2. Категории электроприемников и обеспечение надежности.

В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники разделяются на следующие три категории:

Электроприемники I категории — электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству; повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.

Из состава электроприемников I категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования.

Электроприемники II категории — электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Электроприемники III категории — все остальные электроприемники, не подходящие под определения I и II категорий.

1.2.18. Электроприемники I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Для электроснабжения особой группы электроприемников I категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.

В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприемников и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприемников I категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), специальные агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т. п.

Если резервированием электроснабжения нельзя обеспечить необходимой непрерывности технологического процесса или если резервирование электроснабжения экономически нецелесообразно, должно быть осуществлено технологическое резервирование, например, путем установки взаимно резервирующих технологических агрегатов, специальных устройств безаварийного останова технологического процесса, действующих при нарушении электроснабжения.

Электроснабжение электроприемников I категории с особо сложным непрерывным технологическим процессом, требующим длительного времени на восстановление рабочего режима, при наличии технико-экономических обоснований рекомендуется осуществлять от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, к которым предъявляются дополнительные требования, определяемые особенностями технологического процесса.

1.2.19. Электроприемники II категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.

Для электроприемников II категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Допускается питание электроприемников II категории по одной ВЛ, в том числе с кабельной вставкой, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более 1 сут. Кабельные вставки этой линии должны выполняться двумя кабелями, каждый из которых выбирается по наибольшему длительному току ВЛ. Допускается питание электроприемников II категории по одной кабельной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей, присоединенных к одному общему аппарату.

При наличии централизованного резерва трансформаторов и возможности замены повредившегося трансформатора за время не более 1 сут. допускается питание электроприемников II категории от одного трансформатора.

1.2.20. Для электроприемников III категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 сут.

3. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Общие требования к системам электроснабжения Системы электроснабжения промышленных предприятий должны обеспечивать следующее: • экономичность; • надежность электроснабжения; • безопасность и удобство эксплуатации; • качество электрической энергии; • гибкость системы (возможность дальнейшего развития), • максимальное приближение источников питания к электроустановкам потребителей. Выбор системы электроснабжения промышленного предприятия должен осуществляться на основе технико-экономического сравнения нескольких вариантов. При создании системы электроснабжения необходимо учитывать категорию приемников электроэнергии. При определении категории сдедует руководствоваться требованиями ПУЭ [3]. При этом надо избегать необоснованного отнесения электроприемников к более высокой категории. Электроприемники и отделения цехов разной категории рассматриваются как объекты с разными условиями резервирования. Надежность электроснабжения потребителя обеспечивается требуемой степенью резервирования. Электроприемники первой и второй категорий должны иметь резервные источники питания. Резервирование необходимо для продолжения работы основного производства в после-аварийном режиме. Питание электроприемников третьей категории не требует резервирования. В соответствии с ПУЭ для электроприемников первой категории должны предусматриваться два независимых взаимно резервируемых источника питания. В ряде электроприемников первой категории необходимо выявлять наиболее ответственные (особая группа приемников). Для них предусматривается третий независимый источник питания. В качестве третьего источника питания для особой группы и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприемников первой категории могут быть использованы собственные электростанции или электростанции энергосистемы (в частности, шины генераторного напряжения), агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т. п. Назначение третьего независимого источника питания — обеспечение безаварийного останова производства. Завышение мощности третьего источника в целях использования его для продолжения работы производства при отключении двух основных независимых источников питания может быть допущено только при выполнении в проекте технико-экономического обоснования. Схема электроснабжения электроприемников особой группы первой категории должна обеспечивать: • постоянную готовность третьего независимого источника к включению и автоматическое его включение при исчезновении напряжения на обоих основных источниках питания; • перевод независимого источника питания в режим горячего резерва при выходе из строя одного из двух основных источников питания (в обоснованных случаях может быть допущено ручное включение третьего независимого источника питания). Электроприемники второй категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервируемых источников питания. Ко второй категории следует относить только такое технологическое оборудование, без которого невозможно продолжение работы основного производства на время послеаварийного режима. Для правильного решения вопросов надежности необходимо различать аварийный и послеаварийный режимы работы. Систему электроснабжения следует строить таким образом, чтобы она в послеаварийном режиме обеспечивала функционирование основных производств предприятия после необходимых переключений. Мощности независи¬мых источников питания в послеаварийном режиме определяются постепени резервирования системы. При этом используются все дополнительные источники и возможности резервирования. Схема электроснабжения должна обеспечивать необходимое качество электрической энергии в соответствии с ГОСТ 13109—97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». На промышленных предприятиях могут быть установлены электроприемники с резкопеременными графиками нагрузок (приводы прокатных станов, дуговые электрические печи), однофазные электроприемники (электротермические и сварочные установки, освещение), электроприемники, нарушающие синусоидальность токов и напряже-ний (преобразователи всех типов, дуговые электрические печи и т. п.). Это приводит к возникновению колебаний напряжения, к нарушению симметрии токов и напряжений, к появлению высших гармонических составляющих токов и напряжений. Снижение качества электрической энергии приводит к дополнительным потерям энергии, уменьшает пропускную способность электрических сетей, приводит к сокращению срока службы электрооборудования, электрических машин, конденсаторных установок и т. д. Качество электрической энергии может быть достигнуто: • применением повышенных напряжений в питающих и распределительных сетях и приближением источников питания к электроприемникам (для электроприемников с резкопеременной нагрузкой); • уменьшением реактивного сопротивления элементов схемы от источников питания до электроприемников с резкопеременной нагрузкой; • включением на параллельную работу вторичных обмоток трансформаторов, питающих резкопеременную нагрузку; • применением глубоких вводов напряжением 35 кВ и выше для питания  крупных дуговых электропечей, главных электроприводов прокатных  станов, преобразовательных  установок  большой мощности и т. д  или питания таких электроприемников от отдельных линий непосредственно от энергосистемы, ГПП или ПГВ; • применением симметрирующих устройств, фильтров высших гармоник, быстродействующих синхронных компенсаторов для выравнивания графиков электрических нагрузок и осуществлением других мероприятий, уменьшающих вредное воздействие электроприемников на системы электроснабжения. Трансформаторные и распределительные подстанции следует максимально приближать к электроустановкам потребителей электроэнер-гии, сокращая число ступеней трансформации путем внедрения глубоких вводов, повышенных напряжений питающих и распределительных сетей, дальнейшего развития принципа разукрупнения подстанций, внедрения магистральных токопроводов.

5. Нагрузкой называют преобразователь электрической энергии в другой ее вид (механическую, химическую, тепловую и т.д.). Любая электрическая нагрузка характеризуется мощностью, т.е. способностью совершить работу за некоторый период. При этом затраченная электрическая энергия будет определяться как произведение напряжения, силы тока и времени. Эта формула универсальна и для переменного, и для постоянного тока.

Требования к определению электрических нагрузок, которые должны выполняться при проектировании объектов электроснабжения промышленных предприятий:

1. Основными исходными данными для определения расчетных нагрузок служит перечень электроприемников, установленных на предприятии, с указанием их номинальной мощности, назначения, режима работы.

2. Определение электрических нагрузок электроприемников с переменным графиком нагрузки на всех ступенях питающих и распределительных сетей следует выполнять, как правило, по методу коэффициента использования и коэффициента максимума в соответствии с действующими указаниями по определению электрических нагрузок в промышленных установках, при этом расчетные нагрузки на трансформаторы следует корректировать с учетом нагрузок, определяемых по удельным расходам электроэнергии.

3. Коэффициенты использования и максимума следует систематически уточнять на основании данных обследования электрических нагрузок действующих промышленных электроустановок.

4. Нагрузки от крупных потребителей напряжением выше 10000020В должны учитываться особо, в соответствии с их режимом работы. Расчетную нагрузку электроемких потребителей следует определять по графику нагрузки, составленному на основе технологического графика.

5. При построении общего графика нагрузки нескольких электроемких потребителей необходимо учитывать несовпадение индивидуальных графиков с целью уменьшения максимума суммарной электрической нагрузки.

