Электроснабжение населенных пунктов, предприятий и зданий

Электроснабжение населенных пунктов, предприятий и зданий

Сибирского Федерального Университета

Электроснабжение населенных пунктов, предприятий и зданий.

Электрификация, то есть производство, распределение и применение электроэнергии во всех отраслях народного хозяйства и быта населения — один из важнейших факторов технического процесса.

Весь опыт развития электрификации показал, что надежное, высококачественное и дешевое электроснабжение можно получить только от крупных районных электростанций, объединенных между собой в мощные электрические системы. На крупных электростанциях районного масштаба с линиями передачи большого радиуса действия вырабатывается наиболее дешевая электроэнергия, прежде всего из-за высокой концентрации ее производства, а также благодаря возможности размещать электростанции непосредственно у дешевых источников энергии — угля, сланцев, на больших реках. Самый высокий показатель системы электроснабжения — надежность подачи электроэнергии. В связи с ростом электрификации с/х производства, особенно с созданием в сельском хозяйстве животноводческих комплексов промышленного типа всякое отключение — плановое, и особенно неожиданное, аварийное, наносит огромный ущерб потребителю и самой энергетической системе.

Электроснабжение производственных предприятий и населенных пунктов в сельской местности имеет свои особенности по сравнению с электроснабжением городов. Основные особенности: необходимость подводить электроэнергию к огромному числу сравнительно маломощных потребителей, рассредоточенных по всей территории; низкое качество электроэнергии; требования повышенной надежности и т.д.

Таким образом, можно сделать вывод о большом значении проблем электроснабжения в сельском хозяйстве. От рационального решения этих проблем в значительной степени зависит экономическая эффективность применения электроэнергии в сельскохозяйственном производстве.

Канализацияэлектрической энергии

Канализацияэлектрической энергии — это распределение электроэнергии с помощью воздушных (ВЛ) и кабельных (КЛ) линий и токопроводов от места производства до места потребления.В сетях напряжением более 1 кВ канализация электроэнергии может осуществляться с помощью, кабельных и воздушных линий и токопроводоов. Выбор того или иного конструктивного решения электрической сети города, села, предприятия зависит от размещении нагрузок, плотности застройки территории, ее насыщенности технологическими, сантехническими, транспортными коммуникациями, уровня и агрессивности грунтовых вод, степени загрязнения воздуха, района гололедности.

Кабельной линией (КЛ) называется устройство для передачи электроэнергии, состоящее из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями. Гарантированный срок службы кабеля, как правило, не менее 25 лет. В группу кабелей высокого напряжения входят кабели от 6— 110 кВт. Такие кабели изготовляются с пластмассовой, бумажной пропитанной изоляцией, маслонаполненные и др.

Применяются различные способы прокладки КЛ: в земляных* траншеях, в кабельных каналах и туннелях» по эстакадам и галереям.

Для прокладки КЛ в траншее применяют бронированные или небронированные кабели, защищенные от коррозии джутово-битумным покровом или полихровиниловой изоляцией. В земляных траншеях КЛ 6—35 кВ прокладывают на глубине 0,7—0,8.Кабель укладывают на подушку из песка 0,1м и закрывают от механических повреждений красным кирпичом. В местах пересечения с проезжей частью дороги, подземными коммуникациями и на вводах в здание КЛ 6—35 кВ прокладывают в асбестоцементных трубах. Не рекомендуется в одной траншее укладывать более шести кабелей напряжением до 10 кВ и не более трех при 20—35 кВ.

В каналах целесообразно прокладывать кабели при их числе более 6—30 штук, а при более 30 штук в туннелях.

Канал — непроходное кабельное сооружение глубиной 0,4— 1,2 м, прокладываемое съемными металлическими и бетонными; плитами.

Туннель — более глубокое (до 2,5 м) сооружение, устраиваемое в земле для прокладки многих кабелей и имеющее устройство принудительной вентиляции. При прокладке в каналах и туннелях облегчается доступ к кабельным линиям, обеспечивается легкость замены поврежденного участка.

Недостатком прокладки кабелей в туннелях является повышенная пожарная опасность при электрических пробоях в кабелях или соединительных муфтах. Поэтому их оборудуют датчиками автоматической пожарной сигнализации.

Когда территория предприятия загружена подземными коммуникациями, приемлемым решением может явиться надземный, способ по открытым эстакадам и закрытым галереям вместе с технологическими трубопроводами.

Воздушные линии (ВЛ) выполняются из неизолированных проводов, расположенных на открытом воздухе и прикрепляемых к опорам с помощью изоляторов и арматуры. Обычно ВЛ используют для предприятий малой мощности и для отдельных объектов в сельской местности

Горизонтальное расстояние между центрами двух опор называется пролетом ВЛ.

Высота подвеса линий — расстояние от земли до места крепления провода на изоляторе опоры.

Стрела провеса — вертикальное расстояние от низшей точки провода в пролете до прямой линии, соединяющей точки крепления провода на опорах. Стрела провеса провода зависит от воздуха, длины пролета, внешней нагрузки на провод (ветер, гололед), материала и сечения провода.

Габаритом провода над землей называют расстояние от проводов до поверхности земли при наибольшей стреле провеса.

По своему назначению и месту установки опоры ВЛ делят на:

промежуточные, устанавливаемые на прямых участках трассы ВЛ и не воспринимающие усилий от тяжести проводов, направленных вдоль ВЛ. Они служат для поддержания проводов на определенной высоте прямых участков линий. Эти опоры имеют обычно облегченную конструкцию, и число их составляет от 60—80% общего числа опор ВЛ;

анкерные, применяемые при пересечении дорог и других инженерных сооружений, предназначенные для жесткого крепления проводов ВЛ и воспринимающие усилия тяжения проводов вдоль ВЛ. Натяжение проводов ВЛ производится между двумя анкерными опорами, на участке ВЛ, состоящем из нескольких пролетов и с промежуточными опорами;

угловые, устанавливаемые на углах поворота трассы ВЛ. Угловые опоры подразделяются на промежуточные и анкерно-угловые. Промежуточные угловые опоры применяют при небольших углах поворота ВЛ, а анкерно-угловые ставят при углах поворота ВЛ более 20.

