Энергообеспечение промышленных предприятий

     Организация систем электроснабжения в рамках крупных промышленных предприятий является критичным фактором успешной работы предприятия.

     Обеспечение качественным гарантированным и бесперебойным электропитанием производственных линий, автоматизированных систем управления и контроля, видеонаблюдения, охранно-пожарной сигнализации, оборудования связи при возникновении сбоев в электропитании, низком качестве или пропадании основного энергоснабжения является главной задачей комплексного энергообеспечения для промышленных предприятий.

     Общие требования организации электроснабжения промышленного предприятия

Параметры силовой электроустановки (напряжение, мощность, пусковой ток, реактивная составляющая и др.) должны соответствовать параметрам питающей сети во всех расчетных режимах работы установки.
Электрооборудование и материалы должны быть стойкими к воздействию окружающей среды или должны быть надежно защищены от этого воздействия.
Применяемое в силовых электроустановках электрооборудование и материалы должны соответствовать требованиям государственных стандартов или техническим условиям на их изготовление.
Элементы электроустановок (трансформаторы, электродвигатели, аппараты, кабели, провода, шины и т. п.) должны быть выбраны таким образом, чтобы при нормальной работе был исключен их нагрев, превышающий допустимое значение. Нормируемые перегрузки не должны приводить к разрушению изоляции.
Силовые электроустановки должны удовлетворять требованиям действующих норм и правил в части загрязнения ими окружающей среды, шума, вибрации, генерируемых электрических полей, электробезопасности, взрывопожарной безопасности.
При наличии силовых электроустановок, ухудшающих качество электроэнергии в питающей их сети (вентильных преобразователей, дуговых электропечей, сварочных аппаратов и др.), должны приниматься меры по поддержанию показателей качества электроэнергии в нормируемых ГОСТ 13109-87 пределах.

     Отключение электропитания даже на короткий срок может нанести непоправимый ущерб производству, экологии, а в некоторых случаях может привести даже к полному останову технологического процесса. Впоследствии для восстановления последнего могут потребоваться большие капиталовложения, длительное время для реконструкции производства и т.п.

     Особенности подключение к электрической сети общего назначения электроприемников технологического оборудования промышленного предприятия

Сечение линии, питающей электроприемник (ЭП), следует выбирать по номинальному току (установленной мощности) ЭП. Для ЭП, работающих в повторно-кратковременном режиме, - по току, приведенному к длительному режиму. Для ЭП значительной мощности, если известна их фактическая загрузка, сечение питающей линии следует выбирать с учетом их загрузки. В случаях, когда на технологическом механизме установлены несколько ЭП, сечение питающей линии следует выбирать по суммарной установленной мощности одновременно работающих ЭП.
Защита питающих ЭП линий осуществляется защитными аппаратами, устанавливаемыми в РУ, на ответвлениях от шинопроводов или в других местах.
При установке нескольких параллельных технологических агрегатов или автоматических линий питание технологически связанных ЭП каждого агрегата, каждой линии следует осуществлять от трансформаторов и РУ, получающих питание в нормальном режиме от одного независимого источника питания.
Подключение к сети общего назначения ЭП, предъявляющих повышенные требования к нормируемым ГОСТ 13109-97 показателям качества электроэнергии, следует осуществлять с помощью специальных технических средств (стабилизаторов, автономных источников и др.).
Надежность работы силовых электроустановок в значительной мере зависит от схем питания взаиморезервируемых электроприемников. Взаиморезервируемые механизмы, как правило, относятся к ЭП I категории и особой группе I категории согласно классификации по надежности электроснабжения. Значительно реже имеет место установка взаиморезервируемых механизмов, отнесенных по последствиям их отключения к ЭП II категории. Питание последних следует выполнять в соответствии с рекомендациями по резервированию ЭП, отнесенных к I категории, с заменой устройств АВР ручным управлением.
Требования к числу независимых источников питания (НИП) и устройству АВР для взаиморезервируемых ЭП могут относиться не к отдельным ЭП, а к питающим их секциям сборных шин РУ.
При подключении взаиморезервируемых ЭП, отнесенных к I категории, в зависимости от количества ЭП нужно учитывать рекомендации:

     - Два ЭП, один рабочий, другой резервный:

     а) питание ЭП должно осуществляться радиальными линиями от двух секций сборных шин, подключенных к независимым источникам питания;

     б) цепи управления каждого ЭП выполняются раздельно;

     в) предусматривается автоматическое замещение - при аварийном отключении рабочего ЭП включается резервный ЭП.

     - Три ЭП, два рабочих, один резервный или один рабочий, два резервных:

     а) питание двух ЭП осуществляется радиальными линиями от двух секций сборных шин. Третий ЭП подключается через развилку из двух защитных аппаратов к обеим секциям сборных шин;

     б) может быть выполнено также подключение каждого ЭП через развилку из двух защитных аппаратов к двум секциям сборных шин.

