moc 2014

Podm´ınky jiˇ stˇ en´ı kabelu

Jiˇstˇen´ı kabel˚ u se provád´ı, aby nedocházelo k poˇskozen´ı samotného kabelu a napájeného zaˇr´ızen´ı nebo k jejich destrukci pˇri nadproudech nebo zkratov´ ych proudech. Vhodná volba jist´ıc´ıch pˇr´ıstroj˚ u je tedy zásadn´ı pro návrh z hlediska bezpeˇcnosti provozu. V tomto pˇr´ıpadˇe je zvolen jistiˇc Modeion BH630N od firmy OEZ. Jeho katalogov´ y list je pˇriloˇzen v pˇr´ıloze B na stranˇe IX. Mus´ı platit podm´ınky [8, 14]: Ip ≤ IP N (IR ) ≤ IZ //

Ik ≤ ICU //

Ik ≤ ICS ≤ ICU ip ≤ Icm Z tˇechto podm´ınek je vidˇet, ˇze v´ ypoˇctov´ y proud (Ip ) mus´ı b´ yt menˇs´ı nebo roven jmenovitému nebo redukovanému proudu jistiˇce (IP N , IR ) a ten mus´ı b´ yt zároveˇ n menˇs´ı //

nebo roven dovolenému zat´ıˇzen´ı kabelu (IZ ). Dále rázov´ y zkratov´ y proud (Ik ) je menˇs´ı nebo roven jmenovité mezn´ı zkratové vyp´ınac´ı schopnosti jistiˇce (ICU ), pˇriˇcemˇz ve tˇret´ım vztahu je podm´ınka, kdy provozn´ı zkratová schopnost jistiˇce (ICS ) je vˇetˇs´ı nebo rovna //

Ik a zároveˇ n menˇs´ı nebo rovna ICU . Ve ˇctvrté podm´ınce mus´ı b´ yt zap´ınac´ı schopnost jistiˇce (Icm ) vˇetˇs´ı nebo rovna vrcholové hodnotˇe nárazového zkratového proudu (ip ). Tyto podm´ınky mus´ı platit, aby nedoˇslo k poˇskozen´ı jist´ıc´ıho prvku nebo k jeho zniˇcen´ı. Hodnoty IP N , ICU , ICS a Icm se vyhledaj´ı v katalogovém listu pˇriloˇzeném v pˇr´ıloze B na stranˇe IX. V pˇr´ıpadˇe hodnoty IR je nutné vyhledat v katalogu [23] zobrazen´ı ovládac´ıch prvk˚ u konkrétn´ıho jistiˇce a z nˇej odeˇc´ıst potˇrebnou hodnotu, která se poté nastav´ı pˇri realizaci jiˇstˇen´ı. Hodnota vrcholové hodnoty nárazového proudu se stanov´ı za pomoci koeficientu κ. Pro jejich v´ ypoˇcty jsou dány rovnice [2]: R

−3· XC

κ = 1, 02 + 0, 98 · e

ip = κ ·

√

35

//

2 · Ik

C

(3.5)

(3.6)


Miroslav Moc 2014

Po dosazen´ı bude: //

Ik = 8, 795kA −3

−3· 11,555·10−3

= 1, 2845 κ = 1, 02 + 0, 98 · e √ ip = 1, 285 · 2 · 8, 795 = 15, 977kA 26,469·10

Potom dosazen´ı do podm´ınek je následuj´ıc´ı: //

Ip = 157, 97A; Ik = 8, 795kA; IP N = 160A; IZ = 180, 7A; ICU = 36kA; ICS = 18kA; Icm = 75kA; ip = 15, 977kA Ip ≤ IP N (IR ) ≤ IZ ⇒ 157, 97A ≤ 160A ≤ 180, 7A //

Ik ≤ ICU ⇒ 8, 795kA ≤ 36kA //

Ik ≤ ICS ≤ ICU ⇒ 8, 795kA ≤ 18kA ≤ 36kA ip ≤ Icm ⇒ 15, 977kA ≤ 75kA Z uveden´ ych podm´ınek jiˇstˇen´ı, je kabel vyhovuj´ıc´ı, vˇcetnˇe jist´ıc´ıho prvku. V této fázi je vˇsak vhodné vypoˇc´ıtat v´ ypoˇctové zat´ıˇzen´ı kabelu K81 z krav´ına do doj´ırny. Kabel K81 je zobrazen v zapojen´ı areálu na obrázku 3.2 a na obrázku 3.4, kde je zobrazeno dispoziˇcn´ı ˇreˇsen´ı podniku s vyznaˇcen´ ymi trasami veden´ı. Z tˇechto dvou obrázk˚ u je patrné, ˇze zde mus´ı b´ yt zachována selektivita jiˇstˇen´ı, a proto se provád´ı kontroln´ı v´ ypoˇcet na zat´ıˇzen´ı kabelu K81. V´ ypoˇctov´ y proud kabelem K81 je stanoven podle rovnice 3.2: Výpoˇctové zat´ıˇzen´ı doj´ırny: Pp1 = 81, 55kW Ip = √

Pp1 81, 55 · 103 =√ = 147, 13A 3 · UN · cos ϕstr 3 · 400 · 0, 8

Z v´ ypoˇctu vypl´ yvá, ˇze pro jiˇstˇen´ı kabelu K81 bude pouˇzit jistiˇc o jmenovitém nebo redukovaném proudu nejménˇe IP N = 150A. V tomto pˇr´ıpadˇe nebude zajiˇstˇena selektivita jiˇstˇen´ı z d˚ uvod˚ u pˇrekr´ yván´ı pásem vyp´ınac´ıch charakteristik. Mus´ı se zvolit takov´ y jmenovit´ y proud jistiˇce, aby pásma vyp´ınac´ıch charakteristik se nepˇrekr´ yvala. Proto pro jiˇstˇen´ı kabelu K8 je zvolen´ y jistiˇc s IP N = 210A. To znamená, ˇze podm´ınka Ip ≤ IP N (IR ) ≤ IZ nebude pro kabel AYKY 3x150+70 mm2 platit. Kv˚ uli této podm´ınce se vybere kabel s vˇetˇs´ım pr˚ uˇrezem podle postupu uvedeného v ˇca´sti Volba nov´ eho kabelu, u kterého plat´ı podm´ınka IP N ≤ IZ .

36


Miroslav Moc 2014

Proto je zvolen´ y kabel AYKY 3x240+120 mm2 : Parametry a dovolené zat´ıˇzen´ı kabelu: l = 135m = 0, 135km Pro fázové vodiˇce: xk = 0, 08Ω/km; rk = 0, 129Ω/km; τ = 2370s; IN = 359A Pro ochranný vodiˇc PE : xk = 0, 081Ω/km; rk = 0, 258Ω/km Vypoˇctená reaktance a odpor: Pro fázové vodiˇce: RK8 = rk · l = 0, 129 · 0, 135 = 17, 415 · 10−3 Ω XK8 = xk · l = 0, 08 · 0, 135 = 10, 8 · 10−3 Ω Pro ochranný vodiˇc PE : RK8P E = rk · l = 0, 258 · 0, 135 = 34, 83 · 10−3 Ω XK8P E = xk · l = 0, 081 · 0, 135 = 10, 935 · 10−3 Ω Dovolené zat´ıˇzen´ı kabelu: MT P = 0, 7Km/W ; k1 = 1; k2 = 1; k3 = 0, 65 IZ = k1 · k2 · k3 · IN = 1 · 1 · 0, 65 · 359 = 233, 35A Potom plat´ı podm´ınky pro stejn´ y jistiˇc Modeion BH630N s IP N = 210A: Ip ≤ IP N (IR ) ≤ IZ ⇒ 157, 97A ≤ 210A ≤ 233, 35A //

Ik ≤ ICU ⇒ 8, 795kA ≤ 36kA //

Ik ≤ ICS ≤ ICU ⇒ 8, 795kA ≤ 18kA ≤ 36kA ip ≤ Icm ⇒ 15, 977kA ≤ 75kA

3.2.4

Ovˇ eˇ ren´ı jiˇ stˇ en´ı proti pˇ ret´ıˇ zen´ı

V pˇredeˇslé ˇca´sti plat´ı podm´ınky jiˇstˇen´ı pro jistiˇc Modeion BH630N s IP N = 210A a pro kabel AYKY 3x240+120 mm2 . Na základˇe toho se m˚ uˇze pokraˇcovat v dalˇs´ı fázi 37


Miroslav Moc 2014

dimenzován´ı. V té se ovˇeˇruje jiˇstˇen´ı proti pˇret´ıˇzen´ı. To znamená, jak rychle jistiˇc vybav´ı v pˇr´ıpadˇe nadproud˚ u, aby nedocházelo k pˇr´ıliˇsnému oteplen´ı kabelu a t´ım jeho pˇr´ıpadnému poˇskozen´ı. [11] Jist´ıc´ı prvek tedy vypne jeˇstˇe dˇr´ıve neˇz dojde k pˇrekroˇcen´ı mezn´ı dovolené teploty pˇri pˇret´ıˇzen´ı nadproudem. Za t´ımto u ´ˇcelem je poˇc´ıtáno oteplen´ı pˇri zat´ıˇzen´ı v´ ypoˇctov´ ym proudem Ip a pˇri nadproudech, které jsou násobky jmenovitého proudu jistiˇce IN P . [11] Rovnice pro v´ ypoˇcet oteplen´ı jsou následuj´ıc´ı [11]: ∆ϑZ = ϑm − ϑ0 ∆ϑ = ∆ϑZ ·

I IZ

2,492 tvyp · 1 − e− τ

tc = ϑ0 + ∆ϑ

(3.7)

(3.8)

(3.9)

Pro v´ ypoˇcet oteplen´ı pˇri zat´ıˇzen´ı v´ ypoˇctov´ ym proudem se pouˇzije upravená rovnice 3.8: 2,492 Ip (3.10) ∆ϑ = ∆ϑZ · IZ Pro uveden´ y pˇr´ıpad je dostateˇcné poˇc´ıtat s nadproudy, které pˇredstavuj´ı násobky jmenovitého nebo regulovaného proudu jistiˇce IN P : 1,15

1,2

1,25

1,3

1,5

2

2,5

3

5

Vyp´ınac´ı ˇcas tvyp se pro kaˇzd´ y nadproud odeˇcte z vyp´ınac´ı charakteristiky jistiˇce, to je moˇzné uˇcinit v programu SICHR od spoleˇcnosti OEZ. Dále jsou pro v´ ypoˇcet potˇrebné hodnoty základn´ı teploty okol´ı a vodiˇce ϑ0 nejvyˇsˇs´ı provozn´ı teplota vodiˇce ϑm uvedeny ˇ v normˇe CSN 33 2000-4-43 [4] a vypoˇcteny v pˇredeˇsl´ ych ˇca´stech. Potom je v´ ypoˇcet následuj´ıc´ı: Ip = 157, 97A; IZ = 233, 35A; τ = 2370s; I = 1, 15 · IN P = 241, 5A ⇒ tvyp = 2718s; ϑ0 = 20◦ C; ϑm = 70◦ C ∆ϑZ = ϑm − ϑ0 = 70 − 20 = 50◦ C Pro zat´ıˇzen´ı výpoˇctovým proudem: 2,492 2,492 Ip 157, 97 ∆ϑ = ∆ϑZ · = 18, 913K = 50 · IZ 233, 35 tc = ϑ0 + ∆ϑ = 20 + 18, 913 = 38, 913◦ C 38


Miroslav Moc 2014

Pro pˇret´ıˇzen´ı nadproudy: 2,492 2,492 t 2718 I 241, 5 − vyp ∆ϑ = ∆ϑZ · · 1−e τ = 50 · · 1 − e− 2370 = 37, 165K IZ 233, 35 ◦ tc = ϑ0 + ∆ϑ = 20 + 37, 165 = 57, 165 C I [A] tvyp [s] ∆ϑ[K]

tc [◦ C]

1,15

241,5

2718

37,165

57,165

1,2

252

2490

39,381

59,381

1,25

262,5

2280

41,426

61,426

1,3

273

2094

43,373

63,373

1,5

315

1542

50,509

70,509

2

420

282

24,263

44,263

2,5

525

72

11,286

31,286

3

630

25

6,234

26,234

5

1050

0,038

0,034

20,034

N´ asobky IN P

Tabulka 3.2: Vypoˇctené hodnoty oteplen´ı kabelu K8 pˇri pˇret´ıˇzen´ı

V tabulce 3.2 jsou uvedeny vypoˇctené hodnoty oteplen´ı pˇri pˇret´ıˇzen´ı nadproudy. Je z n´ı patrné, ˇze kabel K8 se nejv´ıce otepl´ı pˇri nadproudu I = 315A na teplotu tc = 70, 509◦ C. Z toho plyne, ˇze jistiˇc vybav´ı jeˇstˇe dˇr´ıve, neˇz kabel dosáhne své nejvyˇsˇs´ı dovolené teploty pˇri pˇret´ıˇzen´ı, která pro tento kabel ˇcin´ı 120 ◦ C. Je moˇzné ˇr´ıci, ˇze jiˇstˇen´ı je vyhovuj´ıc´ı.

3.2.5

Kontrola na tepeln´ eu ´ˇ cinky zkratov´ eho proudu

Kaˇzd´ y kabel mus´ı b´ yt zkontrolován, jestli jeho pr˚ uˇrez je vyhovuj´ıc´ı pro oteplen´ı pˇri //

pr˚ uchodu zkratového proudu Ik . Pro tento u ´ˇcel je vypoˇc´ıtán ekvivalentn´ı oteplovac´ı zkratov´ y proud Ith v závislosti na dobˇ e trv´ an´ı zkratu tk . Tato doba je ˇcas vypnut´ı jistiˇce pˇri nastalém zkratu uvedená v katalogu. Ekvivalentn´ı oteplovac´ı zkratov´ y proud je efektivn´ı hodnota proudu, který má stejné tepelné u ´ˇcinky a stejnou dobu trván´ı jako ” skuteˇcný zkratový proud, který m˚ uˇze obsahovat stejnosmˇernou sloˇzku a s ˇcasem se mˇen´ı.“ [2] Aby mohl b´ yt Ith spoˇc´ıtán, mus´ı b´ yt stanoveny pˇrepoˇc´ıtávac´ı koeficienty m a n, které vyjadˇruj´ı tepelné u ´ˇcinky stejnosmˇerné a stˇr´ıdavé sloˇzky zkratu. Pˇrepoˇc´ıtávac´ı koeficient //

n závis´ı na pomˇeru rázového zkratového proudu Ik ku ustálenému zkratovému proudu 39


Miroslav Moc 2014

ˇ Ik . V´ ypoˇcet pro Ik je ménˇe pˇresn´ y a proto podle normy CSN EN 60909-0 koeficient bude n = 1. [2] Pˇrepoˇc´ıtávac´ı koeficient m je stanoven za pomoci koeficientu κ, jeˇz byl vypoˇc´ıtán v ˇca´sti Podm´ınky jiˇ stˇ en´ı a jiˇ stˇ en´ı kabelu podle rovnice 3.6. V´ ypoˇcet koeficientu m a Ith je podle rovnic [2]: m=

1 · e4·f ·tk ·ln(κ−1) − 1 2 · f · tk · ln (κ − 1) //

Ith = Ik ·

(3.11)

√ m+n

(3.12)

Dále mus´ı platit podm´ınka pro jistiˇc ICW,1 ≥ Ith,1 , kde ICW,1 je krátkodob´ y v´ ydrˇzn´ y proud jistiˇce pro dobu trván´ı zkratu 1 s udan´ y v´ yrobcem a Ith,1 je ekvivalentn´ı oteplovac´ı proud pˇrepoˇcten na tuto dobu. Potom je pˇrepoˇcet podle rovnice [8]: 2 2 Ith · tk = Ith,1 · tk,1

⇒

2 Ith,1

tk 2 = Ith · tk,1

s ⇒

Ith,1 = Ith ·

tk tk,1

(3.13)

V´ ypoˇcet bude tedy následuj´ıc´ı: //

Ik = 8, 795kA; κ = 1, 2845; n = 1; f = 50Hz; tk = 20ms = 0, 02s (z katalogu jistiˇce str. IX); tk,1 = 1s; ICW,1 = 6, 5kA 1 · e4·f ·tk ·ln(κ−1) − 1 = 2 · f · tk · ln (κ − 1) 1 = · e4·50·0,02·ln(1,2845−1) − 1 = 0, 395 2 · 50 · 0, 02 · ln (1, 2845 − 1) p // √ = Ik · m + n = 8, 795 · 0, 395 + 1 = 10, 388kA s r tk 0, 02 = Ith · = 10, 388 · = 1, 469kA tk,1 1

m =

Ith Ith,1

Podm´ınka bude platit: ICW,1 ≥ Ith,1 ⇒ 6, 5kA ≥ 1, 469kA Z v´ ypoˇctu v´ ypl´ yvá, ˇze ekvivalentn´ı oteplovac´ı zkratov´ y proud Ith je vyˇsˇs´ı neˇz rázov´ y //

zkratov´ y proud Ik , kter´ y p˚ usob´ı na vodiˇce. V´ ypoˇcet ekvivalentn´ıho oteplovac´ıho proudu je také d˚ uleˇzit´ y pro stanoven´ı minimáln´ıho pr˚ uˇrezu vodiˇce, kter´ y snese tyto tepelné 40


Miroslav Moc 2014

u ´ˇcinky. T´ım se tedy zkontroluje pr˚ uˇrez kontrolovaného nebo navrhovaného vodiˇce. Pro v´ ypoˇcet je pouˇzita rovnice [8]: Smin

√ Ith · tk ≤S = K

(3.14)

Kde K je koeficient pro stanoven´ı minimáln´ıho pr˚ uˇrezu a vol´ı se podle provozn´ı teploty vodiˇce pˇred zkratem a podle nejvyˇsˇs´ı dovolené teploty vodiˇce. [8, 6] ˇ Koeficient K je zvolen pro materiál vodiˇce a jeho izolace z normy CSN 38 1754 [6]. Pro hlin´ıkov´ y vodiˇc s izolac´ı z PVC je jeho hodnota K = 73. Potom v´ ypoˇcet bude: K = 73 Smin

Smin

√ Ith · tk = ≤S K ⇓

√ 11571 · 0, 02 = = 15, 852mm2 ≤ 240mm2 73

Z v´ ypoˇctu je vidˇet, ˇze navrhovan´ y vodiˇc vyhovuje z hlediska tepeln´ ych u ´ˇcink˚ u zkratu. Tato podm´ınka, kdy nejmenˇs´ı pr˚ uˇrez Smin , kter´ y snese tyto u ´ˇcinky, je menˇs´ı neˇz vlastn´ı pr˚ uˇrez vodiˇce S, plat´ı.

