Mastalajaama projekteerimine liitumisvõimsuse suurendamiseks

Rebane, Karl-Magnus (2020) Mastalajaama projekteerimine liitumisvõimsuse suurendamiseks. [thesis] [en] Mast Transformer Substation Design for Increasing Electrical Power.

[thumbnail of lõputöö - digidoc] PDF (lõputöö - digidoc) - Published Version
Restricted to Registered users only

Download (2MB)
[thumbnail of lihtlitsents - digidoc] PDF (lihtlitsents - digidoc) - Other
Restricted to Registered users only

Download (75kB)

Abstract

Diplomitöö teemaks oli mastalajaama projekteerimine liitumisvõimsuse suurendamiseks, mille lahendamiseks oli Elektrilevi OÜ koostanud lähteülesande. Vastavalt lähteülesandele oli vaja projekteerida elektriprojekt, kus teostatakse uue mastalajaama, maakaabelliini- ja elektrikilpide paigaldus kui ka ehitus. Elektriprojektis on arvestatud tellija nõudeid, kehtivad standardeid ja normdokumente. Esimeses peatükis kirjutas autor lahti Elektrivõrgu mõiste ja millised on selle eesmärgid. Eesti üks suurimaid võrguettevõte Elektrilevi OÜ aga hooldab ja arendab elektrivõrke. Peale selle on välja toodud liituja tegevused elektrivõrguga liitumiseks, mil liituja ja elektrivõrgu omaniku vahel sõlmitakse liitumisleping. Kui liitumisleping on tehtud, siis võrguettevõtja tegevuseks on välja ehitada liitumispunkt liitumislepingu täitmisel. Enne, kui võrguettevõte täidab eelmist eesmärki, tehakse liitumise taotlejale liitumispakkumine, mis tuleneb sellest, kui kaugel on liitumispunkt alajaamast ning soovitavast peakaitsme suurusest. Teises peatükis on välja toodud kliendi liitumine elektrivõrguga. Teades, et liitumistaotluse teinud isikul on olemas juba liitumispunkt, siis selgitati välja, mille jaoks on teist liitumist vaja. Kliendiga suheldes selgus, et tegemist on puhketaluga, kus suveperioodidel on voolu tarbimine suur. Selle põhjuseks on, et kohapeal käivad erinevad ettevõtted toitlustust pakkumas ning bändid kontserte andmas. Uuriti liitujalt isiklikke majapidamisseadmeid (Tabel 1) ning arvutustest selgus, et kui arvestada sisse autori poolt juurde lisatud teisi suuremaid koduseadmeid, siis oleks majapidamisele sobiv kaitse 32 A. Teistes arvutuskäikudes, mil arvestati ainult liituja poolt öeldud majapidamisseadmetega, siis olemasolev 25 A peakaitse sobib elumajale. Sellest sai järeldatud, et olemasolevast peakaitsmest ei piisa puhketalu üldisele tarbitavale voolule, eriti ürituste ajal, kuid vastab elumaja tarbitavale võimsusele. Liituja soov uuele peakaitsmele oli 100 A. Selle piisavuseks tuli arvestada, millised seadmed suvel ürituste ajal kasutusel võivad olla (Tabel 2). Tabelis olevate seadmete võimsus üritusel osa võtvatest ettevõtete seadmetest võivad erineda tegelikkusega. Esimese arvutuskäigu korral tuli vastuseks, kui arvestada tabelis olevate seadmete koguvõimsust, siis selliste seadmete ja nende töötamiseks vaja minevate võimsusega oleks liituja uus 100 A peakaitse piisava suurusega. Kõikide arvutustehete käigus eeldati, et koormusvoolud on jaotatud võrdselt kõigi kolme faasi vahel. Eelviimases peatükis selgitab lõputöö autor lahti mastalajaama mõiste ning kirjeldab diplomitöö elektriprojektis olemasolevat mastalajaama. Lisaks on välja toodud erinevad normdokumendid mastalajaamale. Liigpinge kaitseks uuele mastalajaamale paigaldatakse liigpingepiirikud, eelneval mastalajaamal olid selleks sädevahemikud. Mastalajaamale ehitatakse maanduspaigaldis umbes 2 m pikkustest maanduritest ja potentsiaaltasandusrõngast. Inimeste ohutuste, trafode vastupidavuse ja liigpingekaitse toimivuse tagamiseks kasutatakse ühist maanduspaigaldist keskpinge altideosade kaitsemaandamiseks ja madalpingevõrgu maandamiseks. Diplomitöö ehitusprojektis tuli paigaldada ka mõõte-voolutrafo, mille eesmärgiks on arvestitele mõõtesignaali edastamine. Voolutrafo toide suundub mõõtekilbi