Электроснабжение непромышленных зданий. Электроснабжение непромышленных объектов.Хохлянов В.С.2007г. Непромышленных объектов
 Скачать 3.89 Mb.
|
|
Р Л, (1.28) где n – количество кабелей, проложенных в траншее к объекту. Для потребителей второй категории, согласно ПУЭ, принимают к прокладке начальное количество кабелей равное 2. Для потребителей третьей категории, например, склады, n = 1; cosφ – коэффициент мощности по ранее сделанным расчетам, табл Н – номинальное напряжение сети, равное 380 В. Ток послеаварийного режима, А, равен ПАВ = 2 ∙ I Р.Л. (1.29) - 26 - - 27 - Сечение кабеля должно удовлетворять допустимому длительному току, А, определенному по формуле 1, ПАВ iiДОПiiIiiIiiКi (1.30) По табл. 1.23 подбирается стандартное сечение, удовлетворяющее рассчитанному ДОП [5]. Выбранное сечение кабеля необходимо проверить по потере напряжения. Потери напряжения на i том участке УЧ кабельной линии, %, определяются по формуле P УЧ i P i A P L U n S , (1.31) где А – коэффициент, зависящий от принятых единиц измерения, определяется по справочнику [16], А = 21,9 – для сети 0,4 кВ А = 0, 0875 – для сети 6 кВ и А = 0,0316 – для сети 10 кВ Р Р.i - активная мощность участка линии, кВт n – число кабелей S – сечение кабеля, мм, УЧ – длина i -го участка линии, км. Далее потери напряжения на участках линии суммируются и результат сравнивается с располагаемыми потерями напряжения от шин ТП до наиболее удаленного потребителя. В результате должно выполняться условие ДОП > ∆U Р. Кабели на стороне 0,4 кВ, защищаемые плавкими предохранителями, на термическую стойкость не проверяются, т.к. время срабатывания предохранителя мало и выделившееся тепло не в состоянии нагреть кабель до опасной температуры. Потери мощности в линии, кВт, определяются ∆Р Л = 3 ∙ I Р.Л. 2 ∙ О ∙ УЧ ∙ n, (1.32) где О – активное сопротивление 1 км кабеля при ОС, Ом, табл. 1.24 из справочника [16]. Достаточно часто используется расчет потерь напряжения и потерь мощности без учета индуктивного сопротивления линий. 1.3.2. Выбор сечения кабелей электрических сетей напряжением 10 (6) кВ Сечения проводов ВЛ и жил кабелей должны выбираться по экономической плотности тока в нормальном режиме и проверяться по допустимому току в аварийном и послеаварийном режимах, а также по допустимому отклонению напряжения. При проверке кабельных линий по допустимому длительному току должны быть учтены поправочные коэффициенты на количество работающих кабелей, лежащих рядом в земле, на допустимую перегрузку в послеаварийном режиме, фактическую температуру среды, тепловое сопротивление грунта и на отличие номинального напряжения кабеля от номинального напряжения сети. 28 Предварительный выбор сечений проводов и кабелей допускается производить исходя из средних значений предельных потерь напряжения в нормальном режиме – в сетях 10(6) кВ не более 6%. Расчетная активная нагрузка городских электрических сетей 10(6) кВ (Р Р.Л. ), кВт, определяется по формуле (1.25) в разделе 1.1.7. Рабочий ток в линии, А, определяется по формуле Р Л Р Л (1.33) где Н – номинальное напряжение сети, равное 10(6) кВ n – количество кабелей, проложенных в траншее к объекту cosφ – коэффициент мощности, принят равным 0,92. Экономически целесообразное сечение Эмм, определяется согласно ПУЭ, из соотношения Э = I Р.Л / ЭК, (1.34) где ЭК – нормированное значение экономической плотности тока, А/мм 2 , для заданных условий работы, выбираемое по табл. 1.25 [15]. По табл. 1.23 подбирается стандартное сечение токопроводящей жилы. В распределительных сетях 10(6) кВ кабели с алюминиевыми жилами при прокладке их в траншеях рекомендуется принимать сечением не менее 70 мм, ноне более 240 мм 2 Сечение кабелей по участкам линии следует принимать с учетом изменения нагрузки участков по длине. При этом на одной линии допускается применение кабелей не более трех типоразмеров. Потери напряжения определяются по формуле (1.31) раздела 1.3.1. Дальнейший ход расчета аналогичен расчету сети напряжением до 1 кВ. Полученное экономическое сечение для условий нормального режима проверяется по допустимому току нагрева в послеаварийном режиме. Кроме того, кабели должны быть подвергнуты проверке на термическую стойкость токам К.З. 1.3.3. Проверка кабелей на термическую стойкость Выбранные в нормальном режиме и проверенные по допустимой перегрузке в послеаварийном режиме кабели проверяются по условию МИН ≤ Э, (1.35) где МИН – минимальное сечение по термической стойкости, мм Э – экономическое сечение, мм, определенное по формуле (1.34). При этом кабели небольшой длины проверяются потоку при коротком замыкании вначале кабеля одиночные кабели со ступенчатым сечением по длине проверяют потоку К.З. вначале каждого участка. Два параллельных 29 кабеля и более проверяют потокам К.З. непосредственно за пучком кабелей, тес учетом разветвления тока К.З. МИН , (1.36) где В К – импульс квадратичного тока К.З. (тепловой импульс тока К.З.), Ас С – функция, значения которой приведены в табл [17], Ас 12мм2Тепловой импульс тока определяется В К = ПО ∙(t Р.З. + В +А, (1.37) где ПО – начальное значение периодической составляющей тока К.З., А t Р.З - время действия релейной защиты, с. Принимается t Р.З = 2 с. – для питающих сетей t Р.З = 0,5 с. – для распределительных сетей [16]; В – полное время отключения выключателя, с. В зависимости от типа выключателя В = 0,04-0,2 с А – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания, с. Для распределительных сетей напряжением 6-10 кВ ТА = 0,01 с. [17]. 