3.2.6

Kontrola na u ´ bytek napˇ et´ı vodiˇ ce

Dále je potˇrebné stanovit u ´bytek napˇet´ı na vodiˇci a ovˇeˇrit tak, ˇze na nˇem nebude u ´bytek napˇet´ı vyˇsˇs´ı neˇz 5 %. Protoˇze jsou zvoleny základn´ı teplotn´ı podm´ınky ϑ0 = 20◦ C, v obecné praxi se uvád´ı 1,2 násobek ˇcinného odporu vodiˇce, coˇz pˇredstavuje ohˇra´t´ı vodiˇce na provozn´ı teplotu ϑ = 70◦ C. Pro v´ ypoˇcet zmˇeny napˇet´ı na vodiˇci bude pouˇzita upravená rovnice 2.15: ∆Uf = 1, 2 · R · Ip · cos ϕstr + X · Ip · sin ϕstr

(3.15)

Pro v´ ypoˇcet procentn´ı zmˇeny napˇet´ı d na vodiˇci bude pouˇzita rovnice 2.16. Hodnoty odporu a reaktance zvoleného kabelu jsou vypoˇcteny na stranˇe 37. V´ ypoˇcet v´ ypoˇctového proudu je na stranˇe 31.

41


Miroslav Moc 2014

Po dosazen´ı bude v´ ypoˇcet: Ip = 157, 97A; RK8 = 17, 415·10−3 Ω; XK8 = 10, 8·10−3 Ω; cos ϕstr = 0, 8 ⇒ sin ϕstr = 0, 6 ∆Uf = 1, 2 · R · Ip · cos ϕstr + X · Ip · sin ϕstr = = 1, 2 · 17, 415 · 10−3 · 157, 97 · 0.8 + 10, 8 · 10−3 · 157, 97 · 0.6 = 3, 665V √ √ 3 · ∆Uf 3 · 3, 665 · 100 = · 100 = 1, 587% < 5% d = UN 400 Z v´ ypoˇctu je vidˇet, ˇze kabel z hlediska u ´bytku napˇet´ı vyhovuje, protoˇze procentn´ı zmˇena napˇet´ı d i s dvaceti procentn´ım nav´ yˇsen´ı hodnoty ˇcinného odporu kabelu je menˇs´ı neˇz dovolená procentn´ı zmˇena napˇet´ı dZ = 5%.

3.2.7

Ovˇ eˇ ren´ı ochrany proti nebezpeˇ cn´ emu dotyku

Pˇri dimenzován´ı veden´ı v podnic´ıch, domech apod. je nutné vˇzdy ovˇeˇrit ochranu proti nebezpeˇcnému dotyku. V podstatˇe se jedná o to, ˇze vˇsechny ˇzivé ˇca´sti (ˇca´sti pod napˇet´ım) zaˇr´ızen´ı nebo veden´ı mus´ı b´ yt nepˇr´ıstupné a zakrytovány a vˇsechny pˇr´ıstupné neˇzivé, ale vodivé, ˇca´sti, u nichˇz je moˇznost nebezpeˇcného dotyku, mus´ı b´ yt vˇcas vypnuty. K nebezpeˇcnému dotyku nesm´ı doj´ıt za normáln´ıch podm´ınek provozu ani za podm´ınek jedné poruchy. Ochrana pˇred nebezpeˇcn´ ym dotykem je v rozvodné s´ıti TN podniku realizována pomoc´ı automatick´ eho odpojen´ı od zdroje pˇ ri poruˇ se, kdy neˇzivé ˇca´sti mus´ı b´ yt spojeny ochrann´ ym vodiˇcem PE s hlavn´ı uzemˇ novac´ı pˇr´ıpojnic´ı a ta je spojena s uzemnˇen´ ym bodem silové napájec´ı s´ıtˇe. [3, 14, 16] Na obrázku 3.5 je ukázán princip ochrany pˇri poruˇse, kdy pˇri zkratu vznikne poruchov´ y proud Ia , kter´ y vyvolá funkci ochrany a t´ım ˇcasovˇe nezávislá spouˇst’ jistiˇce vypne. Pro distribuˇcn´ı s´ıtˇe TN, kterou je rozvodná s´ıt’ v podniku, je dána maximáln´ı doba odpojen´ı od zdroje tmax = 5s a dovolené dotykové napˇet´ı UdL = 50V . Pro tmax je nutné odeˇc´ıst hodnotu proudu ve vyp´ınac´ı charakteristice jistiˇce. Jelikoˇz ˇcasovˇe nezávislá zkratová spouˇst’ p˚ usob´ı v rozmez´ı ±10%, mus´ı se odeˇctená hodnota proudu zkratové spouˇstˇe Ii vynásobit konstantou 1,1. V´ ysledná hodnota poruchového proudu Ia respektuje horn´ı hranici toleranˇcn´ıho pásma. Proud zkratové, ˇcasovˇe nezávislé spouˇstˇe Ii je nastaviteln´ y. [16] ¯ Pro tento u ´ˇcel se poˇc´ıtá impedance poruchové smyˇcky Zs , která zahrnuje zdroj, pracovn´ı vodiˇc k m´ıstu poruchy a ochrann´ y vodiˇc mezi zdrojem a m´ıstem poruchy. Dále vypoˇctená impedance poruchové smyˇcky Z¯sv , která zahrnuje impedance vodiˇc˚ u pˇri maximáln´ı provozn´ı teplotˇe a zdroj˚ u, jako jsou napˇr. transformátory, do m´ısta poruchy. Pro u ´plnou kontrolu se m˚ uˇze poˇc´ıtat jeˇstˇe maximáln´ı délka poruchové smyˇcky lmax . [3, 16]

42


Miroslav Moc 2014

Obrázek 3.5: Princip ochrany pˇri poruˇse automatickým odpojen´ım od zdroje v s´ıti TN [16]

Rovnice pro v´ ypoˇcty v´ yˇse uveden´ ych rovnic jsou následuj´ıc´ı [3, 14, 16, 18]: Z¯s (tmax ) =

Z¯sv =

U0 U0 = 1, 1 · Ii Ia

q (RS + RT + rϑ · R + rϑ · RKiP E )2 + (XS + XT + X + XKiP E )2

lmax =

0, 8 · U0 · S 1, 5 · ρk · (1 + mS ) · Ia

(3.16)

(3.17)

(3.18)

V rovnic´ıch je moˇzné si povˇsimnout ˇcinitel˚ u rϑ a mS . Prvn´ı z nich je v této práci u zaveden pro lehˇc´ı pˇrepoˇcet hodnot odpor˚ u pˇri základn´ı teplotˇe 20◦ C na hodnoty odpor˚ pˇri maximáln´ı provozn´ı teplotˇe 70◦ C, jedná se tedy o souˇcinitel teplotn´ı závislosti ˇcinn´ ych odpor˚ u. Druh´ y pˇredstavuje pomˇer pr˚ uˇrezu fázového vodiˇce ku pr˚ uˇrezu ochranného vodiˇce. Pro rϑ plat´ı následuj´ıc´ı rovnice [22]: rϑ = 1 + α20 · (ϑm − ϑ0 )

(3.19)

Kde α20 je teplotn´ı souˇcinitel materiálu vodiˇce pˇri 20◦ C.[22] Pro mS plat´ı rovnice [14]: mS =

S SP E

43

(3.20)


Miroslav Moc 2014

Parametry pro v´ ypoˇcet jsou jiˇz známy z pˇredcházej´ıc´ıch ˇca´st´ı této práce. Potom po dosazen´ı bude v´ ypoˇcet následuj´ıc´ı: RS = 3, 235 · 10−3 Ω; XS = 2, 259 · 10−3 Ω; RT = 8, 32 · 10−3 Ω; XT = 24, 21 · 10−3 Ω; RK8 = 17, 415 · 10−3 Ω; XK8 = 10, 8 · 10−3 Ω; RK8P E = 34, 83 · 10−3 Ω; XK8P E = 10, 935 · 10−3 Ω; S = 240mm2 ; SP E = 120mm2 ; Ii = 841A; U0 = 230V ; ρk = 0, 0285Ωmm2 /m; α20 = 3, 77 · 10−3 K −1 ; tmax = 5s S 240 = =2 SP E 120 = 1 + α20 · (ϑm − ϑ0 ) = 1 + 3, 77 · 10−3 · (70 − 20) = 1, 1885

mS = rϑ

Ia = 1, 1 · Ii = 1, 1 · 841 = 925, 1A 230 U0 = = 248, 62 · 10−3 Ω Z¯s (5) = 1, 1 · Ii 1, 1 · 841 RC = RS + RT + rϑ · RK8 + rϑ · RK8P E = = (3, 235 + 8, 32 + 1, 1885 · 17, 415 + 1, 1885 · 34, 83) · 10−3 = 73, 648 · 10−3 Ω XC = XS + XT + XK8 + XK8P E =

Z¯sv

= (2, 259 + 24, 21 + 10, 8 + 10, 935) · 10−3 = 48, 204 · 10−3 Ω q = (RS + RT + rϑ · RK8 + rϑ · RK8P E )2 + (XS + XT + XK8 + XK8P E )2 = q q 2 2 = RC + XC = (73, 648 · 10−3 )2 + (48, 204 · 10−3 )2 = 88, 021 · 10−3 Ω

lmax =

0, 8 · 230 · 240 0, 8 · U0 · S = = 372, 21m 1, 5 · ρk · (1 + mS ) · Ia 1, 5 · 0, 0285 · (1 + 2) · 925, 1

Aby jistiˇc byl v poˇra´dku ovˇeˇren, mus´ı platit podm´ınky [3, 16]: Z¯sv ≤ Z¯s (tmax ) l ≤ lmax UdL ¯ Z¯P E ≤ · Zs U0 Z podm´ınek je jasné, ˇze vypoˇctená impedance poruchové smyˇcky nesm´ı pˇrekroˇcit velikost impedance poruchové smyˇcky pro dobu vypnut´ı tmax , délka nesm´ı pˇrekroˇcit maximáln´ı délku smyˇcky a v posledn´ı podm´ınce nesm´ı impedance ochranného vodiˇce Z¯P E pˇrekroˇcit velikost impedance poruchové smyˇcky vynásobené pomˇerem dovoleného dotykového napˇet´ı UdL ku jmenovitému efektivn´ımu napˇet´ı proti zemi U0 . Pro v´ ypoˇcet impedance ochranného vodiˇce je pouˇzita upravená rovnice 2.6: q q 2 2 ¯ ZP E = RK8P E + XK8P E = (34, 83 · 10−3 )2 + (10, 935 · 10−3 )2 = 36, 506 · 10−3 Ω UdL ¯ 50 · Zs = · 248, 62 = 54, 048 · 10−3 Ω U0 230 44


Miroslav Moc 2014

Potom po dosazen´ı do podm´ınek bude: Z¯sv ≤ Z¯s (tmax ) ⇒ 88, 021 · 10−3 Ω ≤ 248, 62 · 10−3 Ω Z¯P E

l ≤ lmax ⇒ 135m ≤ 372, 21m UdL ¯ · Zs ⇒ 36, 506 · 10−3 Ω ≤ 54, 048 · 10−3 Ω ≤ U0

Jak je vidˇet, podm´ınky plat´ı a t´ım se m˚ uˇze ˇr´ıci, ˇze kabel je správnˇe nadimenzován. Z tohoto d˚ uvodu se m˚ uˇze pokraˇcovat v návrhu kabelu K81 z krav´ına do doj´ırny.

3.3

N´ avrh nov´ eho kabelu K81 z krav´ına do doj´ırny

Pˇri návrhu u ´plnˇe nového kabelu se jedná v podstatˇe o stejn´ y postup, jako pˇri kontrole stávaj´ıc´ıho veden´ı, jen s t´ım rozd´ılem, ˇze ˇzádné stávaj´ıc´ı veden´ı nen´ı kontrolováno. Zde se zaˇc´ıná volbou jmenovitého proudu kabelu IN podle v´ ypoˇctového zat´ıˇzen´ı Ip a pˇrepoˇc´ıtávac´ıch koeficient˚ u dan´ ych podm´ınkami prostˇred´ı. V tomto pˇr´ıpadˇe nejsou ˇzádné zhorˇsuj´ıc´ı podm´ınky, protoˇze kabel v trubce je v trase poloˇzen samostatnˇe. Pˇrepoˇc´ıtávac´ı koeficient tedy bude k3 = 1. Ostatn´ı koeficienty budou stejné. Po dosazen´ı do podm´ınky 3.4 se dostane: k1 = 1; k2 = 1; k3 = 1; Ip = 147, 13A IN ≥

Ip 147, 13 ⇒ IN ≥ = 147, 13A k1 · k2 · k3 1·1·1

Podle této podm´ınky je vybrán nejvyˇsˇs´ı bliˇzˇs´ı jmenovit´ y proud kabelu a t´ım i jeho pr˚ uˇrez. Je tedy vybrán kabel AYKY 4x70 mm2

3.3.1

V´ ypoˇ cet r´ azov´ eho zkratov´ eho proudu na rozvadˇ eˇ ci R8

Jak je vidˇet na obrázku 3.6, je pro dalˇs´ı dimenzován´ı nového kabelu nutné stano//

vit rázov´ y zkratov´ y proud Ik na rozvadˇeˇci R8. Uvaˇzuje se jiˇz s kabelem K8, kter´ y byl kontrolován a následnˇe novˇe nadimenzován v pˇredeˇslé ˇcásti. Postup v´ ypoˇctu je stejn´ y jako v prvn´ı ˇca´sti této kapitoly. V´ ypoˇcet bude následuj´ıc´ı: RS = 3, 235 · 10−3 Ω; XS = 2, 259 · 10−3 Ω; RT = 8, 32 · 10−3 Ω; XT = 24, 21 · 10−3 Ω; 45


Miroslav Moc 2014

//

Obr´ azek 3.6: R´ azový zkratový proud Ik na rozvadˇeˇci R8

RK8 = 17, 415 · 10−3 Ω; XK8 = 10, 8 · 10−3 Ω RC = RS + RT + RK8 = 3, 235 · 10−3 + 8, 32 · 10−3 + 17, 415 · 10−3 = 28, 97 · 10−3 Ω XC = XS + XT + XK8 = 2, 259 · 10−3 + 24, 21 · 10−3 + 10, 8 · 10−3 = 37, 269 · 10−3 Ω Z¯C = RC + j · XC = 28, 97 · 10−3 + j · 37, 269 · 10−3 Ω q q 2 2 RC + XC = (28, 97 · 10−3 )2 + (37, 269 · 10−3 )2 = 47, 204 · 10−3 Ω Z¯C = //

Ik

1, 1 · 400 c · UN =√ = 5, 382kA = √ 3 · Z¯C 3 · 47, 204 · 10−3

3.3.2

Vypoˇ cten´ e hodnoty pro dimenzov´ an´ı kabelu K81

Následuj´ıc´ı parametry a hodnoty pro dimenzován´ı uvedené v tabulkách jsou spoˇcteny pomoc´ı programu MATLAB podle rovnic, které byly uvedené v této kapitole. Uvedené podm´ınky v tabulkách plat´ı pro zvolen´ y jistiˇc Modeion BD250N a tk = 0, 01s.

46


//

Ik [kA] 5,382

≤

Miroslav Moc 2014

ICS [kA] 18

Pp [kW]

κ[-]

81,549

1,115

Ip [A]

≤

147,13 ip [kA]

≤

8,488 Ith,1 [kA] 0,65

≤

IP N [A]

≤

≤

150

ICU [kA] 36

IZ [A] 183

Icm [kA] 75 ICW [kA] Vztaˇzeno na 2,5

tk = 1s

Tabulka 3.3: Kabel K81 - Doj´ırna: N´ avrh jistiˇce, spoˇctené parametry

n m 1

Ith [kA]

0,457 6,495

Smin [mm2 ] 8,898

≤

S[mm2 ] 70 //

Tabulka 3.4: Kabel K81 - Doj´ırna: Kontrola na tepelné u ´ˇcinky Ik a pr˚ uˇrez kabelu

∆Uf [V]

d[%]

3,49

1,511

≤

dZ [%] 5

Tabulka 3.5: Kabel K81 - Doj´ırna: Kontrola na u ´bytek napˇet´ı na vodiˇci

47


Miroslav Moc 2014

Pro výpoˇctový proud : Ip [A]

∆ϑ[K] tc [◦ C]

147,13

29,032

49,032

Pro nadproudy Inad : N´ asobky IN P

I [A]

tvyp [s]

∆ϑ[K] tc [◦ C]

1,15

172,5

2598

33,793

53,793

1,2

180

2382

36,164

56,164

1,25

187,5

2280

39,227

59,227

1,3

195

2094

41,484

61,484

1,5

225

1476

48,556

68,556

2

300

282

26,194

46,194

2,5

375

72

12,392

32,392

3

450

25

6,871

26,871

5

750

0,019

0,019

20,019

Tabulka 3.6: Kabel K81 - Doj´ırna: ovˇeˇren´ı jiˇstˇen´ı proti pˇret´ıˇzen´ı

Ii [A]

¯sv [mΩ] Z

594

138,29

≤

¯s [mΩ] Z

l[m]

352

50

≤

lmax [m] 230,55

Tabulka 3.7: Kabel K81 - Doj´ırna: Ochrana proti nebezpeˇcnému dotyku

48


Miroslav Moc 2014

Zde je moˇzné ˇr´ıci, ˇze kabel z krav´ına do doj´ırny je nadimenzován správnˇe. Také vzhledem k podm´ınkám jiˇstˇen´ı a ˇcas˚ u vypnut´ı, respektive dob trván´ı zkratu tk , lze ˇr´ıci, ˇze je zajiˇstˇena i selektivita jiˇstˇen´ı. Na obrázku 3.7 je ukázána zajiˇstˇená selektivita jiˇstˇen´ı pomoc´ı vyp´ınac´ıch charakteristik jistiˇc˚ u Modeion BD250N a BH630N, kde praporek s ˇc´ıslem 5 je charakteristika pro BD250N a praporek s ˇc´ıslem 2 je pro BH630N. Praporek s ˇc´ıslem 0 ukazuje vyp´ınac´ı charakteristiku VN pojistek pˇred transformátorem. Dále je tam zobrazena ˇcervená linka, která znaˇc´ı maximáln´ı dovolen´ y ˇcas vypnut´ı 5s pˇri poruˇse, tj. Ochrana proti nebezpeˇ cn´ emu dotyku.

