8. Проектирование систем электроснабжения

на напряжении выше 1 кВ211

1. Общие требования, предъявляемые к схемам электроснабжения промышленных объектов 211

2. Выбор номинального напряжения для систем внешнего и внутреннего электроснабжения212

3. Построение картограммы и определение условного центра электрических нагрузок214

4. Выбор места расположения распределительных пунктов и трансформаторных подстанций216

8.5.Схемы питающих и распределительных сетей217

8.6 Выбор сечений проводников линий 6—10 кВ 223

7. Конструктивное исполнение и компоновка распределительных пунктов и трансформаторных подстанций 230

8. Проектные решения по обеспечению надежности электроснабжения236

9. Энергосбережение на промышленных предприятиях240

9.1. Основные пути улучшения использования электроэнергии

на промышленных предприятиях 240

2. Определение расхода электроэнергии 243

3. Энергетические характеристики потребителей электроэнергии245

290

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

9.4.Снижение потерь мощности и электроэнергии

в системах электроснабжения 247

9.5.Мероприятия по экономии электроэнергии

на промышленных предприятиях 253

/

10. Система автоматизированного проектирования электрической части промышленного предприятия257

10.1. САПР как средство ускорения и оптимизации решений

при проектировании 257

2. Основные цели и задачи САПР 258

3. Подсистемы САПР 259

4. Информационная база функциональных подсистем 260

5. Виды обеспечения САПР 262

6. Задачи и структура подсистемы автоматизированного проектирования электроснабжения 263

Список использованных источников 265

Приложения 268

291

УДК 658.26:621.3.001.63(075.32) ББК 31.192я723Р15

Рецензенты:

доцент Брестского государственного

политехнического университета

кандидат технических наук О.Н.Прокопеня,

преподаватель Минского политехникума Л. С.Щербак

Радкевич В.Н.

Р15 Проектирование систем электроснабжения: Учеб. посо­бие. — Мн.: НПООО «ПИОН», 2001. — 292 с. ISBN 985-6268-24-9

В учебном пособии изложены основные принципы и современные тенденции построения систем электроснабжения промышленных пред­приятий, порядок разработки и состав проектной документации, при­меняемые при проектировании методы расчета электрических сетей, электрических нагрузок и компенсации реактивной мощности. Рас­смотрено влияние условий окружающей среды на проектные решения, взаимосвязи между потребителями электроэнергии и энергосистемой, пути рационального использования электроэнергии на предприятиях, вопросы автоматизации проектирования.

Пособие предназначено для учащихся средних специальных учеб­ных заведений. Может быть полезным студентам вузов и специалистам, работающим в области электроснабжения промышленных предприятий.

\ УДК 658.26:621.3.001.63(075.32)

\ ББК 31.192я723

©Радкевич В.Н., 2001 ISBN 985-6268-24-9 ©НПООО «ПИОН», 2001

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ПРЕДИСЛОВИЕ

Системы электроснабжения, обеспечивающие электрической энер­гией промышленные объекты, оказывают существенное влияние на работу электроприводов, осветительных, преобразовательных и элек­тротехнологических установок и, в конечном счете, на производствен­ный процесс в целом.

Надежное и экономичное снабжение электроприемников электро­энергией требуемого качества — необходимое условие нормального функционирования любого промышленного предприятия. В связи с этим специалисты в области электроснабжения должны иметь глубо­кие знания целого комплекса вопросов проектирования электроустано­вок промышленных объектов. Знать основы проектирования весьма важно, так как именно в проекте формируется структура системы электроснабжения и закладываются основные свойства, определяю­щие ее технические, эксплуатационные и экономические показатели.

Выпускникам средних специальных учебных заведений, работаю­щим в проектных организациях и на промышленных предприятиях, приходится решать множество разнообразных электроэнергетических задач. К основным задачам электроснабжения относятся следующие: выбор рациональных схем и конструктивного исполнения электричес­ких сетей; определение электрических нагрузок; расчет потерь мощ­ности и электроэнергии; компенсация реактивной мощности; поддер­жание требуемого качества напряжения; выбор числа и мощности трансформаторов; выбор защитных аппаратов и сечений проводников; учет потребляемой мощности и электроэнергии; рациональное исполь­зование электроэнергии. В учебном пособии значительное внимание уделено решению указанных задач при проектировании систем элек­троснабжения.