1.4. Выбор схем сетей внутреннего электроснабжения 1.4.1. Общие положения В соответствии с ПУЭ [5] потребители I категории должны иметь не менее двух независимых источников питания, допускается питание также от двух близлежащих однотрансформаторных или разных двухтрансформаторных подстанций, подключённых к разным линиям 6-20 кВ с устройством АВР автоматическое повторное включение. Питание силовых электроприёмников и освещения осуществляется от общих трансформаторов, если частота размахов изменений напряжения в сети освещения не превышает значений, регламентируемых ГОСТ 13109-98. В жилых зданиях, а также в общественных зданиях, где уровень звука ограничен санитарными нормами, размещение встроенных и пристроенных ТП не допускается. Главные распределительные щиты (ГРЩ) при применении встроенных ТП размещают в смежном с ТП помещении. КТП (комплектная трансформаторная подстанция) размещают водном помещении с ГРЩ. На встроенных ТП и КТП устанавливают не более двух масляных трансформаторов мощностью до 1000 кВ∙А каждый. Число сухих трансформаторов не ограничивается. В ТП, как правило, устанавливают силовые трансформаторы с глухозаземлённой нейтралью со схемой соединения обмоток «звезда-зигзаг» при мощности до 250 кВ∙А и «треугольник-звезда» при мощности 400 кВ∙А и более В здании устанавливают одно общее ВРУ (вводно-распределительное устройство) или ГРЩ, предназначенные для приёма электроэнергии от 30 городской сети и распределения её по потребителям здания. Увеличение количества ВРУ (ГРЩ) допускается при питании от отдельно стоящей ТП и нагрузке на каждом вводов в нормальном и аварийном режимах свыше 400-630 А. Электрические сети напряжением до 1 кВ жилых и общественных зданий по назначению условно делят на питающие и распределительные. Питающей сетью являются линии, идущие от трансформаторной подстанции до ВРУ и от ВРУ до силовых распределительных пунктов в силовой сети и до групповых щитков в осветительной сети. Распределительной сетью называют линии, идущие от распределительных пунктов в силовой сети до силовых электроприёмников. Групповой сетью являются - линии, идущие от групповых щитков освещения до светильников - линии от этажных групповых щитков к электроприёмникам квартир жилых домов. Сети выполняют по радиальной, магистральной и смешанной схемам. В качестве примера на рис. 1.3 приведена питающая радиальная схема силовой сети здания, а на рис. 1.4 – магистральная схема силовой сети здания. Рис. 1.3. Радиальная схема силовой сети 1 – распределительный щит 2 – автоматический выключатель 3 – пусковой аппарат 4 – линия 5 – распределительный пункт 6 - электроприёмник Рис. 1.4. Магистральная схема силовой сети 1 – распределительный щит 2 – автоматический выключатель 3 – питающая линия 4 – силовой распределительный пункт 5 – электроприёмник; 6, 7, 8 – электроприёмники, включённые в цепочку 31 В жилых и общественных зданиях линии групповой сети, прокладываемые до штепсельных розеток, выполняют трёхпроводными (фазный, нулевой рабочий и нулевой защитный проводники. Питание стационарных однофазных электроприёмников выполняют трёхпроводными линиями. При этом нулевой рабочий и нулевой защитный проводники не следует подключать на щитке под один контактный зажим. 1.4.2. Электрические сети жилых зданий Схемы электрических сетей жилых домов выполняют, исходя из следующего [2]: - питание квартир и силовых электроприёмников, в том числе лифтов, должно, как правило, осуществляться от общих секций ВРУ. Раздельное их питание выполняют только в случаях, когда величины размахов изменения напряжения на зажимах ламп в квартирах при включении лифтов выше регламентируемых ГОСТ 13109-98; - распределительные линии питания вентиляторов дымоудаления и подпора воздуха, установленных водной секции, должны быть самостоятельными для каждого вентилятора или шкафа, от которого питаются несколько вентиляторов, начиная от щита противопожарных устройств ВРУ. Освещение лестниц, поэтажных коридоров, вестибюлей, входов в здание, номерных знаков и указателей пожарных гидрантов, огней светового ограждения и домофонов питается линиями от ВРУ. При этом линии питания домофонов и огней светового ограждения должны быть самостоятельными. Питание усилителей телевизионных сигналов осуществляют от групповых линий освещения чердаков, а в бесчердачных зданиях – самостоятельными линиями от ВРУ. Для питания электроприёмников жилых домов высотой 9-16 этажей применяют как радиальные, таки магистральные схемы. На рис. 1.5. дана магистральная схема с двумя переключателями на вводах. При этом одна из питающих линий используется для присоединения электроприёмников квартир и общего освещения общедомовых помещений другая – для подключения лифтов, противопожарных устройств, эвакуационного и аварийного освещения и т.д. Каждая линия рассчитана с учётом допустимых перегрузок при аварийном режиме. Перерыв в питании по этой схеме не превышает 1 часа, что достаточно электромонтёру для нужных переключений на ВРУ. Учёт электроэнергии, расходуемый общедомовыми потребителями, осуществляется с помощью трёхфазных счетчиков, которые устанавливают на ответвлениях и присоединяют к соответствующим секциям шин. 32 Рис. 1.5. Принципиальная схема электроснабжения жилых домов высотой 9-16 этажей с двумя переключателями на вводах 1, 2 – трансформаторы 3 – предохранители 4 – переключатели 5, 6 – ВРУ 7, 8 – питающие линии В жилых зданиях квартирного типа устанавливают один однофазный счётчик на каждую квартиру. Допускается установка одного трёхфазного счёт- чика. Расчётные квартирные счётчики рекомендуется размещать совместно с аппаратами защиты (предохранителями, автоматическими выключателями) и выключателями (для счётчиков) на общих квартирных щитках. Для безопасной замены счётчика передним должен быть установлен рубильник или двухполюсный выключатель, располагаемый на квартирном