ZESPOŁY PRĄDOTWÓRCZE W UKŁADACH AWARYJNEGO ZASILANIA

OBIEKTÓW BUDOWLANYCH

Julian Wiatr

ZESPOŁY PRĄDOTWÓRCZE W UKŁADACH AWARYJNEGO

ZASILANIA OBIEKTÓW BUDOWLANYCH

OCHRONA PRZECIWPORAŻENIOWA ORAZ WSPÓŁPRACA ZESPOŁU

Z SIECIĄ ELEKTROENERGETYCZNĄ

SERIA: ZESZYTY DLA ELEKTRYKÓW – NR 3

Recenzenci:mgr inż. Andrzej Boczkowski – CKIiUE SEPinż. Maria Korona – Wojskowe Biuro Studiów Projektów Budowlanych i Lotniskowych w Warszawiemgr inż. Witold Zdunek – prezes Oddziału Warszawskiego SPE

Kierownik projektuMichał Grodzki

Redakcja technicznaAgencja Reklamowa MEDIUM

KorektaAnna Kuziemska

Wszelkie prawa zastrzeżone© Copyright by Dom Wydawniczy MEDIUM© Copyright by Julian Wiatr

ISBN 978-83-919132-6-0

Wydawca i rozpowszechnianieDom Wydawniczy MEDIUM04-112 Warszawa, ul. Karczewska 18

Sprzedaż: księgarnia wysyłkowawww.ksiegarniatechniczna.com.pl

Skład i łamanieAgencja Reklamowa MEDIUMwww.agencjamedium.pl

Warszawa 2009, Wydanie II

Pod patronatem miesięcznika

mojej Matce

w w w. e l e k t r o . i n f o . p l 7

z e s p o ł y p r ą d o t w ó r c z e w u k ł a d a c h a w a r y j n e g o z a s i l a n i a o b i e k t ó w b u d o w l a n y c h

SPIS TREŚCI

1. Wstęp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92. Zjawiska fizyczne występujące w generatorze podczas zwarć. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103. Wyznaczanie parametrów zwarciowych generatora dla celów ochrony przeciwporażeniowej . . . . . . . . 124. Obliczanie zwarć jednofazowych i ocena skuteczności ochrony przeciwporażeniowej

przez samoczynne wyłączenie w instalacjach projektowanych. Wymagania dotyczące uziemiania zespołu prądotwórczego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

5. Układy współpracy zespołu prądotwórczego z siecią elektroenergetyczną . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206. Wymagania dotyczące instalowania zespołów prądotwóczych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

6.1. Warunki przyłączania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226.2. Warunki zabudowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226.3. Projekt budowlany instalacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226.4. Instrukcja ruchu i eksploatacji zespołu prądotwórczego (współpracy z siecią energetyki

zawodowej). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236.5. Odbiór techniczny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

7. Ocena skuteczności samoczynnego wyłączenia w eksploatowanych instalacjach zasilanych z zespołu prądotwórczego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

8. Badania zespołu prądotwórczego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288.1. Pomiar rezystancji izolacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288.2. Pomiar prądu upływu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308.3. Pomiar rezystancji przejścia pomiędzy dostępnymi częściami metalowymi . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308.4. Pomiar rezystancji uziemienia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318.5. Pozostałe pomiary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

ZAŁĄCZNIK Przykładowa instrukcja współpracy zespołu prądotwórczego z siecią elektroenergetyczną zakładu energetycznego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

DODATKI Dodatek 1.: Dobór mocy zespołu prądotwórczego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Dodatek 2.: Przykładowe układy zasilania awaryjnego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Dodatek 3.: Zasady instalowania przeciwpożarowego wyłącznika prądu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Dodatek 4.: Uzgadnianie projektu budowlanego pod względem przeciwpożarowym . . . . . . . . . . . . . . . 77 Dodatek 5.: Projektowanie i badanie ochrony przeciwporażeniowej przez samoczynne

wyłączenie zasilania w obwodach o układzie zasilania TN, zasilanych przez UPS-y . . . . . . . . . . . . . . . 79

Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

PROJEKT Uproszczony projekt zasilania awaryjnego pomp pożarowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

w w w. e l e k t r o . i n f o . p l 9

z e s p o ł y p r ą d o t w ó r c z e w u k ł a d a c h a w a r y j n e g o z a s i l a n i a o b i e k t ó w b u d o w l a n y c h

1. Wstęp

W wielu obiektach budowlanych konieczne jest projektowanie układów zasilających o zwiększonej pewno-ści dostaw energii elektrycznej. Do obiektów takich należy zaliczyć banki, centra przetwarzania informacji, szpitale, komendy policji, straż pożarną, obiekty łączności, kompleksy wojskowe itp.

