Определение категории надёжности электроснабжения

Методика определения категории надёжности электроснабжения

Методика определяет категорию надёжности электроснабжения электроприёмников и проверяет достаточность принятых решений по питанию. Категория определяется двумя способами. При определении по типу потребителя категория выбирается из справочника по назначению объекта и последствиям нарушения питания. При определении по допустимому времени перерыва категория устанавливается сравнением заданного времени с границами: нулевое время соответствует особой группе I категории, не более одной секунды — I категории, не более одного часа — II категории, не более 24 часов — III категории. Для систем противопожарной защиты категория устанавливается нормативно и не может быть ниже первой, а для лифтов, предназначенных для транспортировки подразделений пожарной охраны, её требуется выделять в особую группу. По установленной категории определяются нормируемые требования: минимальное число независимых взаимно резервирующих источников питания, равное двум для I и II категорий и одному для III, и требуемый способ восстановления питания: бесперебойное питание для особой группы, автоматический ввод резерва для I категории, ручное переключение для II категории и отсутствие резервирования для III категории. Принятые решения проверяются по трём условиям: достаточность числа независимых источников питания, достаточность способа резервирования по рангу и, для систем противопожарной защиты, достаточность времени автономии источника бесперебойного питания относительно минимального времени работоспособности. Категория надёжности определяется требованиями электроприёмника и последствиями нарушения питания, а не мощностью нагрузки, поэтому мощность в расчёте не участвует.

Основные формулы

• Определение категории по времени перерыва: T ≤ 0 с → особая группа I; T ≤ 1 с → I; T ≤ 3600 с → II; T ≤ 86400 с → III
  Категория определяется сравнением допустимого времени перерыва электроснабжения с нормируемыми границами. Нулевое время перерыва соответствует особой группе I категории, при которой перерыв не допускается вовсе. Время до одной секунды соответствует I категории, при которой перерыв допускается только на время автоматического восстановления питания. Время до одного часа соответствует II категории, при которой перерыв допускается на время включения резервного питания действиями оперативного персонала. Время до 24 часов соответствует III категории. Границы проверяются последовательно от наименьшей, поэтому значение ровно на границе относится к более высокой категории.
• Нормируемые требования по категории: N_ист, способ = f(категория, особая группа)
  По установленной категории определяются нормируемые требования к питанию. Число независимых взаимно резервирующих источников питания равно двум для I и II категорий и одному для III категории. Требуемый способ восстановления питания определяется категорией: для особой группы I категории требуется бесперебойное питание, для I категории — автоматическое восстановление питания, для II категории — переключение на резерв действиями оперативного персонала, для III категории резервирование не требуется. Требования определяются категорией, а не мощностью нагрузки, поэтому при изменении состава электроприёмников категория подлежит пересмотру.
• Требуемое число независимых источников питания: N_ист = 2 для категорий I и II; N_ист = 1 для категории III
  Число независимых взаимно резервирующих источников питания определяется категорией надёжности. Для I категории два источника обязательны, поскольку перерыв допускается только на время автоматического восстановления питания, а восстановление возможно лишь при наличии второго источника. Для II категории два источника также требуются, поскольку перерыв допускается на время переключения на резерв, а переключать можно только на существующий резервный источник. Для III категории достаточно одного источника, поскольку перерыв до 24 часов не приводит к недопустимым последствиям. Независимыми считаются источники, при аварии на одном из которых сохраняется питание от другого; присоединение к разным секциям одной подстанции не всегда обеспечивает независимость.
• Требуемый способ резервирования питания: особая группа → бесперебойное; I → АВР; II → ручное переключение; III → не требуется
  Способ восстановления питания определяется категорией и проверяется по рангу: отсутствие резервирования, ручное переключение, автоматический ввод резерва, бесперебойное питание. Принятый способ считается достаточным, если его ранг не ниже требуемого, поэтому для I категории допустимо применение источника бесперебойного питания, а для II категории — автоматического ввода резерва. Для особой группы I категории автоматического ввода резерва недостаточно, поскольку даже кратковременный перерыв при переключении недопустим и питание должно быть непрерывным.
• Категория систем противопожарной защиты: категория_СПЗ = I; если категория > I, то категория = I
  Для электрооборудования и приборов систем противопожарной защиты категория надёжности устанавливается нормативно равной первой независимо от режима определения, поэтому результат определения понижается до первой категории, если был получен более низкий. Кроме того, шкафы и щиты питания лифтов, предназначенных для транспортировки подразделений пожарной охраны в зданиях высотой более 50 метров, должны быть отнесены к особой группе I категории, а для силовых модулей управления электродвигателем пожарного насоса наличие основного и резервного вводов обязательно.
• Минимальное время работоспособности систем СПЗ: T_авт ≥ T_мин, где T_мин = 1,0 ч или 2,0 ч
  Для систем противопожарной защиты нормируется минимальное время работоспособности, которое определяет требования к времени автономии источника бесперебойного питания: для аварийного эвакуационного освещения на путях эвакуации людей и системы оповещения — не менее 1,0 ч, для лифтов, предназначенных для транспортировки подразделений пожарной охраны, — не менее 2,0 ч. Для ряда систем время установлено не числом, а ссылкой на другие своды правил: для внутреннего противопожарного водопровода и автоматических установок пожаротушения. Проверка выполняется только при применении источника бесперебойного питания.