щитке [2] . Рекомендуемые схемы стояков приведены на рис. 1.6. Групповая квартирная сеть предназначена для питания осветительных и бытовых электроприёмников. Групповые линии выполняют однофазными и при значительных нагрузках – трёхфазными четырёхпроводными, но при этом должна быть надёжная изоляция проводников и приборов, а также устройство автоматического защитного отключения. Трёхфазные линии в жилых домах должны иметь сечение нулевых проводников, равное сечению фазных проводников, если фазные проводники имеют сечение до 25 мм, а при больших сечениях – не менее 50 % сечения фазных проводников. Сечения нулевых рабочих и нулевых защитных проводников в трёхпроводных линиях должны быть не менее сечения фазных. Рекомендуется общее освещение выделять на отдельную групповую линию. Нормами регламентируется число штепсельных розеток, устанавливаемых в квартирах. В жилых комната квартир и общежитий должно быть установлено не менее одной розетки на ток 10 (16) А на каждые полные и неполные 4 м периметра комнаты, в коридорах квартир – не менее одной розетки на каждые полные и неполные 10 м площади коридоров [2]. В кухнях квартир следует предусматривать не менее четырёх розеток на ток 10 (16) А. Сдвоенная розетка, установленная в жилой комнате, считается одной розеткой. Сдвоенная розетка, установленная в кухне, считается двумя розетками. 33 Рис. 1.6. Принципиальные схемы стояков, рекомендуемые по экономическим соображениям При наличии розетки в ванной комнате должна предусматриваться установка УЗО на ток до 30 мА [2]. На рис. 1.7 приведена схема групповой квартирной сети с электроплитой. В целях безопасности корпус стационарной электроплиты и бытовых приборов зануляют, для чего от этажного щитка прокладывают отдельный проводник. Сечение последнего равно сечению фазного проводника [2]. Рис. 1.7. Принципиальная схема групповой квартирной сети 1 – выключатель 2 – счётчик электроэнергии 3 – автоматический выключатель 4 – общее освещение 5 – розетка на 6 А 6 – розетка на 10 А 7 – электроплита 8 – этажный щиток 34 Электрические сети общественных зданий Схемы электроснабжения и электрооборудование общественных зданий имеют ряд особенностей - значительный удельный вес силовых электроприёмников; - специфические режимы работы этих электроприёмников; - другие требования к освещению ряда помещений - возможность встраивания ТП в некоторые из общественных зданий. Общественные здания отличаются большим разнообразием, поэтому в данном пособии рассматривается электроснабжение только некоторых наиболее распространенных общественных зданий. Расчёты и опыт эксплуатации показали, что при потребляемой мощности более 400 кВ∙А целесообразно применять встроенные подстанции, в том числе комплектные (КТП) [2]. Это имеет следующие преимущества - экономия цветных металлов - исключение прокладки внешних кабельных линий до 1 кВ - отсутствие необходимости в устройстве отдельных ВРУ в здании, так как ВРУ можно совместить с РУ (распределительное устройство) 0,4 кВ подстанции. Подстанции обычно располагают на первых или технических этажах. Допускается располагать ТП с сухими трансформаторами в подвалах, а также на средних и верхних этажах зданий, если предусмотрены грузовые лифты для их транспортировки. На встроенных ТП допускается установка как сухих, таки масляных трансформаторов. При этом масляных трансформаторов должно быть не более двух при мощности каждого до 1000 кВА. Количество и мощность сухих трансформаторов и трансформаторов с негорючим наполнением не ограничиваются. В места размещения ТП не должна попадать вода. Для потребителей ой категории надёжности применяют, как правило, двухтрансформаторные ТП, но возможно использование и однотрансфор- маторных ТП при условии резервирования (перемычки и АВР по низкому напряжению. Для потребителей ой и ей категории по надёжности электроснабжения устанавливают однотрансформаторные ТП. Распределение электроэнергии в общественных зданиях производится по радиальным или магистральным схемам. Для питания электроприёмников большой мощности (крупные холодильные машины, электродвигатели насосов, крупные вентиляционные камеры и др) применяют радиальные схемы. При равномерном размещении электро- приёмников небольшой мощности по зданию применяют магистральные схемы. В общественных зданиях рекомендуется питающие линии силовых и осветительных сетей выполнять раздельно. Как ив жилых зданиях, на вводах питающих сетей в здание устанавливают ВРУ с аппаратами защиты, управления, учёта электроэнергии, а в крупных зданиях и с измерительными 35 приборами. На вводах обособленных потребителей (торговые предприятия, отделения связи и пр) устанавливают дополнительно отдельные аппараты управления. Там, где целесообразно по условиям эксплуатации, применяют автоматические выключатели, которые совмещают в себе функции защиты и управления [18]. Светильники эвакуационного и аварийного освещения присоединяют к сети, независимой от сети рабочего освещения, начиная от щита ТП или от ВРУ. При двухтрансформаторной ТП рабочее и эвакуационное освещение присоединяют к разным трансформаторам [2]. Электроприёмники небольшой, но равной или близкой по значению установленной мощности соединяют в цепочку, что обеспечивает экономию проводов и кабелей, а также уменьшению количества аппаратов защиты на распределительных пунктах [19]. Групповые распределительные щитки осветительной сети по архитектурным условиям располагают на лестничных клетках, в коридорах. Отходящие от щитков групповые линии могут быть - однофазными (фаза + нуль - двухфазными (две фазы + нуль - трёхфазными (три фазы + нуль. Предпочтение следует отдавать трёхфазным четырёхпроводным групповым