ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Часть 1 — Справочная информация

1. Область применения

1.1. Настоящие нормы технологического проектирования (НТП) содержат основные указания по проектированию систем электроснабжения напряжением свыше и до 1 кВ вновь строящихся и реконструируемых промышленных предприятий и приравненных к ним потребителей.

1.2. Настоящие НТП следует рассматривать совместно с требованиями гл. 1.2 ПУЭ «Электроснабжение и электрические сети» [1].

1.3. Требованиями НТП следует руководствоваться при проектировании систем электроснабжения и подстанций промышленных предприятий всех министерств и ведомств, получающих электроэнергию от сетей энергосистем и от собственных электростанций.

К системам электроснабжения подземных, тяговых и других специальных установок могут быть предъявлены дополнительные требования.

1.4. НТП заменяют собой строительные нормы Госстроя СССР СН 174-75 «Инструкция по проектированию электроснабжения промышленных предприятий».

2.1. Основными определяющими факторами при проектировании электроснабжения должны быть характеристики источников питания и потребителей электроэнергии, в первую очередь требование, к бесперебойности электроснабжения с учетом возможности обеспечения резервирования в технологической части проекта, требования электробезопасности.

2.2. Подключение систем электроснабжения промышленных предприятий к сетям энергосистем производится согласно техническим условиям на присоединение, выдаваемым энергоснабжающей организацией в соответствии с Правилами пользования электрической энергией [2].

2.3. Схемы электроснабжения промышленных предприятий должны разрабатываться с учетом следующих основных принципов:

2.3.1. Источники питания должны быть максимально приближены к потребителям электрической энергии.

2.3.2. Число ступеней трансформации и распределения электроэнергии на каждом напряжении должно быть минимально возможным.

2.3.3. Распределение электроэнергии рекомендуется осуществлять по магистральным схемам. В обоснованных случаях могут применяться радиальные схемы.

2.3.4. Схемы электроснабжения и электрических соединений подстанций должны быть выполнены таким образом, чтобы требуемый уровень надежности и резервирования был обеспечен при минимальном количестве электрооборудования и проводников.

2.3.5. Схемы электроснабжения должны быть выполнены по блочному принципу с учетом технологической схемы предприятия. Питание электроприемников параллельных технологических линий следует осуществлять от разных секций шин подстанций, взаимосвязанные технологические агрегаты должны питаться от одной секции шин.

Питание вторичных цепей не должно нарушаться при любых переключениях питания силовых цепей параллельных технологических потоков.

2.3.6. При построении схемы электроснабжения предприятия, электроприемники которого требуют резервирования питания, должно проводиться секционирование шин во всех звеньях системы распределения электроэнергии, включая шины низшего напряжения цеховых двухтрансформаторных подстанций.

2.3.7. Все элементы электрической сети должны, как правило, находиться под нагрузкой. Наличие резервных неработающих элементов сети должно быть обосновано.

2.3.8. Следует применять, как правило, раздельную работу линий, трансформаторов. В обоснованных случаях, по согласованию с энергоснабжающей организацией, может быть допущена параллельная работа элементов системы электроснабжения (см. п. 6.33).

2.3.9. Выбор мощности трансформаторов и сечений проводников следует производить с учетом устанавливаемых средств компенсации реактивной мощности.

2.4. При проектировании системы электроснабжения промышленного предприятия совпадение планового ремонта и аварии или наложение аварии на аварию следует учитывать только для электроприемников особой группы I категории и при технико-экономическом обосновании для электроприемников I категории производств со сложным непрерывным длительно восстанавливаемым технологическим процессом.

2.5. На каждом промышленном предприятии должна предусматриваться возможность централизованного отключения в часы максимума нагрузки энергосистемы или в периоды режимных ограничений в подаче электроэнергии (послеаварийные или ремонтные режимы) электроприемников, отнесенных к III категории по бесперебойности электроснабжения.

2.6. При проектировании энергоемких промышленных предприятий должны быть рассмотрены совместно с заказчиком:

2.6.1. Возможность отключения или частичной разгрузки крупных электроприемников в целях снижения электрической нагрузки предприятия в часы максимума нагрузки энергосистемы.

