9058
.pdf10
точника и землей). Это снижает вероятность возникновения в сетях дуговых перенапряжений и дает возможность снижения уровня изоляции.
Режимы нейтралей при напряжениях до 1кВ.
В ЭССП с напряжением до 1 кВ применяются установки переменного то-
ка с глухозаземленной нейтралью. Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль генератора или трансформатора, присоединенная непосредственно к заземляющему устройству. Электрические сети, в основном, четырехпровод-
ные: три фазных провода и один нулевой. Основой выбора режима нейтрали является экономичность, надежность и безопасность обслуживания сетей.
Трансформаторы 10/0,4 кВ применяются со схемой соединения обмоток «звез-
да – звезда с нулем».
В сетях с глухозаземленной нейтралью любое замыкание фазного прово-
да на землю приводит к аварийному отключению поврежденного участка и к недоотпуску электроэнергии и, в связи с этим, к простою оборудования.
При прикосновении человека к токоведущим частям создается цепь: фаза источника – тело человека – заземление нейтрали. При пробое изоляции чело-
век может оказаться под напряжением и при прикосновении, например, к кор-
пусу электродвигателя. Поэтому для обеспечения безопасности при поврежде-
нии изоляции электроустановок оборудование должно быть также заземлено. В
четырехпроводной сети также многократно заземляется нулевой провод.
1.3 Система электроснабжения строительных объектов
СЭС объектов строительного производства является совокупностью электроустановок и устройств, предназначенных для производства, передачи и распределения электроэнергии, ее учета и контроля показателей качества.
Электроустановки для производства и передачи электроэнергии могут являться собственностью предприятия строительного производства или принадлежать другому предприятию или объединению.
Строительные предприятия могут иметь собственную электростанцию и
11
обеспечивать электроэнергией все технологические установки и процессы, пе-
редавать электроэнергию по собственным электрическим сетям. Предприятия могут получать электроэнергию от электроустановок (электростанций и под-
станций), принадлежащих энергосистеме или соседнему промышленному предприятию.
Наиболее распространенной схемой является схема, по которой предпри-
ятия получают электроэнергию от районных электрических сетей (РЭС) регио-
нальной энергосистемы.
Большинство электроприемников технологических установок ОС, быто-
вых установок СП предназначены для работы при напряжении до 1 кВ. Преоб-
разование электроэнергии происходит на потребительских подстанциях, а ее распределение – по распределительным сетям при напряжении 0,4 кВ.
Представленная система электроснабжения предприятий является слож-
ной системой. Ее можно разделить на систему (подсистему) внешнего электро-
снабжения, систему внутреннего электроснабжения и систему внутрицехового электропотребления. В то же время СЭС предприятия строительного производ-
ства является подсистемой энергосистемы и подсистемой технологической си-
стемы производства на этом предприятии. Это значит, что электроэнергия, ,
В систему внешнего электроснабжения ПСП входит совокупность элект-
роустановок и устройств между узловым распределительным пунктом энерго-
системы и понизительной ТП самого предприятия. В системе внешнего элек-
троснабжения ПСП применяются, в основном, напряжения 6-35 кВ.
Система внутреннего электроснабжения крупного ПСП, приравненного к промышленному предприятию (заводы железобетонных конструкций) характе-
ризуется большой разветвленностью распределительной сети, имеющей воз-
душные и, в основном, кабельные линии, большое количество РП, ТП, комму-
тационных аппаратов. Распределение электроэнергии в системе внутреннего электроснабжения осуществляется при напряжениях 6, 10 кВ. В систему внут-
реннего электроснабжения мелких ОС входят электрические сети низкого на-
пряжения от электростанции или ТП до ввода в цеха или технологические ус-
12
тановки.
Система внутриобъектного электроснабжения сооружений представляет собой электрические сети напряжением 380/220 В.
