Проектирование силовых электроустановок промышленных предприятий

Проектирование силовых электроустановок промышленных предприятий в России описано в НТП (нормах технологического проектирования), в которые включен ряд схем и контрольных показателей, а также общих правил проектирования. Именно на основе этого документа наши специалисты осуществляют проектирование силовых электроустановок промышленных предприятий.

Общие требования к проектированию СУ

Параметры силовой электроустановки (напряжение, мощность, моменты, частота вращения и др.) должны соответствовать параметрам питающей сети и технологического оборудования во всех расчетных режимах работы последнего. Электрооборудование и материалы должны быть стойкими к воздействию окружающей среды или должны быть защищены от этого воздействия. Применяемые 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 проектировании силовых электроустановок рекомендуется принимать прогрессивные технические решения и новое электрооборудование, освоенное или осваиваемое производством. Применение нового электрооборудования, не освоенного серийным производством, следует производить с согласия заказчика и завода-изготовителя. При проектировании, как правило, следует применять комплектные электротехнические устройства. В проекте силовых электроустановок должны предусматриваться мероприятия по выполнению электромонтажных работ индустриальными методами.

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. Молниезащита зданий, в которых находятся силовые электроустановки, должна выполняться согласно указаниям по устройству молниезащиты зданий и сооружений.

Оформление рабочей документации и ее состав при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий должны соответствовать требованиям государственных стандартов системы проектной документации для строительства (стандарты СПДС: 21.001-93, 21.101-97 и др.).

Подключение к электрической сети общего назначения

Сечение линии, питающей электроприемник (ЭП), при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий следует выбирать по номинальному току (установленной мощности) ЭП. Для ЭП, работающих в повторно-кратковременном режиме, - по току, приведенному к длительному режиму работы. 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 при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий 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.

При установке технологического оборудования в процессе проектирования силовых электроустановок промышленных предприятий с выносным комплектно поставляемым электрооборудованием питание от сети общего назначения следует подводить только к вводному устройству. Прокладка кабелей от вводного устройства до ЭП и другого электрооборудования, размещаемого на технологическом оборудовании, должна осуществляться по чертежам завода-изготовителя технологического оборудования. 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).

ЭП, функционирование которых необходимо для проведения электромонтажных работ при строительстве промышленного предприятия (краны, освещение, электроотопление и т.п.), при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий рекомендуется подключать к подстанциям и РУ, входящим в состав I очереди строительства. 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 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, и при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий. Стоит учитывать тот факт, что 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, при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий в зависимости от количества ЭП нужно учитывать следующие рекомендации:

Два ЭП, один рабочий, другой резервный:

а) питание ЭП в силовых электроустановках промышленных предприятий 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.
При обоих указанных подключениях ЭП в силовых электроустановках промышленных предприятий должны выполняться требованиям вышеуказанных пунктов.

Один ЭП. Технологическое резервирование невозможно. Согласно требованию гл. 5.3 ПУЭ в силовых электроустановках промышленных предприятий 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.
Четыре и больше взаиморезервируемых ЭП в группе в силовых электроустановках промышленных предприятий при различных сочетания числа рабочих и резервных ЭП.

При отнесении указанных ЭП к особой группе I категории требование к числу НИП следует относить к питающим секциям сборных шин РУ. При отключении одного из двух источников питания (НИП-А или НИП-Б) оставшийся в работе НИП должен обеспечить питание всей нагрузки. При отключении обоих источников питания (НИП-А и НИП-Б) третий независимый источник питания должен автоматически подключаться к питающим секциям сборных шин РУ и обеспечить безаварийный останов производства силовых электроустановок промышленных предприятий. Допускается также ручное неавтоматическое подключение третьего НИП к секциям сборных шин РУ. Кабельные линии к взаиморезервируемым ЭП, отнесенным к I категории и к особой группе I категории, следует прокладывать по изолированным в пожарном отношении трассам. Защитную и коммутационную аппаратуру для взаиморезервируемых ЭП рекомендуется размещать на разных панелях щитов, в разных шкафах.