2.6.2. Экономическая целесообразность дополнительной установки крупных технологических агрегатов в целях их отключения или разгрузки в часы максимума нагрузки энергосистемы.

2.7. Выбор типа, мощности и других параметров подстанций, а также их расположение должны обусловливаться значением и характером электрических нагрузок и размещением их на генеральном плане предприятия. При этом должны учитываться также архитектурно-строительные и эксплуатационные требования, расположение технологического оборудования, условия окружающей среды, требования взрывопожарной и экологической безопасности.

2.8. Схемы электрических соединений подстанций и распределительных устройств должны выбираться исходя из общей схемы электроснабжения предприятия и удовлетворять следующим требованиям:

обеспечивать надежность электроснабжения потребителей и переток мощности по магистральным связям в нормальном и в послеаварийном режимах;

учитывать перспективу развития;

допускать возможность поэтапного расширения;

учитывать широкое применение элементов автоматизации и требования противоаварийной автоматики;

обеспечивать возможность проведения ремонтных и эксплуатационных работ на отдельных элементах схемы без отключения соседних присоединений.

2.9. При выборе числа и мощности трансформаторов подстанций промышленных предприятий следует учитывать следующие положения:

2.9.1. Число трансформаторов принимается, как правило, не более двух. Установка более двух трансформаторов может быть принята лишь при соответствующем обосновании в проекте.

В первый период эксплуатации при постепенном росте нагрузки допускается установка одного трансформатора при условии обеспечения резервирования питания потребителей по сетям низшего напряжения.

2.9.2. Мощность трансформаторов выбирается так, чтобы при отключении любого из них оставшиеся в работе обеспечили с учетом допустимых перегрузок трансформаторов питание электроприемников, необходимых для продолжения работы производства.

2.9.3. На подстанции рекомендуется устанавливать трансформаторы одинаковой мощности.

2.9.4. Однотрансформаторные подстанции следует применять для питания электроприемников III категории. Однотрансформаторные подстанции могут быть также применены для питания электроприемников II категории, если обеспечивается требуемая степень резервирования питания по стороне низшего напряжения при отключении трансформатора.

2.9.5. При росте электрической нагрузки сверх расчетного значения увеличение мощности подстанции рекомендуется производить путем замены трансформаторов более мощными, что должно быть предусмотрено при проектировании строительной части подстанции. Установка дополнительных трансформаторов на действующей подстанции должна быть технико-экономически обоснована.

2.9.6. Выбор мощности трансформаторов, питающих резкопеременную нагрузку, следует производить по среднеквадратичной нагрузке, частоте и значениям пиков тока, как правило, по согласованию с заводом — изготовителем трансформатора.

2.9.7. Указания по выбору числа и мощности трансформаторов цеховых ТП приведены в пп. 6.4.3 — 6.4.10.

2.10. Допустимые перегрузки в послеаварийном режиме для масляных трансформаторов следует определять согласно требованиям ГОСТ 14209-85 [3], при этом для подстанций промышленных предприятий следует учитывать следующие условия [4]:

2.10.1. Расчетную суточную продолжительность аварийной перегрузки принимать при односменной работе 4 ч, при двух сменной 8 ч, при трехсменной 12-24 ч.

2.10.2. Допустимые аварийные перегрузки трансформаторов определять по табл. 2 приложения 3 указанного стандарта с учетом вида их установки:

2.10.2.1. Для трансформаторов, установленных на открытом воздухе, — в зависимости от эквивалентной годовой температуры охлаждающего воздуха района размещения подстанции, определяемой согласно п. 6 приложения 2;

2.10.2.2. Для трансформаторов, установленных в закрытых камерах или в неотапливаемых помещениях (цехах), — при эквивалентной годовой температуре 10 ЦЕЛ;

2.10.2.3. Для внутрицеховых подстанций, установленных в отапливаемых цехах, — при эквивалентной годовой температуре 20 ЦЕЛ.

2.11. Для наружной установки должны применяться масляные трансформаторы, для внутренней установки — масляные и сухие трансформаторы. Применение совтоловых трансформаторов не допускается по экологическим соображениям.