6. Определение суммарных резкопеременных ударных нагрузок следует производить на основании индивидуальных графиков работы таких электроприемников. Учитывая сложный и случайный характер изменения нагрузок, допускается применение упрощенного метода определения суммарных резкопеременных ударных нагрузок путем определения вероятности совпадения максимумов индивидуальных графиков по времени продолжительности работы и времени пауз.

Результаты расчета электрических нагрузок должны сопоставляться со среднегодовыми темпами роста нагрузок, полученными из анализа их изменения за последние 5-10 лет и, при необходимости, корректироваться.

7. Основные методы расчета электрических нагрузок

Метод коэффициента спроса.

Пример

Для определения расчетных нагрузок по этому методу необходимо знать установленную мощность Рном группы приемников и коэффициенты мощности cosj и спроса Кс данной группы, определяемые по справочным материалам.

Расчетную нагрузку группы однородных по режиму работы приемников определяют по формулам:

Рр=КсРном

Qр=Рр

где   соответствует   данной группы приемников.

Расчетную нагрузку узла системы электроснабжения, содержащего группы приемников электроэнергии с различными режимами работы, определяют с учетом разновременности максимумов нагрузки отдельных групп

где   и - соответственно сумма расчетных активных и реактивных мощностей отдельных групп электроприемников; Кр,м - коэффициент разновременности максимумов нагрузок отдельных групп приемников.

Значение Кр,м можно приближенно принять равным 0,9. При этом суммарная расчетная нагрузка узла системы электроснабжения не должна быть меньше его средней нагрузки.

Определение расчетной силовой нагрузки по установленной мощности и коэффициенту спроса является приближенным методом расчета, поэтому его применение рекомендуют для предварительных расчетов и определение общезаводских нагрузок для 5УР-6УР.

Статистический метод расчета нагрузок.

По этому методу расчетную нагрузку группы приемников определяют двумя интегральными показателями: средней нагрузкой Рср,Т и среднеквадратичным отклонением бср,Т из уравнения

где   - принятая кратность меры рассеяния, а индекс Т указывает на отношение величины к длительности интервала осреднения нагрузки.

Для группового графика средняя нагрузка при достаточно большом m равна

Рср,Т=(р1+р2+...+рm)/m

где m - число отрезков длительностью Т=3Т0 , на которое разбит групповой график нагрузки, построенный для достаточно длительного периода времени.

Среднеквадратическое отклонение для группового графика нагрузок определяют по формуле

Статистический метод позволяет определять расчетную нагрузку с любой принятой вероятностью ее появления. Применение этого метода целесообразно для определения нагрузок по отдельным группам и узлам приемников электроэнергии напряжением до 1 кВ (1УР-3УР).

Определение расчетной нагрузки по средней мощности и коэффициенту формы.

В основе этого метода лежит равенство расчетной и среднеквадратичной нагрузок. Для групп приемников с повторно-кратковременным режимом работы принятое допущение справедливо во всех случаях. Оно приемлемо также для групп приемников с длительным режимом работы, когда число приемников в группе достаточно велико и отсутствуют мощные приемники, способные изменить равномерный групповой график нагрузок.

Данный метод может применяться для определения расчетной нагрузки 3УР-4УР. Расчетную нагрузку группы приемников определяют из выражения

Рр=Кф,аРср,м

Qр=Кф ,р Qср,м

где Qср,м=Рср,м

Значения Кф достаточно стабильны для цехов и заводов с малоизменяющиейся производительностью. Поэтому при проектировании можно пользоваться экспериментальными данными, полученными для аналогичных производств. Обычно коэффициент формы составляет 1-1,2. При этом наименьшие значения соответствуют высшим ступеням системы электроснабжения.

Средние нагрузки за наиболее загруженную смену Qср,м и Рср,м определяют любым из способов: по установленной мощности и коэффициенту использования; по удельному расходу электроэнергии на единицу выпускаемой продукции; в условиях эксплуатации - по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии.

