Глава девятая.
ВНУТРИЦЕХОВЫЕ СЕТИ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В.
9-1. НАЗНАЧЕНИЕ СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В.
На любом промышленном предприятии имеются потребители электроэнергии на напряжении до 1000 В. Такими потребителями являются силовые установки, преобразующие электроэнергию в другие виды энергии, необходимые для технологических целей, а также осветительные устройства.
Электроприводы различных технологических установок и металлорежущих станков, питание нагревательных устройств и других электроприемников осуществляются в большинстве случаев на напряжении до 1000 В.
Только крупные (свыше 300—350 кВт) нерегулируемые электродвигатели, электродуговые установки большой мощности и некоторые другие устройства непосредственно используют электроэнергию при напряжении выше 1000 В.
Даже в прокатных цехах металлургических заводов, где особенно велики мощности отдельных электродвигателей, большинство электроприемников получает питание на напряжении до 1000 В, включая регулируемые электродвигатели постоянного тока мощностью до 10 000—12000 кВт. Такие электродвигатели получают питание при напряжении до 1000 В от индивидуальных или групповых преобразовательных устройств, дающих возможность регулировать напряжение постоянного тока в заданных пределах.
Таким образом, сети напряжением до 1000 В на промышленных предприятиях осуществляют распределение электроэнергии внутри цехов и непосредственное питание большинства электроприемников, преобразующих электроэнергию в другие виды энергии.
Выше было отмечено (§ 1-1, 1-2), что общей тенденцией в проектировании электроснабжения промышленных предприятий является сокращение протяженности сетей низшего напряжения путем приближения высшего напряжения к потребителям электроэнергии.
Это техническое направление в проектировании позволило сократить длину сетей напряжением до 1000 В, ограничив их применение только внутрицеховыми сетями. Тем не менее, эти сети являются важнейшим звеном в системе электроснабжения и представляют собой большую область в электротехническом проектировании промышленных предприятий.
Если принять во внимание, что в сетях расход проводникового материала, потребного для передачи одной и той же мощности, быстро растет с понижением номинального напряжения, то становится очевидным большой удельный вес сетей напряжением до 1000 В в общем балансе потерь электроэнергии и потребления цветных проводниковых металлов в электрических сетях страны.
Изданная ранее литература [1-7, 6-1] достаточно широко освещает вопросы электрических расчетов таких сетей.
В настоящей главе, посвященной внутрицеховым сетям напряжением до 1000 В, рассматриваются главным образом вопросы выбора рациональных схем и конструктивного исполнения этих сетей.
9-2. СХЕМЫ ВНУТРИЦЕХОВЫХ СЕТЕЙ.
При проектировании внутрицеховых сетей основным условием является необходимость обеспечения требуемой степени надежности электроснабжения, обеспечивающего работу технологического оборудования. При этом следует иметь в виду, что надежность правильно выбранного электрооборудования в сетях электроснабжения, как правило, не уступает надежности самих технологических агрегатов.
Рис. 9-1. Магистральная схема питания.
Поэтому, например, нет смысла питать один электродвигатель технологического агрегата по двум взаиморезервируемым линиям. Этот принцип одинаковой надежности питающей линии (со всеми аппаратами) и одного электроприемника технологического агрегата, получающего питание по этой линии, является основным условием рационального проектирования сети электроснабжения.
Если технологический агрегат имеет несколько электроприемников, осуществляющих единый, связанный группой машин, технологический процесс, и прекращение питания любого из этих электроприемников вызывает необходимость прекращения работы всего агрегата, то в таких случаях надежность электроснабжения вполне обеспечивается при магистральном питании (рис. 9-1). В отдельных случаях, когда требуется высокая степень надежности питания электроприемников в непрерывном технологическом процессе, применяется двустороннее питание магистральной линии (рис. 9-2).
Магистральные схемы питания находят широкое применение не только для питания многих электроприемников одного технологического агрегата, но также большого числа сравнительно мелких электроприемников, не связанных единым технологическим процессом. К таким потребителям относятся металлорежущие станки в цехах механической обработки металлов и другие потребители, распределенные относительно равномерно по площади цеха.
