Основным вопросом распределения электроэнергии на низком напряжении является выбор схемы. Правильно составленная схема должна обеспечивать надежность питания электроприемников в соответствии со степенью их ответственности, высокие технико-экономические показатели и удобство эксплуатации сети.
Все встречающиеся на практике схемы представляют собой сочетания отдельных элементов — фидеров, магистралей и ответвлений, для которых мы примем следующие определения:
фидер — линия, предназначенная для передачи электроэнергии от распределительного устройства (щита) к распределительному пункту, магистрали или отдельному электроприемнику;
магистраль — линия, предназначенная для передачи электроэнергии нескольким распределительным пунктам или электроприемникам, присоединенным к ней в разных точках,
ответвление — линия, отходящая:
а) от магистрали и предназначенная для передачи электроэнергии к одному распределительному пункту или электроприемнику,
б) от распределительного пункта (щитка) и предназначенная для передачи электроэнергии к одному электроприемнику или к нескольким мелким электроприемникам, включенным в «цепочку».
В дальнейшем все фидеры, магистрали и ответвления от последних к распределительным пунктам будут именоваться питающей сетью, а все прочие ответвления — распределительной сетью.
Один из основных вопросов, решаемых при проектировании цеховых сетей, — выбор между магистральной и радиальной схемами распределения энергии.
При магистральной схеме электроснабжения одна линия — магистраль — обслуживает, как указано, несколько распределительных пунктов или приемников, присоединенных к ней в различных ее точках, при радиальной схеме электроснабжения каждая линия является как бы лучом, соединяющим узел сети (подстанцию, распределительный пункт) с единственным потребителем. В общем комплексе сети эти схемы могут сочетаться.
Так, цеховое распределение может осуществляться магистралями, каждая из которых питает ряд пунктов, от последних же к приемникам могут отходить радиальные линии.
Типовые схемы электроснабжения промышленных предприятий
Радиальная схема, изображенная на рис. 1, а, применяется в тех случаях, когда имеются отдельные узлы достаточно больших по величине сосредоточенных нагрузок, по отношению к которым подстанция занимает более или менее центральное местоположение.
Рис. 1. Схемы распределения электрической энергии от подстанций к электроприемникам: а — радиальная; б — магистральная с сосредоточенными нагрузками; в — магистральная с распределенной нагрузкой.
При радиальной схеме отдельные достаточно мощные электроприемники могут получать питания непосредственно от подстанции, а группы менее мощных и близко расположенных друг к другу электроприемников — через посредство распределительных пунктов, устанавливаемых возможно ближе к геометрическому центру нагрузки. Фидеры низкого напряжения присоединяются на подстанциях к главным распределительным щитам через рубильники и предохранители или через максимальные автоматы.
К числу радиальных схем с непосредственным питанием от подстанций относятся все схемы питания электроприемников высокого напряжения, либо от распределительного устройства высшего напряжения на подстанции, либо непосредственно от понизительного трансформатора, если принята схема «блок трансформатор — электроприемник».
Магистральные схемы электроснабжения применяются в следующих случаях:
а) когда нагрузка имеет сосредоточенный характер, но отдельные узлы ее оказываются расположенными в одном и том же направлении по отношению к подстанции и на сравнительно незначительных расстояниях друг от друга, причем абсолютные величины нагрузок отдельных узлов недостаточны для рационального применения радиальной схемы (рис. 1,6);
б) когда нагрузка имеет распределенный характер с той или иной степенью равномерности (рис. 1, в).
При магистральных схемах с сосредоточенными нагрузками присоединение отдельных групп электроприемников, так же как и при радиальных схемах, производится обычно через посредство распределительных пунктов.
Задача правильного размещения распределительных пунктов имеет особо важное значение. Основные положения, которыми необходимо руководствоваться при этом, сводятся к следующему:
а) протяженность фидеров и магистралей должна быть минимальной и трасса их должна быть удобной и доступной;
б) должны быть сведены к минимуму и, если возможно, вообще исключены случаи обратного (по отношению к направлению потока электроэнергии) питания электроприемников;
в) распределительные пункты должны размещаться в местах, удобных для обслуживания, и в то же время не мешать производственной работе и не загромождать проходов.
Электроприемники могут присоединяться к распределительным пунктам либо независимо один от другого, либо объединяться в группы — «цепочки» (рис. 2-б).
Рис. 2 Схемы присоединения электроприемников к распределительным пунктам: а — независимое присоединение; б — присоединение цепочкой.
