9186

21

фазе от напряжения. Потребителями реактивной мощности также являются электроустановки, работа которых сопровождается искажением синусоидаль-

ной кривой тока или напряжения. Потребление реактивной мощности характе-

ризуется коэффициентом мощности cos φ, представляющим собой отношение активной мощности Р к полной мощности S. Удобным показателем является коэффициент реактивной мощности tg φ, выражающий отношение реактивной мощности Q к активной Р, т. е. он показывает, какая реактивная мощность по-

требляется на единицу активной мощности.

Установки с опережающим током являются источниками реактивной мощности. Их применяют для компенсации реактивной нагрузки с индуктив-

ным характером цепи.

Таким образом, нагрузка в электрической сети представляется активными и реактивными нагрузками.

Появление в распределительной сети электрической нагрузки вызывает нагрев токоведущих частей – проводов, кабелей, коммутационных аппаратов,

обмоток электродвигателей и трансформаторов. Чрезмерный их нагрев может привести к преждевременному старению изоляции и ее износу. В связи с этим температура токоведущих частей не должна превышать допустимых значений.

Сечение проводов и кабелей, коммутационных аппаратов должно выбираться по допустимому току нагрузки. Для определения допустимого (расчетного) то-

ка нагрузки должна быть определена расчетная мощность нагрузки.

За расчетную нагрузку при проектировании и эксплуатации СЭС прини-

мается такая неизменная во времени нагрузка, которая вызывает максимальный нагрев токоведущих и соседних с ними частей, характеризующийся устано-

вившейся температурой. Нагрев не должен превышать допустимого значения.

Обычно установившееся тепловое состояние для большинства проводов и ка-

белей наступает за 30 минут (около трех постоянных времени нагрева – 3Т, т. е.

постоянная времени нагрева Т = 10 мин). В установках с номинальным током нагрузки более 1000 А установившаяся температура достигается за время не менее 60 мин.

22

2.2 Расчет электрических нагрузок

Для проектирования систем электроснабжения инженерного оборудова-

ния необходимо знание электрических нагрузок. Расчет электрической нагруз-

ки производится с использованием нескольких методов.

При расчете электрических нагрузок составляется схема электроснабже-

ния с учетом, что электроснабжение осуществляется от трансформаторных подстанций и может содержать несколько узлов нагрузки с напряжениями раз-

личных классов от 0,4 до 110 кВ. Такими узлами нагрузки являются выводы электроприемника, шины распределительных пунктов (щитов, шкафов и т. п. -

ПР), шины трансформаторной подстанции, питающая линия.

Расчетная нагрузка, создаваемая одним электроприемником, необходима для выбора сечения провода или жил кабеля, отходящего от ПР к данному при-

емнику, и коммутационно-защитного аппарата, при помощи которого происхо-

дит присоединение приемника к ПР.

Расчетная нагрузка, создаваемая группой электроприемников, необходи-

ма для выбора сечения провода или кабеля радиальной линии, питающей дан-

ную группу электроприемников, и аппарата, присоединяющего группу элек-

троприемников к распределительному щиту (РЩ), распределительному устрой-

ству низкого напряжения (РУНН) ТП.

Расчетная нагрузка на шинах ТП необходима для выбора числа и мощно-

сти трансформаторов подстанции, сечения и материала шин ТП и коммутаци-

онно-защитных аппаратов на стороне низкого напряжения трансформатора.

Расчетная нагрузка на стороне высшего напряжения определяется с уче-

том потерь в трансформаторе. Нагрузка необходима для выбора сечения линий и коммутационных аппаратов, с помощью которых осуществляется присоеди-

нение трансформатора ТП к сетям энергосистемы.

При выборе схемы электроснабжения предприятия и определении нагру-

зок необходимо учитывать постоянное совершенствование технологии произ-

водства и перспективный рост электрических нагрузок на ближайшие 10 лет.

23

2.2.1 Расчет электрической нагрузки в сетях 0,4 кВ

При проектировании СЭС применяют различные методы определения расчетных нагрузок, которые, как считается, с достаточной достоверностью по-

зволяют выбрать мощности источников питания, сечения и материал проводов и кабелей линий распределительных сетей, коммутационно-защитную аппара-

туру.

Широко пользуются методами: коэффициента спроса, коэффициента

максимума, удельных нагрузок.