концевые, устанавливаемые в начале и в конце ВЛ и воспринимающие усилия от одностороннего тяжения проводов, они являются разновидностью анкерных;

специальные —ответвительные, перекрестные (транспозиционные для перемены фаз ВЛ местами).

Для воздушных линий применяют деревянные, железобетонные, металлические опоры.

ВЛ выполняются медными, алюминиевыми и сталеалюминевыми проводами.

При обслуживании электроустановки опасность представляют не только неизолированные токоведущие части, находящиеся под напряжением, но и те конструктивные части электрооборудования, которые нормально не находятся под напряжением, но могут оказаться под напряжением при повреждении изоляции (корпуса электродвигателей, пускателей, баки трансформаторов, кожухи щинопроводов. металлические каркасы щитов и т. д.).

Для зашиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции применяется одна из следующих защитных мер: заземление, зануление, защитное отключение, разделительный трансформатор, двойная изоляция, малое напряжение, выравнивание потенциалов.

Защитное заземление — это преднамеренное электрическое соединение какой-либо части электроустановки с заземляющим устройством для обеспечения электробезопасности .

Защитным занулением в электроустановках напряжением до 1 кВ называется преднамеренное соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, с глухо заземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока или с глухозаземленной средней точкой источника в сетях постоянного тока .

Ток КЗ, протекающий по петле «фаза — нулевой проводник», должен привести к немедленному отключению поврежденного участка. Задачей зануления является создание наименьшего сопротивления пути для тока однофазного КЗ, обеспечивающего надежное отключение автоматических выключателей, магнитных пускателей, предохранителей.

Защитное отключение, применяемое в установках до I кВ, обеспечивает автоматическое отключение всех фаз участка сети при замыканиях на корпус или снижение уровня изоляции ниже определенного значения.Если по технологическим причинам невозможно выполнить защитное заземление или зануление и обеспечить защитное отключение, то допускается обслуживание электрооборудования с изолирующих площадок. При этом должна быть исключена возможность одновременного прикосновения к незаземленным частям электрооборудования и частям зданий и сооружений, имеющим соединение с землей.

Заземление, или зануление, следует выполнять во всех электроустановках при напряжении переменного тока 380 В и выше in постоянного тока 440 В и выше.

Кроме защитного в электроустановках применяется рабочей заземление, предназначенное для создания нормальных условий работы аппарата или электроустановки. К рабочему заземлений относится заземление нейтралей трансформаторов, генераторов, дутогаситсльных катушек. Без рабочего заземления аппарат не может выполнять своих функций или нарушается режим работы электроустановки.

В сельской местности, как правило, электроснабжение зданий осуществляется от ВЛ, т. е. от воздушных линий изолированными вводами в здания на щиток учета электроэнергии и от него по внутренней электропроводке к местам потребления.

В городских условиях электроснабжение многоэтажных и других ответсвенных зданий осуществляется путем прокладки подземных кабельных линий КЛ от двух различных трансформаторных подстанций ТП для обеспечения большей надежности в электроснабжении

Внутренняя электропроводка выполняется алюминиевым (реже медным) изолированным проводом, как правило, скрытой (под штукатуркой, в трубах и т. д.) и открытой на роликах.

Для защиты внутренней электропроводки и сетей от токов КЗ служат плавкие предохранители- Это простейшие аппараты токовой защиты, действие которых основано на перегорании плавкой вставки. Предохранитель включают последовательно в.фазу защищаемой цепи.

Электроснабжение зданий и сооружений осуществляется, как правило, по сетям напряжением до I кВ. Исключение составляют крупные уникальные сооружения со встроенным ТП, к которым подводятся линии б—10 кВ.

Распределение электрической энергии осуществляется по сетям, имеющим различные схемы. Построение схемы зависит от ряда факторов, основными из которых являются: напряжение сети, уровня электрических нагрузок, требования к надежности электроснабжения, экономичность, простота и удобство обслуживания, i конструктивные и планировочные особенности здания.

Кроме того, схема электроснабжения должна обеспечивать применение индустриальных методов монтажа. Необходимость рационального построения схемы распределения энергии помимо вышеуказанного определяется еще высоким удельным весом капитальных вложений на строительство внутренних сетей.

Напряжение сети, как правило, принимается равным 380/220 В при глухом заземлении нейтрали трансформаторов на питающей подстанции (ТП), Это напряжение является наиболее экономичным для жилых и общественных зданий.

Простота и удобство обслуживания. Помимо экономичности: должно уделяться достаточное внимание удобствам эксплуатации, наглядности схемы и ее простоте. Иногда эти требования превалируют над требованиями экономичности. Отсюда вытекает необходимость удобного расположения вводно-распределительного| устройства (ВРУ) здания, обеспечивающего наиболее простой вяод питающих линий и прокладку распределительной сети, а также безопасность обслуживания. Схема сети должна строиться таким] образом, чтобы поврежденный участок сети легко обнаруживался и заменялся и чтобы при этом отключалось по возможности небольшое количество потребителей.

Конструктивные особенности здания оказывают известное влияние на построение схемы. В тех случаях, например, когда в жилое здание встраиваются различные предприятия или учреждения, схема сети усложняется в связи с необходимостью комплексного питания потребителей собственно здания и встроенных помещений. При этом схема должна отвечать требованиям надежности электроснабжения всех потребителей. При построении схемы внутренних сетей очень важно учитывать решения строительных конструкций зданий для экономичного и индустриального осуществления электромонтажных работ.