Защитная и коммутационная аппаратура

Помимо НКУ и транспортных устройств, расчет которых представляет собой узкоспециализированную область, важным при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий является расчет защитной и коммутационной аппаратуры. В соответствии с ПУЭ в качестве аппаратов защиты электрических сетей и электродвигателей напряжением до 1 кВ должны применяться автоматические выключатели или предохранители. В качестве коммутационной аппаратуры при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий в силовых цепях применяются контакторы, магнитные пускатели, тиристорные станции управления и другая аппаратура в зависимости от мощности и назначения электроприемников.

Аппараты защиты и коммутационные аппараты по своим параметрам (напряжение, ток, частота, механическая и электрическая износостойкость, режим работы и т.д.) должны удовлетворять условиям работы в проектируемой установке. Аппараты защиты при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий должны быть стойкими при максимальных токах короткого замыкания (КЗ), т.е. должны выдерживать воздействие этих токов, не подвергаясь электрическим или механическим повреждениям, а также деформациям, препятствующим их дальнейшей нормальной эксплуатации.

Аппараты защиты считаются стойкими при максимальных токах КЗ, если предельная коммутационная способность (ПКС) автоматических выключателей или наибольшая отключающая способность предохранителей больше, чем расчетное значение максимального тока КЗ в точке подключения аппаратов защиты к питающей сети. При проектировании аппараты защиты силовых электроустановок промышленных предприятий необходимо выбирать стойкие не только для возможности их дальнейшей эксплуатации после отключения токов КЗ, но и для исключения аварийных ситуаций, которые могут возникнуть при КЗ в результате разрушения нестойких аппаратов защиты в случае их применения.

Автоматические выключатели при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий должны быть рассчитаны на одно отключение тока КЗ, значение которого превышает значение ПКС, но не выходит за пределы одноразовой предельной коммутационной способности выключателя (ОПКС). Выключатель при отключении такого тока не разрушается, но может оказаться непригодным для дальнейшей работы. Автоматический выключатель, выбранный по ОПКС (ОПКС больше, но ПКС меньше расчетного тока КЗ), не считается стойким при максимальном токе КЗ.

При проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий допускается установка аппаратов защиты, нестойких при максимальных токах КЗ, но при этом нестойкие аппараты должны быть защищены ближайшим вышестоящим автоматическим выключателем. Такой выключатель может защищать сразу несколько нестойких аппаратов защиты (группу).

При установке нестойких аппаратов защиты при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий должны выполняться следующие требования:

защищающий нестойкие аппараты автоматический выключатель должен быть стойким при максимальных токах КЗ за защищаемыми аппаратами;
защищающий автоматический выключатель должен иметь отсечку без выдержки времени;
ток срабатывания этой отсечки должен быть меньше, чем ОПКС защищаемых автоматических выключателей и меньше, чем наибольшая отключающая способность защищаемых предохранителей;
неселективное отключение всей группы защищаемых аппаратов не должно вызывать аварию или другие недопустимые последствия.

Стойкость аппаратов защиты определяется по отношению к значению трехфазного тока КЗ, расчет которого выполняется в соответствии с ГОСТ 28249-93.

Для проверки аппаратов защиты на стойкость при КЗ необходимо выполнять расчет токов КЗ на шинах всех распределительных устройств и распределительных пунктов проектируемой электроустановки.

Аппараты защиты при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий должны устанавливаться в начале защищаемой линии. Допускается установка аппаратов защиты на некотором расстоянии (по длине ответвления) от места присоединения к питающей линии при выполнении следующих условий:

длина участка ответвления от места присоединения к питающей линии до аппарата защиты не превышает 3 м;
ответвление на этом участке выполняется кабелем в оболочке, не распространяющей горение;
электропроводка выполнена таким образом, что опасность возникновения короткого замыкания сведена до минимума, например, путем защиты ее от внешних воздействий;
вблизи этого участка не располагаются горючие вещества.