линиям, обеспечивающим втрое большую нагрузку ив шесть раз меньшую потерю напряжения по сравнению с однофазными групповыми линиями [2]. Существуют нормы по устройству групповых осветительных сетей. Как ив жилых зданиях, допускается присоединять до 60 люминесцентных ламп или ламп накаливания мощностью до 65 Вт включительно на фазу. Это относится к групповым линиям освещения лестниц, этажных коридоров, холлов, технических подполий, подвалов и чердаков. Распределение нагрузок между фазами сети освещения должно быть по возможности равномерным. На рис. 1.8. приведена упрощенная схема электроснабжения общественного здания для электроприёмников ей категории по надёжности. Рис. 1.8. Принципиальная схема электроснабжения общественного здания от одно- трансформаторной подстанции 1 – питающая линия к ВРУ 2 – питающие линии к РП; 3 – РП силовых электроприёмников; 4, 6 – линии 5 – групповые щитки рабочего освещения 7 – щиток эвакуационного освещения 36 Здание питается от однотрансформаторной ТП, от щита 0,4 кВ которой отходит питающая линия 1 к ВРУ здания. От ВРУ отходят питающие линии 2 к распределительным пунктам силовых электроприёмников 3, линии 4 – к групповым щиткам рабочего освещения 5 и линии 6 – к щитку эвакуационного освещения 7. Для питания ответственных потребителей в крупных городах широко применяют двухтрансформаторные ТП с устройством АВР на стороне низкого напряжения. Схемы такой ТП приведены на рис. 1.9 (с АВР на контакторах) и на рис. 1.10 (с АВР на автоматическом выключателе. Распределение электроэнергии к силовым распределительным щитам, пунктами групповым щиткам сети электрического освещения осуществляют по магистральным схемам. Рис. Принципиальная схема электроснабжения общественного здания от двухтрансформаторной подстанции с АВР на контакторах 1 – контакторные станции 2, 3 – отходящие линии к вводам в здания Радиальные схемы выполняют для присоединения мощных электродвигателей, групп электроприёмников общего технологического назначения (встроенных пищеблоков, помещений вычислительных центров и т.п.), электроприёмников ой категории надёжности электроснабжения. Питание рабочего освещения помещений, в которых длительно может находиться 600 и более человек (конференц-залы, актовые залы и т.п.), рекомендуется осуществлять от разных вводов. При этом к каждому вводу должно быть присоединено 50 % светильников [2]. 37 Рис. 1.10. Принципиальная схема электроснабжения общественного здания с встроенной ТП и абонентским щитом с АВР на секционном автоматическом выключателе 1 – автоматический выключатель 2 – секционный автоматический выключатель 3 – линия к РП силовой сети, щиткам эвакуационного и аварийного освещения 4 – линия к групповым щиткам рабочего освещения 1.5. Защита в системах электроснабжения жилых и общественных зданий 1.5.1. Общие положения Короткое замыкание (КЗ) относится к аварийным режимами бывает одно, двух- и трёхфазным. Самым тяжёлым является трёхфазное КЗ, но оно возникает значительно реже, чем однофазное или двухфазное КЗ. Причинами КЗ являются - пробой изоляции - перекрытие изоляции - неправильная сборка схемы - ошибки обслуживающего персонала. Токи КЗ, во много раз превышающие номинальные токи присо- единённых электроприёмников и допустимые токи проводников, оказывают динамическое и термическое действие на токоведущие части, вызывая выход их из строя. Поэтому КЗ надо локализовать и быстро отключить повреж- дённый участок сети. Если КЗ является аварийным режимом, то перегрузки относятся к ненормальным режимам, так как сопровождаются прохождением по электрооборудованию и токоведущим проводникам повышенных токов, вызывая ускоренное старение изоляции, что может привести к КЗ. 38 В качестве аппаратов защиты электросетей и электроустановок жилых и общественных зданий применяют автоматические выключатели и предохранители. Допускается при необходимости использование реле косвенного действия с целью обеспечения требований чувствительности, быстродействия или избирательности (селективности. Если используется защита с помощью реле косвенного действия, тов зависимости от режима работы и условий эксплуатации электроустановки релейную защиту выполняют с действием на сигналили на отключение [20]. С целью удешевления электроустановок вместо автоматических выключателей и релейной защиты применяют плавкие предохранители. 1.5.2. Виды и схемы защиты Электрические сети жилых и общественных зданий должны иметь защиту от токов КЗ, обеспечивающую наименьшее время отключения и требования избирательности действия. Защита должна отключать повреждённый участок при КЗ в конце защищаемой линии - одно, двух, трёхфазных – в сетях с глухозаземлённой нейтралью - двух- и трёхфазных – в сетях с изолированной нейтралью. Аппараты защиты выбирают и размещают таким образом, чтобы их срабатывание происходило с выдержкой времени, увеличивающейся по мере их удаления в сторону источника питания. Этим обеспечивается избирательность действия защиты, которая не всегда может быть достигнута в сетях напряжением до 1 кВ при применении автоматических выключателей и предохранителей. Последнее объясняется разбросом характеристик аппаратов защиты, особенно предохранителей. Достоинствами плавких предохранителей являются простота устройства, относительно малая стоимость, быстрое отключение цепи при КЗ (меньше одного периода, способность предохранителей типа ПК ограничивать ток вцепи при КЗ. К недостаткам плавких предохранителей относятся следующие предохранители срабатывают притоке, значительно превышающем номинальный ток плавкой вставки, и поэтому избирательность отключения не обеспечивает безопасность отдельных участков сети отключение сети