Электроснабжение полиграфических предприятий. Часть 2

Э.С.Артыков,
канд. техн. наук, доцент,
зав. кафедрой электротехники и электроники МГУП

Классификация потребителей энергии

Расчет потребляемой мощности полиграфического предприятия

Трансформаторные подстанции

Цеховые электрические сети

Важным этапом при проектировании или модернизации любого производства является расчет потребляемой энергии, которую можно разделить на «офисную» — освещение цехов, работа оргтехники и т.д. и производственную — работа полиграфического оборудования. Отметим, что в данном материале речь идет о расчетах производственной электроэнергии.
Напомним, что в 1-й части статьи (см. КомпьюАрт № 1’2009) автором рассматривались вопросы устройства существующих электроприводов для полиграфического оборудования и был дан их анализ.

Классификация потребителей энергии

По степени необходимой надежности электроснабжения в соответствии с «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ) все потребители делятся на три категории:

• I категория — потребители, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, причинить значительный ущерб народному хозяйству, связанный с повреждением оборудования, массовым браком продукции, нарушением сложного технологического процесса;
• II категория — потребители, перерыв в электроснабжении которых связан с массовой недодачей продукции, простоем рабочих, механизмов и промышленного транспорта;
• III категория — потребители, не подходящие под определения I и II категорий, например вспомогательные цехи промышленных предприятий.

Питание электроприемников I категории должно осуществляться не менее чем по двум линиям от двух источников. Кроме того, полиграфические предприятия, выпускающие центральные газеты (то есть потребители I и II категорий), должны получать питание по двум линиям с автоматическим включением резерва (АВР).

Для электроприемников II категории допустимы перерывы в электроснабжении на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом. Питание потребителей II категории следует осуществлять по двум линиям.

Питание некоторых цехов и оборудования должно выполняться от двух трансформаторных подстанций с автоматическим включением резерва на шинах низшего напряжения.

Для потребителей III категории допустимы перерывы в электроснабжении на время, необходимое для устранения повреждений, но не более чем на сутки. На полиграфических предприятиях, на которых преобладают потребители, относящиеся к III категории, рекомендуется осуществлять питание по двум линиям с частичным неавтоматическим резервом, если это не связано с существенными дополнительными затратами.

Трансформаторные понижающие подстанции должны быть размещены с максимальным приближением к центру питаемых ими групп потребителей (печатных цехов, участков допечатных процессов, брошюровочно-переплетных цехов и т.д.). С этой целью на крупных полиграфических предприятиях, как правило, используют внутрицеховые трансформаторные подстанции или подстанции, пристроенные к цеху. В небольших типографиях имеется только одна понижающая подстанция.

Расчет потребляемой мощности полиграфического предприятия

Мощность и количество понижающих трансформаторов, которые должны быть установлены на трансформаторных подстанциях, определяются по расчетной мощности или нагрузке полиграфического предприятия, зависящей от коэффициента спроса kc.

Потребляемая мощность группы потребителей:

.

Если коэффициент спроса для всех потребителей группы одинаков, то

,

где  — суммарная установленная мощность n потребителей, кВт.

Коэффициент спроса kс можно представить как отношение действительно потребляемой всеми электродвигателями (токоприемниками) мощности к их суммарной установленной номинальной мощности.

Поскольку kс учитывает степень загрузки потребителей, одновременность их работы, а также средние потери в потребителях и проводах сети, то он может быть выражен формулой:

,

где kо — коэффициент одновременности, учитывающий, что не все потребители работают одновременно; kз — коэффициент загрузки, учитывающий степень загрузки потребителей; ηnп.ср — усредненный КПД группы двигателей или других потребителей; ηс  — КПД сети, учитывающий потери мощности в проводах сети (порядка 0,96-0,97).

Значения коэффициентов спроса и мощности для действующих и проектируемых предприятий различного типа, полученные путем обобщения опытных и статистических данных, приведены в таблице.

Значения коэффициентов спроса и мощности полиграфических предприятий

Примечание. Указан естественный коэффициент мощности без учета компенсирующих устройств.

*Пример: Первый полиграфический комбинат (Красногорский р-н, Московская обл.). Основная продукция — газеты, журналы.

Установленная мощность .

Кс = 0,6 — определенный экспериментальным путем энергетиками предприятия коэффициент спроса.

Установленная мощность (P_H) в процентном отношении распределяется так:

• технологическое оборудование — ≈ 60%;
• инженерное оборудование (компрессоры, вентиляция, кондиционирование воздуха на складе хранения бумаги и т.д.) — ≈ 30%;
• освещение и офисное оборудование — ≈ 10%.

Полную и реактивную потребляемые мощности можно определить, если известны активная потребляемая мощность и средние значения коэффициента мощности потребителей, приведенные в таблице:

Qnотр = Pnотр tg,

.

По известной полной потребляемой мощности (с учетом мощности осветительной нагрузки) подбирают мощность цехового понижающего трансформатора.

Мощность осветительной нагрузки типографии может быть определена по формуле:

Pпотр = Pуст*k0,

где Руст — установленная мощность освещения, кВт; k0 — коэффициент одновременности включения ламп, принимаемый для типографий равным 0,78-0,8.