При проектировании следует применять системный подход, при котором электрические сети промышленного предприятия рассмат­риваются как часть электроэнергетической системы. Рациональное построение системы электроснабжения должно основываться на последних достижениях научно-технического прогресса в области энергетики.

3

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Учебное пособие предназначено для учащихся средних специаль­ных учебных заведений. В то же время оно может быть полезным для студентов высших учебных заведений, а также специалистов, деятельность которых связана с электроснабжением промышленных объектов.

Автор выражает признательность рецензентам — канд. техн. наук, доценту Брестского политехнического института О.Н.Прокопене и преподавателю Минского политехникума Л.С.Щербак за сделанные полезные замечания, учтенные при доработке рукописи.

4

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Общественный процесс создания материальных благ, предназна­ченных для удовлетворения разнообразных потребностей людей, свя­зан с необходимостью проектирования, конструирования, изготовления и эксплуатации множества технических объектов, сооружений, сис­тем, устройств и т.д., представляющих собой искусственные матери­альные комплексы. Особенность этих комплексов состоит в том, что они не только возникают благодаря человеку, но и одновременно прямо или косвенно воздействуют на него. Это воздействие может проявляться в виде ухудшения экологической обстановки вследствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания и химических веществ, возникновения шумовых нагрузок, вибрации, электромагнитных и ра­диационных излучений, изменения микроклимата и геологической структуры земли, образования терриконов и т.д.

Ошибки, допущенные при проектировании и конструировании, труд­но, а иногда и невозможно исправить в процессе эксплуатации без существенных капитальных вложений. Они могут привести к нерацио­нальному расходу сырья, материалов и энергоресурсов, значительному народнохозяйственному ущербу, авариям, катастрофам и другим нега­тивным последствиям. Например, уменьшение толщины стен зданий с целью экономии строительных материалов вызывает повышение расхо­да тепловой энергии на отопление, нерациональное размещение сетевых объектов — увеличение длины линий электропередачи, потерь мощно­сти и электроэнергии, ухудшение качества напряжения и т.д.

В связи с этим существует морально-этический аспект инженерно-технической деятельности, заключающийся в ответственности разра­ботчиков перед обществом не только за качественное проведение проектно-конструкторских работ, но и за правильное обоснование об­щественной потребности в сооружении того или иного технического объекта с учетом его технико-экономических характеристик, расхода энергоресурсов, влияния на окружающую среду и т.д. [1].

Проектирование — это процесс разработки проектной документации. Проект (от лат. projectus — брошенный вперед) является результатом интеллектуальной деятельности в сфере информации, а изделие — про-

5

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

изводственной деятельности в материальной сфере. Строительство, ре­конструкция и расширение промышленных объектов и их инфраструктур (систем электроснабжения, теплоснабжения и т.д.), производство новых изделий и внедрение современных технологий осуществляются на основе проектов. Инженерный проект — это изображение (модель) будущего устройства, объекта или системы, представленное в схемах, чертежах, макетах, таблицах и описаниях, созданных проектировщиками на основе расчетов и сопоставления вариантов [2].

Понятия «проектирование» и «конструирование» тесно взаимосвя­заны и характеризуют деятельность с замыслами. Проектирование предшествует конструированию и создает для него основу. Конструи­рование в отличие от проектирования предполагает разработку строго однозначной документации на новую конструкцию, изделие, материал, необходимой для последующей работы производителей продукции. Результатом деятельности проектировщика является проект, а конст­руктора — конструкция (строение, устройство, план, схема, взаимное расположение частей сооружения и т.д.). Окончательная оценка их деятельности определяется эффективностью функционирования со­зданных технических средств в процессе эксплуатации.

Проектированием и конструированием занимаются в специальных организациях: проектных институтах, проектно-конструкторских и кон­структорских бюро (ПКБ и КБ) и т.п. На некоторых предприятиях могут быть собственные КБ.

Процесс конструирования начинается с момента поступления в КБ задания на разработку изделия, в котором указываются назначение, основные параметры и условия работы изделия. На основе этих тре­бований КБ составляет и согласовывает с заказчиком техническое задание, определяющее цели и задачи предстоящей работы. После этого начинается конструирование изделия. При конструировании широко используются выпускаемые промышленностью стандартные элементы (детали, узлы и т.д.), на которые имеется техническая документация. Создаваемые в КБ узлы и детали должны быть вза­имозаменяемыми, унифицированными, технологичными, а само изде­лие — соответствовать требованиям надежности, экономичности, безопасности и технической эстетики.

