Распределительные устройства второго уровня энергосистемы (2УР)

Если количество и единичная мощность трансформаторов ЗУР определяется сверху при определении объемов инвестиций в строительство или реконструкцию отделения (участка) цеха, некрупного производства (или цеха), отдельного здания (сооружения), то построение (схема) второго уровня системы электроснабжения опирается на единичные электроприемники 1УР. Состав завода определяет схему 5УР(4УР) и предполагает возможность задаться Рр = Ртах по отдельным объектам, так что параметры ЗУР оказываются расчетными. Они согласовываются до составления списка (перечня) электроприемников (задания электрикам по технологическим, энергетическим и другим частям проекта) вместе с основными технологическими и строительными решениями по определению габаритных размеров здания (сооружения) и размещения его на генплане. Ввод в эксплуатацию подстанций ЗУР производится до начала монтажа технологического и вспомогательного электрооборудования (строители актом сдают под монтаж помещение или его часть, например отдельные фундаменты), его наладки, испытаний, пускового опробования.

Это в основном асинхронные короткозамкнутые электродвигатели с Рном от 0,25 до 100 кВт и более, со средней мощностью от 3 до 10 кВт, с коэффициентом спроса не выше 0,4…0,5 (в целом по заводу в начале XXI в. Кс = 0,15…0,20). Средняя мощность, определяющая количество электродвигателей, подключенных к КТП, может быть другой. Например, наличие нескольких электродвигателей мощностью, близкой к 100 кВт каждый, снизит общее число питаемых электроприемников; массовое оборудование с мощностью, близкой к единицам киловатта, — увеличит. Если производственное здание состоит из крановых пролетов 12, 15, 18, 24, 36, 48 м и более, то для большинства отраслей экономики может быть рекомендована магистральная схема, в пределе образованная магистральными шинопроводами, от которых запитываются распределительные подстанции. На каждый пролет устанавливается однотрансформаторная подстанция с выходом на магистраль. Резервирование осуществляется межпролетными перемычками. Однако на любом производстве есть, как правило, встроенные помещения, выделенные отделения и участки, располагающиеся в низкоэтажной части, в выгороженной или перекрытой по высоте, в том числе по технологическим, санитарным, противопожарным требованиям. Это неизбежно ведет к смешанной схеме, где распределительные пункты РП0,4 кВ могут питаться или от распределительного шинопровода, или от магистрального, или непосредственно со щита НН ЗУР.

Необходимость питания таких отделений и участков, наличие электроприемников большой единичной мощности, возможность появления сторонних потребителей, желательность резервного автомата ведут к установке на КТП с магистральным вводом линейной коммутационной аппаратуры, а саму КТП делают двухтрансформаторной. Схема же может иметь выходы на магистраль и на распределительные пункты (силовые — СП).

Обращаясь к большей части КТП, устанавливаемых на всех мелких, в основном на средних, и во вспомогательных цехах крупных предприятий, следует констатировать, что они выполнены для линейного присоединения потребителей через блок предохранитель— выключатель или (чаще) через автоматические выключатели. И та, и другая комплектация распространяются на одно и двухтрансформа торные КТП, обеспечивая радиальное питание шкафов 2УР, т.е. потребителей (но не приемников 1УР, которые от шкафа 2УР могут питаться и радиально, и магистрально). Сами шкафы 2УР могут питаться последовательно, образуя дополнительные ступени системы электроснабжения. В реальности это наблюдается всегда, что делает ступени системы электроснабжения 6УР— 1УР лишь идеализированной моделью.

