7.2 Категории электроприемников по надежности электропитания

В каждой из групп электроприемников на предприятии могут быть электроприемники, по-разному влияющие на технологический процесс производства и поэтому требующие различной степени надежности электроснабжения.

На предприятиях могут быть такие электроприемники, перерывы в электроснабжении которых, недопустимы даже на сравнительно короткий срок, необходимый дежурному персоналу на переключения, связанные с восстановлением питания после аварийного отключения поврежденного участка сети. При этом одни и те же по своему характеру и назначению потребители на одних предприятиях могут совсем не допускать перерывов питания, а на других могут допускать эти перерывы на некоторый срок без ущерба для производства.

Иногда перерывы в электроснабжении могут приводить к образованию взрывоопасных концентраций газов, например в некоторых шахтах при прекращении вентиляции, что грозит опасностью для жизни людей. В других случаях внезапные перерывы в электроснабжении приводят к расстройствам сложных непрерывных техно­логических процессов, к выходу из строя основного технологического оборудования. К числу таких процессов можно отнести непрерывные высокопроизводительные станы горячей прокатки металла. При внезапном прекращении питания остановившийся горячий металл выводит из строя дорогостоящие прокатные валки, вызывает необходимость их смены и новой длительной настройки процесса прокатки.

Некоторые производства при перерывах в электроснабжении несут потери только от недовыработки продукции.

В соответствии с характером ущерба, который может быть нанесен отдельному предприятию при внезапных перерывах электроснабжения, разработаны определения категорий электроприемников в отношении обеспечения надежности их электроснабжения.

Правила устройства электроустановок (ПУЭ), являющиеся основным нормативным документом при проектировании электроустановок в РФ, в отношении обеспечения надежности электроснабжения подразделяют электроприемники на следующие категории:

особая группа 1-й категории — электроприемники, внезапный перерыв в электроснабжении которых грозит опасностью для жизни людей или может привести к разрушению основного оборудования, к взрывам. Для электроприемников особой группы 1-й ка­тегории требуются дополнительные устройства в системе электропитания, обеспечивающие работу производства при аварийном отключении основных источников питания.

1-я категория — электроприемники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб, повреждение оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение работы особо важных элементов народного хозяйства.

2-я категория — электроприемники, перерыв в электроснабжении которых связан с массовым недовыпуском продукции, простоем рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушением нормальной дея­тельности значительного количества городских жителей.

3-я категория — все остальные электроприемники, не подходящие под определение 1-й и 2-й категорий, допускающие перерывы в электроснабжении без существенного ущерба для потребителей в течение времени, необходимого для ремонта или замены вышедшего из строя электрооборудования, но не более одних суток.

Отнесение электроприемников к той или иной категории в отношении требований к бесперебойности электроснабжения производится проектировщиками-электриками совместно с технологами проектируемого предприятия на основе имеющегося опыта эксплуатации аналогичных производств. При этом необходимо уточнять степень резервирования в технологическом оборудовании, не допуская излишнего резервирования, в систе­мах электроснабжения.

В соответствии с категорийностью электроприемников к системам электроснабжения предъявляются различные обязательные требования, определяющие структуру эелектротехнической установки для питания потребителей (однотрансформатрная, двухтрансформаторная подстанция, число резервных дизельных электростанций, источников бесперебойного питания) и схемы подключения трансформаторной подстанции к энергосистеме.

Электроприемники особой группы 1-й категории отличаются от относимых к 1-й категории тем, что питание их электроэнергией при выводе в длительный ремонт любого элемента системы электроснабжения должно обеспечиваться от двух независимых источников и третьего независимого источника. Мощность третьего независимого источника питания должна быть минимальной, но достаточной для выполнения мероприятий по безаварийной работе производства.

Электроприемники 1-й категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания. Перерыв электроснабжения для них может быть допущен только на время автоматического ввода резервного питания.

Электроприемники 2-й категории допускают перерывы в электроснабжении на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала.

Питание электроприемников 2-й категории допускается, например, по одной воздушной линии напряжением 6 кВ и выше при условии, что повреждения на этой линии могут устраняться сравнительно быстро дежурными выездными бригадами цехов сетей и подстанций данного предприятия или ремонтными дежурными бригадами сетевого района энергосистемы.

Электроснабжение электроприемников 2-й категории по кабелям допускается по одной линии, но при этом линия должна состоять не менее чем из двух параллельных кабелей, присоединенных через свои разъединители к шинной сборке. Такое решение позволяет быстро найти поврежденный кабель и отключить его, восстановив временно питание по оставшимся неповрежденным кабелям. Ремонт вышедшего из строя кабеля совмещают его с профилак­тическим ремонтом технологического оборудования.

При проектировании электрических сетей необходимо стремиться к созданию надежных и удобных для эксплуатации схем электроснабжения, исходя из требований категорийности потребителей.

8 Конфигурация внутренних сетей предприятия

Конфигурация внутренних сетей предприятия может быть радиальной, магистральной и смешанной, показанные на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1 - Конфигурация внутренних сетей предприятия

Радиальная схема электросети показана на рисунке 8.2. Такие схемы применяются в условиях неравномерного электроснабжения по территории цеха, а так же не в благоприятных условиях: пажаро и взрывоопасных, а так же агрессивных средах. Еще одним весомым преимуществом радиальных схем является высокая надежность электроснабжения и удобные условия эксплуатации электросети. В аварийной ситуации выключенным оказывается тот приемник, на электросети которого произошло отключение. Но при всех достоинствах радиальной схемы, она является очень дорогой, за счет большого расстояния прокладки электросети и связанных с этим затрат на монтаж и материалы.

Магистральные схемы электросети показаны на рисуке 2. Они используются при электроснабжении нескольких электрических приемников одной технологической установки. Технологическое установки, размещаются равномерно по помещению.

