Hendrik Talvik KALEV SPA ELEKTRIVARUSTUSE LAHENDAMINE KOLME SISENDI BAASIL LÕPUTÖÖ Mehaanikateaduskond Elektritehnika eriala Tallinn 2017
Mina, Hendrik Talvik, tõendan, et lõputöö on minu kirjutatud. Töö koostamisel kasutatud teiste autorite, sh juhendaja teostele on viidatud õiguspäraselt. Kõik isiklikud ja varalised autoriõigused käesoleva lõputöö osas kuuluvad autorile ainuisikuliselt ning need on kaitstud autoriõiguse seadusega. Lõputöö autor Nimi, allkiri ja allkirjastamise kuupäev Üliõpilase kood.. Õpperühm.. Lõputöö vastab sellele püstitatud kehtivatele nõuetele ja tingimustele. Juhendajad. Nimi, allkiri ja allkirjastamise kuupäev. Konsultandid.... Nimi, allkiri ja allkirjastamise kuupäev Kaitsmisele lubatud..20.a.... teaduskonna dekaan.. Teaduskonna nimetus Nimi ja allkiri
SISUKORD SISSEJUHATUS... 4 1. ÜLEVAADE TÄNAPÄEVASEST ELEKTRIVARUSTUSEST TERVESEKESKUSTES... 6 1.1. Üldnõuded ja standardid... 6 1.2. Tüüpsed elektrivarustuse näited Eesti tervisekeskustes... 6 2. KALEV SPA HOTELL JA VEEKESKUS... 9 2.1. Üldist... 9 2.2. Olemasolev elektrivarustus... 11 3. ELEKTRIVARUSTUSE LAHENDAMINE KOLME SISENDI BAASIL... 13 3.1. Elektrotehnilised arvutused... 13 3.2. Tehniline lahendus... 15 3.3. Olemasoleva ja projekteeritava lahenduse võrdlusanalüüs... 17 3.4. Majanduslik analüüs... 18 3.5. Järeldused ja ettepanekud... 24 KOKKUVÕTE... 25 SUMMARY... 26 VIIDATUD ALLIKAD... 27 LISAD... 29 Lisa 1. Lühisvoolude ja pingelangude arvutus Ecodial programmis... 30 Lisa 2. Selektiivsuse arvutus Curve Direct programmiga... 31 Lisa 3. Draka Keila Cables AXPK kaabel... 32 Lisa 4. Draka Keila Cables XMK kaabel... 33 Lisa 5. Schneider Electric Compact NS1600N kaitselüliti... 34 Lisa 6. Schneider Electric Compact NS1250N kaitselüliti... 36 3
SISSEJUHATUS Kalev SPA hotell ja veekeskus läbib 2017. aasta suvel suuremahulise renoveerimise ja laienduse, mille käigus uuendatakse täielikult kogu veekeskust ning laiendatakse oluliselt hotelli ja restorani. Tööde käigus tehakse ümber ka olemasolev elektrivarustussüsteem, mis vastaks uuele lahendusele. Lõputöö autori huvi teema kohta tekkis siis, kui ettevõte, kus autor töötab, pakkus välja Kalev SPA elektrivarustuse olemasoleva süsteemi analüüsimise ning uue lahendamise. Kuna Kalev SPA elektrivarustus on lahendatud kolme sisendi baasil, siis tegi see olukorra huvitavaks, sest valdav enamik hoonete elektrivarustusest on lahendatud ühe või kahe sisendi baasil. Lisaks on Kalev SPA puhul tegemist ajaloolise ja hästituntud hoonega, mida käsitleda. Hetkel on hoone elektrivarustussüsteem lahendatud kolme liitumispunktiga, kus kaks liitumispunkti asuvad Elektrilevi OÜ alajaamas ning vastavalt võrgulepingule on mõlema liitumispunkti nimivool 3x630 A ja üks hoonesiseses alajaamas, mis asub alajaama trafo 0,4 kv väljundil. Põhitarbimine toimub hoonesisese alajaama toitefiidrist, reservtarbimine käsitsi ümber lülimisega Elektrilevi OÜ toitefiidritest. Olemasolev peakilp on valmistatud kahesektsioonilisena, kus mõlema sektsiooni nimivool on 3x800 A. [Contactus AS sisedokument] Olemasolev süsteem aga tulenevalt uutest tarbimisvõimsustest ei rahulda uusi tingimusi, kuna uue olukorra tarbimisvool ületab olemasoleva peakilbi nimivoolu. Lõputöö eesmärk on leida töötav ning nõuetele vastav lahendus. Selle saavutamiseks tuleb esmalt olemasolevat süsteemi analüüsida, et oleks võimalik kindlaks teha olemasolev olukord. Lõputöös püstitatud eesmärgi saavutamiseks kasutatakse erinevaid meetodeid. Struktuurskeemide koostamiseks kastutatakse programmi AutoCAD. Lühisvoolude ja pingelagu arvutamiseks kasutatakse programmi Ecodial. Selektiivsuse arvutamiseks kasutatakse programmi Curve Direct. Kolmemõõtmeliste mudelite jaoks kasutatakse programmi Tekla BIMsight. 4