     Согласно требованию гл. 5.3 ПУЭ не требуется резервировать кабельную линию, непосредственно питающую электродвигатель, независимо от категории надежности ЭП. Однако при единственном ЭП, отнесенном к I категории, рекомендуется при протяженной кабельной линии или неблагоприятных условиях ее прокладки выполнять резервирование кабельной линии. ЭП могут быть напряжением как свыше 1 кВ, так и до 1 кВ.

     Почти каждое промышленное предприятие содержит в составе нагрузок системы электроснабжения ответственных потребителей, которые предъявляют особые требования к надежности электроснабжения и качеству электрической энергии. Это потребители I категории по надежности электроснабжения, для питания которых необходимо как минимум два независимых источника электроснабжения и потребители особой группы, дополнительно требующие наличия резервного источника электроснабжения.

     К приемникам особой группы относятся, в первую очередь различные вычислительные комплексы и центры, системы управления сложными технологическими процессами (АСУ ТП), системы собственных нужд электростанций, роботизированные производства, эвакуационное освещение, на нефтеперерабатывающих предприятиях это - электрозадвижки, аппараты воздушного охлаждения, в объектах инфраструктуры - это серверы различного назначения, электроустановки высотных зданий.

     С развитием электронной техники, силовой промышленной электроники, вычислительных машин, систем управления на базе компьютерной техники, больших вычислительных центров и т.п. возникли две крупные проблемы:

     - появились приемники электрической энергии, которые практически не допускают перерывов в электропитании и требуют бесперебойного электроснабжения;

     С увеличением доли этих приемников в общей мощности нагрузки системы электроснабжения (СЭС) ухудшилась электромагнитная обстановка в питающих сетях, т.е. появилась проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) приемников электрической энергии с разными вольтамперными характеристиками, получающими питание от одной сети. К приемникам, требующим бесперебойное электроснабжение относятся, в первую очередь, различные вычислительные комплексы и центры, системы управления сложными технологическими процессами (АСУ ТП), системы собственных нужд электростанций, роботизированные производства, эвакуационное освещение, на нефтеперерабатывающих предприятиях это - электрозадвижки, аппараты воздушного охлаждения, в объектах инфраструктуры - это серверы различного назначения, электроустановки высотных зданий.

     Устройства преобразовательной техники: тиристорные регуляторы напряжения и мощности, установки вентильного управления электроприводами, регулируемые источники реактивной мощности, а также ряд других нагрузок (установки точечной сварки, электролизные установки и т.п.) имеют нелинейные вольтамперные характеристики. Нелинейность характеристик промышленных потребителей приводит к потреблению из сети несинусоидальных токов, которые, протекая по элементам сети, вызывают искажения кривой напряжения, т.е. такие потребители являются источниками высших гармоник тока и напряжения в питающей сети.

     Высшие гармоники в питающем напряжении вредно воздействуют на ряд приемников электрической энергии. Появляются дополнительные потери в электрических машинах, сетях и трансформаторах, пропускная способность которых снижается. Значительно сокращается срок службы изоляции электрических двигателей, кабелей, конденсаторов. Появляется вероятность возникновения резонансных явлений в сетях с конденсаторными батареями, что часто является причиной выхода из строя последних. Ухудшается работа устройств автоматики, телемеханики и связи, значительно возрастают погрешности измерительных приборов и различного рода датчиков. Высшие гармоники часто являются причиной сбоев в работе вычислительных машин, систем управления вентильными преобразователями и автоматических регуляторов.

     Нелинейные нагрузки потребляют из сети значительную реактивную мощность. Дефицит реактивной мощности и генерация в сеть высших гармоник приводят к ухудшению таких показателей качества электрической энергии как отклонения напряжения и несинусоидальность напряжения, в связи с чем, начинают предъявляться повышенные требования к энергетическим характеристикам устройств питания электротехнологических установок.

     Приемники первой категории особой группы (с жесткими требованиями к длительности перерыва электроснабжения) получают питание не менее, чем от трех независимых источников. Для этого в общей схеме системы электроснабжения промышленного предприятия выделяют одну или несколько подсистем переменного тока: бесперебойного питания переменного тока (БП); гарантированного питания переменного тока (ГП); качественного питания на переменном токе (КП).

     Эти подсистемы образуют систему гарантированного питания (СГП), являющуюся составной частью системы электроснабжения промышленного предприятия, на котором имеются потребители 1-ой категории и особой группы.

     СГП включает в себя различное электрооборудование: автономные источники (генераторные агрегаты), электрораспределительные щиты, электрические сети с различными коммутационными аппаратами и преобразователями энергии.

Структурная схема системы гарантированного электропитания промышленных предприятий

     Условные обозначения:

     ДГУ — Дизель-генераторная установка

     АВР — Автомат ввода резерва

     РЩ — Распределительный щит

     РЩ ГП — Распределительный щит гарантированного питания

     ИБП — Источник бесперебойного питания

     Построение систем гарантированного питания (СГП) промышленных предприятий — задача не тривиальная и должна быть доверена профессионалам.