12
- система передачи энергии, в качестве которой обычно используется
воздушная или кабельная ЛЭП;
- преобразователи электроэнергии – трансформаторы, преобразователи
частоты, конвекторы, выпрямители и автотрансформаторы;
- приборы для распределения электроэнергии – ОРУ и ЗРУ;
- цепь релейной защиты, которая может быть представлена такими
элементами как реле напряжения, тока, сопротивления, а также дуговая защита,
грозозащита, защита от коротких замыканий;
- элементы управления системой электроснабжения, в частности
автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии;
- элементы эксплуатации;
- элементы собственных нужд – вентиляция, система отопления,
осветительные приборы
4
.
Для начала необходимо провести анализ и планирование будущих
нагрузок, которые будут воздействовать на систему. От качественно
проведенной системы нагрузок зависит эффективность выбранной системы и
правильная работа элементов системы электроснабжения предприятий.
При оценке нагрузки следует учитывать такие показатели, как
надежность электроприемников, тип используемого тока, режимы работы, а
также мощность и напряжение.
На данный момент все промышленные предприятия работают на
трехфазном переменном токе. Чтобы запитать приемники, работающие на
постоянном токе, используются специальные преобразователи. На больших
объектах применяются преобразовательные подстанции, которые оборудованы
ртутными и полупроводниковыми выпрямителями.
При том что большая часть предприятий требует переменного тока,
электроприемники зачастую работают на постоянном токе, поэтому
преобразовательная подстанция необходима практически везде.
4
Гительман, Л.Д. Энергетический бизнес: [учебное пособие для вузов] / Л.Д. Гительман, Б.Е. Ратников. – 2-е
изд., испр.– М.: Дело, 2006.С.12.
13
Существует несколько видов приемников электроэнергии:
- приемники с высокой частотой тока – более 10000 Гц;
- приемники с частотой до 10 000 Гц;
- самая распространенная категория – приемники нормальной частоты,
которая составляет 50 Гц;
- приборы пониженной частоты, менее 50 Гц.
Основным током в системе промышленного электроснабжения является
переменный трехфазный ток с частотой 50 Гц. Другие установки приема, с
повышенной или высокой частотой, используются в промышленности с целью
индуктивного и диэлектрического нагрева.
Ток пониженной частоты, в свою очередь, предназначен для питания
многих плавильных установок, таких как установки электрошлакового
переплава и другие
5
.
При создании системы электроснабжения следует учитывать также то,
что в разных фазах обычно разная нагрузка, в сети она часто бывает
несимметрична. Среди несимметричных приемников, которые установлены на
промышленных объектах, выделяют осветительные приборы, однофазные
трансформаторы и различные виды электропечей.
К симметричным приемникам относятся все электрические машины,
которые характеризуются симметричной работой всех трех фаз, в частности,
трехфазные печи и электродвигатели.
Классификация приемников электроэнергии на промышленном
предприятии
Системы электроснабжения для разных потребителей выглядят по-
разному. Для промышленных объектов это более мощная система, для
коммунальных и жилищных предприятий – более простая, с меньшей
мощностью и количеством составляющих.
5
Гительман, Л.Д. Энергетический бизнес: [учебное пособие для вузов] / Л.Д. Гительман, Б.Е. Ратников. – 2-е
изд., испр. – М.: Дело, 2006.С.12.
14
Классификация систем может осуществляться в зависимости от типа
источника питания, конфигурации, роду и частоте тока, назначению и
мобильности, а также по количеству фаз:
- по типу источника выделяют дизель-генераторные,
электрохимические, атомные;
- по конфигурации системы могут быть централизованными,
децентрализованными, а также комбинированными. Конфигурация – это особая
схема включения в систему источников энергии, устройств ее распределения и
передачи, то есть схема включения всех элементов системы;
- по роду и частоте тока выделяют системы постоянного и переменного
тока с нормальной частотой 50 Гц и более высокочастотные системы;
- по назначению выделяют системы автономного, резервного и
аварийного потребления;
- по мобильности – стационарные, носимые, перевозимые,
комбинированные;
- по количеству фаз – одно- и многофазные системы.
