Иерархия электроснабжения и категорирование потребителей

Проектирование энергетики традиционно начиналось с теплосилового хозяйства. Мы нарушаем эту традицию, руководствуясь значимостью электрики (обширной области народного хозяйства) электроэнергетики промышленности и транспорта, объектов агропрома, коммунальнобытовых, культуры — от границы раздела предприятие — энергосистема (шестой уровень системы электроснабжения — 6Ур) до единичного электроприемника — 1Ур. По целям и задачам электрика отличается от электротехники — важного раздела науки и крупной отрасли народного хозяйства, которая изготавливает изделия, и от энергетики, которая производит, преобразует, передает и распределяет электрическую энергию.

Сформулировав как потребитель изделий и электроэнергии свои отличительные требования и критерии, электрика как наука может повысить на 10—25 % эффективность электрической части действующих металлургических предприятий и вновь проектируемых промышленных объектов, опираясь на фундаментальные законы построения и функционирования техноценозов.

Электрическое хозяйство промышленного предприятия представляет совокупность генерирующих, преобразующих, передающих электроустановок, посредством которых осуществляется снабжение предприятия электроэнергией и эффективное использование ее в процессе технологического производства. Электрическое хозяйство включает: 1) собственно электроснабжение, которое иногда называют внутризаводским электроснабжением; 2) силовое электрооборудование и автоматизацию, электроосвещение; 3) эксплуатацию и ремонт электрооборудования (электроремонт). Электрическое хозяйство есть совокупность установленных и резервных электротехнических установок, электрических и неэлектрических изделий, не являющихся частью электрической сети (цепи), но обеспечивающих ее функционирование; электротехнических и других помещений, зданий, сооружений и сетей, которые эксплуатируются электротехническим или подчиненным ему персоналом; людские, вещественные и энергетические ресурсы и информационное обеспечение, которые необходимы для жизнедеятельности электрического хозяйства как выделенной целостности. Электрическое хозяйство включает часть электроэнергетической системы, отнесенную к предприятию.

На рис. 7.12 максимально упрощенно представлена иерархическая схема электроснабжения крупного промышленного предприятия. По определению предприятие является потребителем электрической энергии (абонентом) в соответствии с Правилами пользования электрической и тепловой энергией. На схеме показана условная граница раздела предприятие — энергосистема. Через нее предприятие обеспечивается электроэнергией: по линии электропередач, как правило, воздушной ЛЭП, от подстанции энергосистемы или ТЭЦ энергосистемы; от автотрансформатора АТ районной подстанции (иногда называемой узловой — УРП), которая имеет, как правило, имя собственное.

Аналогичная иерархия характерна для любого из энергетических хозяйств: шестой уровень бУр — уровень присоединения к внешним энергетическим источникам или сетям, 5Ур — производство, 4Ур — цех, ЗУр — отделение, 2Ур — участок, 1Ур — отдельная единица оборудования как приемник электрической или тепловой энергии, потребитель газа и т.д. Подчеркнем конвенционный характер схемы и то, что при решении вопросов энергоснабжения на 1Ур, 2Ур (ЗУр) проявляются детерминированные свойства классической электротехники, теплотехники, а на верхних уровнях, особенно на 6Ур и 5Ур, — ценологические свойства.

Заводские подстанции 110/10 кВ (возможность трансформации на 6 кВ здесь и далее подразумевается) носят разные наименования: главные понизительные (преобразовательные) — ГПП, подстанции глубокого ввода ПГВ, опорные подстанции — ОП. Возможны и оригинальные названия, например АРЗ — Азовская районная заводская. Подстанции нумеруются по порядку.

После получения технологических сведений о составе проектируемого объекта (это может быть часть предприятия или даже отдельный электроприемник 1Ур) и предварительного генплана (плана размещения) проводится оценка и систематизация потребителей электроэнергии, которая осуществляется обычно по следующим основным эксплуатационнотехническим признакам: производственному назначению и связям, режимам работы, мощности, напряжению и роду тока; территориальному размещению, требованиям к надежности электроснабжения, стабильности расположения электроприемников При проектировании электроснабжения предприятия потребителем считается каждый объект (здание, сооружение, участок, помещение, линия, агрегат и др.), выделенный технологом.

