Электроснабжение предприятий

Электроснабжение предприятий — это сложная многокомпонентная система, обеспечивающая бесперебойное снабжение электроэнергией все технологические процессы, освещение, системы вентиляции, отопления и управления. От ее надежности и эффективности напрямую зависит бесперебойность работы предприятия, качество продукции и, в конечном счете, его экономическая стабильность.

1. Классификация систем электроснабжения предприятий

1.1. По категории надежности (согласно ПУЭ, гл. 1.2)

• I Категория: Электроприемники, перерыв в питании которых может повлечь:
  • Особая группа: Опасность для жизни людей, угрозу взрыва, пожару, массовый брак продукции, нарушение работы сложного технологического оборудования. Требует два независимых взаимно резервирующих источника питания и автоматическое восстановление питания от третьего (автоматический ввод резерва — АВР).
  • Остальные электроприемники I категории: Требуют два независимых источника питания с автоматическим или ручным восстановлением питания (АВР или ВРР).
  • Примеры: Хирургические отделения больниц, котельные, обеспечивающие отопление жилых массивов, химические производства с непрерывным циклом.
• II Категория: Электроприемники, перерыв в питании которых приводит к массовому недоотпуску продукции, простою рабочих, механизмов, нарушению нормальной деятельности значительного количества людей.
  • Требует два независимых источника питания, но допускает перерыв на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом или выездной бригадой.
  • Примеры: Механические и сборочные цеха, мукомольные заводы, жилые дома выше 5 этажей.
• III Категория: Все остальные электроприемники, не подпадающие под определения I и II категорий.
  • Допускает питание от одного источника питания, при условии, что ремонт или замена поврежденных элементов системы электроснабжения может быть выполнена в течение 1 суток.
  • Примеры: Склады, цеха вспомогательного производства, небольшие мастерские.

2. Основные элементы системы электроснабжения предприятия

Система строится по иерархическому принципу, от внешнего ввода к конечному потребителю.

1. Центральный распределительный пункт (ЦРП) или Главная понизительная подстанция (ГПП):

• Назначение: Прием электроэнергии от энергосистемы (обычно на напряжении 6, 10, 35, 110 кВ), ее преобразование (понижение) и распределение по территории предприятия.
• Основное оборудование: Силовые трансформаторы, высоковольтные выключатели, разъединители, устройства релейной защиты и автоматики (РЗА), системы учета электроэнергии.

2. Распределительные пункты (РП) и Трансформаторные подстанции (ТП):

• Назначение: Распределение электроэнергии на более низком напряжении (6/10 кВ) к цеховым подстанциям или крупным потребителям.
• Оборудование: Распределительные щиты, выключатели нагрузки, предохранители.

3. Цеховые трансформаторные подстанции (ЦТП):

• Назначение: Окончательное понижение напряжения до рабочего уровня 0.4 кВ (380/220 В) для питания непосредственно станков, освещения, розеток.
• Оборудование: Силовые трансформаторы (масляные или сухие), вводно-распределительные устройства (ВРУ) на низкой стороне.

4. Распределительная сеть:

• Кабельные линии: Прокладываются в земле (траншеях), кабельных каналах, туннелях или по эстакадам.
• Воздушные линии (ВЛ): Применяются реже, в основном на периферийных участках или для небольших предприятий.
• Шинопроводы (магистральные и распределительные): Используются для питания групп приемников в цехах большой протяженности (например, кранового оборудования).

5. Электрические щиты различного уровня:

• ВРУ (Вводно-Распределительное Устройство): На вводе в здание.
• ГРЩ (Главный Распределительный Щит): Центр распределения энергии в большом здании.
• ЩР (Щит Распределительный): Этажные или цеховые щитки.
• ЩО (Щит Освещения), ЩС (Щит Силовой): Специализированные щиты для разделения цепей.

