Многих интересует вопрос, почему для одних потребителей электрической энергии подтягиваются отдельные линии электроснабжения, создаются схемы автоматического ввода резерва, а остальные могут находиться без электроснабжения в течении суток, а иногда и более. Применение какой-либо схемы питания зависит от категории надежности снабжения потребителя, либо группы потребителей. Они делятся на три группы – первую, вторую и третью.

Первая категория надежности электроснабжения

Данная группа не допускает перерыва в электроснабжении. Перерыв подачи электрической энергии к объекту может привести к очень тяжелым последствиям, таким как:

• Опасность для жизни и здоровья людей;
• Массовый брак продукции;
• Дорогостоящее оборудование может выйти из строя;
• Сложные технологического процесса нарушаются;
• Нарушение нормального функционирования объектов коммунального хозяйства;

Наиболее существенный вес данной категории в промышленности, где остановка работы, например таких устройств, как вентилятор главного проветривания шахты приводит к остановке шахты и эвакуации всех людей из нее, что является срывом технологического процесса ставящим под угрозу жизнь и здоровье людей, а также приводят к массовому недоотпуску продукции и угрозе взрыва в шахте.

Наибольшая составляющая потребителей первой категории электроснабжения приходит на химическую и металлургическую промышленности, в остальных отраслях удельный вес данной нагрузки гораздо ниже.

На металлургических комбинатах, которые имеют не полный цикл производства металла (только коксохимические цеха или доменные и пр.), количество электроприемников 1-й категории может составлять порядка 70-80%, а с полным циклом 25-40%. На заводах производящих синтетический каучук приблизительно 70-80% полной нагрузки предприятия.

Из электроприемников 1-й категории можно выделить особую группу потребителей, бесперебойная подача электрической энергии к которым необходима для безаварийного останова производства, чтобы не допустить чрезвычайных происшествий (угрозы жизни и здоровью людей, повреждения дорогостоящего оборудования, пожаров, взрывов и других).

При проектировании электроснабжения потребителей данной группы необходимо тщательно исследовать специфику производства и технологию работы проектируемого объекта. Без необходимости не нужно завышать мощность для данной группы. Рассмотреть и сопоставить все возможные варианты. Также необходимо в обязательном порядке предусмотреть резервное питание для приемников данной группы.

Примерами таких электроприемников могут быть:

Шахтные подъемные машины, обеспечивающие подъем людей из шахты при возникновении аварийных ситуаций

При остановленном технологическом процессе насосы охлаждения доменных печей:

Также к ним относят потребителей, перерыв в снабжении которых приводит к загрязнению окружающей среды опасными для жизни и здоровья людей веществами. В бытовом примере это системы канализации:

Вторая категория надежности электроснабжения

При перерыве питания потребителей данной группы может произойти:

• Массовые простои рабочих и техники;
• Массовый недоотпуск продукции предприятия;
• К остановке электротранспорта;

Для таких приемников тоже предусматривают резервное питание, но в отличии от электроприемников 1-й категории, могут допускаться перерывы в электроснабжении для ручного ввода резервного питания или для выезда ремонтной бригады для переключений в ручном режиме на подстанции, где нет постоянного дежурного персонала. Если автоматический ввод резерва (АВР) не несет за собой больших финансовых затрат, он может применяться и для потребителей 2-й категории.

Эта группа является самой многочисленной для всех отраслей промышленности. Она не однородна. В данной группе может присутствовать нагрузки которые ближе по своим технологическим требованиям к электроприемникам 1-ой категории, а некоторые ближе к 3-й категории. К вопросам бесперебойности питания данной категории нужно подходить особо внимательно и не применять резервирование постоянно, как это требует первая категория электроснабжения.

Эти обстоятельства получили свое отражение в ПУЭ, которые при определенных обстоятельствах допускают не создавать специального резервирования для потребителей 2-й категории. Уровень надежности питания определяют в основном с помощью технико-экономических расчетов исходя из минимальных затрат вызываемых при остановке производства.