Niejednokrotnie zastosowanie zasilania dwustronnego z sieci elektroenergetycznej jest niewystarczające i należy instalować dodatkowe źródło energii w postaci zespołu prądotwórczego.

Rozwiązanie takie jest poprawne pod warunkiem spełnienia podstawowych zasad współpracy zespołu prą-dotwórczego z siecią elektroenergetyczną oraz zachowania ochrony przeciwporażeniowej w zasilanych odbior-nikach energii elektrycznej, przy zasilaniu z sieci elektroenergetycznej oraz zespołu prądotwórczego (ZP).

Doświadczenie wyniesione przez autora z prowadzonych kontroli w różnych obiektach wojskowych podczas pracy w Wojskowej Inspekcji Gospodarki Energetycznej pozwala wyciągnąć wniosek, że właściciele lub za-rządcy budynków instalują zespoły prądotwórcze bez uzgodnienia z właścicielem sieci elektroenergetycznej oraz bez sprawdzenia warunków zasilania odbiorników z awaryjnego źródła zasilania, którym jest ZP. Często instalowany zespół prądotwórczy nie pokrywa zapotrzebowanej mocy przez odbiorniki oraz nie spełnia pod-stawowych zasad ochrony przeciwporażeniowej.

Z Rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 roku w sprawie szczegółowych warunków funk-cjonowania systemu elektroenergetycznego (DzU nr 93/2007, poz. 623) [18] wynika, że zespół prądotwórczy należy uznać za urządzenie przyłączane do sieci pomimo że znajduje się ono w majątku użytkownika oraz jest instalowane za układem pomiarowym.

Właściciel publicznej sieci elektroenergetycznej musi posiadać informacje o przyłączonych zespołach prą-dotwórczych oraz mieć pełną gwarancję zabezpieczenia przed wstecznym podaniem napięcia z pracującego ZP do wyłączonej spod napięcia sieci elektroenergetycznej. Nieprawidłowo wykonany układ współpracy z sie-cią elektroenergetyczną stwarza zagrożenie dla ludzi pracujących na linii wyłączonej spod napięcia wskutek podania napięcia ze źródła awaryjnego (ZP). Jeżeli zespół prądotwórczy będzie pracować na publiczną sieć elektroenergetyczną nn, nie tylko zasila tę sieć, ale również sieć SN. Przyłączenie pracującego zespołu prą-dotwórczego do elektroenergetycznej linii nn spowoduje, że na górnych zaciskach transformatora pojawi się napięcie o wartości stanowiącej iloczyn napięcia nominalnego generatora i przekładni transformatora.

Obowiązek zachowania skutecznej ochrony przeciwporażeniowej wynika z Rozporządzenia Ministra In-frastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, z późniejszymi zmianami; ostatnia – DzU nr 109/2004, poz. 1156) [19]. Rozporządzenie to wprowadziło również obowiązek stosowania niektórych norm, wśród któ-rych została wymieniona norma PN-IEC 60364 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych [5]. Zeszyt 41. tej normy dotyczy ochrony przeciwporażeniowej, natomiast zeszyt 61. – badań odbiorczych. Norma ta określa również wymagania w zakresie ochrony przeciwporażeniowej oraz precyzuje zasady prowadzenia badań od-biorczych, ale nie określa bliżej źródła zasilania.

Ponieważ system elektroenergetyczny (SEE) stanowi podstawowe źródło zasilania, które nie ma nic wspól-nego z autonomicznym źródłem zasilania, jakim jest generator zespołu prądotwórczego (ZP), należy domnie-mać o konieczności spełnienia wymagań określonych w normach dla dwóch źródeł niezależnie:

sieci elektroenergetycznej (SEE),zespołu prądotwórczego (ZP).Eksploatację zespołu prądotwórczego należy prowadzić na podstawie uzgodnionej instrukcji współpracy

z siecią elektroenergetyczną. Przykładowa instrukcja współpracy została zamieszczona na końcu opracowa-nia. Uzupełnieniem publikacji jest uproszczony projekt zasilania awaryjnego pomp pożarowych oraz zasady projektowania i badania ochrony przeciwporażeniowej przez samoczynne wyłączenie w obwodach zasilanych przez UPS (Dodatek 5.).