При электроснабжении одиночных электроприемников применяются два вида магистральных линий: питающая (магистральный шинопровод) и распределительная (распределительный шинопровод).

Магистральные схемы часто используются в системе «блок трансформатор-магистраль». Подключение к трансформатору магистрали производится с помощью шкафа с встроенным автоматическим выключателем. Магистрали выполняют, как правило, магистральными ш инопроводами. К магистральному шинопроводу подключаются распределительные шинопровода и отдельные электроприемники.

Рисунок 8.2 -

За счет монтажа электросети шинопроводами, что придает конструкции гибкость, такие электрические сети являются менее затратными и трудоемкими, чем радиальные электросети. А такое свойство, как гибкость электросети позволяют развивать электросеть или уменьшать количество присоединений. Отрицательным свойством использования магистральной электросети, является отключение всех электрических приемников при аварии.

Смешанные схемы. Учитывая особенности радиальных и магистральных сетей, в условиях эксплуатации обычно применяют смешанные схемы в зависимости от характера производства, условий окружающей среды и т.д. Например, в механических цехах машинострроительной промышленности при системе блока «трансформатор - магистраль» электроснабжение выполняется магистральным шинопроводом, к которому присоединяют распределительные штепсельные шинопроводы, и от них радиальными линиями осуществляется питание всех электроприемников цеха. На некоторых участках цеха устанавливают распределительные пункты для питания электроприемников, которые присоединяют к ближайшим магистральным или распределительным шинопроводам. В прокатных, кузнечных, литейных и других цехах распределительная сеть подключается к распределительным пунктам.

Выбор напряжения питающих сетей промышленных предприятий

Выбор напряжения питающих сетей зависит от напряжений сетей энергосистемы в данном районе, от мощности, потребляемой предприятием, его удаленности от источника питания, числа и мощности электроприемников (электродвигателей, электропечей, преобразователей и пр.). При неоднозначности выбора величины напряжения следует проводить технико-экономическое сравнение различных вариантов. При равенстве или незначительной разнице затрат (5—10 %) предпочтение следует отдавать варианту с более высоким напряжением

Питание крупных энергоемких предприятий от сетей энергосистемы следует осуществлять на напряжении 110, 220 или 330 кВ. Напряжение 110 кВ — при потребляемой мощности 10—150 МВА, напряжение 220 кВ и выше целесообразно применять при потребляемой мощности более 120—150 МВА. Напряжение 35 кВ имеет экономические преимущества при передаваемой мощности не более 10 МВА. Его применение целесообразно для удаленных насосных станций водозаборных сооружений промышленных предприятий, для распределения электроэнергии на предприятиях указанной мощности с помощью глубоких вводов в виде магистралей, к которым присоединяются трансформаторы 35/0,4 кВ или 35/10(6) кВ; а также для питания мощных электроприемников на предприятиях большой мощности. Напряжение 10(6) кВ может быть использовано при питании предприятия от собственной электростанции, а также при небольшой потребляемой мощности и небольших расстояниях от предприятия до подстанции энергосистемы

Выбор напряжения распределительных сетей высокого напряжения

Распределительную сеть энергоемкого производства при сооружении нескольких подстанций глубокого ввода и питании их от УРП рекомендуется выполнять следующим образом: • первая ступень распределения электроэнергии на напряжении 110кВ; • вторая ступень распределения электроэнергии на напряжении 10 кВ. Напряжение 35 кВ в качестве распределительного может быть применено на энергоемком предприятии с мощными специфическими электроприемниками (электропечи, преобразовательные установки и др.), для которых целесообразно создание локальной сети 35 кВ, не являющейся сетью общего назначения. Питание этой сети осуществляется либо от трехобмоточных трансформаторов ГПП с обмоткой среднего напряжения 35 кВ, либо от специальных трансформаторов 110(330)/35 кВ. Напряжение 10 кВ рекомендуется в качестве основного для распределения электроэнергии по территории предприятия. Использование напряжения в 6 кВ следует ограничивать и применять при следующих обстоятельствах: • при питании предприятия от собственной электростанции на генераторном напряжении; • при большом числе электродвигателей небольшой мощности (до 500 кВт); • при реконструкции или расширении действующего предприятия, ранее запроектированного на данное напряжение. При наличии на предприятии большого числа двигателей напряжением 6 кВ (более 20 % суммарной потребляемой мощности) целесообразна установка на главной понизительной подстанции трансформаторов с расщепленной обмоткой 110/10(6) кВ. В этом случае на территории предприятия выполняются сети двух напряжений: • 10 кВ — для питания трансформаторов 10/0,4 кВ; • 6 кВ — для питания электродвигателей. Если электродвигатели напряжением 6 кВ составляют менее 20 % общего числа электродвигателей, целесообразна групповая установка трансформаторов 10/6 кВ. Использование в этом случае трансформаторов 110/10/6 кВ приведет к значительному завышению мощности трансформаторов, так как соотношение номинальных мощностей обмоток 100/50/50 %. Если доля двигателей напряжением 6 кВ превышает 80 % суммарной потребляемой мощности, то от выполнения сети 10 кВ можно отказаться. В начале 60-х годов ГОСТом было введено напряжение 20 кВ. Применение этого напряжения во многих случаях может быть экономически оправданным для питающих и распределительных сетей предприятия, так как позволяет увеличить радиус обслуживания подстанций, уменьшить потери мощности, энергии, напряжения, сократить расход цветных металлов, в ряде случаев сократить число трансформаций напряжения [6]. При проектировании напряжение 20 кВ, как правило, не рассматривается, так как фактически не налажен выпуск электрооборудования на это напряжение. Для распределения электроэнергии в электрических сетях переменного тока до 1 кВ могут применяться напряжения 380 и 660 В. Напряжение 380 В получило широкое распространение на промышленных предприятиях с большим числом электродвигателей малой и средней мощности (до 200 кВт). Для питания двигателей мощностью выше 200 кВт используется напряжение 6 кВ. Достоинством использования напряжения 380 В является возможность совместного питания силовой и осветительной нагрузки, к недостаткам можно отнести следующее: • имеют место большие потери мощности, энергии, напряжения, особенно в протяженных электрических сетях; • возникает необходимость использования распределительной сети напряжением 6 кВ при наличии на предприятии двигателей мощностью 200—630 кВт. С 1962 г. напряжение 500 В было заменено на напряжение 660 В. Технико-экономические расчеты [6, 7] показали целесообразность применения напряжения 660 В. Переход на напряжение 660 В дает следующие преимущества: • повышается пропускная способность сети и уменьшаются потери энергии в ней; • увеличивается радиус действия цеховых трансформаторных подстанций, что приводит к увеличению единичной мощности трансформаторов, уменьшению числа трансформаторов и, следовательно, сокращению числа линий и выключателей, питающих трансформаторную подстанцию; • отпадает необходимость применения напряжения 6 кВ, что значительно упрощает схему электроснабжения; • повышается предельная мощность двигателей за счет уменьшения тока статора двигателя, что дает экономию на стоимости двигателя и увеличение его КПД на 1,5—2 %. Напряжение 660 В находит применение во многих отраслях промышленности: горно-добывающей, металлургической, химической, текстильной и др. При проектировании систем электроснабжения напряжение 660 В рекомендуется применять [5]: • при значительной протяженности сетей низкого напряжения; • когда основную часть электроприемников составляют низковольтные нерегулируемые электродвигатели мощностью свыше 10 кВт; • если поставщики технологического оборудования (станков, автоматических линий, прессов, термического и сварочного оборудования, кранов и т. д.) обеспечивают поставку комплектуемого электрооборудования и систем управления на напряжение 660 В. При выборе напряжения 660 В возникает необходимость установки дополнительных трансформаторов 0,66/0,22 кВ и выполнения электрических сетей на напряжение 220 В для питания люминесцентных ламп, ламп накаливания, тиристорных преобразователей, установок контрольно-измерительных приборов и автоматики (КИП и А), средств автоматизации электродвигателей мощностью до 0,4 кВт и др. Необходимость устройства для одного объекта сетей напряжением 660 и 220 В снижает эффективность использования напряжения 660 В.