Obrázek 3.7: Uk´ azka vyp´ınac´ıch charakteristik jistiˇc˚ u Modeion - program SICHR od OEZ

Program SICHR od spoleˇcnosti OEZ byl pouˇzit pro kontrolu v´ ypoˇct˚ u. Je vˇsak nutno ˇr´ıci, ˇze mezi hodnotami v programu a v této práci je mal´ y rozd´ıl, kter´ y je pr˚ umˇernˇe v ˇra´dech jednotek. Tento rozd´ıl je dán zaokrouhlován´ım pˇri ˇreˇsen´ı v´ ypoˇctu a také zp˚ usobem ˇreˇsen´ı problematiky samotn´ ym programem. Ten na základˇe vloˇzen´ ych dat zohledˇ nuje pˇresné oteplen´ı pˇri pr˚ uchodu proudu kabelem a také ztráty na vˇsech prvc´ıch v obvodu.

49


3.4

Miroslav Moc 2014

Ekonomick´ a optimalizace n´ avrhu pr˚ uˇ rezu kabel˚ u

Jak bylo v pˇredeˇslé kapitole ˇreˇceno, tak i zde hraje svou roli hospodárnost provozu. Po dimenzován´ı nastupuje porovnán´ı finanˇcn´ıch náklad˚ u na poˇr´ızen´ı a provoz kabel˚ u. Lze tedy ˇr´ıci, ˇze se tato ekonomická u ´vaha provád´ı u tˇech kabel˚ u, u nichˇz je to moˇzné. To znamená, ˇze je navrˇzen kabel s nejmenˇs´ım pr˚ uˇrezem, kter´ y splˇ nuje vˇsechna kritéria, ale vzhledem k charakteru provozu a v´ ypoˇctového zat´ıˇzen´ı by jeho celkové náklady mohly b´ yt vyˇsˇs´ı neˇz u kabelu s vyˇsˇs´ım pr˚ uˇrezem. To je dáno ˇcinn´ ymi ztrátami. Pokud jiˇz je pr˚ uˇrez nadimenzovaného kabelu tak velk´ y, ˇze uˇz nen´ı v nab´ıdce v´ yrobc˚ u kabel s vyˇsˇs´ım pr˚ uˇrezem, ekonomická v´ yhodnost nen´ı potˇreba, protoˇze nen´ı s ˇc´ım porovnávat. Ekonomická optimalizace kabel˚ u je v této práci provedena pomoc´ı programu SICHR od spoleˇcnosti OEZ, kde je provedena i kontrola v´ ypoˇct˚ u pro dimenzován´ı a jiˇstˇen´ı kabel˚ u. Tento program pouˇz´ıvá následuj´ıc´ı rovnice, u nichˇz je znaˇcen´ı ponecháno z literatury [21] - ELEKTRO - Ekonomická optimalizace kabelu.“ ” Poˇrizovác´ı náklady: NK = CK · S · l

(3.21)

Kde: NK poˇrizovac´ı náklady na kabel [Kˇc] CK

cena kabelu na 1 m délky vztaˇzená k 1 mm2 pr˚ uˇrezu fázového vodiˇce [Kˇc/mm2 ·m]

S

pr˚ uˇrez jedné fáze veden´ı [mm2 ]

l

délka veden´ı [m]

Provozn´ı náklady: NZ = 3 · 0, 001 · ρ45 ·

B

l · I 2 · T · CW · S p

1+

B=

tr X n=1

 1 +

1 − rtr rn−1 = 1−r a

2 

(3.22) i

100 (3.23)



b  · 1 +  100 100 (3.24)

r= 1+

50

i 100


Miroslav Moc 2014

Kde: NZ souˇcasná hodnota náklad˚ u na ztráty [Kˇc] ρ45

mˇern´ y elektrick´ y odpor vodiˇc˚ u [Ω·mm2 /m]

Ip

v´ ypoˇctov´ y proud tekouc´ı vodiˇcem [A]

T

doba pln´ ych ztrát [h/rok]

CW

cena elektrické energie [Kˇc/kWh]

B

souˇcinitel zahrnuj´ıc´ı nár˚ ust zat´ıˇzen´ı, cenu el. energie a diskontn´ı (inflaˇcn´ı) sazbu

i

diskontn´ı (inflaˇcn´ı) sazba [%]

tr

ekonomická ˇzivotnost vodiˇce [rok]

a

roˇcn´ı nár˚ ust zat´ıˇzen´ı [%/rok]

b

roˇcn´ı nár˚ ust ceny elektrické energie [%/rok]

Celkové náklady: NC = NK + NZ 

 B

 l  NC = (CK · S · l) + 3 · 0, 001 · ρ45 · · Ip2 · T · CW · S 

1+

   i 

(3.25)

100

Kde: NC

celkové náklady na provoz a poˇr´ızen´ı kabelu [Kˇc]

Hospodárn´ y pr˚ uˇrez vodiˇce se poté stanov´ı z nulové derivace minimáln´ı hodnoty celkov´ ych náklad˚ u kabelu za jeho ekonomickou ˇzivotnost podle pr˚ uˇrezu.[21] Tˇr´ıfázové veden´ı: dNC =0 dS 



  (CK · l) − 3 · 0, 001 · ρ45 · l · S0−2 · Ip2 · T · CW ·  v u u CW S0 = 0, 055 · Ip · u u C ρ45 · T · t K

51

B 1+

B 1+

  =0 i 

100 (3.26)

i 100


Miroslav Moc 2014

Obdobnˇe pro jednofázové veden´ı: v u u CW S0 = 0, 045 · Ip · u u C ρ45 · T · t K

B 1+

(3.27) i

100

Kde: S0

hospodárn´ y pr˚ uˇrez veden´ı [mm2 ]

Doba pln´ ych ztrát pro tento v´ ypoˇcet je zvolena podle literatury [10] - Ztráty v ” ˇ pˇrenosu a rozvodu elektrické energie“. Tato doba ˇcin´ı T = 1000h/rok. Zivotnost kabel˚ u je zvolena tr = 20let

Obrázek 3.8: Uk´ azka výstupu pro porovn´ an´ı ekonomické hospod´ arnosti kabel˚ u z programu SICHR

Ukázka v´ ystupu ekonomické optimalizace je zobrazena na obrázku 3.8, kde jsou vypsány vstupn´ı i vypoˇctené hodnoty. Vstupn´ı hodnoty jsou poˇrizovac´ı cena kabelu za metr, cena elektrické energie, ˇzivotnost kabelu, doba pln´ ych ztrát, inflaˇcn´ı m´ıra a roˇcn´ı nár˚ ust ceny elektrické energie. [29, 10, 26] Spoˇctené v´ ystupn´ı hodnoty jsou poˇrizovac´ı a celkové náklady kabelu. Na obrázku 3.9 je zobrazen graf ekonomického porovnán´ı pr˚ uˇrez˚ u, z nˇehoˇz vypl´ yvá, ˇze nejniˇzˇs´ı celkové náklady jsou pro kabel o pr˚ uˇrezu 240 mm2 . To je dáno t´ım, ˇze ˇc´ım vyˇsˇs´ı pr˚ uˇrez, t´ım niˇzˇs´ı ztráty. Na základˇe charakteru provozu, ekonomické hospodárnosti a poˇrizovac´ıch náklad˚ u m˚ uˇze investor zvolit kabel aˇz do pr˚ uˇrezu 240 mm2 (kabel AYKY 3x240+120 mm2 ), kter´ y se jev´ı jako nejoptimálnˇejˇs´ı z pohledu ekonomiky. Pro vˇetˇs´ı pr˚ uˇrez kabelu nejsou jiˇz potˇrebné kontroln´ı v´ ypoˇcty, protoˇze jsou vˇsechny podm´ınky splnˇené s vˇetˇs´ı rezervou.

52


Miroslav Moc 2014

Obr´ azek 3.9: Graf porovn´ an´ı n´ aklad˚ u kabelu K81 do doj´ırny pro r˚ uzné pr˚ uˇrezy

3.5

Citlivostn´ı anal´ yza

Citlivostn´ı anal´ yza se provád´ı u ekonomické v´ yhodnosti z d˚ uvodu, ˇze pr˚ uˇrez kabelu, kter´ y je navrˇzen nyn´ı pˇri souˇcasn´ ych podm´ınkách a cenách jako hospodárn´ y, nemus´ı b´ yt hospodárn´ y v budoucnu za jin´ ych podm´ınek a cen. Jin´ ymi slovy jde o to, jestli investor pˇri koupi kabelu dnes, neudˇelal z budouc´ıho hlediska v´ yvoje náklad˚ u a provozu velkou chybu. Pro citlivostn´ı anal´ yzu jsou vybrány dva reprezentativn´ı vzorky ze vˇsech kabel˚ u. Jsou to kabely K4 a K5. V tˇechto pˇr´ıpadech se anal´ yza provedla pro zmˇenu ceny elektˇriny v rozmez´ı od 3 Kˇc/kWh do 8 Kˇc/kWh pˇri souˇcasné diskontn´ı sazbˇe 2,1 % a pˇri 5 %.

53


Miroslav Moc 2014

Kabel K4 k progresu: Celkové náklady pˇri zmˇenˇe ceny za el. energii pro diskontn´ı sazbu 2,1 %: Kabel

Pr˚ uˇ rez 2

AYKY

[mm ]

4x70

Cena el. energie [Kˇ c/kWh] 3

4

5

6

7

8

70

43 771

53 558

63 346

73 133

82 920

92 707

3x95+70

95

39 561

46 772

53 983

61 193

68 404

75 615

3x120+70

120

36 932

42 643

48 354

54 064

59 775

65 486

3x150+70

150

37 871

42 428

46 985

51 542

56 099

60 657

3x185+95

185

42 205

45 897

49 589

53 281

56 972

60 664

3x240+120 240

43 517

46 363

49 209

52 054

54 900

57 746

Celkové náklady pˇri zmˇenˇe ceny za el. energii pro diskontn´ı sazbu 5 %: Kabel

Pr˚ uˇ rez

AYKY

[mm2 ]

4x70


4

5

6

7

8

70

36 617

44 020

51 422

58 825

66 228

73 630

3x95+70

95

34 291

39 744

45 198

50 652

56 106

61 560

3x120+70

120

32 758

37 077

41 396

45 716

50 036

54 355

3x150+70

150

34 540

37 987

41 433

44 881

48 327

51 774

3x185+95

185

39 506

42 299

45 091

47 884

50 676

53 469

3x240+120 240

41 437

43 589

45 742

47 894

50 047

52 199

Tabulka 3.8: Kabel K4 - Progres: Celkové n´ aklady pˇri citlivostn´ı analýze

54


Miroslav Moc 2014

Obrázek 3.10: Graf citlivostn´ı analýzy pro kabel K4 k progresu pˇri diskontn´ı sazbˇe 2,1 %

Obrázek 3.11: Graf citlivostn´ı analýzy pro kabel K4 k progresu pˇri diskontn´ı sazbˇe 5 %

55


Miroslav Moc 2014

Kabel K5 k sen´ıku: Celkové náklady pˇri zmˇenˇe ceny za el. energii pro diskontn´ı sazbu 2,1 %: Kabel

Pr˚ uˇ rez

AYKY

[mm2 ]

4x70


4

5

6

7

8

70

43 509

55 393

67 276

79 159

91 042

102 925

3x95+70

95

36 026

44 776

53 525

62 273

71 022

79 771

3x120+70

120

31 566

38 489

45 411

52 333

59 256

66 178

3x150+70

150

29 813

35 351

40 889

46 427

51 964

57 502

3x185+95

185

30 478

34 978

39 477

43 977

48 476

52 976

3x240+120 240

29 463

32 924

36 386

39 847

53 308

46 769

Celkové náklady pˇri zmˇenˇe ceny za el. energii pro diskontn´ı sazbu 5 %: Kabel

Pr˚ uˇ rez 2

AYKY

[mm ]

4x70


4

5

6

7

8

70

34 823

43 811

52 799

61 787

70 774

79 762

3x95+70

95

29 631

36 249

42 866

49 483

56 100

62 718

3x120+70

120

26 506

31 742

36 978

42 214

47 449

52 685

3x150+70

150

25 765

29 954

34 142

38 331

42 519

46 708

3x185+95

185

27 189

30 593

33 996

37 399

40 802

44 205

3x240+120 240

26 933

29 551

32 169

34 787

37 405

40 022

Tabulka 3.9: Kabel K5 - Sen´ık: Celkové n´ aklady pˇri citlivostn´ı analýze

V tabulkách 3.8 a 3.9 jsou vypsány celkové náklady r˚ uzn´ ych variant kabel˚ u pˇri r˚ uzn´ ych cenách el. energie a r˚ uzné diskontn´ı sazbˇe. Je moˇzné si povˇsimnout, ˇze náklady pˇri 5% sazbˇe jsou levnˇejˇs´ı neˇz pˇri 2,1 % sazbˇe. Na obrázc´ıch 3.10 aˇz 3.13 jsou grafy, na nichˇz jsou hodnoty z tabulek vyobrazeny graficky a je moˇzné tedy porovnat jejich v´ yvoj. Tyto maj´ı dva nejextrémnˇejˇs´ı pr˚ ubˇehy ekonomické hospodárnosti, proto lze zde ˇr´ıci, ˇze zmˇeny cen za el. energii a diskontn´ı sazby se projev´ı obdobnˇe i u dalˇs´ıch kabel˚ u. Záleˇz´ı tedy na investorovi, jak´ y kabel bude cht´ıt zakoupit. Jak ale bylo ˇreˇceno jiˇz v prvn´ı kapitole, záleˇz´ı na jeho finanˇcn´ıch prostˇredc´ıch, zda jich má dostatek nebo ne.

56


Miroslav Moc 2014

Obrázek 3.12: Graf citlivostn´ı analýzy pro kabel K5 k sen´ıku pˇri diskontn´ı sazbˇe 2,1 %

Obr´ azek 3.13: Graf citlivostn´ı analýzy pro kabel K5 k sen´ıku pˇri diskontn´ı sazbˇe 5 %

57


3.6

Miroslav Moc 2014

Volba pr˚ uˇ rezu kabelu podle n´ avrhu a ekonomick´ e optimalizace

V pˇredeˇsl´ ych ˇca´stech byla ukázána volba kabel˚ u s ohledem na podm´ınky prostˇred´ı, jiˇstˇen´ı a pˇret´ıˇzen´ı a s ohledem na ekonomickou optimalizaci pr˚ uˇrezu. V areálu byla provedena kontrola stávaj´ıc´ıch a návrh nov´ ych kabel˚ u. V tabulce 3.10 jsou uvedeny stávaj´ıc´ı pr˚ uˇrezy kabel˚ u v areálu a minimáln´ı zvolen´ y pr˚ uˇrez nového kabelu. V posledn´ım sloupci jsou uvedeny optimáln´ı pr˚ uˇrezy z ekonomického hlediska. Jsou zde uvedeny jen kabely, u nichˇz bylo moˇzné provést ekonomickou optimalizaci. St´ avaj´ıc´ı S [mm2 ] Optim´ aln´ı S [mm2 ]

Zn.

Provoz

St´ avaj´ıc´ı kabel

K1

ˇ cka Cistiˇ

AYKY 3x120+70

120

240

K3

ˇ Cerpac´ ı stanice

AYKY 3x120+70

120

25

K4

Progres

AYKY 3x120+70

120

150

K42

D´ılny

AYKY 3x120+70

120

120

K5

Sen´ık

AYKY 3x120+70

120

240

K6

OMD

AYKY 3x120+70

120

25

K7

Dr˚ ubeˇzárna

AYKY 3x120+70

120

240

K71

Kr˚ ut’a´rna

AYKY 3x120+70

120

150

Zn.

Provoz

Navrˇ zen´ y kabel

Zvolen´ y S [mm2 ]

Optim´ aln´ı S [mm2 ]

K81

Doj´ırna

AYKY 4x70

70

240

Tabulka 3.10: Tabulka st´ avaj´ıc´ıch nebo minim´ aln´ıch pr˚ uˇrez˚ u kabel˚ u a optim´ aln´ıch pr˚ uˇrez˚ u kabel˚ u z hlediska ekonomiky

V tabulce 3.10 jsou silnˇe zv´ yraznˇeny kabely, které jsou doporuˇceny vymˇenit za jin´ y pr˚ uˇrez, jestliˇze fyzick´ y stav stávaj´ıc´ıch kabel˚ u jiˇz nevyhovuje spolehlivosti provozu. Na základˇe charakteru provozu a uloˇzen´ı veden´ı je doporuˇcován pr˚ uˇrez S = 70mm2 (kabel AYKY 4x70 mm2 ). V rozmez´ı hodnot uveden´ ych v tabulce 3.10 je investorem zvaˇzován nákup nového a hospodárnˇejˇs´ıho kabelového veden´ı nebo ponechán´ı stávaj´ıc´ıho. Na základˇe uveden´ ych graf˚ u celkov´ ych náklad˚ u kabel˚ u a finanˇcn´ı situaci investora je volen bud’ optimáln´ı pr˚ uˇrez kabelu nebo je uˇcinˇen kompromis a je volen takov´ y pr˚ uˇrez, pro kter´ y nejsou pˇr´ıliˇs velké rozd´ıly v celkov´ ych nákladech na poˇr´ızen´ı a provoz kabelu a je bl´ızk´ y k optimáln´ımu.

