SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM AUTOMATIZÁLÁSI TANSZÉK HÁLÓZATOK MÉRETEZÉSE

Átírás

1 SZÉCHENY STÁN EGYETEM HTT://N.SZE.H HÁLÓZATOK MÉRETEZÉSE Marcsa Dániel illamos gépek és energetika 2013/ őszi szemeszter

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

3 Műszaki szempontok Műszaki szempontból a villamosenergia-szolgáltatás követelményeinek kell megfelelnie, melyeket szabványok rögzítenek: 1. a villamosenergia-szolgáltatás minőségi jellemzőinek (feszültség, frekvencia) biztosítása a fogyasztói pontokon 2. a folyamatos energiaellátás biztosítása, megfelelve a villamos, a melegedési és a szilárdsági szempontoknak 3. az ember védelmének biztosítása a létesítési- és az érintésvédelmi előírások betartásával A villamos fogyasztókat az úgynevezett névleges feszültségen való üzemeltetésre tervezik, amelytől való eltérés a berendezés nem optimális működését, esetleg meghibásodását, tönkremenetelét okozhatja és számos következménnyel és kárral járhat. Marcsa Dániel illamos gépek és energetika

4 Minőségi energiaszolgáltatás Fogyasztó wolframszálas izzólámpa fénycső Ü < n élettartama nő, fényáram csökken gyújtási zavarok (0,85 n ) élettartam csökken Ü > n élettartam erősen csökken, fényáram nő villamos fűtőtest rádió, és T-készülékek a kívánt hőmérséklet lassabban áll be kevésbé élvezhető kép veszélyes túlmelegedés élettartam csökken aszinkron motorok billenőnyomaték, fordulatszám csökken, felvett áram nő, tekercs túlmelegszik mágnesező áram nő, vastest túlmelegszik Marcsa Dániel illamos gépek és energetika

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

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

7 ezetéken eső feszültség A soros kör áramát a megfelelő méretezés esetén a vezeték Z impedanciájánál sokkal nagyobb Z F impedanciával rendelkező fogyasztó határozza meg. A vizsgálat körébe tartozó fogyasztók többsége ohmos-induktív jellegű, a feszültség-áram vektorábrán az áramkör áramaϕfázisszöggel elmarad a fogyasztó F feszültségétől. A forrásból, a vezetékből és a fogyasztóból álló kör feszültségeinek vektoros egyensúlya: Z a vezetéken eső teljes vektoros feszültségesés: T A fogyasztó számára a feszültségvektor abszolút értéke az érdekes, ezért a feszültségesés definíciója: A feszültségesés százalékos értéke: e T F T F e ε T F Z 0 [ ] [ ] 100 % Marcsa Dániel illamos gépek és energetika

8 ezetéken eső feszültség A feszültségesés közelítő számításához figyelembe véve, hogy a fogyasztó induktív jellegű, ekkor : Melyekből felírható, jx R Z + Q j ( ) ( ) ( ) Q Q Q j j j R X X R Z X R Z F T F T Marcsa Dániel illamos gépek és energetika H K Ha a tápponti és a fogyasztói feszültségvektor közötti Θ szög kicsi, akkor a feszültségesés pontos értékénél, az e és az H hosszirányú feszültségesés közötti különbség elhanyagolható, így: Q H X R + e

9 Feszültségesés Egyenáramú és egyfázisú váltakozóáramú körben a fogyasztót tápláló áram a táppont és a fogyasztó közötti távolság kétszeresét teszi meg. Egyszer a vezeték egyik erén - a pozitív vezetőn vagy fázisvezetőn - a fogyasztóhoz, majd a vezeték másik erén - a negatív vezetőn vagy a nullavezetőn - vissza a táppontig. Azefeszültségesés a két vezetőn keletkező feszültségesés kétszerese, így az egy vezetőéren eső e mértékadó feszültségesés számítása a névleges feszültség és az ε megengedett százalékos feszültségesés segítségével: e e 2 ε 100 n,f 2 [ ] Marcsa Dániel illamos gépek és energetika