Выбор напряжения электрических сетей постоянного тока зависит от требований технологического процесса и величины тока. Для Сетей, питающих электроприводы постоянного тока, используются напряжения 220 и 440 В. Для электроприводов постоянного тока с индивидуальными преобразователями используются и более высокие напряжения — 750 и 850 В. Для электролиза применяются напряжения 450 и 850 В.

Питание силовых и осветительных электроприемников при напряжении 380/220 В рекомендуется производить от общих трансформаторов при условии соблюдения требуемых норм по качеству электрической энергии. Для питания осветительных приборов общего внутреннего и наружного освещения, как правило, должно применяться напряжение не выше 220 В переменного или постоянного тока. В помещениях без повышенной опасности напряжение 220 В может применяться для всех стационарно установленных осветительных приборов независимо от высоты их установки. Напряжение 380 В для питания осветительных приборов общего внутреннего и наружного освещения может использоваться при соблюдении следующих условий: • ввод в осветительный прибор и независимый, не встроенный в прибор, пускорегулирующий аппарат выполняется проводами или кабелем с изоляцией на напряжение не менее 660 В; • ввод в осветительный прибор двух или трех проводов системы 660/380 В не допускается. В устройствах освещения фасадов зданий, установленных ниже 2,5 м от поверхности земли или площадки обслуживания, может применяться напряжение до 380 В при степени защиты осветительных приборов не ниже IP54. Для питания светильников местного стационарного освещения с лампами накаливания должны применяться напряжения: в помещениях без повышенной опасности — не выше 220 В, в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных — не выше 50 В. В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных допускается для светильников напряжение до 220 В, в этом случае должно быть предусмотрено защитное отключение линии при токе утечки до 30 мА или разделяющий трансформатор. Для питания светильников местного освещения с люминесцентными лампами может применяться напряжение не выше 220 В. При этом в помещениях сырых, особо сырых, жарких и с химически активной средой применение люминесцентных ламп для местного освещения допускается только в арматуре специальной конструкции. Для питаний переносных светильников в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных должно применяться напряжение не выше 50 В.

При особо неблагоприятных условиях: опасность поражения электрическим током обусловлена теснотой, неудобным положением работающего, возможностью соприкосновения с большими металлическими хорошо заземленными поверхностями (например, работа в котлах) и в наружных установках для питания ручных светильников, должно применяться напряжение не выше 12 В. Переносные светильники, предназначенные для подвешивания, настольные, напольные и т. п. приравниваются к стационарным светильникам местного стационарного освещения. Для переносных светильников, устанавливаемых на переставных стойках на высоте 2,5 м и более, допускается применять напряжение 380 В.