Таким образом, рационально построенная схема электрической сети является синтезом комплекса факторов, определяющих ее параметры. Оценка и выбор схемы могут производиться только по совокупности всех показателей применительно к конкретным условиям сооружаемой электроустановки.

Схемы наружных(внутриквартальных)питающих линий

Схемы внутриквартальных наружных сетей до 1 кВ имеют важное значение для правильного построения схем внутренних сетей жилых зданий, поскольку выбор схемы в значительной степени зависит от взаимосвязи между всеми элементами сети, включая местоположение трансформаторной подстанции, длину и сечение наружных питающих линий.

Питание жилых домов высотой до 5 этажей включительно . Для питания таких зданий при отсутствии в квартирах электроплит применяются магистральные петлевые схемы с резервной перемычкой или без нее. Резервная перемычка подключается при выходе из строя любой из питающих линий. которые должны рассчитываться на прохождение по ним тока аварийного режима и по допустимым потерям напряжения.

При этом необходимо учитывать, что в аварийном режиме в течение не более 5 суток во время максимума, но не более 6 ч ежесуточно нормами разрешается перегрузка кабелей с бумажной изоляцией на 20%, с полиэтиленовой — на 10% и поливинилхлоридной — на 15% длительно допустимой по ПУЭ. Перегрузка допускается при условии, что В нормальном режиме загрузка кабелей не превышает номинальной для кабелей с пластмассовой изоляцией и 80% номинальной для кабелей с бумажной изоляцией (в земле).

В послеаварийном режиме допускаются также повышенные потери напряжения — до 10%. Если учесть, что указанные жилые дома относятся к III категории надежности, то устройство резервной перемычки не является обязательным. Однако в крупных городах со сложными условиями разрытия даже при хорошей постановке ремонтной службы устранение аварии в течение суток бывает затруднительным. Поэтому прокладку резервной перемычки длиной обычно не более 70-80 м в этих условиях следует считать целесообразной.

В небольших городах и поселках, где широко применяются воздушные линии, резервирования не требуется, так как неисправность может быть обнаружена и устранена достаточно быстро.

Питание жилых домов высотой 9-16 этажей . Для питания электроприемников таких домов применяются как радиальная, так и магистральная схемы с переключателями на вводах.

При этом обычно одна из питающих линий используется для присоединения электроприемников квартир и общего освещения общедомовых помещений (подвал, лестничные клетки, вестибюли, холлы, чердаки, наружное освещение и т. д.); другая питающая линия предназначена для подключения лифтов, противопожарных устройств эвакуационного и аварийного освещения, элементов диспетчеризации и кодовых замков на дверях подъездов.

При выходе из строя одной из питающих линий все электроприемники дома подключаются к линии, оставшейся в работе, которая рассчитана с учетом допустимых перегрузок при аварийном режиме. Перебои в питании потребителей при указанной схеме продолжаются обычно не более 1 ч, т. е. времени, необходимого для вызова электромонтера ДЭЗ, который и осуществляет нужные переключения на ВРУ. Схема может быть использована и для домов высотой до 5 этажей, оборудованных квартирными электроплитами.

Для питания зданий высотой 9-16 этажей с электроплитами, а также многосекционных домов с большим числом квартир с газовыми плитами приходится применять три или более питающие линии (вводы).

При питании зданий по схемам, следует учитывать важную особенность сетей, построенных по так называемой двухлучевой схеме с АВР на стороне 0,4 кВ ТП. Применяемые для АВР контакторные станции серии ПЭВ оборудованы контакторами, рассчитанными на ток 1000 А (имеется также большое количество ТП, оборудованных контакторами на ток 630 А). При аварийных переключениях питающих линий нельзя допускать перегрузки контакторов, что может привести к выходу из строя подстанции и лишить электроэнергии присоединенные здания.

Возможна также установка АВР на стороне высшего напряжения, поскольку выход из строя трансформаторов — явление крайне редкое.

Питание жилых домов высотой 17 этажей и более. При построении схемы питания жилых домов 17-25 этажей и более необходимо учитывать, что лифты, эвакуационное и аварийное освещение, огни светового ограждения, противопожарные установки являются электроприемниками 1 категории по надежности электроснабжения. Для таких зданий применяются радиальные схемы с АВР на вводах, к силовым вводам присоединяются и противопожарные устройства, огни светового ограждения, эвакуационное и аварийное освещение.

В этих зданиях, как правило, нагрузки на вводах неодинаковы.

Это приводит к тому, что силовой ввод выбирается по аварийному режиму. Целесообразно часть нагрузок квартир присоединять к силовому вводу (если при этом размах напряжения от включения силовых электроприемников не превышает допустимый по ГОСТам). Для учета расхода электроэнергии при различных тарифах на силовое оборудование и освещение необходимо устанавливать отдельные счетчики на силовую нагрузку и аварийное и эвакуационное освещение.

Схемы групповой квартирной сети

Завершающим звеном электрической сети жилого дома является групповая квартирная сеть, необходимая для обеспечения питания осветительных и бытовых электроприемников. Для непосредственного назначения и определения пропускной способности групповых линий существуют специальные таблицы. Данные таблицы составляются согласно электрическим нагрузкам, наличию переносных и стационарных электроприемников и удобству эксплуатации.

С целью обезопасить от повреждений групповые линии выполняются однофазными. В случае значительного увеличения нагрузок возможно устройство трехфазных четырехпроводных вводов в квартиры. В этом случае принимаются дополнительные меры по обеспечению электробезопасности, такие как более надежная изоляция проводников и приборов и устройство автоматического защитного отключения. В случае трехфазных вводов лучшим вариантом будет установка однофазных групповых линий общего освещения и штепсельной сети внутри квартир. Для питания электрических плит, электроводонагревателей и т. п. — трехфазных. Общее освещение рекомендуется выделять на отдельную групповую линию.