При проектировании должны правильно использоваться возможности выбора и регулирования параметров автоматических выключателей в целях обеспечения наибольшей чувствительности защиты и необходимой селективности ее действия:

кратность отсечки на автоматическом выключателе следует выбирать (или устанавливать) минимальной, но такой, которая обеспечивала бы отстройку от пусковых токов;
выдержку времени селективных автоматических выключателей следует принимать минимально возможной по условиям селективности, не допуская необоснованного ее увеличения;
время срабатывания автоматических выключателей при шестикратном токе (там, где возможна регулировка этого времени) следует принимать минимально возможным по условиям обеспечения пуска электродвигателя, т. к. увеличение уставки по времени срабатывания автоматического выключателя при пуске электродвигателя увеличивает и время срабатывания защиты при КЗ, что крайне нежелательно.

Автоматические выключатели с полупроводниковыми расцепителями, реагирующими на ток однофазных КЗ, обладают повышенной чувствительностью, и применение таких выключателей повышает надежность защиты при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий. Наиболее часто коммутационные аппараты используются в условиях, соответствующих категориям применения АС-1, АС-3, АС-4 (по ГОСТ 12434-93).

Каждой категории соответствует своя область применения при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий:

АС-1 - включение и отключение активной или малоиндуктивной нагрузки;
AC-3 - прямой пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором, отключение вращающихся электродвигателей;
АС-4 - прямой пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором, отключение неподвижных или медленно вращающихся (в переходном процессе) электродвигателей, торможение противовключением.

Категория применения аппарата определяется условиями его работы в нормальном режиме (в режиме нормальных коммутаций), что важно при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий. Для категории АС-3, например, нормальным режимом работы является прямой пуск и отключение вращающегося электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Возможность случайного отключения неподвижного или медленно вращающегося электродвигателя не является основанием для повышения категории применения. При неправильных действиях оператора или в аварийных случаях (в режиме редких коммутаций) аппараты могут включать и отключать токи, значение которых превышает их коммутационную способность в нормальном режиме, но число таких коммутаций ограничивается. Предельные значения включаемых и отключаемых токов в режиме редких коммутаций оговариваются в технической документации на коммутационные аппараты при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий.

Коммутационной износостойкостью определяется срок службы (ресурс) коммутационных аппаратов в каждой категории применения при создании проекта системы силовых электроустановок промышленных предприятий. Для интенсивных режимов работы (большая частота включения, большие кратности коммутируемых токов) должны выбираться аппараты с большой коммутационной износостойкостью. При небольшой частоте включений и малых кратностях коммутируемых токов высокая коммутационная износостойкость не требуется, и применение в этих условиях аппаратов с повышенной износостойкостью экономически не оправдывается.

При защите ответвления к электродвигателю предохранителями необходимо при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий с помощью тепловых реле выполнять защиту электродвигателя от перегрузки. Эта защита должна отключить коммутационный аппарат при перегорании предохранителя в силовой цепи, если возникнет перегрузка электродвигателя при работе на двух фазах. Для электроприемников, не требующих самозапуска, при проектировании силовых электроустановок рекомендуется осуществлять нулевую защиту: при исчезновении напряжения на электроприемнике коммутационный аппарат отключается и после восстановления напряжения может быть включен только обслуживающим персоналом. Контакторы и магнитные пускатели позволяют выполнять такую защиту. Для электроприемников, не требующих самозапуска, но неожиданное отключение которых вызывает существенные негативные последствия, в проекте силовых электроустановок промышленных предприятий рекомендуется предусматривать нулевую защиту с небольшой (на время действия устройства АВР) выдержкой времени. Эта выдержка времени может осуществляться за счет установки дополнительного реле времени или специальных приставок к магнитным пускателям и контакторам. При применении для управления электродвигателями аппаратов, не осуществляющих нулевую защиту, электродвигатели месте с сопряженными с ними механизмами должны быть доступны только квалифицированному персоналу (должны иметь, например, специальные ограждения, располагаться в отдельных помещениях и т.п.).