Схемы внешнего электроснабжения в значительной степени зависят от характеристик источников питания, числа приемных пунктов, их размещения на территории предприятия, наличия собственной электростанции, мощных электроприемников с резкопеременными, нелинейными, несимметричными нагрузками. Электроснабжение потребителей при имеющейся собственной ТЭЦ достаточной мощности чаще всего осуществляется от шин генераторного напряжения 6 или 10 кВ. В некоторых случаях в схемах внешнего электроснабжения предусматриваются связи источников питания с потребителями на генераторном напряжении 10(6) кВ, особенно для предприятий большой мощности с потребителями первой и второй категорий. Это позволяет существенно повысить надежность электроснабжения потребителей. Для того чтобы исключить влияние различных повреждений на работу генераторов, следует шире применять современные микропроцессорные системы релейной защиты и автоматики, обеспечивающие высокочувствительную многофункциональную диагностику повреждений, локализацию повреждений на отдельных участках сети и предотвращение перерастания локальных аварий в системные. На промышленных предприятиях с потребителями первой и второй категорий, значительно удаленных от ТЭЦ, целесообразно сооружение собственного независимого источника питания. До последнего времени считалось, что создание собственных источников питания на предприятиях экономически нецелесообразно, за исключением источников питания для потребителей особой группы электроприемников первой категории. Но в условиях рыночной экономики, при постоянном росте тарифов на электроэнергию, собственные источники питания — оправданное решение, позволяющее существенно повысить надежность электроснабжения потребителей первой и второй категорий [4]. Схемы внешнего электроснабжения могут быть кольцевыми, магистральными с односторонним и двухсторонним питанием и радиальными. Кольцевые питающие сети применяются для крупных металлургических заводов, нефтеперерабатывающих предприятий [10] и др. На рис. 1.6.1 представлена схема кольцевой питающей сети 110 кВ, к которой присоединяются приемные пункты электроэнергии — узловые распределительные подстанции УРП1— УРП4, которые получают питание от двух территориально независимых источников питания: от ТЭЦ и подстанции энергосистемы по линиям 110 кВ. С шин 110 кВ УРП получают питание подстанции глубокого ввода. На рис. 1.6.2 приведена схема электроснабжения крупного предприятия цветной металлургии, которое получает питание от двух территориально независимых источников питания: подстанции энергосистемы и ТЭЦ по линиям 110 кВ. Пунктами приема электроэнергии являются главная понизительная подстанция предприятия и подстанция электролиза. При построении схемы учитывают то, что преобразовательная подстанция электролиза является источником высших гармоник тока и напряжения. Ее питание осуществляется по отдельной линии 110 кВ от подстанции энергосистемы по схеме глубокого ввода. Для повышения надежности электроснабжения электролиза предусмотрена связь подстанции электролиза с ТЭЦ и ГПП по двухцепному токопроводу 10 кВ. На рис. 1.6.3 представлена схема питания крупного химического комбината. Источником электрической и тепловой энергии предприятия служит собственная ТЭЦ. Недостающая электроэнергия передается от подстанции энергосистемы по радиальным линиям 220 кВ на приемный пункт — ГПП с автотрансформаторами напряжением 220/110/10 кВ. Для повышения надежности электроснабжения предусмотрена связь ГПП по магистральным линиям 110 кВ с другой подстанцией энергосистемы. Распределение электрической энергии по территории предприятия производится от ГПП на двух напряжениях — 110 и 10 кВ. По радиальным линиям глубокого ввода с шин 110 кВ ГПП получают питание мощные потребители химкомбината: стройбаза, фабрика, завод, остальные потребители получают питание с шин РУ 10 кВ ГПП.

Рис. 1.6.1. Схема внешнего электроснабжения крупного металлургического завода

 

Для предприятий средней мощности применяются радиальные и магистральные схемы питания с одним и более приемными пунктами. В схемах, представленных на рис. 1.6.4, питание предприятия осуществляется радиальными линиями от подстанции энергосистемы и собственной ТЭЦ. Если подстанция энергосистемы расположена на значительном расстоянии от предприятия, то используется схема, в которой питающая сеть выполняется на напряжениях 35, 110 или 220 кВ, а приемным пунктом электроэнергии служит главная понизительная подстанция предприятия (рис. 1.6.4, а). При небольшом расстоянии от подстанции энергосистемы питающая сеть может быть выполнена на напряжение 10(6) кВ, в этом случае приемным пунктом служит центральная распределительная подстанция предприятия (рис. 1.6.4, б). На рис, 1.6.5 представлены схемы внешнего электроснабжения предприятия при питании его от разных систем (секций) шин районной подстанции энергосистемы с приемными пунктами: главная понизительная подстанция (рис. 1.6.5, а)\ центральная распределительная подстанция (рис. 1.6.5, б) и подстанции глубокого ввода (рис. 1.6.5, в). При наличии на предприятии электроприемников первой, второй категорий пункты приема электроэнергии должны иметь два трансформатора, две секции шин, запитываемые не менее чем по двум линиям от разных систем (секций) шин подстанции энергосистемы. Предпочтительным является вариант, когда линии выполняются на отдельных опорах и идут по разным трассам. Выбор пропускной способности питающих линий производится таким образом, чтобы при выходе одной из линий оставшиеся обеспечивали питание электроприемников первой и второй категорий. Рис. 1.6.4. Схемы внешнего электроснабжения предприятий средаей мощности с приемным пунктом электроэнергии: а — ГПП; б — ЦРП Рис. 1.6.5. Схемы внешнего электроснабжения предприятий средней мощности с приемным пунктом электроэнергии: а — ГПП; б — ЦРП; в — ПГВ Решение о питании промышленного предприятия от сетей энергосистемы напряжением 35 кВ следует принимать при невозможности питания предприятия на других напряжениях. В зависимости от потребляемой мощности и состава электроприемников в качестве приемных пунктов могут быть применены: трансформаторная подстанция 35/10(6) кВ с трансформаторами мощностью 1,6—10 МВА и (или) трансформаторные подстанции 35/0,4 кВ с трансформаторами мощностью до 2,5 МВ-А. Пример выполнения питающей сети по схеме глубокого ввода напряжением 35 кВ приведен на рис. 1.6.6. Рис, 1.6.6, Схема глубокого ввода напряжением 35 кВ