Расчет нагрузки от одиночных электроприемников.

Расчет нагрузки от одиночных электроприемников выполняется для вы-

бора сечения проводников и пуско-защитных аппаратов к ним. Номинальная мощность электроприемников задается в кВт с указанием коэффициента мощ-

ности (асинхронные электродвигатели) или в кВА (трансформаторы, выпрями-

тельные установки). Для электроприемников, предназначенных для работы в продолжительном режиме, номинальная мощность относится к ПВ = 1, для приемников, предназначенных для работы в повторно кратковременном режи-

ме – к заданной ПВ.

При расчете нагрузки определяется номинальный или расчетный ток

где Sном, Рном, Рпв – номинальная полная или активная мощность, указанная в паспорте электроприемника при номинальной ПВ; Uном – номинальное линей-

ное напряжение сети; cos φном – номинальное значение коэффициента мощно-

сти.

По номинальному или расчетному значению тока выбирают сечение про-

водников к электроприемнику, коммутационные и защитные аппараты.

24

Определение расчетной нагрузки по коэффициенту спроса и установлен-

ной мощности.

В энергоемких системах расчетная нагрузка может быть определена ме-

тодом коэффициента спроса и установленной мощности. За расчетную нагруз-

ку принимается средняя нагрузка за наиболее загруженную смену, в которой используется наибольшее количество агрегатов и потребляется наибольшее ко-

личество электроэнергии. Обычно наиболее загруженной сменой является дневная смена. Расчетная нагрузка для группы однородных по режиму работы приемников определяется следующими выражениями:

где Кс – коэффициент спроса характерной группы приемников, приводится в справочных материалах; Рном – номинальная мощность группы приемников

(установленная мощность). Коэффициент спроса учитывает одновременность работы электроприемников в группе и коэффициент их загрузки (Кс = К0Кз).

Метод коэффициента спроса может быть применен при определении групповой расчетной нагрузки при выборе оборудования распределительных щитов, потребительских трансформаторных подстанций и главной понизитель-

ной подстанции. При определении нагрузки ГПП суммируются нагрузки всех ТП, подключаемых к ней.

2.3. Определение пиковых нагрузок

Пиковой нагрузкой называется максимальная нагрузка одного или группы приемников, действующая кратковременно (от долей до нескольких секунд).

Такие нагрузки возникают при пусках и самозапусках электродвигателей, при

25

эксплуатационных коротких замыканиях, характерных для электросварки и ду-

говых электропечей. Пиковая нагрузка, как правило, характеризуется пиковым током. Для одиночного электродвигателя пиковым током будет является пуско-

вой ток

где Кп – кратность пускового тока.

Пиковый ток для групповой нагрузки может быть определен по одной из следующих формул

где Iм – расчетный ток группы приемников; Iном.н.б – номинальный ток электро-

двигателя наибольшей мощности; Рм, Qм – расчетные активная и реактивная мощности группы приемников; рн.нб, qн.нб – номинальная активная и реактивная мощность электродвигателя наибольшей мощности; Ки, Км – коэффициенты ис-

пользования и максимума, которые были применены при определении расчет-

ной нагрузки; iп.нб – пусковой ток электродвигателя наибольшей мощности.

3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ

3.1 Классификация электрических линий и сетей

Электрическая энергия на строительные площадки передается из энерго-

системы по линиям электропередач. Линией электропередачи (ЛЭП) называет-

ся сооружение из проводов или кабелей и вспомогательных устройств (опор)

для передачи электрической энергии от электростанций к потребителям. Таким образом, линии электропередачи могут быть воздушными (проводными) и ка-

бельными.

Совокупность электроустановок для передачи и распределения электро-

26

энергии на определенной территории, состоящая из подстанций, ЛЭП и распре-

делительных устройств называется электрической сетью.

Питающей сетью называют электрическую сеть (линию), подводящую электроэнергию к распределительным пунктам или подстанциям.

Распределительной сетью называют электрическую сеть, подводящую электрическую энергию от источника питания к потребительским ТП или элек-

троприемникам .

Для обеспечения электроэнергией объектов строительства служит сово-

купность устройств, предназначенных для производства, передачи и распреде-

ления электроэнергии, представляющих собой систему электроснабжения

(СЭС). В системе электроснабжения можно выделить три составляющих, три подсистемы, каждая из которых может рассматриваться как самостоятельная система. Это система внешнего электроснабжения, внутреннего электроснаб-

жения и внутриобъектного электроснабжения.