Для экономии проводов нормы рекомендуется смешанное питание общего освещения и штепсельных розеток. Устройство дополнительной групповой линии для питания штепсельных розеток на ток до 16 А допускается в квартирах с тремя и более комнатами.

Существуют определенные нормы определяющие число штепсельных розеток, устанавливаемых в квартирах:

· в жилых комнатах квартир и общежитий устанавливается одна розетка на каждые полные и неполные 6 м2 площади комнаты;

· в кухнях квартир площадью до 8 м2 — три штепсель розетки на ток 6 А, а 8 м2 и более — четыре для подключения холодильника, бытового прибора, надплитного фильтра, динамика трехпрограммного вещания, местного освещения;

· в коридорах квартир необходима одна розетка на каждые полные и неполные 10 м2 площади. В общей комнате квартир, оборудованных кондиционерами, — дополнительная розетка на ток 10 А для подключения кондиционера;

· одна штепсельная розетка с заземляющим контактом, на ток 40 А для подключения электроплиты мощностью от 5,9 до 8 кВт. Следует иметь в виду, что розетки 25 и 40 А не предназначены для отключения электроплит под нагрузкой.

С целью по возможности избежать случаев применения жильцами различных удлинителей и разветвителей, создающих повышенную опасность поражения электрическим током увеличивают число штемпельных розеток по сравнению с действующими нормами.

Особенности электроснабжения общественных зданий

Построение схем электроснабжения и электрооборудования общественных зданий имеет ряд отличительных особенностей сравнению со схемами жилых зданий. Эти особенности определяются значительным удельным весом силовых электроприемников технологического и санитарно-технического оборудования, режимами его работы, специфическими требованиями к освещению которых помещений, а также возможностью встраивания трансформаторных подстанций в некоторые из этих зданий.

Необходимо подчеркнуть, что наряду с отличиями схемы электросетей общественных зданий должны отвечать общим требованиям, наиболее важные из которых изложены выше. Ввиду большого разнообразия общественных зданий рассмотрим xapaктерные особенности построения схем электросетей некоторых распространенных общественных зданий массового строительства. электроснабжение трансформатор замыкание

Установленные и потребляемые мощности электроустановок общественных зданий достигают сотен и даже тысяч киловольтампер. Экономическими расчетами определено, что при потребляемой мощности более 400 кВА целесообразно применять встроенные подстанции, в том числе комплектные (КТП). При этом обеспечивается экономия цветных металлов, исключается прокладка внешних кабельных линий до 1 кВ, нет необходимости в устройстве отдельных ВРУ в здании, поскольку имеет возможность его совмещения с РУ 0,4 кВ подстанции и т. д. (В этом случае РУ называют абонентским, и оно обслуживается персоналом абонента.)

Выбор мощности и количества трансформаторов и трансформаторных подстанций определяется уровнями электрических нагрузок и технико-экономическими расчетами. Подстанции, как правило, бывают двухтрансформаторные, но в относительно небольших зданиях II и III категорий по надежности электроснабжения возможна установка однотрансформаторных подстанций.

Размеры трансформаторных помещений и помещений РУ, проходы, расстояния до токоведущих частей, конструкции полов, перекрытий, требования к отоплению и вентиляции должны соответствовать нормам, установленным разделом 4 ПУЭ. В целях обеспечения надежной работы аппаратов защиты рекомендуется принимать к установке силовые трансформаторы мощностью до 250 кВА со схемой соединения обмоток зигзаг — зигзаг, мощностью 400-1000 кВА — треугольник — звезда с нулем.

При установке в зданиях КТП необходимо учитывать дефицитность распределительных шкафов с автоматическими выключателями, поставляемых заводами. Для упрощения и удешевления КТП целесообразно ограничить число линейных автоматических выключателей, устанавливая эти автоматические выключатели на относительно большие точки 200, 400, 600 А и более. Пропускная способность таких автоматических выключателей часто превышает расчетную мощность отходящих питающих линий силовых и осветительных сетей. Чтобы использовать полностью линейные автоматические выключатели КТП, применяют схемы питания с установкой промежуточных распределительных пунктов, состоящих из панелей ЩО, щитов ПР, щитов станций управления ЩСУ и других с автоматическими выключателями на токе, близкими к расчетным токам питающих линий. Такие устройства принято называть щитами-размножителями.

Следует иметь в виду, что в общественных зданиях широко распространено люминесцентное освещение, при котором ток в нулевом проводе может достигать значений, близких к номинальному току трансформатора за счет высших гармонических составляющих. Поскольку для трансформаторов, имеющих схему соединения звезда — звезда с нулем допускается ток в нейтрали трансформатора не более 25% номинального, необходимо установить силовые трансформаторы с соединением треугольник — звезда. В этом случае допускается ток в нейтрали до 75% номинального.

Схемы вводно распределительных устройств

В современных жилых зданиях вводы внешних сетей и коммутационно-защитная аппаратура внутренних распределительных сетей объединяются в единое комплексное ВРУ, которое является и главным распределительным шитом. Как уже упоминалось, схемы вводов зависят от принятых схем наружных сетей.

Следует иметь в виду, что в домах высотой до 16 этажей включительно, в которых применяются противопожарные устройства, в частности системы дымозашиты. питание этих устройств должно осуществляться от специальной панели ВРУ с АВР, причем питающие линии к этой панели должны подключаться к вводам в здания до переключателей, что повышает надежность их электроснабжения. На вводе питающей линии в здание устанавливаются аппараты защиты и управления. При вводе на ток более 25 А аппарат управления может не устанавливаться. При ответвлениях к зданиям от воздушных линий, защищенных в точке ответвления аппаратом защиты на ток не более 25 А, вводные устройства могут не применяться.