Töö esimene peatükk käsitleb nõudeid elektrivarustusele tervisekeskustes ning kuidas on elektrivarustus lahendatud teistes tervisekeskustes. Teine peatükk käsitleb Kalev spaad. Peatükk on jagatud kaheks alapeatükiks. Esimene alapeatükk käsitleb Kalev SPA ajalugu ja olemust ning rekonstruktsiooni ja juurdeehituse mahtu. Teine alapeatükk käsitleb olemasolevat elektrivarustussüsteemi ning selle tööpõhimõtet. Kolmas peatükk käsitleb projekteeritavat lahendust kolme sisendi baasil. Peatükk on jagatud viieks alapeatükiks. Esimene alapeatükk käsitleb elektrotehnilisi arvutusi, mille alla kuuluvad lühisvoolu ja pingelangu arvutus ning selektiivsuse arvutus. Teine alapeatükk käsitleb tehnilist lahendust, selle tööpõhimõtet ja andmeid. Kolmas alapeatükk käsitleb olemasoleva ja projekteeritava lahenduse võrdlusanalüüsi. Neljas alapeatükk käsitleb erinevate energiapakkujate pakkumiste analüüsi ja võrdlust. Viies alapeatükk käsitleb lahendusele tehtud järeldusi ja ettepanekuid. Lõputöö koostatakse Contactus AS poolt tehtava elektripaigaldise põhiprojekti raames, kasutades selleks Kalev SPA poolt saadud teavet ja dokumente 5
1. ÜLEVAADE TÄNAPÄEVASEST ELEKTRIVARUSTUSEST TERVESEKESKUSTES 1.1. Üldnõuded ja standardid Elektrivarustuse osale erinõudeid sätestatud ei ole, need puudutavad madalpingelisi elektripaigaldisi, milledeks on näiteks valgustid, pistikupesad ja lülitid. Täpsemad nõuded on välja toodud järgmistes standardites: EVS-HD 60364-7-701 Madalpingelised elektripaigaldised. Osa 7-701: Nõuded eripaigaldistele ja -paikadele. Vanne ja dušše sisaldavad ruumid ; EVS-HD 60364-7-702 Madalpingelised elektripaigaldised. Osa 7-702: Nõuded eripaigaldistele ja -paikadele. Ujumisbasseinid ja purskkaevud ; EVS-HD 60364-7-703 Madalpingelised elektripaigaldised. Osa 7-703: Nõuded eripaigaldistele ja -paikadele. Saunakeriseid sisaldavad ruumid ja kabiinid ; EVS-HD 60364-7-718 Madalpingelised elektripaigaldised. Osa 7-718: Nõuded eripaigaldistele ja -paikadele. Avalikud asutused ja töökohad. Lõputöö madalpingelisi elektripaigaldisi ning nende standardeid ei käsitle. 1.2. Tüüpsed elektrivarustuse näited Eesti tervisekeskustes Laulasmaa spaa- ja konverentsihotell Laulasmaa spaa- ja konverentsihotellis on ette nähtud toide kahest alajaama toitefiidrist, mis on ühendatud trafoga. Mõlema fiidri jaoks on kasutatud kahte neljasoonelist 240 mm 2 läbimõõduga kaablit markeeringuga AXPK 4G240 ning ühte kolmefaasilist 400 A nimivooluga fiidrikaitselülilit. Peakilbis PK2 toimub lülitus ümberlülititega, kus mõlema fiidri ümberlüliti nimivool on 400 A. Pärast ümberlüliteid on veel kasutusel mõlema fiidri jaoks üks kolmefaasiline 400 A nimivoolu- ja 250 A rakendusvooluga peakaitselüliti. (Joonis 1) 6
Elektrivarustus on kavandatud selliselt, et 1. ja 2. toitefiider varustavad energiaga peakilbi PK2 vastavaid sektsioone. Rikke korral on võimalik ümberlülitusega suunata energia ühelt sektsioonilt teisele, säilitades toite ning vajadusel piirates tarbimisvõimsust. See võimaldab tagada esmavajalike süsteemide ja seadmete töö säilitamise, kuni rike kõrvaldatakse (Joonis 1). Joonis 1. Laulasmaa spaa- ja konverentsihotelli elektrivarustuse lahendus [Contactus AS joonis] Peakilp PK2 nähti ette kahesektsioonilisena nimivooluga I n = 400 A (Joonis 2)..Sektsioon 1 andmed: Pingesüsteem: TN-S, ~50 Hz, 400/230 V; Installeeritud võimsus: ~198 kw; Arvutuslik võimsus: 150 kw; Peakaitse: 3x250 A. [Contactus AS sisedokument] Sektsioon 2 andmed: Pingesüsteem: TN-S, ~50 Hz, 400/230 V; Installeeritud võimsus: ~177 kw; 7
Arvutuslik võimsus: 150 kw; Peakaitse: 3x250 A. [Contactus AS sisedokument] Joonis 2. Laulasmaa spaa- ja konverentsihotelli peakilbi sisestuse fragment [Contactus AS joonis] 8
2. KALEV SPA HOTELL JA VEEKESKUS 2.1. Üldist Kalev SPA eelkäija, Kalevi ujula, projekteeris toonane tipparhitekt Uno Tölpus 1950ndatel aastatel. 