lahutus-lühistusklemmidele, mis on klemmide rida voolu- ja pinge mõõteahelate lahutamiseks ning voolutrafode sekundaarahelate lühistamiseks. Viimases peatükis kirjutab autor liitumisprojektist ning selle olemusest. Selleks, et liitumisprojekti koostada on vajalik lähteülesanne, kus on püstitatud kindel ülesanne tehniliseks realiseerimiseks. Kui lähteülesanne on edastatud projekteerimiseks tuleb tellida projekteerimistingimused kohalikust omavalitsusest, kui see hõlmab suuremas mahus projekteerimist. Võib juhtuda ka, et neid ei väljastata, siis tuleb projekteerimisel arvestada teiste asutuste tingimustega. Antud lõputöös, ei olnud vajalik tellida projekteerimistingimusi. Peakaitse leiti vastavalt liituja soovitud võimsusele. Suurema peakaitsme korral on liitumispunktis suurem lühisvool, sest on arvestatud vastavate meetmete ja nõuetega. Kui suurem peakaitse töötab, töötab väiksem peakaitse kindlasti. Liituja soovitud peakaitsme suurusest ning alajaama ja liitumispunkti vahelisest kaugusest valitakse maakaabel. Seda sellepärast, et mida kaugemal on nendevaheline vahemaa, seda suurem peab olema kaabli ristlõige, sest sellest sõltub lühisvool. Ainsaks lahenduseks elektriprojektis on kasutada 240mm^2 maakaablit, mis tagab liituja soovitud C-3x100 A liitumissuuruse liitumispunktis, kui arvestada uut mastalajaama suurust 160 kVA. Lisaks mängib rolli C-kateristik, mil kaitseseade rakendub 10-kordse nimivoolu juures, ehk minimaalselt liitumispunkti vajatav lühisvool oleks 1000 A. Elektriprojekti lühisvoolud on arvutatud madalpingevõrkude programmiga Simselect 4, kuhu on arvestatud uue mastalajaama suurus, milleks on 160 kVA. Madalpingevõrgu programmiga sai võrreldud olemasoleva alajaama ja projekteeritava alajaama trafo suuruste erinevusi lühisvooludes liini lõpus, kui ka liini alguses. Sellest sai järeldatud, et olemasoleva trafo suurusest ei piisanud, et tagada liituja poolt soovitud peakaitsme töötavus, küll aga 160 kVA võimsusest piisas, et tagada 100 A peakaitsme töötavus. Lõputöö kõik arvutused vastavad nõuetele ning liituja peakaitsme rakendumine on tagatud õigeaegselt. Projekteeritava uue võimsusega trafo korral on lühisvoolud 4539 A. Kui arvestada veel projekteeritava liini pikkusega ning valitud maakaabli ristlõikega, siis uue trafo võimsuse korral lühisvool langeb tunduvalt rohkem, kui olemasoleva 50 kVA suuruse trafo korral. Kui lähteülesanne on läbi mõeldud ja aru saadud, milleks mida vaja on, on vajalik tellida geodeetiline alusplaan, mille peale koostada asendiplaan. Selleks peab projekteerija eelnevalt objektil käima ning leidma parima lahenduse. Asendiplaanil peab olema näidatud kõik olemasolevad trassid, hooned, teed, haljasalad, puud ja põõsad, mis selguvad geodeetilise alusplaani kättesaamisel. Asendiplaanile projekteeritakse mastalajaam, maakaabelliin ja elektrikilbid. Kui asendiplaan on koostatud, tuleb see saata kooskõlastamiseks kõikidele omanikele, kellega projektis kokku puututakse või kelle kaitsevööndis töid teostatakse ehituse ajal. Kui kooskõlastused on kätte saadud, tuleb koostada iga maaomanikuga, kus kaablitrass paikneb vastavad plaanid, et seadustada projekteeritavale maakaablile kaitsevöönd. Enne projekti üleandmist tuleb koostada töö mahtude tabel, kus tuleb ära näidata materjalide maht ning tööd, mida projekt sisaldab. Seda selleks, et ehitajal oleks lihtsam projekti hõlmavate töödega arvestada. Projekti üleandmiseks tuleb projekt eelnevalt pädeval isikul üle kontrollida, et kõik vastaks nõuetele. Seepeale tuleks projekti failid laadida Elektrilevi OÜ keskkonda ning täita akt vastavalt raamlepingule. Projekteerimise akt hõlmab ehitusprojekti, seadustamist ning kooskõlastusi. Töö eesmärgi täitmiseks oli vajalik koostada liitumisprojekt, mille käigus sai projekteeritud uus mastalajaam, et liituja saaks oma soovitud uue liitumise.