На вводах, как правило, после аппаратов управления устанавливают предохранители с токоограничивающим действием с целью ограничения токов КЗ.

При определенных условиях, особенно в крупных многоэтажных зданиях, экономически целесообразна установка не одного, а нескольких ВРУ. Их расположение наряду с архитектурно-планировочными и другими факторами определяется технико-экономическими расчетами. Как показывают исследования, ВРУ целесообразно размещать в секциях дома, ближайших к трансформаторной подстанции.

Однако максимальная нагрузка на каждом вводе в здание не должна превышать 400 А, а в исключительных случаях — 600 А во избежание необходимости прокладки пучка параллельных кабелей и установки на вводах громоздких аппаратов.

К распределительной части ВРУ присоединяются питающие линии квартир, силовых потребителей, питающие и групповые линии рабочего, эвакуационного и аварийного освещения обще-домовых помещений, противопожарных устройств, огней светового ограждения, элементов диспетчеризации, кодовых замков и переговорных устройств, освещения и силовых потребителей, встроенных и пристроенных общественных помещений.

На каждой отходящей от ВРУ линии устанавливаются аппараты защиты (автоматические выключатели или предохранители). Аппарат управления может быть один на несколько линий одного назначения.

Измерение и учет электроэнергии, расходуемой общедомовыми потребителями, производятся трехфазными счетчиками прямого включения или с трансформаторами тока. Счетчики устанавливаются на ответвлениях и присоединяются к соответствующим секциям шин. Приборы для контроля токовых нагрузок, как правило, в жилых зданиях стационарно не устанавливаются- Однако в крупных зданиях, особенно оборудованных электроплитами, установку амперметров на каждом вводе следует считать целесообразной.

Для подавления помех радиоприему непосредственно на вводах устанавливаются помехозащитные конденсаторы типа КЗ-0,5 емкостью 0,5 мкФ на каждую фазу. Конденсаторы снабжены встроенными предохранителями, соединяются в звезду и заземляются

Потребление электроэнергии не остается постоянным, а изменяется в зависимости от характера производства, вида и типа электроприемников, времени года, часов суток. Следовательно, изменяется и режим работы электростанций и трансформаторных подстанций.

Изменение нагрузок характеризуется графиками, показывающими изменение потребляемой мощности в зависимости от времени суток. Форма суточного графика нагрузки и его характеристика (заполнение), а также максимум нагрузки потребителей городского типа изменяются в широких пределах. Поэтому для исследований строятся усредненные из ряда графиков по средним получасовым нагрузкам. С помощью этих графиков можно анализировать работу электростанций, подстанций, элементов сети или групп потребителей за определенное время, выбрать необходимый режим работы агрегатов, степень использования оборудования и возможность более целесообразного распределения нагрузок между источниками питания.

Для электрических сетей городов характерны летний и зимний суточные графики нагрузок.

Оба графика имеют два ярко выраженных максимума в утренние и вечерние часы, причем вечерний максимум нагрузки выше утреннего. Летний график нагрузки отличается от зимнего тем, что нагрузки летнего периода ниже зимних и вечерний максимум летом наступает позднее. Имея суточные графики для зимы и лета, можно построить годовой график нагрузки станции (энергосистемы). Такой график называется графиком по продолжительности.

На основании суточных графиков нагрузки определяют мощность электростанции или подстанции и необходимость включения отдельных агрегатов. Графики по продолжительности используют для составления балансов расхода электроэнергии, определения расхода топлива и т. п.

Графики нагрузок жилых зданий также имеют ярко выраженные максимумы в утренние и вечерние часы и различаются в зависимости от времени года. Однако в южных районах страны, где в перспективе будут широко применяться бытовые кондиционеры, нагрузки летнего периода могут оказаться значительно выше. Это же относится и к некоторым магазинам, у которых в результате работы холодильного оборудования и кондиционеров летний максимум может превышать зимний.

Для элементов сетей, питающих квартиры с газовыми плитами, усредненные графики строятся для всех дней недели, включая и выходные дни, так как большого различия в графиках нагрузки по дням недели в этих сетях нет. Для элементов сетей, питающих квартиры с электрическими плитами, строятся усредненные графики отдельно для рабочих и выходных дней. Характерной особенностью графиков нагрузки выходного дня является наличие утреннего, дневного и вечернего максимумов, причем утренний максимум практически равен вечернему.

Средние получасовые нагрузки определяют по показаниям счетчика делением электроэнергии, потребляемой за 30 мин на промежуток времени. Для построения усредненного графика суммируют средние нагрузки, зафиксированные в один и тот же интервал времени, например, 14 ч 00 мин — 14 ч 30 мин, 14 ч 30 мин — 15 ч 00 мин и т. д. за все дни недели, а затем полученное значение делят на 7. Как видно из графика на рис. 142, в домах с газовыми плитами зимний максимум нагрузки наступает примерно в 20 и продолжается до 21 ч.

В сетях, питающих квартиры с электрическими плитами, в рабочие дни недели вечерний максимум нагрузки совпадает по времени с максимумом нагрузки домов с газовыми плитами. Утренний максимум начинается с 6 и продолжается до 11 ч. Значение утреннего максимума лежит в пределах 55—60% вечернего максимума, дневная нагрузка составляет примерно 50, а ночная не превышает 20%. В субботние и воскресные дни кроме вечернего максимума имеет место утренний максимум, примерно равный вечернему, н дневной максимум нагрузки с 13 до 17 ч — примерно 80% вечернего максимума.

Приведенные данные характерны для крупных городов. В небольших городах и поселках, а также в общежитиях, где существенную роль играет сменная работа трудящихся, графики нагрузки могут отличаться от рассмотренных выше.