50-meetrise basseiniga ujulakompleks valmis 1965. aastal. Ujulas hakati korraldama mitmeid rahvusvahelisi ujumisvõistlusi. [2] 2005. aastal alustati ujula ümberehitustöödega, et muuta kogu kompleks moodsaks puhke- ja vabaajakeskuseks. Uus kompleks, mille projekteeris arhitekt Emil Urbel ning sisekujundas Taavi Aunre, avati 2006. aasta hakul. Uues kompleksis valmisid 100-toaline hotell, restoran, kohvikud, iluja tervisekeskus ning spordiklubi. [2] Kalev SPA on Eesti üks suurimaid veekeskusi, mida külastatakse aastas ligikaudu 400 000 korda. Spaas on üks Eesti kahest 8 ujumisrajaga 50-meetrisest basseinist, mis on tänaseni Eesti ujujate peamine treeningukoht ning tipptasemel ujumisvõistluste toimumispaik. [2] Rekonstruktsioon ja juurdeehitus Rekonstruktsiooni ja juurdeehituse käigus uuenevad täielikult riietus- ja duširuumid koos riietuskappidega ning kogu basseiniruum. Veekeskusesse lisandub veemängude ala lastele, uus väikelaste bassein, laste sünnipäevade tuba, täiendav aurusaun ja madala temperatuuriga saun ning üks uus liutoru. Senisele kolmele liutorule lisatakse uusi efekte ning praegune 25-meetrine bassein ehitatakse ümber lõõgastusbasseiniks koos ringvoolu ja massažiseadmetega. [1] Eraldi alale rajatakse vaikne sauna- ja lõõgastuskeskus, mis on mõeldud täiskasvanutele, kes soovivad puhata vaiksemas keskkonnas. Veekeskuse fuajee peale ehitatakse lahtine suveterrass ja päevitusala, senisele väliterassile lisatakse aga klaaskatus, kaks uut välivanni ning kadakasaun. [1] Hotelli ehitatakse juurde 8 vanalinnavaatega tuba ning 12 pargivaatega tuba, mis laiendab hotelli mahtu viiendiku võrra. Parki rajatava restorani juurdeehitusega suureneb söögikoha pind ligikaudu poole võrra. Spordiklubi jõusaal ja rühmatreeningute saal saavad senisest avaramad, 5 meetri kõrguse 9
kaarlae ja vanalinna vaatega ruumid juurde ehitataval vahekorrusel. Kokku lisandub Kalev Spaasse juurdeehituse ja uue vahekorruse rajamisega 1400 ruutmeetrit pinda (Joonis 3). [1] Joonis 3. Kalev SPA hotelli ja veekeskuse kolmemõõtmeline mudel [Allikas erakogu] 10
2.2. Olemasolev elektrivarustus 2005. aasta Kalevi ujula rekonstrueerimisprojektiga nähti ette toide kahest Elektrilevi OÜ-le kuuluvast alajaama toitefiidrist, mis olid ühendatud trafoga näivvõimsusega Sn = 800 kva. Mõlema sisendi jaoks kasutati kaht neljasoonelist 240 mm 2 läbimõõduga kaablit markeeringuga AXPK 4G240 ning üht kolmefaasilist 800 A nimivoolu- ja 630 A rakendusvooluga peakaitselülitit (Joonis 4). Esialgne elektrivarustuse lahendus oli kavandatud selliselt, et Elektrilevi OÜ-le kuuluvad 1. ja 2. toitefiider varustasid energiaga peajaotuskeskuse PJK vastavaid sektsioone. Rikke korral oli võimalik toiteahela ümberlülitamine vastava sektsiooni lõikes, piirates samas aga oluliselt tarbimisvõimsust. Siiski võimaldas olemasolev lahendus tagada elektrivarustuse esmavajalike süsteemide ja seadmete töö säilitamiseks, kuni rike kõrvaldati (Joonis 4). Joonis 4. Kalev SPA elektrivarustuse esialgne lahendus [Support XXL OÜ joonis] Peajaotuskeskus PJK nähti ette kahesektsioonilisena nimivooluga I n = 800 A. Lisaks nähti ette garanteeritud toite sektsioon, mida varustas elektriga 60 kva näivvõimsusega diiselgeneraator. [Support XXL OÜ sisedokument] Sektsioon 1 andmed: Pingesüsteem: TN-S, ~50 Hz, 400/230 V; Installeeritud võimsus: ~630 kw; 11
Arvutuslik võimsus: 410 kw; Peakaitse: 3x630 A. [Support XXL OÜ sisedokument] Sektsioon 2 andmed: Pingesüsteem: TN-S, ~50 Hz, 400/230 V; Installeeritud võimsus: ~1017 kw; Arvutuslik võimsus: 390 kw; Peakaitse: 3x630 A. [Support XXL OÜ sisedokument] Olemasoleva lahendusega lisandus hoonesse alajaam, kuhu paigaldati 800 kva näivvõimsusega trafo. Kalev SPA otsuseks oli hakata elektrit kasutama hoonesisese alajaama toitefiidrist. Selleks ühendati Elektrilevi OÜ 1. toitefiider peajaotuskeskusest lahti ning hoonesisesest alajaamast tulev toitefiider ühendati peajaotuskeskuse 1. sektsiooni olemasoleva peakaitselüliti taha, kasutades selleks kuueteistkümmet ühesoonelist 300mm 2 läbimõõduga kaablit markeeringuga XMK1x300. Kuna otsustati kasutada ainult hoonesisesest alajaamast tulevat toitefiidrit, siis lülitati Elektrilevi OÜ 2. toitefiider välja ning lülitati peajaotuskeskuse sektsioonide vaheline kaitselüliti sisse. Sellega saavutati olukord, kus põhitarbimine toimus hoonesisese alajaama toitefiidri pealt ning reservtarbimine jäi Elektrilevi OÜ 2. toitefiidri peale. Nagu ka esialgse lahenduse puhul, siis rikke korral oli võimalik viia toide Elektrilevi OÜ toitefiidri peale ning hoida osa süsteemist töös (Joonis 5). Joonis 5. Kalev SPA elektrivarustuse olemasolev lahendus [Contactus AS joonis] 12
