Целлюлозно-бумажная промышленность является одной из наиболее водоемких и энергоемких отраслей народного хозяйства. Очистные сооружения крупного ЦБК являются самостоятельным энергоемким производством с повышенными требованиями к качеству и надежности электроснабжения.
Стабильная работа электрооборудования, обеспечивающего технологический процесс, может быть достигнута за счет применения современной оснастки и правильно принятых проектных решений. Одно из основных требований к проектированию — выполнение в кратчайшие сроки — нереализуемо без применения специализированного программного обеспечения, которое позволяет существенно снизить трудозатраты и повысить качество выпускаемой проектной документации.
В этой статье описывается процесс проектирования распределительной сети системы очистных сооружений крупного ЦБК.
В технологическом процессе очистки сточных вод участвуют потребители различной мощности, назначения и, следовательно, разного режима работы. Так, в качестве исходных данных для проектирования распределительной сети ЦБК заказчиком был предоставлен перечень электроприемников (ЭП) в формате Excel с указанием установленной и расчетной мощности для каждого из них (рис. 1).
EnergyCS Электрика позволяет в автоматическом режиме загрузить эти данные в соответствующую таблицу программы после небольших изменений, форматирования таблицы и изменения порядка столбцов. Кроме того, следует задать соответствие колонок в исходной таблице и таблице перечня ЭП (рис. 2). Это позволило существенно ускорить процесс ввода исходных данных, а главное, полностью исключило возможность появления ошибок ввода проектировщиков-электриков.
Проанализировав таблицу групп ЭП, можно сделать вывод, что на станции биологической очистки наблюдается большой разброс мощностей ЭП. Существует множество потребителей электроэнергии большой мощности: двигатели воздуходувок (110 кВт), градирен (55−75 кВт) и насосов входных сточных вод (90 кВт), а также большое количество потребителей небольшой мощности от 0,15 кВт до 11 кВт. Такое разнообразие мощностей ЭП необходимо учитывать при построении структуры сети и распределении потребителей по секциям КТП.
На следующем этапе работы оценивается структура сети, ЭП разбиваются на группы, определяются места положения силовых щитов, задаются трассы и способы прокладки кабельных линий. Здесь можно определить примерные или так называемые ортогональные длины кабелей.
Программа EnergyCS Электрика позволяет создавать структуру сети и выполнять предварительные расчеты без указания длин и марок кабелей и типов автоматических выключателей, достаточно лишь ввести источники питания и потребителей. В таблице «Перечень ЭП» (рис. 2), которая была заполнена на предыдущем этапе, можно предварительно распределить ЭП по источникам питания (ИП), определив для записи каждого ЭП его принадлежность к ИП. Это необходимо, чтобы затем равномерно распределить нагрузку по трансформаторам, а поскольку структура сети уже определена, можно моделировать сеть в EnergyCS Электрика. Программа имеет удобные механизмы быстрого создания модели сети, функция Копирование участков сети позволяет создавать копии одинаковых сборок без потери времени, клавиши добавления узлов и ветвей делают процесс работы удобным и быстрым, а динамическая прокрутка, знакомая всем пользователями CAD-систем, обеспечивает комфорт. После формирования структуры сети необходимо поставить ЭП в соответствие объектам из предварительно указанного на схеме. Делается это несложно: достаточно выбрать необходимый объект на схеме и из таблицы перечня выбрать нужный ЭП. Следует отметить, что таблица перечня отфильтрована по ИП, то есть программа предлагает выбор только из тех ЭП, которые по замыслу должны питаться от соответствующего ИП. Это гораздо быстрее по сравнению с ручным вводом мощности и обозначения для каждого ЭП. Затраты времени на создание модели сети составили менее 6 часов, результат работы показан на рис. 3.
Структура сети подразумевает два независимых ИП, два силовых трансформатора, две секции, соединенные секционным выключателем, 13 силовых щитов, около 80 силовых электроприемников, щиты освещения, розеточной сети, автоматики и щит ЦПУ. Общая установленная мощность для технологического оборудования составляет примерно 1400 кВт, общая расчетная мощность — около 1000 кВт.
