Проектирование электроснабжения промышленных предприятий

На современном предприятии без электричества ничего не двигается, не производится. К тому же там темно, а иногда и небезопасно. Перебои с электроснабжением на предприятиях, производящих взрывоопасные вещества, легковоспламеняющиеся жидкости, приводят к катастрофическим последствиям. Да и в других отраслях промышленности перерывы подачи электроэнергии тянут за собой не только остановку технологического процесса или выпуск бракованной продукции. Возникают угрозы для жизни людей, выход из строя дорогостоящих технологических установок. Поэтому проектирование электроснабжения – важное звено на пути строительства предприятия.

Проектировщики – кто они такие?

Проектируют электроустановки не те же люди, что и фундаменты зданий или полотна железных дорог. Это – специалисты узкого профиля, знакомые только с электроснабжением, но знающие его досконально. Они получают электротехническое образование в заведениях не ниже университета. Знаний на уровне профессионально-технических училищ и техникумов для работы над проектами недостаточно.

Количество специалистов в проектном отделе или организации зависит от объема и сложности работ. От этого зависят сроки проектирования и возможность выполнения поставленной задачи.

Опыт работы специалистов не менее важен. А еще лучше, если они до поступления на работу в проектное бюро потрудились на промышленных предприятиях. Ничто не заменит личного опыта знакомства с электрооборудованием, принципами его работы. Ни в одном учебном заведении не получить знаний, приобретаемых в процессе эксплуатации электрических машин и аппаратов под руководством опытных работников.

Чтобы выполнять проектные работы, организации лицензируются. Сложные и опасные объекты, которыми являются электроустановки, требуют получения специального «Допуска СРО». В нем указывается перечень видов проектов, проектировать которые организация имеет право.

С чего начинается проект?

Проект начинается с получения технического задания на проектирование. Выдает его заказчик, то есть лицо, которое после окончания монтажа будет эксплуатировать оборудование.

В этот момент важно увязать между собой представителей всех служб, относящихся к строящемуся объекту. Составить такое задание электрики не могут без помощи технологов. Ведь количество электродвигателей зависит от количества насосов, а не наоборот. Поэтому и техническое задание на проектирование электроснабжения зависит от технологической схемы работы будущего цеха.

После согласования со всеми заинтересованными и ответственными лицами задание визирует директор предприятия. И оно отправляется в проектную организацию.

Состав проекта электроснабжения

Проект электроснабжения – часть единого пакета документов, предназначенного постройки цеха, технологической установки или целого завода. Но содержит он только то, что относится к электрической части:

Чтобы быстро ориентироваться в проекте, в его начале прикладывается оглавление: перечень чертежей. Пояснительная записка оформляется отдельно. Это далеко не все, что может входить в перечень – проекты бывают разные.

Круг вопросов, освещаемых проектом, настолько широк, что для его выполнения требуется коллектив разработчиков.

Электротехника – чрезвычайно многогранная и развитая наука. Для каждого из направлений нужен свой специалист, знающий его досконально. Побочный эффект — он хуже разбирается в других отраслях электротехники.

Пояснительная записка

Название этого документа говорит само за себя. В нем содержатся сведения, описывающие и поясняющие весь процесс проектирования.

Пояснительная записка сама по себе не является руководством для дальнейшего строительства. Но из нее можно узнать, почему выбраны такие электроаппараты, на чем основано требование применить такую марку кабеля. Прочитав ее, представители монтажной организации приходят к пониманию того, что они будут строить, для чего все это нужно и как будет работать.

Выбор электрооборудования

Остановимся на этом процессе подробнее на примере электродвигателя, который вращает вентилятор.

Технологам для решения поставленной задачи от вентилятора нужно получить нужную величину воздушного потока. Она характеризуется количеством воздуха, перемещаемом лопастями в единицу времени. Под эту величину выбирается готовый, выпускаемый промышленностью вентилятор.

Чтобы приводить его во вращение, нужен электродвигатель. Для начала проектировщик определяет его мощность по характеристикам вентилятора. Но при этом выбранный электродвигатель должен еще и правильно запуститься со своей нагрузкой на валу. Если пусковой момент будет недостаточным, он либо не достигнет номинальной скорости вращения, либо сгорит после нескольких тяжелых стартов.