3. Специфические системы и мероприятия

1. Компенсация реактивной мощности (КРМ):

• Проблема: Индуктивные нагрузки (электродвигатели, трансформаторы) создают реактивную мощность, которая не совершает полезной работы, но загружает сети и увеличивает потери.
• Решение: Установка конденсаторных установок (КУ) или устройств компенсации реактивной мощности (УКРМ), которые генерируют опережающий ток, компенсируя отстающий ток индуктивности. Это позволяет:
  • Снизить нагрузку на кабели и трансформаторы.
  • Уменьшить потери электроэнергии.
  • Избежать штрафов от энергоснабжающей организации за низкий cos φ.

2. Учет электроэнергии:

• Коммерческий учет: На вводе (ЦРП, ГПП) для расчетов с энергосбытовой компанией. Используются точные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН), а также счетчики класса точности 0.5S или 0.2S.
• Технический (внутризаводской) учет: В РП, ТП, на крупных потребителях для анализа энергопотребления, планирования и контроля за эффективностью использования энергии.

3. Обеспечение качества электроэнергии:

• Проблемы: Провалы и перенапряжения, высшие гармоники (от нелинейных нагрузок: частотных преобразователей, сварочных аппаратов), несимметрия фаз.
• Решение: Применение стабилизаторов, сетевых фильтров, активных фильтров гармоник.

4. Защита от перенапряжений (УЗИП):

• Многоуровневая защита: Установка ограничителей перенапряжений (ОПН) на вводе (УЗИП типа 1), в распределительных щитах (УЗИП типа 2) и непосредственно у чувствительного оборудования (УЗИП типа 3).

4. Проектирование системы электроснабжения

Процесс проектирования включает несколько ключевых этапов:

1. Техническое задание (ТЗ): Определение всех нагрузок, их категорий надежности, точек подключения, требований к качеству электроэнергии.
2. Электрический расчет:
   • Расчет электрических нагрузок (методом упорядоченных диаграмм, коэффициента спроса).
   • Расчет токов короткого замыкания (КЗ) для проверки оборудования на динамическую и термическую стойкость.
   • Выбор аппаратов защиты (автоматических выключателей, предохранителей) и проверка их селективности.
   • Выбор сечений кабелей и шин по допустимому току нагрузки и потере напряжения.
   • Расчет компенсации реактивной мощности.
3. Разработка принципиальных схем: Однолинейные схемы электроснабжения на всех уровнях напряжения.
4. Планирование размещения оборудования: Компоновка подстанций, трассировка кабельных линий.
5. Система заземления и молниезащиты: Проектирование контура заземления и системы молниезащиты зданий.

5. Монтаж, наладка и эксплуатация

• Монтаж: Выполняется квалифицированным персоналом с соблюдением всех норм ПУЭ, ПТЭЭП, СНиП.
• Пуско-наладочные работы (ПНР): Включают в себя:
  • Проверку монтажа и соответствия проекту.
  • Измерение сопротивления изоляции и петли «фаза-ноль».
  • Проверку срабатывания защит и настройку уставок.
  • Испытание оборудования повышенным напряжением.
• Эксплуатация: Требует наличия штата электромонтеров и инженерно-технических работников, проведения планово-предупредительных ремонтов (ППР), периодических испытаний и измерений.

Заключение

Современная система электроснабжения промышленного предприятия — это не просто набор кабелей и щитов, а сложный инженерный комплекс, являющийся кровеносной системой производства. Его грамотное проектирование, основанное на глубоких расчетах и понимании технологии, качественный монтаж и профессиональная эксплуатация являются залогом:

• Бесперебойности технологических процессов.
• Энергоэффективности и снижения себестоимости продукции.
• Электробезопасности персонала и оборудования.
• Надежности и долговечности всего предприятия в целом.

Современные тенденции ведут к интеллектуализации таких систем, внедрению систем АСКУЭ (Автоматизированная Система Коммерческого Учета Электроэнергии) и цифровых подстанций, что позволяет перейти от реактивного обслуживания к предиктивному и добиться новых уровней эффективности.