Проектирование электрической сети для предприятия

Проектирование электрической сети промышленного предприятия — это комплексный процесс создания безопасной, надежной и экономически эффективной системы электроснабжения, обеспечивающей бесперебойную работу технологического оборудования и инфраструктуры. Это основа, от которой зависит стабильность всего производственного цикла.

1. Стадии проектирования

Процесс проектирования выполняется в строгой последовательности:

1.1. Предпроектная стадия

• Техническое задание (ТЗ): Формулируется заказчиком. Содержит:
  • Местоположение и площадь предприятия.
  • Перечень и мощность всего технологического оборудования.
  • Требования к надежности электроснабжения (категории потребителей).
  • Планы по расширению.
  • Бюджет и сроки.
• Технико-экономическое обоснование (ТЭО): Оценка стоимости, сроков окупаемости и выбора оптимального варианта подключения.
• Обследование площадки: Анализ грунтов, климатических условий, наличия существующих коммуникаций.

1.2. Стадия «Проектная документация» (Стадия «П»)

Разрабатывается основной пакет документов для экспертизы и утверждения.

1.3. Стадия «Рабочая документация» (Стадия «Р»)

Создаются детализированные чертежи и спецификации для непосредственного выполнения монтажных работ.

2. Исходные данные и расчеты

2.1. Электрические нагрузки

• Определение установленной мощности (Р_уст): Суммарная паспортная мощность всех электроприемников.
• Расчет коэффициентов:
  • Коэффициент использования (К_и): Отношение средней мощности к установленной.
  • Коэффициент спроса (К_с): Учитывает неодновременность работы и неоднородность нагрузки. К_с = К_и * К_о (где К_о — коэффициент одновременности).
  • Коэффициент мощности (cos φ): Определяет долю реактивной мощности.
• Расчет расчетной мощности (Р_р): Р_р = К_с * Р_уст
• Расчет расчетного тока (I_р): I_р = Р_р / (√3 * U * cos φ) — для трехфазной сети.

Методы расчета нагрузок:

• Метод упорядоченных диаграмм (метод коэффициента спроса): Основной метод для промышленных предприятий.
• Метод удельного расхода электроэнергии на единицу продукции.
• Статистический метод (на основе данных аналогичных производств).

2.2. Категории надежности электроснабжения (согласно ПУЭ, Глава 1.2)

• Категория I: Бесперебойная работа которых необходима для безаварийной остановки производства, предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.
  • Требования: Два независимых источника питания (ИП), автоматическое восстановление питания при отказе одного из них (с помощью АВР).
  • Примеры: Химические производства, котельные, системы аварийной вентиляции.
• Категория II: Перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому браку продукции, простою технологического оборудования и рабочих.
  • Требования: Два независимых ИП, допускается ручное восстановление питания (время определяют технологи).
  • Примеры: Большинство цехов машиностроительных, металлургических заводов.
• Категория III: Все остальные потребители.
  • Требования: Один источник питания. Допускается перерыв в электроснабжении на время, необходимое для ремонта (до 1 суток).
  • Примеры: Склады, вспомогательные цеха.

3. Выбор схемы электроснабжения

Схема должна быть рациональной, надежной и экономичной.

• Радиальная схема: От ГРЩ кабели идут напрямую к крупным потребителям (цеховым подстанциям, мощным двигателям).
  • Плюсы: Высокая надежность, легкая селективность защиты.
  • Минусы: Большой расход кабеля, высокая стоимость.
• Магистральная схема: Одна кабельная линия (магистраль) питает несколько распределительных пунктов.
  • Плюсы: Меньший расход кабеля, lower cost.
  • Минусы: Меньшая надежность (авария на магистрали обесточивает всех потребителей).
• Смешанная схема: Наиболее распространена. Крупные потребители питаются по радиальной схеме, группы мелких — по магистральной.

Выбор напряжения:

• Внешнее питание: 6, 10, 35 кВ (зависит от мощности предприятия и возможностей местной энергосистемы).
• Распределение внутри предприятия: До 1000 В (0.4 кВ). Для мощных двигателей (свыше 200-400 кВт) может применяться напряжение 6 или 10 кВ.

4. Выбор оборудования

4.1. Трансформаторные подстанции (ТП)

• Расчет мощности трансформаторов: S_тр = Р_р / (β * cos φ), где β — коэффициент загрузки (обычно 0.7-0.8).
• Выбор количества и мощности: Для потребителей I и II категорий обычно устанавливают 2 трансформатора, чтобы при отказе одного второй мог взять на себя всю нагрузку (с учетом режима перегрузки).

4.2. Кабельные линии

• Выбор по допустимому току: I_доп ≥ I_р
• Выбор по потере напряжения: ΔU% ≤ 5% (от ИП до самого удаленного электроприемника).
• Выбор по условиям короткого замыкания (КЗ): Проверка на термическую и динамическую стойкость.
• Выбор марки кабеля: ВВГ-нг-LS, АВВГ, СИП — для воздушных линий.

4.3. Коммутационная и защитная аппаратура

• Автоматические выключатели:
  • Выбор номинального тока: I_н.авт ≥ I_р
  • Проверка отключающей способности: I_откл ≥ I_кз (ток короткого замыкания в точке установки).
  • Обеспечение селективности: чтобы при аварии отключался только поврежденный участок.
• Устройства защитного отключения (УЗО): Для защиты людей от поражения током (уставка 10-30 мА) и противопожарной защиты (100-300 мА).

5. Компенсация реактивной мощности

Реактивная мощность (Q) создает дополнительную нагрузку на сеть, увеличивает потери и снижает качество электроэнергии.

• Цель компенсации: Повысить cos φ до значений 0.92-0.95.
• Способы:
  • Конденсаторные установки (КУ): Устанавливаются на ГРЩ (централизованная компенсация) или непосредственно у мощных индуктивных нагрузок, например, двигателей (индивидуальная компенсация).
  • Синхронные двигатели: Могут работать с опережающим cos φ, генерируя реактивную мощность.

6. Молниезащита и заземление

• Молниезащита: Расчетная зона защиты должна покрывать все здания и сооружения. Состоит из молниеприемников, токоотводов и заземлителей.
• Заземление: Устройство защитного заземления (для безопасности) и рабочего заземления (для нормальной работы оборудования). Сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом (для сетей до 1000 В).

7. Основные разделы проектной документации

1. Пояснительная записка: Обоснование принятых решений, расчеты нагрузок, категорий надежности.
2. Схема электроснабжения: Однолинейная расчетная схема с указанием всего оборудования, сечений кабелей, номиналов аппаратов.
3. План расположения оборудования: Чертежи с привязкой щитов, трасс кабелей, розеток, светильников.
4. Система заземления и молниезащиты.
5. Спецификация оборудования и материалов.
6. Сметная документация.

8. Согласование и экспертиза

Готовый проект должен пройти процедуру согласования в органах Ростехнадзора и получить положительное заключение государственной или негосударственной экспертизы. Это подтверждает его соответствие всем действующим нормам и правилам.

Заключение

Проектирование электрической сети предприятия — это сложная, многогранная задача, требующая от инженера глубоких знаний, внимания к деталям и системного подхода. Качественно выполненный проект позволяет:

• Обеспечить бесперебойность технологического процесса.
• Снизить эксплуатационные расходы за счет оптимизации потерь и компенсации реактивной мощности.
• Гарантировать электробезопасность персонала и оборудования.
• Создать базу для будущего расширения предприятия.