Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko

Smetanova ulica 17 2000 Maribor, Slovenija

Peter STAKNE

NAČRTOVANJE NOVE TRANSFORMATORSKE POSTAJE ZA PODJETJE KLS Ljubno d. d.

Diplomsko delo

Maribor, oktober 2013

NAČRTOVANJE NOVE TRANSFORMATORSKE POSTAJE

ZA PODJETJE KLS Ljubno d. d.

Diplomsko delo Študent: Peter STAKNE Študijski program: Univerzitetni študijski program, Elektrotehnika Smer: Močnostna elektrotehnika

Mentor: red. prof. dr. Jože PIHLER Somentor: mag. Marjan STEGNE Lektor: Mija PILKO

Maribor, oktober 2013

I

II

ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju dr. Jožetu Pihlerju in somentorju mag. Marjanu Stegnetu za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Posebna zahvala gre celotni družini, ki me je podpirala vsa leta študija.

III

NAČRTOVANJE NOVE TRANSFORMATORSKE POSTAJE ZA PODJETJE KLS Ljubno d. d. Ključne besede: transformatorska postaja, kratkostični izračuni, izbira opreme, hlajenje transformatorjev, razsvetljava UDK: 621.314:628.9(043.2) Povzetek Diplomska naloga opisuje načrt za izvedbo nove transformatorske postaje, s pomočjo

katere bi bilo podjetje KLS Ljubno d. d. ob širitvi proizvodnje oskrbovano z zadostno

količino električne energije.

Izvedeni so izračuni kratkih stikov, dimenzioniranje aparatov in naprav ter preverjanje

zbiralk glede na termično in dinamično obremenitev. Prikazani sta lokacijska umestitev

nove transformatorske postaje ter opis predvidene opreme. Izvedeni pa so tudi izračuni za

hlajenje transformatorjev ter razsvetljavo v transformatorski postaji.

IV

DESIGN OF A NEW TRANSFORMER STATION FOR KLS Ljubno d. d. COMPANY Key words: transformer station, short circuit calculations, selection of the equipment, transformer cooling, lighting UDK: 621.314:628.9(043.2) Abstract This diploma work describes a plan for the implementation of a new transformer plant,

that would supply the company KLS Ljubno d.d. with a sufficient amount of electric

energy in case of enlargement of production.

The calculations of short circuits, the dimensioning of equipment and devices, and the

thermal and dynamic control of the busbar system have been carried out. The diploma

work also shows the location of the new transformer plant, and a description of the

equipment needed. Furthermore, the calculations for the cooling of transformers and the

electric lighting within the transformer plant have also been performed.

V

KAZALO 1 UVOD ....................................................................................................................... 12 OPIS GOSPODARSKE DRUŽBE IN PROIZVODOV ............................................ 3

2.1 Splošno o podjetju ............................................................................................. 32.2 Kratka zgodovina KLS ...................................................................................... 42.3 Proizvodi ........................................................................................................... 6

3 ELEKTROENERGETSKO STANJE KLS ................................................................ 73.1 Napajanje in nadzor nad omrežjem .................................................................... 73.2 Transformatorske postaje v podjetju KLS .......................................................... 9

3.2.1 Meritve transformatorskih postaj .................................................................133.2.2 TP-KLS-1 ...................................................................................................133.2.3 TP-KLS-2 ...................................................................................................17

4 PREDLOG NOVE TRANSFORMATORSKE POSTAJE ........................................214.1 Predstavitev porabnikov in idejna enočrtna shema ............................................21

5 IZRAČUNI IN DIMENZIONIRANJE ....................................................................245.1 Kratki stik na SN strani .....................................................................................25

5.1.1 Izračuni .......................................................................................................255.1.2 Dimenzioniranje SN opreme .......................................................................26

5.1.2.1 Dimenzioniranje 20 kV zbiralk ............................................................265.1.2.1.1 Kontrola zbiralk na dinamično obremenitev .....................................275.1.2.1.2 Kontrola zbiralk na termično obremenitev .......................................29

5.1.2.2 Dimenzioniranje aparatov in naprav .....................................................315.2 Kratki stik na NN strani ....................................................................................32

5.2.1 Izračuni .......................................................................................................325.2.2 Dimenzioniranje NN opreme ......................................................................34

5.2.2.1 Dimenzioniranje 0,4 kV zbiralk ...........................................................355.2.2.1.1 Kontrola zbiralk na dinamično obremenitev .....................................365.2.2.1.2 Kontrola zbiralk na termično obremenitev .......................................38

5.2.2.2 Dimenzioniranje aparatov in naprav .....................................................395.3 SN povezava transformator – transformatorska celica .......................................395.4 NN zveza transformator – dovodno ogrodje ......................................................415.5 Hlajenje transformatorjev ................................................................................425.6 Razsvetljava ....................................................................................................43

5.6.1 Osvetljenost transformatorske celice ...........................................................445.6.2 Osvetljenost stikalne celice .........................................................................44

6 LOKACIJA NOVE TP IN OPIS ..............................................................................466.1 Predvidena oprema ...........................................................................................48

6.1.1 Predvideni tehnični podatki .........................................................................486.1.2 Tehnični opis .............................................................................................49

6.1.2.1 Splošno ................................................................................................496.1.2.2 Srednjenapetostni stikalni blok ............................................................496.1.2.3 Nizkonapetostni stikalni blok ...............................................................506.1.2.4 Transformacija .....................................................................................516.1.2.5 Merjenje električne energije, napetosti in toka .....................................526.1.2.6 Zaščita .................................................................................................546.1.2.7 Hlajenje transformatorjev ....................................................................54

VI

6.1.2.8 Razsvetljava ........................................................................................556.1.2.9 Ozemljitev ...........................................................................................556.1.2.10 Protipožarna zaščita .............................................................................566.1.2.11 Prevoz in montaža ...............................................................................57

6.1.3 Priključitev TP-KLS-3 ................................................................................577 SPECIFIKACIJA MATERIALA .............................................................................58

7.1 Specifikacija – ohišje ........................................................................................587.2 Specifikacija – elektro oprema ..........................................................................587.3 Specifikacija – montažno konstrukcijski elementi .............................................587.4 Specifikacija – ozemljitev .................................................................................597.5 Specifikacija – ostala oprema ............................................................................59

8 PREDRAČUN ........................................................................................................609 SKLEP .....................................................................................................................6110 VIRI IN LITERATURA ...........................................................................................6311 PRILOGE .............................................................. Napaka! Zaznamek ni definiran.

Priloga A ......................................................................................................................64Tloris nove transformatorske postaje .............................................................64

Priloga B ......................................................................................................................65Tabele in grafi za pomoč pri dimenzioniranju aparatov in naprav ..................65

Priloga C ......................................................................................................................69Venci ............................................................................................................69

VII

A. SEZNAM SLIK Slika 2.1: KLS Ljubno, november 2012 ............................................................................ 3Slika 3.1: Poenostavljena shema energetskega omrežja ter diagram delovanja stikal ......... 8Slika 3.2: Enočrtna shema transformatorske postaje TP-KLS-1 ........................................10Slika 3.3: Enočrtna shema transformatorske postaje TP-KLS-2 ........................................11Slika 3.4: Območje, ki ga pokriva posamezna TP .............................................................12Slika 3.5: TP-KLS-1, TR1, povprečni in maksimalni tok v 10 min periodi .......................14Slika 3.6: TP-KLS-1, TR1, povprečna in maksimalna napetost v 10 min periodi ..............14Slika 3.7: TP-KLS-1, TR2, povprečni in maksimalni tok v 10 min periodi .......................15Slika 3.8: TP-KLS-1, TR2, povprečna in maksimalna napetost v 10 min periodi ..............16Slika 3.9: TP-KLS-2, TR1, povprečni in maksimalni tok v 10 min periodi .......................17Slika 3.10: TP-KLS-2, TR1, povprečna in maksimalna napetost v 10 min periodi ............18Slika 3.11: TP-KLS-2, TR2, povprečni in maksimalni tok v 10 min periodi .....................19Slika 3.12: TP-KLS-2, TR2, povprečna in maksimalna napetost v 10 min periodi ............19Slika 4.1: Idejna enočrtna shema TP-KLS-3 .....................................................................23Slika 5.1: Stikalna shema omrežja za izračun kratkostičnega toka ....................................24Slika 6.1: Predvidena lokacija z dovozom TP-KLS-3 .......................................................47Slika 6.2: Enočrtne sheme 24 kV-nih celic .......................................................................50Slika 6.3: Enočrtne sheme nizkonapetostnih celic ............................................................51Slika 6.4: Poraba električne energije ................................................................................53Slika 6.5: Diagram električne konice ................................................................................53Slika 11.1: Tloris TP-KLS-3 ............................................................................................64Slika 11.2: Izbira preseka zbiralk glede na nI ..................................................................65

Slika 11.3: Največje možne vrednosti za faktorje rsrs VVVV ,,, σσ in FV ............................66 Slika 11.4: Faktorji βα , in γ za različne vrste in razvrstitve podpornih izolatorjev ........66Slika 11.5: Faktor q za različne vrste presekov .................................................................67Slika 11.6: Faktor m; izguba toplote zaradi enosmerne komponente med kratkimi stiki v trifaznih in enofaznih sistemih .........................................................................................67Slika 11.7: Faktor n; izguba toplote zaradi izmenične komponente med kratkimi stiki v trifaznih in enofaznih sistemih .........................................................................................68Slika 11.8: Razmerje med gostoto nazivnega kratkotrajnega zdržnega toka (Tkr = 1 s) in temperaturo vodnika (polne črte, bakreni vodnik; črtkane črte, nizko obogateno jeklo ) ...68Slika 11.9: Zobati venci ...................................................................................................69Slika 11.10: Signalni venec ..............................................................................................69Slika 11.11: Masni venec .................................................................................................69

B. SEZNAM TABEL Tabela 5.1: Dopustni kratkostični tokovi za aluminijasti vodnik s presekom 70/16 mm²: ..40

VIII

C. UPORABLJENI SIMBOLI

A presek vodnika

a število razpetin med podpornimi izolatorji

ma medosna razdalja med zbiralkami

b dimenzija stranice zbiralke, na katero sila deluje pravokotno

c napetostni faktor

E osvetljenost

f frekvenca omrežja

dF dinamična sila

mF sila med zbiralkami

izF dopustna upogibna sila izolatorja

xF sila s prijemališčem v sredini zbiralke

h višina

izh višina izolatorja

ph višina podloge med izolatorjem in zbiralko

dynI temenski zdržni tok

iI prekinitveni (izklopni) kratkostični tok

kI trajni kratkostični tok

kdI dopustni kratkostični tok

"kI začetni izmenični kratkostični tok tripolnega kratkega stika

NI nazivni trajni tok

uI udarni tok kratkega stika

theI ekvivalentni kratkotrajni tok

thrI nazivni zdržni tok

k faktor poslabšanja zaradi zaprašenosti in staranja

K konstanta

l razdalja med podpornimi izolatorji

IX

m faktor izgube toplote zaradi enosmerne komponente med kratkimi stiki v

trifaznih in enofaznih sistemih

n faktor izgube toplote zaradi izmenične komponente med kratkimi stiki v

trifaznih in enofaznih sistemih

CuP izgube zaradi obremenitve (v navitju transformatorja)

FeP izgube praznega teka

R faktor upornosti gibanja svežega zraka

p0.2R natezna trdnost pri dovoljenem mejnem raztezku 0,2 %. To je tista natezna

trdnost, ki povzroči trajno deformacijo dolžine za 0,2 %.

trR delovna komponenta impedance transformatorja

QR delovna komponenta impedance omrežja

S površina

pS prenosna moč

"kS kratkostična moč omrežja

thrS nazivna gostota kratkotrajnega zdržnega toka

T temperatura

kT čas trajanja kratkega stika

NU nazivna napetost

%ku napetost kratkega stika

%ru delovna komponenta napetosti kratkega stika

%xu induktivna komponenta napetosti kratkega stika

FV , rV , σV faktorji, ki upoštevajo dinamične pojave

W odpornostni moment

kZ kratkostična impedanca

trZ impedanca transformatorja

QZ kratkostična impedanca omrežja

qZ kratkostična impedanca SN omrežja preračunana na NN stran

trX induktivna komponenta impedance transformatorja

X

QX induktivna komponenta impedance omrežja

q faktor odvisen od preseka vodnika

cQ najvišja temperatura zbiralk med kratkim stikom

bQ delovna temperatura zbiralk

α faktor, odvisen od tipa in števila podpornih izolatorjev

β faktor pritrditve

mσ spodnja meja plastičnosti

totσ dovoljena obremenitev vodnikov

κ faktor razmerja R/X

ϑ temperaturna razlika

φ svetlobni tok

η refleksija prostora

0µ 7104 −⋅π [Vs/Am]

XI

D. UPORABLJENE KRATICE

DIN Deutsches Institut für Normung

EU Evropska unija

IPC industrijsko poslovna cona

IEC International Electrotechnical Commission

ipd. in podobno

ISO International Organization for Standardization

JZ jugozahod

JUS jugoslovanski standard

KS kratki stik

NN nizka napetost

oz. oziroma

RS Republika Slovenija

RTP razdelilna transformatorska postaja

SFRJ Socialistična Federativna Republika Jugoslavija

SIST Slovenski inštitut za standardizacijo

SN srednja napetost

SV severovzhod

TR transformator

TP transformatorska postaja

TSN tovarna stikalnih naprav

Ur.l. uradni list

ZVpoz Zakon o varstvu pred požarom

1

1 UVOD

Podjetje KLS Ljubno d. d. se ukvarja s kovinsko industrijo, in sicer z izdelavo zobatih,

masnih in industrijskih vencev. Največji procent trga odjema vencev predstavlja

avtomobilska industrija. KLS je dobavitelj številnim podjetjem, tako evropskim kot

svetovnim. Med najbolj znanimi so Cimos, Luk, Sachs, Valeo in Fritz Winter. Veliko

število odjemalcev pa pomeni veliko dobavljenih kosov in posledično veliko dela za

podjetje.