58

Kapitola 4 Kompenzace u ´ˇ cin´ıku Jak je vidˇet z tabulky 1 na stranˇe I v pˇr´ıloze A, v podniku je velké mnoˇzstv´ı asynchronn´ıch motor˚ u. Jako v kaˇzdém podniku, at’ je to zemˇedˇelsk´ y nebo pr˚ umyslov´ y, je ´ cin´ık je pomˇer ˇcinného ku zdánlivému v´ potˇrebná kompenzace u ´ˇcin´ıku. Uˇ ykonu. Aby asynchronn´ı motor mohl pˇremˇenit ˇcinn´ y v´ ykon na práci, potˇrebuje odeb´ırat jalov´ y v´ ykon. Ten je potˇrebn´ y k vytvoˇren´ı magnetického pole v asynchronn´ım motoru. Z toho vypl´ yvá, ˇze pˇr´ıvodn´ı veden´ı je zat´ıˇzeno nejen ˇcinn´ ym, ale i jalov´ ym v´ ykonem, respektive proudem. [8] Omezen´ım odeb´ıraného jalového v´ ykonu z veden´ı se sniˇzuj´ı u ´bytky napˇet´ı a ztráty na veden´ı. Omezuj´ı se paraleln´ım pˇripojen´ım kompenzaˇcn´ıho zaˇr´ızen´ı do bl´ızkosti zaˇr´ızen´ı, jeˇz odeb´ıraj´ı jalov´ y proud potˇrebn´ y pro svou ˇcinnost. Pˇripojuj´ı se bud’ do tˇesné bl´ızkosti k jednotliv´ ym zaˇr´ızen´ım, ke skupinˇe zaˇr´ızen´ı nebo je jedno kompenzaˇcn´ı zaˇr´ızen´ı urˇcené pro cel´ y podnik. [8] Kompenzace u ´ˇcin´ıku se dˇel´ı na 4 druhy [8]: 1. Individu´ aln´ı kompenzace - kompenzaˇcn´ı zaˇr´ızen´ı je pˇripojeno v tˇesné bl´ızkosti jednotliv´ ych zaˇr´ızen´ı nebo stroj˚ u, které jsou kompenzovány. Hlavn´ı v´ yhodou je jednoduchost a také pˇr´ıvodn´ı veden´ı nen´ı zat´ıˇzené jalovou sloˇzkou energie aˇz ke spotˇrebiˇci. Nev´ yhodou je prostorová nároˇcnost a riziko pˇrekompenzován´ı. 2. Skupinov´ a kompenzace - kompenzaˇcn´ı zaˇr´ızen´ı je pˇripojeno na pˇr´ıpojnici skupinového rozvadˇeˇce, kter´ y napáj´ı skupinu zaˇr´ızen´ı nebo stroj˚ u. Kompenzaˇcn´ı zaˇr´ızen´ı je rozdˇelené na jednotlivé v´ ykonové stupnˇe. V´ yhoda je lepˇs´ı regulovatelnost v´ ykonu. Nev´ yhoda je nutnost opatˇrit sp´ınac´ı a regulaˇcn´ı prvky pro kompenzaˇcn´ı zaˇr´ızen´ı. 59


Miroslav Moc 2014

3. Centr´ aln´ı kompenzace - kompenzaˇcn´ı zaˇr´ızen´ı je pˇripojeno na pˇr´ıpojnici vstupn´ıho rozvadˇeˇce, kter´ y je za hlavn´ım transformátorem v podniku. V´ yhodou je menˇs´ı potˇrebn´ y kompenzaˇcn´ı v´ ykon a jen jedno kompenzaˇcn´ı zaˇr´ızen´ı. Nev´ yhodou je skuteˇcnost, ˇze veden´ı v podniku je nevykompenzováno a kompenzaˇcn´ı zaˇr´ızen´ı se mus´ı opatˇrit regulaˇcn´ı automatikou. 4. Sm´ıˇ sen´ a kompenzace - tato kompenzace je kombinac´ı tˇr´ı pˇredeˇsl´ ych druh˚ u a ˇcasto je tak ˇreˇsena kompenzace u ´ˇcin´ıku u velk´ ych pr˚ umyslov´ ych podnik˚ u. Kompenzace se tedy provád´ı z d˚ uvod˚ u odlehˇcen´ı pˇr´ıvodn´ıho veden´ı od pˇrenáˇseného jalového proudu a omezen´ı ztrát na hodnotu cos ϕ0 = 0, 95 aˇz cos ϕ0 = 1 induktivn´ıho charakteru. Za nedodrˇzen´ı této hodnoty u ´ˇcin´ıku hroz´ı odbˇeratel˚ um finanˇcn´ı postih ve formˇe cenov´ ych pˇriráˇzek, které jsou v procentech platby za v´ ykon a elektrickou energii.[13] Tyto pˇriráˇzky jsou uvedeny v tabulce 3 na stranˇe XLI v pˇr´ıloze C. Vzhledem k charakteru a velikosti podniku je uvaˇzována centráln´ı kompenzace um´ıstˇená na pˇr´ıpojnici vstupn´ıho rozvadˇeˇce. Kompenzaˇcn´ı rozvadˇeˇc je tedy um´ıstˇen v hlavn´ı rozvodnˇe. Schéma zapojen´ı s kompenzaˇcn´ım rozvadˇeˇcem je vyobrazen na obrázku 4.1.

Obr´ azek 4.1: Schéma zapojen´ı s kompenzaˇcn´ım rozvadˇeˇcem KR

Aby mohl b´ yt zvolen správn´ y v´ ykon a stupnˇe kompenzaˇcn´ıho rozvadˇeˇce, je nutné stanovit celkov´ y kompenzaˇcn´ı v´ ykon pro podnik. Ten se stanov´ı podle rovnic [8]: Qpuv =

X

Spuv · sin ϕstr

(4.1)

P

Pp · sin ϕ0 cos ϕ0

(4.2)

Qkom = Qpuv − Qpokom

(4.3)

Qpokom =

60


Miroslav Moc 2014

Rovnice 4.1 stanovuje p˚ uvodn´ı odeb´ıran´ y jalov´ y v´ ykon Qpuv pˇ red kompenzac´ı. Rovnic´ı 4.2 se poˇc´ıtá jalov´ y v´ ykon Qpokom odeb´ıran´ y po kompenzaci. Rozd´ıl tˇechto hodnot je v rovnici 4.3, která poˇc´ıtá kompenzaˇ cn´ı jalov´ y v´ ykon Qkom . Podle obecnˇe vedené praxe se kompenzaˇcn´ı v´ ykon zvyˇsuje o 20 %, aby opravdu byla zajiˇstˇena kompenzace na pˇredepsanou nebo vyˇsˇs´ı hodnotu. QKR = 1, 2 · Qkom

(4.4)

Stanoven´ı poˇctu stupˇ n˚ u kompenzaˇcn´ı rovnice se stanov´ı podle podm´ınky [13]: N≥

Qpuv − P · tan ϕ0 QC1

(4.5)

Kde QC1 je velikost 1. kompenzaˇcn´ıho stupnˇe, kter´ y udává jemnost regulace. Po zjednoduˇsen´ı bude vypadat [13]: N≥

Qpuv − P · tan ϕ0 Qpuv − Qpokom Qkom QKR ⇒ N≥ ⇒ N≥ ⇒ N≥ QC1 QC1 QC1 QC1

Dále se mus´ı ovˇeˇrit, zda-li nen´ı pˇrekompenzováno nebo nedokompenzováno podle podm´ınky [13]: Qpuv − N · QC1 P ≤ tan ϕ0 Pp

(4.6)

Kde tan ϕ0 = 0, 33 ⇒ cos ϕ0 = 0, 95.

4.1

Volba kompenzaˇ cn´ıho rozvadˇ eˇ ce

V´ yˇse je nast´ınˇen postup volby kompenzaˇcn´ıho rozvadˇeˇce KR. Podle rovnic 4.1 aˇz 4.4 se stanov´ı potˇrebn´ y kompenzaˇcn´ı v´ ykon kompenzaˇcn´ıho rozvadˇeˇce pro cel´ y podnik. A vˇsak ned´ılnou ˇca´st´ı je volba takového rozvadˇeˇce, kter´ y správnˇe kompenzuje i nejniˇzˇs´ı moˇzn´ y odeb´ıran´ y v´ ykon. Ten je dán nepˇretrˇzit´ ymi provozy v podniku. Postup volby KR: 1. stanoven´ı celkového kompenzaˇcn´ıho v´ ykonu pro podnik - v´ ykon KR 2. stanoven´ı nejniˇzˇs´ıho kompenzaˇcn´ıho v´ ykonu pro trvalé provozy 3. volba KR podle spoˇcteného kompenzaˇcn´ıho v´ ykonu a v´ ykonu prvn´ıho stupnˇe KR 4. v´ ypoˇcet poˇctu kompenzaˇcn´ıch stupˇ n˚ u (ovˇeˇren´ı vhodnosti KR) 61


Miroslav Moc 2014

5. ovˇeˇren´ı na pˇrekompenzován´ı nebo nedokompenzován´ı celého podniku 6. ovˇeˇren´ı na pˇrekompenzován´ı nebo nedokompenzován´ı nejniˇzˇs´ıho odeb´ıraného v´ ykonu trval´ ymi provozy Pro v´ ypoˇcet nejmenˇs´ıho kompenzaˇcn´ıho v´ ykonu jsou pouˇzity stejné rovnice jako pro celkov´ y v´ ykon. Potom v´ ypoˇcet bude: Stanoven´ı QKR : P P Spuv = 230, 958kV A; Pp = 184, 788kW ; cos ϕstr = 0, 8 ⇒ sin ϕstr = 0, 6; cos ϕ0 = 0, 95 ⇒ sin ϕ0 = 0, 31 Qpuv =

X

Spuv · sin ϕstr = 230, 958 · 0, 6 = 138, 591kV Ar

P

Pp 184, 788 · 0, 31 = 60, 299kV Ar · sin ϕ0 = cos ϕ0 0, 95 = Qpuv − Qpokom = 138, 591 − 60, 299 = 78, 292kV Ar

Qpokom = Qkom

QKR = 1, 2 · Qkom = 1, 2 · 78, 292 = 93, 95kV Ar Podle v´ ypoˇctu je potˇreba zvolit kompenzaˇcn´ı rozvadˇeˇc o jalovém v´ ykonu 93,95 kVAr nebo vyˇsˇs´ım. Stanoven´ı nejmenˇs´ıho výpoˇctového výkonu trvalých provoz˚ u: Provoz Pp Krav´ın Kr˚ ut’a´rna

6,01 kW

Dr˚ ubeˇzáˇrna

42,07 kW

OMD

4,39 kW

PpCmin

85,59 kW

33,12 kW

V této ˇca´sti je nejmenˇs´ı celkov´ y v´ ypoˇctov´ y v´ ykon pro nepˇretrˇzité provozy znaˇcen PpCmin a po vynásoben´ı vzájemn´ ym souˇcinitelem nároˇcnosti β je minimáln´ı v´ ypoˇctov´ y P ˇcinn´ y v´ ykon pro tyto provozy znaˇcen Ppmin .

X

Ppmin = PpCmin · β = 85, 59 · 0, 6 = 51, 354kW

62


Miroslav Moc 2014

Stanoven´ı nejmenˇs´ıho kompenzaˇcn´ıho výkonu pro trvalé provozy: P Ppmin 51, 354 Qpuv = · sin ϕstr = · 0, 6 = 38, 516kV Ar cos ϕstr 0, 8 P Pp 51, 354 Qpokom = · sin ϕ0 = · 0, 31 = 16, 758kV Ar cos ϕ0 0, 95 Qkom = Qpuv − Qpokom = 38, 516 − 16, 758 = 21, 758kV Ar

Podle v´ yˇse uveden´ ych v´ ypoˇct˚ u je moˇzné zvolit velikost v´ ykonu kompenzaˇcn´ıho rozvadˇeˇce. Z katalogu od spoleˇcnosti EMCOS s.r.o. [30] jsou vybrány rozvadˇeˇce VARKOM B EV 100/16, VARKOM B 93/15 a F-KOM 99/9. Logika ˇc´ıselného znaˇcen´ı znamená celkový výkon KR/poˇcet stupˇ n˚ u. Pˇr´ıklad logiky odstupˇ nován´ı je: pro VARKOM B EV 100/16 - 2 x 6,25 + 12,5 + 25 + 50 kVAr D˚ uleˇzitá je velikost prvn´ıho stupnˇe, která udává jemnost regulace, tj. regulaˇcn´ı krok. Potom bude ovˇ eˇ ren´ı poˇ ctu stupˇ n˚ u a kompenzace n´ asleduj´ıc´ı: VARKOM B EV 100 /16 : QC1 = 6, 25kV Ar; QC = 100kV Ar Poˇcet stupˇ n˚ u: N≥

QKR 93, 95 = 15, 032 ⇒ N≥ QC1 6, 25

Poˇcet stupˇ n˚ u vyhovuje. Ovˇeˇren´ı na pˇrekompenzován´ı nebo nedokompenzován´ı: P pro Pp = 184, 788kW Qpuv − N · QC1 138, 591 − 16 · 6, 25 P ≤ tan ϕ0 ⇒ = 0, 209 ≤ 0, 33 Pp 184, 788 Potom tan ϕ = 0, 209 ⇒ cos ϕ = 0, 979, je tedy správnˇe vykompenzováno. pro

P

Ppmin = 51, 354kW ⇒ pouˇzije se stupeˇ n, kter´ y je souˇctem ˇctyˇr QC1 ⇒ 25 kVAr. Qpuv − N · QC1 38, 516 − 4 · 6, 25 P ≤ tan ϕ0 ⇒ = 0, 263 ≤ 0, 33 Pp 51, 354

Potom tan ϕ = 0, 263 ⇒ cos ϕ = 0, 967, je tedy správnˇe vykompenzováno.

63


Miroslav Moc 2014

F-KOM 99 /9 : QC1 = 11kV Ar; QC = 99kV Ar Poˇcet stupˇ n˚ u: N≥

93, 95 QKR ⇒ N≥ = 8, 541 QC1 11

Poˇcet stupˇ n˚ u vyhovuje. Ovˇeˇren´ı na pˇrekompenzován´ı nebo nedokompenzován´ı: P pro Pp = 184, 788kW Qpuv − N · QC1 138, 591 − 9 · 11 P ≤ tan ϕ0 ⇒ = 0, 214 ≤ 0, 33 Pp 184, 788 Potom tan ϕ = 0, 214 ⇒ cos ϕ = 0, 978, je tedy správnˇe vykompenzováno. pro

P

Ppmin = 51, 354kW ⇒ pouˇzij´ı se stupnˇe, které jsou souˇctem tˇr´ı QC1 ⇒ 33 kVAr. Qpuv − N · QC1 38, 516 − 3 · 11 P ≤ tan ϕ0 ⇒ = 0, 107 ≤ 0, 33 Pp 51, 354

Potom tan ϕ = 0, 107 ⇒ cos ϕ = 0, 994, je tedy správnˇe vykompenzováno. Pokud je pouˇzit stupeˇ n, kter´ y je souˇctem dvou QC1 ⇒ 22 kVAr, bude v´ ypoˇcet následuj´ıc´ı: Qpuv − N · QC1 38, 516 − 2 · 11 P = 0, 322 ≤ 0, 33 ≤ tan ϕ0 ⇒ 51, 354 Pp Potom tan ϕ = 0, 322 ⇒ cos ϕ = 0, 952, je tedy správnˇe vykompenzováno, ale na hodnotu, která je tˇesnˇe nad pˇredepsanou hodnotou u ´ˇcin´ıku. VARKOM B 93 /15 : QC1 = 6, 25kV Ar; QC = 93kV Ar Poˇcet stupˇ n˚ u: QKR 93, 95 ⇒ N≥ = 15, 032 QC1 6, 25 Qkom 78, 292 N≥ ⇒ N≥ = 12, 527 QC1 6, 25 N≥

Poˇcet stupˇ n˚ u vyhovuje, jestliˇze je pˇr´ımo brána hodnota Qkom bez nav´ yˇsen´ı o 20 %, jak je to u QKR

64


Miroslav Moc 2014

Ovˇeˇren´ı na pˇrekompenzován´ı nebo nedokompenzován´ı: P pro Pp = 184, 788kW Qpuv − N · QC1 138, 591 − 15 · 6, 25 P ≤ tan ϕ0 ⇒ = 0, 243 ≤ 0, 33 Pp 184, 788 Potom tan ϕ = 0, 243 ⇒ cos ϕ = 0, 972, je tedy správnˇe vykompenzováno. pro

P

Ppmin = 51, 354kW ⇒ pouˇzije se stupeˇ n, kter´ y je souˇctem ˇctyˇr QC1 ⇒ 25 kVAr. Qpuv − N · QC1 38, 516 − 4 · 6, 25 P ≤ tan ϕ0 ⇒ = 0, 263 ≤ 0, 33 Pp 51, 354

Potom tan ϕ = 0, 263 ⇒ cos ϕ = 0, 967, je tedy správnˇe vykompenzováno. Jak je vidˇet z v´ ypoˇct˚ u, lze ˇr´ıci, ˇze ve vˇsech pˇr´ıpadech je správnˇe vykompenzováno a vˇsechny rozvadˇeˇce splˇ nuj´ı podm´ınky. Riziko finanˇcn´ıch sankc´ı za nedodrˇzen´ı u ´ˇcin´ıku cos ϕ0 = 0, 95 je nulové. A vˇsak podle obecnˇe vedené praxe jsou zde nejvhodnˇejˇs´ı volbou kompenzaˇcn´ı rozvadˇeˇce VARKOM B EV 100/16 a F-KOM 99/9. Cena tˇechto rozvadˇeˇc˚ u se podle v´ ykonu pohybuje v rozmez´ı od 40 700 Kˇc do 44 200 Kˇc za jeden kus. Opˇet záleˇz´ı na u ´vaze investora, jak bude cht´ıt m´ıt vykompenzovan´ yu ´ˇcin´ık a podle toho zakoup´ı kompenzaˇcn´ı rozvadˇeˇc. Ceny jsou orientaˇcn´ı od spoleˇcnosti EMCOS s.r.o. Ceny jsou sdˇeleny formou nab´ıdky, která je reakc´ı spoleˇcnosti na poptávku od investora.

4.2

Investiˇ cn´ı n´ avratnost kompenzaˇ cn´ıho rozvadˇ eˇ ce

Po zvolen´ı kompenzaˇcn´ıho rozvadˇeˇce je vhodné urˇcit návratnost investice. Ta se urˇc´ı primárnˇe z pˇriráˇzek za nedodrˇzen´ı u ´ˇcin´ıku (tabulka 3 v pˇr´ıloze C na stranˇe XLI).

4.2.1

Zjednoduˇ sen´ y v´ ypoˇ cet investiˇ cn´ı n´ avratnosti

Zjednoduˇsen´ y v´ ypoˇcet vycház´ı z jiˇz zm´ınˇen´ ych procentn´ıch cenov´ ych pˇriráˇzek za nedodrˇzen´ı hodnoty u ´ˇcin´ıku cos ϕ = 0, 95, ceny za elektrickou energii a ze stˇredn´ıho zat´ıˇzen´ı transformátoru ve sledovaném obdob´ı.

