Система электроснабжения: проектирование, устройство, эксплуатация. Автономные системы электроснабжения

Повышение качества содержания зданий и промышленных комплексов обусловило широкое использование источников электроэнергии и сопутствующей инфраструктуры. На современных предприятиях функции систем энергоснабжения предполагают наибольшую ответственность, поскольку малейший сбой в питании оборудования может повлечь нарушение производственных процессов.

Назначение систем электроснабжения

Обычно специалисты наряду с первостепенными задачами таких систем выделяют их состав и характеристики. Но разделение данных параметров позволит точнее определить компоненты и задачи электроснабжающих систем. Главное их предназначение заключается в обеспечении потребителей энергоресурсом. В качестве последнего может выступать и небольшой частный объект, и масштабное предприятие регионального значения. По большому счету, система электроснабжения выступает связующим компонентом между источником и приемниками энергии.

Структура и составные элементы

Комплекс электроснабжения можно представить в виде трехсоставной системы. Это непосредственно источник питания, распределяющая инфраструктура и средства подачи электроэнергии. Для взаимосвязи между этими компонентами устройство системы электроснабжения предусматривает широкий перечень оборудования и вспомогательных элементов:

• линии электропередачи (обеспечивают передачу энергии к приемникам);
• понизительные подстанции (осуществляют первичное преобразование энергии от ее источников);
• распределительные станции (выполняют важную функцию сетевого распределения энергии для снабжения нескольких потребителей);
• преобразовательные установки (осуществляют подготовку электрического потока для конечного использования);
• воздушные линии и кабели (связующие элементы, которые формируют сеть в инфраструктуре электроснабжения);
• токопроводы (обеспечивают конечный подвод энергии ее приемникам).

Разновидности генераторов

Энергетические станции в большей степени рассчитаны на автономные системы электроснабжения разных типов. Это устройства, которые включают в себя мотор, вырабатывающий ток. Современные электростанции работают на трех основных видах топлива – это бензин, газ и дизель.

Генераторы на бензиновом топливе обычно применяются в качестве резервных систем и рассчитываются на кратковременные периоды эксплуатации. Такие станции дешевле и проще в обслуживании, но высокие расходы на топливо не позволяют их использовать в интенсивных режимах. Более мощная дизельная система электроснабжения выгодна низкими затратами на содержание (на 20% меньше по сравнению с бензиновыми аналогами), но само оборудование и монтаж обходятся дороже. Газовое электроснабжение нашло свое место в обслуживании крупных промышленных объектов – к плюсам такой инфраструктуры относится ценовая доступность топлива и долговечность.

Проектирование

В процессе создания модели будущей системы электроснабжения требуется выполнение нескольких этапов, в числе которых - разработка плана силовой электрики, трассировка, определение местоположения и параметров оборудования. Современное проектирование систем электроснабжения включает следующие работы:

• создание плана размещения оборудования;
• составление схем питающих и распределительных сетей;
• подборка кабелей, расчетные работы относительно их параметров;
• создание кабельной отчетности;
• трассировка проводов;
• разработка спецификации;
• подготовка схемы расположения электропроводки и сопутствующего оборудования.

При выполнении большинства проектировочных операций специалисты должны определять электронагрузки и вести расчет электросети, которая будет служить для трансляции и распределения электроэнергии между ее приемниками. Также берутся во внимание коэффициенты спроса и установленная мощность.

Выбор оборудования

Когда проект готов, специалисты переходят к подбору технических средств, реализующих систему электроснабжения. Базовые данные, на основе которых подбирается оборудование, дает проектирование систем электроснабжения на основе расчетов и условий эксплуатации. Составные части комплекса определят его долговечность и надежность. На сегодняшний день перечень оборудования для подобных целей включает кабельно-проводниковые изделия, высоковольтную аппаратуру, взрывозащищенную электротехнику, светотехническую продукцию, генераторы и электростанции, трансформаторные установки, силовую электронику и различные комплектующие.

Монтаж

Это заключительный этап в создании комплекса электроснабжения, который включает сборку и установку оборудования. Монтаж выполняет с учетом данных проекта и характеристик предприятия – так, в случае с реализацией задачи на производственных объектах специалисты учитывают возможность поэтапной установки отдельных компонентов без необходимости остановки рабочего процесса. На этой же стадии выполняется автоматизация систем электроснабжения за счет пультов управления и специальных контроллеров. Далее выполняются пуско-наладочные операции и вносятся необходимые поправки в регламент техобслуживания и эксплуатации.