Автоматические выключатели серии А3700, которые были наиболее распространенными, имеют структуру условного обозначения А37ХХХХЗ, где 37 — номер разработки; X — величина выключателя: 1 — 160 А, 2 — 250 А, 3 — 630 А; XX — исполнение выключателя по числу полюсов, виду установки максимальных расцепителей тока и максимальнотоковой защиты; ХЗ — климатическое исполнение. Шкафы: ШВВ — высоковольтного ввода, ШНВ — низковольтного ввода, ШНС — секционный, ШНЛ — низковольтный линейный. На рис. 7.10, а: БПВ — блок предохранитель—выключатель (предохранитель ПН2); БПВ1 на /ном = 100 А; БПВ2 на /ном щ 250 А; БПВ4 на /ном = 400 А; АВМ20СВ — автоматический выключатель моторный селективный с регулируемой защитой и от перегрузки, и от токов КЗ.

Достаточно распространено комплектование низкой стороны цеховых ТП из различных щитов и шкафов. Панели распределительных щитов применяют для приема и распределения энергии трехфазного тока при напряжении до 0,38 кВ и защиты отходящих линий от перегрузок и токов КЗ.

Щиты, скомпонованные из панелей, устанавливаются в помещениях и обслуживаются с передней стороны. Панели изготавливаются с ошиновками, имеющими электродинамическую стойкость (амплитудное значение) 30 и 50 кА. Панелями с ошиновками электродинамической стойкостью 30 кА комплектуются щиты подстанций мощностью до 630 кВ • А; стойкостью 50 кА — щиты подстанций свыше 630 кВ • А. Панели предусматривают как кабельные, так и шинные вводы.

Высота каждой панели — 2 200 мм, глубина — 600 мм, ширина по фасаду 60, 300, 800 или 1000 мм.

Шкафы распределительные силовые применяются в цеховых электроустановках промышленных предприятий для приема и распределения электроэнергии трехфазного переменного тока частотой 50 Гц при номинальном напряжении 380 В с защитой отходящих линий предохранителями и автоматами. Шкафы имеют вводный рубильник и предохранители на отходящих линиях; имеются шкафы распределительные с вводным рубильником и автоматическими выключателями на отходящих линиях. Силовые распределительные устройства со встроенными в них установочными автоматическими выключателями применяют в силовых установках с трех и четырехпроводными системами распределения трехфазного тока частотой 50 Гц, напряжением 380 В, а также в двухпроводной системе постоянного тока напряжением 220 В. Максимальная нагрузка на главные шины — 4 000 А, на нулевую шину — 2 000 А. Распределительные устройства собственно 2УР, устанавливаемые в помещениях, выполняются в виде щитов станции управления, распределительных и релейных щитов, шкафов, ящиков, силовых сборок и др. Существуют два подхода к формированию 2УР напряжением до 1 кВ переменного тока и до 1,5 кВ постоянного тока:

1. установка низковольтного РУ в электротехнических помещениях;
2. размещение РУ в помещениях, доступных для неинструктированного персонала (в производственных помещениях).