Пошаговая инструкция

1. Выберите тип потребителя из справочника по назначению объекта и характеру последствий нарушения питания.
2. Выберите способ определения категории: по типу потребителя или по допустимому времени перерыва.
3. При определении по времени перерыва укажите допустимое время перерыва электроснабжения в секундах.
4. Укажите число независимых взаимно резервирующих источников питания, предусмотренных схемой.
5. Выберите способ восстановления питания: без резервирования, ручное переключение, автоматический ввод резерва или источник бесперебойного питания.
6. При применении источника бесперебойного питания укажите время автономии в часах.
7. Определите категорию по типу потребителя либо по допустимому времени перерыва.
8. Для систем противопожарной защиты понизьте категорию до первой, если получено более низкое значение.
9. Проверьте, требуется ли выделение особой группы I категории, для которой перерыв не допускается.
10. Определите требуемое число независимых источников питания и требуемый способ резервирования по установленной категории.
11. Сравните принятое число источников с требуемым и проверьте достаточность способа резервирования по рангу.
12. Для систем противопожарной защиты проверьте время автономии источника бесперебойного питания относительно минимального времени работоспособности.

Ограничения

• Не выполняется выбор схемы распределительной сети и аппаратуры автоматического ввода резерва: подбор аппарата включает определение номинального тока и категории применения, проверку времени переключения, обеспечение селективности защиты и проверку термической стойкости при коротком замыкании.
• Не рассчитывается фактическое время переключения резерва: оно зависит от типа привода выключателя, схемы автоматики и уставок реле и определяется по документации изготовителя.
• Не выполняется выбор источника бесперебойного питания по мощности: рассчитывается только соответствие времени автономии нормируемому минимальному времени работоспособности.
• Не рассматривается обоснование отнесения электроприёмника к особой группе I категории: калькулятор указывает на необходимость выделения особой группы, но подтверждение последствий нарушения питания выполняется проектной документацией.
• Не рассчитываются вероятностные показатели надёжности: интенсивность отказов, коэффициент готовности, среднее время восстановления и вероятность безотказной работы, требующие данных о надёжности элементов сети и статистики отказов.
• Категория надёжности электроприёмников напряжением выше 1 кВ устанавливается проектом с учётом схемы питания и режимов работы питающей сети; методика ориентирована на низковольтные сети.