Метод упорядоченных диаграмм.

Пример

Метод упорядоченных диаграмм применяется для всех уровней системы электроснабжения и вне зависимости от стадии проектирования. При нахождении электрических нагрузок в сетях напряжением до 1 кВ существует следующий порядок расчета:

1) По расчетному узлу суммируются число силовых электроприемников и их номинальные мощности;

2) Суммируются средние активные и реактивные нагрузки рабочих электроприемников

3) Находится групповой коэффициент использования данного расчетного узла

 

4) Рассчитывается эффективное число электроприемников узла.

5) По справочным кривым или табличным значениям определяются коэффициент расчетной нагрузки и максимальная силовая нагрузка расчетного узла

Рр=КрРср

Расчетную реактивную нагрузку принимают равной

при nэ<10 - Qр=1,1Qср,м=1,1Рср

при nэ>10 - Qр=Qср,м=Рср

К расчетным силовым нагрузкам до 1000 В по цеху (трансформатору в целом) добавляются осветительные нагрузки.

Определение электрических нагрузок комплексным методом

Комплексный метод основывается на том, что любое предприятие, производство, цех описывается числовыми показателями и качественно, и применяется в основном в черной металлургии.

Основные электрические показатели, характеризующие предприятие, включают максимальную мощность Рmax, число часов использования максимума нагрузки Тmax, коэффициент спроса Кс, число электроприемников Д, среднюю мощность Рср, вооруженность труда Ат, электровооруженность Аэ.

Прогнозирование достоверно для общего электропотребления и числа электродвигателей на 6УР. Менее достоверны прогнозы Т_max, K_c, A_т, A_э. Модели прогноза и оценка точности определяются методами математической статистики. Для целей прогнозирования перспективным оказалось применение Н-распределения.

Согласно данному методу проектируемому предприятию подбирается предприятие-аналог из банка данных с приблизительно похожими характеристиками и дальнейшие выводы строятся на показателях данного предприятия. Применение комплексного метода возможно только при наличии достаточно большой базы данных по предприятиям страны.

Использование данного метода возможно на стадии предварительного проектирования. Достаточно хорошие результаты комплексный метод дает для 6УР-4УР.

Подробно комплексный метод изложен в авторском учебнике профессора Кудрина Б.И.

Вспомогательные методы расчета

Метод удельного расхода электроэнергии на единицу продукции.

Пример

Для приемников с неизменной или мало изменяющейся во времени нагрузкой (например, вентиляторы, насосы и др.) расчетная нагрузка совпадает со средней за наиболее загруженную смену и может быть определена по удельному расходу электроэнергии на единицу продукции при заданном объеме выпуска продукции за определенный период времени

где эуд - удельный расход электроэнергии на единицу продукции, кВт*ч; Nсм - количество продукции, выпускаемой за смену (производительность установки за смену); Тс,м - продолжительность наиболее загруженной смены, ч.

При наличии данных об удельных расходах электроэнергии на единицу продукции в натуральном выражении эуд и годовом объеме выпускаемой продукции Nгод цеха (предприятия в целом) расчетную нагрузку определяют по формуле

где Тmax,ц - число часов использования максимума активной нагрузки цеха (принимается по отраслевым инструкциям и справочным данным).

Метод удельной нагрузки на единицу производственной площади.

Данный метод применяется при проектировании универсальных сетей машиностроения, характеризующихся большим числом приемников малой и средней мощности, равномерно распределенных по площади цеха. Расчетную нагрузку группы приемников определяют по формуле

Рр=рудF

где руд - удельная расчетная мощность на 1 кв.м. производственной площади, кВт/кв.м.; F - площадь размещения приемников группы, кв.м.

Удельную нагрузку определяют по статистическим данным. Значение ее зависит от рода производства, площади цеха, обслуживаемой магистральным шинопроводом, и изменяется в пределах 0,06-0,6 кВт/кв.м.

Рассматриваемый метод целесообразно применять для определения расчетной нагрузки на стадии проектного задания при технико-экономическом сравнении вариантов, а также при ориентировочных расчетах.