Третья категория надежности электроснабжения

В данную группу вошли все остальные электроприемники, которые не попали ни в первую, ни во вторую категории. Для бытовых потребителей – это жилые кварталы, дома. Для промышленности – цеха, где нет серийного производства изделий или вспомогательные цеха. Данная группа допускает перерыв в электроснабжении на время необходимое для произведение ремонта (замены) электрооборудования, но не должно превышать больше 1 суток. При проектировании электроснабжения данных устройств необходимо учесть способы прокладки кабелей, резервирование трансформатора (при замене трансформатора), чтобы выполнение ремонта прошли в сроки указанные в ПУЭ.

Можно сделать вывод, что при проектировании системы электроснабжения как промышленного предприятия так и бытовых потребителей необходимо учитывать влияние различных факторов, которые будут влиять на категорию надежности. Также провести анализ ответственности и назначения электроприемников, их роль в технологическом (бытовом) процессе, допустимое время перерыва питания.

Всех возможных потребителей электроэнергии можно разделить на категории, в соответствии с необходимостью обеспечения и гарантированной подачей электричества.

Например, требования, предъявляемые к надежности электроснабжения жилых зданий, могут существенно отличаются от аналогичных схем для спецобъектов. В качестве примера можно привести специальную систему «электропитания» насосного оборудования пожаротушения, предполагающего выполнение своих основных функций даже при отсутствии .

Своевременная подача электроэнергии различным потребителям предполагает некий приоритет, а также соблюдение соответствующих норм надежности.

На основе этих параметров были разработаны соответствующие категории электроснабжения. Их основные характеристики оговорены в правилах устройства электроустановок ( п. 1.2.18).

Именно здесь выделены главные категории энергопотребления, предусматривая определенное преимущество некоторых потребителей:

1. Первая и особая группа первой категории (особо важные «неотключаемые» потребители);
2. Вторая категория (потребитель может быть отключен не более чем на час);
3. Третья категория (потребитель может быть отключен на период восстановительно-ремонтных работ).

В списках первой категории (ПУЭ п. 1. 2. 19 ) находятся энергопотребители, прекращение подачи электроэнергии на которые может привести к опасности для жизни населения, причинению серьезного материального ущерба (например, выходу из строя дорогостоящего оборудования или нарушению сложного технологического процесса), а также к негативным социальным процессам при сбое работы коммунальных служб.

В первую очередь, эту категорию представляют так называемые «ответственные потребители»:

• аварийной освещение;
• охранная и противопожарная сигнализация;
• противопожарные насосы и т. д.

Сюда же включена и особая группа, бесперебойное обеспечение электроэнергией которой обеспечивает резкое снижение рисков серьезных пожаров, взрывов и, соответственно, человеческих жертв.

Для работы таких электропотребителей необходимо обеспечение минимум двух независимых и, при этом резервируемых источников электроэнергии, предусматривающих автоматическое их переключение.

Обычно такие силовые схемы предусматривают взаимосвязь двух независимых источников. Выход из строя одного инициирует автоматическое подключение второго источника. Время переключения между источниками обычно составляет от 0.3 с до 3 секунд (время работы ). Возможны варианты резервного подключения дизель-генераторов или аккумуляторных батарей.

Обычно такие источники используются в качестве третьего обязательного элемента схемы, обеспечивающие необходимую надежность.

Вторая категория (просто важные, ПУЭ п. 1. 2 .20 ) включает электропотребителей, у которых внезапное отключение электроэнергии может привести к массовому браку на производстве и/или длительному простою, а также к нарушению обычного режима жизнедеятельности больших групп населения в городской и/или сельской местности.

В этой группе также предусмотрено два независимых, страхующих друг друга, источника электроэнергии, но при этом допускается определенное время для перевода сети на резервный источник снабжения (например, для осуществления дежурным персоналом необходимых переключений вручную).

Все электропотребители, можно разделить по некоторой условной важности. То есть, надёжность электроснабжения, допустим жилых домов, будет явно, отличатся от насосной пожаротушения, где от наличия электричества зависят множество жизней, либо производства плавки металла, что в итоге может, обернутся страшной аварией.

По надёжности электроснабжения и важности электропотребителей, питающихся электроэнергией, были разработаны данные категории. Они определяются при проектировании, на основании нормативной документации (ПУЭ и других действующих нормативов) и тех. части самого проекта. Выделяют три категории электроснабжения: 1-я (очень важные электропотребители), 2-я (просто важные электропотребители) 3-я (все остальные электропотребители).