Магистральные схемы позволяют отказаться от применения громоздкого и дорогого распределительного устройства или щита. В этом случае возможно применение схемы блока трансформатор — магистраль, где в качестве питающей линии используются токопроводы, изготовляемые промышленностью.
Рис. 9-2. Магистральная схема с двусторонним питанием.
Магистральные схемы, выполненные токопроводами, обеспечивают высокую надежность, гибкость и универсальность цеховых сетей, что позволяет технологам перемещать оборудование внутри цеха без существенных переделок электрических сетей.
Малая зависимость магистральных сетей от расположения технологического оборудования в цехах позволяет создавать электрические сети, пригодные для питания разнообразных потребителей, которые могут появиться при изменениях технологии производственных процессов, при перестановках оборудования в цехе.
Для питания электроэнергией большого числа электроприемников сравнительно небольшой мощности, распределенных на площади цеха в виде, например, линий станков, применяются схемы с двумя видами магистральных линий: питающими и распределительными (рис. 9-3). Питающие или главные магистрали подключаются к шинам шкафов КТП, специально сконструированным для магистральных схем. Распределительные магистрали, к которым непосредственно подключаются электроприемники, получают питание от главных питающих магистралей или непосредственно от шин КТП, если главные магистрали не применяются (рис. 9-4).
К главным питающим магистралям подсоединяется возможно меньшее количество индивидуальных электроприемников. Это повышает надежность всей системы питания.
Троллейные линии, предназначенные для питания передвижных механизмов и подъемных кранов в цехе, как правило, подключаются к главным питающим магистралям или к шинам КТП.
Рис. 9-3. Питающие и распределительные магистральные линии в цехе.
В цехах или отделениях цехов, где возможны относительно частые изменения технологических процессов и перестановка оборудования, рекомендуется применение магистральных схем с использованием так называемых штепсельных распределительных токопроводов, которые допускают возможность быстрого и безопасного подключения новых и отключения работающих электроприемников.
Преимущества магистральных сетей, особенно выполненных токопроводами, позволяют рекомендовать их применение во всех случаях, когда этому не препятствуют какие-либо местные условия. При проектировании следует прежде всего рассматривать применение схем блоков трансформатор — магистраль, по возможности без распределительных устройств напряжением до 1000 В и без распределительных щитов. Только при наличии веских оснований можно допустить отказ от магистральных схем и применить радиальные схемы питания потребителей.
Следует, однако, учитывать недостаток магистральных схем, заключающихся в том, что при повреждении магистрали одновременно отключаются все питающиеся от нее электроприемники. Этот недостаток ощутим при наличии в цехе отдельных крупных потребителей, не связанных единым непрерывным технологическим процессом.
Рис. 9-4. Распределительные магистрали, подключенные непосредственно к шинам КТП.
Радиальные схемы характеризуются тем, что от источника питания, например от комплектной трансформаторной подстанции (КТП), отходят линии, питающие непосредственно мощные электроприемники или отдельные распределительные пункты, от которых самостоятельными линиями питаются более мелкие электроприемники (рис. 9-5).
Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность питания отдельных потребителей, так как аварии локализуются отключением автоматического выключателя поврежденной линии и не затрагивают другие линии.
Все потребители могут потерять питание только при повреждении на сборных шинах КТП, что мало вероятно вследствие достаточно надежной конструкции металлических шкафов этих КТП.
Сосредоточение на КТП аппаратов управления и защиты отдельных присоединений позволяет легче решать задачи автоматизации в системе распределения энергии на напряжении до 1000 В, чем при рассредоточенных аппаратах, что имеет место при магистральной системе.
Радиальные схемы питающих сетей с распределительными устройствами или щитами следует применять при наличии в цехе нескольких достаточно мощных потребителей, не связанных единым технологическим процессом или удаленных друг от друга настолько, что магистральное питание их нецелесообразно.