��

z e s p o ł y p r ą d o t w ó r c z e w u k ł a d a c h a w a r y j n e g o z a s i l a n i a o b i e k t ó w b u d o w l a n y c h

w w w. e l e k t r o . i n f o . p l10

2. Zjawiska fizyczne występujące w generatorze podczas zwarć

Zespół prądotwórczy w stosunku do systemu elektroenergetycznego jest tzw. źródłem miękkim, w którym impedancja obwodu zwarciowego ulega szybkim zmianom w czasie zwarcia (przyjmuje się, że system elek-troenergetyczny charakteryzuje się stałą impedancją obwodu zwarciowego z uwagi na dużą wartość mocy zwarciowej).

Problem zmiany impedancji obwodu zwarciowego na zaciskach generatora zespołu wyjaśniają rysunki 2.1. i 2.2. Na rysunku 2.1. został przedstawiony rozpływ strumieni magnetycznych w warunkach normalnej pra-cy generatora.

B

Ab

c

Cq

aa1

c2DF

a2

c1

a1

b2

d

ω

γ = ω tϕf

ϕfL

Rysunek 2.1. Schematyczny przekrój przez maszynę synchroniczną i rozpływ strumieni magnetycznych podczas normalnej pracy, gdzie: ϕf – strumień wzbudzenia, ϕfL

– strumień rozproszenia uzwojenia wzbudzenia, F – uzwojenie wzbudzenia, a1, a2, b1, b2, c1, c2 – początki i końce uzwojeń poszczególnych faz, D – klatka tłumiąca, A, B, C – uzwojenia poszczególnych faz, d, q – osie wirnika, γ = ωt – kąt położenia osi d wirnika względem osi uzwojenia fazy A [1]

W chwili wystąpienia zwarcia zmianie ulega rozpływ strumieni magnetycznych w generatorze zespołu prą-dotwórczego. W początkowej fazie zwarcia, nazywanej stanem podprzejściowym, wskutek działania klatki tłu-miącej, strumień główny wytwarzany przez prąd zwarciowy płynący w uzwojeniu stojana jest wypychany poza wirnik (rys. 2.2a). W stanie tym reaktancja generatora charakteryzuje się małą wartością, wynoszącą prze-ciętnie 10 – 15% wartości reaktancji generatora w stanie statycznym. Stan ten trwa bardzo krótko ze względu na małą wartość elektromagnetycznej stałej czasowej, wynoszącej dla generatorów nn średnio 0,01 s [6].

Działanie klatki tłumiącej, ze względu na małą wartość jej rezystancji, szybko ustaje, co skutkuje powol-nym wchodzeniem strumienia głównego w wirnik (rys. 2.2b). Stan ten, nazywany stanem przejściowym, cha-rakteryzuje wzrost reaktancji generatora, która dla generatorów nn wynosi średnio 30 – 40% wartości reak-tancji statycznej generatora.

Generator w krótkim czasie przechodzi w stan ustalony zwarcia, co objawia się dalszym wzrostem reak-tancji obwodu zwarciowego. W stanie ustalonym zwarcia (rys. 2.2c) strumień główny oraz strumień wzbu-dzenia zamykają się przez wirnik generatora. Ponieważ kierunki tych strumieni są przeciwne, strumień wy-padkowy ulega silnemu zmniejszeniu. Zjawisko to prowadzi do gwałtownego wzrostu reaktancji generatora, która dla generatorów nn wynosi 200 – 300% wartości reaktancji statycznej generatora [1].

W obecnie konstruowanych zespołach prądotwórczych instalowany jest regulator prądu wzbudzenia, wy-posażony w układ forsowania. Podczas zwarcia pozwala on na utrzymanie określonej wartości reaktancji ge-neratora. Wartość ta charakteryzowana jest krotnością prądu znamionowego generatora, utrzymywaną przez czas nie dłuższy niż 10 s. Ograniczenie czasowe utrzymywania określonej wartości reaktancji generatora pod-czas zwarcia wynika z warunku wytrzymałości termicznej izolacji uzwojeń generatora. Wydłużenie tego cza-su może skutkować zniszczeniem izolacji uzwojeń generatora.

Niedostępne w wersji demonstracyjnej.

Zapraszamy do zakupu

pełnej wersji książki

w serwisie