Допущения

• Категория надёжности определяется требованиями электроприёмника и последствиями нарушения питания, а не мощностью нагрузки. Мощность в расчёте не участвует: увеличение мощности нагрузки не повышает категорию, тогда как появление электроприёмника, нарушение питания которого создаёт опасность для жизни людей, требует выделения особой группы. Справочник из 15 типов потребителей даёт ориентировочное отнесение, а категория конкретного объекта устанавливается проектной документацией.
• Число независимых источников питания принимается по схеме питания. Независимыми считаются источники, при аварии на одном из которых сохраняется питание от другого. Присоединение к разным секциям сборных шин одной подстанции не всегда обеспечивает независимость, если секции питаются от общих вышестоящих элементов сети, поэтому фактическая независимость подлежит проверке по схеме сети.
• Достаточность способа резервирования проверяется по рангу: отсутствие резервирования, ручное переключение, автоматический ввод резерва, бесперебойное питание. Принятый способ считается достаточным, если его ранг не ниже требуемого. Ранг отражает способность обеспечить нормируемое время перерыва, но не учитывает фактическое время переключения конкретной аппаратуры, которое определяется по документации изготовителя.
• Минимальное время работоспособности проверяется только для систем противопожарной защиты и только при применении источника бесперебойного питания. Для ряда систем время установлено не числовым значением, а ссылкой на другие своды правил, например для внутреннего противопожарного водопровода и автоматических установок пожаротушения, поэтому такие системы в проверке не участвуют.
• Глава 1.2 ПУЭ 7 «Категории электроприёмников и обеспечение надёжности электроснабжения», являющаяся основным документом по категориям, в нормативной базе проекта отсутствует, поэтому числовые значения времён перерыва, требования к числу независимых источников и справочник отнесения типов потребителей отнесены к справочным данным и подлежат проверке по действующей редакции ПУЭ 7.

Особые случаи

• Допустимое время перерыва равно нулю: Категория определяется как I с выделением особой группы, для которой перерыв электроснабжения не допускается: нормируемое время перерыва принимается равным нулю, а требуемый способ резервирования — бесперебойное питание. Автоматического ввода резерва в этом случае недостаточно, поскольку переключение связано с кратковременным перерывом.
• Допустимое время перерыва равно граничному значению: Границы проверяются последовательно от наименьшей, поэтому значение ровно на границе относится к более высокой категории: при времени 1 с категория определяется как I, при 3600 с — как II, при 86400 с — как III. Такое правило соответствует норме, при которой перерыв допускается не более указанного значения.
• Для систем противопожарной защиты определена более низкая категория: Категория понижается до первой, поскольку для электрооборудования и приборов систем противопожарной защиты категория устанавливается нормативно равной первой. Это относится и к определению по допустимому времени перерыва: если заданное время перерыва соответствует второй или третьей категории, для систем противопожарной защиты результат всё равно принимается равным первой категории.
• Принятое число источников питания меньше требуемого: Результат проверки признаётся несоответствующим категории с уровнем «danger», а в рекомендации указывается, что для установленной категории необходимо предусмотреть требуемое число независимых взаимно резервирующих источников питания. Проверка способа резервирования и времени автономии при этом также выполняется, но итоговый статус определяется наиболее существенным несоответствием.
• Применён источник бесперебойного питания при отсутствии требования по времени автономии: Проверка времени автономии не выполняется, поскольку минимальное время работоспособности установлено только для систем противопожарной защиты. Принятый способ резервирования при этом признаётся достаточным, если его ранг не ниже требуемого по категории: источник бесперебойного питания имеет наибольший ранг и подходит для любой категории.
• Выбран тип потребителя, отсутствующий в справочнике: Расчёт отклоняется с сообщением об отсутствии типа потребителя в справочнике категорий надёжности, поскольку без отнесения к справочнику невозможно определить категорию по типу. В этом случае следует применить определение по допустимому времени перерыва, задав время из технологического регламента, либо сопоставить объект с наиболее близким типом из справочника и обосновать категорию в проекте.

Сравнение материалов

Примеры расчёта

Пример расчёта

Исходные данные

• Тип потребителя: Системы противопожарной защиты
• Способ определения категории: По типу потребителя
• Допустимое время перерыва: 1
• Число независимых источников питания: Два независимых источника
• Способ резервирования питания: Источник бесперебойного питания
• Время автономии источника бесперебойного питания: 2

Результат

• Обозначение категории: I
• Номер категории: 1
• Наименование категории: Первая категория
• Признак особой группы: 0
• Условие по особой группе: Особая группа не требуется
• Нормируемое время перерыва: 1
• Способ определения категории: По типу потребителя
• Источник определения категории: Определение по типу потребителя
• Требуемое число источников питания: 2
• Требуемый способ резервирования: avr
• Требуемое время автономии: 1
• Принятое число источников питания: 2
• Принятый способ резервирования: ups
• Принятое время автономии: 2
• Число источников достаточно: Да
• Способ резервирования достаточен: Да
• Время автономии достаточно: Да
• Статус соответствия категории: Принятые решения соответствуют категории
• Уровень статуса соответствия: success
• Тип потребителя: Системы противопожарной защиты
• Принятое допустимое время перерыва: 1