К первой категории относятся такие виды электропотребителей, которые в результате своего простоя без электричества могут повлечь опасность для жизни людей, безопасности государства, нанести большой материальный ущерб, поломку сложного и дорогого оборудования или нарушения сложного техпроцесса, работы сфер коммунального хозяйства. Проще говоря, всё то повлечет за собой очень серьезные последствия.

Как правило по первой категории электроснабжения запитаны ответственные потребители (противопожарные насосы, аварийное , пожарная и охраная сигнализации и т.д.)

В первую категорию так же входит особая группа электропотребителей, которая должна быть безостановочной в силу возможности возникновения пожаров, взрывов и человеческих смертей. Электропотребители этой категории при нормальной работе, должны предусматривать два независимых резервируемых источника электропитания, у которых перерыв для возобновления электроснабжения при отключении одного из них, должен быть лишь на время автоматического переключения на второй. Как правило для первой категории предусматриваются две независимые трансформаторные подстанции (ТП) либо ТП и ДГУ (дизель генератор), либо ТП и аккумуляторные батареи, расчитаные на определенное время работы как в режиме ожидания так и в режиме тревога. Автоматическое переключение потребителей первой категории на резервный ввод осуществляется с помощью устройства автоматического ввода резерва (АВР).

Для особой группы первой категории, должен предусматриваться также третий независимый источник, для увеличения общей надёжности. В роли третьего независимого источника для особой группы электропотребителей, могут использоваться различные аппараты бесперебойного электропитания, аккумуляторные батареи, дизель генераторы (ДГУ) и т.д. с использованием АВР на 3 ввода или двух АВР.

Вторая категория. К ней можно отнести электропотребители, что при внезапном отключении электроэнергии могут последовать массовое возникновение брака или недоотпуска продукции, длительный простой рабочих, оборудования, техпроцесса, общее нарушению обычной жизнедеятельности большого количества городского и сельского населения.

Она должна при нормальной своей работе, обеспечить электроснабжение, так же от двух независимых резервирующих источников электропитания, но допускается некоторое время на переключение (например, время за которое дежурный электрик зайдет в щитовую и переключит рубильник на второй ввод). Для элетропотребителей второй категории при возникновении проблем с электропитанием на одном из источников, допускается время простоя до восстановления электроснабжения, в промежутке, пока дежурныё персонал или выездная бригада не произведёт необходимое переключение и восстановит поступление электроснабжение. Для электроснабжения по второй категории необходимы два независимых источника электропитания, но в отличии от потребителей первой категории, переключение на резервный ввод осуществляется вручную (без устройства ввода резерва АВР).

Большинство электропотребителей относятся ко второй категории электроснабжения.

Стоит заметить то, что увеличение важности категории, напрямую влияет на саму стоимость его осуществления, поскольку это влечёт установку большего количества дополнительного оборудования и в итоге общего усложнение всей системы элетропотребителя.

Но с другой стороны на тех объектах, где действительно очень важна надёжность, в силу особых обстоятельств, то такое усложнение и резервирование, играет ключевую роль, во избежание более худших последствий при возникновении перебоя с элетрообеспечением.

Согласно ПУЭ все потребители электрической энергии условно разделяют на три категории (группы), в зависимости от их важности. В данном случае идет речь о том, насколько надежным должно быть энергоснабжение потребителя с учетом всех возможных факторов. Приведем характеристики каждой из категорий электроснабжения потребителей и соответствующие требования относительно надежности их питания.

К первой категории электроснабжения относятся наиболее важные потребители, перерыв в электроснабжении которых может привести к несчастным случаям, крупным авариям, нанесению большого материального ущерба по причине выхода из строя целых комплексов оборудования, взаимосвязанных систем. К таким потребителям относятся:

горнодобывающая, химическая промышленность и др. опасные производства;

важные объекты здравоохранения (реанимационные отделения, крупные диспансеры, родильные отделения и пр.) и других государственных учреждений;

котельные, насосные станции первой категории, перерыв в электроснабжении которых приводит к выходу из строя городских систем жизнеобеспечения;

тяговые подстанции городского электрифицированного транспорта;

установки связи, диспетчерские пункты городских систем, серверные помещения;

лифты, устройства пожарной сигнализации, противопожарные устройства, охранная сигнализация крупных зданий с большим количеством находящихся в них людей.