3. ELEKTRIVARUSTUSE LAHENDAMINE KOLME SISENDI BAASIL 3.1. Elektrotehnilised arvutused Lühisvool ja pingelang Lühise puhul on tegu elektriahela erineva potentsiaaliga osade ühendust üle lõpmata väikese takistuse, mille tulemusena vool ahelas tõuseb järsult, ületades tunduvalt püsitalitluse lubatud suurima väärtuse. [3, p. 2] Lühisvoolude arvutamisel on kaks eesmärki: Maksimaalselt võimalike lühisvoolude määramine, et kontrollida juhtide ja aparaatide soojuslikku ja elektrodünaamilist vastupidavust lühisele, aga ka lühisvoolude piiramise ning lühise kestuse lühendamise abinõude valikuks; Minimaalselt võimalike lühisvoolude määramine, et kontrollida kaitse tundlikkust ning õigesti valida kaitseaparatuuri parameetrid ning määrata kaitse rakendumise maksimaalne aeg. [3, p. 2] Pingelangu puhul on tegemist elektriallika ja elektritarbijate vahele jääva elektriliini ehk elektriahela mingile osale langeva pinge erinevus elektriallika pingest. [4] Lisa 1 on toodud lühisvoolude ja pingelangude arvutus. Lühisvoolu arvutame Elektrilevi OÜ toitefiidri järgi. Selle jaoks on teada trafo andmed. Elektrilevi OÜ trafo andmed: Näivvõimsus: 800 kva; Nimipinge: 400 V; Nimivool: 1155 A; Juhistik: TN-C. 13
Kaablitena kasutame kahte neljasoonelist 240 mm 2 läbimõõduga kaablit markeeringuga AXPK 4G240. Peakaitselülitina kasutame ühte Schneider Electric NSX1250N tüüpi kolmefaasilist 1250 A nimivoolu- ja 630 A rakendusvooluga peakaitselülitit. Lisaks on arvutusse lisatud kilp 2VJK1, mille arvutustulemusi läheb hiljem vaja selektiivsuse arvutamiseks. Kilbi 2VJK1 andmed: Installeeritud võimsus: 160 kw; Arvutuslik võimsus: 160 kw; Kaabel: 2x(AMCMK4x185Al/57Cu), pikkusega 120 m; Peakaitse: 3x400 A. [Contactus AS joonis] Arvutuste põhjal on võimalik välja lugeda mõlema kilbi lühisvoolud ja pingelangud. Peakilp PK1: Kolmefaasiline lühisvool: 15,6 ka; Ühefaasiline lühisvool: 10,7 ka; Pingelang: 2,17 %. Kilp 2VJK1: Kolmefaasiline lühisvool: 10,1 ka; Ühefaasiline lühisvool: 4,98 ka; Pingelang: 3,55 %. Selektiivsus Selektiivsuse puhul on tegemist kahe või enama liigvoolu kaitseseadme tunnusjoonte selline koordineerimine, et liigvoolude tekkimisel etteantud piirväärtustes rakenduks see kaitse, mis peab neis voolupiirides rakenduma, ja ei rakenduks kaitse, mis rakenduma ei peaks. [5] Selektiivsus on tagatud, kui liigvool, mis läbib mõlemat kaitselülitit, kutsub esile selle liigvoolu põhjustanud rühmaahela kaitseseadme rakendumise, samas kui toitepoolne kaitseseade jääb sisselülitatuks ja tagab ülejäänud elektripaigaldise energiaga varustatuse säilimise. [6, p. 3] Selektiivsus jaguneb täielikuks ja osaliseks selektiivsuseks: 14
Täisselektiivsus on selektiivsus liigvoolu järgi, mille puhul kahest jadamisi ühendatud liigvoolukaitseaparaadist rakendub koormuspoolne aparaat, ilma et see põhjustaks toitepoolse aparaadi rakendumist; Osaline selektiivsus on selektiivsus liigvoolu järgi, mille puhul kahest jadamisi ühendatud liigvoolukaitseaparaadist rakendub koormuspoolne aparaat kuni liigvoolu etteantud väärtuseni, ilma et see põhjustaks toitepoolse aparaadi rakendumist. [7] Lisa 2 on toodud selektiivsuse arvutus. Selektiivsuse arvutamiseks kontrollime selektiivsust peakilbi PK1 peakaitselüliti ja kilbi 2VJK1 peakaitselüliti vahel. Kasutades lühisvoolu arvutustes olevaid andmeid teame, et kilbi 2VJK1 ühefaasiline lühisvool on 4,98 ka. Selektiivsuse arvutusest on näha, et 5 ka juures rakendub kilbi 2VJK1 peakaitselüliti enne, kui peakilbi PK1 peakaitselüliti, rakendudes 0,7 s jooksul. Arvutusest saab järeldada, et antud olukorras on tagatud täisselektiivsus, kuna igal juhul rakendub rühmakilbi peakaitselüliti enne, kui peakilbi peakaitselüliti. 