Рекомендации

• Проверка фактической независимости источников питания
  Наличие двух вводов не означает наличия двух независимых источников. Если вводы присоединены к разным секциям одной подстанции, но секции питаются от общих вышестоящих элементов сети, то при повреждении общего элемента питание теряется на обоих вводах, и требование первой или второй категории не выполняется. Проверку следует вести по схеме сети от электроприёмника вверх до источников: необходимо убедиться, что пути питания от двух вводов не содержат общих элементов, отказ которых приводит к одновременной потере обоих вводов. Калькулятор принимает число независимых источников как исходные данные и не проверяет независимость по схеме.
  Пример: Два ввода к разным секциям сборных шин одной подстанции, питающейся от одного трансформатора, не являются независимыми источниками, поскольку отказ трансформатора лишает питания оба ввода.
• Обоснование выделения особой группы первой категории
  Особая группа выделяется в составе первой категории для электроприёмников, нарушение питания которых создаёт опасность для жизни людей, угрозу безопасности государства, значительный материальный ущерб или нарушение сложного технологического процесса. Выделение особой группы требует отдельного обоснования в проектной документации с подтверждением последствий нарушения питания. Для особой группы необходимы бесперебойное питание и третий независимый источник, поскольку перерыв не допускается даже на время переключения. Калькулятор указывает на необходимость выделения особой группы по типу потребителя, но само обоснование выполняется проектной организацией.
  Пример: Отделение реанимации, где прекращение работы оборудования для поддержания жизнедеятельности недопустимо: требуется источник бесперебойного питания с временем автономии, достаточным для перехода на резервный источник.
• Проверка времени автономии для систем противопожарной защиты
  Для систем противопожарной защиты категория устанавливается нормативно равной первой, а минимальное время работоспособности нормируется: не менее 1,0 ч для аварийного эвакуационного освещения на путях эвакуации людей и системы оповещения, не менее 2,0 ч для лифтов, предназначенных для транспортировки подразделений пожарной охраны. Время автономии источника бесперебойного питания должно быть не меньше нормируемого, поскольку системы противопожарной защиты должны сохранять работоспособность в течение всего времени, необходимого для эвакуации людей и работы пожарных подразделений. Время автономии определяется ёмкостью аккумуляторных батарей и мощностью нагрузки.
  Пример: При времени автономии источника 0,5 ч проверка не пройдена, так как норма для аварийного эвакуационного освещения составляет 1,0 ч.
• Раздельное определение категории для групп электроприёмников
  Категория надёжности определяется не для здания в целом, а для групп электроприёмников с одинаковыми требованиями к бесперебойности питания. В одном здании могут одновременно присутствовать электроприёмники особой группы первой категории, первой и второй категорий, и для каждой группы предусматриваются самостоятельные решения по резервированию. Попытка назначить единую категорию для всего здания приводит либо к неоправданному удорожанию схемы, если категория завышена, либо к нарушению требований, если она занижена для ответственных электроприёмников.
  Пример: В многоэтажном жилом доме квартиры относятся ко второй категории, а лифты для пожарных подразделений — к особой группе первой категории, и питание этих групп выполняется раздельно.
• Пересмотр категории при изменении технологического процесса
  Категория надёжности не является постоянной характеристикой объекта: при изменении состава электроприёмников, требований технологического процесса или последствий нарушения питания она подлежит пересмотру. Установка нового оборудования, изменение режима работы или повышение требований к непрерывности процесса могут потребовать повышения категории и соответствующего изменения схемы питания. Понижение категории допускается только при обосновании, поскольку занижение категории приводит к недопустимым последствиям при нарушении электроснабжения.
  Пример: Установка в квартире медицинского оборудования для поддержания жизнедеятельности требует выделения особой группы первой категории и бесперебойного питания вместо третьей категории.