В жилых домах необходимо считаться с неравномерным распределением нагрузки по фазам, особенно в домах с электроплитами. Графики нагрузок общественных зданий разнообразны и имеют характерные особенности, зависящие от режимов работы и характеристик электроприемников этих зданий.

Общие требования и условия работы силовых трансформаторов

Данная тема является чрезвычайно актуальной, так как в системах электроснабжения промышленных предприятий главные понизительные и цеховые подстанции используют для преобразования и распределения электроэнергии, получаемой обычно от энергосистем. На всех подстанциях для изменения напряжения переменного тока служат силовые трансформаторы различного конструктивного исполнения, выпускаемые в широком диапазоне номинальных мощностей и напряжений.

Выбор трансформаторов заключается в определении их требуемого числа, типа, номинальных напряжений и мощности, а также группы и схемы соединения обмоток.

Цеховые трансформаторные подстанции (ТП) в настоящее время часто выполняются комплектными (КТП), и во всех случаях, когда этому не препятствуют условия окружающей среды и обслуживания, устанавливаются открыто.

Правильное определение числа и мощности цеховых трансформаторов возможно только с учетом следующих факторов: категории надежности электроснабжения потребителей; компенсации реактивных нагрузок на напряжении до 1 кВ; перегрузочной способности трансформаторов в нормальном и аварийном режимах; шага стандартных мощностей; экономичных режимов работы трансформаторов в зависимости от графика.

Силовые трансформаторы являются основой системы электроснабжения крупных предприятий, имеющих в своем составе главные понижающие подстанции — ГПП (5УР), в средних предприятиях, имеющих распределительные подстанции — РП на 6;10 кВ (4УР) с разветвленными высоковольтными сетями и несколькими трансформаторными подстанциями ТП на 6;10 кВ(3УР). Производственная деятельность малых предприятий, как правило, имеющих в своем составе одну — две ТП на 6;10/0,4КВ, во многом зависит от надежной работы силовых трансформаторов [щитов и шкафов, распределительных пунктов РП на 0,4кВ (2УР)]. В реальных условиях каждый из шести уровней системы электроснабжения может быть границей раздела предприятие — энергосистема, решения по которой юридически согласовываются между энергоснабжающими организациями и потребителем (абонентом) [1, с. 10].

Выбор трансформаторов заключается в определении их требуемого числа, типа, номинальных напряжений и мощности, а также группы и схемы соединения обмоток.

Цеховые трансформаторные подстанции (ТП) в настоящее время часто выполняются комплектными (КТП), и во всех случаях, когда этому не препятствуют условия окружающей среды и обслуживания, устанавливаются открыто.

Правильное определение числа и мощности цеховых трансформаторов возможно только с учетом следующих факторов: категории надежности электроснабжения потребителей; компенсации реактивных нагрузок на напряжении до 1 кВ; перегрузочной способности трансформаторов в нормальном и аварийном режимах; шага стандартных мощностей; экономичных режимов работы трансформаторов в зависимости от графика.

Короткие замыкания в системах электроснабжения

Виды короткого замыкания, причины их возникновенияи последствия. Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или с землей, при котором точки в ветвях электроустановки резко возрастают, превышая больший допустимый ток продолжительного режима.

В системе трехфазного переменного тока могут быть замыкания между тремя фазами — трехфазные КЗ, между двумя фазами) — двухфазные КЗ. Если нейтраль электроэнергетической системы соединена с землей, то возможны однофазные КЗ, они составляют 60—92% общего числа КЗ, реже встречаются трехфазные.

Возможно двойное замыкание на землю в различных, но электрически связанных частях электроустановки.

Как правило, трехфазные КЗ вызывают в поврежденной цепи, наибольшие токи, поэтому при выборе аппаратуры обычно за расчетный ток КЗ принимают ток трехфазного КЗ.

Причинами КЗ могут быть механические повреждения изоляции — проколы и разрушение кабеля при земляных работах, поломка фарфоровых изоляторов, падение опор ВЛ, старение (т.е. износ) изоляции, различные набросы на провода ВЛ, перекрытие фаз животными и птицами, перекрытие между фазами вследствие атмосферных перенапряжений.

Короткое замыкание может возникнуть при неправильных оперативных переключениях, например при отключении нагруженной линии разъединителем, когда возникающая дуга перекрывает изоляцию между фазами.

Некоторые КЗ являются устойчивыми, условия возникновения их сохраняются во время бестоковой паузы коммутационного аппарата’, т. е. после снятия напряжения с электроустановки. К ним относятся КЗ вследствие механических повреждений, старения или увлажнения изоляции. Условия возникновения неустойчивых КЗ самоликвидируются во время бестоковой паузы коммутационного аппарата. Так, перекрытие гирлянды изоляторов ВЛ вследствие атмосферного перенапряжения прекращается после снятия напряжения с линии.

Последствия коротких замыканий — резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы. Дуга, возникшая в месте КЗ, приводит к частичному или полному разрушению аппаратов, машин и других устройств. Увеличение тока в ветвях электроустановки, примыкающей к месту КЗ, приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы, на обмотки электрических машин. Прохождение больших токов вызывает повышенный нагрев токоведущих частей и изоляции, что может привести к пожару в распределительных устройствах, в кабельных сетях и других элементах электроснабжения и будет причиной дальнейшего развития аварии.

Снижение напряжения приводит к нарушению нормальной работы механизмов, при напряжении ниже 70% номинального напряжение двигатели затормаживаются, работа механизмов прекращается.

Для уменьшения последствий КЗ необходимо как можно быстрее отключить поврежденный участок, что достигается применением быстродействующих выключателей и релейной зашиты с минимальной выдержкой времени. Все электрические аппараты и токоведущие части электроустановок должны быть выбраны таким образом, чтобы исключалось их разрушение при прохождении по ним наибольших возможных токов КЗ, в связи с чем возникает необходимость расчета этих величин.