65


Miroslav Moc 2014

Pro zjednoduˇsen´ y v´ ypoˇcet investiˇcn´ı návratnosti kompenzaˇcn´ıho rozvadˇeˇce se pouˇzije a uprav´ı následuj´ıc´ı rovnice: Nstr Kde: B

pˇriráˇzka% · B · Wstr = 1+ 100

(4.7)

cena za elektrickou energii [Kˇc/kWh]

Nstr

náklady za odeb´ıranou el. energii vˇcetnˇe pˇriráˇzky za nedodrˇzen´ı u ´ˇcin´ıku [Kˇc/mˇes´ıc]

Wstr

stˇredn´ı zat´ıˇzen´ı transformátoru [MWh/mˇes´ıc]

Zde se jedná o v´ ypoˇcet, kter´ y je vztahován na jeden mˇes´ıc pr˚ umˇernˇe odebrané elektrické energie. V´ ypoˇcet náklad˚ u za elektrickou energii, vˇcetnˇe pˇriráˇzek za nedodrˇzen´ı u ´ˇcin´ıku, bude následuj´ıc´ı: Roˇcn´ı spotˇrebovaná el. energie WC = 254, 588M W h; stˇredn´ı spotˇrebovaná energie Wstr = 21, 216M W h/mˇes´ıc= 21216kW h/mˇes´ıc; cena za el. energii B = 5, 12Kˇc /mˇes´ıc; pˇriráˇzka% = 12,38% Pro u ´ˇcin´ık cos ϕ = 0, 8 a pˇriráˇzku% = 12,38% pˇriráˇzka% 12, 38 Nstr0,8 = 1 + · B · Wstr = 1 + · 5, 12 · 21216 = 122074Kˇc/mˇes´ıc 100 100 Pro u ´ˇcin´ık cos ϕ = 0, 95 a pˇriráˇzku% = 0% 0 pˇriráˇzka% · B · Wstr = 1 + · 5, 12 · 21216 = 108626Kˇc/mˇes´ıc Nstr0,95 = 1 + 100 100 Stanoven´ı cenové pˇriráˇzky cp je rozd´ıl náklad˚ u za el. energii Nstr0,8 a Nstr0,95 . cp = Nstr0,8 − Nstr0,95 = 122074 − 108626 = 13448Kˇc/mˇes´ıc Investiˇcn´ı návratnost N I se potom stanov´ı z ceny za kompenzaˇcn´ı rozvadˇeˇc CKR ku cenové pˇriráˇzce cp : NI =

CKR cp

(4.8)

V´ ypoˇcet pro kompenzaˇcn´ı rozvadˇeˇc VARKOM B EV 100/16 bude následuj´ıc´ı: CKR = 44200Kˇc NI =

CKR 44200 = = 3, 29mˇes´ıc˚ u cp 13448

Z tohoto zjednoduˇseného v´ ypoˇctu je moˇzno ˇr´ıci, ˇze návratnost investice do kompenzaˇcn´ıho rozvadˇeˇce bude ve 3,29 mˇes´ıc´ıch. 66


4.2.2

Miroslav Moc 2014

Zpˇ resnˇ en´ y v´ ypoˇ cet investiˇ cn´ı n´ avratnosti

Zpˇresnˇen´ y v´ ypoˇcet se provád´ı nejen na základˇe procentn´ıch pˇriráˇzek za nedodrˇzen´ı hodnoty u ´ˇcin´ıku, ale také na základˇe nejvyˇsˇs´ıch ˇctvrthodinov´ ych v´ ykon˚ u a znalosti cen za pouˇzit´ı s´ıt´ı, rezervovanou kapacitu a silovou elektˇrinu. Ty jsou zveˇrejnˇeny v kaˇzdoroˇcn´ım ´ [32] cenovém rozhodnut´ı Energetického regulaˇcn´ıho u ´ˇradu (ERU). Pro v´ ypoˇcet cenové pˇriráˇzky plat´ı následuj´ıc´ı rovnice [32]: cp = [Pmax · crk · u] + [(cps + cse ) · u · W ] Kde: cp Pmax crk u

(4.9)

cenová pˇriráˇzka [Kˇc] nejvyˇsˇs´ı namˇeˇren´ y ˇctvrthodinov´ y v´ ykon za vyhodnocené obdob´ı [MW] cena za rezervovanou kapacitu na pˇr´ısluˇsné napˇet’ové hladinˇe [Kˇc/MW]

cps

procentn´ı pˇriráˇzka za nedodrˇzen´ı u ´ˇcin´ıku [%/100] cena za pouˇzit´ı s´ıt´ı na pˇr´ısluˇsné napˇet’ové hladinˇe [Kˇc]

cse

´ [Kˇc] cena za silovou elektˇrinu podle cenového rozhodnut´ı ERU

W

mnoˇzstv´ı elektˇriny za vyhodnocované obdob´ı [MWh] Jelikoˇz v areálu nen´ı k dispozici mˇeˇren´ı nejvyˇsˇs´ıho ˇctvrthodinového v´ ykonu Pmax ,

je tento u ´daj nahrazen v´ ypoˇctov´ ym zat´ıˇzen´ım Pp . Vzhledem k tomu, ˇze odebraná elektrická energie WC je mˇeˇrena na sekundárn´ı stranˇe transformátoru, mus´ı b´ yt tato hodnota nav´ yˇsena o 4% z d˚ uvodu ˇcinn´ ych ztrát na transformátoru. [32] Potom v´ ypoˇcet bude následuj´ıc´ı: Mˇes´ıˇcn´ı cena za roˇcn´ı rezervovanou kapacitu crkm = 156625Kˇc /MW ; u = 12, 38% ⇒ u = 0, 1238; cps = 56, 11Kˇc /MWh; cse = 1205, 98Kˇc /MWh; [32] Pmax = Pp = 184, 788kW = 184, 788 · 10−3 M W ; W = 1, 04 · WC = 1, 04 · 254, 588 = 264, 772M W h crk = crkm · 12 = 156625 · 12 = 1879500Kˇc/M W cp = [Pmax · crk · u] + [(cps + cse ) · u · W ] = = 184, 788 · 10−3 · 1879500 · 0, 1238 + [(56, 11 + 1205, 98) · 0, 1238 · 264, 772] = . = 84366, 62Kˇc = 84367Kˇc Vypoˇctená cenová pˇriráˇzka je vztaˇzena na cel´ y rok. Potom invetiˇcn´ı návratnost pro kompenzaˇcn´ı rozvadˇeˇc VARKOM B EV 100/16 bude: CKR = 44200Kˇc NI =

CKR 44200 = = 0, 524roku ⇒ 0, 524 · 12 = 6, 288mˇes´ıc˚ u cp 84367 67


Miroslav Moc 2014

Ze zpˇresnˇeného v´ ypoˇctu je vidˇet, ˇze investiˇcn´ı návratnost bude lehce pˇres p˚ ul roku. Z toho vypl´ yvá, ˇze zjednoduˇsen´ y v´ ypoˇcet je velmi nepˇresn´ y, jestliˇze budou porovnány v´ ysledky obou metod mezi sebou. V tomto pˇr´ıpadˇe je vhodné uplatnit zpˇresnˇen´ y v´ ypoˇcet, aby investor mˇel pˇresnˇejˇs´ı pˇredstavu o dobˇe návratnosti investice do kompenzaˇcn´ıho rozvadˇeˇce. Záleˇz´ı tedy na investorovi, jak´ y kompenzaˇcn´ı rozvadˇeˇc zakoup´ı do areálu. Jeho rozhodnut´ı jsou ovlivnˇena vˇsemi v´ yˇse uveden´ ymi aspekty, od volby v´ ykonu kompenzaˇcn´ıho rozvadˇeˇce, pˇres poˇrizovac´ı cenu aˇz po investiˇcn´ı návratnost.

68

Kapitola 5 N´ avrh z´ aloˇ zn´ıho nap´ ajen´ı Jak jiˇz bylo naznaˇceno v pˇredeˇslé kapitole, v podniku jsou nepˇretrˇzité provozy, u nichˇz v´ ypadek elektrické energie má za následek velké finanˇcn´ı a také ˇzivoˇciˇsné ztráty. Tato kapitola se zab´ yvá stupni dodávek zajiˇstˇen´ı elektrické energie do ZD Jivina, které se dˇel´ı právˇe na 3 stupnˇe [1]: 1. Dod´ avky 1. stupnˇ e - jsou dodávky, které mus´ı b´ yt zajiˇstˇeny za vˇsech okolnost´ı ze dvou nebo v´ıce na sobˇe nezávisl´ ych zdroj˚ u. Jejich pˇreruˇsen´ı znamená ohroˇzen´ı ˇzivota nebo obrovské finanˇcn´ı a existenˇcn´ı ztráty, které znaˇcnˇe pˇrevyˇsuj´ı náklady na zajiˇstˇen´ı dodávek 1. stupnˇe. 2. Dod´ avky 2. stupnˇ e - tyto dodávky by mˇely b´ yt pokud moˇzno zajiˇstˇeny. Jejich pˇreruˇsen´ı pˇredstavuje jen zmenˇsen´ı nebo zastaven´ı v´ yroby bez ohroˇzen´ı na ˇzivotech nebo bez obrovsk´ ych finanˇcn´ıch a existenˇcn´ıch ztrát. 3. Dod´ avky 3. stupnˇ e - tyto dodávky nemus´ı b´ yt zajiˇstˇeny pomoc´ı zvláˇstn´ıch opatˇren´ı, jelikoˇz pˇri jejich pˇreruˇsen´ı nedocház´ı k ˇzádn´ ym ˇskodám nebo velkému zdrˇzen´ı a znehodnocen´ı v´ yroby.

5.1

Rozdˇ elen´ı provoz˚ u podle stupnˇ e zajiˇ stˇ en´ı dod´ avky

V tabulce 5.1 jsou rozdˇeleny provozy podle stupˇ n˚ u zajiˇstˇen´ı dodávek elektrické energie. Z n´ı je vidˇet, ˇze do prvn´ı patˇr´ı provozy s ˇzivoˇciˇsnou v´ yrobou, do druhé patˇr´ı provozy s rostlinnou v´ yrobou a do tˇret´ı jsou podp˚ urné provozy a administrativn´ı budova. U provoz˚ u v prvn´ım stupni dodávky elektrické energie jsou velké finanˇcn´ı ztráty hlavnˇe z d˚ uvodu u ´hynu dr˚ ubeˇze. 69


Miroslav Moc 2014

1. stupeˇ n

2. stupeˇ n 3. stupeˇ n

Doj´ırna

ˇ cka Cistiˇ

ˇ Cerpac´ ı stanice

Dr˚ ubeˇzárna Progres

D´ılny

Krav´ın

Suˇsiˇcka

Kanceláˇre

Kr˚ ut’a´rna

Sen´ık

OMD Tabulka 5.1: Rozdˇelen´ı provoz˚ u do kategori´ı podle stupnˇe dod´ avky

V tabulce 5.2 jsou vyˇc´ısleny ztráty v penˇez´ıch pˇri v´ ypadku elektrické energie na jeden den. Nejvyˇsˇs´ı ztráty jsou u kr˚ ut a kuˇrat, kde pˇri v´ ypadku elektrické energie pˇrestanou pracovat ventilátory a vodn´ı ˇcerpadla na v´ ymˇenu vody. Zde je hlavn´ı riziko u ´hynu dr˚ ubeˇze uduˇsen´ım. Produkt

Ztr´ aty [Kˇ c/den]

Mléko

80 000

Dr˚ ubeˇz - kuˇrata

1 500 000

Dr˚ ubeˇz - kr˚ uty

2 500 000

Tabulka 5.2: Ekonomické zhodnocen´ı ztr´ at pˇri výpadku elektrické energie na jeden den

Dalˇs´ı vyˇc´ıslené ztráty jsou v mléce. To mus´ı b´ yt chlazeno na urˇcitou teplotu (cca 4 ◦ C) a prom´ıcháváno. Jestliˇze je pˇreruˇsena dodávka el. energie do doj´ırny, pˇrestanou pracovat m´ıchaˇce a chlazen´ı a t´ım se mléko znehodnot´ı a zkysne. Z tˇechto d˚ uvod˚ u je nutné zajistit dodávku elektrické energie záloˇzn´ım zdrojem. Vzhledem k tomu, ˇze obec Jivina a areál ZD je napájen jen jedn´ım pˇr´ıvodn´ım VN veden´ım 22 kV z rozvodny v Mladé Boleslavi, nepˇricház´ı v u ´vahu záloˇzn´ı transformátor, ale jin´ y druh záloˇzn´ıho napájen´ı.

5.2

Volba z´ aloˇ zn´ıho nap´ ajen´ı

V tomto pˇr´ıpadˇe jsou vhodné záloˇzn´ı zdroje ve formˇe motorov´ ych agregát˚ u u provoz˚ u v kategorii 1. stupnˇe dodávky a alespoˇ n jedné mobiln´ı elektrocentrály pro ostatn´ı provozy. Jelikoˇz krav´ın a doj´ırna jsou velmi bl´ızko u sebe, mohou b´ yt napájeny z jednoho záloˇzn´ıho zdroje, kter´ y je um´ıstˇen mezi budovami tˇechto provoz˚ u. Pro provozy doj´ırny, 70


Miroslav Moc 2014

krav´ına, dr˚ ubeˇzárny a kr˚ ut’a´rny, které maj´ı velké v´ ypoˇctové zat´ıˇzen´ı jsou vhodné venkovn´ı zakapotované motorové agregáty. Pro provoz OMD je vzhledem k jeho malému v´ ypoˇctovému zat´ıˇzen´ı postaˇcuj´ıc´ı pˇrenosná elektrocentrála. Pro ostatn´ı provozy 2. a 3. stupnˇe dodávky je zvolena jedna mobiln´ı elektrocentrála, jej´ıˇz v´ ykon je volen podle nejvˇetˇs´ıho v´ ypoˇctového zat´ıˇzen´ı z tˇechto provoz˚ u. V tomto pˇr´ıpadˇe má nejvyˇsˇs´ı v´ ypoˇctové zat´ıˇzen´ı provoz ˇcistiˇcky se sily.

Provoz

Pp

Sp

[kW] [kVA]

PN

SN

V´ yrobce

Typ

FOGO-IVECO

FI130

104

130

[kW] [kVA]

Doj´ırna

81,55

101,94

Krav´ın

6,01

7,51

OMD

4,39

5,49

FOGO-HONDA

FH7540R

6,3

7,8

Dr˚ ubeˇzárna

42,07

52,59

FOGO-IVECO

FI60

48

60

Kr˚ ut’a´rna

33,12

41,4

FOGO-IVECO

FI50

40

50

ˇ cka) Ostatn´ı (Cistiˇ

52

65

FOGO-IVECO

FI80

60

75

Tabulka 5.3: Z´ aloˇzn´ı nap´ ajen´ı provoz˚ u

V tabulce 5.3 jsou zvolené záloˇzn´ı zdroje napájen´ı pro podnik. Vˇsechny záloˇzn´ı zdroje, kromˇe jednoho, jsou pohánˇeny dieselov´ ym motorem od firmy IVECO. Elektrocentrála v OMD je s benz´ınov´ ym motorem od firmy HONDA. Mobiln´ı centrála pro provozy 1. a 2. stupnˇe dodávky el. energie je postavená na homologovaném podvozku za automobil nebo za traktor a je zakapotovaná. [31] Na trhu je mnoho elektrocentrál a dieselagregát˚ u, v tabulce 5.3 jsou uvedeny jen pˇr´ıklady, které jsou vhodné vzhledem k v´ ypoˇctovému zat´ıˇzen´ı provoz˚ u, je pouze na investorovi, aby uˇcinil poptávku a na základˇe nab´ıdek mohl porovnat jejich ekonomickou v´ yhodnost. Ta záleˇz´ı na v´ıce faktorech, mezi nimiˇz je i spotˇreba paliva, doba provozu a udávaná ˇzivotnost.

71

Kapitola 6 Z´ avˇ er C´ılem této práce byl kompletn´ı návrh napájen´ı a rozvod˚ u pro celkovou modernizaci areálu zemˇedˇelského druˇzstva v obci Jivina. Tato modernizace zahrnuje i v´ ystavbu budovy doj´ırny, která v areálu dosud nebyla, proto je zde na m´ıstˇe kontrola kabelov´ ych rozvod˚ u. Ve druhé kapitole navrhuji na základˇe namˇeˇren´ ych hodnot odebrané elektrické energie, v´ ypoˇctového zat´ıˇzen´ı a ekonomické hospodárnosti napájec´ı transformátor o v´ ykonu 250 kVA a redukovan´ ymi ztrátami ∆P0 = 425W a ∆Pk = 3, 25kW . Jeho celkové náklady jsou ve srovnán´ı s jin´ ymi navrhovan´ ymi transformátory a se stávaj´ıc´ım transformátorem nejniˇzˇs´ı. V dalˇs´ı kapitole kontroluji a dimenzuji kabelové rozvody v areálu. Na modelovém pˇr´ıkladˇe bylo nutné, abych zkontroloval stávaj´ıc´ı napájec´ı kabel vedouc´ı ke krav´ınu, protoˇze po pˇristavˇen´ı doj´ırny bude zat´ıˇzen vyˇsˇs´ım proudem. Jak je z tohoto pˇr´ıkladu vidˇet, pˇri kontrole jsem zjistil, ˇze stávaj´ıc´ı kabel nen´ı vyhovuj´ıc´ı. Pˇri volbˇe nového kabelu vycház´ım z v´ ypoˇctového zat´ıˇzen´ı provoz˚ u, podm´ınek prostˇred´ı a uloˇzen´ı. Jestliˇze nov´ y kabel vyhovuje, kontroluji jej také na ochranu proti pˇret´ıˇzen´ı, ochranu proti nebezpeˇcnému dotyku a na tepelné u ´ˇcinky zkratov´ ych proud˚ u. T´ımto zp˚ usobem postupuji u vˇsech kabelov´ ych veden´ı k podruˇzn´ ym rozvadˇeˇc˚ um v areálu. Dále jsem provedl návrh kabel˚ u podle ekonomické hospodárnosti a citlivostn´ı anal´ yzu, kde ukazuji, jestli pr˚ uˇrez navrˇzeného kabelu bude hospodárn´ y na provoz i pˇri zmˇenách diskontn´ıch sazeb a cen elektˇriny. V této ˇca´sti také provád´ım kontrolu v´ ypoˇct˚ u programem SICHR od spoleˇcnosti OEZ. Mnou vypoˇctené v´ ysledky se liˇs´ı jen velmi málo v ˇra´dech jednotek od v´ ysledk˚ u vypoˇcten´ ych programem. Tento program vol´ım také proto, ˇze ve v´ ypoˇctech pouˇz´ıvám produkty spoleˇcnosti OEZ. Pˇri v´ ymˇenˇe kabel˚ u nen´ı potˇreba u ´pravy hlavn´ıho rozvadˇeˇce za transformátorem. Jeho 72


Miroslav Moc 2014

velikost odpov´ıdá poˇctu jistic´ıch pˇr´ıstroj˚ u a vyp´ınaˇc˚ u s rezervou, jelikoˇz se uvaˇzovalo o budouc´ım rozˇs´ıˇren´ı areálu. Rozvadˇeˇc R8 u krav´ına je nutné vymˇenit a vystavˇet novou kapliˇcku z d˚ uvodu pˇristavˇen´ı doj´ırny a jej´ıho napájen´ı z toho rozvadˇeˇce, protoˇze ve stávaj´ıc´ım rozvadˇeˇci nen´ı dostatek m´ısta pro pˇripojen´ı dalˇs´ıch pˇr´ıstroj˚ u a vedeni. V následuj´ıc´ı kapitole zab´ yvaj´ıc´ı se kompenzac´ı u ´ˇcin´ıku v areálu jsem podle charakteru a velikosti podniku zvolil centráln´ı kompenzaci. Tu jsem volil na základˇe maximáln´ıho a minimáln´ıho potˇrebného kompenzaˇcn´ıho v´ ykonu. Zde bych doporuˇcil jeden ze dvou kompenzaˇcn´ıch rozvadˇeˇc˚ u VARKOM B EV 100/16 a F-KOM 99/9, které jsou nejvhodnˇejˇs´ı podle obecnˇe vedené praxe, kdy se vypoˇcten´ y kompenzaˇcn´ı v´ ykon navyˇsuje o 20 %, aby byla zajiˇstˇena správná kompenzace na poˇzadovanou hodnotu u ´ˇcin´ıku. A v posledn´ı kapitole zvaˇzuji záloˇzn´ı zdroj napájen´ı. Jelikoˇz do areálu vede jen jedno pˇr´ıvodn´ı veden´ı VN, nepˇripadá záloˇzn´ı transformátor v u ´vahu. Podle rozdˇelen´ı provoz˚ u podle stupˇ n˚ u dodávek elektrické energie (tabulka 5.1) vol´ım k provoz˚ um v prvn´ım stupni samostatné dieselagregáty. Pro ostatn´ı provozy navrhuji mobiln´ı elektrocentrálu, která je volena podle nejvyˇsˇs´ıho zat´ıˇzen´ı v tˇechto provozech, které pˇredstavuje zat´ıˇzen´ı ˇcistiˇcky.

