Автоматизация систем электроснабжения, электроосвещения и электрообогрева

Система электроснабжения общего назначения: Совокупность электроустановок и электрических устройств, предназначенных для обеспечения электрической энергией различных потребителей электрических сетей (ГОСТ 32144-2013).

Распределительная электрическая сеть: Совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии между пользователями электрической сети, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории (ГОСТ 32144-2013).

Система электроосвещения относится к искусственному освещению и согласно СП 52.13330.2011 (п.7.1 и 7.2) подразделяется на рабочее, аварийное, охранное и дежурное.

Для искусственного освещения следует использовать энергоэкономичные источники света, отдавая предпочтение при равной мощности источникам света с наибольшей световой отдачей и сроком службы.

Система электрообогрева относится к электрическим системам, но алгоритмы ее управления функционируют исходя из данных систем управления микроклиматом.

С внедрением АСУЭ решается задача экономичного расходования электроэнергии и уменьшения потерь, возникающих в процессе её передачи и преобразования.

АСУЭ так же выполняет задачи, связанные со сбором, обработкой информации, планированием и прогнозированием технологического процесса и состояния оборудования.

В общем виде, автоматизации подлежат системы: электроснабжения и электроосвещения, источников питания и стабилизаторов, генераторных установок и инверторов для систем аварийного и резервного электроснабжения, систем электрического отопления и тепловых завес, противооблединительных систем и др.

Категории электроустановок и обязательные требования по автоматизации

В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники разделяются на следующие три категории (ПУЭ 7):

Электроприемники первой категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения. В нормальных режимах работы они должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания, переключение вводного источника электроснабжения должно происходить в автоматическом режиме (АВР).

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. Для них должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.

Электроприемники второй категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. В нормальных режимах работы они должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания.

Электроприемники третьей категории – все остальные электроприемники, не подпадающие под определения первой и второй категорий. Их электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток.

Обязательным элементом системы электроснабжения для I категории приемников является щит автоматического ввода резерва (АВР). Щит АВР распределяет электроэнергию, а также переключает нагрузки на резервный ввод автоматического резерва, если в сети произошло отключение. Щиты АВР являются неотъемлемой частью объектов в жилищном строительстве (лифты, противопожарные системы) и в различных отраслях промышленности.

Он представляет собой металлический или пластиковый щит с размещенными в нём оборудованием. В зависимости от реализуемой схемы питания потребителей, в шкафу АВР размещаются контакторы или автоматические выключатели с мотор-приводами.

При пропадании одной или нескольких фаз, а также в случае других нарушениях происходит автоматическое отключение основного ввода и переключение на резервный. На передней панели щита АВР и на диспетчерском пульте отображается, от какого ввода осуществляется электроснабжение. Оборудование в щите АВР обычно имеет характерное симметричное расположение.

По схеме работы шкафы АВР бывают:

• С приоритетным автоматическим вводом резерва. Это самый простой вариант шкафа АВР, который предполагает наличие одного основного входа;
• С автоматическим ввода резерва без приоритета. При такой схеме любой из входов может быть основным, а переключение производится при отсутствии нормального напряжения на действующем входе.

  Автоматизации электроснабжения. Назначение и преимущества

  Целями создания автоматизированной системы управления электроснабжением (АСУЭ) в здании являются:

  • Круглосуточный мониторинг состояния электросети на различных участках системы;
  • Повышение точности, оперативности и достоверности контроля состояния энергетического оборудования;
  • Предупреждение сбоев, аварий и уменьшение простоев оборудования. Повышение организационно-технического уровня ведения работ;
  • Сокращение сроков устранения нештатных и аварийных ситуаций;
  • Уменьшение эксплуатационных затрат на обслуживание систем.

  

  Автоматизация работы систем электроснабжения позволяет решить следующие задачи:

  • Защита электросети от перегрузок, коротких замыканий, перепадов напряжения;
  • Обеспечение нормального уровня напряжения и бесперебойного питания потребителей с учетом нагрузки на оборудование;
  • Минимизация потребления электроэнергии, автоматическое управление питанием оборудования;
  • Предотвращение, локализация и ликвидация аварий;
  • Автоматический учет энергопотребления. Реализуется в системах АСКУЭ;
    
  • Дистанционное управление коммутационными аппаратами и узлами инженерных систем (например, автономным электроснабжением) с ПК оператора или локальных пультов управления;
  • Постоянный контроль и протоколирование параметров состояния сети на щитах электроснабжения.

  Автоматизация системы освещения. Назначение и преимущества

  Основное назначение систем управления освещением – снижение расхода электроэнергии на цели освещения и повышения ресурса электроосветительных приборов.