Релейная защита в системах электроснабжения городови предприятий

В различных электрических сетях возможно возникновение повреждений, нарушающих нормальную работу ЗУ. Наиболее распространенными и опасными видами повреждений (аварийны’ режимов) являются короткие замыкания (КЗ); к аномальным режимам относятся перегрузки (скачки напряжения, тока). Все это может привести к аварии всей СЭС или ее части, сопровождающейся определенным недоотпуском электроэнергии или разрушением основного электрооборудования. Предотвратить возникновение аварий можно путем быстрого отключения повреждение элемента или участка сети. Для этой цели ЭУ снабжают автомат» чески действующими устройствами — релейной защитой (РЗ), являющейся одним из видов противоаварийной автоматики. РЗ может быть предназначена для сигнализации о нарушении в сетях. Само название «релейная защита» связано с наличием в ней электрических аппаратов, называемых реле. Реле представляет собой аппарат автоматического действия, включающий и отключающий электрические цепи защиты и управления под действием различного рода импульсов (электрических, тепловых, световых, механических) в зависимости от заданных параметров контролируемой величины, времени и др.

При повреждениях в цепи (коротких замыканиях, в результате ошибочных действий персонала, при глубоких понижениях напряжения и т. п.) РЗ выявляет поврежденный участок и отключает его, воздействуя на коммутационные аппараты. При анормальных режимах (недлительные перегрузки, замыкание одной фазы на землю в сетях с изолированной нейтралью, ухудшение состояния трансформаторного масла в результате внутренних повреждений в трансформаторе, понижения уровня масла в расширителе трансформатора и т. п.) РЗ действует на сигнал, предупреждающий постоянный обслуживающий персонал подстанции о неисправностях в режиме работы электрооборудования. На подстанциях без постоянного обслуживающего персонала те же защиты действуют на отключение, но обязательно с выдержкой времени.

Основными требованиями к РЗ являются:

быстродействие, селективность, чувствительность и надежность.

Быстродействие — чем быстрее произойдут обнаружение и отключение поврежденного участка, тем меньше разрушительное действие аварийного тока на электрооборудование, тем легче сохранить нормальную работу потребителей неповрежденной части ЭУ. Поэтому электрические сети должны оснащаться быстродействующими РЗ. Современные устройства быстродействующей РЗ имеют время срабатывания 0,02—0,1 с. Самые распространенные выключатели высокого напряжения имеют время действия 0,15—0,06 с.

Быстродействие РЗ снижает ущерб при КЗ электрической сети, так как уменьшаются размеры разрушения поврежденного участка, повышается эффективность работы автоматики.

Селективностью, или избирательностью, называется способность автоматики отключать при КЗ только поврежденный участок или ближайший к нему, оставляя в работе потребителей, подключенных к неповрежденному участку. Селективное действие РЗ аналогично селективному действию предохранителей, чем обеспечивается надежное электроснабжение потребителей. Иногда одновременное требование селективности быстродействия прими:) к усложнению РЗ. В этом случае следует в первую очередь обеспечивать выполнение того требования, которое в данных условиях является определяющим.

Чувствительностью РЗ является ее способность реагировать самые Малые изменения контролируемого параметра (как правило, тока КЗ и перегрузки) и анормальные режимы работы ЭУ характеризует устойчивое срабатывание РЗ при КЗ в защищаемой зоне.

Надежность работы РЗ заключается в ее правильном и безотказном действии во всех предусмотренных по ее назначению случаях. Надежность обеспечивается применением высококачественных реле, простых и совершенных схем РЗ, тщательным им выполнением монтажных работ, должной культурной эксплуатации защитных устройств.

В устройствах РЗ применяют различные реле, отличающиеся по принципу действия: электрические, механические, тепловые, полупроводниковые.

Электрические реле реагируют на электрические величины: ток, напряжение, мощность, частоту, сопротивление, угол сдвига между двумя точками и двумя напряжениями.

Механические реле реагируют на неэлектрические величины: давление, уровень жидкости и т. п

Тепловые реле реагируют на количество выделенного тепла или изменение температуры.

Полупроводниковые реле— современный тип конструкции позволяющий повысить чувствительность и срок службы. | шить характеристики реле, выполнить их без контактов и движущихся частей, снизить потребляемую мощность.

Виды устройств автоматизации. Устройства автоматизации (АПВ, АВР, АЧР) осуществляют тематическое управление схемой электроснабжения города, предприятия в нормальном и аварийном режимах. Применение автоматизации позволяет обеспечить длительное, нормальное функционирование СЭС, в кратчайший срок ликвидировать аварию, обеспечить высокую надежность электроснабжения промышленных и городских потребителей и простоту схем, сократить расходы на обслуживание, обнаружить поврежденные участки с наименьшими затратами труда, повысить качество электроэнергии и ритмичность работы ЭУ. Благодаря устройствам автоматизации по возможным применение подстанций с упрощенными схемами коммутации.

По назначению электрические сети до 1 кВ жилых и общественных зданий делятся на питающие и распределительные (рис. 123).

Питающей сетью называют линии, идущие от трансформаторной подстанции до ВРУ и от ВРУ до силовых распределительных пунктов силовой сети и до групповых щитков в осветительной сети.

Распределительная сеть — это линии, идущие от распределительных пунктов в силовой сети до силовых электроприемников.

Групповой сетью называются линии, идущие от групповых щитков освещения до светильников в осветительной сети. Линии от этажных групповых щитков к электроприемникам квартир и домов тоже называют групповыми.

Попринципу построений схем . Сети разделятся на разомкнутые и замкнутые .