Намного проще (принцип не отличается от комплектации ЩСУ в ЭМП) проектирование отдельно стоящих щитов (шкафов), рассредоточенных по производственным помещениям. Здесь нужен полный перечень (список) электроприемников 1УР (исчерпывающая полнота ценологически запрещена), в частности электродвигателей, и схемы управления ими (рис. 4.9). Если не рассматривать проблему управления электродвигателем как электроприводом, то задача сводится к выбору способа питания и коммутационного аппарата, обеспечивающего включение электроприемника и его защиту. Опираясь на план цеха (отделения) и на задания с привязкой к осям (колоннам) и отметкам каждой единицы технологического оборудования с указанием (в идеале по паспорту — сопроводительной документации заводаизготовителя) номинальных и иных электрических параметров, режимов и точек подвода (присоединения), двигатели группируются прежде всего по территориальному признаку, но с учетом связи их с технологическим процессом или необходимостью разделенияобъединения по административным или иным соображениям (например, по пожарным или сантехническим). Выбор шкафа связан с его исполнением и местом установки. По исполнению различают шкафы навесные, стоящие (напольные), втраиваемые и утопленные. Шкафы в помещениях располагают у стен, колонн, у входа и выхода в помещение, на лестничной клетке, в мертвой зоне крана, в других неудобных местах (но с обеспечением доступа). Распределительное устройство 2УР может устанавливаться на открытом воздухе, располагаясь на спланированной площадке высотой не менее 0,2 м (в районах, где снежные заносы 1 м и более, сооружаются повышенные фундаменты) и конструктивно соответствуя окружающей среде. Для нормальной работы аппаратов, реле, измерительных приборов и приборов учета предусматривается местный подогрев. Теоретически шкаф 2УР, как и источник питания любого другого уровня, должен размещаться в центре электрических нагрузок, который теоретически рассчитываем. Но никто и никогда не дает размещать шкаф или трансформатор в таком центре. Да и экономически это не оправдано, так как такое место является самым дефицитным с технологической точки зрения. Однако во всех случаях при установке шкафа следует стремиться минимизировать сеть, обеспечивающую 1УР, располагать шкаф по ходу тока, обеспечивать удобство доступа и обслуживания. В целях уменьшения общего количества шкафов в цехе (отделении) возможно присоединение нескольких приемников небольшой мощности под один зажим (с сохранением управления и защиты каждого), выход на ряд магистрально соединенных ящиков и щитков, устройство электротехнических помещений, для которых проектируются и заказываются электротехническому предприятию стандартизированные станции и щиты управления. На них устанавливается коммутационная аппаратура, по номинальному току строго соответствующая электроприемникам. Это дает возможность питать от одного шкафа (панели) до 12 и 16 мелких двигателей с /ном до 10 (25) А. Что касается массовых (серийных) шкафов, то и они комплектуются 10 и 12линейными трехполюсными автоматами (до 30 при иной полюсности). Применяя модульный принцип, от одного вводнораспределительного щита (ЩВР) с номинальным током автоматических выключателей вводов до 2 500 А и номинального тока шкафа до 1200 А можно запитатьподключить до 36 отходящих линий 40 А каждая (в каждой централизации есть недостатки — в данном случае проблема организации кабельного потока ввода и вывода). При построении низковольтных сетей 1УР типа Ри Рп (см. рис. 4.9) и комплектовании коммутационных устройств 2УР не используются формализованные методы расчета электрических нагрузок, прежде всего, метод расчетной активной мощности (модернизированный метод упорядоченных диаграмм и всевозможные коэффициенты: Кю КТАХ, Аф, A3, КН9 КВ). Необходимыми исходными данными являются: месторасположение каждого электроприемника и привязка его к технологическому процессу, номинальная мощность Рты и ток /ном. напряжение и частота принимаются по умолчанию. Значения КПД и coscp несущественны. Тогда:

1. питающий проводник к каждому отдельному электроприемнику выбирается по его номинальному току, полагая его длительно допустимым и проверяя проводник по ограничениям, налагаемым ПУЭ
2. защита питающего проводника от токов КЗ в конце защищаемой линии и от перегрузки проводников в случаях, оговоренных ПУЭ, осуществляется коммутационной аппаратурой шкафа 2УР;
3. каждый электродвигатель (электроприемник) должен иметь отдельный коммутационный аппарат (общий аппарат или комплект коммутационных аппаратов применим для группы электродвигателей, служащих для привода машин, осуществляющих единый технологический процесс), отключающий от сети одновременно все проводники;
4. в качестве такого аппарата может быть использован коммутационный аппарат шкафа 2УР, если в комплектной поставке технологического оборудования (агрегата, машины) и электрооборудования (электропривода) отсутствует коммутационная аппаратура, обеспечивающая пуск, останов, защиту. В этом случае аппарат зоной защиты должен охватывать электроприемник и проводник;
5. для электродвигателя (электроприемника) предпочтительнее применение индивидуального коммутационного аппарата, имеющего более широкие возможности, чем аппарат шкафа, и обеспечивающего требующиеся виды управления и регулирования, защиту, контроль, сигнализацию. Для каждого электроприемника выполняются отдельные рабочие чертежи, включающие в себя схему подключения и управления, прокладку, установку, монтажные присоединения, спецификацию;
6. если от шкафа 2УР питается три электроприемника, то проводник, питающий шкаф, выбирается по сумме Iном. При большемколичестве следует учитывать ограничения:

а) количество отходящих линий от шкафа 2УР невелико и при использовании их непосред ственно для питания приемников 1УР установленная мощность не должна превышать мощность, передаваемую через вводной аппарат, исполнение которого 250, 400 А (или иное) затрудняет совершение ошибки; б) при прокладке питающего проводника к шкафу следует соблюдать «принцип равнопрочности»: по проводнику в номинальном режиме следует передавать мощность, близкую к номинальной мощности ввода. Если взять фрагмент рабочего чертежа, где 2УР представлен пунктом распределительным ПР8500 с 12 отходящими линиями и где все автоматы приняты на /ном = 63 А с уставками 16, 25* 50 А, то установленная мощность оборудования = 16 кВт (около 12 кВт отдается «розеткам»). Расчетная Рр = JQP * 0,7 • 28 = 20 кВт. Из Рр = Suip coscp при U = 380 В, coscp = 0,8 получим Iр = 38 А. На вводе установлен автомат /ном = 250 А с уставкой 250 А, защищающей от КЗ на шинах РП 380/220 В. Питающий кабель выбран с медными жилами с током по нагреву /н = 60 А, т.е. с небольшим запасом (прокладка кабеля с алюминиевыми жилами, допускающим длительные токовые нагрузки на 33% меньше, чем медные, аналогичные по изоляции и конструкции, возможна такого же сечения). Нужен ли в данном случае запас по сечению питающего кабеля Даже не имея плана столярной и слесарной мастерских, очевидно, что это небольшие участки, занимающие локализованную площадь (территорию), так что нельзя ожидать появления нескольких новых станков, а тем более какоголибо, например горизонтальнорасточного, станка с Р = 19 кВт. Поэтому выбор сечения кабеля с некоторым небольшим запасом по току и прокладке только одного является правильным. Что касается запаса, то в данном случае он скрыт в штепсельных розетках: при средней мощности ручного инструмента или передвижного оборудования 2 кВт трудно предположить, что помимо занятых на стационарном оборудовании появится еще шесть рабочих, задействующих эти самые 12 кВт с Кс не ниже 0,7. Во всех подобных случаях, когда сами характеристики оборудования технологически определяют площадь и отсутствие возможности (и инвестиционных намерений) резко (в разы) увеличить установленную мощность, следовательно и расчетную, выбор питающего 2УР кабеля (проводника) следует проводить, опираясь на формализованные методы определения Рр = Ртах. Обычно исключают из рассмотрения розетки и ограничиваются лишь станками. Как неоднократно указывалось, проводник, питающий узел, к которому как к точке присоединены лишь три электроприемника, выбирается под сумму номинальных мощностей, т.е. Рр = Ртах = Руст = 5,5 + 4,0 + 4,5 = 14 кВт. Введя Кс = 0,7, получим Рр = 0,7 14 = 10 кВт, так что кроме точила и сверла можно без какоголибо опасения подключить к 2УР еше пару подобных станков, если осуществлена проверка по трем наибольшим преемникам. Теоретической основой такого утверждения является уверенность в близкой к единице вероятности работы трех станков одновременно с номинальной мощностью. Например, три насоса (или три группы): питательный; охлаждающий; водоотлива, каждый из которых рассчитан на полную расчетную мощность всей установки, должен питаться по питающей сети, рассчитанной как сумма их номинальных мощностей. Необходимость питания каждого из насосов (группы) от независимого источника питания не устраняет необходимость суммирования мощностей для реально возможных режимов.