  

  Экономия достигается на счет наиболее полного использования дневного света, и за счет учета присутствия людей в помещении.

  Управление системой освещения может быть автономным (управление непосредственно системой) и автоматизированной – в составе системы автоматизации и диспетчеризации здания.

  Автоматизированные системы управления освещением позволяют выполняют следующие типичные функции:

  • Точное поддержание искусственной освещенности в помещении на заданном уровне, осуществляется с помощью фотодатчиков, установленных в помещениях или на улице;
    
  • Использование естественной освещенности в помещении. Приглушение света в солнечный день, позволит сэкономить до 20-40% электроэнергии;
  • Учёт времени суток и дня недели, а также присутствия людей в помещении. Отключение «ненужного» света экономит 30%;
  • Дистанционное управление приборами освещения.

  Управление приборами электроосвещения может осуществляться двумя способами – включением/выключением всех или части светильников (дискретное управление) и плавным изменением мощности светильников - диммированием.

  

  К преимуществам использования автоматизированных систем управления освещением относятся значительная экономия энергоресурсов, безопасность (в случае аварии система подаст соответствующий сигнал, и сама предпримет меры по её локализации) и удобства в использовании.

  Оборудование автоматизации

  Автоматизированную систему управления можно условно разделить на три уровня взаимодействия.

  

  Третий (нижний) уровень - сбор информации и физическое управление, включает в себя:

  • Измерительные приборы, трансформаторы тока и напряжения, амперметры;
  • Датчики телесигнализации;
  • Приводы исполнительных устройств и т.п.

  Второй (средний) уровень - управление и передача информации на подсистемы, включает в себя:

  • Шкафы автоматизации с управляющим контроллером;
  • Оборудование связи;
  • Счетчики электрической энергии, подключаемые к сети автоматизации.

  Для автономной работы системы достаточно данных двух уровней. Для интеграции в систему автоматизации здания, устанавливают первый уровень управления - верхний, он представляет собой программное обеспечение, установленное на серверах управления, включает в себя так же АРМ диспетчера, средства преобразования протоколов, устройства дополнительной сигнализации, в том числе о его состоянии и режимах работы.

  Обмен информацией между первым и третьим уровнем происходит через второй.

  Щиты управления электроснабжением

  В общем случае могут содержать приборы изменения тока и напряжения, контроллеры управления и связи между оборудованием различных протоколов, магнитные пускатели, управляемы реле, автоматические выключатели (управляемые и не управляемые), защитные устройства, приборы технического учета и контроля параметров сети.

  

  Щиты управления системами электроснабжения не являются универсальными, их адаптируют к различным видам потребителей или объектов: подстанциям, электростанциям малой и средней мощности, компаудным системам, трансформаторам, системам электроосвещения, электродвигателям постоянного и переменного тока, конденсаторам, генераторам, системам резервного электроснабжения, системам измерения, контроля и управления, в т.ч. автоматизированным.

  Важной функцией, влияющей на безопасную работу здания, является возможность автоматического ввода резерва для потребителей I категории. Автоматизированное управление автоматическим вводом резерва обеспечивает:

  • Возможность длительного питания нагрузок
  • контроль параметров напряжения на основном и резервном вводах электропитания;
  • подключение нагрузки к не стационарному источнику электропитания (типа дизель-генератор) при отсутствии напряжения на стационарных источниках электропитания;
    
  • автоматическое возобновление питания нагрузки от стационарных источников электропитания после возврата напряжения в допустимые границы;
  • защиту линии питания после щита автоматического ввода резерва от действия тока короткого замыкания и перегрузки при помощи автоматического выключателя;
  • световую сигнализацию подключения нагрузки к первому и второму вводам электропитания;
  • при наличии системы автоматического запуска подачу сигнала на включения дизель генератора.

  Датчики, приборы мониторинга и устройства управления

  Датчики системы управления электроснабжением и электроосвещением служат для, сбора и передачи информации о наличии людей в помещении, уровне освещенности, температуре на устройствах подогрева и т.п. Данные передаются в систему управления, и на основе их показаний, система автоматизации активирует соответствующий режим работы.

  

  Датчики могут передавать пороговые, дискретные или аналоговые сигналы, в зависимости от этого выбирается устройство расширения для включения их в систему автоматизации.

  

  Показания датчиков представляются диспетчеру через систему мониторинга. В общем случае, система мониторинга предназначена для выполнения следующих функций:

  • Непрерывного контроля состояния оборудования, установленного на объекте;
  • Выдачи предупредительной и аварийной сигнализации на диспетчерский пульт;
  • Удаленного управления обслуживаемым оборудованием с диспетчерского пульта;
  • Предоставления собранной информации на диспетчерском пульте в удобном пользователю виде;
  • Архивирования информации в базе данных;
  • Ведения журнала событий по аварийной и предупредительной сигнализации, а также действиям обслуживающего персонала (диспетчера);
  • Формирования отчетов по шаблонам пользователя на основании собранных данных.