73

Literatura ´ rad pro normalizaci a mˇeˇren´ı, Elektrický silnoproudý rozvod v pr˚ [1] Uˇ umyslových proˇ ´ vozovnách, norma CSN 34 1610, UNM Praha, 1963. ˇ y normalizaˇcn´ı institut, Zkratové proudy v trojfázových soustavách, norma CSN ˇ [2] Cesk´ ˇ EN 60909-0, CNI Praha, 2002. ˇ y normalizaˇcn´ı institut, Elektrotechnické pˇredpisy - Elektrická zaˇr´ızen´ı - C´ ˇ ast 4: [3] Cesk´ ˇ Bezpeˇcnost - Kapitola 41: Ochrana pˇred u ´razem elektrickým proudem. Norma CSN ˇ 33 2000-4-41, CNI Praha, 2000. ˇ y normalizaˇcn´ı institut, Elektrotechnické pˇredpisy - Elektrická zaˇr´ızen´ı - C´ ˇ ast 4: [4] Cesk´ ˇ ˇ Bezpeˇcnost - Odd´ıl 43: Ochrana pˇred nadproudy. Norma CSN 33 2000-4-43, CNI Praha, 2010. ˇ y normalizaˇcn´ı institut, Elektrotechnické pˇredpisy - Elektrická zaˇr´ızen´ı - C´ ˇ ast 5: [5] Cesk´ Výbˇer a stavba elektrických zaˇr´ızen´ı - Odd´ıl 523: Dovolené proudy v elektrických ˇ ˇ rozvodech. Norma CSN 33 2000-5-523, CNI Praha, 1974. ˇ y normalizaˇcn´ı institut, Dimenzován´ı elektrického zaˇr´ızen´ı podle u [6] Cesk´ ´ˇcink˚ u zkraˇ ˇ tových proud˚ u. Norma CSN 38 1754, CNI Praha, 2002. ˇ ˇ PRE Distribuce, CEPS, ˇ [7] CEZ Distribuce, E.ON Distribuce, E.ON CR, ZSE, Podniková norma energetiky pro rozvod elektrické energie - Výpoˇcetn´ı hodnocen´ı zpˇetných vliv˚ u odbˇeratel˚ u a zdroj˚ u distribuˇcn´ıch soustav. Norma PNE 33 3430-0, 4. vydán´ı, 2009. ˇ ˇ Plzeˇ [8] Tesaˇrová M., Stroblov´ a M, Pr˚ umyslová elektroenergetika, ZCU n, 2000. [9] Fronˇek P. Posouzen´ı pˇresnosti urˇcen´ı ztrát výkonu a energie na transformaci v distribuˇcn´ı s´ıti. Diplomová práce, Plzeˇ n: Západoˇceská univerzita v Plzni, Fakulta elektrotechnická, 2007 74


Miroslav Moc 2014

[10] Pavlovsk´ y B., Ztráty v pˇrenosu a rozvodu elektrické energie, SNTL Praha, 1959. ´ EN ˇ I´ I. [11] Hudeczek M., Santarius P., Pant˚ uˇcek E., Cichoˇ n B., Satinsk´ y A., CHRAN elektrická zaˇr´ızen´ı do 1000V, IRIS Hav´ıˇrov, 2004. [12] Kˇr´ıˇz M., Dimenzován´ı a jiˇstˇen´ı elektrických zaˇr´ızen´ı - tabulky a pˇr´ıklady, IN-EL Praha, 2001 [13] Korenc V., Holoubek J., Kompenzace jalového výkonu v praxi, IN-EL Praha, 1999 [14] OEZ kolektiv autor˚ u, Pˇr´ıruˇcka elektrikáˇre, OEZ. ´ I´ PR ˇ ISTROJE ´ [15] Faltus I., Pˇr´ıruˇcka elektrotechnika - JISTIC I, Letohrad, 2011. ´ I´ PR ˇ ISTROJE ´ [16] Faltus I., Pˇr´ıruˇcka elektrotechnika - JISTIC II, Letohrad, 2012. [17] Drtina R., Lokvenc J., Manˇena V, Elektrické rozvody v praxi, Media4u Magazine Praha, 2009. [18] Drtina R., Lokvenc J., Manˇena V., Doplˇ nuj´ıc´ı materiály k pˇredmˇetu Technick´ a praktika - elektro, Media4u Magazine Praha, 2009 [19] ZD Loukovec, Soubor revizn´ıch zpráv pro budovy a provozy, 2012 ˇ [20] CEZ Distribuce, a.s., Pravidla provozován´ı distribuˇcn´ıch soustav, 2011 [21] Faltus I., Ekonomická optimalizace pr˚ uˇrezu silov´ ych kabel˚ u, ELEKTRO, 2010, roˇc. 2010, ˇc. 5, s. 42-43. [22] Koˇst’a´l J., Teplotn´ı závislost odporu kovov´ ych vodiˇc˚ u, ELEKTRO, 2008, roˇc. 2008, ˇc. 1, s. 22-23. [23] OEZ Kompaktn´ı jistiˇce Modeion, www.oez.cz [online]. [cit. 29.1.2014]. Dostupné z: http://www.oez.cz/ke-stazeni [24] Státn´ı správa zemˇemˇeˇrictv´ı a katastru, www.cuzk.cz [online]. [cit. 14.1.2014]. Dostupné z: http://geoportal.cuzk.cz/geoprohlizec/ [25] Mapy.cz,

www.mapy.cz

[online].

[cit.

11.3.2014].

Dostupné

z:

http://www.mapy.cz/# !x=14.991431& y=50.480562& z=10 [26] Ministerstvo práce a sociáln´ıch vˇec´ı, www.mpsv.cz [online]. [cit. 13.11.2013]. Dostupné z: http://www.mpsv.cz/cs/869 75

Návrh napájen´ı zemˇedˇelského objektu ˇ CEZ,

[27] Skupina

www.cez.cz

Miroslav Moc 2014 [online].

[cit.

13.11.2013].

Dostupné

z:

Dostupné

z:

http://www.cez.cz/cs/elektrina.html [28] TRASFOR.CZ,

www.trasfor.cz

[online].

[cit.

15.11.2013].

http://www.trasfor.cz/ke-stazeni.php [29] E-shop [cit.

s

elektroinstalaˇcn´ım

2.2.2014].

Dostupné

z:

materiálem,

www.shopelektro.cz

[online].

http://www.shopelektro.cz/kabely/silove-kabely-

pro-pevne-ulozeni-cyky,-ayky [30] EMCOS s. r. o., www.emcos.cz

[online]. [cit. 27.3.2014]. Dostupné z:

http://www.emcos.cz/pdf/katkomp KE-51-011-2012.pdf [31] BUNAT CZ s. r. o., http://www.stroje-honda.cz/ [online]. [cit. 29.3.2014]. Dostupné z: http://www.stroje-honda.cz/ [32] Energetick´ y regulaˇcn´ı u ´ˇrad, http://www.eru.cz/ [online]. [cit. 16.4.2014]. Dostupné z:

http://www.eru.cz/documents/10540/480760/ERV8 2013titul konec -

fin.pdf/133bfd09-2f67-4a08-844f-7ffce87b082a

76

Pˇ r´ılohy Pˇ r´ıloha A Soupis velk´ ych stroj˚ u v are´ alu z dostupn´ ych ˇ st´ıtkov´ ych hodnot ˇ c.

M´ısto

Poˇ cet

U [V]

P [kW]

I [A]

cos ϕ

1

Suˇsiˇcka - motor venku

1

400

11

19,9

0,89

2

Suˇsiˇcka - dopravn´ık (pod podlahou)

2

230/400 3

11,3/6,54 0,8

3

Suˇsiˇcka - lávka 1 a 2

3

230/400 2,2

9/5,22

4

3

230/400 0,18

1,18/0,68 0,64

4

380-420

10,9

0,88

6

Suˇsiˇcka - lávka 2 ˇ cka - skladovac´ı vˇeˇz 1 - 4 Cistiˇ ˇ cka - dopravn´ık Cistiˇ

4

400/690 4

8,3/4,79

0,8

7

Doj´ırna - v´ yvˇeva

1

230/400 12

8

Doj´ırna - ventilace

4

230/400 4

9

Doj´ırna - kompresor

1

230/400 3

11,1/6,4

0,82

10 Doj´ırna - vapka

1

400/3

11,4

11 Doj´ırna - pˇrihanˇeˇc

1

230/400 2

12 Doj´ırna - mixéry

3

230/400 1,1

13 Krav´ın - ˇzlaby

8

230/400 0,515

14 Sen´ık - vˇetráky

18

230/400 5,5

15 Sen´ık - jeˇráb ˇ 16 Cerpac´ ı stanice - ˇcerpadlo 1 ˇ 17 Cerpac´ ı stanice - ˇcerpadlo 2

1

230/400 10

1

230/400 1,1

1

230/400 4,4

5

5,5

5,5

0,74

4,25/2,45 0,8

Tabulka 1: Soupis motor˚ u a jejich výkon˚ u v are´ alu

Pozn.: Nevyplnˇené kolonky v tabulce 1 ⇒ neˇcitelné ˇst´ıtkové hodnoty nebo ˇst´ıtek nebyl k dispozici. I


Miroslav Moc 2014

Namˇ eˇ ren´ e hodnoty spotˇ rebovan´ e elektrick´ e energie + grafy mˇ es´ıc / rok

2012

2011

2010

1.

27,945

27,628 27,268

2.

16,853

16,154 16,474

3.

18,293

16,598 17,688

4.

18,879

5.

16,679

6.

17,786

7.

17,599

16,668 14,478

8.

23,259

17,498 16,938

9.

15,704

10.

31,135

20,838 20,288

11.

27,268

22,148

12.

23,191

23,704 21,598

celkem

18,31

2009

2008

84,108

99,366

18,19

16,928 18,688 20,4

16,5

19,9

17,76 124,778 113,742 21,01

254,588 233,374 230,28 208,886 213,108

Tabulka 2: Roˇcn´ı spotˇrebovan´ a elektrick´ a energie podnikem v MWh

II


Miroslav Moc 2014

Obr´ azek 1: Graf spotˇrebované energie za rok 2010

Obr´ azek 2: Graf spotˇrebované energie za rok 2011

III


Miroslav Moc 2014

Pˇ r´ıloha B Katalogov´ e listy jistiˇ c˚ u a kabel˚ u Katalogové listy kabel˚ u AYKY a CYKY - KabloEnergo

Obr´ azek 3: Konstrukce jader a tlouˇst’ka izolace

IV


Miroslav Moc 2014

Obr´ azek 4: Jmenovitý proud IN a oteplovac´ı konstanta τ kabelu

V


Miroslav Moc 2014

Obr´ azek 5: Induktivn´ı reaktance

VI


Miroslav Moc 2014

Katalogové listy jistiˇc˚ u - OEZ

Obrázek 6: Jistiˇc BC160N

VII


Miroslav Moc 2014

Obr´ azek 7: Jistiˇc BD250N/S

VIII


Miroslav Moc 2014

Obr´ azek 8: Jistiˇc BH630N/S

IX


Miroslav Moc 2014

V´ ypoˇ ctov´ y skript pro dimenzov´ an´ı - MATLAB clear; clc; format short g; fprintf(’K1 - CISTICKA’) %K1 - CISTICKA: AYKY 3x120+70mm2 %PARAMETRY PRO DIMENZOVANI Ikzkrat = 8.795;

%Zkratovy proud v A

Rsnn=3.235*10^(-3); Xsnn=2.259*10^(-3); RT=8.32*10^(-3); XT=24.21*10^(-3); Un = 400;

%Jmenovite napeti ve V

f = 50;

%frekvence v siti v Hz

tk = 0.01;

%doba trvani zkratu nebo vypinaci cas jistice v s

tki = 1;

%doba trvani zkratu udana vyrobcem jisticu %pro kratkodoby vydrzny proud

k1 = 1;

%prepocitavaci soucinitel podle Mtp a druhu kabelu

k2 = 1;

%prepocitavaci soucinitel podle teploty prostredi %a dovolene provozni teploty jadra

k3 = 0.85;

%prepocitavaci soucinitel podle ulozeni v trubkach %(pocet a jak jsou u sebe a dotykaji se)

K = 73;

%koeficient pro tepel. ucinky zkrat. proudu %- podle provoz. teploty, materialu vodice a izolace

ROk = 0.0285;

%rezistivita kabelu pro Al nebo Cu

In = 245;

%jmenovity proud kabelu

Rk = 0.258;

%odpor kabelu Ohm/km

Xk = 0.081;

%reaktance kabelu Ohm/km

Skabel = 120;

%prurez kabelu v mm2

Spe = 70;

%prurez ochraneho vodice kabelu v mm2

l = 0.096;

%delka kabelu v km

X


Miroslav Moc 2014

tau = 1490;

%casova oteplovaci konstanta kabelu v s

RkPE =0.4423;

%odpor vodice PE kabelu v Ohm/km

XkPE =0.083;

%reaktance vodice PE kabelu v Ohm/km

alpha20 = 3.77*10^(-3);%teplotni soucinitel pro Cu nebo Al pri 20◦ C v K^(-1) COSfistr = 0.8;

%stredni ucinik

SINfistr = 0.6;

%sinova hodnota ze stredniho uciniku

Pi = 65*10^3;

%instalovany vykon

beta = 0.8;

%cinitel narocnosti

Rczkrat = Rsnn+RT;

%celkovy odpor vedeni do mista zkratu

Xczkrat= Xsnn+XT;

%celkova reaktance vedeni do mista zkratu

%PARAMETRY PRO OVERENI JISTENI PROTI PRETIZENI JISTICE A KABELU Ij = 100;

%jmenovity nebo regulovany proud jistice

THETAm = 70;

%nejvyssi provozni teplota vodice

THETAo = 20;

%zakladni teplota okolniho prostredi

deltaTHETAz = THETAm - THETAo; %maximalni dovolene otepleni %casy vypnuti jistice pri danem nadproudu v sekundach t1 = 2658; t2 = 2382; t3 = 2184; t4 = 2094; t5 = 1614; t6 = 282; t7 = 78; t8 = 26; t9 = 0.019; %Nadproudy - nasobky Ij I1 = 1.15; I2 = 1.2; I3 = 1.25; I4 = 1.3; I5 = 1.5; I6 = 2; XI


Miroslav Moc 2014

I7 = 2.5; I8 = 3; I9 = 5; %PARAMETRY PRO OVERENI OCHRANY PROTI NEBEZPECNEMU DOTYKU - DO 50V A DO 5s Ia = 402;

%proud z vypinaci charakteristiky jistice pro 5s

Uo = 230; %VYPOCET VYPOCTOVEHO PROUDU Ip A DOVOLENEHO PROUDU Iz Pp = Pi * beta Ip = Pp / (sqrt(3) * Un * COSfistr) Iz = k1 * k2 * k3 * In %VYPOCET KOEFICIENTU kappa PRO VYPOCET NARAZOVEHO PROUDU ip %A KOEFICIENTU m kappa = 1.02 + 0.98*exp((-3)*(Rczkrat/Xczkrat)) %VYPOCET NARAZOVEHO PROUDU ip PRO PODMINKY JISTENI ip = kappa * sqrt(2)* Ikzkrat %KONTROLA NA PRUREZ A OTEPLOVACI UCINKY ZKRATU NA VODIC n = 1 %n je prepocitavaci koeficient podle Ikzkrat/Ik, %kde Ik je ustaleny zkrat. proud je stejnu jako Ikzkrat - vzdaleny zkrat m = (1/(2*f*tk*log(kappa-1)))*((exp(4*f*tk*log(kappa-1)))-1) %m .... prepocitavaci koeficient pro Ith - ekvivalentni oteplovaci proud %Vypocet ekvivalentniho oteplovaciho proudu Ith Ith = Ikzkrat * sqrt(m+n) %Kontrola na prurez Smin = (Ith * 10^3 * sqrt(tk) / K) %Vztazeni Ith na dobu trvani zkratu pro splneni podminky Icwi > Ithi, %Icwi je udany vyrobcem jisticu, kde i=1 nebo 2 s XII


Miroslav Moc 2014

Ithi = Ith * sqrt(tk/tki) %KONTRLA NA UBYTEK NAPETI deltaUf = 1.2 * Rk * l * Ip * COSfistr + Xk * l * Ip * SINfistr %ubytek fazoveho napeti ve V d = ((sqrt(3) * deltaUf) / Un) * 100