Надежность электроснабжения определяется числом независимых источников питания и схемой электроснабжения. По надежности электроснабжения в соответствии с требованиями ПУЭ электроприемники разделяются натри категории.

Примеры: котлыутилизаторы, насосы водоснабжения и канализации, газоочистки, приводы вращающихся печей, печи с кипящим слоем, газораспределительные пункты, станы непрерывной прокатки, водоотлив, подъемные машины, вентиляторы высокого давления и обжиговые, аварийное освещение.

Из состава I категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования.

В качестве примеров электроприемников особой группы для черной металлургии можно привести электродвигатели насосов водоохлаждения доменных печей, газосмесительную станцию воздухонагревателей, насосы испарительного охлаждения основных технологических установок.

Ко II категории относят электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Примеры: линии производства холоднодеформированных труб, блюминги, агрегаты отделки, дымососы и вентиляторы шахтных печей, дуговые сталеплавильные печи и газоочистки электропечей, транспортеры, грохоты, дробилки.

К III категории относят все остальные электроприемники, не подходящие под определение I и II категорий. Это главным образом разные вспомогательные механизмы в основных цехах, цеха несерийного производства.

Для предприятий с нагрузкой свыше 100 МВт характерно обязательное сооружение узловой районной подстанции (иногда нескольких), собственной или районной ТЭЦ (котельной). Различие между крупным и средним предприятием качественное и заключается в том, что напряжение > 110 кВ становится обычным рабочим: проводятся переключения и другие эксплуатационные действия с оборудованием и линиями. Распределительные сети характеризуются большими кабельными потоками; сооружением кабельных тоннелей, эстакад, блоков; мощными шинопроводами 10(6) кВ. Прокладываются > 110кВ кабели, воздушные 110кВ линии становятся разветвленными. Возникает цех сетей и подстанций с трансформа торномасляным хозяйством и центральная электротехническая лаборатория (ЦЭТЛ). Районы электроснабжения ориентируются на технологические производства, в большой степени функционируют самостоятельно, и для них выполняется своя схема электроснабжения. По существу, каждый район превращается в среднее предприятие. Крупные предприятия единичны и в каждой отрасли известны.

Схемы электроснабжения и отдельных элементов того или иного уровня дополняются планами (для 6Ур и 5Ур они составляются на основе генерального плана в масштабах 1:500, 1:2000, 1:5000, для 4Ур, ЗУр, 2Ур — на основе строительного или технологического плана). Это плансхемы или планы размещения электрооборудования или электрического сооружения в целом. На планах указываются размеры, ответственность за которые несет электрик.

Важнейшим вопросом для электрики является определение нагрузок. Наиболее правильный результат достигается на основе комплексного метода расчета электрических нагрузок, который применим при расчете любых других энергетических нагрузок. Комплексный расчет проводит специалист, решающий вопросы электроснабжения 6Ур—4Ур. Расчеты проводятся от верхних уровней к нижним и заканчиваются определением количества и мощности трансформаторов 0, 4 кВ (ЗУр). Для щитов, шкафов, сборок 0,4 кВ (2Ур) рекомендуется использование коэффициента спроса, принимая его на уровне 0,70,8 для суммы капитальных мощностей электроприемников, питающихся с данного узла 2Ур.

Принимаемые проектные решения определяются стадией проектирования, исходными данными и требованиями инвестора. Далее приводятся рекомендации, ориентированные на ТЭО.

К одиночному электроприемнику проводник выбирается по номинальной мощности вне зависимости от коэффициентов загрузки, выключения, использования.

При известной технологии производства используют информационную базу аналогов, кластеранализ или выделяют объект интуитивно, создавая некоторый образ, качественные стороны которого принципиально неформализуемы.

После рассмотрения существующего положения по электрическим нагрузкам и потреблению электроэнергии собираются исходные данные, выполняется анализ и принимаются проектные решения.

В. А. Авдеев, В. М. Друян, Б. И. Кудрин, Основы проектирования металлургических заводов, М., 2002