2.12. Системы электроснабжения энергоемких промышленных предприятий должны, как правило, выбираться на основе технико-экономического сравнения сопоставимых вариантов по минимуму приведенных затрат. При выполнении технико-экономических сравнений рекомендуется пользоваться укрупненными показателями стоимости строительства, элементов электроснабжения промышленных предприятий [5] и методическим пособием по выполнению технико-экономических расчетов [6].

2.13. Схема электроснабжения должна, при необходимости, обеспечить самозапуск электродвигателей ответственных механизмов.

2.14. В проектной практике имеет место деление системы электроснабжения энергоемкого промышленного предприятия на внешнее электроснабжение (электрические сети энергосистемы до приемных пунктов электроэнергии на предприятии) и внутреннее электроснабжение (от приемных пунктов до потребителя предприятия). Так как разработка проектов внешнего и внутреннего электроснабжения ведется, как правило, различными организациями и в разные сроки, при разработке проекта электроснабжения промышленного предприятия должно проводиться взаимное согласование в части определения независимых источников питания, продолжительности перерывов питания при различных нарушениях в сетях энергосистем, времен действия РЗиА и т. п.

2.15. Система электроснабжения промышленного предприятия должна учитывать очередность его сооружения. Сооружение последующих очередей строительства не должно приводить к нарушению или снижению надежности электроснабжения действующих производств.

Система электроснабжения должна обеспечивать возможность роста потребления электроэнергии предприятием без коренной реконструкции системы электроснабжения.

2.16. Месторасположения подстанций, выделение зон для рационального размещения линий электропередачи, токопроводов, кабельных сооружений следует определять совместно с генеральной проектной организацией на разных стадиях проектирования цехов и генерального плана. Следует учитывать, что реализация систем глубокого ввода, как правило, невозможна без предварительной совместной проработки генплана предприятия.

2.17. При проектировании системы электроснабжения промышленного предприятия следует учитывать потребность в электроэнергии сторонних близлежащих потребителей во избежание нерациональных затрат на их локальное электроснабжение.

2.18. Во всех случаях, где это возможно по исполнению электрооборудования, климатическим условиям, пожарной безопасности, загрязненности окружающей среды, рекомендуется предусматривать установку распределительных устройств, трансформаторов, реакторов, конденсаторных установок и т. п.

2.19. Применение нового электрооборудования, не освоенного серийным производством, следует производить с согласия заказчика и завода-изготовителя.

2.20. В объектах электроснабжения должны, как правило, применяться комплектные крупноблочные электротехнические устройства. Схемные и конструктивные решения следует в максимальной степени унифицировать.

2.21. При проектировании надлежит предусматривать мероприятия, обеспечивающие возможность ведения электромонтажных работ индустриальными методами.

2.22. Подстанции, как правило, должны проектироваться с учетом эксплуатации их без постоянного дежурного персонала с применением простейших устройств автоматики, сигнализации и т.п.

2.23. Если подстанция будет обслуживаться персоналом разных организаций, то необходимо предусматривать мероприятия, обеспечивающие доступ персонала каждой организации только в обслуживаемые им помещения и к обслуживаемому им оборудованию.

2.24. Определения понятий и терминов, содержащихся в настоящих НТП, полностью соответствуют приведенным в главах ПУЭ [1].

2.25. Выбор изоляции ВЛ, внешней изоляции электрооборудования распределительных устройств и трансформаторов классов напряжения 6 — 330 кВ, расположенных в районах с чистой и загрязненной атмосферой, следует производить согласно указаниям по проектированию изоляции в районах с чистой и загрязненной атмосферой [7].

2.26. Подстанции, сооружаемые в районах вечной мерзлоты, должны отвечать требованиям указаний по проектированию подстанций в северных районах [8].

2.27. При проектировании молниезащиты закрытых и открытых распределительных устройств, подстанций и воздушных линий электропередачи следует руководствоваться требованиями ПУЭ.

Молниезащита объектов электроснабжения, расположенных в производственных зданиях и сооружениях, должна выполняться согласно указаниям по устройству молниезащиты зданий, сооружений [9].

2.28. Эксплуатация объектов электроснабжения промышленного предприятия должна производиться согласно правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей [10] и правилам технической безопасности [11], утвержденным Госэнергонадзором.

