Instalacje i Urządzenia Elektryczne Automatyki

Instalacje i Urządzenia Elektryczne Automatyki
Przemysłowej
Modernizacja systemu chłodzenia Ciągu
Technologicznego-II
część elektroenergetyczna
Wykonali:
Sebastian Marczycki
Maciej Wasiuta
Wydział Elektryczny
Politechniki Szczecińskiej
rok akademicki 2005/2006, semestr zimowy
Kierunek: Automatyka i Robotyka
Specjalizacja: APW
Rok IV, sem. VII
Spis treści:
1. Zadanie.........................................................................................................................3
2. Spis użytych symboli....................................................................................................4
3. Dobór przewodów na odcinku RS-2 –silnik pompy/dmuchawy.................................5
4. Wyznaczenie prądów zwarciowych przy zwarciu trójfazowym..................................5
4.1 Wyznaczenie impedancji zwarcia trójfazowego.....................................................5
4.2 Wyznaczenie prądu zwarciowego Ik’’oraz udarowego prądu zwarciowego ip przy
zwarciu trójfazowym.........................................................................................6
5. Wyznaczenie prądów zwarciowych przy zwarciu jednofazowym..............................6
5.1 Wyznaczenie impedancji zwarcia jednofazowego..................................................6
5.2 Wyznaczenie prądu zwarciowego przy zwarciu jednofazowym..........................7
6. Zabezpieczenie przewodów przed skutkami przeciążeń.............................................7
7. Zabezpieczenie przewodów przed skutkami zwarć.....................................................7
8. Sprawdzenie doboru przewodów ze względu na dopuszczalny spadek napięcia ΔU%.7
9. Sprawdzenie doboru urządzeń ze względu na ochronę przeciwporażeniową przy
zastosowaniu samoczynnego wyłączenia zasilania w układzie sieci TN.....................7
10. Dobór urządzeń zabezpieczających silnik przed skutkami przeciążeń i zwarć............7
11 Dobór modułu rozruchowego silnika gwiazda-trójkąt.................................................8
12 Dobór aparatury sterującej i sygnalizacyjnej...................................................................8
13 Literatura.......................................................................................................................8
14 Rysunki.........................................................................................................................9
2
1. Zadanie
Modernizacja systemu chłodzenia Ciągu Technologicznego II (CT-II) część
elektroenergetyczna: obwód zasilania napędu dmuchawy powietrza chłodzącego.
Wymagania:
1. Zapewnić zasilanie silnika napędowego dmuchawy
zgodnie z niżej
przedstawionymi wymaganiami:
a) Przycisk start/stop oraz sygnalizację załączenia umieścić na panelu sterowania CT-II.
Dodatkowo sygnalizację stanu załączenia dmuchawy wyprowadzić na pulpit
Dyspozytora Zmianowego.
b) Przewidzieć odłączenie przez przycisk „Awaryjny Stop" znajdujący się na
panelu sterowania CT-II
Informacje i zalecenia.
1. Obwód zasilania napędu dmuchawy wyprowadzić z rozdzielnicy pomocniczej
RP-2 wykorzystując wolne pole rezerwowe wyposażone w rozłącznik
bezpiecznikowy In =160A. W razie konieczności wymiany rozłącznika na
rozłącznik o większym prądzie znamionowym sprawdzić czy nie zostaną
przeciążone szyny zbiorcze lub WLZ RP-2.
2. Rozdzielnicę z aparaturą kontrolno sterowniczą zamontować na konstrukcji
wsporczej CT-II obok istniejącej Rozdzielnicy Sterowniczej RS-2.
3. Z części konstrukcyjnej projektu modernizacji systemu chłodzenia CT-II wynika,
że część obwodu zasilającego dmuchawę należy poprowadzić pod osłonami
konstrukcyjnymi i wewnątrz obwodów części składowych CT-II w sposób
spełniający wymagania PN dotyczącej wyposażenia elektrycznego maszyn.
Środowisko i warunki pracy
Warunki przemysłowe normalne. Można przyjąć następująca charakterystykę wpływów
środowiskowych wg PN-IEC 60364-3; AA5, AB5, AC1, AD3, AE4, AH1, BA1, BC3, BE1,
CA1,CB1.
Warunki zasilania i odległości mierzone wzdłuż istniejących i projektowanych tras
kabli i przewodów.
Moc
znamionowa
silnika
Lp.
1.