Потребители данной категории должны питаться от двух независимых источников питания - двух линий электропередач, питающихся от отдельных силовых трансформаторов. Наиболее опасные потребители могут иметь третий независимый источник питания для большей надежности. Перерыв в электроснабжении потребителей первой категории разрешается только лишь на время автоматического включения резервного источника питания.

В зависимости от мощности потребителя, в качестве резервного источника электроснабжения может выступать линия электрической сети, аккумуляторная батарея либо дизельный генератор.

ПУЭ определяет независимый источник питания как источник, на котором сохраняется напряжение в послеаварийном режиме в регламентированных пределах при исчезновении его на другом источнике питания. К числу независимых источников питания относятся две секции или системы шин одной или двух электротстанций или подстанций при одновременном соблюдении следующих двух условий:

каждая из секций или систем шин в свою очередь имеет питание от независимого источника питания,

секции (системы) шин не связаны между собой или имеют связь, автоматически отключающуюся при нарушении нормальной роботы одной из секций (систем) шин.

Ко второй категории снабжения относятся потребители, при отключении питания которых, останавливается работа важных городских систем, на производстве возникает массовый брак продукции, есть риск выхода из строя крупных взаимосвязанных систем, циклов производства.

Помимо предприятий, ко второй категории электроснабжения относятся:

детские заведения;

медицинские учреждения и аптечные пункты;

городские учреждения, учебные заведения, крупные торговые центры, спортивные сооружения, в которых может быть большое скопление людей;

все котельные и насосные станции, кроме тех, которые относятся к первой категории.

Вторая категория электроснабжения предусматривает питание потребителей от двух независимых источников. При этом допускается перерыв в электроснабжении на время, в течение которого обслуживающий электротехнический персонал прибудет на объект и выполнит необходимые оперативные переключения.

Третья категория электроснабжения потребителей включает в себя всех оставшихся потребителей, которые не вошли в первые две категории. Обычно это небольшие населенные пункты, городские учреждения, системы, перерыв в электроснабжении которых не влечет за собой последствий. Также к данной категории относят многоквартирные жилые дома, частный сектор, дачные и гаражные кооперативы.

Потребители третьей категории получают питание от одного источника питания. Перерыв в электроснабжении потребителей данной категории, как правило, не более суток - на время выполнения аварийно-восстановительных работ.

При разделении потребителей на категории учитывается множество факторов, оцениваются возможные риски, выбираются наиболее надежные и оптимальные варианты.

Максимальное допустимое число часов отключения в год и сроки восстановления энергоснабжения

Вопросы электрообеспечения, включая надежность электроснабжения, определяются в договоре потребителя с субъектом электроэнергетики. В договоре устанавливают допустимое число часов отключения в год и сроки восстановления электроснабжения (это фактически допустимая продолжительность перерыва питания ).

Для I и II категорий надежности допустимое число часов отключения в год и сроки восстановления энергоснабжения определяются сторонами в зависимости от конкретных параметров схемы электроснабжения, наличия резервных источников питания и особенностей технологического процесса потребителя, но не могут быть более соответствующих величин, предусмотренных для III категории надежности, для которой допустимое число часов отключения в год составляет 72 ч (но не более 24 ч подряд, включая срок восстановления энергоснабжения).

Что дает разделение потребителей на категории

Разделение потребителей на категории в первую очередь позволяет правильно спроектировать тот или иной участок электросети, связать его с объединенной энергосистемой. Основная цель - построить максимально эффективную сеть, которая с одной стороны должна осуществлять в полной мере потребности в электроснабжение всех потребителей, удовлетворять требованиям по надежности электроснабжения, а с другой стороны быть максимально упрощенной с целью оптимизации средств на обслуживание и ремонт сетей.

В процессе эксплуатации электрических сетей разделение потребителей на категории электроснабжения позволяет сохранить стабильность работы объединенной энергосистемы в случае возникновения дефицита мощности по причине отключения блока электростанции либо серьезной аварии в магистральных сетях. В данном случае работают автоматические устройства, отключающие от сети потребителей третьей категории, а при больших дефицитах мощности - второй категории.