2.29. При выполнении проекта электроснабжения промышленного предприятия следует предусматривать помещения и оборудование цеха (участка) сетей и подстанций для обслуживания подстанций, в том числе преобразовательных, воздушных линий 6 кВ и выше, межцеховых кабельных сетей напряжением до и выше 1 кВ, установок и сетей наружного освещения, трансформаторно-масляного хозяйства и др.

Штаты отделов и служб цеха сетей и подстанций определяются отраслевыми нормами.

2.30. Отступления от требований и рекомендаций НТП должны быть обоснованы в проекте, при несоблюдении требований безопасности (электробезопасности, пожарной, экологической и др.) должны быть проведены согласования в установленном порядке.

2.31. Оформление рабочей документации и ее состав при разработке системы электроснабжения промышленного предприятия должны соответствовать требованиям государственного стандарта «СПДС. Правила выполнения рабочей документации электроснабжения предприятий, зданий, сооружений».

3. Надежность. Резервирование

3.1. Категорирование электроприемников (ЭП) по надежности электроснабжения должно производиться согласно требованиям гл. 1.2 ПУЭ. При этом не следует допускать необоснованного отнесения ЭП к более высокой категории, а именно:

3.1.1. ЭП, работающие на склады, промежуточные накопители, выполняющие вспомогательные технологические операции, часть оборудования инженерного обеспечения здания, следует относить к III категории. Отнесение указанных электроприемников ко II категории приводит к необоснованному завышению не только мощностей устанавливаемых трансформаторов, но и требований к энергоснабжающей организации по обеспечению резервирования питания потребителей.

Ко II категории следует относить только такое технологическое и другое оборудование, без которого невозможно продолжение работы основного производства на время послеаварийного режима.

3.1.2. ЭП, отключение которых приводит к массовому недоотпуску продукции, нередко относят не ко II категории, а к I категории, мотивируя это решение тем, что наносится «значительный ущерб народному хозяйству». Некоторая нечеткость формулировок гл. 1.2 ПУЭ не может быть основанием для перевода ЭП крупного производства из II в I категорию.

Понятие «значительный ущерб народному хозяйству» следует относить к группе производств, региону, отрасли, но не к одному предприятию.

3.1.3. При проектировании электроустановок имеют место случаи отнесения систем управления некоторых производств к электроприемникам особой группы I категории, хотя электроприемники самого производства относятся к I категории. Некоторые информационные системы, не работающие в реальном масштабе времени, также относятся к ЭП особой группы I категории. Необоснованное отнесение ЭП I категории к особой группе значительно удорожает затраты на систему электроснабжения.

3.2. Понятие «категория ЭП» по надежности электроснабжения» не следует относить к потребителю в целом, в том числе к цехам, участкам, корпусам и т. д. Это понятие правомерно только в отношении индивидуального ЭП. Для потребителя характерно лишь сочетание в различных пропорциях ЭП категорий I, II и III.

3.3. Надежность электроснабжения потребителя обеспечивается выполнением требуемой степени резервирования. Для продолжения работы основного производства в послеаварийном режиме необходима работа всех ЭП, отнесенных к I и II категориям, следовательно питание этих ЭП должно резервироваться. Резервировать питание ЭП III категории не требуется. При проектировании следует для каждого потребителя определять требуемую степень резервирования, равную отношению электрической нагрузки ЭП, работа которых необходима для продолжения работы (ЭП I и II категорий), к суммарной электрической нагрузки потребителя.

3.4. Значение требуемой степени резервирования для промышленных предприятий может меняться от 1 (отсутствуют ЭП III категории, и должно быть обеспечено 100%-ное резервирование питания электрической нагрузки при нарушениях в системе электроснабжения) до 0 (отсутствуют ЭП I и II категорий, и резервирование питания нагрузки не требуется). Выбор элементов схемы электроснабжения, производимый, как правило, по данным после-аварийного режима, следует выполнять во всех случаях согласно требуемой степени резервирования с учетом перегрузочной способности устанавливаемого электрооборудования.

