Приступая к разработке системы электроснабжения предприятия, проектировщики стремятся максимально точно определить величины, характер и места расположения нагрузок, затем вычислить центры этих нагрузок и разместить в них (или максимально близко к ним) источники электроэнергии.
Главный недостаток такого подхода в том, что этот традиционный порядок разработки систем электроснабжения заранее предполагает, во-первых, неизменность во времени как величин нагрузок, так и мест их расположения, что ограничивает маневренность размещения оборудования при развитии производства. Во-вторых, возникает необходимость применения, в основном, радиальных схем передачи и распределения электроэнергии, которые при развитии производства будут нуждаться в значительной реконструкции.
В действительности, существует достаточно ограниченное число предприятий, населенных пунктов или территорий, которые при развивающейся экономике могли бы соответствовать этим предположениям.
Практически на каждом предприятии, в каждом населенном пункте электрические нагрузки постоянно меняются. Это вызвано тем, что со временем на действующих предприятиях обновляются технологии, оборудование, появляются новые производства, ликвидируются старые.
Очевидно, что при этом центры нагрузок не могут оставаться на прежнем месте. То есть объект, для которого создается система передачи и распределения электроэнергии, должен рассматриваться не как нечто незыблемое, а как развивающаяся во времени система. Это может во многих случаях существенно повлиять на принимаемые технические решения.
Практика разработки систем электроснабжения 0,4 кВ ряда предприятий машиностроения показала эффективность создания универсальной (гибкой) системы, учитывающей развитие предприятия (объекта).
Согласно этой практике универсальность системы достигалась, во-первых, за счет размещения источников электроэнергии (подстанций) на периферии территории, а не в центре нагрузок (принцип зонирования территории), и, во-вторых, за счет того, что расположение питающих магистралей не было привязано к конкретным электроприемникам, а определялось ожидаемой удельной плотностью нагрузок.
Главное достоинство такой системы передачи и распределения электроэнергии состоит в том, что она при несущественной реконструкции легко адаптируется к серьезным изменениям как состава электроприемников, так и их расположения на территории корпуса.
Изложенный подход более полно соответствует условиям развития производства (территории). Главным недостатком этой системы является ее относительно высокая стоимость из-за примененных магистральных шинопроводов и высокой трудоемкости их монтажа. Кроме того, протечки кровли, механические и огневые воздействия на магистральный шинопровод при производстве работ на соседних коммуникациях делают его потенциально опасным и недостаточно надежным.
Магистрали для современных универсальных систем передачи и распределения электроэнергии, лишенные отмеченных недостатков, теперь могут создаваться из однофазных кабелей, проложенных в сотовых конструкциях, и ответвительных муфт.
Шинопроводы ШМА-4 (а, в) и сотовые конструкции с кабелями (б, г) и их размеры
В отличие от всех известных шинопроводов в этом случае достигается полная симметрия токов в фазах, высокая электродинамическая устойчивость, повышенная безопасность при попадании воды, ударах и огневых работах, повышенная надежность за счет исключения большого числа соединений секций на трассе, возможность присоединения нагрузок практически в любой точке магистрали, чего нельзя обеспечить на шинопроводах.
В силу высокой технологичности такого инженерного решения значительно снижается стоимость электромонтажных работ и систем электроснабжния в целом. Кроме того, при необходимости, может быть применен принцип расщепленной фазы со встречным включением фазных треугольников. Это позволит получить безиндуктивный кабелепровод 0,4 кВ.
Магистральные схемы, позволяющие создавать гибкие системы электроснабжения, были экономически обоснованы и положительно зарекомендовали себя также при передаче и распределении электроэнергии на напряжении 10 кВ. Такие магистрали конструктивно выполнялись обычно в виде голого гибкого или жесткого токопровода.
Голые симметричные токопроводы: а) жесткий, б) гибкий
Токопровод в качестве магистрали, проходящей по территории предприятия, допускает присоединение нагрузки практически в любом месте. Он некритичен к перемещениям нагрузок во времени. При этом источник электроэнергии также находится на периферии, а не в центре нагрузок.
Главный недостаток такого инженерного решения - это большие габариты, материалоемкость и, как следствие, значительные размеры отчуждаемых территорий, высокая трудоемкость электромонтажных работ.
Применение однофазных негорючих кабелей 10 кВ, проложенных в сотовых конструкциях, позволяет создать изолированный токопровод, лишенный указанных недостатков. Более того, магистральный изолированный токопровод, помимо малых габаритов, некритичен к виду трассы.
Он мало зависит от вида прокладки и поэтому может быть проложен в земле, в канале, в тоннеле, по эстакаде, по галерее, на низких стойках, по ограждающим конструкциям и кровлям зданий, в межферменных пространствах, в подвесных потолках, в технических этажах и шахтах, на тросе между стандартными опорами ВЛ, а также в любой комбинации описанных видов трасс.
Применение отпаечных муфт 10 кВ и реклаузеров обеспечивает независимость такого технического решения от места расположения нагрузок и их перемещения во времени, то есть делает это решение универсальным, аналогичным применению кабельных токопроводов 0,4 кВ.
Особенно следует отметить, что безиндуктивный токопровод 6-10 кВ, полученный аналогично токопроводу 0,4 кВ, обладает повышенной электромагнитной совместимостью, минимальным экологическим воздействием и практически лишен индуктивных потерь.
Рассмотренные выше варианты систем электроснабжения позволяют во многих случаях обеспечить развитие предприятия (территории) с минимальными затратами.
Как первый (0,4 кВ), так и второй (10 кВ) варианты применимы в разумных пределах, с которыми в каждом конкретном случае необходимо считаться. Это, в частности, величина и характер нагрузки, размеры территории предприятия, структура генерального плана, удельный вес и размещение крупных электроприемников, темпы развития предприятия и др.
Как было отмечено, принцип зонирования заключается в том, что источники электроэнергии следует размещать на периферии территории, которая должна быть обеспечена электроэнергией.
К сожалению, в практике под источниками электроэнергии в одних случаях имеют в виду генераторы, в других - трансформаторы, в третьих - секции шин распредустройств. С таким же успехом под источником электроэнергии можно понимать магистраль, особенно в блочных схемах "трансформатор - магистраль" или токопровод в блочной схеме "генератор - токопровод".
Выпускаемые промышленностью дизели и турбины, работающие на природном газе, позволяют приблизить источники электроэнергии к нагрузке, ускорить ввод генерирующих мощностей, обеспечить наращивание генерирующих мощностей в соответствии с темпами развития предприятия (территории), повысить КПД преобразования энергии газа в электроэнергию, исключить потери двойной трансформации.
На конкретных примерах можно доказать весьма низкий КПД систем "слишком централизованного" электро- и теплоснабжения. Однако развитие средней и малой, но более эффективной, энергетики идет медленно.
К сожалению, пока отсутствуют утвержденные пособия, инженерные методики, нормативные и директивные документы, обеспечивающие проектирование и строительство систем электроснабжения с учетом развития предприятий и территорий.
Разрабатываемые и предлагаемые подходы к проектированию систем электроснабжения предприятий и населенных пунктов в сочетании с использованием технологии генерации электроэнергии газотурбинных установок могут стать альтернативой централизованного электроснабжения.
Л. Е. Федоров, ЗАО "Электропроект"