Данные меры позволяют оставить в работе наиболее важных потребителей первой категории и избежать техногенных катастроф в масштабах регионов, гибели людей, аварий на отдельных объектах, материального ущерба.

В отечественных системах электроснабжения наиболее часто используется принцип горячего резерва : мощность трансформаторов ТП, ГПП (и пропускная способность всей цепи питания к ним) выбирается большей, чем этого требует поддержание нормального режима, для обеспеченна электроснабжения электроприемников I и II категории в послеаварийном режиме, когда одна цепь питания отказывает в результате аварии (или отключается планово).

Холодный резерв, как правило, не используется (хотя более выгоден по суммарной пропускной способности), ток как предусматривает автоматическое включение под нагрузку элементов сети без предварительных испытании.

С точки зрения обеспечения надежного и бесперебойного питания, приемники электрической энергии делятся на четыре категории:

Рисунок 1. Потребители электроэнергии по категориям.

Это потребители первой особой категории электроснабжения, потребители первой категории, потребители второй категории, потребители третьей категории электроснабжения.

Особая категория.

Приемники, перерыв в электроснабжении которых недопустим.

Рисунок 3. Приемники особой категории.

Первая категория электроснабжения.

Приемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей или значительный материальный ущерб, связанный с повреждением оборудования, массовым браком продукции или длительным расстройством сложного технологического процесса производства.

Рисунок 4. Приемники первой категории.

Вторая категория электроснабжения.

Приемники, перерыв в электроснабжении которых связан с существенным недоотпуском продукция, простоем людей, механизмов, промышленного транспорта.

Рисунок 5. Приемники второй категории.

Третья категория электроснабжения.

Приемники, не подходящие под определения 1-й и 2-й категорий (например, приемники второстепенных цехов, не определяющих технологический процесс основного производства).

Рисунок 6. Приемники третьей категории.

Вопрос о надежности электроснабжения потребителей связан с числом источников питания, схемой электроснабжения и категорией потребителей.

Приемники 1-й категории должны иметь не менее двух независимых источников питания. Приемники 2-й категории могут иметь один-два источника питания (решается конкретно в зависимости от значения, которое имеет данное промышленное предприятие в народном хозяйстве страны, и местных условий). Приемники 3-й категории, как правило, могут иметь один источник питания, но если по местным условиям можно обеспечить питание без существенных затрат от второго источника, то применяется резервирование питания и для этой категории приемников.

Классификация приемников электрической энергии и их общие характеристики

Около 70% всей вырабатываемой в нашей стране электрической энергии потребляется промышленными предприятиями.

Приемники электроэнергии промышленных предприятий делятся на следующие группы:

1. Приемники трехфазного тока напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц.

2. Приемники трехфазного тока напряжением выше 1000 В, частотой 50 Гц.

3. Приемники однофазного тока напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц.

4. Приемники, работающие с частотой, отличной от 50 Гц, питаемые от преобразовательных подстанций и установок.

5. Приемники постоянного тока, питаемые от преобразовательных подстанций и установок.

Для всех приемников перечисленных выше групп необходимо знать:

1) требования, предъявляемые действующими Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) к надежности питания приемников (1-я, 2-я и 3-я категории);

3) режим работы (продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный);

3) места расположения приемников электроэнергии и являются ли они стационарными или передвижными.

В настоящее время электроснабжение промышленных предприятий ведется на переменном трехфазном токе. Для питания групп приемников постоянного тока сооружаются преобразовательные подстанции, на которых устанавливаются преобразовательные агрегаты: полупроводниковые выпрямители, ртутные выпрямители, двигатели-генераторы и механические выпрямители.

Преобразовательные агрегаты питаются от сети трехфазного тока и являются поэтому приемниками трехфазного тока.

Приемники постоянного тока, имеющие индивидуальные преобразовательные агрегаты: электропривод по системе генератор-двигатель, ионный электропривод и т.п., являются с точки зрения электроснабжения приемниками трехфазного тока.

Часто встречающимися приемниками постоянного тока, требующими питания от преобразовательных подстанций, являются: электрифицированный транспорт, некоторые установки, использующие явление электролиза, некоторые электродвигатели подъемно-транспортных и вспомогательных механизмов.