Замкнутая сеть состоит из разветвленных линий к электроприемникам или их группам и получает питание с одной стороны. Однако разомкнутая сеть обладает некоторыми недостатками, которые заключаются в что при аварии в любой точке сети питание всех потребителей за аварийным участком прекращается,

В разомкнутой сети поддержание необходимого уровня напряжения на зажимах электроприемников в различное время суток без специальных устройств затруднительно. По этим причинам, несмотря на свою простоту, разомкнутые сети не всегда являются оптимальными, что особенно сказывается при высоком уровне нагрузок и большом числе присоединенных эктроприемников.

Замкнутая сеть может иметь два и более источников питания, действующих одновременно. Преимущество замкнутой сети состоит в том, что при изменениях нагрузки в любой точки сети автоматически меняется токораспределение,которое всегда является оптимальным.

Таким образом, в замкнутой сети идет непрерывный процесс выравнивания напряжения на зажимах электроприемников, позволяющий улучшить качество электроэнергии в известных пределах без значительных затрат цветного металла. При разомкнутой сети обычно достигнуть огггимума при тех же затратах не удается. В замкнутой сети благодаря автоматическому перемещению точки токораздела достигается уменьшение влияния асимметрии нагрузок в различных фазах, что так же имеет немаловажное значение при случайном сочетании нагрузок. Следует отметить, что в замкнутой сети происходит некоторое снижение суммарного максимума нагрузок по сравнению с разомкнутой сетью.

Несмотря на указанные преимущества, замкнутые сети пока неполучили большого распространения, что в известно мере объясняется затруднениями в устройстве селективной защиты на базе выпускаемых аппаратов (автоматических выключателей и предохранителей) для сетей низкого напряжения. Кроме того, в подобных сетях возрастают токи КЗ, что может создать трудности выборе аппаратуры за рубежом. Замкнутые сети используются в крупных жилых комплексах со встроенными предприятиями обслуживания, магазинами и зрелищными предприятиями.

Сети могут вы подняться по радиальной, магистральной и смешанной схемам.

Порадиальной схеме от ВРУ отходят питающие линии без разветвлений к отдельным электроприемникам или отдельным распределительным пунктам (щитам), от которых в свою очередь питаются электроприемники.

В жилых домах к одной питающей горизонтальной линии может быть присоединены один или несколько стояков, от которых отходят ответвления к этажным щиткам. Однако надо иметь в виду,что при присоединении двух и более стояков к одной питающей линии в домах высотой: 6 этажей и более в точке ответвления следует устанавливать аппарат управления для ремонтных целей. Для наружных кабельных сетей, питающих многоэтажные здания, радиальная схема применяется широко, однако с взаимным резервированием питающих линий от ТП до ВРУ здания для обеспечения электропрнемников при выходе из строя одной из линий. При питании зданий с относительно небольшими нагрузками, например жилых домов высотой до 5 этажей включительно, небольших бытовых мастерских и магазинов, большей частью применяются магистральные схемы с питанием нескольких зданий одной линией. Магистральные схемы широко используются в воздушных сетях при питании мелких зданий в небольших городах и посёлках.

Магистральные схемы дешевле радиальных, но менее надежны.

Схемы питающих линий внутри зданий

Выбор количества питающих линий, отходящих от ВРУ, и числа стояков, присоединяемых к одной питающей линии, в многошинных зданиях является многовариантной задачей. При ее решении следует учитывать такие факторы, как расстояние до ТП, электрические нагрузки, количество и сечение линий, ограничение по допустимому нагреву и отключениям напряжения, конструкционное выполнение сетей и т.д.

Оптимальным является вариант, при котором получаются наименьшие расчетные затраты.

При числе квартир на этаже в секции дома не более четырех в зданиях до 16 этажей включительно целесообразно прокладывать один стояк. Число стояков, подключаемых к одной питающей линии, ПУЭ не ограничивается. Однако для удобства выполнения ремонтных работ в домах высотой более 5 этажей при двух и более стояках, присоединенных к одной питающей линии, стояки должны иметь отключающие аппараты. При подключении к одному стояку более 70—80 квартир, несмотря на экономичность одного стояка, исходя из условий повышения надежности рекомендуется прокладывать два стояка с подключением квартир через этаж, или по две квартиры на стояк на каждом этаже, или больше половины (примерно 60—70%) квартир, начиная с первого этажа к одному стояку и оставшуюся часть ко второму.

Кроме питающих линий квартир, о которых говорилось выше, к внутридомовым питающим линиям относятся линии, питающие электродвигатели и прочее электрооборудование лифтов, различных насосов, вентиляторов и других электроприемников систем дымозащиты.

Питающие линии лифтов должны прокладываться непосредственно от ВРУ, причем к одной линии можно подключать не более четырех лифтов, установленных в разных секциях. При наличии в каждой секции двух лифтов их присоединяют к разным питающим линиям, но при этом число лифтов, присоединяемых к каждой питающей линии, не ограничивается.

Рабочее эвакуационное и аварийное освещение лестничных клеток и коридоров, как правило, автоматизируется, и управление осуществляется с ВРУ или объединенного диспетчерского пульта (ОДС). Поэтому групповые линии этих видов освещения целесообразно присоединять непосредственно к ВРУ, где сосредоточена вся аппаратура защиты и управления. К ВРУ также присоединяются групповые линии штепсельных розеток для подключения уборочных механизмов.

Встроенные в жилые дома предприятия и учреждения получают питание либо от ТП, либо от ВРУ дома. Проектирование электрооборудования для этих предприятий и учреждений осуществляется, как и для отдельных зданий аналогичного назначения.

Типовые комплексные схемы распределения электроэнергии в жилых зданиях

Рассмотрим одну из типовых комплексных схем распределения электроэнергии в жилом 16-этажном доме.