2002:E006 e EXAMENSARBETE Lathud för val av förbad mella Guilla Almqvist 2002-06-14 Högskola Trollhätta/Uddevalla stitutioe för Tekik Box 957, 461 29 Trollhätta Tel: 0520-47 50 00 Fax: 0520-47 50 99 E-post: tekik@htu.se
EXAMENSARBETE Lathud för val av förbad mella Sammafattig E lathud har producerats för projekterig av e aläggig för förläggig av kabel alterativt kopparskea mella. Lathude visar på alterativa förläggigsval med avseede på termisk dimesioerig, kortslutigshållfasthet samt kostader. De avädare som lathude väder sig till är projekterare samt kostruktörer iom elbrasche. Lathude består av fyra olika alterativa förläggigsval utifrå trasformatorer i storlekara 500 2000 kva vid omiell späig 10,5/0,4 kv samt vid lägder mella 3,5 15 m. Alterative som betraktas i lathude är kabeltypera AKKJ 3x240+72, AXKJ 1x630+35, RK 400 samt Kopparskea. Lathude ka ses som e utgågsmall med utveckligsmöjligheter och de preseteras både i pappersformat och iteraktivt. Nyckelord: Lathud Trasformator Ställverk Termisk dimesioerig Kortslutigshållfasthet Utgivare: Högskola Trollhätta/Uddevalla, stitutioe för Tekik Box 957, 461 29 Trollhätta Tel: 0520-47 50 00 Fax: 0520-47 50 99 E-post: tekik@htu.se Författare: Guilla Almqvist Examiator: Lars Holmblad, HTU Trollhätta Hadledare: Erik Larse, ABB Buildig System AB, Lars-Guar Johasso, HTU Trollhätta Poäg: 10 Nivå: C Huvudäme: Elektrotekik riktig: Eleergisystem Språk: Sveska Nummer: 2002:E006 Datum: 2002-06-14 - i -
DSSERTATON Guide sheet for selectio of coectio lies betwee trasformer ad switchgear Summary A guide sheet has bee produced for plaig a costructio to assemble cables or copper bars betwee trasformer ad switchgear. This guide sheet shows alteratives i respect to thermal dimesioig, short circuit stregth capacity ad costs. The material is to be used by plaers ad costructors i the electro techical brach. The guide sheet cotais four differet alteratives of costructio possibilities for traformators i sizes from 500 to 2000 kva. At omial voltage of 10,5/0,4 kv ad cable legths betwee 3,5 ad 15 meters. The cable alteratives icluded i the guide sheet are AKKJ 3x240+72, AXKJ 1x630+35, RK 400 ad Cupper bars. The guide sheet is to be cosidered as a starter to be developed ito a more complete worktool, that s why it s produced both i a iteractive way as well as i a paper form. Keywords: Guide sheet Trasformer Switchgear Thermal dimesioig Costs Publisher: Uiversity of Trollhätta/Uddevalla, Departmet of Techology Box 957, S-461 29 Trollhätta, SWEDEN Phoe: + 46 520 47 50 00 Fax: + 46 520 47 50 99 E-mail: tekik@htu.se Author: Guilla Almqvist Examier: Lars Holmblad, HTU Trollhätta Advisor: Erik Larse, ABB Buildig System AB, Lars-Guar Johasso, HTU Trollhätta Subject: Electrical Egieerig, Electrical Eergy Systems Laguage: Swedish Number: 2002:E006 Date: 14 Jue 2002 - ii -
Förord Examesarbetet har utförts för ABB Buildig System AB räkig. Examesarbetet har resulterat i e s.k. lathud över hur ma på bästa sätt förlägger ett förbad mella. Jag vill tacka ABB Buildig System AB som låtit mig utföra examesarbetet. Jag vill också tacka de som bistått mig i mitt arbete där främst mi lärare Lars-Guar Johasso, HTU, varit mycket behjälplig, samt de leveratörer som hjälpt mig vid frågor och fuderigar: Joas Kramer, Merico Sverige AB, Rolad Åhlé, Elektroskadia samt Herik Stjärstrad, Elektroskadia. 1