Dł. trasy kabla/przewodu WLZ zasilaj. RP-2
Część
zewnętrzna
Typ i Długość Moc zwarciowa
Wewnątrz
Sk’’
Typ
przekrój na trasie
obudowy
urządzenia
kabla
R0-RP2
[kW]
[m]
[m]
[mm2]
[m]
[MVA]
18,5
20
5
YAKY
4x70
20
150,0
Dane transformatora:
Typ: Tod 15,75/0,4kV Dyn5
SnT = 250 kVA
ΔPn%= 1,3 %
ΔUk%= 4,5 %
D
Dane silnika:
Typ: Sg 180 M-4 M
PnM = 18,5 kW
cos ϕ = 0,87
kr = 8
α =2
3
2. Spis symboli:
PnM - moc znamionowa silnika [kW]
InM - prąd znamionowy silnika [A]
Un - napięcie znamionowe sieci [V]
Uo - napięcie znamionowe sieci względem ziemi [V]
IrM - prąd rozruchowy silnika [A]
1nF - prąd znamionowy wkładek bezpiecznikowych [A]
In - prąd znamionowy urządzenia zabezpieczającego [A]
InT - prąd znamionowy zabezpieczenia termicznego [A]
IWM - prąd zadziałania wyzwalaczy elektromagnetycznych [A]
IB - prąd obliczeniowy [A]
Iz - obciążalność prądowa długotrwała zabezpieczonych przewodów [A]
I2, - prąd zadziałania urządzeń zabezpieczających [A]
Ia, - prąd zapewniający szybkie zadziałanie urządzenia zabezpieczającego [A]
IrM – największa wartość prądu rozruchowego silnika [A]
cosϕ- współczynnik mocy
k r - krotność prądu rozruchowego
α - współczynnik zależny od typu wkładki bezpiecznika oraz rodzaju i częstości rozruchów
Sk’’ - moc zwarciowa [MVA]
SnT - moc znamionowa transformatora [kVA]
ΔUk% - napięcie zwarcia transformatora procentowe [%]
ΔPn% - znamionowe straty obciążeniowe [%]
RQ – rezystancja układu zasilania (od strony 15 kV) [Ω]
RT - rezystancja transformatora [Ω]
RL1,RL2 – rezystancja linii odbiorczej [Ω]
XQ – układu zasilania (od strony 15 kV) [Ω]
XT - reaktancja transformatora [Ω]
XL1 ,XL2 -linii odbiorczej [Ω]
ZQ – impedancja układu zasilania (od strony 15 kV) [Ω]
ZT - impedancja transformatora [Ω]
Z k – impedancja obwodu zwarciowego 3-fazowego [Ω]
Rk - rezystancja obwodu zwarciowego 3-fazowego [Ω]
Xk - reaktancja obwodu zwarciowego 3-fazowego [Ω]
Rkw1 - rezystancja obwodu zwarciowego 1-fazowego [Ω]
Xkw1 - reaktancja obwodu zwarciowego 1-fazowego [Ω]
Z kw1, Zs – impedancja obwodu zwarciowego 1-fazowego [Ω]
Z 1k, Z2k , Z 0k – impedancja obwodu zwarciowego 1-fazowego: zgodna, przeciwna, zerowa [Ω]
l- długość linii przewodowej [m]
s - przekrój żyły [mm2]
γ - konduktywność materiału przewodu [m/Ω⋅mm2]
x'- reaktancja jednostkowa przewodu [Ω/km]
c - współczynnik napięciowy
χ - współczynnik udaru
ip - prąd udarowy [kA]
tkm – dopuszczalny graniczny czas trwania zwarcia [s]
tWM –czas zadziałania wyzwalaczy elektromagnetycznych [s]
k - współczynnik zależny od materiału żyły i izolacji [(A⋅s)1/2/mm2]
Ik’’ - prąd początkowy zwarcia 3-fazowego [kA]
Ik1’’ - prąd początkowy zwarcia 1-fazowego [kA]
Iq – zdolność łączeniowa urządzenia (odporność na udar prądowy)
ΔU%- procentowy spadek napięcia [%]
4
3. Dobór przewodów na odcinku RS-2 –silnik dmuchawy.
Według normy PN-IEC 60364-523:” Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i
montaż wyposażenia elektrycznego. Oprzewodowanie: obciążalność prądowa długotrwała”, powinna
być spełniona zależność:
IZ ≥ IB
PnM
= 31[ A]
3 ⋅ U n ⋅ cos ϕ
Przewód między RS2- silnik (część zewnętrzna na odcinku l2 i wewnętrzna na odcinku l3) należy
umieścić zgodnie z kategorią B2. Obciążalność prądowa długotrwała dla trzech żył obciążonych dla
przewodu YDYżo 5 x 6 mm2 wynosi:
IB =
IZ = 34[A];
I Z ≥ I B -> 34 A ≥ 31 A
Warunek:
jest spełniony
4. Wyznaczenie prądów zwarciowych przy zwarciu trójfazowym.
ZQ
ZT
ZL1
ZL2
ZL3
Rys.1 Układ połączeń impedancji przy zwarciu trójfazowym
4.1 Wyznaczenie impedancji zwarcia trójfazowego.
Z k = Rk2 + X k2 = 0,097[Ω]
Rk = RQ + RT + RL1 + RL 2 + RL 3 = 0,091[Ω]
X k = X Q + X T + X L1 + X L 2 + X L 3 = 0,033[Ω]
Układ zasilający Q:
RQ ≈ 0
X Q ≈ ZQ =
1.1U n2
= 0,0012[Ω]
S k''
Transformator T:
ΔU k % ⋅ U n2
ZT =
= 0,029[Ω]
100S nT
ΔPn % ⋅ U n2
RT =
= 0,0083[Ω]
100S nT
X T = ZT2 − RT2 = 0,0276[Ω]
Linie i obwody odbiorcze L1, L2, L3:
dla L1: l1=20 [m]; s1= 70 [mm2]; γ= 33 [m/Ω⋅mm2]; X’= 0,078[Ω/km]
l
RL1 = 1 = 0,0087[Ω] ;
X L1 = X ' ⋅ l1 = 0,0016[Ω]
γ ⋅ s1
dla L2: l2=20 [m]; s2= 6 [mm2]; γ= 56 [m/Ω⋅mm2]; X’= 0,105[Ω/km]
5
RL 2 =
l2
= 0,0595[Ω] ;
γ ⋅ s2
X L 2 = X ' ⋅ l2 = 0,0021[Ω]
dla L3: l3=5 [m]; s3= 6 [mm2]; γ= 56 [m/Ω⋅mm2]; X’= 0,105[Ω/km]
l
RL 3 = 3 = 0,0149[Ω] ;
X L 3 = X ' ⋅ l3 = 0,0005[Ω]
γ ⋅ s3
4.2 Wyznaczenie prądu zwarciowego Ik’’oraz udarowego prądu zwarciowego ip przy zwarciu
trójfazowym.
I k'' =
1⋅Un
= 2,378[kA]
3 ⋅ Zk
i p = 2 ⋅ χ ⋅ I k'' = 3,699[kA]
dla χ=1.1
5. Wyznaczenie prądów zwarciowych przy zwarciu jednofazowym.
c⋅Unf
ZQ
ZL
ZT
ZPE
Rys.2 Układ połączeń impedancji przy zwarciu jednofazowym
5.1 Wyznaczenie impedancji zwarcia jednofazowego.
2
2
Z kw1 = Rkw
1 + X kw1 = 0,652[Ω]
Rkw1 = 2 RQ + 2 RT + R0T + 1.24(2 RL1 + 2 RL 2 + 2 RL 3 + R0 L1 + R0 L 2 + R0 L 3 ) = 0,643[Ω]
X kw1 = 2 X Q + 2 X T + X 0T + 2 X L1 + X 0 L1 + 2 X L 2 + X 0 L 2 + 2 X L 3 + X 0 L 3 = 0,108[Ω]
Układ zasilający Q:
RQ ≈ 0 ;
X Q ≈ ZQ =
R0Q = 0
1,1U n2
= 0,0012[Ω] ;
S k''
X 0Q = 0
Transformator T:
ZT =
RT =
ΔU k % ⋅ U n2
= 0,029[Ω]
100S nT
ΔPn % ⋅ U n2
= 0,0083[Ω] ; R0T = RT
100S nT
X T = ZT2 − RT2 = 0,276[Ω] ; X 0T = 0.95 X T
Linie i obwody odbiorcze L1, L2, L3:
dla L1: l1=20 [m]; s1= 70 [mm2]; γ= 33 [m/Ω⋅mm2]; X’= 0,078[Ω/km]
6
RL1 =
l1
= 0,0087[Ω] ;
γ ⋅ s1
X L1 = X ' ⋅ l1 = 0,0016[Ω] ;
R0 L1 = 4 RL1
X 0 L1 = 3.5RL1
dla L2: l2=20 [m]; s2= 6 [mm2]; γ= 56 [m/Ω⋅mm2]; X’= 0,105[Ω/km]
l
RL 2 = 2 = 0,0595[Ω] ;
R0 L 2 = 4 RL 2
γ ⋅ s2
X L 2 = X ' ⋅ l2 = 0,0021[Ω] ;
X 0L2 = 4 X L2
dla L3: l3=5 [m]; s3= 6 [mm2]; γ= 56 [m/Ω⋅mm2]; X’= 0,105[Ω/km]
l
RL 3 = 3 = 0,0149[Ω] ;
R0 L 3 = 4 RL 3
γ ⋅ s3
X L 3 = X ' ⋅ l3 = 0,0005[Ω] ;