%ubytek napeti v %

%OVERENI JISTENI PROTI PRETIZENI PRO ZVOLENY JISTIC %pro zatizeni proudem Ip deltaTHETAo = deltaTHETAz * (Ip / Iz)^2.492 Tco = THETAo + deltaTHETAo %pro nadproudy - nasobky Ij deltaTHETA1 = deltaTHETAz * (((I1 * Ij) / Iz)^2.492) * (1 - exp(-t1 / tau)); Tc1 = THETAo + deltaTHETA1; deltaTHETA2 = deltaTHETAz * (((I2 * Ij) / Iz)^2.492) * (1 - exp(-t2 / tau)); Tc2 = THETAo + deltaTHETA2; deltaTHETA3 = deltaTHETAz * (((I3 * Ij) / Iz)^2.492) * (1 - exp(-t3 / tau)); Tc3 = THETAo + deltaTHETA3; deltaTHETA4 = deltaTHETAz * (((I4 * Ij) / Iz)^2.492) * (1 - exp(-t4 / tau)); Tc4 = THETAo + deltaTHETA4; deltaTHETA5 = deltaTHETAz * (((I5 * Ij) / Iz)^2.492) * (1 - exp(-t5 / tau)); Tc5 = THETAo + deltaTHETA5; deltaTHETA6 = deltaTHETAz * (((I6 * Ij) / Iz)^2.492) * (1 - exp(-t6 / tau)); Tc6 = THETAo + deltaTHETA6; deltaTHETA7 = deltaTHETAz * (((I7 * Ij) / Iz)^2.492) * (1 - exp(-t7 / tau)); Tc7 = THETAo + deltaTHETA7; deltaTHETA8 = deltaTHETAz * (((I8 * Ij) / Iz)^2.492) * (1 - exp(-t8 / tau)); Tc8 = THETAo + deltaTHETA8; XIII


Miroslav Moc 2014

deltaTHETA9 = deltaTHETAz * (((I9 * Ij) / Iz)^2.492) * (1 - exp(-t9 / tau)); Tc9 = THETAo + deltaTHETA9; Nadproudy = [I1 * Ij; I2 * Ij; I3 * Ij; I4 * Ij; I5 * Ij; I6 * Ij; I7 * Ij; I8 * Ij; I9 * Ij]; ti = [t1; t2; t3; t4; t5; t6; t7; t8; t9]; deltaTHETA = [deltaTHETA1; deltaTHETA2; deltaTHETA3; deltaTHETA4; deltaTHETA5; deltaTHETA6; deltaTHETA7; deltaTHETA8; deltaTHETA9]; Tc = [Tc1; Tc2; Tc3; Tc4; Tc5; Tc6; Tc7; Tc8; Tc9]; tabulka = [Nadproudy, ti, deltaTHETA, Tc]; %Tabulka vypoctenych a dosazenych hodnot pro overeni proti pretizeni % obrazovka fprintf(’%10s\t%10s\t%10s\t%10s\n’, ’I [A]’, ’tvyp [s]’, ’DeltaTHETA [◦ C]’, ’Tc [◦ C]’); for radek = 1:size(tabulka,1) for sloupec = 1:size(tabulka,2) fprintf(’%10.4f’, tabulka(radek,sloupec)); if (sloupec ~= size(tabulka,2)) fprintf(’\t’); end end fprintf(’\n’); end % soubor csv (pro Excel) soubor = fopen(’K1_Cisticka_dTHETA.csv’, ’w’); fprintf(soubor,’%s;%s;%s;%s\n’, ’I [A]’, ’tvyp [s]’, ’DeltaTHETA [◦ C]’, ’Tc [◦ C]’); for radek = 1:size(tabulka,1) for sloupec = 1:size(tabulka,2) fprintf(soubor,’%.4f’, tabulka(radek,sloupec)); if (sloupec ~= size(tabulka,2)) fprintf(soubor, ’;’); end XIV


Miroslav Moc 2014

end fprintf(soubor, ’\n’); end fclose(soubor); %VYPOCET OCHRANY PROTI NEBEZPECNEMU DOTYKU - DO 50V A 5s Zs = Uo / (Ia * 1.1)

%poruchova impedancni smycka

lmax = (0.8 * Uo * Skabel) / (1.5 * ROk * (1 + (Skabel/Spe)) * (Ia*1.1)) %lmax je maximalni delka poruchove smycky v metrech; rtheta = 1+ alpha20*(THETAm - THETAo) %Konstatna pro vypocet zmeny odporu %vodice pro danou teplotu Zsv = sqrt(((Rczkrat+rtheta*l*(Rk+RkPE))^2)+((Xczkrat+l*(Xk+XkPE))^2)) %Zsv je poruchova smycka pro dany kabel

Tabulky vypoˇ cten´ ych hodnot pro kontrolu a dimenzov´ an´ı kabel˚ u ˇ K1 - Cistiˇ cka: AYKY 3x120+70mm2 k3 = 0, 85; Modeion BD250N ˇ cka: Návrh jistiˇce, spoˇctené parametry Kabel K1 - Cistiˇ // Ik [kA] ICS [kA] ICU [kA] ≤ ≤ 8,795 18 36 Pp [kW]

κ[-]

52

1,285

Ip [A] 93,819 ip [kA] 15,977 Ith,1 [kA] 1,157

≤ ≤ ≤

IP N [A] 100

≤

IZ [A] 208,25


tk = 1s

XV


Miroslav Moc 2014

// ˇ cka: Kontrola na tepelné u Kabel K1 - Cistiˇ ´ˇcinky Ik a pr˚ uˇrez kabelu 2 2 n m Ith [kA] Smin [mm ] S[mm ] ≤ 1 0,731 11,572 15,852 120

ˇ cka: Kontrola na u Kabel K1 - Cistiˇ ´bytek napˇet´ı na vodiˇci ∆Uf [V] d[%] dZ [%] ≤ 2,669 1,156 5 ˇ cka: ovˇeˇren´ı jiˇstˇen´ı proti pˇret´ıˇzen´ı Kabel K1 - Cistiˇ Pro výpoˇctový proud : Ip [A]

∆ϑ[K] tc [◦ C]

93,819

6,855

26,855


I [A]

tvyp [s] ∆ϑ[K] tc [◦ C]

1,15

115

2658

9,472

29,472

1,2

120

2382

10,099

30,099

1,25

125

2184

10,778

30,778

1,3

130

2094

11,663

31,663

1,5

150

1614

14,602

34,602

2

200

282

7,795

27,795

2,5

250

78

4,021

24,021

3

300

26

2,148

22,148

5

500

0,019

0,006

20,006

ˇ cka: Ochrana proti nebezpeˇcnému dotyku Kabel K1 - Cistiˇ ¯sv [mΩ] ¯s [mΩ] l[m] Ii [A] Z Z lmax [m] ≤ ≤ 402 100,73 520,13 50 430,32

XVI


Miroslav Moc 2014

ˇ cka: Porovnán´ı náklad˚ Kabel K1 - Cistiˇ u r˚ uzných kabel˚ u pro ekonomickou optimalizaci Ekonomická optimalizace kabelu K1 k ˇcistiˇcce obilovin Kabel

Pr˚ uˇ rez 2

Poˇ rizovac´ı

Provozn´ı

Celkov´ e

AYKY

[mm ]

n´ aklady [Kˇ c] n´ aklady [Kˇ c] n´ aklady [Kˇ c]

4x70

70

12 576

121 387

133 963

3x95+70

95

15 648

89 490

105 138

3x120+70

120

17 280

70 785

88 065

3x150+70

150

21 120

56 706

77 826

3x185+95

185

27 168

45 975

73 143

3x240+120

240

30 528

35 441

65 969

Obr´ azek 9: Graf porovn´ an´ı n´ aklad˚ u kabelu K1 k ˇcistiˇcce pro r˚ uzné pr˚ uˇrezy

XVII


Miroslav Moc 2014

K2 - Kancel´ aˇ re: CYKY 4x10mm2 k3 = 0, 65; K = 114 (PVC, Cu); Modeion BC160N Kabel K2 - Kanceláˇre: Návrh jistiˇce, spoˇctené parametry // Ik [kA] ICS [kA] ICU [kA] ≤ ≤ 8,795 13 25 Pp [kW]

κ[-]

8,93

1,285

Ip [A] 16,112 ip [kA] 15,977 Ith,1 [kA] -

≤ ≤ ≤

IP N [A] 20

≤

IZ [A] 52,65

Icm [kA] 52 ICW [kA]

Vztaˇzeno na

neuvedena tk = 1s //

Kabel K2 - Kanceláˇre: Kontrola na tepelné u ´ˇcinky Ik a pr˚ uˇrez kabelu n m Ith [kA] Smin [mm2 ] S[mm2 ] ≤ 1 0,941 12,253 8,993 10 Kabel K2 - Kanceláˇre: Kontrola na u ´bytek napˇet´ı na vodiˇci ∆Uf [V] d[%] dZ [%] ≤ 4,2 1,819 5

XVIII


Miroslav Moc 2014

Kabel K2 - Kanceláˇre: ovˇeˇren´ı jiˇstˇen´ı proti pˇret´ıˇzen´ı Pro výpoˇctový proud : Ip [A]

∆ϑ[K] tc [◦ C]

16,112

2,615

22,615


I [A]


1,15

23

10080

6,349

26,349

1,2

24

10080

7,059

27,059

1,25

25

2598

7,643

27,643

1,3

26

1686

7,895

27,895

1,5

30

420

5,672

25,672

2

40

132

4,448

24,448

2,5

50

66

4,066

24,066

3

60

38

3,764

23,764

5

100

12

4,326

24,326

10

200

3,5

7,143

27,143

Kabel K2 - Kanceláˇre: Ochrana proti nebezpeˇcnému dotyku ¯sv [mΩ] ¯s [Ω] l[m] Z Ii [A] Z lmax [m] ≤ ≤ 161 643,32 1,299 140 194,56 Pozn.: Ekonomická optimalizace nen´ı potˇreba. Cena mˇedˇen´ ych vodiˇc˚ u je velmi vysoká a daleko pˇrevyˇsuje provozn´ı náklady. ⇒ navrˇzen´ y pr˚ uˇrez je nejv´ yhodnˇejˇs´ı

XIX


Miroslav Moc 2014

ˇ K3 - Cerpac´ ı stanice: AYKY 3x120+70mm2 k3 = 0, 85; Modeion BC160N ˇ Kabel K3 - Cerpac´ ı stanice: Návrh jistiˇce, spoˇctené parametry // Ik [kA] ICS [kA] ICU [kA] ≤ ≤ 8,795 13 25 Pp [kW]

κ[-]

2,16

1,285

Ip [A] 3,898 ip [kA] 15,977 Ith,1 [kA] -

≤ ≤ ≤

IP N [A] 16

≤

IZ [A] 208,25


Vztaˇzeno na

neuvedena tk = 1s

// ˇ Kabel K3 - Cerpac´ ı stanice: Kontrola na tepelné u ´ˇcinky Ik a pr˚ uˇrez kabelu n m Ith [kA] Smin [mm2 ] S[mm2 ] ≤ 1 0,941 12,253 14,043 120

ˇ Kabel K3 - Cerpac´ ı stanice: Kontrola na u ´bytek napˇet´ı na vodiˇci ∆Uf [V] d[%] dZ [%] ≤ 0,167 0,073 5

XX


Miroslav Moc 2014

ˇ Kabel K3 - Cerpac´ ı stanice: ovˇeˇren´ı jiˇstˇen´ı proti pˇret´ıˇzen´ı Pro výpoˇctový proud : Ip [A]

∆ϑ[K] tc [◦ C]

3,898

0,002

20,002


I [A]


1,15

18,4

10080

0,118

20,118

1,2

19,2

10080

0,131

20,131

1,25

20

2490

0,118

20,118

1,3

20,8

2382

0,128

20,128

1,5

24

420

0,056

20,056

2

32

120

0,036

20,036

2,5

40

60

0,032

20,032

3

48

40

0,034

20,034

5

80

13

0,04

20,04

ˇ Kabel K3 - Cerpac´ ı stanice: Ochrana proti nebezpeˇcnému dotyku ¯sv [mΩ] ¯s [Ω] l[m] Ii [A] Z Z lmax [m] ≤ ≤ 130 141,46 1,608 145 1330,7 ˇ Kabel K3 - Cerpac´ ı stanice: Porovnán´ı náklad˚ u r˚ uzných kabel˚ u pro ekonomickou optimalizaci Ekonomická optimalizace kabelu K3 k ˇcerpac´ı stanici Kabel

Pr˚ uˇ rez

Poˇ rizovac´ı

Provozn´ı

Celkov´ e

AYKY

[mm2 ]

4x25

25

7 830

886

8 716

4x35

35

10 730

591

11 320

4x50

50

14 355

492

14 847

4x70

70

18 995

295

19 290

3x95+70

95

23 635

197

23 831

3x120+70

120

26 100

197

26 296


XXI


Miroslav Moc 2014

Obr´ azek 10: Graf porovn´ an´ı n´ aklad˚ u kabelu K3 k ˇcerpac´ı stanici pro r˚ uzné pr˚ uˇrezy

Vzhledem k v´ ypoˇctovému zat´ıˇzen´ı, charakteru provozu, uloˇzen´ı a ekonomické hospodárnosti je vhodnˇejˇs´ı volbou kabel AYKY 4x70mm2 : ˇ Kabel K3 - Cerpac´ ı stanice: Podm´ınka jiˇstˇen´ı u nového kabelu Ip [A] 3,898

≤

IP N [A] 16

≤

IZ [A] 155,55

ˇ Kabel K3 - Cerpac´ ı stanice: Kontrola na u ´bytek napˇet´ı na vodiˇci pro nový kabel ∆Uf [V] d[%] dZ [%] ≤ 0,268 0,116 5

XXII


Miroslav Moc 2014

ˇ Kabel K3 - Cerpac´ ı stanice: ovˇeˇren´ı jiˇstˇen´ı proti pˇret´ıˇzen´ı pro nový kabel Pro výpoˇctový proud : IN P [A]

∆ϑ[K] tc [◦ C]

3,898

0,005

20,005


I [A]


1,15

18,4

10080

0,244

20,244

1,2

19,2

10080

0,271

20,271

1,25

20

2490

0,232

20,232

1,3

20,8

2382

0,25

20,25

1,5

24

420

0,104

20,104

2

32

120

0,066

20,066

2,5

40

60

0,059

20,059

3

48

40

0,062

20,062

5

80

13

0,073

20,073

ˇ Kabel K3 - Cerpac´ ı stanice: Ochrana proti nebezpeˇcnému dotyku pro nový kabel ¯sv [mΩ] ¯s [Ω] l[m] Ii [A] Z Z lmax [m] ≤ ≤ 130 171,61 1,608 145 1053,4 K4 - Progres: AYKY 3x120+70mm2 k3 = 0, 65; Modeion BH630N Kabel K4 - Progres: Návrh jistiˇce, spoˇctené parametry // Ik [kA] ICS [kA] ICU [kA] ≤ ≤ 8,795 18 36 Pp [kW]

κ[-]

31,194

1,285

Ip [A] 56,28 ip [kA] 15,977 Ith,1 [kA] 1,469

≤ ≤ ≤

IP N [A] 100

≤

IZ [A] 159,25


tk = 1s

XXIII


Miroslav Moc 2014 //

Kabel K4 - Progres: Kontrola na tepelné u ´ˇcinky Ik a pr˚ uˇrez kabelu 2 2 n m Ith [kA] Smin [mm ] S[mm ] ≤ 1 0,395 10,388 20,125 120 Kabel K4 - Progres: Kontrola na u ´bytek napˇet´ı na vodiˇci ∆Uf [V] d[%] dZ [%] ≤ 1,834 0,794 5 Kabel K4 - Progres: ovˇeˇren´ı jiˇstˇen´ı proti pˇret´ıˇzen´ı Pro výpoˇctový proud : Ip [A]

∆ϑ[K] tc [◦ C]

56,28

3,744

23,744


I [A]


1,15

115

2598

18,33

38,33

1,2

120

2490

20,056

40,056

1,25

125

2280

21,426

41,426

1,3

130

2094

22,757

42,757

1,5

150

1614

28,493

48,493

2

200

282

15,211

35,211

2,5

250

78

7,846

27,846

3

300

25

4,032

24,032

5

500

0,038

0,022

20,022

Kabel K4 - Progres: Ochrana proti nebezpeˇcnému dotyku ¯sv [mΩ] ¯s [mΩ] l[m] Ii [A] Z Z lmax [m] ≤ ≤ 402 112,31 520,13 110 430,32

XXIV


Miroslav Moc 2014

Kabel K4 - Progres: Porovnán´ı náklad˚ u r˚ uzných kabel˚ u pro ekonomickou optimalizaci Ekonomická optimalizace kabelu K4 k progresu Kabel

Pr˚ uˇ rez 2

Poˇ rizovac´ı

Provozn´ı

Celkov´ e

AYKY

[mm ]


4x70

70

14 410

50 110

64 520

3x95+70

95

17 930

36 918

54 848

3x120+70

120

19 800

29 239

49 039

3x150+70

150

24 200

23 332

47 532

3x185+95

185

31 130

18 902

50 032

3x240+120

240

34 980

14 570

49 550

Obr´ azek 11: Graf porovn´ an´ı n´ aklad˚ u kabelu K4 k progresu pro r˚ uzné pr˚ uˇrezy

XXV


Miroslav Moc 2014

K41 - Suˇ siˇ cka: CYKY J4x70mm2 k3 = 1; Modeion BC160N Kabel K41 - Suˇsiˇcka: Návrh jistiˇce, spoˇctené parametry // Ik [kA] ICS [kA] ICU [kA] ≤ ≤ 4,823 13 25 Pp [kW]

κ[-]

0,0256

1,053

Ip [mA] 46,188 ip [kA] 7,183 Ith,1 [kA] -

≤ ≤ ≤

IP N [A] 16

≤

IZ [A] 196


Vztaˇzeno na


Kabel K41 - Suˇsiˇcka: Kontrola na tepelné u ´ˇcinky Ik a pr˚ uˇrez kabelu n m Ith [kA] Smin [mm2 ] S[mm2 ] ≤ 1 0,479 5,865 6,722 70 Kabel K41 - Suˇsiˇcka: Kontrola na u ´bytek napˇet´ı na vodiˇci ∆Uf [V] d[%] dZ [%] ≤ 0,001 0,0005 5

XXVI


Miroslav Moc 2014

Kabel K41 - Suˇsiˇcka: ovˇeˇren´ı jiˇstˇen´ı proti pˇret´ıˇzen´ı Pro výpoˇctový proud : Ip [mA]

∆ϑ[K]

tc [◦ C]

41,188

3, 646 · 10−8

30


I [A]

tvyp [s] ∆ϑ[K]

tc [◦ C]