плавкими предохранителями связано обычно с перенапряжением возможно однофазное отключение и последующая ненормальная работа установок одноразовость срабатывания предохранителя и, как следствие, значительное время на замену предохранителя [18]. Наиболее распространёнными предохранителями, применяемыми для защиты установок напряжением до 1 кВ, являются ПР – предохранитель разборный НПН – предохранитель насыпной неразборный; ПП – предохранитель плавкий разборный. Шкала номинальных токов предохранителей от 15 до 1000 А. 39 Автоматические выключатели являются более совершенными аппаратами защиты по сравнению с предохранителями. Автоматические воздушные выключатели могут снабжаться следующими встроенными в них расцепителями [20]: - электромагнитным или электронным максимального тока мгновенного или замедленного действия с практически независящей оттока скоростью срабатывания (защита от токов КЗ); - электротермическим или тепловым (обычно биметаллическим) или электронным инерционным максимального тока с зависимой оттока выдержкой времени (защита от токов перегрузки - минимального напряжения. Тепловой расцепитель автоматического выключателя не защищает питающую линию или асинхронный двигатель от токов КЗ, так как тепловой расцепитель, обладая большой тепловой инерцией, не успевает нагреться за малое время существования КЗ. В зависимости от наличия механизмов, регулирующих время срабатывания расцепителей, автоматические выключатели разделяют на неселектив- ные с временем срабатывания от 0,02 до 0,1 с селективные с регулируемой выдержкой времени токоограничивающие с временем срабатывания не более 0,005 с. Расцепители максимального тока устанавливают во всех фазах, остальные по одному на выключатель. Водном выключателе обычно применяют токовые расцепители и расцепитель минимального напряжения, Выбор номинального тока или уставки расцепителей максимального тока аналогичен выбору номинального тока плавких вставок предохранителей. Основные преимущества автоматических выключателей заключается в следующем [19]: - отключают все три фазы притоках КЗ или перегрузках, тем самым исключается работа электроустановок в неполнофазных режимах - готовы к работе вскоре после срабатывания - имеют более точные времятоковые характеристики - совмещают функции защиты и коммутации. Для жилых и общественных зданий основной характеристикой защиты является быстрота действия. Электрические сети внутри зданий, выполненные открыто проложенными проводниками с горючей наружной оболочкой или изоляцией, защищают от перегрузки. Кроме того, от перегрузки защищают сети внутри зданий, а именно - осветительные сети жилых и общественных зданий, торговых помещений, включая сети для бытовых переносных электроприёмников утюгов, чайников, комнатных холодильников, стиральных машин и т.п.); - силовые сети жилых и общественных зданий, торговых помещений только в случаях, когда по режиму работы сети может возникать длительная перегрузка проводников [20]. 40 Обычно в жилых и общественных зданиях в силовых сетях таких режимов практически не существует, поэтому они защищаются только от КЗ. Исключение составляют электрические сети лифтов, противопожарных устройств и т.п., относящихся кой категории по надёжности питания, при установке устройств АВР (например, на ВРУ. Такие сети защищают и от перегрузки. В электрических сетях, защищаемых от перегрузки, проводники выбирают по расчетному току. В этом случае аппараты защиты должны иметь по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам кратность не более [5]: - 80 % для номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку, - для проводников с поливинилхлоридной, резиновой или аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией - 100 % для номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный мгновенно действующий расцепитель (отсечку, - для кабелей с бумажной изоляцией - 100 % для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей оттока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки) – для проводников всех марок - 100 % для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратно зависящей оттока характеристикой – для проводников с поливинилхлоридной, резиновой или аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией - 125 % для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратно зависящей оттока характеристикой – для кабелей с бумажной изоляцией и изоляцией из вулканизированного полиэтилена. Силовые электроприёмники (электродвигатели переменного тока) защищают от многофазных КЗ, в сетях с глухозаземлённой нейтралью – также от однофазных КЗ. Кроме того, электродвигатели защищают от токов перегрузки (максимальная токовая защита, если она имеет место, и от понижения напряжения (минимальная защита. Для защиты электродвигателей от КЗ применяют предохранители или автоматические воздушные выключатели. Для надёжного отключения КЗ на зажимах электродвигателя с лёгким и условиями пуска отношение пускового тока электродвигателя к номинальному току плавкой вставки должно быть не более 2,5, а для электродвигателей с тяжёлыми условиями пуска (частые пуски и т.п.) это отношение должно быть в пределах от 2,0 до 1,6. В качестве примера на рис. 1.11 приведена однолинейная схема панели ВРУ для ввода питания в жилые и общественные здания [14]. 41 Рис. 1.11. Схема панели ВРУ на напряжение 0,4 кВ При выполнении распределительной подстанции (распределительного пункта, силового пункта, рспределительного щита, шкафа и т.