3.2. Tehniline lahendus Projekteeritavas lahenduses on taastatud esialgne lahendus, kus Elektrilevi OÜ 1. toitefiider on ühendatud projekteeritava peakilbi 1. sektsiooni ning 2. toitefiider 2. sektsiooni, kasutades selleks mõlema toitefiidri puhul kahte neljasoonelist 240 mm 2 läbimõõduga kaablit markeeringuga AXPK 4G240 ning ühte Schneider Electric NSX1250N tüüpi kolmefaasilist 1250 A nimivoolu- ja 630 A rakendusvooluga peakaitselülitit. Lisaks on hoonesisese alajaama sisend ühendatud peakilbi PK 1. sektsiooni, kasutades selleks kuueteistkümmet ühesoonelist 300mm 2 läbimõõduga kaablit markeeringuga XMK1x300 ning ühte Schneider Electric NS1600N tüüpi kolmefaasilist 1600 A nimivoolu- ja 1250 A rakendusvooluga peakaitselülitit. Vastavalt Kalev SPA esindaja väitele on võimalik vajadusel 800 kva trafo asendamine 1000 kva trafoga. Seetõttu on võimalik hoonesisese alajaama sisendi peakaitselüliti rakendusvoolu reguleerida kuni 1500 A, et tagada suurema näivvõimsusega trafo normaalse töö. Olemasoleva trafo asendamise otsustab ja vajadusel teostab Kalev SPA väljaspool lõputöö mahtu (Joonis 6). Projekteeritava elektrivarustuse põhimõte seisneb selles, et oleks võimalik vajadusel kasutada nii hoonesisese alajaama toitefiidrit kui ka Elektrilevi sisendeid. Projekteeritava lahendusega on ette nähtud põhitarbimine hoonesisese alajaama toitefiidrist ning reservtarbimine Elektrilevi 15
toitefiidritest. Vajadusel on võimalus käsitsi ümber lülimise abil kasutada Elektrilevi toitefiidreid põhitarbimise jaoks (Joonis 6). Joonis 6. Kalev SPA elektrivarustuse projekteeritav lahendus [Contactus AS joonis] Projekteeritav peakilp nähakse ette kahesektsioonilisena nimivooluga I n = 1600 A tingimusega, et oleks võimalik kasutada nii hoonesisese alajaama sisendit kui ka Elektrilevi sisendeid (Joonis 7). Sektsioon 1 andmed: Pingesüsteem: TN-S, ~50 Hz, 230/400 V; Installeeritud võimsus: ~800 kw; Arvutuslik võimsus: 350 kw; Arvutuslik vool: 544 A; Peakaitse: 3x1250 A (1000 kva trafo puhul võimalus reguleerida kuni 1500 A). [Contactus AS sisedokument] Sektsioon 2 andmed: Pingesüsteem: TN-S, ~50 Hz, 230/400 V; Installeeritud võimsus: ~1100 kw; Arvutuslik võimsus: 400 kw; Arvutuslik vool: 610 A; Peakaitse: 3x630 A (Elektrilevi OÜ 1. toitefiider); Peakaitse: 3x630 A (Elektrilevi OÜ 2. toitefiider). [Contactus AS sisedokument] 16
Joonis 7. Kalev SPA projekteeritava peakilbi PK1 sisestuse fragment [Contactus AS joonis] 3.3. Olemasoleva ja projekteeritava lahenduse võrdlusanalüüs Projekteeritav lahendus omab olemasoleva lahenduse üle mitmeid eeliseid. Esiteks on projekteeritava lahendusega tagatud uue olukorra nõudlus olemasolev lahendus ei suudaks tagada uue olukorra tingimusi, kuna uue olukorra tarbimisvool (1144 A) ületab olemasoleva peakilbi nimivoolu (800 A). Projekteeritava lahendusega on uue peakilbi nimivool 1600 A, mis tagab nii uue olukorra nõudluse, kui ka hilisema lisamisvõimaluse. Lisaks on vajadusel võimalik hoonesisese alajaama 800 kva näivvõimsusega trafo asendamine 1000 kva näivvõimsusega trafoga, mis tagab parema läbilaskevõime kui 800 kva näivvõimsusega trafo nimivool on 1155 A, siis 1000 kva näivvõimsusega trafo nimivool on 1443 A. Teiseks on projekteeritava lahendusega tagatud efektiivsem rikkekindlus olemasoleva lahendusega tuleks rikke korral oluliselt piirata tarbimisvõimsust, et tagada osaline elektrivarustus. Projekteeritava lahendusega on võimalik rikke korral mõlemad peakilbi sektsioonid ümber lülitada Elektrilevi OÜ toitefiidrite peale, ilma et peaks rakendama tarbimisvõimuse piiramist, kuna Elektrilevi OÜ toitefiidrid suudavad peakilbi täies mahus ära toita. Kolmandaks tekib projekteeritava lahendusega võimalus valida erinevate energiapakkujate vahel, kuna elektrit on võimalik tarbida nii hoonesisese alajaama toitefiidrilt kui ka Elektrilevi OÜ 17
toitefiidritelt. See annab Kalev spaale võimaluse manipuleerida hindadega, et tagada võimalikult soodne pakkumine, vähendades sellega kulutusi. 3.4. Majanduslik analüüs Kalev SPA on projekteeritava lahendusega võimalik tarbida elektrit nii läbi hoonesisese alajaama toitefiidrilt kui ka Elektrilevi OÜ toitefiidritelt. See tähendab ka seda, et Kalev spaal on võimalik valida erineva pakkuja vahel. Hetkel ostab Kalev SPA elektrit Pakkuja 1 1 käest, kuna leitakse, et see tuleb majanduslikult soodsam, kui osta elektrit Pakkuja 2 käest. Tabelis 1 on välja toodud hoone elektri tarbimine märtsis 2017 (Tabel 1). Kogus, Teenus MWh Elektri üldine tarbimine 234 Elektri päevane tarbimine 134 Elektri öine tarbimine 100 Võrguühenduse kasutamine (MW) 0.43 Tabel 1. Kalev SPA elektri tarbimine märtsis 2017 [Kalev SPA sisedokument] Pakkuja 1 pakkumise analüüs Tabelis 2 on välja toodud Pakkuja 1 elektri tarbimise hinnad ühe kuu kohta (Tabel 2). Hind Teenus EUR/MWh Elektri üldine tarbimine 33.90 1 Kalev SPA soovil ei avalikustata elektripakkujate nimesid 18