В систему внешнего электроснабжения входят электростанции, подстан-

ции и линии электропередачи, находящиеся в ведении энергосистемы, вплоть до главной подстанции предприятия или районной подстанции региональной энергосистемы. В сетях системы внешнего электроснабжения применяются в основном напряжения 35, 110 кВ.

При выборе напряжения для внешнего электроснабжения района целесо-

образно использовать, в первую очередь, напряжение ближайшего РП или ЛЭП энергетической системы. Если есть возможность выбора напряжения разного уровня, выбор напряжения следует производить на основании сравнения техни-

ко-экономической эффективности вариантов.

В систему внутреннего электроснабжения строительства крупного пред-

приятия входят электростанции, подстанции и линии электропередачи, потре-

бительские трансформаторные подстанции. В сетях системы внутреннего элек-

троснабжения применяются напряжения 6-20 кВ, в основном, напряжение 10

кВ, обеспечивающее минимальные потери в сети по сравнению с напряжением

6 кВ. Напряжение 20 кВ является мало употребляемым.

27

В систему внутриобъектного электроснабжения входят потребитель-

ские ТП и электрические сети от ТП до электроприемников напряжением до

1000 В.

В сетях напряжением до 1000 В следует выбирать напряжение 380/220 В.

Это напряжение обеспечивает применение в системах электропотребления электроприемников, рассчитанных на напряжение 380 В трехфазного тока и

220 В однофазного тока. Напряжение на шинах ТП составляет 0,4 кВ.

3.2 Конструкции электрических сетей

Воздушные линии.

Воздушная линия (ВЛ) представляет собой сооружение из металлических проводов, предназначенных для передачи электроэнергии на большие расстоя-

ния, укрепленных на опорах при помощи изоляторов и арматуры. Воздушные линии находятся на открытом воздухе.

Провода.

В воздушных линиях используют неизолированные (голые) провода из меди, алюминия и стали. По конструкции провода для воздушных линий вы-

пускаются, в основном, многопроволочными. Многопроволочные провода вы-

полняют из проволок одинакового сечения. Число проволок может быть 7, 12, 19 и 37, что обеспечивает наиболее плотное прилегание вокруг центральной проволоки.

Провода воздушных линий обозначаются буквами и идущими вслед за ними цифрами. Буквы обозначают материал провода, цифры – сечение провода.

Наибольшее применение находят многопроволочные алюминиевые (А) и

сталеалюминевые (АС) провода. Сталеалюминевые провода применяют для по-

вышения механической прочности. Сердечник провода выполняется из одной или нескольких свитых стальных оцинкованных проволок. Алюминиевые про-

волоки, расположенные вокруг сердечника одним-тремя повивами являются токоведущей частью провода. Сечение проводов выбирается по длительно до-

28

пустимому току и механической прочности с учетом гололеда и ветровой на-

грузки. По условиям уменьшения потерь на корону рекомендуется применять провода с наименьшим сечением: 110 кВ – 70 мм2, 220 кВ – 240 мм2. Сталеалю-

миниевые провода имеют разновидность АСУ – усиленный и ослабленный – АСО.

Медь обладает высокой электрической проводимостью, но ее применение ограничено по экономическим соображениям.

Однопроволочные стальные провода ПСТ4, ПСТ5 (цифры обозначают диаметр провода в мм).

Минимальные допустимые площади поперечного сечения проводов, при-

меняемых в линиях электропередач, составляют:

– алюминиевых – 50 мм2 (без пересечений с коммуникациями) и 70 мм2

(при пересечениях с коммуникациями);

– сталеалюминиевых – 25 мм2 (без пересечений с коммуникациями) и

35 мм2 (при пересечениях с коммуникациями).

Правила устройства электроустановок – ПУЭ запрещают применять про-

вода, площадь сечения которых меньше нормы, принятой с учетом механи-

ческой прочности. Нельзя применять стальные провода диаметром более 5 мм.

На воздушных линиях напряжением до 1 кВ следует применять алюми-

ниевые провода с минимальной площадью сечения 50 мм2.

Кабельные линии.