Согласно ПУЭ электротехнические установки, производящие, преобразующие, распределяющие и потребляющие электроэнергию, подразделяются на электроустановки напряжением до 1000 В и электроустановки напряжением выше 1000 В.

Электротехнические установки напряжением до 1000 В выполняются как с глухо заземленной, так и с изолированной нейтралью, а установки постоянного тока — с глухо заземленной и изолированной нулевой точкой.

По частоте тока приемники электроэнергии делятся на приемники промышленной частоты (50 Гц) и приемники с высокой (выше 10 кГц), повышенной (до 10 кГц) и пониженной (ниже 50 Гц) частотами.

Большинство приемников использует электрическую энергию нормальной промышленной частоты. Установки высокой и повышенной частоты применяются для нагрева под закалку, ковку и штамповку металлов, а также для плавки металлов. К приемникам с повышенной частотой относятся, например, электрические двигатели в текстильной промышленности при производстве искусственного шелка (частота 133 Гц).

Для преобразования переменного тока промышленной частоты в токи высокой и повышенной частоты служат двигатели-генераторы (электромашинные преобразователи), а также тиристорные или ионные преобразователи. Для получения повышенной частоты до 10 кГц применяют преимущественно тиристорные преобразователи (инверторы). Для получения частот 10 кГц и выше применяются ламповые генераторы. От ионных генераторов можно получать до 2800 Гц. К приемникам с пониженной частотой относятся коллекторные электродвигатели, применяемые для транспортных целей (16 2/3 Гц), перемешиватели жидкого металла (до 25 Гц) и индукционные нагревательные устройства для отливки крупных деталей. Переменный ток пониженной частоты в промышленных установках широкого применения не имеет.

Приемники электрической энергии могут быть подразделены на группы по сходству режимов, т.е. по сходству графиков нагрузки. Деление потребителей на группы позволяет более точно находить суммарную электрическую нагрузку.

Различают три характерные группы электроприемников:

1. Приемники, работающие в режиме с продолжительно неизменной или мало меняющейся нагрузкой. В этом режиме электрическая машина или аппарат может работать продолжительное время без повышения температуры отдельных частей машины или аппарата свыше допустимой. Примерами приемников, работающих в этом режиме, являются электродвигатели компрессоров, насосов, вентиляторов и т. п.

2. Приемники, работающие в режиме кратковременной нагрузки. В этом режиме рабочий период машины или аппарата не настолько длителен, чтобы температура отдельных частей машины или аппарата могла достигнуть установившегося значения. Период остановки машины или аппарата настолько длителен, что машина практически успевает охладиться до температуры окружающей среды. Примерами данной группы приемников являются электродвигатели электроприводов вспомогательных механизмов металлорежущих станков (механизмы подъема поперечины, зажимы колонн, двигатели быстрого перемещения суппортов и др.), гидравлических затворов и т. п.

3. Приемники, работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки. В этом режиме кратковременные рабочие периоды машины или аппарата чередуются с кратковременными периодами отключения. Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ) и длительностью цикла. В повторно-кратковременном режиме электрическая машина или аппарат может работать с допустимой для них относительной продолжительностью включения неограниченное время, причем превышение температур отдельных частей машины или аппарата не выйдет за пределы допустимых значений. Примером этой группы приемников являются электродвигатели кранов, сварочные аппараты и т. п.

Для перечисленных выше режимов работы приемников в соответствии с ГОСТ 183-74 электропромышленность выпускает электродвигатели, рассчитанные на указанные условия работы.

В действительности график нагрузки каждого приемника отличается от заданного при проектировании. На режим работы приемника влияют технологические особенности каждой отрасли промышленности. График нагрузки приемника является основным показателем, по которому его следует классифицировать.

Рисунок 7. Правильный и качественный монтаж, так же напрямую влияет на надежность электроснабжения.

Кроме разделения потребителей по режимам работы следует учитывать несимметричность нагрузки или неравномерность загрузки фаз. К симметричным нагрузкам относятся электродвигатели и трехфазные печи. К несимметричным нагрузкам (одно- и двухфазным) следует отнести электрическое освещение, однофазные к двухфазные печи, однофазные сварочные трансформаторы и т. п. в том случае, когда распределить их симметрично по фазам не удается.