Elektri päevane tarbimine 38.20 Elektri öine tarbimine 22 Võrguühenduse kasutamine (EUR/MW) 1520 Taastuvenergia tasu 10.40 Elektriaktsiis 4.47 Allahindlus (15%) -4.69 Tabel 2. Pakkuja 1 elektri tarbimise hinnad [Kalev SPA sisedokument] Tabeli 2 andmete põhjal on võimalik välja arvutada elektri tarbimisele minev kulu, kasutades selleks valemit (1): üldise tarbimise summa = üldine tarbimine üldise tarbimise hind, (1) kus üldise tarbimise summa üldine tarbimine üldise tarbimise hind EUR; MWh; EUR. Vastavalt valemile (1) leitakse üldisele tarbimisele minev kulu ühe kuu kohta: üldise tarbimise summa = 234 33.90 = 7 933 (EUR) Valemi (1) abiga on võimalik välja arvutada ka ülejäänud tarbimisele minevad kulud, asendades valemis vastava tarbimise ja hinna: päevase tarbimise summa = 134 38.20 = 5 119 (EUR) öise tarbimise summa = 100 22 = 2 200 (EUR) võrguühenduse kasutamise summa = 0.43 1 520 = 654 (EUR) taastuvenergia tasu = 234 10.40 = 2 434 (EUR) 19
elektriaktsiis = 234 4.47 = 1 046 (EUR) allahindlus (15%) = 234 ( 4.69) = 1 098 (EUR) Tarbimise koondsumma saamiseks liidame kõik tarbimisele minevad kulud kokku, kasutades selleks valemit (2): tarbimine kokku = üldine tarbimine + päevane tarbimine + öine tarbimine + võrguühenduse kasutamine + taastuvenergia tasu + elektriaktsiis + ( allahindlus) (2) Vastavalt valemile (2) leitakse tarbimise koondsumma: tarbimine kokku = 7 933 + 5 119 + 2 200 + 654 + 2 434 + 1 046 + ( 1 098) = 18 288 (EUR) Lisaks tasutakse Eesti Energiale käiduteenuste eest 175 eurot: tarbimine kokku = 18 288 + 175 = 18 463 (EUR) Juurde arvestatakse veel käibemaks (20%), kasutades selleks valemit (3): Vastavalt valemile (3) leitakse käibemaksu suurus: käibemaks = tarbimine kokku 20% (3) käibemaks = 18 463 20% = 3693 (EUR) Lõpetuseks lisatakse käibemaks tarbimise kogusummale, kasutades valemit (4): tarbimise summa kokku = tarbimine kokku + käibemaks (4) Vastavalt valemile (4) leitakse tarbimisele minev kogusumma: tarbimise summa kokku = 18 463 + 3 693 = 22 156 (EUR) Pakkuja 2 pakkumise analüüs Tabelis 3 on välja toodud Pakkuja 2 elektri tarbimine hinnad (Tabel 3). 20
Hind Teenus EUR/MWh Elektri üldine tarbimine 42.39 Elektri päevane tarbimine 38.20 Elektri öine tarbimine 22 Võrguühenduse kasutamine (EUR/MW) 1520 Taastuvenergia tasu 10.40 Elektriaktsiis 4.47 Tabel 3. Pakkuja 2 elektri tarbimise hinnad [Kalev SPA sisedokument] Kasutades valemit (1) saab välja arvutada üldisele tarbimisele mineva kulu: üldise tarbimise summa = 234 42.39 = 9 919 (EUR) Kuna ülejäänud tarbimisele minevad kulud on samad, mis Pakkuja 1 puhul, siis kasutatakse neid andmeid ka Pakkuja 2 puhul. Vastavalt valemile (2) leitakse tarbimise koondsumma: tarbimine kokku = 9 919 + 5 119 + 2 200 + 654 + 2 434 + 1 046 = 21 372 (EUR) Lisaks tasutakse Eesti Energiale käiduteenuste eest 175 eurot: tarbimine kokku = 21 372 + 175 = 21 547 (EUR) Vastavalt valemile (3) leitakse käibemaksu suurus: käibemaks = 21 547 20% = 4 310 (EUR) Vastavalt valemile (4) leitakse tarbimisele minev kogusumma: 21
tarbimise summa kokku = 21 547 + 4 310 = 25 857 (EUR) Pakkujate võrdlus Kasutades Pakkuja 1 ja Pakkuja 2 analüüsis leitud andmeid koostatakse pakkujate vaheline võrdlus. Tabelis 4 on välja toodud pakkujate võrdlus (Tabel 4). Teenus Pakkuja 1 hind, EUR Pakkuja 2 hind, EUR Vahe, % Elektri üldine tarbimine 7933 9919 20 Elektri päevane tarbimine 5119 5119 0 Elektri öine tarbimine 2200 2200 0 Võrguühenduse kasutamine 654 654 0 Taastuvenergia tasu 2434 2434 0 Elektriaktsiis 1046 1046 0 Allahindlus -1098 0 Tarbimise koondsumma (koos käibemaksuga) 22156 25857 14 Tabel 4. Pakkujate võrdlus Tabeli 4 andmete ja tulemuste põhjal on võimalik näha, et Pakkuja 1 tarbimise koondsumma on pea 15% soodsam Pakkuja 2 omast. Soodsama hinna tagab Pakkuja 1 see, et elektri üldine tarbimine on Pakkuja 2 omast 20% soodsam. Selle põhjuseks on Pakkuja 1 elektri üldise tarbimise teenuse odavam hind Pakkuja 1 puhul on see 33.90 EUR/MWh, Pakkuja 2 puhul 42.39 EUR/MWh. Lisaks annab Pakkuja 1 allahindlust, mis on 15% odavam Eesti Energia AS võrgutasust. Muude teenuste hinnad on Pakkuja 1 ja Pakkuja 2 puhul võrdsed (Joonis 8). 22