В местах, где затруднено сооружение воздушных линий, прокладываются кабельные линии. Наибольшее распространение кабели получили в распреде-

лительных сетях напряжением 6-10 и до 1 кВ.

Конструктивно трехжильный кабель состоит из токоведущих жил, выпол-

ненных в виде сегментов, свитых из отдельных проволок.

Кабели общего назначения изготавливают с бумажной изоляцией, пропи-

танной специальными составами, или с резиновой изоляцией. Кабели с резино-

вой изоляцией прокладывают в закрытых помещениях. Для сетей 380 В кабели имеют четвертую жилу. Кабели на напряжение 6 кВ сечением до 16 мм2 вместо

29

сегментных жил имеют круглые жилы.

Внутренние электрические сети и проводки на напряжение до 1 кВ.

Назначение и классификация электрических сетей. Электрические сети низкого напряжения на объектах строительного производства служат для рас-

пределения электрической энергии к электроприемникам при напряжении до

1 кВ. Они делятся на внешние и внутренние. Наружные сети применяются для передачи электроэнергии в здания для электроснабжения силовой нагрузки и освещения, а также для ввода напряжения на РП в производственном здании от воздушной линии. Передача электроэнергии к производственным электро-

приемникам, в основном, осуществляется по внутренним электрическим сетям от ТП и распределительных устройств внутри зданий.

Электрические сети напряжением до 1 кВ различаются по виду применяе-

мых проводников, способам их изоляции и конструктивному выполнению. По конструкции проводников сети делят на сети, выполненные проводами и ка-

белями. Сети, выполненные изолированными проводами и кабелями, сечением до 16 мм2, называются электропроводками. Они прокладываются открыто и скрыто внутри зданий и по конструкциям как внутри, так и снаружи зданий.

Внутренние электрические сети выполняют:

– изолированными проводами и кабелями, проложенными открыто на специальных конструкциях или непосредственно по поверхности стен, потол-

ков, по элементам строительных конструкций;

–изолированными проводами и кабелями, проложенными скрыто внутри конструктивных элементов зданий и сооружений (в стенах, полах, подготовке пола, перекрытиях);

–шинопроводами.

Изолированные провода и кабели во внутренних электрических сетях.

Внутри производственных, административных, жилых и бытовых зданий для электропроводок применяются изолированные провода и кабели. Изолиро-

ванные провода имеют медные или алюминиевые жилы. В качестве электриче-

ской изоляции жил проводов применяют резину или пластмассу. Для защиты от

30

механических повреждений, действий света и влаги провода покрывают обо-

лочкой из резины, пластмассы или металлических лент. Провода, имеющие за-

щитную оболочку, называют защищенными, не имеющие оболочки – не защи-

щенными. Провода могут иметь защитный покров из хлопчатобумажной пря-

жи, пропитанной противогнилостным составом, этот покров не является за-

щитной оболочки.

Провода и кабели различают по числу и сечению жил, номинальному на-

пряжению. Количество жил – от одной до четырех (для контрольных кабелей – от 4 до 37). Наиболее широкое применение получили провода и кабели с алю-

миниевой жилой.

Провода с резиновой изоляцией:

–пропитанной противогнилостным средством (АПР);

–в поливинилхлоридной оболочке (АПРВ);

–пропитанной противогнилостным составом, в оплетке из хлопчатобу-

мажной ткани, для прокладки в стальных трубах (АПРТО);

–в оплетке из хлопчатобумажной ткани, покрытой лаком (ПРЛ);

–с нейритовой резиновой изоляцией, без оплетки, плоский (АПН);

–в негорючей резиновой оболочке (АПРН);

–в металлической фальцованной оболочке (АТПРФ).

Провода с поливинилхлоридной изоляцией:

– не плоские и плоские с разъединяющей перемычкой между жилами

(АПВ и АППВ).

Провода с пластмассовой изоляцией:

– с жилами в полихлоридной оболочке (АПУНП).

Шнуры с медными жилами и резиновой изоляцией:

–в непропитанной оплетке из хлопчатобумажной ткани (ПРД, ШР);

–с скрученными жилами, с заполнением, в общей оплетке (ШВРО).

Кабель с медными жилами и резиновой изоляцией:

– переносной, тяжелый (КРПТ).

Широкое распространение для внутренних электрических сетей нашли