Очистные сооружения ЦБК по степени надежности относятся к потребителям первой группы, то есть допустимое время прерывания электроснабжения технологического оборудования не превышает времени действия автоматики. Поэтому при построении схемы предполагается автоматическое включение перемычек при исчезновении питания от одного источника. В проекте применяются автоматические выключатели компаний ABB и Schneider Electric, зарекомендовавших себя как надежные производители. В автоматических выключателях используются современные технологии как в конструкции, так и в функциональных возможностях расцепителей. С помощью большого набора регулируемых уставок защиты от перегрузки и токов КЗ можно добиться полной селективности с вышерасположенными автоматическими выключателями, высокая динамическая стойкость которых делает их лучшим решением при больших ударных токах КЗ.
В справочнике программы EnergyCS Электрика уже хранится большое количество автоматических выключателей и расцепителей с полным набором уставок и время-токовыми характеристиками (ВТХ). Однако если оказалось, что в справочнике нет необходимого АВ, то его можно ввести самостоятельно, для чего необходимо открыть каталог АВ, из которого внести данные в соответствующие колонки справочника EnergyCS Электрика, как показано на рис. 4.
В справочник также необходимо добавить ВТХ-расцепители для построения карт селективности, координации защит и автоматической подборки уставок. Оцифровка осуществляется в специальном графическом редакторе программы: достаточно вставить на задний фон ВТХ из каталога, согласовать масштабы и контрольные точки диаграмм, а затем обвести эту кривую средствами EnergyCS Электрика (рис. 5), после чего введенный АВ и расцепитель можно использовать в расчетах.
У компании Schneider Electric есть специализированная программа Curve Direct для выбора и координации оборудования защиты сетей низкого напряжения, но в этой программе используется только оборудование от Schneider Electric, в то время как в EnergyCS Электрика можно применять в расчетах оборудование любого производителя. Данные из Curve Direct могут быть использованы для работы в Электрике, например, кривую ВТХ можно взять не из каталога, а непосредственно с экрана программы Curve Direct. Только при этом в Curve Direct следует указать все уставки по току максимальные, а уставки по времени — минимальные.
Следующим этапом является выбор автоматических выключателей и кабелей. В справочнике программы уже имеется большой перечень оборудования разных производителей. Для предварительных расчетов можно вручную выбирать АВ и КЛ, программа делает расчеты моментально, поэтому в случае неправильного выбора оборудования можно моментально пересчитать схему с новыми условиями.
В EnergyCS Электрика реализован механизм автоматического подбора оптимального оборудования как по номинальному току, так и по обеспечению селективности. Программа осуществляет автоматический выбор либо из внутреннего справочника модели, которую следует предварительно заполнить предпочтительным в данном проекте оборудованием, или из полного внешнего справочника оборудования. В нашем случае автоматические выключатели, которые применяемые в проекте, были известны заранее, поэтому они были скопированы в справочник модели из внешнего справочника, то есть предварительно был подготовлен список АВ, из которых и осуществлялся выбор. Работа со справочником модели, показанным на рис. 6, выполняется с меньшими затратами, поскольку ее объем существенно меньше.
Нажатием одной кнопки запускается процесс автовыбора, через несколько секунд программа осуществляет подбор автоматических выключателей, определяет уставки защиты от перегрузки и токов КЗ, обеспечивая необходимую селективность. На рис. 7 показаны результат автовыбора оборудования и карта селективности.
В данном случае для питающего насоса мощностью 75 кВт с номинальным током 142 А программа выбрала автоматический выключатель Tmax XT2 (H) с номинальным током 160 А и расцепитель PR221DS-LS/I с номинальным током 160 А, подобрала уставки (на карте селективности — черная кривая) таким образом, чтобы обеспечить нормальный пуск двигателя (красная кривая), для вышерасположенного автоматического выключателя, являющегося резервным для данного потребителя, был выбран Tmax T5 (H) с номинальным током 630 А и расцепитель PR221DS-LS/I с номинальным током 630 А (синяя линия). Программа произвела выбор для всех автоматических выключателей и предложила варианты по координации уставок защитных аппаратов. Такой автоматический подбор является предварительным, окончательное решение по использованию оборудования в проекте принимает инженер-проектировщик.