Это упрощенная классификация систем электроснабжения, в реальности
они делятся на категории по многим другим признакам
6
.
Все системы электрообеспечения жилых домов и коммунальных
предприятий также можно разделить на три основные категории:
- к первой из них относятся системы бытового электроснабжения. Такие
системы предусматривают работу с сетью, номинальное напряжение которой
составляет 220/380 В. Это самые распространенные системы, которые
установлены во всех жилых домах и общественных заведениях. В основе
конфигурации – розеточная сеть и освещение, а также оборудование с малым
потреблением электроэнергии;
6
Гительман, Л.Д. Энергетический бизнес: [учебное пособие для вузов] / Л.Д. Гительман, Б.Е. Ратников. – 2-е
изд., испр.. – М.: Дело, 2006.С.12.
15
- вторая категория – системы аварийного электроснабжения. В их состав
входят генераторы и бесперебойные источники питания. Такие системы
действуют в качестве резервных при авариях на основных;
- последняя категория – автономное электрообеспечение. В настоящее
время такая система электроснабжения набирает популярность. В составе
используются солнечные батареи, тепловые аккумуляторы или ветряные
электростанции.
Автономная система электроснабжения очень выгодна для частных
домов, в которых потребляемая энергия небольшая, а мощность всех нагрузок
не превышает нескольких кВт. В этом случае создать автономную систему
электроснабжения выгоднее, чем подключаться к основной сети.
Автономная система позволяет сэкономить на подключении, кроме того,
владелец больше не зависит от цен на электроэнергию, а также сможет
вырабатывать ровно столько электроэнергии, сколько ему необходимо.
Таким образом, среди главных требований системы управления
безопасностью электроэнергетических и электротехнических систем можно
выделить следующие:
- надежность системы;
- бесперебойность в работе и обслуживании потребителей;
- унификация системы;
- безопасность ее эксплуатации для персонала и экологии;
- эргономичность и компактность;
- один из важнейших критериев – экономичность системы.
1.3 Специфика управления безопасностью электроэнергетических и
электротехнических систем предприятия
16
Основной функцией электроэнергетических и электротехнических
систем является поддержание безопасной работы систем предприятия во всех
режимах эксплуатации
7
.
Подгруппа, в которую входит электроэнергетическая и
электротехническая система, важна для обеспечения функций безопасности при
различных уровнях напряжения. Эта подгруппа критична для всех состояний
станции, а также для событий, которые требуют расхолаживания станции в
контролируемом режиме.
Надежная электроэнергетическая и электротехническая система
критична для поддержания контроля за системой предприятия, а также за
мониторингом и управлением функциями обеспечения безопасности системы
предприятия. Это нужно для сохранения барьеров, которые препятствуют
выбросу вредных веществ при проектных и запроектных авариях.
Международные стандарты и национальные правила промышленной
безопасности обеспечивают методическое руководство в отношении
приемлемых требований безопасной и надежной работы электроэнергетических
и электротехнических систем.
Выполнение требований этих правил промышленной безопасности. а
также стандартов в целом обеспечивает обоснованную гарантию надлежащего
функционирования электроэнергетических и электротехнических систем, а
также пропускную способность этих систем.
Основы проектирования электроэнергетических и электротехнических
систем следует устанавливать на основе анализа следующих элементов:
- критериев проектирования защиты, классификации по безопасности.
проектных условий и условий запроектных аварий:
- требований к ограничениям систем электропередачи, безопасности
энергетической системы, национального электросетевого кодекса,
производительности систем и эксплуатационным ограничениям:
7
Гительман, Л.Д. Энергетический бизнес: [учебное пособие для вузов] / Л.Д. Гительман, Б.Е. Ратников. – 2-е
изд., испр.. – М.: Дело, 2006.С.12.
