СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЗДАНИЯ

Полезная модель относится к энергетике и. касается систем электропитания потребителей здания.
Известная система электропитания в здании в основном базируется на обеспечении непосредственной связи кабелей питающих линий здания с источником высокого напряжения, понижении напряжения на питающем трансформаторе и обеспечении разводки по шине с использованием автоматических выключателей в линиях питания потребителей, которые прокладываются по зданию. Бесперебойность такой системы электроснабжения здания полностью зависела от наличия напряжения в кабелях питающих линий и от исправности линий питания потребителей. При аварийных работах в магистральных линиях возникала необходимость отключения питающей линии от здания, в результате чего здание обесточивалось (2237960, H02J 9/06, 2003 г.).
Известна также система электропитания потребителей здания, содержащая подключенные к отдельным высоковольтным магистральным кабелям кабели питающих линий, каждый из которых через соответствующий понижающий трансформатор подключен к соответствующей секционной шине, к каждой из которых через управляемые выключатели подключены линии питания потребителей (Г.Е.Поляков. Устройство электрических станций, подстанций и линий электропередач. М.: Всесоюзное учебно-педагогическое издательство ПРОФТЕХИЗДАТ, 1961, стр.222, рис.165б).
Данное распределительное устройство реализует принцип разделения системы питания на два секционных шинных блока, каждый из которых запитывается от отдельного источника питания высокого напряжения и обеспечивает питание отдельных линий потребителя. А за счет наличия между секционными шинами секционного выключателя обеспечивается передача напряжения с одной шины на другую при отключении одной из шин от магистрального кабеля высокого напряжения.
Недостатком данной конструкции является зависимость функционирования от наличия напряжения в обоих магистральных кабелях высокого напряжения. При отключении обоих кабелей здание обесточивается полностью. При этом в схеме распределительного устройства введены автоматические выключатели в линиях питания потребителей, что приводит при замыкании этих выключателей к постоянной нагрузке каждой линии. Такое исполнение ведет к необоснованному расходу электроэнергии за счет питания всех систем жизнеобеспечения здания. Регулирование включением или отключением незадействованных линий питания в данной схеме распределительного устройства возможно диспетчеризацией, но данная задача решается ручным образом, что снижает эффективность энергоснабжения и его экономичность из-за несвоевременного отключения или подключения соответствующих линий.
Задачей настоящей полезной модели является повышение безопасности, эффективности и экономичности энергоснабжения здания.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи выражается в обеспечении соответствия системы электропитания здания требованиям нормативов противопожарной безопасности, увеличивает надежность и простоту в эксплуатации. Кроме того, обеспечивается высокая энергоэкономичность здания, минимизируется персонал обслуживающий систему энергоснабжения здания. Кроме того, обеспечивается возможность безаварийной работы, бесперебойной подачи напряжения и обеспечения экономичного и безопасного функционирования линий питания потребителей интеллектуального здания.
Поставленная задача решается тем, что система электропитания потребителей здания, содержащая подключенные к отдельным высоковольтным магистральным кабелям кабели питающих линий, каждый из которых через соответствующий понижающий трансформатор подключен к соответствующей секционной шине, к каждой из которых через управляемые выключатели подключены линии' питания потребителей, отличается тем, что использованы трансформаторы в' «сухом» исполнении, при этом магистральные сети здания, линии электроснабжения' аварийного освещения, установок пожаротушения, вентиляции и. дымоудаления выполнены в виде шинопроводов, при этом, линия питания потребителей составляющих нагрузку первой категории снабжена быстродействующим устройством автоматического ввода резервного питания, и выполнена с возможностью переключения на любой из шинопроводов, кроме того, на каждую секцию шин на низковольтной стороне установлены блоки конденсаторных батарей регулируемой емкости, мощностью 900кВАр, причем, система электропитания снабжена сервером диспетчеризации, оснащенным соответствующим программным обеспечением по параметрическому контролю за состоянием электроцепей по показаниям датчиков, за состоянием помещений по показаниям датчиков движения и/или датчиков освещенности в помещении и системы пожарной сигнализации, с возможностью выдачи управляющих сигналов на контроллеры соответствующих систем жизнеобеспечения здания или на электрощиты управления освещением.
Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом совокупность существенных признаков полезной модели обеспечивает решение поставленной технической задачи - повышение эффективности и экономичности энергоснабжения здания.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.
Заявленное устройство иллюстрируется чертежом, где показана принципиальная схема системы электропитания.