Принципы управления и эксплуатация

Рассматривая вопросы эксплуатации систем электроснабжения, важно учитывать тот факт, что обслуживающие источники энергии и сопутствующее электрооборудование должны вырабатывать столько ресурса, сколько потребуется потребителям. Иными словами, работа электростанций и сетей рассчитывается на возможные изменения в нагрузках приемниках. Рациональная эксплуатация систем электроснабжения предусматривает специальную подготовку персонала диспетчерских центров, которые смогут точно отслеживать спрос приемников на электроэнергию. Руководствуясь этими показателями, служба подбирает оптимальное количество генераторов при сокращении нагрузок или, напротив, запускает резервные станции при повышении нужд в энергии.

Важно учитывать, что от качества обслуживания энергосистемой зависят производительность и безопасность рабочих процессов на предприятии. Нарушения в электроснабжении способны вызвать аварии, простои на конвейерах и другие неприятные ситуации и явления, в результате которых не исключено появление жертв и недовыпуск изготавливаемой продукции.

Критерии качества работы электроснабжения

Ответственность систем, обеспечивающих питание энергоресурсами предприятий, обуславливает необходимость поддержания достаточных показателей их работоспособности. В связи с этим обслуживание снабжающих установок строится на следующих принципах:

• Обеспечение бесперебойной работы генераторов, сетей и сопутствующих компонентов электроснабжения. К слову, надежность систем электроснабжения является одной из первостепенных оценок ее качества, как и ремонтопригодность с долговечностью.
• Стабильность выполнения плана по выработке электроэнергии и последующего ее распределения с охватом требуемых максимумов по нагрузкам потребителей.
• Сохранение качества энергии, поставляемой приемникам. Она должна соответствовать запросам питающего электрооборудования по частоте и напряжению.

Чтобы достигались оптимальные условия работы, система электроснабжения контролируется диспетчерскими пультами. Последние, в свою очередь, обеспечиваются инструментами, за счет которых осуществляются контроль, настройка, управление электростанциями, ЛЭП и понижающими подстанциями.

Режимы работы

Любой комплекс электроснабжения предусматривает индивидуальные средства защиты на случай нештатных ситуаций. Как правило, это релейные системы защиты, которые и обусловили разделение режимов эксплуатации энергосистем на три вида: нормальный, аварийный и послеаварийный. Первый режим характеризуется бесперебойным питанием энергией. В таких условиях работы система электроснабжения промышленных предприятий поставляет ресурс в достаточном объеме и требуемого качества. При аварийном режиме нормальная работоспособность системы нарушается и длится до того момента, пока не будет отключен и поврежденный компонент. Послеаварийный формат работы системы электроснабжения продолжается до того пока не будет восстановлена нормальная работоспособность всего комплекса.

Классификации систем электроснабжения

Существует несколько принципов разделения энергосистем, снабжающих потребителей электричеством. В зависимости от источника система электроснабжения может быть электрохимической, дизель-электрической и атомной. Различны такие комплексы и в конфигурации, например, бывают централизованные, децентрализованные и совмещенные. Не менее значимы в классификации и характеристики тока, постоянного и переменного.

Системы электроснабжения используются в разных условиях и на различных объектах. В связи с этим стоит учитывать их мобильность (стационарные, носимые и возимые) и принадлежность к потребителю. Но, пожалуй, главное разделение относится к назначению. Так, существуют дежурные системы, резервные и аварийные. Дежурная система электроснабжения предприятия выполняет свои функции в штатном порядке и, как правило, является основным источником электроэнергии. Резервные системы, напротив, чаще выступают вспомогательной инфраструктурой энергоснабжения – на замену основному комплексу. Аварийное электроснабжение обычно предусматривает возможность обслуживания наиболее ответственных объектов в течение нескольких часов или суток.

Автономные системы электроснабжения

Концепция автономных систем происходит из необходимости страховки электроснабжения от возможных неполадок в магистральных сетях и других форс-мажорных ситуаций. Обычно автономные системы электроснабжения используются на предприятиях с налаженным производственным процессом и потребностью в бесперебойном энергоснабжении. В сущности, это подача электричества с независимым контролем. Важно отметить, что автономное электроснабжение отличается долговечностью, но при этом требует более высоких затрат на монтаж и обслуживание. С другой стороны, такой подход себя оправдывает ввиду надежности и стабильности энергообеспечения.