X 0 L3 = 4 X L3
5.2 Wyznaczenie prądu zwarciowego przy zwarciu jednofazowym.
I k''1 =
0.95 ⋅ U n
= 1,010[kA]
Z kw1
6. Zabezpieczenie przewodów przed skutkami przeciążeń.
IB ≤ In ≤ I z
I 2 ≤ 1.45 ⋅ I Z
7. Zabezpieczenie przewodów przed skutkami zwarć.
tkm = ( k ⋅
s 2
) ≥ t wm
I k''
8. Sprawdzenie doboru przewodów ze względu na dopuszczalny spadek napięcia ΔU%.
ΔU % =
ΔU % =
stąd:
100 P ⋅ l
; (dla sCu< 50 mm2 lub sAl. <70 mm2)
2
γ ⋅ s ⋅U n
ΔU % L1 =
ΔU % L 2 =
3 ⋅ 100
I B ( R cos ϕ + X sin ϕ )
Un
3 ⋅ 100
I nM ( RL1 cos ϕ + X L1 sin ϕ ) = 0,1[%]
Un
100 PnM ⋅ l2
= 0,1[%] ;
γ ⋅ sL 2 ⋅ U n2
ΔU % L 3 =
100 PnM ⋅ l3
= 0,9[%]
γ ⋅ sL 3 ⋅ U n2
5% ≥ ΔU% = ΔU%L1+ΔU%L2+ΔU%L3
9. Sprawdzenie doboru urządzeń ze względu na ochronę przeciwporażeniową przy
zastosowaniu samoczynnego wyłączenia zasilania w układzie sieci TN.
Zs ⋅ Ia ≤ U0
7
Ia =... [A]
10. Dobór urządzeń zabezpieczających silnik przed skutkami przeciążeń i zwarć
Na podstawie katalogu firmy Moeller dobrano samoczynny wyłącznik silnikowy typu PKZM4-40
Prąd wyzwalacza przeciążeniowego wybrano zgodnie z równaniem:
In = (1.0÷1.1) InM = 35[A]
Prąd zadziałania wyzwalaczy elektromagnetycznych wyłącznika PKZM4-40 równy IwM = 40[A], który
spełnia równanie:
IwM ≥1.2 Irm
gdzie :Irm = InM⋅kr/√3
Zdolność łączeniowa wyłącznika Iq = .......[kA], która spełnia warunek:
Iq ≥ Ik’’
11. Dobór modułu rozruchowego silnika gwiazda-trójkąt.
Na podstawie katalogu firmy Moeller dobrano moduł rozruchowy gwiazda-trójkąt typu SDAINLM45,
który zawiera następujące elementy:
1.
2.
3.
4.
stycznik sieciowy: DILM25-10+ DILA-XHI20
stycznik połączenia w trójkąt: DILM25-01+ DILA-XHI20
stycznik gwiazdy: DILM17-01+ DILA-XHI20
przekaźnik czasowy: ETR4-51
12. Dobór aparatury sterującej i sygnalizacyjnej.
Na podstawie katalogu firmy Moeller dobrano zestaw sterowniczy z dwoma przyciskami (start-stop) typu
M22-13-M2 oraz przycisk Stop-awaryjny typu M22-PV/K11 IP66
13. Wykaz dobranych elementów:
Lp. Nazwa
1. Bezpiecznik o wkładce typu gL i InF = 125 A
Ilość/Długość
3 sztuki
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
14. Literatura
1. Markiewicz H., :Instalacje elektryczne, Warszawa 2005.
2. PN-1EC 60364-3:Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ustalenie ogólnych
charakterystyk.
3. PN-ICE 60364-5-52: Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Oprzewodowanie.
4. PN-1EC 60364-5-523: Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Obciążalność
prądowa długotrwała przewodów.
5. PN-60364-4-41 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla
8
zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przeciwporażeniowa.
6. PN-EN 60204-1+AC: Bezpieczeństwo maszyn. Wyposażenie elektryczne maszyn.
Wymagania ogólne.
7. Aparatura przemysłowa. Sterowanie, łączenie, zabezpieczanie: katalog firmy Moeller 2005
Pomocnicze rysunki do projektu
1.
Samoczynny wyłącznik silnikowy
PKZ M4-40
na PNM = 20 kW
2.
Kompakt rozruchowy gwiazda-trójkąt
SDAINLM45 (230V50Hz)
DILM17-01+
DILA-XHI20
DILM25-10+
DILA-XHI20
DILM25-01+
DILA-XHI20
ETR4-51
9
3.
Zestaw z dwoma przyciskami
M22-13-M2
4.
M22-PV/K11 IP66
5.
RP-2
RS-2 CT-II
l2=20m
YDYżo 5x6mm2
l2=5m
YDYżo 5x6mm2
S
l1=20 m
YAKY 4x70 mm2
R0
Rys.3 Szkic pomieszczenia z urządzeniami
10