В соответствии с гл. 4.1 ПУЭ проектом силовой установки предприятия должна предусматриваться возможность снятия напряжения с каждого автоматического выключателя для безопасной его ревизии, наладки, мелкого ремонта или демонтажа. Не требуется предусматривать отключающий или разъединяющий аппарат перед каждым автоматическим выключателем, если по условиям бесперебойности питания допускается снятие напряжения общим аппаратом с группы выключателей, с секции щита, со всего щита или магистрали на время осмотра или отсоединения от сети ревизуемого выключателя. Наличие «видимого разрыва» в отключающих или разъединяющих аппаратах в проекте силовой установки промышленного предприятия необязательно, однако должна быть предусмотрена возможность наложения на время ремонта переносных заземлений. Вместо разъединяющих аппаратов допускается предусматривать шинные накладки для установок, отключение которых для снятия накладок допускается по условиям технологического процесса. Однако в проекте силовой установки должны быть предусмотрены средства для безопасной смены плавких вставок, предохраняющие от случайного соприкосновения с токоведущими частями и от ожога при ошибочном включении плавкой вставки предохранителя на короткозамкнутую цепь.

Управление силовыми электроустановками

Системы управления силовыми электроустановками, как правило, должны обеспечивать централизацию управления и полное или частичное сокращение дежурного персонала. При возможности при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий следует предусматривать автоматизацию электроустановок, обеспечивающую их работу без постоянного дежурного персонала с централизованным контролем и управлением.

В проекте силовой электроустановки могут иметь место следующие виды управления электроустановками:

местное управление (МУ) с помощью аппаратов местного управления, расположенных вблизи технологических механизмов;
дистанционное управление (ДУ), при котором управление всеми механизмами осуществляется оператором с дистанционного пульта управления (ДПУ). При ДУ местное управление разрешается при его выборе оператором на ДПУ;
дистанционное автоматизированное управление (ДАУ), характеризуемое вводом команд оператором (избирание режима, пуск, останов), автоматической обработкой команд технологических датчиков, централизованным контролем работы установки на ДПУ;
дистанционное групповое управление (ДГУ), при котором предусматривается режим опробования отдельных механизмов с поста управления данной группы.

Все силовые электроустановки должны иметь МУ. Элементной базой управления могут быть релейно-контактные аппараты, бесконтактные устройства автоматики, программируемые контроллеры (ПК). Релейно-контактная аппаратура, как правило, должна применяться при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий в установках имеющих простые схемы, с кратковременным или длительным режимом работы механизмов, с простыми алгоритмами технологической автоматики. ПК должны применяться для управления установками со сложными алгоритмами технологической автоматики, с дистанционным управлением, блокировками с другими установками со сложной схемой избирания режимов, для передачи уплотненной информации на диспетчерские пункты. ДУ и ДАУ, как правило, следует проектировать для силовых установок на базе программируемых контроллеров.

Электрооборудование, в том числе комплектные крупноблочные электротехнические устройства, устанавливаемое непосредственно в сухих или влажных производственных помещениях с нормальной средой при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий, должно иметь степень защиты оболочки не менее IP2X. В производственных помещениях, характеризуемых как сырые, особо сырые, жаркие, пыльные, с химически активной средой, комплектные крупноблочные электротехнические устройства рекомендуется размещать в вентилируемых электропомещениях.

Для энергоемких производств, характеризуемых высокой степенью автоматизации (например, прокатные цеха), в целях рационального использования производственных площадей при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий рекомендуется сооружение многоэтажных ЭМП. Этажность, условия пристройки ЭМП, их размещение в производственных зданиях и помещениях определяются согласно требованиям СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений» и СНиП 2.09.02-85«Производственные здания». При выдаче чертежей строительных заданий на электропомещения, в которых устанавливаются трансформаторы, комплектные устройства и другое крупноблочное электрооборудование, должны указываться нагрузки от наиболее тяжелых частей этих устройств и места приложения этих нагрузок. Необходимо также указывать зоны передвижения этого электрооборудования при монтаже и эксплуатации с помощью цеховых подъемно-транспортных средств.

Все требования СНиП при проектировании силовых электроустановок промышленных предприятий выполняются специалистами нашей организации, что подтверждается высокими характеристиками проделанных работ и прилагаемыми документами, достоверность которых можно сверить с соответствующими статьями СНиП.