д.) на напряжение до 1 кВ используют стандартные панели, на которых устанавливают комплекты с автоматическими выключателями, иногда с контакторами. Схема распределительного щита с рубильниками и предохранителями РП С-2 и трансформаторами тока ТК-20 приведена в трёхфазном исполнении на рис. 1.12. При составлении схемы распределительного пункта нагрузки и отходящие линии подбирают таким образом, чтобы РП не получился громоздкими дорогостоящим, нов тоже время было устойчиво к токам КЗ. При линиях небольших сечений нагрузки группируют по мелким магистралям. В случае применения рубильников с предохранителями пропускную способность отходящих линий для силовой нагрузки рекомендуется принимать равной 250 и 400 А. Сечения проводников и кабелей выше 150 мм применять не рекомендуется. В схемах РП для силовых и осветительных сетей должно быть обеспечено отключение всей РП без нарушения работы остальных РП, питающихся от одной магистрали. Для силовых РП это достигается применением общих рубильников на вводе, причём при питании группы РП цепочкой каждая РП может быть отключена без нарушения работы самой цепочки. Для потребителей, требующих более надёжного электроснабжения, применяют РП с двумя рубильниками или контакторами. Ответвления от РП защищают предохранителями или автоматическими выключателями [14]. 42 Рис. 1.12. Схема панели распределительного щита на четыре линии с рубильниками и предохранителями на напряжение 0,4 кВ 1.5.3. Устройства защитного отключения Обычно зажита человека от повреждения электрическим током при косвенном прикосновении к повреждённой установке осуществляется путём отключения её предохранителями или автоматическими выключателями. Но эти защиты не реагируют на малые токи утечки, возникающие при начале развития повреждения в сети, а также при обрыве нулевого проводника. В этих случаях единственным средством защиты человека от косвенного прикосновения является УЗО, обеспечивающее быстрое (за долю секунды) отключение установки от сети. Одним из действенных способов повышения электробезопасности при эксплуатации электроустановок и проборов в жилых и общественных зданиях является применение устройств защитного отключения, управляемых дифференциальным током (УЗО-Д). Это устройство представляет собой коммутационный аппарат, который при достижении превышении) дифференциальным током заданного значения при определённых условиях эксплуатации должен вызвать размыкание контактов. УЗО-Д нашли широкое применение в европейских странах, где в эксплуатации находятся около шестисот миллионов УЗО, установленных в жилых и общественных зданиях. Опыт эксплуатации УЗО доказал их высокую эффективность как средство защиты от токов повреждений [14]. Из всех известных электрозащитных средств УЗО является - единственным, обеспечивающим защиту человека от повреждения электрическим током в случае прямого прикосновения к токоведущим частям 43 - способным осуществлять защиту от возгораний и пожаров, возникающих вследствие неисправности электрооборудования, электропроводки. При малых токах замыкания, снижении уровня изоляции, а также обрыве нулевого защитного проводника зануление недостаточно эффективно, поэтому в этих случаях УЗО является единственным средством защиты человека от поражения электрическим током [21]. Кроме того, УЗО заблаговременно, до развития в КЗ, отключает электроустановку от источника питания (это УЗО противопожарного назначения с уставкой 300 мА. В рекламных проспектах некоторых российских форма также зарубежных фирм УЗО со встроенной защитой от сверхтоков часто называют дифференциальный автомат, дифференциальный выключатель. Это название – ошибочное, не соответствует российским стандартам. Оно появилось в результате неправильного перевода иностранного термина [14]. Поданным Минтопэнерго России за последнее десятилетие электротравматизм в быту удвоился. В настоящее время в России частота смертельного электротравматизма в жилых зданиях примерно враз превышаете среднее значение в 20 странах, правила, нормы и стандарты которых соответствуют комплексу стандартов МЭК Электроустановки зданий. В настоящее время идёт увеличение нагрузок в электроустановках зданий в связи с широким применением электробытовой техники, а электроустановки зданий стареют вместе с жилым фондом. Кроме своего основного назначения, указанного выше, УЗО может использоваться для защиты от скачков напряжения в сети, рис. принцип действия состоит в том, что при увеличении напряжения свыше 270 В возникает дифференциальный ток, протекающий через нелинейное сопротивление СН, что приводит к отключению УЗО. Рис. Принципиальна схема включения УЗО для защиты от скачков напряжения в сети СН – сопротивление нелинейное R1 – омическое сопротивление УЗО с отключающимся дифференциальным током 30 мА 44 Ниже приведены различные схемы электроустановок зданий с применением УЗО, рис, 1.15, 1.16 Рис. Принципиальная схема электроснабжения квартиры с системой Т Рис. 1.15. Схема электроснабжения квартиры при отсутствии защитного проводника РЕ в розеточной цепи и цепи освещения (Рекомендуемое временное решение для старого жилого фонда 1 – УЗО; 2 – цепь освещения 3 – розеточная цепь 4 – электроплита 45 Рис. пример электроснабжения двухкомнатной квартиры повышенной комфортности (Т 1 – УЗО; 2 – освещение 3 – розеточные цепи 4 – ванная комната 1.5.4. Обеспечение селективности при применении УЗО По условиям функционирования УЗО подразделяют наследующие типы - АС – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный ток, возникающий внезапно, либо медленно возрастающий - А – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный синусоидальный дифференциальный токи пульсирующий постоянный дифференциальный ток, возникающие внезапно, либо медленно возрастающие - В – устройство защитного отключения, реагирующее на переменный, постоянный и выпрямленный дифференциальные