S tega vidika je za podjetje, ki obratuje 24 ur na dan vse delovne dni v tednu, vključno z

nekaterimi sobotami in nedeljami, konstantna oskrba z električno energijo ključnega

pomena. Vsak izpad energije pomeni za podjetje veliko izgubo, saj so stroški porabljene

električne energije nični v primerjavi s stroški zastoja proizvodnje.

Podjetje se je v zadnjih nekaj letih zelo razširilo. Zaradi odličnega poslovanja se je vodstvo

podjetja odločilo za povečanje proizvodnje in s tem svetovne konkurenčnosti. Za širitev

proizvodnje pa je potrebna izgradnja nove hale, saj je trenutna kapacitetna zmogljivost

podjetja premajhna za postavitev vseh načrtovanih proizvodnih procesov.

Na podlagi opravljenih meritev, ki so bile izvedene na transformatorskih postajah, je

podjetje za izvedbo širitve proizvodnih procesov poleg izgradnje nove hale primorano

zgraditi tudi novo transformatorsko postajo, saj so trenutno obstoječe TP popolnoma

izkoriščene in na trenutke že celo preobremenjene.

Na osnovi zgoraj navedenega sem se odločil za načrtovanje nove transformatorske postaje,

ki ga bom predstavil v diplomskem delu. Namen naloge je opisati in predstaviti novo

transformatorsko postajo, s katero bi bile zagotovljene potrebe po električni energiji za

predvidene porabnike, poleg tega pa se upošteva tudi dejstvo, da ostane vsaj še nekaj

rezerve za morebitno kasnejše koriščenje. Cilj diplomskega dela je izračun parametrov, na

podlagi katerih se lahko zasnuje nova transformatorska postaja, izbira elementov ter opis in

predstavitev nove TP.

2

V drugem poglavju je predstavljeno podjetje, kratka zgodovina podjetja in produkti

proizvodnih procesov.

V tretjem poglavju je opisano trenutno elektroenergetsko stanje, in sicer z navedbo

podatkov o tem, kako je podjetje oskrbovano z električno energijo, koliko TP vsebuje,

kakšna je obremenitev le-teh ter kateri so vzroki za potrebo po izgradnji nove

transformatorske postaje.

Četrto poglavje opisuje predlog nove transformatorske postaje, ki je zasnovana na podlagi

predvidenih porabnikov. Tu so opisani lokacijska umestitev, predvidena oprema in

shematski načrt nove TP.

Izračuni parametrov za izgradnjo nove transformatorske postaje, ki so ključnega pomena

pri načrtovanju, so predstavljeni v petem poglavju.

V šestem poglavju navajam popis del in približno oceno, koliko bi podjetje moralo odšteti

za tak poseg. Sklep sledi v sedmem poglavju.

3

2 OPIS GOSPODARSKE DRUŽBE IN PROIZVODOV [7]

2.1 Splošno o podjetju

Podjetje KLS Ljubno d. d. se nahaja v industrijski coni Loke na Ljubnem ob Savinji. To je

storitveno naravnano podjetje in se ukvarja izključno z izdelavo zobatih, masnih in

signalnih vencev. KLS je eno izmed vodilnih dobaviteljev le-teh tako v Evropi kot tudi po

svetu, podjetje pa nudi visoko kakovost proizvodov, pravočasnost dobav in visoko

fleksibilnost pri izpolnjevanju posebnih zahtev odjemalcev s cenovno konkurenčnostjo.

Osnovni cilj podjetja ni kratkoročno doseganje dobičkov, ampak dolgoročno uspešno in

strateško sodelovanje z odjemalci in dobavitelji.

Podjetje zaposluje več kot 180 delavcev različnih strok in sodeluje tudi z osnovnimi,

srednjimi in višjimi šolami iz bližnjega območja. Na ta način lahko že osnovnošolci

spoznajo poklice, študenti in dijaki pa imajo omogočeno praktično delo in s tem

pridobivanje delovnih izkušenj v času obvezne prakse in počitniškega dela. Cilj tega pa je,

da so se po končanem šolanju čim prej sposobni uspešno vključiti v delo.

Slika 2.1: KLS Ljubno, november 2012

4

KLS načrtuje in razvija proizvodne procese z veliko stopnjo zanesljivosti. Podjetje ima

zelo nizek delež dobavljenih slabih proizvodov, in sicer ima manj kot dve reklamaciji na

milijon dobavljenih kosov. Kakovost pa se kaže tudi v pravočasnih dobavah naročenih

proizvodov.

Vodstvo skrbi za to, da se politika ravnanja z okoljem izvaja s strani vseh zaposlenih v

družbi KLS, prav tako pa so s politiko ravnanja z okoljem seznanjene vse osebe in družbe,

ki sodelujejo z družbo KLS.

2.2 Kratka zgodovina KLS

1972

Začetek

21. 12. 1974

Kovinarski obrat postane pravna oseba.

1978

Začetek proizvodnje OBROČEV za zobate obroče.

Dobava kupcem v Jugoslaviji: za Perkins motorje za traktorje, KHD motorje za

tovornjake, traktorje in proti dobave KHD-ju, Daimler motorji za tovornjake, vojaška

vozila in proti dobave Daimler-ju.

1980

FAMOS Sarajevo podeli podjetju »zlato plaketo« za kakovost.

1982

Začetek izdelave ZOBATIH OBROČEV in dobave podjetju TAM Maribor.

1990

April: Kupec Torpedo razglasi stečaj, podjetje izgubi 40 % naročil.

November: Poplava reke Savinje; podjetje ne obratuje dva meseca.

1991/1992

Razpad Jugoslavije in vzhodnoevropskih trgov. Podjetje izgubi 90 % naročil.

5

1993

Začetek proizvodnje zobatih obročev za vztrajnike PSA (kupec CIMOS).

1996–1997

Začetek proizvodnje obročev za italijanski trg za FIAT.

2001

CIMOS podeli priznanje DOBAVITELJ LETA 2000.

Certifikat ISO 9001:2000.

2003

CIMOS podeli priznanje DOBAVITELJ LETA 2002.

Začetek dobav zobatih obročev na nemški in francoski trg.

2004

Certifikat ISO/TS 16949.

2005

Veliko povečanje dobav zobatih obročev nemškim kupcem.

Začetek dobav na trg UK.

2006

SCHAEFFLER Group podeli podjetju priznanje: Dobavitelj leta 2005.

2007

Začetek dobav zobatih obročev na kitajski trg.

2008

Začetek dobav zobatih obročev novim nemškim kupcem.

2010

Začetek dobav na avstrijski trg.

Certifikat ISO 14001:2004.

KLS prejme državno priznanje Srebrna GAZELA 2010 za drugo najuspešnejše hitro

rastoče podjetje v državi.

6

2011

Narejenih je že več kot 50 milijonov zobatih obročev.

Izdelki so vgrajeni v motorje 28 proizvajalcev avtomobilov.

Tržni delež: več kot 50 % v EU in več kot 13 % globalno.

Predsednik države podeli KLS državno priznanje Zlata GAZELA 2011.

2012

Narejenih je že več kot 60 milijonov zobatih obročev.

KLS je uvrščen med 5 državnih šampionov za Evropsko poslovno nagrado (European

Business Award).

2.3 Proizvodi

Podjetje se ukvarja izključno z izdelavo zobatih, masnih in signalnih vencev, ki so

namenjeni predvsem za avtomobilsko industrijo. Ti se vgradijo na vztrajnike motorjev,

zato mora biti njihova kvaliteta resnično dobra. Poleg kvalitete sta seveda pomembna tudi

ugodna cena in pravočasen rok dobave. Prodaja vencev je v veliki meri odvisna od

avtomobilske industrije, za katero je značilno, da trg zelo niha.

Proizvodnja za izdelavo vencev je sestavljena iz dveh delov, in sicer iz začetne ali grobe

obdelave ter končne ali tako imenovane fine obdelave. Groba obdelava predstavlja

navijanje žice, varjenje ter kalibriranje obročev, fina pa natančno obdelovanje vencev, tako

oblikovno kot mehansko. Čeprav se morda zdi enostavno, pa za vsem tem stoji veliko

študij in znanosti ter seveda strokovnjakov, ki to izvajajo.

Slike nekaterih vencev se nahajajo v prilogi C.

7

3 ELEKTROENERGETSKO STANJE KLS

KLS je hitro rastoče podjetje, kar pomeni, da število proizvodnih procesov vsako leto raste,

s tem pa raste tudi potreba po dodatni električni energiji.

Samo v zadnjih petih letih se je število proizvodnih procesov več kot podvojilo. Trenutno

ima podjetje vsega 32 obdelovalnih linij. Od tega ima dve liniji za hladno valjanje, 3

navijalne linije, 11 varilnih linij in 4 stiskalnice za grobo obdelavo ter 16 obdelovalnih linij

za fino obdelavo vencev. Poleg teh glavnih porabnikov pa ima podjetje še številne

porabnike, katerih poraba električne energije tudi ni zanemarljiva. Sem spadajo številni

stroji za pripravo orodij, brusilni aparati, kompresorska postaja, razni ventilatorji,

razsvetljava ipd.

Zaradi povečanega povpraševanja po proizvodih se je podjetje odločilo za širitev, kar pa

pomeni dodatno število porabnikov električne energije. Ker je trenutno stanje takšno, da

transformatorji ne dopuščajo dodatnih obremenitev, bo potrebna izgradnja nove

transformatorske postaje.

3.1 Napajanje in nadzor nad omrežjem

Podjetje je oskrbovano z električno energijo iz distribucijskega omrežja preko 20kV

daljnovoda RTP Nazarje –Logarska dolina. Pred Ljubnim ob Savinji je na tem daljnovodu

narejen odcep, preko katerega se napaja industrijska cona Loke. Dovod je narejen po

podzemnem kablovodu do transformatorske postaje TP IPC, iz katere se nadaljuje prav

tako pod zemljo do podjetja KLS, natančneje do transformatorske postaje TP-KLS-1. V

TP-KLS-1 je nameščena vodna celica, preko katere je napajana TP-KLS-2.

Če se opredelimo na delovanje omrežja znotraj podjetja, je sistem dobro zgrajen, saj sta

transformatorski postaji medsebojno neodvisni. V primeru popravil oz. remonta na eni od

postaj lahko druga TP nemoteno obratuje.

Z vidika konstantnega oskrbovanja z električno energijo pa je sistem zasnovan slabo, saj v

primeru izpada že samo ene veje oz. faze proizvodnja ne more funkcionirati.