На чертежах показаны кабели питающих линий 1 и 2, первый и второй понижающие трансформаторы 3 и 4, секционные шины 5 и 6, управляемые выключатели 7, выполненные в виде шинопроводов: линия электроснабжения аварийного освещения 8, линия электроснабжения установок пожаротушения 9, линия электроснабжения вентиляции 10, линия электроснабжения системы дымоудаления 11. Кроме того, показана линия питания потребителей составляющих нагрузку первой категории снабженная быстродействующим устройством 12 автоматического ввода резервного питания, выполненная с возможностью переключения на любой из шинопроводов. Кроме того, на каждую секцию шин 5 и 6 на низковольтной стороне установлены блоки конденсаторных батарей 13 регулируемой емкости, сервер 14 диспетчеризации, датчики 15 параметрического контроля за состоянием электроцепей, датчики 16 движения, датчики 17 освещенности в помещении и датчики 18 системы пожарной сигнализации, контроллеры 19 с систем жизнеобеспечения здания, электрощиты 20 управления освещением. Кроме того, на чертежах показаны отдельные высоковольтные магистральные кабели 21 и 22, к которым, в свою очередь, известным образом подключены кабели питающих линий 1 и 2 системы электропитания потребителей здания. Линии электроснабжения остальных потребителей (на чертежах не показаны) выполнены в виде кабельных вводов.
Для подключения подстанции здания к источнику питания предусмотрена установка дополнительных 2-х ячеек в ЗРУ ПС «Привокзальная». Шкафы типа КВЭ-6-13 серии КРУ2-10 производства ООО «Ишлейский завод высоковольтной аппаратуры» с вакуумными выключателями BB/TEL. Шкафы с вакуумными выключателями устанавливаются в ряд с существующим шкафами с удлинением шинопровода и подключением вторичных цепей ячеек к общей системе оперативного тока КРУ. Устанавливаемые ячейки комплектуются трансформаторами тока 300/5, устройством микропроцессорной защиты, счетчиками электроэнергии АЛЬФА А1800 «A1805RAL-P4GBQ-DW-3» производства "Эльстер Метроника". Принципиальные, электромонтажные, функциональные (логические) схемы, перечни элементов, кабельные жгуты для соединения ячеек ТП между собой (кабели блокировки с КУ, АВР, СН, сигнализации) поставляются заводом-изготовителем комплектно с распределительными шкафами.
Подстанция здания запроектирована комплектной двухтрансформаторной с двумя резервируемыми секциями шин 0,4 кВ без устройства АВР. Нагрузка потребителей 1-ой категории планируется к подключению через быстродействующий АВР. Проектом предусмотрено подключение трансформаторной подстанции ТП-6/0,4 кВ двумя кабельными линиями 6 кВ к резервируемым секциям шин ЗРУ-6 кВ подстанции «Привокзальная».
В качеств УВН (устройства со стороны высшего напряжения, предназначенного для осуществления включения и отключения силовой цепи 6, 10 кВ при помощи выключателя нагрузки, применяемого для комплектования трансформаторных подстанций) в подстанции здания использованы шкафы КСО-306ШВВ (шкаф высоковольтного ввода) с установленными выключателями нагрузки ВНА-Л-10/630-20зп У2 в комплекте с предохранителями ПКТ104-6-315-20 УЗ. Выключатель ВНА-Л-10/630-20зп У2 предназначен для включения и отключения под нагрузкой участков цепи переменного трехфазного тока частотой 50-60 Гц, номинальным напряжением до 10 кВ, а также заземления отключенных участков при помощи заземлителей.
Трансформаторная подстанция. укомплектована сухими силовыми трансформаторами ТСЗ (мощностью 2500 кВА каждый) с геафолиевой литой оболочкой обмоток, с глухозаземленной нейтралью, с соединением обмоток «треугольник/ звезда»), что снижает пожарную нагрузку здания. Трансформаторы ТСЗ имеют встроенный блок контроля температуры обмоток и стали магнитопровода. Блок контроля температуры имеет два выходных реле (сигнализация и аварийное отключение трансформатора). Двухтрансформаторная подстанция здания, обеспечивает надежность питания потребителей относящихся к особой категории электроснабжения.
Трансформаторная подстанция размещена в пристроенном подземном инженерном корпусе, в обособленном помещении с присутствием постоянного дежурного персонала в непосредственной близости. Помещение ТП - 6/0,4 кВ комплектуется АУПТ и противопожарной сигнализацией.
Основная нагрузка электропотребителей подключается равномерно на обе секции шин РУ-0,4 кВ ТП. Перспективная максимальная загрузка ТП определяется мощностью трансформаторов и составляет 5000 кВА нерезервируемой мощности. Такие параметры ТП выбраны исходя из условий перспективного развития прилегающей территории, с возможностью подключения потребителей по уровню напряжения 0,4 кВ.