Корпус электродвигателя защищается от воздействий окружающей среды. Для этого он выбирается в соответствии с обстановкой в месте установки. Если в цеху предполагается наличие пожаро- или взрывоопасных объектов, двигатель выбирается с соответствующим классом защиты.

Теперь его нужно подключить к сети электропитания. Для этого конструируется электрощитовая или распределительный пункт, с учетом количества однотипных моторов в цеху, расстояний до них. При проектировании щитовой учитывается вся нагрузка, которая в ней соберется. Если цех протяженный, то щитовых будет две и более.

При выборе кабеля, соединяющего электродвигатель со щитовой, учитывается не только номинальный ток двигателя. Сечение кабеля, безусловно, должно длительно выдержать номинальный ток и кратковременно – пусковой. Но при работе кабель — дополнительное сопротивление в цепи питания мотора. Из-за этого напряжение на его зажимах ниже, чем на шинах щитовой. Если расчеты покажут, что снижение напряжения приведет к ухудшению характеристик работы электродвигателя, сечение кабеля увеличат.

Теперь для защиты двигателя выбирают автоматический выключатель и тепловое реле. Они отключат его линию питания при перегрузках и коротких замыканиях как в самом электродвигателе, так и в кабеле питания. Для управления работой выбирают магнитный пускатель или контактор. Если требуется регулировка оборотов вентилятора в процессе его работы, вместо пускателя устанавливают частотный преобразователь. Если, несмотря на все усилия сделать запуск мотора легче, он все-таки будет тяжел, выбирается либо устройство плавного пуска, либо система для переключения обмоток со звезды на треугольник.

Но и это еще не все. Рассчитывается ток короткого замыкания, при условии возникновения его в самой далекой точке – в барно электродвигателя. По его значению убеждаются, что:

• защитный аппарат точно вовремя отключит замыкание;
• за время работы защиты коммутационные аппараты и изоляторы распределительного устройства не будут сломаны динамическими силами, возникающими при коротком замыкании;
• за время работы защиты кабель, шины, обмотки электродвигателя и детали коммутационных аппаратов не расплавятся от термического воздействия токов короткого замыкания.

При получении негативных прогнозов по этим параметрам проводят корректировки сечения кабеля, номинальных токов коммутационных и характеристик защитных аппаратов.

Проектирование систем управления

Электродвигателем вентилятора нужно управлять. В техническом задании на проектирование указано, каким образом это сделать, чтобы было удобно технологам.

Простейший способ – кнопочная станция, установленная непосредственно у вентилятора. Она соединяется контрольным кабелем с той же щитовой, откуда проложен силовой кабель. Кнопки подключаются к катушке пускателя.

Но операторы технологических установок склонны к управлению процессом из одного помещения. Двигателей много, а запуск сложного технологического процесса потребует обойти всю установку. Поэтому, кроме местного запуска, проектируется дистанционный – из операторской. Для перехода с одного режима управления на другой у кнопок местного запуска ставится переключатель.

Современные системы управления основаны на применении компьютерных технологий. Поэтому между операторской и электрощитовой устанавливается промежуточное звено – щитовая с оборудованием, преобразующем все сигналы управления в понятный для компьютера вид.

Но и это еще не все. Запуск технологических механизмов невозможен без манипуляций шиберами или задвижками, контролем их положения, измерением температуры, расхода, скорости вращения валов, фиксации аварийных ситуаций.

Для управления шиберами рядом с пускателем вентилятора устанавливаются еще и реверсивные пускатели, открывающие и закрывающие его шибера на входе и выходе. Для них так же устанавливаются кнопки местного управления, переключатель режима управления. Сигналы дистанционного открытия приводят на пускатели от компьютера в операторской, туда же отправляются сигналы о достижении шибером крайних положений, его заклинивании. Если необходимо открывать шибер не полностью, то устанавливается система контроля его угла открытия.

В проекте у взятого нами для примера вентилятора появляется отдельные листы со схемами питания, управления, монтажными схемами. Выбранное коммутационное и защитное электрооборудование добавляется в спецификацию. Силовые кабели и кабели управления добавляются в кабельный журнал. Всем кабелям и электроаппаратам присваиваются уникальные цифро-буквенные и технологические наименования.

И так для каждого узла и агрегата. Функционирование цеха в целом зависит от тщательности и правильности проектирования всех элементов, из которых он состоит.