8

V podjetju sta glavna elektroenergetska objekta transformatorski postaji TP-KLS1 in TP-

KLS-2. Vsaka izmed postaj vsebuje po dva elektroenergetska transformatorja moči 1000

kVA, preko katerih se z električno energijo napaja celotno podjetje.

Nadzor nad celotno situacijo energetskega omrežja podjetja se nahaja v oddelku Elektro

vzdrževanja. Merjenje električne energije ter delovanje transformatorjev in posameznih

stikal oz. odklopnikov je povezano preko merilnih instrumentov s hišnim računalnikom, na

katerem se opravlja nadzor. Sistem omogoča tudi nadzor nad porabljeno električno

energijo in električno konico, kar pa je predstavljeno v tehničnem opisu.

Slika 3.1 prikazuje poenostavljeno shemo elektroenergetskega omrežja ter delovanje

pripadajočih stikal. Zelena barva pomeni trenutno aktivno področje, v primeru neaktivnosti

pa se posamezno polje obarva z rdečo barvo.

Slika 3.1: Poenostavljena shema energetskega omrežja ter diagram delovanja stikal

9

3.2 Transformatorske postaje v podjetju KLS

Kot je že bilo omenjeno, ima podjetje v lasti dve transformatorski postaji. Vsaka od postaj

vsebuje po dva elektroenergetska transformatorja moči 2 x 1000 kVA. Transformatorja v

posamezni postaji sta vezana paralelno, na sekundarni strani pa sta povezana preko spojne

celice, ki medsebojno povezuje NN zbiralke.

Ker je podjetje velik porabnik jalove energije, so v obe TP nameščene naprave za

kompenzacijo.

Kompenzacija je izvedena na podlagi predhodnih meritev in analize. Sestavljena iz fiksnih

filtrskih kompenzacij 60 kVAr, ki so priključene na odvodno polje transformatorjev, ter iz

nizkonapetostne avtomatske filtrske kompenzacijske naprave tipa AFKN. Priključitev

posameznih kompenzacij je razvidna na enočrtnih shemah TP. (Sliki 3.2 in 3.3)

Transformatorska postaja TP-KLS-1 se nahaja na JZ delu podjetja in oskrbuje z električno

energijo starejši del podjetja, kamor spadajo stari aneks, orodjarna, vzdrževanje, kurilnica,

skladišča olj in emulzij, celotni proizvodni hali 1 in 2, z izjemo Linije za hladno valjanje in

obdelavo 2, ter del hale 3. Ostali del podjetja je oskrbovan iz novejše transformatorske

postaje TP-KLS-2, ki pa se nahaja na SV strani podjetja.

Nazornejši prikaz področja pokrivanja posamezne TP ja prikazan na sliki 3.4 spodaj.

10

Slika 3.2: Enočrtna shema transformatorske postaje TP-KLS-1

11

Slika 3.3: Enočrtna shema transformatorske postaje TP-KLS-2

12

Slika 3.4: Območje, ki ga pokriva posamezna TP

13

3.2.1 Meritve transformatorskih postaj

Meritve se opravljajo z namenom, da ugotovimo, v kakšnem obremenjenem stanju so

transformatorske postaje.

Na zahtevo podjetja so se v obdobju od 19. 11. 2012 do 26. 11. 2012 na obeh

transformatorskih postajah izvajale meritve, ki jih je izvedlo podjetje Elektro Celje.

Na podlagi podanih meritev je ugotovljeno, da so transformatorji v obeh transformatorskih

postajah popolnoma zapolnjeni in na trenutke že celo preobremenjeni. S tega stališča in z

željo po širjenju proizvodnih procesov je za nemoteno obratovanje podjetja obvezna

nadgradnja elektroenergetskega sistema.

Parametri meritev so prikazani grafično, iz njih pa je razvidno, kakšna je tokovna in

napetostna obremenitev transformatorjev. Meritve so se izvajale za vse tri faze. Perioda

merjenja je znašala 10 minut.

Rezultati posameznih sklopov meritev so prikazani spodaj, posamično za vsak

transformator.

3.2.2 TP-KLS-1

TRANSFORMATOR 1

Transformacija: 21/0,42/0,242 kV ; 1 x 1000 kVA

Nazivni tok na primarni strani TR: 27,5 A

Tok na sekundarni strani TR: 1374,6 A

Nazivna frekvenca: 50 Hz

Vezava TR: Dyn5

Hlajenje: ONAN

Skupna masa: 2640 kg

Leto izdelave: 2004

14

Slika 3.5: TP-KLS-1, TR1, povprečni in maksimalni tok v 10 min periodi

Slika 3.6: TP-KLS-1, TR1, povprečna in maksimalna napetost v 10 min periodi

15

TRANSFORMATOR 2

Transformacija: 21 / 0,4 kV ; 1 x 1000 kVA

Nazivni tok na primarni strani TR: 28,8 A

Tok na sekundarni strani TR: 1443 A

Nazivna frekvenca: 50 Hz

Vezava TR: Dyn5

Hlajenje: ONAN

Skupna masa: 2565 kg

Leto izdelave: 2000

Slika 3.7: TP-KLS-1, TR2, povprečni in maksimalni tok v 10 min periodi

16

Slika 3.8: TP-KLS-1, TR2, povprečna in maksimalna napetost v 10 min periodi

Na zgornjih slikah je prikazana tokovna in napetostna obremenitev transformatorjev

transformatorske postaje TP-KLS-1. Iz slik je razvidno, da tok in napetost zelo nihata, kar

pa je posledica vklopov in izklopov posameznih porabnikov. Največji delež nihanja

predstavljajo kalilni stroji (Eldec) in normalizacije (Saet, Ema), saj se vklapljajo in

izklapljajo za vsak venec posebej, pri tem pa za zagon porabijo zelo velik tok. Prav zaradi

tega nihanja pa so transformatorji na trenutke, ko se vklopi več teh strojev naenkrat,

preobremenjeni.

Povprečen tok transformatorja 1 niha od 130 A do 720 A, maksimalni tok pa med 130 A in

1430 A, kar že presega dovoljenega, ki znaša 1374,6 A. V transformatorju 2 povprečni tok

niha od 130 A do 750 A, maksimalni pa do 1460 A, kar pomeni, da je tudi preobremenjen,

saj znaša dovoljen maksimalni tok za TR2 1443 A.

Medtem ko tok zelo naraste, tudi napetost posledično zaniha oz. pade, vendar pa to

nihanje ni zaskrbljujoče, saj je najnižja napetost še vedno višja od 230 V.

17

3.2.3 TP-KLS-2

TRANSFORMATOR 1

Transformacija: 21/0,42/0,242 kV ; 1 x 1000 kVA

Nazivni tok na primarni strani TR: 27,5 A

Tok na sekundarni strani TR: 1374,6 A

Nazivna frekvenca: 50 Hz

Vezava TR: Dyn5

Hlajenje: ONAN

Skupna masa: 2640 kg

Leto izdelave: 2008

Slika 3.9: TP-KLS-2, TR1, povprečni in maksimalni tok v 10 min periodi

18

Slika 3.10: TP-KLS-2, TR1, povprečna in maksimalna napetost v 10 min periodi

TRANSFORMATOR 2

Transformacija: 21(10,5) / 0,42 / kV ; 1 x 1000 kVA

Nazivni tok na primarni strani TR: 27,5 (55,0) A

Tok na sekundarni strani TR: 1374,6 A

Nazivna frekvenca: 50 Hz

Vezava TR: Dyn5

Hlajenje: ONAN

Skupna masa: 2565 kg

Leto izdelave: 2000

19

Slika 3.11: TP-KLS-2, TR2, povprečni in maksimalni tok v 10 min periodi

Slika 3.12: TP-KLS-2, TR2, povprečna in maksimalna napetost v 10 min periodi

20

Tudi za transformatorje v transformatorski postaji 2 velja enako, da so nihanja v največji

meri posledica vklopov in izklopov posameznih naprav.

Povprečen tok transformatorja 1 znaša med 70 A in 300 A, maksimalni pa med 70 A in

805 A. V transformatorju 2 povprečni tok niha od 150 A do 920 A, maksimalni pa kar do

1500 A. Dovoljen maksimalni tok za TR2 znaša 1374,6 A.

Na podlagi podanega je ugotovljeno, da so vsi transformatorji preobremenjeni, razen TR1

iz transformatorske postaje TP-KLS-2, ki še ne presega dovoljene vrednosti 1374,6 A. Ker

pa vseh predvidenih novih porabnikov ni mogoče priključiti na ta še ne preobremenjeni

transformator, je za ta namen potrebna izgradnja nove transformatorske postaje, ki pa je

predstavljena v naslednjem poglavju.

21

4 PREDLOG NOVE TRANSFORMATORSKE POSTAJE

Zaradi odličnega poslovanja podjetja in z namenom, da se konkurenčnost na trgu še

poveča, se je vodstvo odločilo za povečanje proizvodnje. S tem namenom je v načrtu

izgradnja nove proizvodne hale, v katero se bodo postavile nove obratovalne linije za

izdelavo zobatih obročev. Postavitev hale je predvidena ob obstoječi hali 5, oskrba z

električno energijo pa bi bila izvedena iz nove transformatorske postaje, saj so trenutne

zmogljivosti obstoječih transformatorskih postaj premajhne za načrtovane porabnike.

Na ta način je zaradi povpraševanja po dodatni električni energiji predvidena izgradnja

nove transformatorske postaje, s pomočjo katere bi bile zagotovljene potrebe po dodatni

energiji oz. po nemotenem delovanju proizvodnje.

4.1 Predstavitev porabnikov in idejna enočrtna shema

Predstavitev je podana na podlagi predvidenih porabnikov, ki se bodo namestili ob

izgradnji nove proizvodne hale 6. Nova transformatorska postaja TP-KLS-3 bo tako z

električno energijo oskrbovala vse proizvodne procese v novi hali, hkrati pa bo pokrivala

tudi del proizvodne hale 5b. Upoštevati se mora tudi dejstvo, da ostane še vsaj nekaj

rezerve v energiji za morebitno kasnejše širjenje proizvodnje.

Predvideni porabniki:

a.) 6 x avtomatska obdelovalna linija v sklopu strojev:

1 x rezkalni stroj Liebherr LC-380 35 kVA

1 x kalilni stroj Eldec 382 kVA

2 x stružnica Takisawa 2 x 50 kVA

1 x merilnica Kolektor Orodjarna 2,5 kVA

5 x robot Fanuc M710-iC 5 x 12 kVA

1 x robot Fanuc M-16iB 3 kVA

1 x Jan & Florjan 45 kVA

22

b.) 1 x čistilnica zraka:

GEA MultiAir 4 x 2,5 kW

c.) 1 x ventilator:

Absolen 7,5 kW

d.) ostali porabniki:

razsvetljava, vtična gnezda … nekaj kW

Priključitev porabnikov bo izvedena na podlagi porabljene energije, ki jo posamezni

porabnik potrebuje. Temu primerno se večji porabniki priključijo direktno iz NN stikalnih

blokov, manjši porabniki pa se priključijo preko bližnjih razdelilnih omar, ki se postavijo

na primerna mesta v hali.

Slika 4.1 prikazuje idejno enočrtno shemo nove transformatorske postaje, iz katere je

razvidno, kako naj bi bili razvrščeni priklopi novih porabnikov in katera oprema naj bi se

uporabila za vgradnjo, kar pa je predstavljeno v naslednjih poglavjih.

23

Slika 4.1: Idejna enočrtna shema TP-KLS-3

24

5 IZRAČUNI IN DIMENZIONIRANJE [13]

Za mehansko in termično dimenzioniranje posameznih elementov transformatorske postaje

je potrebno določiti:

- začetni simetrični kratkostični tok

- amplitudo udarnega toka (pomembno za mehansko dimenzioniranje)

- izklopilni tok (pomembno za izbiro aparatov)

- efektivno srednjo vrednost toka kratkega stika (pomembno za termično

dimenzioniranje postroja)

Na podlagi predvidenih porabnikov iz poglavja 4.1 in z namenom da ostane še vsaj nekaj

rezerve v energiji, se bosta v novo transformatorsko postajo namestila dva

elektroenergetska transformatorja moči 1000 kVA. Temu primerni so tudi spodaj prikazani

izračuni.