Abstract [en]

The theme of the diploma thesis was the design of a mast substation to increase the connection capacity. The project brief was provided by Elektrilevi OÜ. According to the brief it was necessary to design an electrical project, where installation and construction of a new mast substation, underground cables and switchboards would be conducted. The electrical project took into account the requirements of the customer, valid standards and normative documents. In the first chapter, the author defined the concept of an electricity distribution network and its objectives. Elektrilevi OÜ, one of the largest network companies in Estonia, maintains and develops electricity grids. In addition, the activities of connecting to an electricity grid are described, which involve signing of the grid connection contract between the customer and the network operator. Once the contract has been signed, the network operator has to construct a connection point. The operator´s offer for grid connection depends on how far the connection point is from the substation and the desired capacity of the main fuse. The second chapter outlines the connection agreement process of a specific client. Being aware that the applicant already has a connection point, the purpose of adding another connection was clarified. It was found out that the grid connection is needed for a holiday farm, where the electricity consumption increased during the summer periods. Personal household equipment of the customer was investigated (Tabel 1) and the calculations revealed that, in order to include other major household appliances added by the author, a 32 A fuse would be suitable. In other calculations, where only the household appliances given by the customer were taken into account, the existing 25 A main fuse was suitable. It was concluded that the current main fuse was not sufficient for the holiday farm, especially during events, but it was sufficient for the power consumption in a residential house. The customer wished to use a 100 A main fuse. In order to suffice, it had to be taken into account which equipment could be used during the summer events (Tabel 2). The power consumption of the devices shown in the table may differ from reality. In the case of the first calculation, the answer showed that given the total power of the equipment in the table, the new 100 A main fuse would be sufficient for such equipment. In all calculations, it was assumed that the loads were evenly distributed on all three phases. In the penultimate chapter, the author of the thesis explains the concept of a substation and describes the existing mast substation in the specific electrical project. In addition, various normative documents for the substation have been presented.. For protection against overvoltage, voltage limiters are installed on the new mast substation, the previous mast substation had spark gaps for this purpose. For grounding, an approximately 2 m long ground bus bar and a equipotential bonding ring will be built at the mast substation. The Diploma thesis project also included fitting a current transformer to transmit a measured signal to the meters. The power supply of the current transformer goes to the shorting terminal block of the measuring panel, which consists of a series of terminals for disconnecting the current and voltage measuring circuits and for short-circuiting the secondary circuits of the current transformers. In the final chapter, the author writes about the grid connection project and its nature. In order to prepare the project, it is necessary to have a project brief where a specific task has been set for technical implementation. Once the project brief has been submitted for design, the design provisions must be ordered from the municipality, if it involves a larger-scale design. In the given graduation project, design provisions were not necessary. A suitable main fuse was found as requested by the customer. In the case of a main fuse with larger capacity, there is a higher short-circuit current at the connection point, taking into account the corresponding measures and requirements. If the main fuse with higher amperage works, a lower amperage fuse will definitely work. The underground cable is selected based on the capacity of the main fuse and the distance between the substation and the connection point. This is because the farther the distance between them, the larger the cross-section of the cable must be, because the short-circuit current depends on it. The only option in the electrical project is to use the 240mm^2 underground cable, which ensures the customer´s desired C-3x100 A at the connection point, considering the new mast substation of 160 kVA. The short-circuit currents of the electrical project were calculated with the low-voltage network program Simelect 4. The program was used to compare the differences in the transformer values in the short-circuit currents of the existing substation and the planned substation at the end of the line as well as at the beginning of the line. It was concluded that the size of the existing transformer was not sufficient to ensure the operation of the main fuse requested by the customer, but the capacity of 160 kVA was sufficient to ensure the operation of the 100 A main fuse. All calculations of the thesis meet the requirements and the main fuse works as planned. Once the project brief had been analysed and understood what was needed, it was necessary to order a geodetic base plan, on which to prepare a layout plan. The layout plan must show all existing routes, buildings, roads, green areas, trees and shrubs that are identified on the geodetic base plan. The substation, underground cable line and the electrical switchboards will be designed on the layout plan. Once the layout plan has been prepared, it must be sent for approval to all parties involved in the project including the owners of the protection zone crossed by the new line. Once the approvals have been made, plans will be made with each landowner in order to regularize the protection zone for the planned underground cable. Before handing over the project, a table of work capacity must be prepared, indicating the volume of materials and the activities carried out during the project. This is needed to make it easier for the construction workers to take into account the work involved in the project. In order to hand over a project, the project must be inspected beforehand by a competent person to ensure that everything meets the requirements. After that, the project files should be uploaded to the Elektrilevi OÜ environment and a report filled in accordance with the framework agreement. The design report covers the construction project, legal matters and coordination aspects. In order to fulfill the goal of the project, it was necessary to prepare a connection project, in the course of which a new mast station was designed so that the customer could get the desired new connection.

Item Type: thesis
Advisor: Jaanus Ojangu
Subjects: Mechanical Engineering > Electrical Engineering and Electrical Equipment
Divisions: Institute of Engineering > Electrical Engineering
Depositing User: Karl-Magnus Rebane
Date Deposited: 05 Jun 2020 08:17
Last Modified: 05 Jun 2020 08:17
URI: https://eprints.tktk.ee/id/eprint/5290

Actions (login required)

View Item View Item