17
- архитектуры и спецификаций электроэнергетических и
электротехнических систем:
- размеров основных компонентов и систем, таких как трансформаторы
собственных нужд и резервные трансформаторы, распределительных
устройств, кабелей электродвигателей и резервных источников переменного
тока и постоянного тока;
- распределения нагрузок и энергобаланса;
- расчета потока распределения;
- координации характеристик (напряжение, ток и ток короткого
замыкания);
- требований к вспомогательной системе в ходе постулируемых
проектных условий:
- верификации проекта, включая анализ верификации
8
.
Надежность в эксплуатации электроэнергетических и
электротехнических систем является одним из важнейших факторов,
оказывающих существенное влияние на экономические показатели
энергокомплексов страны.
Cтоимость прекращения подачи электроэнергии в случае аварийного
простоя составляет значительную часть суммарных затрат на изготовление и
монтаж сети электроснабжения, а для населения такая авария приводит к
большим моральным потрясениям. В связи с этим, вопросы совершенствования
методов эксплуатации электрооборудования в системах электроснабжения
различного уровня являются особенно актуальными. Поэтому особенностью
современной электроэнергетики являются повышенные требования к
надежности энергоснабжения и качеству электроэнергии.
Прогнозирование надежности объектов энергетических систем, а также
разработка стратегий и планирование, модернизация и ремонт
электрооборудования – приоритетные задачи государства. Современный
8
Гительман, Л.Д. Энергетический бизнес: [учебное пособие для вузов] / Л.Д. Гительман, Б.Е. Ратников. – 2-е
изд., испр.. – М.: Дело, 2006.С.12.
18
подход к решению этих вопросов базируется на применении методов теории
надежности и оптимизации работы сложных технологических объектов.
Надежность закладывается при проектировании, обеспечивается при
изготовлении и расходуется при эксплуатации. Следует иметь в виду, что
показатели надежности позволяют оценить состояние среднестатистического
объекта. Это приводит к тому, что в одном случае получаются заниженные, а в
другом - завышенные значения. Техническая диагностика позволяет оценить
состояние конкретного объекта. Знание о действительном состояние объекта
обеспечивается путем его контроля – мониторинга.
Следует использовать системный подход для обеспечения того, чтобы
имитации точно воспроизводили требования, которые определены на основе
предварительных условий, и чтобы результаты можно было валидировать
путем полевых измерений, или других разнообразных и альтернативных
методов.
Программное обеспечение должно иметь способность моделировать
несимметричные отказы и условия.
Большинство коммерческого программного обеспечения,
разработанного для анализа электроэнергетических систем крупных
промышленных комплексов, обладает способностью имитировать все
основные шины и нагрузки н и выполнять минимальный набор исследований,
указанных проектировщиком.
Руководство должно позволять нескольким пользователям:
- идентифицировать;
- различные типы исследований, которые могут быть выполнены с
помощью программного обеспечения;
- модели, чьи области действия согласуются с физическим явлением, и -
необходимые входные данные;
- трансформировать входные данные в формат, распознаваемый
программным обеспечением (используя проверенные на качество таблицы);
- создавать необходимые файлы для выполнения имитации;
19
- получать согласованные результаты.
Персоналу, выполняющему исследования программного обеспечения,
следует уметь продемонстрировать адекватное и соответствующее обучение, а
также приемлемую квалификацию.
Исследования должны обеспечить всестороннюю оценку рабочей
мощности и пропускной способности внешних источников электроснабжения,
чтобы выполнить требования к проектированию. Кроме того, исследования
следует проанализировать в рабочем порядке, чтобы гарантировать, что любые
изменения внутренних или внешних электроэнергетических систем адекватно
оцениваются в отношении их воздействия на электроэнергетическую систему.
Следует выполнить анализ для верификации того, что отклонения от
максимального и минимального напряжения, а также от частоты, остаются в
рамках проектных требований.