Slika 5.1: Stikalna shema omrežja za izračun kratkostičnega toka

25

5.1 Kratki stik na SN strani

5.1.1 Izračuni

Vhodni podatek za izračun kratkostične impedance omrežja je nazivna kratkostična moč,

ki za 20kV omrežje znaša 500=′′kS MVA. [3]

Kratkostična impedanca omrežja (rezultirajoča impedanca):

88,0500

201,1 22

=⋅

=′′

⋅=

k

NQ S

UcZ Ω (5.1)

0876,01,0 =⋅= QQ XR Ω (5.2)

XXRZ QQQ ⋅=+= 005,122 (5.3)

876,0005,188,0

005,1=== Q

Q

ZX Ω (5.4)

)876,00876,0( jZ Q += Ω

Pri tem je:

QZ - kratkostična impedanca omrežja v Ω

U - napetost omrežja v kV

kS ′′ - kratkostična moč omrežja v MVA

c - napetostni faktor

QR - delovna komponenta impedance v Ω

QX - induktivna komponenta impedance v Ω

Začetni simetrični kratkostični tok tripolnega stika kI ′′ (efektivna vrednost izmeničnega

kratkostičnega toka v trenutku nastanka kratkega stika) pri maksimalnem napetostnem

faktorju 1,1max =c znaša :

26

4,1488,03

201,13

=⋅⋅

=⋅

⋅=′′

Q

Nk Z

UcI kA (5.5)

Udarni tok kratkega stika uI (največja možna trenutna vrednost toka po nastanku kratkega

stika – temenska vrednost) znaša:

6,354,142746,12 =⋅⋅=′′⋅⋅= ku II κ kA, (5.6)

kjer je κ faktor odvisen od razmerja R/X in znaša:

746,198,002,198,002,1 876,00876,033

=+=+≈⋅

−−ee X

R

κ (5.7)

S faktorjem κ upoštevamo časovni upad enosmernega in tudi izmeničnega tokovnega

člena pri kratkem stiku blizu generatorja.

Stacionarni (trajni) kratkostični tok kI je efektivna vrednost kratkostičnega toka po

iznihanju prehodne komponente. V primeru trifaznega kratkega stika blizu generatorja se

po prehodnem pojavu začetni izmenični kratkostični tok kI ′′ izniha na trajni tok kratkega

stika kI , kk II ′′≤ . V primeru od generatorja oddaljenega kratkega stika pa je po prehodnem

pojavu trajni tok kratkega stika kI enak začetni vrednosti izmeničnega kratkostičnega toka

kI ′′ in tako znaša 4,14=′′= kk II kA.

5.1.2 Dimenzioniranje SN opreme

5.1.2.1 Dimenzioniranje 20 kV zbiralk

Podatki za izračun:

8,57203

100023

=⋅

⋅=

⋅=

N

NN U

SI A - nazivni tok za dva vzporedno vezana transformatorja

4,14=′′kI kA - začetni kratkostični tok

4,14=′′= kk II kA - trajni kratkostični tok

6,35=uI kA - udarni tok kratkega stika

746,1=κ - konstanta, odvisna od razmerja R/X

27

3≥a - število razpetin

6,0=l m - največja središčna razdalja med podpornima izolatorjema

2,0=ma m - efektivna razdalja med vodniki

2002,0 =pR N/mm² - natezna trdnost pri dovoljenem raztezku 0,2 % (za baker v

mehkem stanju) [2]

Na podlagi izračunanega nazivnega toka za paralelno obratovanje transformatorjev

izberemo iz tabele v prilogi B (slika 11.2) gole zbiralke dimenzije 40 x 5 mm, saj le-te

lahko obremenimo s tokom 482 A, kar pa znaša veliko več od nazivnega toka, a na ta način

zagotovimo tako termično kot dinamično obremenitev vodnikov oz. zbiralk. V primeru da

izberemo zbiralke z nižjim nazivnim tokom, moramo temu primerno povečati natezno

trdnost bakra ali pa zmanjšati razdaljo med podpornimi izolatorji.

5.1.2.1.1 Kontrola zbiralk na dinamično obremenitev

Sila med glavnimi vodniki pri trifaznem kratkem stiku znaša:

5,6582,06,035600

2104

23

223 2

720 =⋅⋅

⋅⋅=⋅⋅⋅=

−

ππ

πµ

mum a

lIF N, (5.8)

kjer je:

0µ - konstanta )104( 7−⋅π

uI - udarni tok kratkega stika

l - največja središčna razdalja med podpornima izolatorjema

ma - efektivna razdalja med vodniki

Obremenitev stalnih vodnikov znaša:

3,21610667,18

6,05,65873,0118 7 =

⋅⋅⋅

⋅⋅⋅=⋅⋅

⋅⋅⋅= −WlF

VV mrm βσ σ N/mm², (5.9)

kjer je:

1== rVVσ - faktorja, dobljena iz tabele v prilogi B (slika 11.3)

28

73,0=β - faktor, dobljen iz tabele v prilogi B (slika 11.4)

ter W - odpornostni moment, ki znaša:

722

10667,16

005,004,06

−⋅=⋅

=⋅

=dbW m³ (5.10)

Celotna obremenitev vodnikov je tako:

3,21603,216 =+=+= smtot σσσ N/mm² (5.11)

Dovoljena obremenitev vodnikov:

2,0ptot Rq ⋅≤σ (5.12)

2005,1 ⋅≤totσ

3003,216 ≤ N/mm²,

kjer je:

q - faktor, dobljen iz tabele v prilogi B (slika 11.5)

2,0pR - natezna trdnost pri dovoljenem raztezku 0,2%

Izračun sil na podporne izolatorje (izračun je opravljen na podlagi izbranih podpornih

izolatorjev TSN, tip PA 24) [6]

Dinamična sila na podporne izolatorje znaša:

4,2635,6584,01 =⋅⋅=⋅⋅⋅= mArFdA FVVF α N (5.13)

4,7245,6581,11 =⋅⋅=⋅⋅⋅= mBrFdB FVVF α N (5.14)

35,12008,0

3,2168,0 2,0

=⋅

=⋅ p

tot

Rσ ⇒ 1=⋅ rF VV , (5.15)

kjer je:

rF VV , - faktorja, dobljena iz tabele v prilogi B (slika 11.3)

mF - sila med glavnimi vodniki pri trifaznem kratkem stiku

29

BA αα , - faktorja za različne vrste in razvrstitve podpornih izolatorjev, dobljena iz

priloge B (slika 11.4)

Sila XF s prijemališčem v sredini zbiralke mora biti večja od dinamične sile dF , in znaša:

9,4525202210

21050002/

=++

⋅=++

⋅=bhh

hFFpiz

izizX N, (5.16)

kjer je:

izF - dopustna upogibna sila izolatorja

izh - višina izolatorja

ph - višina podloge med izolatorjem in zbiralko

Izbrani izolatorji ustrezajo vsem izračunanim silam.

dAdBX FFF >>

4525,9 > 724,4 > 263,4 N

5.1.2.1.2 Kontrola zbiralk na termično obremenitev

Temperaturno ekvivalentni kratkotrajni tok znaša:

8,14105,04,14 =+⋅=+⋅′′= nmII kthe kA, (5.17)

kjer je:

kI ′′ - začetni kratkostični tok

m , n - numerična faktorja, dobljena iz grafov v prilogi B (sliki 11.6 in 11.7)

Izračun povišanja temperature in nazivne gostote kratkotrajnega zdržnega toka

74540

14800=

⋅=

⋅==

dbI

AI

S thetheth A/mm², (5.18)

kjer je:

A - presek zbiralke v mm

30

Temperaturna razlika znaša:

13565200 =−=−= bc QQϑ °C, (5.19)

kjer je:

cQ - najvišja temperatura zbiralk med kratkim stikom

bQ - delovna temperatura zbiralk

Nazivno gostoto kratkotrajnega zdržnega toka thrS dobimo iz grafa v prilogi B (slika 11.8)

in znaša:

100=thrS A/mm²

Goli vodniki imajo zadostno kratkostično toplotno odpornost, če velja:

k

krthrth T

TSS ⋅≤ (5.20)

1110074 ⋅≤

10074 ≤ A/mm²,

kjer je kT čas trajanja kratkega stika od njegovega nastopa do izklopa (1s).

Minimalni presek zbiralk znaša:

148100

114800min =

⋅=

⋅=

KTI

A kthe mm², (5.21)

kjer konstanta K znaša:

1001100 =⋅=⋅= krthr TSK As/mm² (5.22)

To pa pomeni, da izbrani presek ustreza, saj je večji od izračunanega:

148200 ≥ mm²

31

5.1.2.2 Dimenzioniranje aparatov in naprav

LOČILNO STIKALO

Pri ločilnih stikalih in ločilnikih izberemo nazivni tok iz standardne lestvice nazivnih tokov

kot prvo večjo vrednost največjega obratovalnega toka. To pomeni, da bi moral znašati

izbrani nazivni tok 63A, vendar pa zaradi standardizacije proizvajalca opreme izberemo

stikalo z nazivnim tokom 630 A, kateremu pa so prigrajene visokoučinkovne varovalke z

nazivnim tokom 63 A.

Nazivni kratkotrajni zdržni tok določimo kot prvo večjo vrednost ekvivalentnega

kratkotrajnega toka theI , ki ga izračunamo po enačbi 5.17 in znaša 8,14=theI kA, kar

pomeni, da določimo 16=thrI kA.

Nazivni temenski zdržni tok dynI določimo kot 2,5-kratnik kratkotrajnega zdržnega toka

(2,5 x 16 kA), hkrati pa mora biti večji od izračunanega udarnega toka 6,35=uI kA, kar

pomeni, da izberemo 40=dynI kA.

Nazivno kratkostično vklopno zmogljivost določimo kot prvo večjo vrednost izračunanega

udarnega toka, zato ta znaša 40 kA.

V tipskih celicah tipa CN4K-24 proizvajalca TSN je že vgrajena oprema, predvidena za:

- nazivno napetost 24 kV - kratkotrajno zdržno napetost industrijske frekvence 50 kV - zdržno atmosfersko udarno napetost, temenska vrednost 125 kV - nazivni tok 630 A - nazivni kratkotrajni zdržni tok 16 kA - nazivni temenski zdržni tok 40 kA - nazivno vklopno zmogljivost 40 kA

To pomeni, da celice na podlagi izračunov popolnoma ustrezajo in so primerne za vgradnjo

v predvideno transformatorsko postajo. [6]

32

5.2 Kratki stik na NN strani

5.2.1 Izračuni

Kratkostična impedanca SN omrežja, preračunana na NN stran:

2

⋅=

SN

NNQq U

UZZ (5.23)

2

2042,0)876,00876,0(

⋅+= jZ q

)000386,00000386,0( jZ q += Ω

Impedanca transformatorja, preračunana na NN stran:

10584,0100010042,06

100% 22

=⋅

⋅=

⋅⋅

=r

rktr S

UuZ Ω (5.24)

05,11000

5,10100100% =⋅=⋅=r

Cur S

Pu % (5.25)

9,505,16%)(%)(% 2222 =−=−= rkx uuu % (5.26)

0185,0)101000(100

)1042,0(05,1100

%3

232

=⋅⋅⋅⋅

=⋅⋅

=r

rrtr S

UuR Ω (5.27)

0104,0)101000(100

)1042,0(9,5100

%3

232

=⋅⋅⋅⋅

=⋅⋅

=r

rxtr S

UuX Ω (5.28)

Pri tem je:

rU - nazivna napetost v kV

CuP - izgube na navitju transformatorja

rS - nazivna moč v kW

trZ - impedanca transformatorja v Ω

trR - delovna komponenta impedance v Ω

trX - delovna komponenta impedance v Ω

33

%ku - napetost kratkega stika v %

%ru - delovna komponenta napetosti kratkega stika v %

%xu - induktivna komponenta napetosti kratkega stika v %

Kratkostična impedanca1

))21()

21((

21

trqtrqtrqk XXjRRZZZ +++=+=

v točki kratkega stika znaša:

(5.29)

+++= )

20104,0000386,0()

200185,00000386,0( jZ k

( )00559,0000964,0 jZ k += Ω

00567,0=kZ Ω

Začetni izmenični kratkostični tok trifaznega stika kI ′′ (efektivna vrednost izmeničnega

kratkostičnega toka v trenutku nastanka kratkega stika) znaša:

8,4200567,0342,0

3=

⋅=

⋅=′′

k

rk Z

UI kA (5.30)

Udarni tok kratkega stika uI (največja možna trenutna vrednost toka po nastanku kratkega

stika – temenska vrednost) izračunamo po enačbi 5.6:

1,978,422604,12 =⋅⋅=′′⋅⋅= ku II κ kA,

kjer je κ faktor odvisen od razmerja R/X in znaša:

604,198,002,198,002,1 00559,0000964,033

=+=+≈⋅

−−ee X

R

κ

S faktorjem κ upoštevamo časovni upad enosmernega in tudi izmeničnega tokovnega

člena pri kratkem stiku blizu generatorja.