6

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Порядок разработки проектной документации регламентируется строительными нормами [3]. Деятельность проектировщиков непос­редственно связана с термином «система», являющимся одним из фундаментальных понятий современной науки. Система (от греч. systema — целое, составленное из частей; соединение) — это множе­ство элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определенную целостность, единство. Согласно дан­ному определению, любой объект может рассматриваться как систе­ма.

В системах различают иерархические уровни, определяющие под­чиненность ее элементов по некоторым признакам. С учетом этого систему можно рассматривать как совокупность подсистем. Подси­стема — это составная часть системы, выделенная по составу эле­ментов, функциональному или иным признакам. При этом в качестве элементов могут рассматриваться человеческие коллективы, техни­ческие средства, информация и т.д. Отметим, что каждая система может быть представлена как подсистема, а каждая подсистема — как система. Это зависит от того, какой уровень в иерархии представ­ляет наибольший интерес для изучения.

Согласно [4], система электроснабжения (СЭС) — это совокуп­ность электроустановок, предназначенных для обеспечения потреби­телей электроэнергией. Она включает сети напряжения до 1 кВ и выше 1 кВ, связанные между собой трансформаторными подстанци­ями (ТП). Электроснабжение предприятий принято делить на внеш­нее и внутреннее. В систему внутреннего электроснабжения входит комплекс электротехнических сооружений от точки присоединения к энергосистеме до пункта приема электроэнергии предприятия: глав­ной понизительной подстанции (ГПП) или центрального (главного) распределительного пункта (ЦРП, ГРП). Система внутреннего (внутризаводского) электроснабжения — это комплекс сетей и под­станций, расположенных на территории предприятия. Внутреннее электроснабжение содержит сети с достаточно сложными схемами и развитой конфигурацией. Для иллюстрации на рисунке (с. 8) показан генплан предприятия со схемой внутреннего энергоснабжения напря­жением 10 кВ.

7

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ТП4 ТПЗ

4

3 ТП2

ТП6 ТП8 ТП5 ТП7

ТП12

ТП9

■щя

ТП1

гпп

_Ш

таю

тпп

Щ

Генплан предприятия со схемой внутреннего электроснабжения напряжением 10 кВ:

1—9 — номера цехов; ТП1 — ТП12 — цеховые ТП; Ml—М4 — электродвигатели напряжением 10 кВ

Особенностью промышленного предприятия как потребителя элек­троэнергии является то, что для осуществления технологического процесса используется большое число разнообразных электроприем­ников различных мощностей и номинальных напряжений, однофазного и трехфазного переменного тока различной частоты, а также электро­приемников постоянного тока.

Промышленные предприятия и их СЭС могут быть отнесены к большим системам. При изучении больших систем непригоден тради­ционный метод анализа частей и последующего объединения их свойств. Основным научным принципом анализа и синтеза больших систем является системный подход, который состоит из взаимосвя­занного рассмотрения всех элементов (подсистем) системы. Особен­ность такого подхода заключается в том, что в определенных грани­цах система рассматривается как единое целое с учетом внутренних

S

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

связей между отдельными элементами и внешних связей с другими системами и объектами. Применение системного подхода при проек­тировании позволяет решить техническую задачу для части с учетом целого. При этом реализуется возможность учета всех существую­щих технических и социальных связей создаваемого технического объекта с системой верхнего уровня и внешней средой.

Например, при проектировании электрической сети освещения не­обходимо рассматривать ее как часть внутрицеховой сети, связанной с системой внутризаводского электроснабжения, которая через систе­му внешнего электроснабжения соединяется с энергосистемой. Кро­ме того, следует учитывать вид производственной деятельности, ус­ловия окружающей среды, расстановку технологического, санитарно-технического и подъемно-транспортного оборудования и т.д. Все это оказывает влияние на конструктивное исполнение и параметры элек­трической осветительной сети.

В процессе проектирования закладываются основы оптимального функционирования и рациональной эксплуатации технических систем. Целесообразно отметить, что решение большинства актуальных прак­тических задач требует не только системного подхода, но и объеди­нения усилий специалистов разного профиля. Так, например, рацио­нальное потребление электроэнергии на промышленных предприятиях может быть обеспечено лишь совместными целенаправленными дей­ствиями представителей различных областей науки, проектирования и эксплуатации: энергетиков, технологов, механиков, строителей и т.д.

Результатом процесса проектирования является документация, содержащая все необходимые данные, характеризующие принятые технические решения