3.5. Надежность электроснабжения промышленного предприятия со сложным непрерывным технологическим процессом (НТП), требующим длительного времени на восстановление рабочего режима при нарушении системы электроснабжения, определяется помимо требуемой степени резервирования длительностью перерыва питания при нарушениях в системе электроснабжения и ее сопоставлением с предельно допустимым временем перерыва электроснабжения, при котором возможно сохранение НТП данного производства. При невозможности обеспечения НТП необходимо осуществлять технологическое резервирование. Разработка проекта электроснабжения предприятия с НТП должна производиться совместно с энергоснабжающей организацией и организацией, выполняющей проектирование технологии и технологической автоматики.

4. Источники питания

4.1. Основными источниками питания промышленных предприятий, как правило, являются электроустановки энергосистем (электростанции, подстанции, линии электропередачи).

При сооружении предприятия в районе, не имеющем связи с энергосистемой, источником питания является собственная автономная электростанция (ТЭЦ, ГТЭС и др.).

4.2. При централизованном электроснабжении на крупных промышленных предприятиях может предусматриваться сооружение собственного источника питания:

— при значительной потребности в паре и горячей воде для производственных целей;

— при наличии на предприятии отходного топлива (газа и т. п.) и целесообразности его использования для электростанции;

— при недостаточной мощности энергосистемы;

— при наличии повышенных требований к бесперебойности питания, когда собственный источник необходим для резервирования электроснабжения.

4.3. Электростанции, используемые в качестве собственных источников питания, должны быть электрически связаны с ближайшими электрическими сетями энергосистемы. Связь может осуществляться либо непосредственно на генеральном напряжении, либо на повышенном напряжении через трансформаторы связи. Пропускная способность линий и трансформаторов связи определяется исходя из следующего:

4.3.1. Если вся нагрузка предприятия покрывается собственной электростанцией, пропускная способность линий и трансформаторов связи с энергосистемой должна обеспечивать:

получение недостающей мощности при выходе из работы наиболее мощного генератора;

передачу избыточной мощности электростанции в энергосистему при всех возможных режимах.

4.3.2. Если мощность собственной электростанции недостаточна для покрытия всей нагрузки предприятия, то кроме соблюдения условий п. 4.3.1 необходимо, чтобы при выходе из работы одного трансформатора связи оставшаяся мощность трансформаторов связи и генераторов собственной электростанции обеспечивала питание электроприемников I и II категорий.

4.4. Промышленное предприятие с электроприемниками I и II категорий должно обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервируемых источников питания. Выбор независимых источников питания осуществляет энергоснабжающая организация, которая в технических условиях на присоединение указывает характеристики внешних источников питания.

Из указанных характеристик разработчику проекта электроснабжения предприятия рекомендуется обратить особое внимание на ряд факторов, определяющих бесперебойность питания электроприемников при аварийном отключении одного из независимых источников питания.

4.4.1. Установившееся значение напряжения на оставшемся источнике питания в послеаварийном режиме должно быть не менее 0,9Uн.

4.4.2. При аварийном отключении одного из источников питания и действии релейной защиты и автоматики на оставшемся источнике питания может иметь место кратковременное снижение напряжения. Если значение провала напряжения и его длительность таковы, что вызывают отключение электроприемников на оставшемся источнике питания, то эти источники питания не могут считаться независимыми. Значение остаточного напряжения на резервирующем источнике питания при КЗ на резервируемом источнике питания должно быть не менее 0,7Uн.

4.4.3. Мощности независимых источников питания в послеаварийном режиме определяются исходя из требуемой степени резервирования системы электроснабжения предприятия.

4.5. Число независимых источников питания, обеспечивающих электроснабжение предприятия с электроприемниками I и II категорий, может быть принято в обоснованных случаях больше двух (например, при протяженных линиях, прокладываемых в неблагоприятных условиях, при недостаточной надежности одного из независимых источников питания).

4.6. Для электроснабжения электроприемников особой группы I категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого источника питания. В качестве таких источников питания могут быть использованы собственные электростанции и электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т. п.

Назначение третьего независимого источника питания обеспечить безаварийный останов производства. Завышение мощности третьего источника в целях его использования для продолжения работы производства при отключении двух основных независимых источников питания может быть допущено только при выполнении в проекте обосновывающего расчета.

4.7. Использование электростанции или ее отдельных генераторов в качестве третьего независимого источника питания для электроприемников особой группы I категории возможно при условии принятия специальных мер, обеспечивающих сохранность этого источника при тяжелых системных авариях. К таким мерам относится применение устройства делительной автоматики на связях данного источника питания с энергосистемой и быстродействующих систем регулирования.