10 Feszültségesés Háromfázisú váltakozóáramú rendszerben szimmetrikus terhelés esetén a nullavezetőn áram nem folyik, feszültség nem esik, csak a fázisvezetőkön esik feszültség. Háromfázisú rendszerben a vezetéken mérhető feszültség a fázisfeszültségre vonatkozik, így az egy vezetőéren eső e mértékadó feszültségesés számítása a névleges vonali feszültség segítségével : e e 3 ε 100 n,v 3 [ ] Aszimmetrikus háromfázisú fogyasztó esetén, amikor a nullavezetőn is folyik áram, ha az aszimmetria pontosan nem ismert, akkor megengedhető a következő összefüggés használata az egy vezetőéren esőe ε 100 n,v mértékadó feszültségesés számítására: e 0, 75 [ ] 3 Marcsa Dániel illamos gépek és energetika

11 Feszültségesés Abban az esetben ha a vezeték ellenállása sokkal nagyobb, mint a reaktanciája (R v >>X v ) pl. belsőtéri hálózatoknál, akkor az e feszültségesés számításakor az H hosszirányú feszültségesésnél a második tag elhanyagolható, így : e H R akkor ha X 0 Ekkor a kisfeszültségű belsőtéri hálózatok méretezésénél elegendő csak a vezeték hatásos ellenállásával számolni. A feszültségesést az áram hatásos (wattos) összetevője hozza létre a vezeték ohmos ellenállásán. Ez a későbbiekben a különböző teljesítménytényezőjű fogyasztók által terhelt vezeték feszültségesésre történő méretezését leegyszerűsíti. Marcsa Dániel illamos gépek és energetika

12 Feszültségesésre történő méretezés Kiszámítjuk a fogyasztó teljesítmény felvételét: n η A felvett teljesítményből a hálózatot terhelő áramerőség hatásos összetevője a következő módon számítható ki : Egyenáramú két- és háromvezetős rendszer esetén : Egyfázisú váltakozó áramú két- és háromvezetős rendszer esetén : Háromfázisú váltakozó áramú szimmetrikus rendszer esetén : n 3 n,v Marcsa Dániel illamos gépek és energetika

13 Feszültségesésre történő méretezés A vezetők szükséges keresztmetszetét a terhelő áram és a megengedett feszültségesés ismeretében az egy vezetőéren eső e mértékadó feszültségesés alapján határozzuk meg. Az egy vezetőéren megengedett feszültségesés: l ρ e R ρ A A Egy adott vezeték esetén mivel a fajlagos ellenállás és a vezeték keresztmetszete állandó -, az egy vezetőéren létrejövő feszültségesés a következőképp is felírható e k Az egy vezetőéren létrejövő e feszültségesés értéke az l értékétől, az ún. áramnyomaték nagyságától függ. A vezeték szükséges keresztmetszete a fentiekből : A ρ ρ - a vezeték fajlagos ellenállása [Ωmm2 /m], l e l e - az egy vezetőéren megengedett feszültségesés [], h - az áram hatásos (wattos) összetevője [A], l - a vezeték hossza [m]. l Marcsa Dániel illamos gépek és energetika

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

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

16 Teljesítményveszteség meghatározása A vezetékek teljesítményveszteségeζ%-nál nagyobb nem lehet. Az 2 R veszteség megengedett értékét az átvitt teljesítmény százalékábanζ(%) adják meg. A három vezetéken létrejövő teljesítményveszteség: ς p 100 Az előzőekhez hasonlóan, itt is az egy fázisvezetőre létrejövő teljesítményveszteség: p' p 3 ς ( R) A fenti képlettel ellenőrizhető, hogy a választott vezeték teljesítményvesztesége a megengedettnél kisebb. Marcsa Dániel illamos gépek és energetika

17