При проектировании сети электроснабжения крупных потребителей, в число которых входят также и отдельные цеха предприятий, важно учитывать достаточно много условий. Исходные данные для проектирования зависят от многих факторов, начиная от специализации предприятия и заканчивая географическим положением, поскольку нужно учитывать не только мощность, потребляемую оборудованием, но и расходы на освещение и теплоснабжение. Грамотно и рационально выполненный проект электроснабжения цеха существенно влияет на надежность работы установленного оборудования при минимально допустимом потреблении электроэнергии. Электроснабжение предприятия должно обеспечивать безопасные условия труда и не иметь вредного влияния на окружающую среду.
О построении однолинейной схемы энергоснабжения производственного предприятия читайте в статье «Принципы построения однолинейной схемы энергоснабжения цеха».
Этапы проектирования
Наиболее сложный и трудоемкий этап проектирования внутреннего электроснабжения — это определение и расчет потребляемой мощности нагрузки. В основе расчета лежат данные, как по паспортной потребляемой мощности оборудования, так и режимы его работы. Учитываются все факторы, включая реактивную мощность, требующую компенсации при помощи специального оборудования – компенсаторов реактивной мощности для обеспечения равномерной нагрузки трехфазной сети.
Компенсатор реактивной мощности
Отдельной графой в определении мощности идет расчет системы освещения цеха, позволяющий выбрать и оптимизировать расположение и типы светильников, в зависимости от требований к освещенности различных участков. Наличие или отсутствие центрального отопления может потребовать введение в число потребителей сезонное подключение систем электроотопления.
Большинство цехов промышленного предприятия требуют проектирования систем вентиляции.
Указанные условия показывают, насколько может быть трудоемким расчет системы электроснабжения на первом этапе проектирования, особенно, если речь идет об электропитании цеха нестандартного оборудования.
На втором этапе проектирования, используя данные первого этапа и масштабный план размещения оборудования, выбирается тип распределительной сети. При этом, необходимо учитывать такие факторы:
- Расположение приемников электроэнергии на территории цеха;
- Степень ответственности приемников (требования к надежности электропитания);
- Режим работы.
От выбранной схемы распределительной сети зависит расход материалов линий электропередач, расположение трансформаторных подстанций, распределительных щитов.
Масштабный план размещения оборудования
Используются такие виды распределительных сетей:
- Радиальные схемы;
- Магистральные;
- Комбинированные.
При радиальной схеме каждый приемник питается от отдельной линии, проложенной от распределительного щита. Такой вид сетей используется для подключения мощных приемников, расположенных на достаточном удалении один от другого, а подстанция находится вблизи геометрического центра нагрузки.
Магистральная схема характеризуется тем, что применяется при сосредоточенной нагрузке, когда приемники энергии сгруппированы последовательно и на небольшом расстоянии друг от друга. В таком случае они подключаются к единой магистрали, проложенной от трансформаторной подстанции или распределительного щита.
К комбинированной относится магистральная схема с сосредоточенными нагрузками, когда от распределительного щита отходит несколько магистралей, каждая для своей группы нагрузок. Комбинированной сетью можно назвать и такое построение радиальной, когда мощные потребители получают питание непосредственно от питающей подстанции, а менее мощные объединены в группы и получают питание от распределительных щитов.
Именно комбинированные сети получили наибольшее распространение, так как они позволяют наиболее оптимально использовать материальные ресурсы без снижения надежности. На данном этапе также учитываются требования приемников к надежности питания и закладываются схемы резервирования подачи электроэнергии.
Схемы распределения сетей: а) радиальная; б, в) магистральная.
Третий этап разработки проекта основывается на двух предыдущих и предполагает расчет необходимого количества, мощности распределительных устройств, подстанций, компенсаторов реактивной мощности.
Расчет мощности приемников электрической энергии
Мощность нагрузки на питающую сеть во многом зависит от вида производства. К примеру, оборудование цеха металлорежущих станков комбината металлообработки при одинаковом количестве устройств, потребляет гораздо большую мощность, чем станки цеха обработки древесины. Таким образом, электроснабжение механического цеха тяжелого машиностроения требует более строгого подхода в отношении выбора количества и мощности преобразовательных подстанций и линий электропередач.