Pakkuja 1 ja Pakkuja 2 võrdlus, EUR 12000 10000 9919 8000 7933 6000 5119 5119 4000 2000 0-2000 1986 Elektri üldine tarbimine Elektri päevane tarbimine 2200 2200 2434 2434 1046 1046 654 654 0 0 0 0 0 Elektri öine tarbimine Võrguühenduse kasutamine Taastuvenergia tasu Elektriaktsiis 1098 0 Allahindlus -1098 Pakkuja 1 Pakkuja 2 Vahe Joonis 8. Pakkuja 1 ja Pakkuja 2 võrdlus Joonise 8 põhjal on võimalik näha, et Pakkuja 1 puhul on elektri üldise tarbimise pealt võimalik säästa 1986 eurot ning allahindlusega lisaks 1098 eurot kuus. Arvestades kõik hinnad kokku on Pakkuja 1 puhul võimalik säästa 3701 eurot kuus, mis on kajastatud joonisel 9 (Joonis 9). 23
Pakkuja 1 ja Pakkuja 2 võrdlus, EUR 30000 25000 22156 25857 20000 15000 10000 5000 3701 0 Tarbimise koondsumma Pakkuja 1 Pakkuja 2 Vahe Joonis 9. Pakkuja 1 ja Pakkuja 2 võrdlus Analüüsi tulemusena on võimalik järeldada, et Pakkuja 1 pakkumine on parem kui Pakkuja 2 pakkumine, kuna see annab märgatava säästu Pakkuja 2 pakkumise üle. Seetõttu saab kinnitada, et Kalev SPA kasutab hetkel soodsamat lahendust ning vajadust vahetamiseks ei ole. 3.5. Järeldused ja ettepanekud Töö põhjal saab järeldada, et leitud sai kõige optimaalsem lahendus, kuna projekteeritav lahendus tagab uue olukorra normaalse töötamise ning hilisema lisamisvõimaluse, tagatud on efektiivsem rikkekindlus kahe tarbimisrežiimi näol ning tekkinud on võimalus valida erinevate energiapakkujate vahel, tagades soodsama pakkumise ning väiksemad kulud. Projekteeritava lahenduse puhul on tegu lahendusega, mida on võimalik tulevikus rakendada ka teiste samasuguste elektrivarustusega hoonete juures, mis loob võimaluse valida erinevate toitefiidrite ja energiapakkujate vahel. 24
KOKKUVÕTE Lõputöö raames osaleti Contactus AS poolt tehtava Kalev SPA elektripaigaldise põhiprojektis. Kalev SPA elektrivarustus tuli viia vastavusse uue olukorra nõudlusele. Töö esimeses osas anti ülevaade tänapäevasest elektrivarustusest tervisekeskustes, mille alla kuulus üldnõuded ja standardid ning elektrivarustus Laulasmaa spaa- ja konverentsihotelli näitel, kus oli elektrivarustus lahendatud kahe sisendi ja ristlülituse baasil. Töö teises osas anti ülevaade Kalev SPA hotelli ja veekeskuse minevikust, olevikust ja tulevikust ning analüüsiti olemasolevat lahendust, mille tulemusel leiti, et algselt oli elektrivarustus lahendatud kahe Elektrilevi OÜ toitefiidri baasil, kuid kuhu hiljem lisandus ühe toitefiidriga hoonesisene alajaam ning kus Elektrilevi OÜ 1. toitefiider välja lülitati ning toitefiidri kaabel lahti ühendati, muutes süsteemi selliselt, et põhitarbimine hakkas toimuma läbi hoonesisese alajaama toitefiidri ning reservtarbimine jäi Elektrilevi OÜ 2. toitefiidri peale. Töö kolmandas, kõige olulisemas osas leiti elektrivarustuse lahendus kolme sisendi baasil, mille saavutamiseks koostati elektrotehnilised arvutused lühisvoolude, pingelangude ja selektiivsuse kohta ning koostati võrdlusanalüüs projekteeritava ja olemasoleva lahenduse vahel. Lisaks analüüsiti erinevate energiapakkujate pakkumisi, kuna uue lahendusega oli tekkinud võimalus valida erinevate pakkujate vahel, mille tulemusel leiti, et Pakkuja 1 pakkumine oli pea 4000 eurot odavam, kui Pakkuja 2 oma. Töö tulemusel leiti kõige optimaalsem lahendus, mis tagab uue olukorra nõudluse ning hilisema lisamisvõimaluse, efektiivsema rikkekindluse erinevate tarbimisrežiimide näol ning võimaluse valida erinevate energiapakkujate vahel, et tagada soodsaim hind. Projekteeritava lahenduse puhul on tegu lahendusega, mida on võimalik tulevikus rakendada ka teiste samasuguste elektrivarustusega hoonete juures, mis loob võimaluse valida erinevate toitefiidrite ja energiapakkujate vahel. 25