1,15

18,4

10080

0,11

30,11

1,2

19,2

10080

0,122

30,122

1,25

20

2490

0,114

30,114

1,3

20,8

2382

0,124

30,124

1,5

24

420

0,057

30,057

2

32

120

0,037

30,037

2,5

40

60

0,033

30,033

3

48

40

0,035

30,035

5

80

13

0,041

30,041

Kabel K41 - Suˇsiˇcka: Ochrana proti nebezpeˇcnému dotyku ¯sv [mΩ] ¯s [Ω] l[m] Ii [A] Z Z lmax [m] ≤ ≤ 130 160,17 1,608 75 1686,7 K42 - D´ılny: AYKY 3x120+70mm2 k3 = 1; Modeion BD250N Kabel K42 - D´ılny: Návrh jistiˇce, spoˇctené parametry // Ik [kA] ICS [kA] ICU [kA] ≤ ≤ 4,823 18 36 Pp [kW]

κ[-]

24,928

1,053

Ip [mA] 44,976 ip [kA] 7,183 Ith,1 [kA] 0,558

≤ ≤ ≤

IP N [A] 48

≤

IZ [A] 245


tk = 1s

XXVII



Kabel K42 - D´ılny: Kontrola na tepelné u ´ˇcinky Ik a pr˚ uˇrez kabelu 2 2 n m Ith [kA] Smin [mm ] S[mm ] ≤ 1 0,34 5,583 7,647 120 Kabel K42 - D´ılny: Kontrola na u ´bytek napˇet´ı na vodiˇci ∆Uf [V] d[%] dZ [%] ≤ 1,333 0,577 5 Kabel K42 - D´ılny: ovˇeˇren´ı jiˇstˇen´ı proti pˇret´ıˇzen´ı Pro výpoˇctový proud : Ip [mA]

∆ϑ[K] tc [◦ C]

41,188

0,732

20,732


I [A]


1,15

55,2

2718

1,022

21,022

1,2

57,6

2490

1,101

21,101

1,25

60

2280

1,176

21,176

1,3

62,4

2094

1,249

21,249

1,5

72

1476

1,486

21,486

2

96

402

1,145

21,145

2,5

120

72

0,398

20,398

3

144

25

0,221

20,221

5

240

0,019

0,001

20,001

Kabel K42 - D´ılny: Ochrana proti nebezpeˇcnému dotyku ¯sv [mΩ] ¯s [Ω] l[m] Ii [A] Z Z lmax [m] ≤ ≤ 192 196,04 1,089 100 900,98

XXVIII


Miroslav Moc 2014

Kabel K42 - D´ılny: Porovnán´ı náklad˚ u r˚ uzných kabel˚ u pro ekonomickou optimalizaci Ekonomická optimalizace kabelu K42 k d´ılnám Kabel

Pr˚ uˇ rez 2

Poˇ rizovac´ı

Provozn´ı

Celkov´ e

AYKY

[mm ]


4x50

50

9 900

40 659

50 559

4x70

70

13 100

29 042

42 142

3x95+70

95

16 300

21 461

37 761

3x120+70

120

18 000

16 933

34 933

3x150+70

150

22 000

13 586

35 586

3x185+95

185

28 300

11 026

39 326

Obr´ azek 12: Graf porovn´ an´ı n´ aklad˚ u kabelu K42 k d´ıln´ am pro r˚ uzné pr˚ uˇrezy

XXIX


Miroslav Moc 2014

K5 - Sen´ık: AYKY 3x120+70mm2 k3 = 0, 65; Modeion BD250N Kabel K5 - Sen´ık: Návrh jistiˇce, spoˇctené parametry // Ik [kA] ICS [kA] ICU [kA] ≤ ≤ 8,795 18 36 Pp [kW]

κ[-]

46,55

1,285

Ip [mA] 83,986 ip [kA] 15,977 Ith,1 [kA] 1,157

≤ ≤ ≤

IP N [A] 100

≤

IZ [A] 159,25


tk = 1s //

Kabel K5 - Sen´ık: Kontrola na tepelné u ´ˇcinky Ik a pr˚ uˇrez kabelu n m Ith [kA] Smin [mm2 ] S[mm2 ] ≤ 1 0,731 11,572 15,852 120 Kabel K42 - D´ılny: Kontrola na u ´bytek napˇet´ı na vodiˇci ∆Uf [V] d[%] dZ [%] ≤ 1,493 0,646 5

XXX


Miroslav Moc 2014

Kabel K5 - Sen´ık: ovˇeˇren´ı jiˇstˇen´ı proti pˇret´ıˇzen´ı Pro výpoˇctový proud : Ip [mA]

∆ϑ[K] tc [◦ C]

83,986

10,151

30,151


I [A]


1,15

115

2658

18,483

38,483

1,2

120

2382

19,707

39,707

1,25

125

2184

21,032

41,032

1,3

130

2094

22,757

41,757

1,5

150

1614

28,493

48,793

2

200

282

15,211

35,211

2,5

250

78

7,846

27,846

3

300

26

4,192

24,192

5

500

0,019

0,011

20,011

Kabel K5 - Sen´ık: Ochrana proti nebezpeˇcnému dotyku ¯sv [mΩ] ¯s [mΩ] l[m] Ii [A] Z Z lmax [m] ≤ ≤ 402 71,413 520,13 60 430,32 Kabel K5 - Sen´ık: Porovnán´ı náklad˚ u r˚ uzných kabel˚ u pro ekonomickou optimalizaci Ekonomická optimalizace kabelu K5 k sen´ıku Kabel

Pr˚ uˇ rez 2

Poˇ rizovac´ı

Provozn´ı

Celkov´ e

AYKY

[mm ]


4x70

70

7 860

60 841

68 701

3x95+70

95

9 780

44 794

54 574

3x120+70

120

10 800

35 441

46 241

3x150+70

150

13 200

28 353

41 553

3x185+95

185

16 980

23 037

40 017

3x240+120

240

19 080

17 121

36 801

XXXI


Miroslav Moc 2014

Obr´ azek 13: Graf porovn´ an´ı n´ aklad˚ u kabelu K5 k sen´ıku pro r˚ uzné pr˚ uˇrezy

K6 - OMD: AYKY 3x120+70mm2 k3 = 1; Modeion BC160N Kabel K6 - OMD: Návrh jistiˇce, spoˇctené parametry // Ik [kA] ICS [kA] ICU [kA] ≤ ≤ 8,795 13 25 Pp [kW]

κ[-]

4,392

1,285

Ip [A] 7,924 ip [kA] 15,977 Ith,1 [kA] -

≤ ≤ ≤

IP N [A] 16

≤

IZ [A] 245


Vztaˇzeno na


Kabel K6 - OMD: Kontrola na tepelné u ´ˇcinky Ik a pr˚ uˇrez kabelu 2 2 n m Ith [kA] Smin [mm ] S[mm ] ≤ 1 0,941 12,253 14,043 120 XXXII


Miroslav Moc 2014

Kabel K6 - OMD: Kontrola na u ´bytek napˇet´ı na vodiˇci ∆Uf [V] d[%] dZ [%] ≤ 0,117 0,051 5 Kabel K6 - OMD: ovˇeˇren´ı jiˇstˇen´ı proti pˇret´ıˇzen´ı Pro výpoˇctový proud : Ip [A]

∆ϑ[K] tc [◦ C]

7,924

0,01

20,01


I [A]


1,15

18,4

10080

0,079

20,079

1,2

19,2

10080

0,088

20,088

1,25

20

2490

0,079

20,079

1,3

20,8

2382

0,085

20,085

1,5

24

420

0,038

20,038

2

32

120

0,024

20,024

2,5

40

60

0,022

20,022

3

48

40

0,023

20,023

5

80

13

0,027

20,027

Kabel K6 - OMD: Ochrana proti nebezpeˇcnému dotyku ¯sv [mΩ] ¯s [Ω] l[m] Ii [A] Z Z lmax [m] ≤ ≤ 130 72,942 1,608 50 1053,4 Kabel K6 - OMD: Porovnán´ı náklad˚ u r˚ uzných kabel˚ u pro ekonomickou optimalizaci Ekonomická optimalizace kabelu K6 k OMD Kabel

Pr˚ uˇ rez

Poˇ rizovac´ı

Provozn´ı

Celkov´ e

AYKY

[mm2 ]

4x25

25

2 700

1 279

3 979

4x35

35

3 700

886

4 586

4x50

50

4 950

591

5 540

4x70

70

6 550

492

7 042

3x95+70

95

8 150

295

8 442

3x120+70

120

9 000

255

9 295


XXXIII


Miroslav Moc 2014

Obr´ azek 14: Graf porovn´ an´ı n´ aklad˚ u kabelu K6 k OMD pro r˚ uzné pr˚ uˇrezy

Vzhledem k v´ ypoˇctovému zat´ıˇzen´ı, charakteru provozu, uloˇzen´ı a ekonomické hospodárnosti je vhodnˇejˇs´ı volbou kabel AYKY 4x50mm2 : Kabel K6 - OMD: Podm´ınka jiˇstˇen´ı u nového kabelu Ip [A] IP N [A] IZ [A] ≤ ≤ 7,924 16 147 Kabel K6 - OMD: Kontrola na u ´bytek napˇet´ı na vodiˇci pro nový kabel ∆Uf [V] d[%] dZ [%] ≤ 0,256 0,111 5

XXXIV


Miroslav Moc 2014

Kabel K6 - OMD: ovˇeˇren´ı jiˇstˇen´ı proti pˇret´ıˇzen´ı pro nový kabel Pro výpoˇctový proud : IN P [A]

∆ϑ[K] tc [◦ C]

7,924

0,035

20,035


I [A]


1,15

18,4

10080

0,282

20,282

1,2

19,2

10080

0,313

20,313

1,25

20

2490

0,284

20,284

1,3

20,8

2382

0,308

20,308

1,5

24

420

0,137

20,137

2

32

120

0,089

20,089

2,5

40

60

0,079

20,079

3

48

40

0,083

20,083

5

80

13

0,098

20,098

Kabel K6 - OMD: Ochrana proti nebezpeˇcnému dotyku pro nový kabel ¯sv [mΩ] ¯s [Ω] l[m] Ii [A] Z Z lmax [m] ≤ ≤ 130 92,086 1,608 50 1053,4 K7 - Dr˚ ubeˇ z´ arna: AYKY 3x120+70mm2 k3 = 0, 65; Modeion BH630N Kabel K7 - Dr˚ ubeˇzárna: Návrh jistiˇce, spoˇctené parametry // Ik [kA] ICS [kA] ICU [kA] ≤ ≤ 8,795 18 36 Pp [kW]

κ[-]

75,186

1,285

Ip [A] 135,65 ip [kA] 15,977 Ith,1 [kA] 1,469

≤ ≤ ≤

IP N [A] 144

≤

IZ [A] 159,25


tk = 1s

XXXV



Kabel K7 - Dr˚ ubeˇzárna: Kontrola na tepelné u ´ˇcinky Ik a pr˚ uˇrez kabelu 2 2 n m Ith [kA] Smin [mm ] S[mm ] ≤ 1 0,395 10,388 20,125 120 Kabel K7 - Dr˚ ubeˇzárna: Kontrola na u ´bytek napˇet´ı na vodiˇci ∆Uf [V] d[%] dZ [%] ≤ 2,813 1,218 5 Kabel K7 - Dr˚ ubeˇzárna: ovˇeˇren´ı jiˇstˇen´ı proti pˇret´ıˇzen´ı Pro výpoˇctový proud : Ip [A]

∆ϑ[K] tc [◦ C]

135,65

33,527

53,527


I [A]


1,15

165,6

2598

45,478

65,478

1,2

172,8

2490

49,761

69,761

1,25

180

2184

52,181

72,181

1,3

187,2

2094

56,463

76,463

1,5

216

1476

67,182

87,182

2

288

282

37,74

57,74

2,5

360

72

18,005

38,005

3

432

25

10,003

30,003

5

720

0,038

0,055

20,055

Kabel K7 - Dr˚ ubeˇzárna: Ochrana proti nebezpeˇcnému dotyku ¯ ¯s [mΩ] l[m] Ii [A] Zsv [mΩ] Z lmax [m] ≤ ≤ 581 79,464 359,88 70 297,74 Kabel K7 - Dr˚ ubeˇzárna: Porovnán´ı náklad˚ u r˚ uzných kabel˚ u pro ekonomickou optimalizaci Ekonomická optimalizace kabelu K7 k ˇcerpac´ı stanici Kabel

Pr˚ uˇ rez 2

Poˇ rizovac´ı

Provozn´ı

Celkov´ e

AYKY

[mm ]


3x95+70

95

11 410

136 352

147 762

3x120+70

120

12 600

107 998

120 598

3x150+70

150

15 400

86 339

101 739

3x185+95

185

19 810

69 997

89 807

3x240+120

240

22 260

53 950

76 210

XXXVI


Miroslav Moc 2014

Obr´ azek 15: Graf porovn´ an´ı n´ aklad˚ u kabelu K7 k dr˚ ubeˇz´ arnˇe pro r˚ uzné pr˚ uˇrezy

Vzhledem k v´ ypoˇctovému zat´ıˇzen´ı, charakteru provozu, uloˇzen´ı a ekonomické hospodárnosti je vhodnˇejˇs´ı volbou kabel AYKY 3x240+120mm2 : Kabel K7 - Dr˚ ubeˇzárna: Podm´ınka jiˇstˇen´ı u nového kabelu Ip [A] IP N [A] IZ [A] ≤ ≤ 135,65 144 235,35 Kabel K7 - Dr˚ ubeˇzárna: Kontrola na u ´bytek napˇet´ı na vodiˇci pro nový kabel ∆Uf [V] d[%] dZ [%] ≤ 1,632 0,707 5

XXXVII


Miroslav Moc 2014

Kabel K7 - Dr˚ ubeˇzárna: ovˇeˇren´ı jiˇstˇen´ı proti pˇret´ıˇzen´ı pro nový kabel Pro výpoˇctový proud : Ip [A]

∆ϑ[K] tc [◦ C]

135,65

12,939

32,939


I [A]


1,15

165,6

2598

14,164

34,164

1,2

172,8

2490

15,38

35,38

1,25

180

2184

15,765

35,765

1,3

187,2

2094

16,939

36,939

1,5

216

1476

19,118

39,118

2

288

282

9,476

29,476

2,5

360

72

4,408

24,408

3

432

25

2,435

22,435

5

720

0,038

0,013

20,013

Kabel K7 - Dr˚ ubeˇzárna: Ochrana proti nebezpeˇcnému dotyku pro nový kabel ¯sv [mΩ] ¯s [mΩ] l[m] Ii [A] Z Z lmax [m] ≤ ≤ 581 57,779 359,88 70 538,77 K71 - Kr˚ ut’´ arna: AYKY 3x120+70mm2 k3 = 0, 85; Modeion BD250N Kabel K71 - Kr˚ ut’árna: Návrh jistiˇce, spoˇctené parametry // Ik [kA] ICS [kA] ICU [kA] ≤ ≤ 6,666 18 36 Pp [kW]

κ[-]

33,12

1,163

Ip [A] 59,756 ip [kA] 10,962 Ith,1 [kA] 0,826

≤ ≤ ≤

IP N [A] 63

≤

IZ [A] 208,25


tk = 1s

XXXVIII


Miroslav Moc 2014

// Kabel K71 - Kr˚ ut’árna: Kontrola na tepelné u ´ˇcinky Ik a pr˚ uˇrez kabelu 2 2 n m Ith [kA] Smin [mm ] S[mm ] ≤ 1 0,536 8,263 11,319 120

Kabel K71 - Kr˚ ut’árna: Kontrola na u ´bytek napˇet´ı na vodiˇci ∆Uf [V] d[%] dZ [%] ≤ 0,885 0,383 5 Kabel K71 - Kr˚ ut’árna: ovˇeˇren´ı jiˇstˇen´ı proti pˇret´ıˇzen´ı Pro výpoˇctový proud : Ip [A]

∆ϑ[K] tc [◦ C]

59,756

2,227

22,227


I [A]


1,15

72,45

2598

2,97

22,97

1,2

75,6

2490

3,25

23,25

1,25

78,75

2280

3,472

23,472

1,3

81,9

2094

3,688

23,688

1,5

94,5

1476

4,388

24,388

2

126

282

2,465

22,465

2,5

157

78

1,271

21,271

3

189

26

0,679

20,679

5

315

0,019

0,002

20,002

Kabel K71 - Kr˚ ut’árna: Ochrana proti nebezpeˇcnému dotyku ¯ ¯s [mΩ] l[m] Ii [A] Zsv [mΩ] Z lmax [m] ≤ ≤ 254 96,943 823,19 50 681,05

XXXIX


Miroslav Moc 2014

Kabel K71 - Kr˚ ut’árna: Porovnán´ı náklad˚ u r˚ uzných kabel˚ u pro ekonomickou optimalizaci Ekonomická optimalizace kabelu K71 ke kr˚ ut’a´rnˇe Kabel

Pr˚ uˇ rez 2

Poˇ rizovac´ı

Provozn´ı

Celkov´ e

AYKY

[mm ]


4x70

70

6 550

25 695

32 245

3x95+70

95

8 150

18 902

27 052

3x120+70

120

9 000

14 964

23 964

3x150+70

150

11 000

12 010

23 010

3x185+95

185

14 150

9 746

23 896

3x240+120

240

15 900

7 482

23 382

Obr´ azek 16: Graf porovn´ an´ı n´ aklad˚ u kabelu K71 ke kr˚ ut’´ arnˇe pro r˚ uzné pr˚ uˇrezy

XL


Miroslav Moc 2014

Pˇ r´ıloha C Cenov´ e pˇ rir´ aˇ zky pˇ ri nedodrˇ zen´ı pˇ redepsan´ e hodnoty u ´ˇ cin´ıku P´ asma

Rozsah tan ϕ

Rozsah

Pˇ rir´ aˇ zky

u ´ˇ cin´ıku

[kvarh/kWh]

cos ϕ

[%]

1

0 - 0,328

0,95 - 1

-

2

0,329 - 0,484

0,9 - 0,949

2,85

3

0,485 - 0,75

0,8 - 0,899

12,38

4

0,751 - 1,02

0,7 - 0,799

28,07

5

1,021 - 1,333

0,6 - 0,699

48,58

6

1,334 - a v´ıce

0 - 0,599

100,00

Tabulka 3: Cenové pˇrir´ aˇzky za nedodrˇzen´ı pˇredepsané u ´rovnˇe cos ϕ0 [32]

XLI

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA ELEKTROENERGETIKY A EKOLOGIE

Recommend Documents