  Особенности проектирования системы автоматического управления электроснабжением и электроосвещением

  Частично, автоматизация ЭО, ЭС или ЭОМ частично уже присутствует в самих проектах этих систем, в частности, щит АВР является автоматической системой. Отдельный проект автоматизации предполагает, что указанные системы будут являться частью системы интеллектуального здания, т.к. использовать новые функции системы будет возможно только при получении внешней информации от системы охранной сигнализации, контроля и управления доступом, отопления, вентиляции и кондиционирования и т.д.

  Особенностью проектирования системы автоматизации электроснабжения и, особенно, электроосвещения является «обратная связь» с проектами указанных систем, которая появляется из-за особенности управления автоматизированной системой. В качестве примера, можно рассмотреть систему освещения. При классической схеме управление осветительными происходит на контактах выключателя, это означает, что фазный провод подводится сначала к выключателю, а от него – к лампе. При интеллектуальном управлении, клавиша выключателя передает сигнал управления в щит автоматизации, где реле подает напряжение на лампу, т.е. фазный провод идет сразу из щита к осветительному прибору.

      

  Схемы соединений систем электроснабжения будут различаться для автоматизированной и классической схем управления.
  Одна из основных задач внедрения АСУЭ – оптимизация и уменьшение энергопотребления здания, поэтому приборы система контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ) устанавливаются на щитах инженерных систем и на мощных потребителях. Увеличение расхода электроэнергии оборудования – повод провести проверку его технического состояния. Кроме того, при работе на объекте системы САУиД, диспетчер имеет возможность сравнить графики энергопотребления оборудования с процессами, происходящими внутри системы, что так же облегчает дальнейшую диагностику.

  

  Типовой состав проекта АСУЭ:

  • Общие данные;
  • Структурные схемы, при необходимости;
  • Задание на программирование системы;
  • Функциональные схемы автоматизации для каждой из подсистем;
  • Схемы связи контроллеров системы автоматизации;
  • Схемы внешних соединений для щитов автоматизации;
  • Схемы связи со смежными системами автоматизации;
  • Принципиальные электрические схемы щитов автоматизации, двигателей насосов или вентиляторов;
  • Принципиальные схемы питания щитов автоматизации;
  • План расположения оборудования и проводок систем автоматизации;
  • Кабельные журналы;
  • Монтажные схемы;
  • Спецификация оборудования и проводок.

  

  Интеграция с системой автоматического управления и диспетчеризацией здания АСУД

  Интеграция алгоритмов управления системами электроснабжения и электроосвещения позволяет собственнику здания сократить размеры платежей за электроэнергию до 30%.

  

  В среднем, применение системы управления зданием удорожает общую стоимость инженерии здания на 20-70 долларов США на 1 квадратный метр общей площади здания и зависит от размеров здания и технических требований к работе инженерных систем. В то же время применение ресурсосберегающего оборудования и внедрение АСУД позволяет:

  • Вписаться в ограниченные энергомощности и исключить расходы на строительство дополнительной подстанции;
  • Продлить срок службы оборудования за счет постоянного мониторинга параметров инженерных систем и своевременного проведения наладочных работ;
  • Снизить на 20% ежемесячные коммунальные платежи (вода, тепло, канализация, электроснабжение) за счет совместной работы систем, для системы электроснабжения данный показатель может быть еще выше;
  • Сократить расходы на службу эксплуатации, поскольку большинство процессов будет происходить в автоматическом режиме;
  • Снизить заболеваемость сотрудников за счет создания комфортных условий для их работы.

  

  Эксплуатационные выгоды:

  • Минимизиация расходов на техническое обслуживание оборудования и инженерных систем;
  • Полная информация о сбое, позволит диспетчерам максимально быстро и дешево устранить проблему, а в большинстве случаев, предотвратить ее;
  • Прогнозирование техобслуживания и определение, когда оно необходимо, а когда не требуется.

  Для персонала:

  • Создании безопасных для здоровья и комфортных условий работы сотрудников и снижения числа их заболеваний;
  • Снижении расходов компании на восстановление работоспособности персонала, страховые выплат и лечение заболеваний.

  В интегрированных системах, информация с датчиков смежных систем, передается в алгоритм управления другой системы, стандартный пример использование - извещатели системы охранной сигнализации или данные СКУД, управляют климатическими системами и устройствами электроосвещения. Когда в помещении отсутствует персонал, алгоритм управления интеллектуального здания переведет системы в экономичный режим работы. Кроме того, включение уличного освещения также может осуществляться и вручную, с пульта диспетчера.