1 Izračun kratkega stika na NN strani je narejen za paralelno obratovanje transformatorjev, kar predstavlja najneugodnejši primer obratovanja.

34

Če je električno omrežje zelo močno oziroma če je kratkostična moč omrežja zelo velika, kjer je trQ XX ⋅≤ 5,0 , se pri kratkem stiku na NN strani napetost na strani močnega omrežja ne bo znižala.

Tedaj velja: ikk III ==′′ ,

kjer je iI prekinitveni (izklopilni) kratkostični tok.

Trajni kratkostični tok kI je efektivna vrednost kratkostičnega toka po iznihanju prehodne

komponente. V primeru tripolnega kratkega stika blizu generatorja se po prehodnem

pojavu začetni izmenični kratkostični tok kI ′′ izniha na trajni tok kratkega stika kI , kk II ′′≤ .

V primeru od generatorja oddaljenega kratkega stika pa je po prehodnem pojavu trajni tok

kratkega stika kI enak začetni vrednosti izmeničnega kratkostičnega toka kI ′′ in tako znaša

8,42=′′= kk II kA.

5.2.2 Dimenzioniranje NN opreme

Ker se predvideno spojno polje med transformatorjema načeloma ne bo vklapljalo, se

izračuni NN naprav izvedejo na osnovi delovanja samo enega transformatorja, kar je z

vidika dimenzioniranja najneugodnejši primer.

Kratkostična impedanca SN omrežja, preračunana na NN stran qZ , in impedanca

transformatorja, preračunana na NN stran trZ , ostaneta nespremenjeni, spremeni se le

ekvivalentna impedanca do mesta kratkega stika na NN strani, ki znaša:

))()((1 trqtrqtrqk XXjRRZZZ +++=+= (5.31)

( ))0104,0000386,0()00185,00000386,0(1 +++= jZ k Ω

( )010786,0001889,01 jZ k += Ω

01095,01 =kZ Ω

Začetni izmenični kratkostični tok trifaznega stika kI ′′ znaša:

35

15,2201095,0342,0

3=

⋅=

⋅=′′

k

rk Z

UI kA

Udarni tok kratkega stika uI (največja možna trenutna vrednost toka po nastanku kratkega

stika – temenska vrednost) znaša:

1,5015,2226,12 =⋅⋅=′′⋅⋅= ku II κ kA,

kjer je κ faktor odvisen od razmerja R/X in znaša:

6,198,002,198,002,1 010786,0001889,033

=+=+≈⋅

−−ee X

R

κ

5.2.2.1 Dimenzioniranje 0,4 kV zbiralk

Podatki za izračun:

64,137442,03

10003

=⋅

=⋅

=N

NN U

SI A - nazivni tok transformatorja

15,22=′′kI kA - začetni kratkostični tok

1,50=uI kA - udarni tok kratkega stika

6,1=κ - konstanta, odvisna od razmerja R/X

3≥a - število razpetin

8,0=l m - največja središčna razdalja med podpornima izolatorjema

2,0=ma m - efektivna razdalja med vodniki

2002,0 =pR N/mm² - natezna trdnost pri dovoljenem raztezku 0,2 %

Na podlagi nazivnega toka transformatorja izberemo iz priloge B (slika 11.2) barvane

bakrene zbiralke dimenzije 40 x 10 mm, saj le-te lahko obremenimo s tokom do 1470 A.

36

5.2.2.1.1 Kontrola zbiralk na dinamično obremenitev

Sila med glavnimi vodniki pri trifaznem kratkem stiku znaša:

9,17382,08,050100

2104

23

223 2

720 =⋅⋅

⋅⋅=⋅⋅⋅=

−

ππ

πµ

mum a

lIF N,

kjer je:

0µ - konstanta )104( 7−⋅π

uI - udarni tok kratkega stika

l - največja središčna razdalja med podpornima izolatorjema

ma - efektivna razdalja med vodniki

Odpornostni moment W izračunamo po enačbi 5.10 in znaša:

72

1066,66

01,004,0 −⋅=⋅

=W m³

Obremenitev stalnih vodnikov izračunamo po enačbi 5.9:

6,1901066,68

8,09,173873,011 7 =⋅⋅⋅

⋅⋅⋅= −mσ N/mm²

Celotna obremenitev vodnikov je tako:

6,19006,190 =+=+= smtot σσσ N/mm²

Dovoljena obremenitev vodnikov znaša:

2,0ptot Rq ⋅≤σ

2005,16,190 ⋅≤

3006,190 ≤ N/mm²,

kjer je:

q - faktor, dobljen iz tabele v prilogi B (slika 11.5)

2,0pR - natezna trdnost pri dovoljenem raztezku 0,2 %

37

Izračun sil na podporne izolatorje (izračun je opravljen na podlagi izbranih podpornih

izolatorjev TSN tipa PC 3) [6]

Dinamična sila na podporne izolatorje znaša:

6,6959,17384,01 =⋅⋅=⋅⋅⋅= mArFdA FVVF α N

8,19129,17381,11 =⋅⋅=⋅⋅⋅= mBrFdB FVVF α N

19,12008,06,190

8,0 2,0

=⋅

=⋅ p

tot

Rσ ⇒ 1=⋅ rF VV ,

kjer je:

rF VV , - faktorja, dobljena iz tabele v prilogi B (slika 11.3)

mF - sila med glavnimi vodniki pri trifaznem kratkem stiku

BA αα , - faktorja za različne vrste in razvrstitve podpornih izolatorjev, dobljena iz

tabele v prilogi B (slika 11.4)

Sila XF s prijemališčem v sredini zbiralke mora biti večja od dinamične sile dF in znaša:

9,897125280

80120002/

=++

⋅=++

⋅=bhh

hFF

piz

izizX N,

kjer je:

izF - dopustna upogibna sila izolatorja

izh - višina izolatorja

ph - višina podloge med izolatorjem in zbiralko

Izbrani izolatorji ustrezajo vsem izračunanim silam.

dAdBX FFF >>

8971,9 > 1912,8 > 695,6 N

38

5.2.2.1.2 Kontrola zbiralk na termično obremenitev

Temperaturno ekvivalentni kratkotrajni tok izračunamo po enačbi 5.17 in znaša:

7,22105,015,22 =+⋅=theI kA

Gostota temperaturno ekvivalentnega kratkotrajnega toka je tako:

8,561040

22700=

⋅=

⋅==

dbI

AI

S thetheth A/mm²

Temperaturno razliko zbiralk izračunamo po enačbi 5.19 in znaša:

13565200 =−=−= bc QQϑ °C

Nazivno gostoto kratkotrajnega zdržnega toka thrS dobimo iz grafa v prilogi B (slika 11.8).

100=thrS A/mm²

Goli vodniki imajo zadostno kratkostično toplotno odpornost, če velja:

k

krthrth T

TSS ⋅≤

111008,56 ⋅≤

1008,56 ≤ A/mm²

Minimalni presek zbiralk znaša:

227100

122700min =

⋅=

⋅=

KTI

A kthe mm²,

kjer konstanta K znaša:

1001100 =⋅=⋅= krthr TSK As/mm²

To pa pomeni, da izbrani presek zbiralk ustreza, saj je večji od izračunanega:

227400 ≥ mm²

39

5.2.2.2 Dimenzioniranje aparatov in naprav

ODKLOPNIK

Pri odklopniku izberemo nazivni tok iz standardne lestvice nazivnih tokov kot prvo večjo

vrednost največjega obratovalnega toka, kar znaša 1600 A.

Nazivni kratkotrajni zdržni tok določimo kot prvo večjo vrednost ekvivalentnega

kratkotrajnega toka theI , ki ga izračunamo po enačbi 5.17 in znaša 7,22=theI kA, kar

pomeni, da določimo 25=thrI kA.

Nazivni temenski zdržni tok dynI določimo kot 2,5-kratnik kratkotrajnega zdržnega toka

(2,5 x 25 kA), hkrati pa mora biti večji od izračunanega udarnega toka 1,50=uI kA, kar

pomeni, da izberemo 63=dynI kA.

Nazivno kratkostično izklopno zmogljivost določimo kot prvo večjo vrednost izračunanega

izklopnega toka iI . Pravilo pa je, da je pri odklopnikih nazivna izklopna zmogljivost

enaka nazivnemu kratkotrajnemu toku in tako znaša: 25== thrkiz II kA.

Nazivno kratkostično vklopno zmogljivost določimo kot 2,5-kratnik kratkostične izklopne

zmogljivosti, hkrati pa mora biti večji od izračunanega udarnega toka 1,50=uI kA, kar

pomeni, da izberemo =⋅= kizkvz II 5,2 63 kA uI≥ .

5.3 SN povezava transformator – transformatorska celica

Povezava transformatorske celice s transformatorjem bo izvedena s pomočjo treh enožilnih

kablov z omrežno polietilensko izolacijo 3 x (NA2XS(F)2Y, 1 x 70/16 mm²), ki jih lahko v

najslabših pogojih glede na razporeditev kablov trajno obremenimo s tokom 295 A za

bakrene vodnike ali 230 A za aluminijaste vodnike. [4]

Maksimalni tok v normalnem obratovanju pri nazivni obremenitvi transformatorja znaša:

40

9,28203

10003

=⋅

=⋅

=N

NN U

SI A (5.32)

Največja trajna obremenitev kabla z aluminijastim vodnikom ob upoštevanju korekcijskih

faktorjev znaša: [4]

0,79 x 0,75 x 0,85 x 230 A = 115,83 A,

kjer so faktorji:

0,79 – kabli, položeni v pregradah (kroženje zraka je onemogočeno)

0,75 – če je razdalja med kabli 7 cm

0,85 – pri povišani temperaturi okolice (40°C)

Dopustni kratkostični tok za vodnike in električno zaščito kabla znaša:

k

kkd T

II = , (5.33)

kjer je kT čas trajanja kratkega stika v sekundah.

Za aluminijasti kabelski vodnik s presekom 70/16 mm² so vrednosti kratkostičnih tokov v

odvisnosti od časa trajanja kratkega stika prikazane v tabeli 5.1 spodaj.[4]

Tabela 5.1: Dopustni kratkostični tokovi za aluminijasti vodnik s presekom 70/16 mm²:

kT (s) 0,1 0,2 0,5 1 2 5

kdI (kA)

vodnik S=70mm² 20,5 14,5 9,2 6,5 4,6 2,9

kdI (kA)

zaščita S=16mm² 11,1 7,9 5 3,5 2,5 1,6

Prenosna moč kabla znaša:

01,483,115102033 3 =⋅⋅⋅=⋅⋅= NNP IUS MVA, (5.34)

41

kar pomeni, da je prenosna moč kabla 4-krat večja od nazivne moči transformatorja in da

izbrani kabel ustreza glede na termične obremenitve toka kratkega stika in nazivnega toka.

5.4 NN zveza transformator – dovodno ogrodje Kabelska povezava bo izvedena glede na nazivni tok nizkonapetostne strani

transformatorja, ki znaša:

64,137442,03

100032 =

⋅=

⋅=

NN

NN U

SI A (5.35)

Za NN povezavo med transformatorjem in dovodnim ogrodjem je predvidena uporaba

štirih enožilnih kablov, izoliranih s PVC maso, za nazivne napetosti 1kV za fazne vodnike,

in dveh enožilnih kablov, prav tako izoliranih s PVC maso in iste nazivne napetosti 1kV,

za nevtralni vodnik.

