Руководство по устройству электроустановок - Распределение в системах низкого напряжения

1.1 Принципы
Основные низковольтные схемы распределения
В типичной низковольтной установке распределительные цепи берут начало от главного низковольтного распределительного щита (ГРЩ). От этого щита производится питание нагрузок через промежуточные и/или конечные распределительные щиты.
Уровни низковольтной распределительной сети
Для средних и крупных объектов используются обычно три уровня распределения низковольтного питания ко всем нагрузкам:
Распределение от главного низковольтного распределительного щита (ГРЩ)
На этом уровне электроэнергия от одного или нескольких понижающих трансформаторов, подсоединенных к сети среднего напряжения системы электроснабжения, распределяется к следующим нагрузкам:
Различные участки объекта: цеха, зоны и подобные производственные участки в промышленных зданиях, этажи административных зданий и т.д.
Централизованные нагрузки большой мощности, такие как воздушные компрессоры и водоохладительные агрегаты, используемые в производственных процессах, или кондиционеры и лифты в административных заданиях и т.д.
Промежуточные устройства распределения электроэнергии, используемые в каждой зоне
Конечные устройства, используемые для распределения электроэнергии к различным нагрузкам.
Основные топологические схемы (см. Рис. Е1)
Все схемы распределения представляют собой комбинации двух основных топологий:
Топология типа «звезда»: радиальное (или централизованное) распределение
Топология типа «шина»: распределение с помощью шинопроводов (магистральное)

Рис. Е : Две основные топологические схемы распределения
Выбор схемы распределения
Низковольтная схема распределения выбирается в соответствии с рядом критериев, включающих:
Требования к надежности (бесперебойности электроснабжения)
Размер объекта (площадь и общая распределяемая мощность)
Схема распределения нагрузок (оборудование и плотность нагрузки)
Требования к гибкости при проектировании, монтаже, эксплуатации и использовании
Требования к надежности (бесперебойности электроснабжения)
Применение независимых цепей для различных частей установки обеспечивает следующее:
Ограничение последствий повреждения данной цепи
Упрощение поиска повреждений
Проведение техобслуживания или расширения цепей без перерывов питания всей установки. Обычно требуются следующие группы сетей:
Сети электрического освещения (на которые приходится большая часть повреждений изоляции)
Розеточные сети
Сети систем отопления, вентиляции и кондиционирования
Силовые сети установок с электроприводом
Сети питания вспомогательных устройств (индикация и управление)
Сети систем безопасности (аварийное освещение, противопожарная защита и гарантированное энергоснабжение компьютерных систем (UPS) и т.д.), монтаж которых должен, как правило, проводиться в соответствии со строгими правилами и нормами.
Размер объекта
Небольшие объекты обеспечиваются питанием непосредственно от низковольтных сетей общего пользования и, учитывая размер и потребность в электроэнергии, не требуют 3- уровневой системы распределения (см. Рис. Е2). Распределение электроэнергии для небольших помещений (магазины, жилые дома, небольшие офисы) наиболее часто включает только один или два уровня.

Как правило, объекты среднего размера (например, промышленное предприятие, административное здание) подсоединяются к системе электроснабжения на среднем напряжении (см. Рис. Е3). Один или несколько трансформаторов и их главные низковольтные распределительные щиты обеспечивают питание всего объекта.

Рис. Е : Небольшие объекты
Рис. Е3: Объекты среднего размера
Как правило, крупные объекты промышленности или инфраструктуры (например, аэропорт) подсоединяются к системе электроснабжения на высоком напряжении. Распределительная система среднего напряжения обеспечивает питание понижающих подстанций, расположенных в различных точках объекта, как показано на Рис. Е4 на следующей странице.

Рис. Е : Крупные объекты промышленности и инфраструктуры
■ Схема распределения нагрузки на объекте
Необходимо учитывать два типа нагрузки в зависимости от схемы распределения нагрузки на объекте:
□ Концентрированные нагрузки, как правило, соответствующие инженерным коммуникациям объекта и требующие большой мощности (например, системы централизованного кондиционирования, лифты, системы охлаждения в супермаркетах, воздушные компрессоры промышленного назначения)
Распределенные нагрузки, которые могут разбиваться на группы в соответствии с однородными зонами (этаж, цех, производственная линия) и характеризующиеся двумя параметрами: плотность мощности (нагрузки) (ВА/м2) и плотность размещения оборудования (число единиц оборудования на 10 или 100 м2) (см. Рис. Е5).