Перед началом исследований следует определить следующие
параметры:
- предварительные номинальные значения электрического
оборудования;
- баланс мощности:
- все режимы работы и наиболее неблагоприятный сценарий.
Чтобы определить наиболее неблагоприятный эксплуатационные
условия следует проанализировать различные сценарии, учитывая сочетания
параметров:
- работа от внутренних или внешних источников электропитания;
- максимальная и минимальная мощность короткого замыкания;
- максимальный и минимальный диапазоны напряжения;
- максимальный и минимальный диапазоны частот;
- все рабочие режимы ;
- максимальная и минимальная выработка энергии;
- максимальная и минимальная нагрузки с учетом всех
эксплуатационных нагрузок и условий окружающей среды;
20
- максимальный и минимальный электрические импедансы
электроэнергетической системы;
- режимы работы после одиночных отказов электрооборудования;
- перераспределение нагрузок между источниками электропитания.
При проектировании электроустановка должна создаваться
приспособленной к диагностированию и восстановлению, при изготовлении –
работоспособной, а при эксплуатации – обеспечивать поддержание
работоспособного состояния. Инструментом поддержания заданной
надежности являются методы и средства диагностирования.
Понимание основ теории надежности и технической диагностики,
знакомство с методами и средствами диагностирования элементов
способствует правильному принятию решений при проектировании и
эксплуатации электрооборудования в системах электроснабжения
9
.
В качестве объекта рассматриваются электроустановки, под которыми
понимается совокупность машин, аппаратов, линий электропередач (ЛЭП),
предназначенных для производства, трансформации, передачи, распределения
электрической энергии и преобразования ее в другой вид энергии.
В состав электроустановок входят: генераторы, силовые
трансформаторы, автротрансформаторы, реакторы, трансформаторы
напряжения и тока, линии электропередачи, распределительные устройства,
комплектные трансформаторные подстанции (КТП), распределительные сети,
электродвигатели, конденсаторы, средства автоматики и защиты,
разнообразные приемники электроэнергии.
Анализ свода рекомендуемых терминов в надежности
электронергетических и электротехнических систем показывает, что если для
описания надежности элементов электроэнергетических систем и их
электрических сетей формулировки в предложенных терминах вполне
адекватно описывают свойства энергетического и электросетевого
9
Гительман, Л.Д. Энергетический бизнес: [учебное пособие для вузов] / Л.Д. Гительман, Б.Е. Ратников. – 2-е
изд., испр.. – М.: Дело, 2006.С.12.
21
оборудования, как элементов, то для описания надежности
электроэнергетической системы, как системы, эти термины неполны, а иногда
даже искажают технологическую сущность описываемых систем.
Надежность - свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя
во времени значения его эксплуатационных показателей в установленных
пределах, соответствующих заданным режимам и условиям применения, техни-
ческого обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.
Поэтому более полная формулировка «надежности
электроэнергетической системы» звучит следующим образом: «Согласно
основным положениям теории надежности под надежностью работы
электроэнергетической системы следует понимать ее свойство сохранять
способность выполнения предназначенных функций в любом интервале
времени независимо от воздействия внешних условий
10
».
Для надежного электроснабжения необходимо, чтобы все элементы
электроустановок, включая генераторы, трансформаторы, фидеры, средства
автоматики, защиты и распределения, бесперебойно работали. Каждый из
элементов электроустановки вносит свой вклад в надежность
электроснабжения.
Надежность электроснабжения — свойство электроустановок
обеспечивать потребителей электрической энергией в соответствии с их
категорией. По условиям надежности электроснабжения все потребители
делятся на три категории.
Электроприемники I категории - электроприемники, перерыв
электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни
людей, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак
продукции, нарушение функционирования особо важных элементов
коммунального хозяйства. Из состава этой категории выделяют особую группу
электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для
10
Гительман, Л.Д. Энергетический бизнес: [учебное пособие для вузов] / Л.Д. Гительман, Б.Е. Ратников. – 2-е
изд., испр.. – М.: Дело, 2006.С.12.