Uporaba kablov:

4 x NYY-O (1 x 240) mm², 1kV za fazne vodnike

2 x NYY-O (1 x 240) mm², 1kV za nevtralni vodnik

Vodnike lahko obremenimo s trajnim tokom 483 A (polaganje po zraku) [15]. Ob

upoštevanju korekcijskih faktorjev [9] dobimo dovoljeno obremenitev vodnikov:

0,89 x 0,87 x 483 A =373,98 A,

kjer sta faktorja:

0,89 – kabli, položeni na kabelske rešetke (kroženje zraka je omogočeno)

0,87 – pri povišani temperaturi okolice (40°C)

Tako dobimo dovoljeni tok po fazi:

92,149598,3734 =⋅=I A,

kar pomeni, da izbrani kabli ustrezajo glede na nazivni tok transformatorja.

42

5.5 Hlajenje transformatorjev [5]

Hlajenje transformatorjev bo izvedeno z naravno cirkulacijo zraka, ki je omogočena skozi

ventilacijske odprtine. Te so zaščitene z negibljivimi žaluzijami in zaščitno mrežo,

nahajajo pa se na ohišju TP, aluminijastih vratih ter med streho in ohišjem.

Transformator sprošča toplotno energijo zaradi izgub, ki so posledica praznega teka FeP in

obremenitve CuP .

Za predvideni energetski transformator proizvajalca Kolektor Etra, tip 6HTI3 1000,

znašajo izgube: [8]

- praznega teka FeP = 1,1 kW

- izgube zaradi obremenitve pa CuP = 10,5 kW

skupaj za en transformator:

6,115,101,11 =+=+= CuFeTizg PPP kW (5.36)

skupaj za dva transformatorja:

2,232 1 =⋅= Tizgizg PP kW (5.37)

Na podlagi tega določimo zadostno površino ventilacijskih odprtin. Izračun opravimo po

formuli TSN [5], kjer znaša:

- površina vhodne odprtine 1S (m²):

57,26,115

52,232,132,133

2

3

2

1 =⋅

⋅⋅=

⋅

⋅⋅=

hTRP

S izg m², (5.38)

- površina izhodne odprtine 2S (m²):

79,292,01

2 ==SS m², (5.39)

43

kjer je:

- najvišja temperatura v postaji 35° C

- temperatura svežega zraka 20° C

- temperaturna razlika T=15° C

- višinska razlika med transformatorjem in izhodno odprtino h=1,6m

- faktor upornosti gibanja svežega zraka R = 5

- površina vhodne odprtine S1 (m2

- površina izhodne odprtine S

)

2 = S1 /0,92(m2

)

Predvidene ventilacijske odprtine, ki omogočajo naravno hlajenje transformatorjev v

postaji, so:

- vhodne odprtine (odprtine z žaluzijami):

na vratih: 7 x (0,60 x 0,35) m² = 7 x 0,21 m² = 1,47 m²

na ohišju: 8 x (0,60 x 0,40) m² = 8 x 0,24 m² = 1,92 m²

skupaj: 39,31 =S m²

57,21 ≥S m²

- izhodne odprtine (pod streho v obliki rež):

)29,327,8(2 ⋅+⋅=S x 0,12 = 3,024 m²

79,22 ≥S m²

To pomeni, da so predvidene odprtine večje od izračunanih in je na ta način zagotovljena

zadostna cirkulacija zraka za zračno hlajenje.

5.6 Razsvetljava [11]

TP mora biti primerno osvetljena za primere nujnih intervencij in vzdrževanja. V vseh

prostorih transformatorske postaje bodo za ta namen montirane fluorescentne svetilke,

razen v transformatorskih prostorih, kjer bodo nameščene zaprte (ladijske) svetilke.

44

Vsi prostori morajo biti dobro osvetljeni, tako da so vsi notranji elementi in napisi dobro

vidni. Predvidena povprečna osvetljenost prostorov bo znašala več kot 60 lx, kar ustreza

tehničnim predpisom.

5.6.1 Osvetljenost transformatorske celice

Zahtevana povprečna osvetljenost transformatorske celice je 60=tE lx.

Višina do stropa celice je h=2,7 m.

Površina transformatorske celice tcS znaša:

875,495,15,2 =⋅=⋅= baStc m² (5.40)

Potreben svetlobni tok φ je:

22,95175,041,0

875,460=

⋅⋅

=⋅⋅

=kSE tct

ηφ lm, (5.41)

pri čemer je:

η - refleksija prostora [5]

k - faktor poslabšanja (staranje in zaprašenost)

Za razsvetljavo bosta uporabljeni dve ladijski svetilki s 60 W žarnicami. Svetlobni tok

60 W žarnice (OSRAM CLAS A, CL 60) je 710 lm. [12] Torej bo dejanska osvetljenost

transformatorskega prostora E:

57,89875,4

75,041,07102=

⋅⋅⋅=

⋅⋅=

tcSkE ηφ lx, (5.42)

kar pa je več od zahtevane.

5.6.2 Osvetljenost stikalne celice:

Zahtevana povprečna osvetljenost stikalne celice je 60=tE lx.

Višina do stropa celice je h=2,7 m

45

Površina celice scS 2

8,82,24 =⋅=scS

znaša:

m²

Potreben svetlobni tok φ je:

4,138075,051,08,860

=⋅⋅

=⋅⋅

=kSE sct

ηφ lm

Za razsvetljavo stikalne celice bo uporabljena fluorescentna svetilka, ki vsebuje po dve

36 W sijalki. Svetlobni tok ene 36 W sijalke (OSRAM LUMILUX, L 36W/865) je

3250 lm. [12] Torej bo dejanska osvetljenost stikalne celice:

5,2828,8

75,051,032502=

⋅⋅⋅=

⋅⋅=

tcSkE ηφ lx,

kar pa je več od zahtevane.

2 Izračun je narejen za stikalno celico z največjo površino, saj ta zahteva večjo osvetljenost.

46

6 LOKACIJA NOVE TP IN OPIS

Nova transformatorska postaja TP-KLS-3 bo vsebovala dva elektroenergetska

transformatorja moči 1000 kVA. Lokacijsko bo postavljena na SV stran podjetja tik ob

obstoječo transformatorsko postajo TP-KLS-2. Ta lokacija je najugodnejša tako s

cenovnega kot s praktičnega vidika. S takšno postavitvijo bo do nove TP potrebna

izgradnja le nekaj metrov dostopne poti, za razvod kablov do porabnikov se lahko

uporabijo že za ta namen obstoječa betonska korita, razdalja do porabnikov je kratka,

napajanje nove TP pa bo izvzeto iz TP-KLS-2, v katero se vgradi dodatni stikalni blok.

Transformatorska postaja je predvidena kot montažna. Ohišje bo sestavljeno iz kovinske

konstrukcije, ki naj bo pobarvano v sklopu podjetja ( RAL 7036 ).

TP bo sestavljena iz petih medsebojno ločenih prostorov, kot je prikazano v prilogi A

(slika 11.1).

Prostori se medsebojno pregradijo s pločevinastimi stenami enake barve. Vsa vrata naj se

odpirajo navzven in naj vsebujejo cilindrični vložek, ki na notranji strani ne potrebuje

ključa za odklepanje. Vrata in žaluzije, ki so namenjeni hlajenju, naj bodo iz anodiziranega

aluminija. Za vsemi ventilacijskimi odprtinami, tudi strešnimi, se zaradi varnosti namesti

zaščitna mreža.

Prostor pod transformatorsko postajo bo namenjen za priključitev SN in NN naprav ter za

polaganje kablov. Zgrajen bo iz betonske konstrukcije, višina pa znaša 1000 mm. Pod

prostorom, kjer bosta nameščena transformatorja, se namestita lovilca olj za primer razlitja

iz transformatorja.

Dovoz se primerno uredi iz SV strani. Okolica se nasuje z materialom iz izkopa, okoli

transformatorske postaje pa se tlakuje 1 m širok pas za dostop do posameznih prostorov.

Slika 6.1 prikazuje predvideno lokacijo z dovozom TP-KLS-3.

47

Slika 6.1: Predvidena lokacija z dovozom TP-KLS-3

48

6.1 Predvidena oprema

Predvidena je izgradnja nove transformatorske postaje v kovinskem ohišju za vgradnjo

dveh elektroenergetskih transformatorjev. Vgrajena bosta dva oljna transformatorja

proizvajalca Kolektor Etra, tipa 6HTI3 1000, moči 1000 kVA, 21(10,5) / 0,42 kV, Dyn5.

6.1.1 Predvideni tehnični podatki

Naziv transformatorske postaje: TP-KLS-3

Vrsta postaje: industrijska TP

Ohišje TP: transformatorska postaja v kovinskem ohišju

Dimenzije: višina nad zemljo 2800 mm

globina v zemlji 1000 mm

tloris 9,20 x 4,20 m²

Maksimalna moč: 2 x 1000 kVA

Nazivna napetost na SN strani: 20 kV

Nazivna napetost na NN strani: 0,42 / 0,242 kV

Nazivna frekvenca: 50 Hz

SN stikalni blok: 20 kV stikalni blok

sestava: Tipske celice tip: CN4K-24

proizvajalca TSN d.o.o.

NN stikalni blok: nizkonapetostni stikalni blok za dva

elektroenergetska transformatorja moči

1000 kVA, medsebojno povezana prek

spojnega polja. Tipski NN bloki proizvajalca

IMP TEN – TELEKOM d.o.o.

49

6.1.2 Tehnični opis [5]

6.1.2.1 Splošno

Za transformatorsko postajo v kovinskem ohišju so značilne naslednje lastnosti:

- namenjena je za napajanje novih proizvodnih prostorov podjetja;

- podjetju in okolici se prilagaja maksimalno;

- prostorsko jo sestavljajo:

- 2 x transformatorski prostor,

- srednjenapetostni stikalni prostor,

- nizkonapetostni stikalni prostor,

- kompenzacijski prostor (v primeru da se dogradi kompenzacija).

6.1.2.2 Srednjenapetostni stikalni blok

Predviden srednjenapetostni stikalni blok bo sestavljen iz tipskih celic CN4K proizvajalca

TSN.

Celice so tovarniško testirane in popolnoma ustrezajo mednarodnim standardom IEC

62271-200, IEC 62271-1.

Celotno ohišje celice je sestavljeno iz jeklene pločevine, kar omogoča postavitev celice

neposredno ob zidu, lahko pa je tudi prostostoječa. Ogrodje je vijačne konstrukcije,

izdelano iz perforiranih profilov. Stene med celicami so sestavljene iz pločevine, dno, ki je

prekrito z gumo, pa iz jeklene pločevine.

Celice CN4K razlikujemo po namenu:

- vodna celica CN4K-24-Vzk, CN4K-24-Vz

- transformatorska celica CN4K-24-T

- merilna celica CN4K-24-M2, CN4K-24-M3

Dimenzije posamezne celice so: 750 x 665 x 1950 mm (D x Š x V).

Pri sestavljanju bloka je po navodilih proizvajalca potrebno upoštevati levo in desno

končno steno debeline 15 mm.

Sestavni elementi posamezne celice so prikazani na enočrtnih shemah.

50

Slika 6.2: Enočrtne sheme 24 kV-nih celic

Predvidena sestava za SN postroj je: Vzk, T, T.

V vodno celico Vzk bo nameščeno kompresijsko ločilno stikalo tipa CS1H 24/630 in

ozemljitveno stikalo tipa Z2H enake vklopne zmogljivosti.

Prav tako bo v vsaki izmed transformatorskih celic nameščeno kompresijsko ločilno

stikalo tipa CS1H 24/630, ki bo v kombinaciji z visokoučinkovnimi varovalkami, katerih

nazivni tok znaša 63 A.

6.1.2.3 Nizkonapetostni stikalni blok

Nizkonapetostni stikalni blok bo sestavljen iz tipskih polj NO proizvajalca IMP TEN-

TELEKOM d.o.o.

Polja so sestavljena iz medsebojno vijačenih perforiranih profilov, vrata in zaščitni pokrovi

polj pa so iz dvakrat dekapirane pločevine. Barvni odtenek NN plošče je RAL 7035.

Predviden NN stikalni blok bo sestavljen iz polj:

- 1 x nizkonapetostno spojno polje NNS (550 x 1900 x 500 mm)

- 3 x nizkonapetostno odvodno polje NNO (950 x 1900 x 500 mm)

- 2 x nizkonapetostno dovodno polje NND (550 x 1900 x 500 mm)

51

Dovodno polje NND bo vsebovalo odklopnik ABB Emax E2.2B 1600 A, A-meter, V-

meter in enofazno vtičnico (dovodi in odvodi bodo spodaj).