ehållsförteckig SAMMANFATTNNG... NYCKELORD:... SUMMARY... KEYWORDS:... FÖRORD... 1 NNEHÅLLSFÖRTECKNNG... 2 1 NLEDNNG... 3 1.1 BAKGRUND... 3 1.2 SYFTE OCH MÅL... 3 1.3 AVGRÄNSNNGAR... 3 1.4 HJÄLPMEDEL... 3 2 FÖRUTSÄTTNNGAR... 4 2.1 UTGÅNGSLÄGE... 4 2.2 TRANSFORMATORNS PARAMETRAR... 4 2.3 TRANSFORMATORER... 5 2.3.1 Trasformatoraläggigar... 5 2.4 KABLAR... 6 2.4.1 AKKJ 3x240+72... 7 2.4.2 AXKJ 1x630+35... 7 2.4.3 RK 400... 8 2.5 KOPPARSKENOR... 8 2.6 BELASTNNGSSTRÖM & UTNYTTJNNGSGRAD... 9 3 PROGRAMGRÄNSSNTT... 10 4 UTVECKLNGSMÖJLGHETER... 11 5 RESULTAT... 12 6 SLUTSATSER... 12 7 REFERENSFÖRTECKNNG... 13 BLAGOR... 13 2
1 ledig 1.1 Bakgrud Aledige till att examesarbetet iitierades var att vid e förläggig av kabel, alterativt kopparskea, mella e trasformator och ett ställverk har ma idag ige stadardiserad data att gå efter för att på bästa sätt utföra arbetet. stället görs det på så kallad erfarehetsbasis mella tumme och pekfigret. Ma vet därför ite om det bästa resultatet uppås med avseede på kostader samt dimesioerig. 1.2 Syfte och mål Målet med examesarbetet var att framställa e lathud för val av förläggigssätt mella e trasformator och ett ställverk. Syftet var att producera e utgågsmall både i pappersformat samt iteraktivt där ma i huvudsak tar häsy till dimesioerig, kostader och förläggigsval utifrå parametrar såsom trasformators omiella ström, kabels belastigsström samt kortslutigshållfasthet. 1.3 Avgräsigar Arbetet avgräsades till trasformatorer mella 500 kva och 2000 kva samt avståd mella mella 3,5 m och 15 meter. De förbadstyper som behadlas är kablara AKKJ, AXKJ, RK samt kopparskeor 1.4 Hjälpmedel arbetet som delvis utförts på ABB Buildig System AB samt delvis på Högskola Trollhätta/Uddevalla har programvaror aväds eligt eda: o o o o Dator med flertalet applikatiosprogram såsom Microsoft Excel Microsoft Word ELVS FEBDOK o ERFLEX [fig. 1-3] övrigt har flertalet formelsamligar aväds vid beräkigar. 3
2 Förutsättigar 2.1 Utgågsläge Vid starte av examesarbetet var första problemet att komma fram till hur lathude skulle preseteras. Eftersom det ite tidigare fas ågot likade arbete gjort testades flertalet olika alterativ ia slutprodukte som de ser ut idag framställdes. Utifrå diskussioer med Erik Larse, ABB samt Lars-Guar Johasso, HTU eades vi om vilka parametrar som skulle vara styrade för "lathude", där kocetratioe i utgågsläget skulle behadla trasformators storlek, geererad omiell ström samt geererad kortslutigsström frå trasformator. Utifrå dessa värde dimesioerades därefter atal kablar alterativt kopparskeor med avseede på förbadets strömvärde, förbadet kortslutigshållfasthet samt avstådet mella trasformator och ställverket. Vid framtagadet av alterativa förläggigsval gällade kabel samt kopparskea bestämdes det att vi skulle göra jämförelser mella tre typer av kabel samt två storlekar på kopparskea. Kablara som dimesioerige avsett är 3x240+72 AKKJ, 1x630+35 AXKJ och RK 400. Kopparskeor som avses är ohålade, med e tjocklek 10 mm, med färdiga lägder på 4 m. Bredde på skeora valdes till 50 mm alterativt 100 mm, dessa skeor produceras i vårt fall av Erico AB. 2.2 Trasformators parametrar Vid framtagadet av trasformators parametrar har flertalet beräkigar utförts. De omiella strömme som trasformator geererar beräkas eligt [4]: (1) A S 3 * U Trasformators geererade kortslutigsström beräkas eligt: S 3 * U k (2) ka k S 3 * u k * U Nomiell märkström S k Skebar kortslutigseffekt U Nomiell märkspäig uk Relativ kortslutigsimpedas S Total skebar märkeffekt De relativa kortslutigsimpedase u k är leveratörsdata och är kute till vilke trasformatorstorlek som aväds. 4