Частые ошибки

• Категорию надёжности определяют по мощности нагрузки, относя мощные электроприёмники к первой категории, а маломощные — к третьей
  Последствие: Требования к надёжности оказываются не соответствующими последствиям нарушения питания: мощная, но неответственная нагрузка получает избыточное резервирование, удорожающее схему, а маломощный, но критичный для жизни электроприёмник остаётся без бесперебойного питания. Ошибка приводит либо к неоправданным затратам, либо к опасности для людей.
  Как избежать: Определять категорию по последствиям нарушения питания и требованиям технологического процесса, а не по мощности. В калькуляторе мощность нагрузки намеренно не участвует в расчёте: категория определяется типом потребителя или допустимым временем перерыва. При наличии электроприёмника, отключение которого опасно для жизни, выделять особую группу первой категории независимо от его мощности.
• Два ввода, присоединённые к разным секциям одной подстанции, считают двумя независимыми источниками питания
  Последствие: При повреждении общего вышестоящего элемента сети, например питающего трансформатора или вводной линии, теряется питание обоих вводов одновременно, и требование первой или второй категории оказывается невыполненным. Электроприёмник фактически остаётся без резерва, хотя проектная документация утверждает обратное.
  Как избежать: Проверять независимость источников по схеме сети от электроприёмника вверх до источников, убеждаясь в отсутствии общих элементов, отказ которых приводит к одновременной потере обоих вводов. Формального наличия двух вводов недостаточно: если секции питаются от общих вышестоящих элементов, источники не являются независимыми и требуется присоединение к разным подстанциям или к разным питающим линиям.
• Для особой группы первой категории предусматривают автоматический ввод резерва вместо бесперебойного питания
  Последствие: Автоматический ввод резерва связан с кратковременным перерывом питания на время переключения, которое составляет от десятков миллисекунд до нескольких секунд. Для особой группы перерыв не допускается вовсе, поэтому такое решение не обеспечивает требуемую бесперебойность и может привести к недопустимым последствиям, опасным для жизни людей.
  Как избежать: Для особой группы первой категории применять источник бесперебойного питания или аккумуляторную установку, обеспечивающие непрерывное питание нагрузки без перерыва на переключение. Автоматический ввод резерва применять для первой категории без выделения особой группы, где перерыв на время автоматического восстановления питания допустим.
• Для систем противопожарной защиты ограничиваются обеспечением первой категории, не проверяя время автономии источника бесперебойного питания
  Последствие: Системы противопожарной защиты могут потерять работоспособность раньше, чем завершится эвакуация людей и работа пожарных подразделений. Минимальное время работоспособности составляет 1,0 ч для аварийного эвакуационного освещения и системы оповещения и 2,0 ч для лифтов для транспортировки подразделений пожарной охраны, и при недостаточном времени автономии системы отключатся до завершения спасательных работ.
  Как избежать: Для систем противопожарной защиты проверять время автономии источника бесперебойного питания относительно нормируемого минимального времени работоспособности и при необходимости увеличивать ёмкость аккумуляторных батарей. Учитывать, что для ряда систем время установлено ссылкой на другие своды правил, например для внутреннего противопожарного водопровода и автоматических установок пожаротушения.
• Назначают единую категорию надёжности для всего здания вместо раздельного определения по группам электроприёмников
  Последствие: Если категория завышена, схема питания неоправданно удорожается за счёт резервирования неответственной нагрузки. Если категория занижена, ответственные электроприёмники, например системы противопожарной защиты или лифты для пожарных подразделений, остаются без требуемого резервирования, что нарушает требования безопасности.
  Как избежать: Определять категорию раздельно для каждой группы электроприёмников с одинаковыми требованиями к бесперебойности питания и предусматривать самостоятельные решения по резервированию. В одном здании одновременно выделять особую группу первой категории для критичных систем, первую категорию для ответственных потребителей и вторую категорию для остальных.
• Используют категории грунтов по сейсмическим свойствам из СП 14.13330.2018 как категории надёжности электроснабжения
  Последствие: Происходит подмена предмета нормирования: категория грунта I означает скальные грунты и характеризует поведение основания при землетрясении, а не требования к бесперебойности питания. В результате категория надёжности определяется по не относящемуся к делу документу, и требования к резервированию оказываются произвольными.
  Как избежать: Различать документы по предмету нормирования: категории надёжности электроснабжения устанавливаются главой 1.2 ПУЭ 7, а категории грунтов по сейсмическим свойствам — СП 14.13330.2018. Совпадение обозначений римскими цифрами не означает смысловой связи. В калькуляторе документ СП 14.13330.2018 включён в нормативную базу как проверенный и не использованный с явным указанием его назначения.