Vsako odvodno polje NNO bo opremljeno s po osmimi varovalčnimi odcepi, od tega jih je

nekaj predvidenih za rezervo. Vsi odvodi bodo narejeni spodaj preko vertikalnih

varovalčnih letev Pronutec, tip BTVC 400 DT.

Spojno polje NNS bo vsebovalo odklopnik ABB Emax E2.2B 1600 A (dovod in odvod

bosta izvedena spodaj).

Slika 6.3: Enočrtne sheme nizkonapetostnih celic

6.1.2.4 Transformacija

Transformatorska postaja bo sestavljena iz petih medsebojno ločenih prostorov (priloga A,

slika 11.1). Dva od teh prostorov bosta namenjena za namestitev transformatorjev. V

vsakem od teh prostorov bodo nameščeni posebni vlečni nosilci, na katere postavimo

transformator. Pod temi nosilci bosta nameščena lovilca olja, ki po kapaciteti ustrezata

količini transformatorskega olja.

V transformatorsko postajo bosta nameščena dva energetska transformatorja moči

1000 kVA, napetosti 21 ± 2 x 2,5 % / 0,42 / 0,242 kV.

Nazivno napetost bo tako možno regulirati ± 2 x 2,5 % v breznapetostnem stanju, s

preklopom ročice preklopnika na pokrovu transformatorja.

Povezava SN transformatorskih priključkov s SN postrojem bo izvedena s tremi enožilnimi

kabli tipa NA2XS(F)2Y, 1 x 70/16 mm² nazivne napetosti 20 kV. NN postroj pa bo

52

povezan z NN priključki transformatorja s kablom NYY-O, nazivne napetosti 1 kV, kot je

prikazano v poglavju 5.4.

6.1.2.5 Merjenje električne energije, napetosti in toka

a.) Merjenje električne energije

Merilna garnitura za merjenje električne energije je že nameščena na SN strani

transformatorske postaje TP-KLS-1.

Merilna garnitura vsebuje:

- števec delovne energije (kWh)

- števec jalove energije (kVArh)

- stikalno uro za vklapljanje višje VT in nižje MT tarife

b.) Merjenje napetosti

Za merjenje napetosti na zbiralkah visoke in nizke napetosti bodo vgrajeni voltmetri s

preklopnimi stikali, ki omogočajo meritev napetosti v posameznih fazah. Merilno območje

voltmetra bo med 0–500 V.

c.) Merjenje toka

Merjenje toka bo izvedeno indirektno, v vsaki fazi preko tokovnih merilnih

transformatorjev. Merilno območje posameznega ampermetra bo do 1800 A.

Merilna garnitura je že opremljena dodatno tudi s sistemom za nadzor porabljene

električne energije. Na ta način lahko preverimo, koliko energije smo porabili v določenem

obdobju, koliko po visoki in koliko po nizki tarifi. Podjetje ima predvideno porabo

električne energije in s pomočjo sistema lahko ugotovimo, ali je poraba energije že

presežena ali je v planu s predvidenim načrtom.

Slika 6.4 spodaj prikazuje porabo električne energije, slika 6.5 pa diagram električne

konice, iz katerega so razvidne trenutne in maksimalne mesečne konice, merjene v 15-

minutni periodi.

53

Slika 6.4: Poraba električne energije

Slika 6.5: Diagram električne konice

54

6.1.2.6 Zaščita

Zaščita transformatorja

a.) Na visokonapetostni strani (SN stikalni blok)

- ločilno stikalo s prevesno-sprožilnim mehanizmom

- varovalke z udarjalom

SN varovalke z udarjalom ščitijo transformator tako, da udarjalo deluje na izklop SN

ločilnega stikala. Udarjalo se sproži tudi ob pregoretju samo ene varovalke in na ta način

ščiti transformator pred dvofaznim napajanjem.

b.) Na nizkonapetostni strani

- bimetalna zaščita na glavnem stikalnem aparatu v NN dovodnem polju

Za učinkovito delovanje zaščite mora biti izpolnjen pogoj selektivnosti. To pomeni, da

mora pri preobremenitvi katerega koli NN dovoda varovalka pregoreti pred delovanjem

bimetalnega releja, ta pa pred SN varovalkami.

Zaščita vodov

Zaščita vodov, tako SN kot NN, bo izvedena s pomočjo varovalk. Za varovanje SN vodov

med transformatorjem in transformatorsko celico bodo uporabljene VN varovalke. Za

zaščito NN vodov pred preobremenitvijo oz. kratkimi stiki pa bodo uporabljene NN

varovalke, katerih nazivna vrednost bo določena glede na tip in presek voda (do 630 A).

6.1.2.7 Hlajenje transformatorjev

Hlajenje transformatorjev bo izvedeno z naravno cirkulacijo zraka, ki je omogočena skozi

ventilacijske odprtine. Te so zaščitene z negibljivimi žaluzijami in zaščitno mrežo,

nahajajo pa se na ohišju TP, aluminijastih vratih ter med streho in ohišjem.

Transformator sprošča toplotno energijo zaradi izgub, ki so posledica praznega teka PFe in

obremenitve PCu. Za predvideni transformator proizvajalca Kolektor Etra, tip 6HTI3 1000,

55

znašajo izgube, ki so posledica praznega teka, PFe = 1,1 kW, izgube zaradi obremenitve pa

Pcu = 10,5 kW. [6]

Na podlagi tega je potrebno določiti zadostno površino ventilacijskih odprtin. Izračuni so

predstavljeni v poglavju 5.5.

6.1.2.8 Razsvetljava

TP mora biti primerno osvetljena za primere nujnih intervencij in vzdrževanja. V vseh

prostorih transformatorske postaje bodo za ta namen montirane fluorescentne svetilke,

razen v transformatorskih prostorih, kjer bodo nameščene zaprte (ladijske) svetilke.

Montaža svetilk bo izvedena na takšni lokaciji, da je zamenjava žarnic varna tudi pri

obratovanju TP. To pomeni, da uporaba lestev ali drugih pripomočkov, na katere bi

vzdrževalec stopal, pri posegu ni potrebna.

Vsi prostori morajo biti dobro osvetljeni, tako da so vsi notranji elementi in napisi dobro

vidni. Jakost osvetlitve prostorov bo tako znašala več kot 60 lx, kar ustreza tehničnim

predpisom. [11]

Priklop celotne instalacije, tako za razsvetljavo kot za vtičnice, bo narejen pred

nizkonapetostnim ločilnim stikalom.

Uporaba predvidenih svetilk in izračuni so predstavljeni v poglavju 5.6.

6.1.2.9 Ozemljitev

Transformatorsko postajo ozemljimo z namenom, da zaščitimo opremo pred uničenjem,

izboljšamo obratovalne pogoje, predvsem pa zavarujemo osebje, ki prihaja v neposredni

dotik s postrojem.

Ozemljitveni sistem bo izveden kot združena ozemljitev, v kateri sta medsebojno povezani

zaščitna in obratovalna ozemljitev. Okoli transformatorske postaje se izvede obročasto

ozemljilo iz pocinkanega jeklenega traku tipa 5052/DIN dimenzije 30 x 3,5 mm. Trak se

položi v zemljo na razdalji 1 m okoli transformatorske postaje in na globino 0,5 m. Na to

novo ozemljilo se hkrati poveže tudi že obstoječi ozemljitveni sistem okoli podjetja. Spoji

med posameznimi trakovi v zemlji se izvedejo s križnimi sponkami tipa 256/DIN30, ki se

ustrezno premažejo ali zalijejo s plastično maso. Zaščitijo pa se tudi prehodi valjanca iz

zemlje v transformatorsko postajo s pomočjo protikorozijskih trakov. [10]

56

Na ozemljilo morajo biti pritrjeni vsi kovinski deli v TP, ki ne pripadajo obratovalnim

tokokrogom in bi na kakršen koli način lahko prišli pod napetost.

Sem spadajo:

- celotno kovinsko ohišje TP

- vsi kovinski deli SN in NN postroja

- ohišja energetskih transformatorjev

- sekundarni tokokrogi merilnih transformatorjev

- primarna navitja enopolno izoliranih napetostnih transformatorjev

- prenapetostni odvodniki

- kovinski plašči energetskih vodov

- nevtralni vodnik nizkonapetostnega omrežja

- ostala ozemljitev, ki lahko vpliva na zmanjšanje skupne upornosti ozemljila

Ponikalna upornost ozemljila in upornost ozemljitvenega voda morata biti v mejah,

predpisanih s tehničnimi predpisi.

Po potrebi je okrog transformatorske postaje potrebno ustvariti potencialno polje, s čimer

na nobenem mestu ne more priti do previsoke napetosti dotika ali previsoke napetosti

koraka, čeprav bi se pri zemeljskem stiku zaradi prevelike dozemne upornosti potencial

močno povečal.

Če pogoji za izvedbo združene ozemljitve niso izpolnjeni po Pravilniku o tehničnih

normativih za zaščito nizkonapetostnih omrežij in pripadajočih TP (Ur. List SFRJ, št.

13/78) [14], je potrebno ločiti obratovalno ozemljitev od zaščitne.

6.1.2.10 Protipožarna zaščita

Transformatorska postaja mora ustrezati tehniškim predpisom Zakona o varstvu pred

požarom ZVPoz-UPB1 (Ur. list RS, št 3/2007). [16]

Zgradba transformatorske postaje mora biti grajena iz negorljivega materiala, vsa vgrajena

oprema v njej pa mora biti preizkušena, tako da ustreza vsem zahtevanim standardom, tako

domačim kot tujim. S pravilno izbiro materialov in opreme ter s pravilno izvedbo in

vzdrževanjem bo zagotovljena požarna varnost ljudi in premoženja ter ne more biti vzrok

požara.

57

6.1.2.11 Prevoz in montaža

Prevoz elektro postroja je možen s katerim koli prevoznim sredstvom, ki ima nosilnost več

kot 7 ton. Za nalaganje in razlaganje je najprimernejše avtodvigalo, saj so vsi elementi

opremljeni z dvižnimi kljukami. Manj primeren je viličar, razlaganje je možno tudi brez

mehanizacije, vendar ni priporočljivo.

Montaža se izvede s strani strokovno usposobljene osebe. Električna oprema se razporedi

po prostorih transformatorske postaje, kot je skladno z načrtom. Vsi postroji se pritrdijo s

posebnimi sidrnimi elementi, kovinski deli, ki pod normalnimi pogoji niso pod napetostjo,

pa se povežejo z ozemljitvenim vodom. Nato se opravijo še zaključna dela, kot so

postavitev opozorilnih napisov, polaganje izolacijskih preprog, urejanje okolice ipd.

6.1.3 Priključitev TP-KLS-3

Napajanje bo izvzeto iz obstoječe transformatorske postaje TP-KLS-2, v katero se dodatno

vgradi SN vodna celica. Napajalni vodi do SN postroja nove transformatorske postaje bodo

položeni v za ta namen zgrajena betonska korita. Nazivna napetost voda je 20 kV, dolžina

pa znaša 18 m.

Za povezavo so predvideni enaki kabli kot za povezavo med TP-KLS-1 ter TP-KLS-2, in

sicer 3 x XHE, 49 A, 20 kV; 1 x 150/25 mm².