2.3 Trasformatorer Trasformatorera som avses i "lathude" är Dy-kopplade och levereras av Uitrafo Electric AB. "lathude" behadlas trasformatorer med skebar märkeffekt frå 500 kva till 2000 kva. De relativa kortslutigsimpedase u k, ligger mella 0,06 till 0,065, ökade i förhållade till ökade skebar effekt. Jordige skall vara utförd som TN-system, dvs. skall ha e pukt direkt jordad, och utsatta delar i istallatioe skall vara asluta till dea pukt med skyddsledare eller PEN-ledare. Tre slag av TN-system defiieras eligt Starkströmsföreskriftera [3] med häsy till hur eutral- och skyddsledare är aordade - TN-S-system, ett system i vilke eutral- och skyddsledare utgörs av separata ledare - TN-C-S-system, ett system i vilke eutral- och skyddsledarefuktioera är kombierade i e eda ledare i e del av systemet. - TN-C-system, ett system i vilke eutral- och skyddsledarefuktioera är kombierade. vårt fall har beräkigara utförts för ett TN-C system. 2.3.1 Trasformatoraläggigar starkströmsföreskriftera [3] samt stadardormer fis fodrigar gällade trasformatoraläggigar eligt eda. B80 Starkströmsföreskriftera i dea paragraf gäller för utförade, uppställig samt aordade av trasformatorer för överförig eller distributio av elektrisk kraft. a. Utförade Trasformatorer skall ha med häsy till rådade driftförhållade betryggade mekaisk, termisk och elektrisk hållfasthet. Utföradet skall vara apassat till uppställigsplatses beskaffehet. b. Utförade Trasformatorer skall vara så uppställda och aordade, att erforderlig kylig ite hidras och risk för atädig eller aa skada i omgivige i skälig grad förebyggs. c. Brytorga För e trasformator som ite tål kotiuerlig kortslutig skall fias skyddsorga som bryter belastigsströmme vid skadlig överbelastig (överlastskydd) samt aordig som fråkopplar trasformator vid kortslutig eller svårare fel iom desamma 5
e. Aslutigsdetaljer Aslutigsdetaljer på e trasformator skall vara avpassade för de kabel till vilke trasformator asluts och vara utförda så, att betryggade isolatio erhålls dels mella ledara ibördes, dels mella varje ledare och trasformators hölje. 2.4 Kablar Vid dimesioerig av e kabelaläggig iebär det att i första had bestämma kabelarea för e give belastigsström, då tar ma häsy till strömbelastigsförmåga, kortslutigsförhållade vid 0,2 s felbortkoppligstid samt förläggigssätt. Drifttemperature hos ledara, som bestäms av effektutvecklige i kabel samt av de termiska ledigsförmåga i kabel och omgivige, sätter e gräs för hur mycket e kabel får belastas. Avisigar för hur dimesioerige ska utföras fås frå bl a Starkströmsföreskriftera samt i orme SS 424 14 24 (för kablar med märkspäig högst 0,6/1,0 kv) [5]. Defiitioer över betydelse av valigt förekommade uttryck som gäller vid dimesioerig av kabel: Nomiellt strömvärde är de högsta ström som kabel kotiuerligt ka föra vid giva förutsättigar såsom: Maximalt tillåte temperatur på fasledare vid kotiuerlig ström för - PVC-isolerade 1 kv kraftkabel 70 C - PEX-isolerade 1-24 kv kraftkabel 90 C Förutsättigara avser också e lufttemperatur på 25 C samt att kablara är förlagda i ett lager. Om så ej är fallet får ma tillgripa metode att omräka det omiella strömvärdet med e korrektiosfaktor som ger strömvärdet vid det aktuella förhålladet. Strömvärde är de ström som kabel kotiuerligt ka föra med häsy till förläggigssätt samt omgivigsförhållade. Korttidsström är de kortslutigsström som e kabel ka föra uder agive tid och agiva förhållade. Defiitioe för korttidsström är kortslutigsströmmes kvadratiska medelvärde uder kortslutigstide. Kraftkablars egeskaper vid kortslutig är hämtade frå orme SS 424 14 07 [5]. 6