2. ХАРАКТЕРНЫЕ СХЕМЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ В СЕТЯХ ПРЕДПРИЯТИЙ НА НАПРЯЖЕНИИ 6—10 кВ  Электроснабжение промышленных предприятий состоит из трех систем: системы внешнего электроснабжения высокого напряжения от районных подстанций энергосистемы до главной понизительной подстанции предприятия (ГПП) или до центрального распределительного пункта (ЦРП), от которых питается электроэнергией предприятие. Номинальные напряжения современных внешних сетей электроснабжения 6—10, 20, 35, 110, 150, 330, 500 и 750 кВ; системы внутреннего электроснабжения (внецеховые сети) — сети высокого напряжения от ГПП и ЦРП до цеховых трансформаторных подстанций на номинальные напряжения 6—10, 20 кВ. На крупных предприятиях иногда прокладывается глубокий ввод, при котором сети внутреннего электроснабжения имеют номинальные напряжения 35, 110 кВ; внутрицеховых электрических сетей — от цеховых трансформаторных подстанций до силовых и осветительных групповых пунктов и электроприемников на номинальные напряжения 220, 380 и 660 В. Сети внешнего электроснабжения находятся в ведении районной энергосистемы. Сети внутреннего электроснабжения либо обслуживаются районной энергосистемой, либо находятся в ведении службы главного энергетика предприятия. Внутрицеховые электрические сети находятся в ведении предприятия и обслуживаются отделом главного энергетика и энергетиками цехов. Схемы внецеховых сетей могут быть радиальные, магистральные и смешанные — радиально-магистральные. Выбор схемы сетей зависит от требований, предъявляемых к степени надежности электроснабжения, а также от взаимного расположения главной понизительной подстанции и цеховых понизительных подстанций предприятия. Простейшие радиальные схемы показаны на рис. 1. Схема питания однотрансформаторной подстанции без резервирования (рис. 1, а) применяется для электроприемников III категории надежности. Рис. 1. Простейшие радиальные схемы распределения энергии между цеховыми подстанциями: а — питание однотрансформаторной ТП одной линией; б —то же двумя ливнями под одним выключателем; в —двумя радиальными линиями от двух источников питания; г — двумя радвальными линиями без РУ 6—10 кВ в ТП; И7, и Wa — линии электропередачи Схема рис. 1, б допускается для II категории надежности при наличии складского резерва трансформатора. Схема питания подстанции по двум радиальным линиям (рис. 1,в) обеспечивает I категорию надежности. На рис. 1,г показан вариант схемы питания подстанции по I категории надежности без РУ 6 (10) кВ на подстанции. Если в схеме рис. 1,г секционный автоматический выключатель на сборных шинах 0,4 (0,69) кВ заменить на разъединитель или рубильник, то схема будет отвечать требованиям II категории. Наиболее распространенные магистральные схемы приведены на рис. 2. Схема рис. 2, с обеспечивает III категорию надежности, а схема рис. 2,6 — I категорию. Для электроснабжения электроприемников II категории может быть применена схема рис. 2, в (кольцевая), о которой в нормальном режиме кольцо разомкнуто между двумя группами подключенных трансформаторных подстанций (ТП). Рис. 2. Магистральные схемы внутреннего электроснабжения предприятий: а — одиночная (III категория надежности); б — двойная (1 и II категории надежности); в — кольцевая, разомкнутая (II и III категории надежности); г —двойная, сквозная (I категория надежности); д — кольцевая от двух источников питания; е — двойная, кольцевая без РУ 6—10 кВ в ТП При повреждении одного из питающих магистральных кабелей или одного из кабелей на перемычках между ТП одна из групп ТП окажется обесточенной на время, требуемое дежурному персоналу (или выездной бригаде) для оперативного переключения в ТП с отключением поврежденного кабельного участка для ремонта. Таким образом, на время ремонта поврежденного участка электроприемники, подключенные ко всем ТП кольцевой схемы (или к группе ТП), перейдут в III категорию надежности. Ремонт поврежденного участка кабельной сети, проложенной в земле, в зимнее время может потребовать до 2—3 сут. Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе кольцевой схемы с учетом назначения подключенных к ТП электроприемников. Не рекомендуется включать в одно кольцо более четырех-пяти ТП во избежание в аварийном режиме длительного отключения отдельных участков кольцевой схемы. Экономичные по расходу кабельной продукции схемы с двойными сквозными магистралями (рис. 2, б, г, е) рекомендуются для I категории надежности. При применении схем рис. 2,6, е с подключением ТП без РУ 6—10 кВ (глухое подключение) следует иметь в виду, что при повреждениях на отдельных участках этих схем для вывода в ремонт поврежденного участка возникает необходимость вручную отсоединять концы жил поврежденного кабеля у болтового соединения на выключателях нагрузки 6—10 кВ, через которые подключены трансформаторы. В этих условиях требуется строгое соблюдение эксплуатационным персоналом правил техники безопасности по допуску в высоковольтную часть ТП, производству оперативных переключений и ремонтных работ. Наличие в ТП распредустройства 6—10 кВ создает более безопасные условия для эксплуатационного персонала. Это обстоятельство следует учитывать при выборе схемы ТП: с РУ 6—10 кВ или без него в зависимости от квалификации персонала. Можно обойтись без РУ 6—10 кВ в ТП путем установки блоков высоковольтного транзита (БВТ). Блок БВТ представляет собой камеру наружной установки в водопыленепроницаемом исполнении, в которой установлен выключатель нагрузки с предохранителями 6—10 кВ или без них. Схема подключения БВТ показана на рис. 3. Блоки БВТ имеют габариты и массу, увеличенные по сравнению с обычными камерами внутренней установки типа КСО; в них предусмотрены удобный ввод кабеля 6—10 кВ для подключения его к верхним контактам выключателя нагрузки и место для установки разрядника или трансформатора напряжения. Автоматическое включение резервного питания (A BP) осуществляет быстрый переход питания от отключившегося источника энергии на резервный. На стороне 0,4 кВ АВР выполняют секционные автоматические выключатели (рис. 2, б, е), на стороне 6— 10 кВ — выключатели высокого напряжения (рис. 2, г). Автоматическое повторное включение (АПВ) осуществляет быстрое восстановление электроснабжения при пропадании напряжения на одной из питающих линий высокого напряжения. На промпредприятиях применяют преимущественно однократное АПВ (одно включение после аварийного отключения). Устройство АПВ имеет выдержку времени 0,2— 0,5 с. Рис. 3. Подключение блоков БВТ к ТП 6—10 кВ Автоматическая частотная разгрузка (АЧР) применяется для предотвращения чрезмерного снижения частоты тока при перегрузке генераторов на питающих сеть электростанциях. Она выполняется с помощью реле контроля частоты тока, дающего сигнал на отключение, и предусматривается только при наличии требования районной энергосистемы в технических условиях на присоединение мощности; АЧР обычно устанавливают на линиях, питающих электроприемники III и частично II категорий надежности.