EnergyCS Электрика также выполняет автоматизированный выбор кабелей по номинальному напряжению, допустимому току, по термической стойкости и по выполнению условия невозгорания.
После выбора основного оборудования необходимо осуществить проверку на нарушенные условия. Дело в том, что автоматический выбор оборудования не всегда позволяет получить правильное решение. Это может произойти, например, при отсутствии в списке выбора необходимого автомата. В этом случае EnergyCS Электрика помогает избежать серьезных ошибок при проектировании. В программе можно включить расцветку схемы по нарушенным условиям, те объекты, которые не проходят по каким-либо причинам, будут подсвечены красным цветом и при этом будет указано, какое условие нарушено. Например, на рис. 8 представлено, что кабель не проходит по условию невозгорания при КЗ в конце кабеля из-за того, что ток КЗ не попадает в зону действия защиты от коротких замыканий. Это видно на карте селективности, показанной на рисунке. В данном случае необходимо принять решение: либо изменить уставки резервного автоматического выключателя (изменить уставку Ir), если это возможно, либо выбрать другой автоматический выключатель с иным расцепителем, либо вообще изменить структуру сети. Следует внимательно проанализировать всю схему и при необходимости внести коррективы.
После выбора оборудования можно получить выходные документы, EnergyCS Электрика позволяет это сделать. В программе в автоматическом режиме можно получить однолинейные схемы для любого силового щита, результат выводится в CAD-систему, например, в AutoCAD (можно также использовать BricsCAD, nanoCAD или др.). Создание схем осуществляется на основании шаблонов, настраиваемых под стандарт организации. Также задаются внешние параметры, которые необходимо отобразить в однолинейной схеме. Результат создания однолинейной схемы представлен на рис. 9.
Расчетная схема с результатами расчета может быть передана в AutoCAD для дальнейшей доработки. В нее можно вставить таблицы, внести примечания, условные обозначения и другую информацию, которую проектировщик посчитает нужной. Передача в AutoCAD происходит нажатием одной кнопки, результат показан на рис. 10.
Наряду с графическими выходными документами в программе можно получить текстовые документы, отчеты и ведомости. С помощью шаблонов, подготовленных для нужд конкретной организации, EnergyCS Электрика формирует отчеты в программе MS Word. В автоматическом режиме можно получить ведомость по любому оборудованию, добавив в нее расчетные параметры, формируются кабельный журнал, таблица обоснования выбора кабелей и автоматических выключателей, таблица расчетных нагрузок по каждому источнику питания. Для создания документа в MS Word достаточно открыть необходимую таблицу и нажать кнопку формирования документа. На рис. 11 показаны исходная таблица в EnergyCS Электрика и результат — таблица в MS Word.
Необходимо отметить, что из EnergyCS Электрика можно передать кабельный журнал в программу ElectriCS 3D для кабельной раскладки. Причем после выполнения раскладки и получения уточненных длин кабелей эта информация может быть возвращена для расчетов с целью проверки потерь напряжения и чувствительности защитных аппаратов из-за увеличения длин кабелей при раскладке.
Проектирование внутрицеховой распределительной сети целлюлозно-бумажного комбината в EnergyCS Электрика получилось удобным и интуитивно понятным, были исключены грубые ошибки, в автоматизированном режиме был осуществлен подбор оборудования, сформированы отчетные документы. Программа позволяет значительно сократить время проектирования, существенно снизив трудозатраты.
EnergyCS Электрика находится в постоянном развитии, разрабатывается новая функциональность как в оформлении проектной документации, так и в выполнении расчетов. В целом развитие программы направлено на полное соответствие современным технологиям, чтобы при проектировании можно было обоснованно использовать все возможности современного оборудования при реальном сокращении трудозатрат.