При проектировании следует учитывать суточный график работы потребителей, и в основе расчетов должна лежать средняя потребляемая мощность в часы максимальной нагрузки. Если в расчет брать суммарную мощность потребителей, то большую часть времени трансформаторы подстанции будут работать в недогруженном режиме, что приведет к лишним финансовым затратам на обслуживание питающего оборудования.
Считается, что оптимальный режим работы трансформатора должен составлять работу на 65 – 70% от номинальной мощности.
Требуемое сечение линий электропитания также выбирается с учетом средней потребляемой мощности, поскольку приходится учитывать допустимую плотность тока, нагрев и потери мощности.
Точно также на данном этапе должны учитываться характеристики потребления реактивной составляющей мощности, для рационального использования компенсаторов. Неправильное размещение и параметры компенсаторов приведут к перерасходу энергии, неправильному учету, а, главное, к увеличенным потерям и нагрузке на линии электропередач.
Данная задача ставится в первую очередь там, где в наличии имеется много мощных потребителей с индуктивной нагрузкой. Самым распространенным примером являются асинхронные двигатели, которые входят в большинство станочного оборудования.
Второй этап проектирования
Выбор типа распределительной сети частично определяется характеристикой оборудования по категорийности приемников. Различают три категории по требованиям к надежности электропитания:
- Первая категория – перерыв в подаче питания приводит к угрозе безопасности, авариям, полному срыву технологического процесса. К данной категории относятся большое количество оборудования машиностроительного и металлообрабатывающего профиля, а также предприятия серийного производства на основе конвейера, например, машиностроительного профиля.
- Вторая категория – нарушение производственного цикла, перебои в выпуске продукции, не приводящие к серьезным экономическим последствиям. Большинство производств относятся именно к этой категории. Здесь можно указать оборудование ремонтно — механического цеха (РМЦ).
- К третьей категории относятся потребители с более щадящими требованиями к электропитанию, чем первых двух категорий. Сюда можно отнести большинство производственного оборудования швейного цеха, и некоторые цеха металлоизделий.
Оборудование, относящееся к первой категории, требует выполнять проектирование электроснабжения с учетом взаимного резервирования нескольких (обычно двух) источников внешнего электрического снабжения.
Оптимальное сочетание надежности электроснабжения при минимальных затратах достигается правильным выбором системы электроснабжения в соответствии с категорийностью оборудования и расположением оборудования на площади производственного цеха.
В большинстве случаев наиболее рациональной является комбинированная магистральная схема с сосредоточенными нагрузками. Оборудование кузнечного цеха или сварочного цеха имеет свои особенности по энергопотреблению и требует прокладки отдельных питающих магистралей, а электроснабжение участка механосборочного цеха, напротив, вполне возможно выполнить по магистральной схеме. И когда в цехе установлено несколько поточных линий, то без нескольких магистралей питания не обойтись. То же необходимо учитывать, когда выполняется расчет электроснабжения инструментального цеха.
Однолинейная схема с резервированием питания
Отдельные линии питания закладываются на систему освещения и вентиляции, будь то электропроект деревообрабатывающего комбината или проект электрики авиазавода авиационного предприятия.
Заключительный этап
На основании данных предыдущих расчетов составляется электротехнический проект, состоящий из нескольких комплектов документов. Вначале разрабатывается рабочий проект, который в процессе выполнения работ может корректироваться в зависимости от местных условий и в конце работ будет отличаться от расчетного. Одним из основных документов при проектировании электроснабжения является однолинейная схема электроснабжения цеха. Чертеж однолинейной схемы позволяет быстро сориентироваться в тонкостях и особенностях электроснабжения цеха.
Итоги
Проектирование системы электроснабжения отдельного цеха или целого завода является одним из самых ответственных мероприятий, выполнение которых возможно только специализированными организациями, имеющими право на такие работы. Не имеет смысла терять время на разработку проекта самостоятельно. Как бы он не был выполнен грамотно и точно, он все равно не получит согласования в организациях энергосбыта. Заказав типовой проект схемы внутрицехового электроснабжения до 1000 В или более у лицензированной организации, можно не беспокоится о безопасности и законности всех мероприятий по строительству и работе электрооборудования. Готовый проект будет иметь все необходимые допуски и согласования, начиная от эскиза и заканчивая полностью скорректированной документацией при сдаче объекта в эксплуатацию.