токи - S – устройство защитного отключения, селективное (с выдержкой времени отключения - G – тоже, что и тип S, нос меньшей выдержкой времени. Источником пульсирующего тока являются, например, стиральные машины с регуляторами скорости, регулируемые источники света, телевизоры, видеомагнитофоны, персональные компьютеры и др. В жилых зданиях, как правило, должны применяться УЗО типа А, реагирующие не только на переменные, но и на пульсирующие токи повреждений. Практически все персональные компьютеры, телевизоры, видеомагнитофоны имеют импульсные блоки питания все последние модели электроинструмента, стиральных машин, швейных машин, бытовых кухонных электроприборов снабжены тиристорными регуляторами без разделительного трансформатора. Широко применяются различные светильники – торшеры, брас тиристорными светорегуляторами. Следовательно, вероятность возникновения утечки пульсирующего постоянного тока, а значит и поражения человека значительно возросла, что явилось причиной для внедрения УЗО типа А. УЗО устанавливают [21]: - во ВРУ, расположенных в помещениях без повышенной опасности поражения током, в местах, доступных для обслуживания - в групповых цепях электроустановки зданий, где имеет место наибольшая вероятность электропоражения людей при прикосновении к токоведущим или открытым проводящим частям электрооборудования, которые могут из-за повреждения изоляции оказаться под напряжением (розеточные группы, ванные, душевые комнаты, стиральные машины и др - УЗО, предназначенные для осуществления противопожарной защиты, должны устанавливаться на главном вводе объекта - в многоквартирных жилых домах УЗО рекомендуется устанавливать в групповых, в том числе в квартирных щитках, допускается их установка в этажных распределительных щитках в индивидуальных домах – во ВРУ и этажных распределительных щитках - в схемах электроснабжения радиального типа со значительным количеством отходящих групп рекомендуется установка общего на вводе и отдельного УЗО на каждую группу при условии соответствующего выбора параметров УЗО, обеспечивающих селективность их действия. Для обеспечения селективной работы нескольких УЗО в радиальных схемах электроснабжения необходимо учитывать следующие факторы [22]: - в силу очень высокого быстродействия УЗО практически невозможно обеспечить селективность действия УЗО потоку утечки при значениях уставок на соседних ступенях защиты, например, 10 и 30 мА или 30 и 300 мА - на практике утечка тока в электроустановке вовсе необязательно плавно увеличивается по мере старения изоляции, появления мелких дефектов и т.д. Возможны пробой изоляции или её серьёзное повреждение, когда ток утечки мгновенно достигает значения, превышающего уставки на обеих ступенях защиты. При этом возможно срабатывание любого из УЗО, установленных последовательно вцепи- селективность работы УЗО может быть обеспечена применением модификации УЗО с задержкой срабатывания (УЗО с индексом «S» и «G»). Важно учесть, что УЗО, работающие с выдержкой времени, находятся более долгое время под воздействием экстремальных токов, поэтому к ним предъявляются повышенные требования по условному току короткого замыкания, термической и динамической стойкости, коммутационной способности и т.д. Во Франции широко практикуется применение селективных УЗО как весьма эффективное противопожарное мероприятие. На главном вводе в 47 распределительном щите электроустановки, как правило, устанавливают УЗО противопожарного назначения типа «S» с номинальным отключающим дифференциальным током 300 или 500 мА. На рис. 1.17 приведены примеры схем с двумя и тремя уровнями селективности. Как правило, УЗО применяются вместе с автоматическими воздушными выключателями или плавкими предохранителями, селективность действия которых также надо обеспечивать в системах электроснабжения. Рис. 1.17. Примеры схем с двумя и тремя уровнями селективности Как правило, УЗО применяются вместе с автоматическими воздушными выключателями или плавкими предохранителями, селективность действия которых также надо обеспечивать в системах электроснабжения. Если в сети установлено несколько последовательно включённых предохранителей, рис. 1.18, то при КЗ, например, в точке К плавкая вставка предохранителя F 2 должна разорвать дугу раньше, чем плавкая вставка предохранителя F 1 . Это возможно в том случае, если защитная характеристика 1 плавкой вставки предохранителя F 1 расположена выше защитной характеристики 2 плавкой вставки предохранителя F 2 во всём диапазоне токов, проходящих по защищаемой цепи при перегрузках и при КЗ. Для получения селективного действия большинства типов предохранителей необходимо исходить из следующего 48 - для последовательно установленных однотипных низковольтных предохранителей следует выбирать плавкие вставки с номинальными токами, отличающимися на две ступени шкалы - для разнотипных предохранителей плавкие вставки выбирают с номинальными токами, отличающимися больше, чем на две ступени шкалы, сохраняя требуемую чувствительность. а) б) Рис. 1.18. Защита предохранителями радиальной сети с односторонним питанием а) схема электроснабжения б) защитные характеристики предохранителей 1 и 2 Однако, как показал опыт эксплуатации, такое согласование низковольтных предохранителей не всегда обеспечивает их селективную работу. Это связано стем, что фактическое время отключения предохранителя может отличаться от полученного по его защитной характеристике. Для обеспечения селективного отключения последовательно установленных автоматов защитные характеристики их расцепителей не должны пересекаться, причём уставка тока у расцепителя выключателя SF1, расположенного ближе к источнику питания, должна быть больше, чему расцепителя автомата SF2, рис. 1.19. При согласовании защитных характеристик среднюю погрешность действия расцепителей принимают равной ± 20 % независимо от типа автомата [21]. 