SUMMARY The topic of the thesis The Solving of Kalev SPA Electrical Supply Based on Three Low Voltage Inputs came from Contactus AS electrical project for Kalev SPA. Kalev SPA electrical supply had to correspond to the new situation. The first part gave an overview of modern electrical supplies in spas, which included main standards and regulations and electrical supply in Laulasmaa SPA, where it was based on two low votalge inputs and multiway switching. The second part gave an overview of the past, present and future of Kalev SPA and analysed the current electrical supply solution, where it was found that originally the electrical supply was based on two Elektrilevi OÜ inputs, but where an input from the internal substation was added later, which meant that one of the inputs from Elektrilevi OÜ was turned off and the cable was disconnected. This changed the situation so, that the main consumption was from the internal substation s input and reserve conspumption from the Elektrilevi OÜ second input. The third, and the most important part found the solution to electrical supply based on three inputs. To achieve that, electrotechnical calculations about short circuit current, voltage drop and selectivity were made and a comparison analysis between the current and designed solution was conducted. Also, an economical analysis between different energy provider s offers was carried out, because the designed solution opened up a chance to choose between different providers. With the analysis, it was found that the 1st provider s offer was almost 4000 euros cheaper than the 2nd provider s offer. As a result of this thesis, the most optimal solution was found, which corresponds to the new situation and gives a chance to expand the system later. Also, it ensures a better resistance to breakdowns. Finally, it creates an opportunity to choose between different energy providers, to guarantee a cheaper solution. The designed solution can also be used in other buildings, where a similar power supply system is being used. 26
VIIDATUD ALLIKAD [1] Kalev SPA, OÜ Kalevi Veekeskus, Kalev Spa investeerib 5 miljonit eurot laiendus- ja uuendusprojekti, [Võrgumaterjal]. Available: http://kalevspa.ee/kalev-spa-investeerib-5- miljonit-eurot-laiendus-ja-uuendusprojekti/?cat=442. [Kasutatud 21 mai 2017]. [2] Kalev SPA, OÜ Kalevi Veekeskus, Kalev Spast, [Võrgumaterjal]. Available: http://kalevspa.ee/kalev-spast/. [Kasutatud 21 mai 2017]. [3] R. Teemets, Lühised elektrivõrkudes. Elektrivarustuse töökindlus., 2014. [Võrgumaterjal]. [Kasutatud 2017 mai 21]. [4] Vikipeedia, Pingelang, Vikipeedia, [Võrgumaterjal]. Available: https://et.wikipedia.org/wiki/pingelang. [Kasutatud 2017 mai 21]. [5] EVS-EN 60947-1:2008 Madalpingelised lülitusaparaadid. Osa 1: Üldreeglid, Tallinn: Eesti Standardikeskus, 2008. [6] ABB Group, ABB madalpinge kaitselülitite selektiivsus, 2006. [Võrgumaterjal]. [Kasutatud 21 mai 2017]. [7] EVS-EN 60947-2:2006 Madalpingelised lülitusaparaadid. Osa 2: Kaitselülitid, Tallinn: Eesti Standardikeskus, 2006. [8] AS Draka Keila Cables, AXPK-PLUS, [Võrgumaterjal]. [Kasutatud 21 mai 2017]. [9] AS Draka Keila Cables, AXMK-PLUS ja XMK-PLUS 1-juhtmeline, [Võrgumaterjal]. [Kasutatud 21 mai 2017]. 27
[10] Schneider Electric, circuit breaker Compact NS1600N - Micrologic 5.0-1600 A - 3 poles 3t, [Võrgumaterjal]. [Kasutatud 21 mai 2017]. [11] Schneider Electric, circuit breaker Compact NS1250N - Micrologic 5.0-1250 A - 3 poles 3t, [Võrgumaterjal]. [Kasutatud 21 mai 2017]. 28
LISAD Lisa 1. Lühisvoolude ja pingelangude arvutus Ecodial programmis Lisa 2. Selektiivuse arvutus Curve Direct programmis Lisa 3. Draka Keila Cables AXPK kaabel [8] Lisa 4. Draka Keila Cables XMK kaabel [9] Lisa 5. Schneider Electric Compact NS1600N kaitselüliti [10] Lisa 6. Schneider Electric Compact NS1250N kaitselüliti [11] 29
Lisa 1. Lühisvoolude ja pingelangude arvutus Ecodial programmis
Lisa 2. Selektiivsuse arvutus Curve Direct programmiga
Lisa 3. Draka Keila Cables AXPK kaabel 32
Lisa 4. Draka Keila Cables XMK kaabel 33
Lisa 5. Schneider Electric Compact NS1600N kaitselüliti 34
35
Lisa 6. Schneider Electric Compact NS1250N kaitselüliti 36
37