Электрические сети напряжением до 1 кВ на промышленных предприятиях делятся на сети для электроснабжения электросиловых и осветительных установок. Поэтому электрические сети называют силовыми и осветительными. Питание силовых и осветительных электроприемников при напряжении 380/220 В рекомендуется производить от общих трансформаторов при условии соблюдения требований ГОСТ 13109-97. При напряжении 660 В возникает необходимость установки дополнительных трансформаторов 660/220 В и выполнения электрических сетей на напряжение 220 В для питания люминесцентных ламп, ламп накаливания, тиристорных преобразователей, установок контрольно-измерительных приборов и автоматики, средств автоматизации электродвигателей мощностью до 0,4 кВт и др. Схемы силовых сетей. В соответствии с [1] и [13] силовые сети принято делить на питающие и распределительные. Питающая сеть — сеть от РУ 0,4—0,69 кВ ТП до низковольтных устройств распределения электроэнергии: распределительных щитов, распределительных пунктов, щитов станций управления и т. д. Распределительная сеть — сеть от низковольтных устройств распределения электроэнергии до электроприемников. Питающие и распределительные сети выполняются по радиальным, магистральным и смешанным схемам.

Радиальные схемы распределения электроэнергии (рис. 1.9.4) рекомендуется применять в случае: • взрывоопасных, пожароопасных и пыльных производств; • питания индивидуальных электроприемников: электродвигателей, электропечей, электросварочных установок и т. п.; • для питания низковольтных устройств распределения электроэнергии, если они расположены в разных направлениях от источника питания. Электропроводки при радиальных схемах обычно выполняют кабелем или проводами. Недостатком радиальных схем является недостаточная гибкость, при всяких перемещениях технологического оборудования требуется переделка электрических сетей. Кроме того, РУ 0,4—0,69 кВ ТП получаются громоздкими, дорогими, с большим числом коммутационных аппаратов. Магистральные схемы находят применение при нагрузках, распределенных по площади цеха. Выполняются они чаще всего шинопроводами. Данные схемы надежны, универсальны, позволяют производить перестановку производственно-технологического оборудования в цехах без существенного изменения электрических сетей. По назначению шинопроводы могут быть: • магистральными — для присоединения распределительных шинопроводов, низковольтных комплектных устройств распределения и отдельных мощных электроприемников; • распределительными — для присоединения электроприемников; • троллейными — для питания передвижных электроприемников; • осветительными — для питания светильников и электроприемников небольшой мощности. В силовых сетях широкое применение нашли комплектные магистральные и распределительные шинопроводы серий ШМА и ШРА. Номинальная сила тока магистральных шинопроводов: 630, 1000, 1600, 2500, 4000, 6300 А. Номинальная сила тока ответвлений от магистральных шинопроводов: 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500, 4000 А. Номинальная сила тока распределительных шинопроводов: 100, 160, 250, 400, 630 А. Номинальная сила тока ответвлений: 25, 63, 100, 160, 250 и 400 А. Номенклатура ответвительных коробок предусматривает коробки с предохранителями, разъединителями, автоматическими выключателями [14].

Рис. 1.9.4. Радиальная схема распределения электроэнергии

Широкое применение получила схема блока «трансформатор—магистраль», выполненная с помощью комплектных магистральных или распределительных шинопроводов. Пример выполнения схемы блока «трансформатор—магистраль» приведен на рис. 1.9.5. В данной схеме распределительное устройство низкого напряжения подстанции либо отсутствует, либо выполняется с небольшим числом отходящих от него линий для питания освещения и некоторых электроприемников. К магистральному шинопроводу подключаются распределительные шинопроводы, НКУ и отдельные электроприемники большой мощности. К распределительным шинопроводам через ответвительные коробки подключаются НКУ и отдельные электроприемники. Рис. 1.9.5. Схема блока «трансформатор—магистраль» Небольшое распределительное устройство низкого напряжения требуется при выполнении магистральной схемы с помощью нескольких распределительных шинопроводов (рис. 1.9.6). Рис. 1.9.6. Магистральная схема, выполненная распределительными шинопроводами Примеры выполнения схем питающих и распределительных сетей приведены в табл. 1.9.2—1.9.4. Таблица 1.9.2. Принципиальная схема питающей сети напряжением 0,4 кВ, выполненная в соответствии с ГОСТ 21.613— 

При разработке принципиальных схем руководствуются следующим:

• принципиальную схему выполняют в однолинейном изображении, при этом PEN проводник (N и РЕ проводники) отдельной линией (отдельными линиями) не изображают; • в трехфазных трех-, четырех- и пятипроводных сетях изображение и обозначение фаз указывают только для одно- и двухфазных линий; • условные графические обозначения электроприемников, пусковых и защитных аппаратов на принципиальной схеме, как правило, не изображают, а указывают над линией их буквенно-цифровое обозначение, типы и технические данные; • электроприемники, подключаемые непосредственно к питающей магистрали, показывают на принципиальных схемах питающей сети; • в графе «Магистраль» (см. табл. 1.9.2) указывают буквенно-цифровые обозначения магистрали, тип шинопровода и его номинальный ток (материал и сечение шин — для магистралей нетипового изготовления), напряжение; • в графе «Распределительное устройство» (см. табл. 1.9.3, 1.9.4) указывают буквенно-цифровое обозначение распределительного пункта или распределительного шинопровода, его координаты по плану расположения электрооборудования (при необходимости), тип (для НКУ — обозначение чертежа общего вида, напряжение, установленную мощность Р и расчетный ток — / — для пунктов, соединенных в цепочку). Для сетей, где целесообразно выполнение принципиальных схем с учетом расположения электротехнологического оборудования в здании, сооружении; для совмещенных сетей силового электрооборудования и электрического освещения; для разветвленных сетей с несколькими напряжениями, частотами и т. д. допускается выполнение схем в произвольной форме. Схемы питания передвижных электроприемников. Для питания электродвигателей подъемно-транспортных устройств (кранов, кран-балок, тельферов, передаточных тележек и др.) применяются троллейные линии, выполненные, как правило, троллейными шинопроводами. Троллейные шинопроводы серии ШТМ выпускаются на номинальные токи 200 и 400 А и предназначены для питания трехфазных и однофазных электроприемников. Каждая секция шинопровода представляет собой стальной короб, имеющий внизу сплошную щель. Внутри короба в пазах изолятора троллея монтируются четыре медных троллея — три фазных и один нулевой. Питание троллейных сетей может производиться от распределительных устройств 0,4 кВ трансформаторных подстанций, от магистральных, распределительных шинопроводов или от НКУ. В точке подключения питающей линии к троллейной линии устанавливается коммутационный аппарат. На рис. 1.9.7 изображены схемы питания троллейных линий [15]. При несекционированной троллейной линии подвод питания лучше осуществлять к средней части троллея, что позволяет уменьшить потери напряжения (рис. 1.9.7, а). При питании от троллейной линии в пролете одного крана ремонтные секции не сооружаются, при питании двух кранов по концам троллейной линии обязательно предусматриваются ремонтные секции, присоединенные к основной троллейной линии с помощью рубильников (рис. 1.9.7, б). При питании от троллейной линии в пролете трех и более кранов необходимо устройство нескольких ремонтных секций. Их располагают вдоль троллейной линии и по ее концам (рис. 1.9.7, <?, г). Передача электроэнергии от неподвижной троллейной линии к электродвигателям, установленным на передвигающихся частях механизмов, осуществляется токосъемниками, укрепленными с помощью изоляторов на механизме. Для троллейных линий, имеющих подпитку и секционирование, принципиальные схемы допускается выполнять в произвольной форме. Рис. 1.9.7. Схемы троллейных линий: а — несекционированная; б — с двумя ремонтными секциями; в, г — с тремя ремонтными секциями; / — троллейная линия; 2 — ремонтные секции

Схемы сетей электрического освещения. Установки освещения делятся на внутренние и наружные. Установки внутреннего освещения предназначены для освещения производственных, административных, жилых и общественных зданий и помещений. Установки наружного освещения предназначены для освещения территорий предприятий и учреждений, городов, поселков и т. д. Установки внутреннего освещения делятся на установки рабочего и аварийного освещения. Рабочее освещение служит для освещения помещений в целом и рабочих поверхностей. Аварийное освещение может быть освещением безопасности и эвакуационным освещением. Освещение безопасности предназначено для продолжения работы при аварийном отключении рабочего освещения. Светильники рабочего освещения и освещения безопасности должны получать питание от независимых источников питания. Эвакуационное освещение предназначено для обеспечения безопасной эвакуации людей по основным проходам, оснащенным световыми указателями «выход», и предусматривается в производственных помещениях, где может одновременно находиться более двадцати человек. Электрические сети освещения делятся на питающие, распределительные и групповые сети. Питающая осветительная сеть — сеть от РУ подстанции до вводного устройства (ВУ), вводно-распределительного устройства (ВРУ) или главного распределительного щита (ГРЩ). Распределительная сеть — сеть от ВУ, ВРУ, ГРЩ до распределительных пунктов, щитков и пунктов питания наружного освещения. Групповая сеть — сеть от распределительных пунктов, щитков до светильников, штепсельных розеток и других электроприемников. Питающая и распределительная сети освещения. Питание установок внутреннего освещения рекомендуется выполнять от распределительных устройств подстанций, щитов, магистральных и распределительных шинопроводов самостоятельными линиями, выполненными проводами или кабелями. Сети наружного освещения могут получать питание от распределительных устройств подстанций, распределительных пунктов и вводно-распределительных устройств и выполняются кабельными или воздушными линиями (с использованием самонесущих изолированных проводов). Линии наружного освещения могут прокладываться на существующих опорах, принадлежащих электросетевым организациям, по опорам контактной сети электрифицированного транспорта (с помощью кабельных линий или самонесущих изолированных проводов), на инженерных сооружениях (мостах, транспортных эстакадах и т. д.). Питающие и распределительные сети внутреннего и наружного освещения выполняются трехфазными четырех- или пятипроводными в зависимости от используемой системы заземления.