4.8. Схема электроснабжения электроприемников особой группы I категории должна обеспечивать:

постоянную готовность третьего независимого источника и автоматическое его включение при исчезновении напряжения на обоих основных источниках питания;

перевод независимого источника в режим горячего резерва при выходе из работы одного из двух основных источников питания.

В обоснованных случаях может быть допущено ручное включение третьего независимого источника питания.

5.1. Питание энергоемких предприятий от сетей энергосистемы следует осуществлять на напряжении 110, 220 или 380 кВ. Выбор напряжения питающей сети зависит от потребляемой предприятием мощности и от напряжения сетей энергосистемы в данном районе. При неоднозначности выбора напряжение питающей сети должно быть принято на основе технико-экономического сравнения сопоставимых вариантов.

5.2. Питание предприятий с незначительной нагрузкой следует осуществлять от сетей энергосистемы на напряжении 6, 10, реже 35 кВ. Выбор напряжения питающей сети осуществляет, как правило, энергоснабжающая организация в зависимости от потребляемой предприятием мощности. Питание предприятий с малой нагрузкой может осуществляться на напряжении 0,4 кВ либо от сетей энергосистемы, либо от сетей 0,4 кВ соседнего предприятия.

5.3. Распределительную сеть промышленных предприятий (от пункта приема электроэнергии до распределительных и трансформаторных подстанций) рекомендуется выполнять на напряжении 10 кВ.

Применение напряжения 6 кВ в качестве распределительного следует ограничивать. Использование напряжения 6 кВ рационально для предприятий, где устанавливается значительное количество двигателей 6 кВ небольшой мощности (до 500 кВт), а также в случае реконструкции или расширения действующего производства, ранее запроектированного на напряжение 6 кВ.

5.4. Распределительную сеть энергоемкого производства при сооружении нескольких ПГВ рекомендуется выполнять на напряжении 110 кВ.

5.5. Применение напряжения 35 кВ в качестве распределительного может быть принято для предприятия при следующих условиях: ближайшие сети энергосистемы имеют напряжение 35 кВ, на предприятии отсутствуют электродвигатели высокого напряжения и невелико количество цеховых ТП 35/0,4 кВ.

5.6. При применении напряжения 660 В взамен 380 В следует учитывать нижеизложенное.

5.6.1. На напряжение 660 В не могут быть переведены люминесцентные светильники, лампы накаливания, тиристорные преобразователи электроприводов, питаемые напряжением 380 В, установки КИП и А, средства автоматизации, исполнительные механизмы, электродвигатели до 0,4 кВт и др. Необходимость устройства для одного объекта сетей напряжением 660 и 380 В делает применение напряжения 660 В малоэффективным.

5.6.2. В первую очередь напряжение 660 В рекомендуется применять для вновь строящихся объектов, характеризуемых следующими признаками:

— применение напряжения 660 В позволяет отказаться от сооружения разветвленной сети 380 В;

— основную часть ЭП составляют низковольтные нерегулируемые электродвигатели переменного тока мощностью свыше 10 кВт;

— длины кабелей питающей и распределительной сетей низкого напряжения отличаются протяженностью;

— поставщики технологического оборудования (станков, автоматических линий, прессов, термического и сварочного оборудования, кранов и т. п.) обеспечивают поставку комплектуемого электрооборудования и систем управления на напряжение 660 В.

5.6.3. Перевод электродвигателей мощностью 250-500 кВт с напряжения 6 кВ на напряжение 660 В экономически нецелесообразно. Питание таких электродвигателей следует выполнять на напряжении 10 кВ или от трансформаторов (индивидуальных или групповых) 10/6 кВ. При значительном количестве двигателей 6 кВ следует рассматривать возможность их питания от трансформаторов с расщепленными обмотками напряжением 110-220/6/10 кВ.

5.6.4. Установки 660 В следует применять с заземленной нейтралью.

5.6.5. Цепи управления электродвигателями 660 В рекомендуется принимать на напряжение 220 В с питанием от индивидуальных понижающих трансформаторов 660/220 В.