В здании предусмотрена установка технологического оборудования для пищевой промышленности, холодильного оборудования, торгового оборудования (прилавки, витрины, стеллажи), оборудования для баров и ресторанов (оборудование общепита), оборудование развлекательных комплексов, кинозалов, лифтовое оборудование, оборудование инженерных систем торгового комплекса (приточно-вытяжная вентиляция, индивидуальный тепловой пункт (ИТП), освещение, комплекс противопожарных систем).
К потребителям 1 категории надежности электроснабжения относятся:
- индивидуальный тепловой пункт;
- диспетчерский центр с оборудованием диспетчеризации и контроля, управления инженерным оборудованием;
- сетевые центры с серверными и пункты управления слаботочными информационными системами;
противопожарные системы (автоматическая пожарная сигнализация, система управления эвакуацией, автоматические установки пожаротушения, электроприводы противопожарных штор);
- аварийное освещение (освещение безопасности и эвакуалионное);
- электропитание холодильных установок супермаркета.
Электроприемники первой категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов инженерных систем здания. Электроприемники первой категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.
Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров. К таким электроприемникам относятся:
- диспетчерский центр с оборудованием диспетчеризации и контроля, управления инженерным оборудованием;
- аварийное освещение (освещение безопасности и эвакуационное);
- сетевые центры с серверными и пункты управления слаботочными информационными системами;
Для электроснабжения особой группы электроприемников первой категории предусматривается дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.
Электроприемники второй категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих и механизмов, нарушению комфортной обстановки значительного количества посетителей торгового центра. К данной категории электроприемников относятся все остальные электроприемники проектируемого торгового центра.
Электроснабжение электроприемников первой категории осуществляется от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.
Предусмотрено питание таких приемников через быстродействующее устройство автоматического выбора резерва (АВР) расположенного в помещении трансформаторной подстанции по низкой стороне напряжения. В штатном режиме электроснабжение потребителей первой категории осуществляется через АВР от трансформатора 3. При возникновении любой внештатной (либо штатной) ситуации приведшей к обесточиванию трансформатора 3 происходит отработка устройства быстродействующего АВР 12 и потребители первой категории переходят на питание от второй резервируемой секции шин трансформатора 4.
Для электроснабжения особой группы электроприемников первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания. В качестве такого источника выступают различные устройства бесперебойного питания базирующиеся на аккумуляторных батареях обеспечивающих питанием данные электроприемники в течении времени необходимого для устранения аварийной ситуации либо угрозы жизни людей.
В качестве магистральных сетей проектом предусмотрено применение шинопроводов, что отвечает требованиям нормативов в части противопожарной безопасности, увеличивает надежность и простоту в эксплуатации.
На стадии монтажа использование шинопроводов ведет к экономии средств, в связи с минимизацией строительных конструкций при монтаже, исключения ошибок во время монтажа. На стадии эксплуатации экономия обусловлена снижением потерь напряжения на 20-30% по сравнению с кабельными линиями, минимизацией затрат для подключения нового потребителя, оперативным перемещением существующих или введением новых потребителей.
Кроме того, использование шинопроводов обеспечивает исполнение требований пожарной безопасности к системам электроснабжения установок пожаротушения, вентиляции и дымоудаления. Электрощиты 20 управления освещением выполнены с возможностью управления с диспетчерского пульта управления (сервера 14), на котором отображается информация о состоянии всех узлов автоматики системы электроснабжения. Это упрощает работу обслуживающего персонала, позволяет сократить штат сотрудников без ухудшения качества обслуживания, а также позволяет экономить электроэнергию - помещения с редким присутствием персонала снабжаются датчиками 16 движения, обеспечивающими включение и выключение освещения автоматически при входе людей в темное помещение. Помещения с естественным освещением, комплектуются датчиками 17 освещенности, которые регулируют интенсивность искусственного освещения, что также положительно сказывается на экономии электроэнергии и увеличении срока эксплуатации осветительных приборов. Вентиляционные системы запроектированы для работы в полностью автоматическом режиме с индикацией состояния на диспетчерском пульте управления. Это позволяет снизить вероятность ошибки обслуживающего персонала в аварийных ситуациях, таких как пожар. При пожаре система вентиляции и кондиционирования работают в особом режиме. Исходя из расположения очага возгорания происходит отключение системы кондиционирования, на воздуховодах срабатывают воздушные клапаны препятствующие притоку свежего воздуха к очагу возгорания, автоматически запускается система вентиляции дымоудоления. Данные меры обусловлены необходимостью обеспечения быстрой локализации возгорания во время отрабатывания установок систем автоматического пожаротушения, и не допущению развития пожара. Система вентиляции тесно связана посредством системы диспетчеризации с оборудованием установок пожаротушения применяемых на данном объекте. Предусматривается также применение эскалаторов и лифтов для посетителей и грузовых лифтов для транспортировки различных грузов(на чертежах не показаны). Лифтовое хозяйство, также как и эскалаторы, управляются с диспетчерского пульта управления, как в нормальном режиме, так и в режиме аварии (пожара) согласно установленного алгоритма. При освещении применены энергосберегающие технологии: люминесцентные светильники с электронными балластами в качестве пускорегулирующей аппаратуры; в качестве светильников освещения больших пространств использованы газоразрядные лампы с высоким коэффициентом светоотдачи. Кроме того, в дизайне интерьеров использованы светодиодные светильники, излучающие световой поток вполне определенного, насыщенного цвета, что исключает применение светофильтров, снижающих эффективность и насыщенность светового потока. Аварийное освещение здания разделяется на освещение безопасности и эвакуационное освещение. Освещение безопасности предназначено для продолжения работы при аварийном отключении рабочего освещения. Эвакуационное освещение предназначено для эвакуации посетителей и персонала из здания торгового центра при возникновении чрезвычайной ситуации.