2.4.1 AKKJ 3x240+72 Kostruktioe för AKKJ: Fåtrådig, sektorformad, glödgad alumiium PVC-isolerig, siffermärkt Koppartrådsskärm Maximal ledartemperatur 70 C Maximal ström vid förläggigssätt B, 350 A Vid beräkig av de kortslutigsström som AKKJ begräsas av styrs det utifrå de kocetriska ledare eligt SS 424 14 07 [5]. De högsta tillåta sluttemperatur på de kocetriska ledare är 300 C om kortslutigstide ej överstiger 5 s, då beräkas de kocetriska ledares strömtäthet till 200 A/mm 2. vårt fall erhålls: k (1s) = 72 * 200 = 14,4 [ka] k (0,2s) = 32,2 [ka] E dimesioerigsmodell för AKKJ visas i bilaga 1. 2.4.2 AXKJ 1x630+35 Kostruktioe för AXKJ: Fåtrådig alumiium PEX-isolerig Glödgad koppartrådsskärm Maximal ledartemperatur 65 C Maximal ström 850 A vid plaförläggig samt 745A vid triagelförläggig Kortslutigsström som begräsar AXKJ hämtas frå SS 424 14 07 [5]. Omräkig till 0,2 s felbortkoppligstid görs eligt: k (1s) = 64,1 [ka] k (0,2s) = k ( 1 s ) 0,2 = 143,3 [ka] E dimesioerigsmodell för AXKJ visas i bilaga 2. 7
2.4.3 RK 400 Kostruktioe för RK 400: Mågtrådig glödgad koppar PVC-isolerig Maximal ledartemperatur 70 C Maximal ström 795 A vid plaförläggig samt 695 A vid triagelförläggig Kortslutigsström som begräsar RK 400 hämtas frå SS 424 14 07 [5]. Omräkig till 0,2 s felbortkoppligstid görs eligt: k (1s) = 43,7 [ka] k (0,2s) = k ( 1 s ) 0,2 = 97,7 [ka] E dimesioerigsmodell för RK 400 visas i bilaga 3. 2.5 Kopparskeor Kostruktioe för kopparskea: Ohålade kopparskeor Lägd: 4000 mm Arbetstemperatur 65 C eligt DN 43671 Maximal ström/ skea: 852 A Area varierar mella 50-100 x 10 mm 2 Kortslutigsström som begräsar för kopparskeor vid 1 s fås frå beräkigsprogramet ERFLEX SYSTEM [fig. 1-3]. Omräkig till 0,2 s felbortkoppligstid görs eligt: k (1s) = 21,5 [ka] k (0,2s) = k ( 1 s ) 0,2 = 48,1 [ka] E dimesioerigsmodell för Kopparskea visas i bilaga 4. Vid dimesioerig av kopparskeor utgår ma frå de omiella märkström som ma ka belasta kopparskeora med. - Märkström för strömbaa i koppligsutrustig ages av tillverkare med häsy till märkdata hos kompoetera i strömbaa samt till deras ibyggad och avädig. Dea ström måste kua föras uta att temperaturstegrige hos olika delar överstiger de värde som ages är kotroll sker (SS-EN 60439-1) [5]. 8
vårt fall har beräkigara utförts med ERFLEX SYSTEM, som tar häsy till höjd, tjocklek samt lägd på skea. Utifrå beräkigara tar programmet också fram vilke kortslutigshållfasthet skeora har, därefter får ma e rekommederad skehållare för de atal parallella skeor ma har. Skehållaras avståd mella varadra avgörs av de kortslutigsström som trasformator geererar. - Märkkortslutigsström k, villkorlig för strömbaa i koppligsutrustig är värdet hos de av tillverkare agiva ätkortslutigsström som dea strömbaa ka uthärda tillfredsställade uder provigsbetigelser är de skyddas av strömbegräsade elkopplare. (SS-EN 60439-1) [5]. Eligt SS-EN 60439-1 [5] gäller allmät för koppligsutrustigar att de skall utföras så, att de ka uthärda de termiska och dyamiska påkäigar som ka uppstå vid kortslutigsströmmar upp till märkvärdea. Vidare skall dessa skyddas mot kortslutigsströmmar t ex medelst effektbrytare, säkrigar eller kombiatioer av båda vilka ka igå i koppligsutrustige eller fias utaför. Avädara skall vid beställig age kortslutigsförhållade vid koppligsutrustiges aslutigspukt. kapitel 3, modeller visas ett atal bilder ut beräkigsprogrammet. 2.6 Belastigsström & Utyttjigsgrad "lathude" har också de totala belastigsströmme på kabel samt kopparskea räkats fram för att kua beräka de utyttjigsgrad som de olika alterative har. Utyttjigsgrade är viktig i det avseedet att vid ökad belastig på förbadet måste de ligga uder maximalt tillåte utyttjigsgrad. De räkas fram eligt Trasformators omiella ström dividerat med Kabels/Kopparskeas totala strömvärde. 9
3 Programgrässitt rapporte har beräkigsprogrammet för kopparskeor ERFLEX SYSTEM ämts, eda visas modeller över programmets grässitt Fig. 1. Sida för kompoetval vid skeförläggig Fig. 2. Val av kopparskea utifrå giva förutsättigar 10