К числу таких потребителей могут быть отнесены электроприемники, требующие применения автоматических выключателей на номинальный ток 400 А и более с дистанционным управлением.
В чистом виде радиальные или магистральные схемы применяются редко. Наибольшее распространение на практике находят смешанные схемы, сочетающие в себе элементы радиальных и магистральных схем. В крупных цехах металлургических заводов, в литейных, кузнечных и механосборочных цехах машиностроительных заводов, на заводах искусственного волокна и других предприятиях всегда имеются и радиальные и магистральные схемы питания различных групп потребителей.
В цехах машиностроительных и металлургических заводов находят применение схемы магистрального пи тания с взаимным резервированием питания отдельных магистралей. Изображенная на рис. 9-6 схема позволяет вывести в ремонт или ревизию один из трансформаторов и, используя перегрузочную способность, обеспечить питание нескольких магистралей от одного, оставшегося в работе трансформатора. Такая схема питания позволяет безболезненно выводить в ремонт или в ревизию один из трансформаторов во время ремонта технологического оборудования и одновременно обеспечивает возможность питания отдельных потребителей данной магистрали, например, в целях опробования отдельных механизмов после ремонта, а также для освещения.
Рис. 9-6. Взаимное резервирование питающих магистралей.
При неравномерной загрузке технологического оборудования в течение суток (например, пониженная загрузка в ночные или ремонтные смены) схемы с взаимным резервированием питания магистралей или с двухтрансформаторными КТП при радиальном питании обеспечивают возможность отключения незагруженных, трансформаторов, что позволяет уменьшить потери электроэнергии за счет более рациональной загрузки трансформаторов. Смешанные схемы питания позволяют наиболее рационально использовать преимущества как магистральных, так и радиальных схем.
Большое значение для повышения надежности питания имеют перемычки между отдельными магистралями или соседними КТП — при радиальном питании (рис. 9-7). Такие перемычки, обеспечивая частичное или полное взаимное резервирование, создают удобства при эксплуатации, особенно при проведении ремонтных ра бот. Проектирование сетей во всех случаях должно выполняться на основе хорошего знания проектировщиком-электриком технологии проектируемого предприятия, степени ответственности отдельных электроприемников в технологическом процессе.
Большое влияние на принимаемые решения оказывают условия окружающей среды в проектируемом цехе.
Наличие химически активных паров или газов, влажность, запыленность, горючесть или взрывоопасность материалов, применяемых в технологическом процессе проектируемого цеха, предъявляют определенные требования к конструкции и принципиальным схемам этих сетей.
Рис. 9-7. Резервирование при радиальном питании.
Располагать электрическое оборудование в пожаро- и взрывоопасных или пыльных производственных помещениях следует только в случаях острой необходимости, когда другие решения оказываются нерациональными или крайне сложными, ухудшающими условия эксплуатации проектируемого цеха в целом. При этом следует иметь в виду, что в этих неблагоприятных средах, как правило, применяется специально сконструированное оборудование.
В условиях неблагоприятных сред магистральные схемы питания нежелательны, так как при их применении в цехе неизбежно появляются токопроводы или кабельные магистрали в трубах с установкой на ответвлениях к электроприемникам коммутационных аппаратов.
В таких цехах находят наибольшее распространение радиальные схемы питания, при которых все коммутационные аппараты располагаются в отдельных помещениях, изолированных от неблагоприятных агрессивных или взрывоопасных сред. От КТП или групповых щитов станций управления электродвигателями радиальные линии обычно в виде кабелей или проводов в трубах или коробах идут непосредственно к выводам электроприемников, расположенных в неблагоприятной среде. Таким образом, радиальные схемы питания позволяют вынести за пределы помещений с неблагоприятной средой все электрооборудование управления и защиты электроприемников.
При проектировании сетей во взрывоопасных или других неблагоприятных средах необходимо руководствоваться специальными указаниями Правил устройства электроустановок и Строительными Нормами и Правилами (СНиП) Госстроя СССР.