Светильники эвакуационного освещения и светильники освещения безопасности в здании торгового центра запитываются от разных секций сборных шин трансформаторной подстанции через устройство АВР двумя независимыми линиями от щитов аварийного освещения (ЩАО).
Светильники эвакуационного освещения, световые указатели эвакуационных и запасных выходов запитываются так же от автономных источников питания - встроенных аккумуляторов с пределом работы не менее 1 часа.
Включение аварийного освещения происходит автоматически при аварийном отключении рабочего освещения либо вручную из диспетчерской.
Освещение безопасности выполнено отдельной групповой линией и может использоваться также в качестве дежурного в ночное время.
Предусмотрено, что входы в здание, а также номерные знаки и световые указатели должны освещаться светильниками, присоединенными к сети аварийного освещения.
На вводах всех электрощитовых распределительных шкафов и групповых щитков предусмотрена установка аппаратов управления.
Электрооборудование щитовых распределительных шкафов и групповых щитков проектируется к установке с комплектацией электроустановочными изделиями производства концерна ABB (имеющего соответствующие сертификаты соответствия).
Электрические сети проектируются не распространяющими горение и выполняются кабелями и проводами с медными жилами в соответствии нормами.
Релейная защита (РЗ) осуществляет непрерывный контроль за состоянием всех элементов электроэнергетической системы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений РЗ должна выявить поврежденный участок и отключить его от ЭЭС, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения.
При возникновении ненормальных режимов РЗ выявляет их и, в зависимости от характера нарушения, либо отключает оборудование, если возникла опасность его повреждения, либо производит автоматические операции, необходимые для восстановления нормального режима (например, включение после аварийного отключения с попыткой самоустранения аварии или подключение резервного питания), либо осуществлять сигнализацию оперативному персоналу, который должен принимать меры к ликвидации ненормальности.
Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная работа энергосистем она реализована на микропроцессорной базе с применением микропроцессорной защиты SPAC 810 (ABB).
Диспетчеризация является одним из важных аспектов надежной и безопасной эксплуатации различных систем предусмотренных данным проектом. Контроль основных параметров работы индивидуального теплового пункта (ИТП), системы электроснабжения, основного и аварийного освещения, системы вентиляции и кондиционирования, лифтового оборудования, системы пожаротушения в целом осуществляется дополнительными средствами, помимо основной автоматики данных систем. Автоматика позволяет многие параметры выводить в режиме on-line. При создании единой диспетчерской снижаются расходы на эксплуатацию оборудования, так как вся необходимая информация о технологическом состоянии оборудования собирается централизованно и управляется от диспетчера и необходимость в операторах отпадает. Требуется только дежурная бригада на случай аварии.
Предусмотрено диспетчерское помещение, размещаемое на-1 этаже инженерного корпуса, в непосредственной близости от основных элементов инженерного оборудования. В диспетчерской осуществляется автоматический сбор рабочих данных и параметров работы систем, подлежащих диспетчерскому контролю и передача их на компьютер диспетчера, с удобным для работы интерфейсом и управляющим прикладным программным обеспечением.
Система диспетчеризации обеспечивает бесперебойный мониторинг контролируемых объектов по перечню параметров. Возможность дистанционного управления параметрами различных систем, изменение регулировочных установок, вручную диспетчером с соответствующими подсказками и обязательным ведением журнала событий в автоматическом режиме с персонализацией ответственности за принимаемые диспетчером решения, при этом, не теряя функций автономного регулирования.
Система монтируется модулями, что позволяет не только комбинировать их в соответствии с требованиями к создаваемым объектам, но и легко наращивать информационную и вычислительную мощность в дальнейшем.