Рабочее освещение рекомендуется питать по линиям, не связанным с силовыми установками. Все виды освещения допускается питать от общих линий с электросиловыми установками или от силовых распределительных пунктов, за исключением сетей в производственных зданиях без естественного освещения. В местах присоединения линий питающей осветительной сети к линии питания электросиловых установок или к силовым распределительным пунктам должны устанавливаться аппараты защиты и управления. Если питающая и распределительная осветительная сети выполняются шинопроводами, групповые щитки могут не предусматриваться. Вместо них могут применяться аппараты защиты и управления для питания групп светильников. Применение для питания рабочего освещения, освещения безопасности и эвакуационного освещения общих групповых щитков не допускается. Для освещения безопасности и эвакуационного освещения допускается использование общих щитков. На рис. 1.9.8 приведена схема питающей и распределительной сетей внутреннего освещения. С первой секции шин 0,4 кВ двухтрансформа-торной подстанции получает питание щит освещения, с шин которого по магистральной или радиальной схемам запитываются групповые щитки рабочего освещения. Щиток аварийного освещения получает питание от второй секции шин 0,4 кВ ТП. Аварийное освещение должно включаться автоматически при аварийном отключении рабочего освещения.

  Рис. 1.9.8. Схема питающей и распределительной сети освещения: / — питающая сеть; 2 — распределительная сеть; 3 — щит рабочего освещения; 4 — групповые щитки рабочего освещения; 5— распределительный пункт; 6— щиток аварийного освещения

 

На рис. 1.9.9 показана возможность подключения рабочего освещения к головному участку магистрального шинопровода. Питание аварийного освещения в этом случае рекомендуется выполнять от другой ТП или иного независимого источника питания. Схема перекрестного питания освещения от двух ТП приведена на рис. 1.9.10. Рабочее и аварийное освещение получают питание самостоятельными линиями от разных трансформаторных подстанций. Аварийное освещение в производственных зданиях допускается подключать к распределительным пунктам, шинопроводам, за исключением производственных зданий без естественного освещения. Рис. 1.9.9. Схема питания сети освещения от шинопровода: / — питающая сеть; 2 — шинопровод; 3 — групповые щитки рабочего освещения Рис. 1.9.10. Схема перекрестного питания освещения от двух трансформаторных подстанций: / — питающая сеть освещения; 2 — щит освещения; 3 — распределительная сеть освещения

В соответствии с ГОСТ 21.608-84 и ГОСТ 21.607-84 принципиальные схемы питающих и распределительных сетей освещения выполняются в однолинейном исполнении, при этом может учитываться расположение электрического оборудования по частям и этажам здания. Примеры выполнения питающей сети внутреннего и наружного освещения приведены на рис. 1.9.11 и 1.9.12.

Источник питания Маркировка; расчетная нагрузка, кВт; коэффициент мощности; расчетный ток, А Момент нагрузки, кВт-м; потеря напряжения, %; марка и сечение проводника; способ прокладки Распределительный пункт: номер; тип; установленная мощность, кВт. Аппарат на вводе: тип; ток, А Выключатель автоматический или предохранитель: тип; ток расцепителя или плавкой вставки, А Пускатель магнитный: тип; ток нагревательного элемента, А Маркировка; расчетная нагрузка, кВт; коэффициент мощности; расчетный ток, А Момент нагрузки, кВт-м; потеря напряжения, %; марка и сечение проводника; способ прокладки Щиток групповой: аппарат на вводе; тип; номинальный ток, Л

Номер по схеме расположения на плане	Щ0-5	Щ0-6	Щ0-7	1Д0-8	ЩО-9
Установленная мощность, кВт	20	37	8	10	29
Потеря напряжения до щитка, %	1,0	2,4	3,1	3,25	1 00

Рис. 1.9.11. Пример оформления принципиальной схемы питающей сети в соответствии с ГОСТ 21.608-84

1.9.12. Пример оформления принципиальной схемы питания освещения территории в соответствии с ГОСТ 21.607-82

Групповая сеть освещения предназначена для питания отдельных групп светильников, штепсельных розеток и стационарных электроприемников, выполняется в одно-, двух- или трехфазном исполнении. Распределение нагрузки по фазам групповой сети должно быть равномерным. Число источников света на фазу не должно превышать значений, указанных в табл. 1.9.5. В начале каждой групповой линии должны быть установлены аппараты защиты во всех фазных проводниках. Установка аппаратов защиты в PEN, РЕ и N проводниках запрещается. В групповых линиях, питающих лампы мощностью 10 кВт и более, каждая лампа должна иметь самостоятельный аппарат защиты. Применение для аварийного и рабочего освещения общих групповых щитков не допускается.

Таблица 1.9.5. Число источников света на фазу в зависимости от назначения групповой линии и источника света

Назначение групповой линии	Источники света	Число источников света на фазу, не более
Для питания источников света и штепсельных розеток	Лампы накаливания, лампы ДРЛ, ДРИ, ДРИЗ, ДнаТ	20
Для производственных, общественных, жилых зданий, освещения лестниц, этажных коридоров, холлов, технических поцпопт v\ чердаков	Лампы накаливания мощностью до 60 Вт	60
Для питания световых карнизов, световых потолков	Лампы накаливания	60
Для питания световых карнизов, световых потолков, светильников с люминесцентными лампами	Люминесцентные лампы мощностью до 80 Вт	60
То же	Люминесцентные лампы мощностью до 40 Вт	75
	Люминесцентные лампы мощностью до 20 Вт	100

 

Электроснабжение предприятий малой мощности осуществляется, как правило, от сетей энергосистемы напряжением 10(6) кВ. В качестве приемных пунктов могут быть применены: распределительная, распределительно-трансформаторная или трансформаторная подстанции, Питание указанных подстанций осуществляется кабельными или воздушными линиями 6 или 10 кВ по радиальной или магистральной схемам.