Трансформаторные подстанции

Схемы первичных соединений трансформаторной подстанции определяются категорией потребителей и мощностью трансформаторов (Тр). На рис. 1а приведена схема трансформаторной подстанции в однолинейном изображении, без сборных шин на стороне высшего напряжения (6 или 10 кВ), с трансформатором мощностью до 100 кВ·А, при радиальном питании, применяемая обычно для питания нагрузок III и, реже, II категории. Включают и отключают трансформатор выключателем нагрузки 2, защита от токов короткого замыкания выполнена в виде плавких предохранителей 3. На стороне низшего напряжения (380 В) трансформатора защита от перегрузки осуществляется воздушным автоматическим выключателем максимального тока 4. Питание потребителям подается через сборные шины низшего напряжения 6. Защита отходящих кабелей 8 низшего напряжения выполнена в виде плавких предохранителей 3; отключение осуществляют рубильником 7. В последнее время рубильник и плавкие предохранители часто заменяют воздушным автоматическим выключателем (автоматом) максимального тока, выполняющим функции включения/отключения и защиты от перегрузки и короткого замыкания. Трансформатор тока 5 служит для питания цепей измерения (счетчика киловатт-часов и амперметра).

Рис. 1. Однолинейные схемы трансформаторной подстанции до 1000 кВ•А: а — для потребителей III и II категории; б — для потребителей II и I категории

Для питания потребителей I и II категорий используется так называемая двухлучевая трансформаторная подстанция (рис. 1б). Питание на подстанцию поступает по двум кабельным вводам 1 от двух различных источников напряжением 6-10 кВ. Оперативное переключение и защита трансформаторов Т рпроизводится соответственно при помощи выключателей мощности 9. Установка на стороне низшего напряжения автоматических выключателей 10, выключателей мощности на стороне высшего напряжения 9 и межсекционного автомата 11 позволяет осуществить, кроме защиты от перегрузки и короткого замыкания, автоматическое включение резерва (АВР), обусловленное правилами устройства электроустановок (ПУЭ) для потребителей I категории. Резервное питание включается автоматически после аварийного отключения одного из питающих вводов (АВР на стороне высшего напряжения 6-10 кВ) или одного из питающих трансформаторов (АВР на стороне низшего напряжения 380 В). Перерыв в подаче энергии при АВР не превышает 1 с, что практически не нарушает нормальной работы большинства потребителей. Трансформаторы тока 13 и трансформаторы напряжения 12 служат для питания цепей измерения и защиты на стороне напряжения 6-10 кВ.

Вторичная обмотка понижающего трансформатора соединяется звездой с выведенной и заземленной нулевой точкой. На междуфазное (линейное) напряжение 380 В включается силовая нагрузка — в основном преобразователи электроприводов, двигатели трехфазного тока и др.; на фазное напряжение 220 В включаются осветительные устройства. Таким образом, применение четырехпроводной системы с линейным напряжением 380 В обусловливает совместное питание силовой и осветительных нагрузок.

В последнее время на крупных полиграфических предприятиях получили распространение внутрицеховые комплектные трансформаторные подстанции (КТП) с высшим первичным напряжением 6-10 кВ и низшим 380 В, с сухими (без маслозаполнения) трансформаторами мощностью до 1000 кВ·А. В состав КТП входят силовой трансформатор на 630 или 1000 кВ·А, коммутационная защитная и измерительная аппаратура и фидерные аппараты. Коммутационная аппаратура высшего напряжения и автоматы, размещенные в стальных ячейках, имеют втычные контакты и приспособления для выключения автоматов при открывании дверей.

Цеховые электрические сети

Электрическая энергия от шин низшего напряжения трансформаторных подстанций по отходящим кабелям (фидерам), защищенным плавкими предохранителями или автоматическими выключателями, подводится к распределительным шкафам. Крупные потребители, например рулонные ротационные печатные машины, получают питание непосредственно от шин подстанции.

Различают три основные схемы цеховых распределительных сетей: радиальная, магистральная и схема, получившая название «блок трансформатор — магистраль» (рис. 2).

Радиальные схемы просты и надежны в эксплуатации, обладают хорошей селективностью (то есть избирательностью действия защиты), удобны для автоматизации, но требуют повышенных капитальных затрат на установку щитов, прокладку проводов и кабелей.

Рис. 2. Схемы цеховых распределительных сетей: а — радиальная; б — магистральная; в — схема «блок трансформатор — магистраль»

Магистральные схемы удобны в применении при равномерном распределении нагрузки по площади цеха и к тому же дешевле. Когда сети выполняются по схеме «блок трансформатор — магистраль», не требуются распределительные шкафы. Недостаток магистральных сетей при одностороннем питании приводит к меньшей надежности, так как повреждение магистрали вызывает отключение всех потребителей, питающихся от нее. В типографиях наибольшее применение имеет радиальная схема, особенно для питания потребителей I и II категорий.

Распределительные шкафы сварной конструкции из уголковой и листовой стали содержат от пяти до восьми трехфазных групп плавких предохранителей или трехполюсных автоматических выключателей. Они изготавливаются в двух конструктивных исполнениях: свободно стоящие и прислоненные. Свободно стоящий шкаф более удобен в обслуживании, чем прислоненный, так как доступен для осмотра и ремонта с передней и задней сторон, но на 15-20% дороже в изготовлении и занимает на 30-50% больше места. Предохранители, относящиеся к одной трехфазной группе на токи от 100 до 500 А и выше, располагаются по вертикали. В случае необходимости в шкафах могут быть установлены трансформаторы тока и счетчики электроэнергии, а также общий трехполюсный рубильник с боковой рукояткой. Шкаф запирается трехгранным ключом. Примерная электрическая схема соединений шкафа приведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема электрических соединений распределительного шкафа на пять трехфазных групп

Линия, по которой к машине подводится электроэнергия, подключается к вводному коммутационному аппарату — автоматическому выключателю, рубильнику. За вводным выключателем стоят выключатели отдельных электроприемников машины.

Электрошкаф может быть встроен в машину, если коммутационная, релейная и другая аппаратура занимает небольшой объем или может представлять собой отдельный конструктивный элемент (например, у листовых и рулонных ротационных печатных машин).

КомпьюАрт 5'2009