Рис. Е : Пример концентрированных и распределенных нагрузок
■ Требования к гибкости
Требования к гибкости постоянно растут, в частности, для помещений производственного и торгового назначения. Эти требования касаются, главным образом, распределенных нагрузок и каждого уровня распределения.
Уровень главных низковольтных распределительных щитов: Гибкость в проектировании, обеспечивающая распределение электроэнергии в различные зоны объекта без детального знания потребностей в электроэнергии на каждом уровне распределения.
Типовой пример: Стояки в административных зданиях используются для распределения электроэнергии на все этажи. Их размеры определяются в соответствии со средним потреблением электроэнергии по объекту, что позволяет в последующем удовлетворить неравномерное потребление по этажам, хотя точные значения такого поэтажного потребления не известны на этапе проектирования.
Уровень промежуточного распределения: гибкость в монтаже и эксплуатации.
Уровень конечного распределения: гибкость (удобство в эксплуатации).
Местоположение подстанции и главного низковольтного распределительного щита Начальной точкой проектирования электроустановки и схемы физического расположения промежуточных и конечных распределительных щитов является подготовка чертежей сооружений с указанием расположения нагрузок и потребляемой ими мощности. По техническим и экономическим соображениям понижающая подстанция, резервные источники и главный низковольтный распределительный щит должны размещаться на минимальном возможном расстоянии от центра электрических нагрузок. На крупном промышленном объекте ряд понижающих подстанций и главных низковольтных распределительных щитов должен размещаться по указанному принципу, т.е., на основе центра электрических нагрузок. Однако, необходимо учитывать многие другие факторы, в частности, согласование с электроснабжающей организацией места расположения понижающей подстанции и связанных с ней строительных работ.
Шинопроводы, также называемые распределительными, могут использоваться для обеспечения высокой степени гибкости при будущих расширениях или изменениях распределительной системы. Чтобы повышенная гибкость при будущих изменениях не приводило к усложнению эксплуатации, требуется установить устройства защиты на минимальном возможном расстоянии от нагрузок.
Примеры схем распределения
Радиальное разветвленное распределение
Данная схема распределения находит самое широкое применение и, как правило, аналогична схемам, показанным ниже.
Преимущества
Обесточивание только одной цепи (защита посредством плавких предохранителей или автоматических выключателей) в случае повреждения
Упрощенный поиск повреждений
Техобслуживание или расширение сети может проводиться без прекращения работы остальной системы. Диаметр проводников может постепенно уменьшаться в соответствии с уменьшением уровней тока к конечным цепям ответвления
Недостатки
Повреждение одного из проводников от главного низковольтного распределительного щита приводит к потере питания всех цепей соответствующих промежуточных и конечных распределительных щитов.
Стандартная электропроводка (см. Рис. Е6)
Стандартная электропроводка пригодна для сооружений специального назначения с относительно устойчивой распределительной электрической сетью, таких как жилые дома, отели, сельскохозяйственные объекты, школы и т.д.
Особые преимущества: практические неограниченные проходы для каналов, кабелей, стоек, лотков и т.д.

Рис. Е : Радиальное разветвленное распределение, стандартная проводка, 3уровня

□ Шинопроводы для промежуточного распределения (см. Рис. Е7)
Шинопроводы - оптимальное конструктивное решение для установок промышленного и
коммерческого сектора, подлежащих изменению в будущем.
Особые преимущества: гибкость и простота монтажа в больших несекционированных зонах

E6
□ Шинопроводы для конечного распределения (см. Рис. Е8)

Рис. Е : Радиальное разветвленное распределение, с шинопроводами на промежуточном уровне
Для офисов, лабораторий и всех модульных помещений, подверженных частым перестройкам. Особые преимущества: гибкое, привлекательное и легко реализуемое конструктивное решение для конечного распределения в местах, где разделения на отдельные помещения (планировка) может изменяться согласно требованиям потребителей.

Рис : Радиальное разветвленное распределение, с шинопроводами для конечного распределения к осветительным и штепсельным розеткам

■ Простое неразветвленное радиальное распределение
Данная схема (см. Рис. Е9) применяется для централизованного управления, техобслуживания и контроля системы или техпроцесса конкретного назначения.
Преимущества
Повреждение (кроме уровня шинопроводов) приводит к прерыванию только одной цепи
Недостатки
Избыточное использование меди из-за количества и длины цепей
Большие значения номинальных токов устройств защиты (близость источника, зависимость уставок срабатывания от тока КЗ в рассматриваемой точке)


Рис. Е9: Простое радиальное распределение
■ Комбинированное распределение от главных низковольтных распределительных щитов и шинопроводов большой мощности
Принцип
Шинопровод большой мощности, подсоединенный к главному низковольтному распределительному щиту, может использоваться для подключения фидеров, питающих различные участки объекта. Эти фидеры питают промежуточные распределительные щиты и/или шинопроводы промежуточного распределения. При высоком потреблении электроэнергии на объекте трансформаторы и дополнительные главные низковольтные распределительные щиты могут размещаться по всему объекту. В таком случае шинопроводы применяются для обеспечения соединений между различными щитами.
Далее приводится несколько примеров (см. Рис. Е10 ниже и Рис. Е11 на следующей странице). □ Один главный низковольтный распределительный щит (ГРЩ)

Рис. Е1 : Пример распределения с одним главным распределительным щитом ГРЩ
□ Понижающие трансформаторы и главные распределительные щиты низкого напряжения(ГРЩ), расположенные по всему объекту.

E8

□ Преимущества
Повышенная гибкость при проектировании, независимость проектирования и монтажа уровня главного низковольтного распределительного щита от промежуточного уровня распределения, повышенная надежность электроснабжения объекта.
Параллельные источники обеспечивают надежное электроснабжение в случае отказа одного из них. Кроме того, они позволяют учитывать неравномерность распределения нагрузок по объекту.
Изменение системы заземления нейтрали
Как правило, в больших низковольтных системах используется два уровня напряжения:
380В, 400В или 415В (или исключительно 480В) для двигателей (технологического назначения)
220В, 230В или 240В (или исключительно 277В) для сетей освещения и розеток
Рис. Е1 : Пример распределения с 2 подстанциями
В случае нераспределенной нейтрали разделительные трансформаторы устанавливаются там, где требуется нейтраль. Такие трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку цепей, позволяя изменять систему заземления нейтрали и повышать изоляционные характеристики (см. Рис. Е12).

Рис. Е1: Применение одно- или трехфазного трансформатора для перехода от системы IT к системе TT