58

7 SPECIFIKACIJA MATERIALA

7.1 Specifikacija – ohišje Naziv Količina

- kovinska transformatorska postaja kompl.1

7.2 Specifikacija – elektro oprema

Naziv Količina

- energetski transformator proizvajalca Kolektor Etra, tip 6HTI3 1000,

moči 1000 kVA, 21(10,5) / 0,42 kV, 50 Hz, Dyn5 kom 2

- SN blok 24 kV, v sestavi Vzk,T,T tipskih celic CN4K/24, TSN MB kompl.1

- SN celica CN4K/24 (prirejena za prigradnjo k TP-KLS-2) kom 1

- NN blok 0,4 kV, v sestavi tipskih celic NO (po tehničnem opisu),

IMP TEN-TELEKOM kompl.1

7.3 Specifikacija – montažno konstrukcijski elementi

Naziv Količina - oljno korito + mreža za nad oljno korito kompl. 2

- trafo vodila + podpora vodila kompl. 2

- kabel XHE 49A 1 x 150/25 mm², 20 kV z izdelanimi zaključki za

notranjo montažo, l = 18 m kom 3

- kabel NA2XS(F)2Y 1 x 70/16 mm², 20 kV z izdelanimi zaključki za

notranjo montažo, l = 15 m kom 6

- kabel NYY 1 x 240 mm², 1 kV za NN povezavo transformator –

dovodno ogrodje m 60

- material za izvedbo notranje razsvetljave kompl. 1

59

- signalni kabel PP00 3 x 2,5 mm², za povezavo SN postroja z NN

ogrodjem m 20

- signalni kabel PP00 3 x 1,5 mm², za povezavo med NN postrojem

in zaščito energetskega transformatorja m 20

7.4 Specifikacija – ozemljitev

Naziv Količina - material za izvedbo zunanjih obročev za ozemljitev kompl. 1

- material za izvedbo notranje ozemljitve kompl. 1

7.5 Specifikacija – ostala oprema

Naziv Količina - enočrtna shema TP kom 1

- navodilo za varno obratovanje in vzdrževanje v jeziku naročnika kom 1

- navodilo za prvo pomoč, za primer nesreče z električnim tokom

v jeziku naročnika kom 1

- tovarniška ploščica za TP kom 1

- opozorilne nalepke kompl. 1

- izolacijska preproga kompl. 1

- izolacijske rokavice kompl. 1

- komplet ključev TP kompl. 1

- drobni material

60

8 PREDRAČUN [5]

Transformatorska postaja v kovinskem ohišju TP 20/0,4; 2 x 1000 kVA ( TP-KLS-3 )

I. Kovinska transformatorska postaja kom 1 34.387,00 €

(gradbena hišica, temelji, plošča, urejanje okolice)

II. Transformator 1000 kVA – oljni (17.974,00 €) kom 2 35.948,00 €

Dobava transformatorja, 24/0,4kV, Kolektor Etra

III. SN blok kompl. 1 8.453,00 €

24 kV blok tipskih celic CN4K (sestava Vzk, T, T)

IV. NN blok kompl. 1 17.685,00 €

Izdelava NN plošče 0,4kV (po tehničnem opisu)

V. SN celica CN4K/24 kom 1 4.878,00 €

VI. Oljno korito, trafo vodila ter mreža za nad korito kompl. 2 2.512,00 €

VII. Vnos, postavitev in priključitev opreme 8.683,00 €

VIII. Izvedba notranje razsvetljave in ozemljitve 4.250,00 €

IX. Varnostna oprema TP 760 €

Izolacijska preproga, navodila, napisi in opozorilne tablice

SKUPAJ: 117.556,00 €

61

9 SKLEP

Namen diplomske naloge je bil načrtovati novo transformatorsko postajo. Glavni

cilj pa je bil izračun parametrov, na podlagi katerih sem kasneje lahko izbral električno

opremo za novo transformatorsko postajo TP-KLS-3.

Pri dimenzioniranju opreme se izhajal iz vrednosti kratkostičnih tokov, ki sem jih

izračunal na podlagi podanih podatkov za kratkostično moč omrežja. Najprej sem izračunal

kratkostične razmere za srednjo napetost in nato izbral opremo, ki ustreza izračunanim

pogojem. Kasneje sem podobno kot za SN stran izračunal še kratkostične razmere na

področju nizke napetosti in temu primerno izbral dimenzionirano opremo. Nato sem

izvedel preverjanje kabelskih povezav med transformatorjem in SN oz. NN celicami ter

izračunal še potrebno površino ventilacijskih odprtin za zračno hlajenje transformatorjev in

potrebno osvetljenost posameznih celic.

Izračune in dimenzioniranje SN opreme sem izvedel za paralelno vezavo

transformatorjev, kar tudi predstavlja najbolj neugoden primer obratovanja, NN opremo pa

sem dimenzioniral za primer delovanja, ko je spojno polje odprto in tako transformatorja

ne obratujeta paralelno, saj je osnovni namen takšen, da se spojno polje uporabi le v

primeru izpada enega od transformatorjev.

Pri izbiri 20 kV zbiralk sem izbral zbiralke dimenzije 40x5 mm, ki so po izbiri

glede na nazivni tok predimenzionirane, vendar pa na ta način zagotovimo tako termično

kot dinamično obremenitev zbiralk. Mehki baker ima namreč natezno trdnost pri

dovoljenem raztezku nekje med 200 in 250 N/mm², kar pomeni, da bi moral ta znašati

nekoliko več za izbiro zbiralk z nižjim nazivnim tokom od predvidenega. Podatek o

natezni trdnosti dobimo sicer od proizvajalca samega, in lahko znaša tudi do 450 N/mm²

glede na predhodno obdelavo bakra, vendar sem za izračune uporabil tako rekoč najslabšo

varianto in s tem zagotovil pravilno izbiro zbiralk.

Za sestavo stikalnega bloka na SN strani sem izbral tipske celice CN4K/24 proizvajalca

TSN, saj celice v celoti ustrezajo izračunanim zahtevam, hkrati pa omogočajo veliko

obratovalno zanesljivost in varno uporabo. V takšnih celicah so vgrajena kompresijska

ločilna stikala, zaradi česar so tudi cenovno ugodnejše od tistih, ki imajo vgrajene

odklopnike.

62

Prav tako sem se pri izbiri ostale opreme opredelil predvsem na zanesljivost in kakovost,

hkrati pa sem želel, da bi bila strukturna izvedba transformatorske postaje čim bolj

podobna predhodnim postajam, saj je tudi namen, da ni vsaka od postaj popolnoma

drugačna.

Pri načrtovanju transformatorske postaje oz. dimenzioniranju opreme sem ugotovil, da

se za vso vgrajeno opremo vedno upošteva določena rezerva. To potrjuje že samo podatek

o kratkostični moči omrežja, ki je za izračun vedno vzeta nekoliko višja od dejanske, to pa

pomeni, da so vsi aparati in naprave vsaj malo predimenzionirani, s čimer pa tako

povečamo zanesljivost, varnost in ne nazadnje življenjsko dobo transformatorske postaje,

ki je s cenovnega vidika vse prej kot poceni.

63

10 VIRI IN LITERATURA [1] ABB, SACE Emax 2, New low voltage air circuit brakers, Technical catalogue -

Edition 03.2013 – Preliminary, http://www.abb.si/ (12. 9. 2013) [2] Brechmann G., Dzieia W., Hörnemann E., Hübscher H., Jagla D., Klaue J.,

Elektrotehniški priročnik, Tabele za elektrotehniko, Viharnik d. o. o., Ljubljana, Dunajska 21, Ljubljana 1999

[3] ELEKTRO CELJE d. d., Sektor za obratovanje in razvoj [4] Elka kabeli d. o. o., Katalog Energetski srednjenaponski kabeli s XLPE izolacijom za

napone do 36 kV, Elka kabeli d. o. o., Croatia, Putokaz 94, Zagreb, http://www.elka.hr/media/katalog_full/2.pdf (11.9. 2013)

[5] IMP-TEN d. o. o., Projekt obratovanja in vzdrževanja, Načrt električnih inštalacij in

opreme, št. 1642-01-0636, Ljubljana, december 2006 [6] Katalogi proizvajalcev opreme, http://www.powerlab.uni-

mb.si/SLO/download/Zbirka_katalogov_in_tehnicne_dokumentacije/ (11. 9. 2013) [7] KLS Ljubno d. d., http://www.kls.si/sl (29. 8. 2013) [8] KOLEKTOR ETRA d. o. o., Distribucijski transformatorji, serija 6HTI3, Etra 33,

Šlandrova 10, 1000 Ljubljana, http://www.kolektor-etra.si/uploads/datoteke/Etra33_distribucijski_transformatorji.pdf (29. 8. 2013)

[9] KONČAR, Tehnički priručnik, peto izdanje, KONČAR Elektroindustrija d. d.,

Samobor 1991 [10] OBO BETTERMAN d. o. o.,TBS-Katalog 2008, http://www.obo-

bettermann.com/downloads/sl/kataloge/tbs_erdung_sl.pdf (29. 8. 2013) [11] Orgulan A., Zapiski predavanj iz predmeta Razsvetljava, http://www.powerlab.uni-

mb.si/Slo/download/Razsvetljava-zapiski.pdf (29. 8. 2013) [12] OSRAM GmbH, Spletni katalog, http://catalogx.myosram.com (29. 8. 2013) [13] Pihler J., Stikalne naprave elektroenergetskega sistema, Druga dopolnjena izdaja,

Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, november 2003 [14] Pravilnik o tehničnih normativih za zaščito nizkonapetostnih omrežij in pripadajočih

transformatorskih postaj (Ur. List SFRJ, št. 13/78) [15] TIM Kabel d. o. o., Katalog Energetski kabeli 1-30kV, http://www.tim-

kabel.hr/images/stories/katalog/datasheetHRV/0501_NYY.pdf (29. 8. 2013) [16] Zakon o varstvu pred požarom ZVPoz-UPB1 (Ur. list RS, št 3/2007)

64

11 PRILOGE Priloga A

Tloris nove transformatorske postaje

Slika 11.1: Tloris TP-KLS-3

65

Priloga B

Tabele in grafi za pomoč pri dimenzioniranju aparatov in naprav

Slika 11.2: Izbira preseka zbiralk, glede na nI

66

Slika 11.3: Največje možne vrednosti za faktorje rsrs VVVV ,,, σσ in FV

Slika 11.4: Faktorji βα , in γ za različne vrste in razvrstitve podpornih izolatorjev

67

Slika 11.5: Faktor q za različne vrste presekov

Slika 11.6: Faktor m; izguba toplote zaradi enosmerne komponente med kratkimi stiki v

trifaznih in enofaznih sistemih

68

Slika 11.7: Faktor n; izguba toplote zaradi izmenične komponente med kratkimi stiki v

trifaznih in enofaznih sistemih

Slika 11.8: Razmerje med gostoto nazivnega kratkotrajnega zdržnega toka (Tkr = 1 s) in temperaturo vodnika (polne črte, bakreni vodnik; črtkane črte, nizko obogateno jeklo)

69

Priloga C

Venci

Slika 11.9: zobati venci

Slika 11.10: signalni venec

Slika 11.11: masni venec

Digitalna knjižnica Univerze v Mariboru (dkum.uni-mb.si)

Poročilo detektorja plagiatovz dne 22.10.2013 za dokument z naslovom

NAČRTOVANJE NOVE TRANSFORMATORSKE POSTAJE ZA PODJETJE KLS LJUBNOAvtor: Peter StakneMentor: Jože PihlerOrganizacija: FERI

Zgoraj naveden dokument je v nadaljevanju imenovan dokument "A". Spodaj je izpisan seznam drugih dokumentov, ki so označeni kot dokument "B". Naseznamu so samo dokumenti, katerih podobnost je višja od 1% skupne dolžine posameznega dokumenta. Ostali niso prikazani, takih dokumentov je 0. Povedi,krajše od 60 znakov v detekcijo niso vključene, čeprav so morda podobne.

Za vsak par dokumentov A in B so izpisane vsebine, ki so enake ali podobne. Enake vsebine se izpiše enkrat, pred vsebino je zelen pravokotnik z oznako "A=B".Če sta vsebini podobni (a ne popolnoma enaki), se izpišeta obe vsebini, kjer je ena označena z zelenim pravokotnikom z napisom "A" (je iz dokumenta A), drugapa z rumenim pravokotnikom z napisom "B".

Seznam je urejen po podobnosti, najbolj podobni dokumenti so na vrhu. Odstotek predstavlja dolžino podobne vsebine glede na skupno dolžino dokumenta vobliki golega besedila. Detektor referenc ne upošteva in s tem citatov ne odkriva! Sumljive dokumente je potrebno pregledati ročno, preden se kakorkoli ukrepa!To poročilo zajema podobne dokumente. Presoja, ali je dokument A plagiat, je na vaši strani!

Če ste poročilo detekcije plagiatov prejeli prvič, lahko dodatno obrazložitev tega poročila dobite na spodaj navedenem spletnem naslovu. Prosimo, da siobrazložitev preberete, preden se z vprašaji obrnete na DKUM.Dodatna obrazložitev: http://dkum2.uni-mb.si/podrocje.aspx?id=443

Seznam podobnih dokumentov

Dokument A nima nobenega dokumenta, s katerim bi bil podoben vsaj 1% ali več, zato je ta seznam prazen.

Konec poročila.