Соединение в цепочку рекомендуется для электроприемников небольшой мощности, близко расположенных друг к другу, но значительно удаленных при этом от распределительного пункта, вследствие чего может быть получена значительная экономия в расходе проводов. При этом, однако, не следует допускать соединения в одну цепочку однофазных и трехфазных электроприемников.
Кроме того, по соображениям эксплуатационного характера не рекомендуется объединять в одну цепочку:
а) более трех электроприемников вообще;
б) электроприемники механизмов различного технологического назначения (например электродвигатели станков с электродвигателями сантехнических агрегатов).
При нагрузках, распределенных вдоль магистрали, подключение электроприемников к магистралям целесообразно осуществлять непосредственно, а не через распределительные пункты, как это принято в рассмотренных выше схемах.
В соответствии с этим к магистралям с распределенной нагрузкой предъявляются следующие два основных требования:
а) прокладка магистралей должна выполняться на возможно меньшей высоте, но не ниже 2,2 м от пола;
б) конструкция магистралей должна допускать частые ответвления к электроприемникам, а при прокладке в доступных местах исключать возможность прикосновения к токоведущим частям.
Этим требованиям удовлетворяют магистрали, выполненные в виде шинопроводов в закрытых металлических коробах.
Магистрали-шинопроводы применяются, как правило, в цехах, где электроприемники располагаются более или менее правильными рядами и где к тому же возможны частые перемещения оборудования. К таким цехам относятся механические, ремонтно-механические, инструментальные и другие цехи, подобные им по характеру размещения оборудования и условиям окружающей среды.
При сосредоточенных нагрузках, когда количество ответвлений от магистрали сравнительно невелико, магистрали следует прокладывать значительно выше, выбирая такие места, где возможно выполнение их голыми проводниками (шинами или проводами) или изолированными проводами. При этом, благодаря отсутствию сплошного закрытия, повышается пропускная способность магистрали и удешевляется вся конструкция.
Питание сетей электрического освещения, как правило, не связывается с силовыми фидерами и магистралями, а выполняется отдельными сетями от шин главных распределительных щитов подстанций.
При схемах «блок трансформатор — магистраль» сети освещения чаще всего ответвляются от головных участков магистралей. Разделение силовой и осветительной сетей вызвано следующими обстоятельствами:
а) сравнительно малой потерей напряжения, допустимой в осветительных сетях,
б) возможностью отключения всей силовой сети с одновременным сохранением питания осветительной.
Исключение из этого общего правила допускается для объектов второстепенного значения с малыми нагрузками и неответственной зрительной работой, а также для питания аварийного освещения.
На выбор схемы электроснабжения существенное влияние оказывает также необходимость резервирования питания электроприемников 1-й и 2-й категории.
Для электроприемников 1-й категории обязательно питание от двух независимых источников, к числу которых могут быть отнесены и силовые трансформаторы, если они подключены к различным, не связанным между собой, секциям распредустройства высшего напряжения. При этом резервное питание электроприемников должно иметь автоматическое включение (АВР).
Обычно наиболее ответственные установки имеют резервные агрегаты на случай выхода из строя или профилактического ремонта рабочих агрегатов. Включение резервных агрегатов также может быть автоматическим, если это необходимо по условиям технологического процесса. Примером автоматического взаимного резервирования двух агрегатов может служить схема, показанная на рис. 3.
Рис. 3. Схемы резервирования питания электроприемников низкого напряжения. 1 — аппарат ручного или автоматического включения и выключения; 2 — аппарат ручного или автоматического переключения.
Для электроприемников 2-й категории включение резервного питания производится действиями дежурного персонала, но принципы построения схем остаются такими же, как и для электроприемников 1-й категории с той лишь разницей, что второй источник питания может и не быть независимым.
Для групп электроприемников низкого напряжения возможно применение двух принципиально различных схем резервирования питания, показанных на рис. 3.
По схеме а электроприемники разбиты на две группы, каждая из которых имеет раздельное питание, и, следовательно, оба фидера являются нормально включенными. По схеме б питание электроприемников осуществляется по одному из фидеров, а другой является резервным. В обоих случаях каждый фидер должен быть рассчитан на суммарную нагрузку обеих групп электроприемников, но схема о предпочтительней, так как при ней меньше потери электроэнергии и больше надежность эксплуатации.
На выбор схемы питания оказывает влияние и поточность производства. Например, электроприемники всех механизмов, связанных между собой определенной технологической зависимостью, должны быть объединены также в отношении нормального и резервного питания.