49 Рис. 1.19. Защита сети автоматическими выключателями Селективность обеспечивается также, если согласовывать номинальные токи плавких вставок последующему выражению I ВС.НОМ.1 ≥ 1,26 I ВС. НОМ.2 В сетях напряжением до 1 кВ необходима селективность при совместной работе автоматических выключателей и предохранителей. В случае, когда ближе к источнику питания находится автоматический выключатель, селективности достичь просто, используя селективный автоматический выключатель. В случае, когда ближе к источнику находится предохранитель, требования к селективности такие же, как при согласовании между собой защитных характеристик предохранителей. Как говорилось ранее, автоматические выключатели имеют преимущества по сравнению с предохранителями в нормальном режиме и при любых видах КЗ они производят отключение всех трёх фаз, тем самым исключаются неполнофазные режимы. Это позволяет сих помощью выполнить схемы сетевой автоматики (УАПВ, УАВР); расцепители автоматических выключателей являются более совершенным устройством, чем плавкая вставка предохранителя. 2. ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА Электроснабжение производственных предприятий и населённых пунктов в сельской местности имеет свои особенности по сравнению с электроснабжением городов. Главная из них – необходимость подводить электроэнергию к огромному числу сравнительно маломощных объектов, рассредоточенных на большой площади. В результате протяжённость сетей (в расчёте на единицу мощности потребителей) во много раз больше, чем в других отраслях. 50 Все это говорит о сложности проблемы электроснабжения сельского хозяйства, отрешения которой зависит экономическая эффективность применения электроэнергии в сельскохозяйственном производстве и быту. Наряду с развитием систем электроснабжения сельского хозяйства происходит их реконструкция. Часть воздушных линий 0,38 и 10 кВ с неизолированными проводами заменяют самонесущими изолированными проводами (СИП. Важный показатель системы электроснабжения - надёжность подачи электроэнергии. Для крупных сельскохозяйственных предприятий (животноводческих ферм, птицефабрик, тепличных комбинатов и др) любое отключение – плановое (для ревизии и ремонта) и особенно аварийное – наносит огромный ущерб потребителям. Поэтому необходимо применять эффективные меры по обеспечению требуемого уровня надёжности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. 2.1. Расчёт электрических нагрузок 2.1.1. Общие положения Расчетной нагрузкой считается наибольшее значение полной мощности за промежуток 30 минут (получасовой максимум, которое может возникнуть на вводе к потребителю или в питающей сети в расчетном году с вероятностью не ниже 0,95. Расчетным периодом является время с момента ввода установки в эксплуатацию до достижения нагрузкой расчетного значения. Расчетным годом считается последний год расчетного периода, на который определяется уровень нагрузок и другие параметры электроустановок. Различают дневные и вечерние расчетные активные (реактивные) нагрузки. За расчетную нагрузку для выбора сечений проводов или мощности трансформаторных подстанций принимается большая из величин дневной или вечерней расчетных нагрузок. Потери или отклонения напряжения в сетях рассчитываются отдельно для режима дневных и вечерних нагрузок. Сельским жилым домом при расчете электрических нагрузок считается одноквартирный дом или квартира в многоквартирном доме, имеющие отдельный счетчик электроэнергии. При проектировании внешних сетей 0,38 кВ расчетные нагрузки на вводе сельских жилых домов с электроплитами принимаются равными 6 кВт, ас электроплитами и электроводонагревателями – 7,5 кВт [22]. Нагрузки бытовых кондиционеров учитываются путем увеличения расчетных нагрузок на вводе жилых домов на 1 кВт. 51 2.1.2. Расчет электрических нагрузок в сетях 0,38 – 110 кВ Расчет электрических нагрузок в сетях 0,38 кВ производится исходя из расчетных нагрузок на вводе потребителей и соответствующих коэффициентов одновременности отдельно для дневного и вечернего максимумов Р Д = КОРД Р В = КО ∙ ∑ Р ВI , (2.2) где Р Д , Р В – расчетная дневная, вечерняя нагрузки на участке линии или шинах трансформаторной подстанции кВт КО – коэффициент одновременности, табл. 2.1; Р ДI , Р ВI – дневная, вечерняя нагрузки на вводе го потребителя, кВт, табл. 2.2. Если нагрузки потребителей отличаются по величине более чем в 4 раза, их суммирование рекомендуется проводить по табл. При суммировании нагрузок по таблице к большей нагрузке прибавляется добавка Рот меньшей нагрузки. Допускается определение расчетных нагрузок по одному режиму – дневному, если суммируются только производственные потребители, или вечернему, если суммируются только бытовые потребители. Коэффициенты дневного или вечернего максимума принимаются для производственных потребителей К Д = 1, КВ = 0,6; для бытовых потребителей дома без электроплит К Д = 0,3-0,4, КВ = 1; дома с электроплитами – К Д = 0,6, КВ = 1; для смешанной нагрузки – К Д = КВ = 1. При смешанной нагрузке отдельно определяются нагрузки на участках сети с жилыми домами, с производственными, общественными помещениями и коммунальными предприятиями с использованием соответствующих коэффициентов одновременности. Суммирование нагрузок участков сети производится по табл. Полная мощность на участках сети 0,38 кВ определяется из расчетных активных нагрузок Р Р этих участков и соответствующих коэффициентов мощности (cosφ), приведенных в табл, cos |