Fig. 3. Val av skehållare utifrå skealterativ, avstådet mella skehållara ibördes avgörs av trasformators geererade kortslutigsström 4 Utveckligsmöjligheter Eftersom "lathude" som de preseteras här ka ses som e utgågsmodell där de viktigaste parametrara har bearbetas, fis det stora möjligheter att utveckla och förbättra "lathude". dag fis de uppbyggd i form av Excelark med beräkigsformler kopplade till lägd, atal st/m, pris/ehet, rabatt, samt summa gällade för framtagadet av pris för respektive alterativ. Bakomliggade beräkigsformler ligger också framtaga för total belastigsström samt utyttjigsgrad. Förslag på utveckligsmöjlighetera som ka göras preseteras eda, därefter är det avädares uppgift att göra ytterligare förädrigar. Viktigt är dock vid förädrigar att ma kopplar det till alla avädare, för att på så sätt få e levade "lathud" som ka avädas vid projekterig av e aläggig av förbad mella trasformator och ställverk. 11
Utveckligsmöjligheter: Materiellista ka utökas med alla förekommade artiklar som behövs vid aläggige Fler alterativ av förläggigsval, såsom adra kabeltyper, femledarsystem mm som ka vara aktuellt vid större trasformatorer ka lätt implemeteras i lathude. Utbyggad till att omfatta adra kostader i etrepreade såsom arbetstider, arbetskostader samt övriga kostader Magetfältsberäkigar, för att miimera dessa vid olika förläggigsalterativ. Beräkigar av späigsfall över förbadet. Kopplig mot de ormer och föreskrifter som berörs vid projekterigsarbetet E visio är att bygga upp "lathude" iteraktivt kopplat mot leveratörers produktoch prislistor som uppdateras automatiskt vid förädrigar hos leveratör. Det skulle klart kua miska de kostader som alla abudsgivare i dag har för projekterig av e aläggig. 5 Resultat Resultatet av arbetet utmyade i e "lathud" som ka vara ett hjälpmedel vid projekterig av e aläggig för förläggig av ett förbad mella trasformator och ställverk. Som tidigare ämts i rapporte är det e utgågsmodell som har producerats vilket iebär att ma har flertalet olika utveckligsmöjligheter. "Lathudes" avädare är främst projekterare samt kostruktörer iom elbrasche. 6 Slutsatser Arbetet med "lathude" har visat sig vara mycket väl kopplat till de kurser som utbildige till elektroigejör med iriktig mot elkraft utmyat i. Främst har jag avät mig av det jag läst iom elaläggigsberäkigar, trasformatorer samt elkretsaalys. Eftersom arbetet har till viss del varit av udersökade karaktär har jag fått flertalet itressata kotakter iom ova ämda brasch. Förhoppigsvis kommer "lathude" iebära förekligar samt förbättrigar vid projekterig av aläggigar där förläggig av förbad mella ska ske. 12
7 Referesförteckig 1 Ericsso Cables Kraftkabelhadbok, 1999-06, 2:a uppl. 2 Walli & Dalholm Tryckeri AB, Lud 1993, ABB Hadbok dustri 3 ELSÄK-FS 1999:5, Starkströmsföreskriftera 4 Liber AB, H. Blomqvist. 1997, Elkrafthadboke 1:a uppl. 5 Stadardormer - SS 424 14 24 Kraftkablar, dimesioerig av kablar - SS 424 17 07 Kraftkablar, egeskaper vid kortslutig - SS-EN 60439-1 Koppligsutrustigar, Fordrigar på typprovade och delvis typprovade utrustigar - SS-EN 60439-2 Koppligsutrustigar, Särskilda fordrigar på typprovade kaalskefördeligar - DN 43671 6 Diverse leveratörskataloger Uitrafo Electric leveratörskatalog Merico Sverige leveratörskatalog Elektroskadias leveratörskatalog Ericsso Cables leveratörskatalog Bilagor Lathud Trasformator- Ställverk, S =1600 kva, 10 m lägd AKKJ Bil 1 AXKJ Bil 2 RK 400 Bil 3 Kopparskea Bil 4 övrigt fis hela lathude som pärmbilaga samt på CD-skiva 13