Система внутрицехового электроснабжения производственных мастер-
ских включает в себя цеховые сети, выполненные кабелями и проводами с коммутационными и защитными аппаратами, от распределительного щита
(пункта) до электроприемников. Распределение электроэнергии в системе внут-
рицехового электроснабжения выполняется при напряжениях 380/220 В.
1.4 Потребители и электроприемники в системах электроснабжения строительного производства
1.4.1 Электрические установки нагрева воды
Электродные водонагреватели.
В водонагревателях и паровых котлах используются электродные систе-
мы с плоскопараллельными, дугообразными и коаксиальными цилиндрически-
ми электродами. При электродном способе нагрева используется только пере-
менный ток (трехфазный или однофазный) во избежание электролиза воды.
Трехфазный ток применяется в установках мощностью 25 и более кВт.
Регулирование мощности, потребляемой водонагревателем с помощью пакета диэлектрических пластин, помещенных в верхней части котла. Переме-
щение пластин происходит в зазорах между электродными пластинами. Нагрев электропроводящей среды, находящейся между электродами происходит в ре-
зультате прохождения через нее электрического тока.
Электрические элементные водонагреватели.
При косвенном нагреве передача тепловой энергии к нагреваемому телу осуществляется путем теплопроводности, конвекции и излучения от специаль-
но нагретого устройства (нагревателя) при протекании по нему электрического тока. В качестве греющих элементов используются резистивные сопротивле-
ния, выполненные в виде проволочных или ленточных зигзагов или спиралей
13
из материалов с высоким удельным электрическим сопротивлением, которые крепят на керамических стержнях, трубах или изоляторах в воздушном потоке.
Различают нагреватели открытого, защищенного и герметического ис-
полнения. В нагревателях открытого исполнения греющий элемент (резистор)
размещают непосредственно в нагреваемой среде (воде).
В нагревателях защищенного исполнения греющий элемент размещают в защитном корпусе, предохраняющем его от механических повреждений и изо-
лирующем от нагреваемой среды.
Наиболее эффективными являются герметические трубчатые электрона-
греватели (ТЭН). Они применяются для нагрева воды, воздуха, газов, мине-
ральных масел. ТЭН состоит из металлической трубки, внутри которой в элек-
троизоляционном наполнителе запрессована нихромовая спираль, концы кото-
рой приварены к выводам в виде стержней. В зависимости от назначения ТЭНа трубка может изготовляться из нержавеющей стали (для нагрева воздуха, во-
ды), меди или латуни (для слабых растворов щелочей и кислот), углеродистой стали (другие случаи).
В качестве наполнителя применяют кристаллическую окись магния. По-
сле засыпки наполнителя трубку опрессовывают и придают ей нужную форму.
ТЭНы выпускаются мощностью от 100 Вт до 2,5 кВт на напряжение 12-380 В.
Наибольшая температура наружной поверхности до 700 оС.
На рис. 1 показан электрический водонагреватель с использованием ТЭНов для нагрева воды.
Бак электроводонагревателя выполнен в виде цилиндрического резервуа-
ра, вокруг которого расположен слой теплоизоляции 2, закрытый кожухом 4. В
нижней части резервуара закреплены три ТЭНа 10.
Сверху резервуар закрыт крышкой. Для контроля температуры водо-
нагреватель снабжен термометром 3, рабочим и предохранительным термоста-
том 6, с помощью которых поддерживается постоянная температура и обеспе-
чивается автоматический режим работы.
14
Рис. 1. Схема устройства емкостного электрического водонагревателя: 1 – циркуляция горячей воды; 2 – теплоизоляция из полиуретана; 3 – индикатор температуры; 4 – кожух водонагревателя; 5 – стальной эмалированный резервуар; 6 – предохранительный термостат; 7 – крышка электроподсоединения; 8 – трубка впуска холодной воды; 9 – трубка выпуска теплой воды; 10 – «сухой» керамический термоэлемент; 11 – гильза рабочего и предохранительного термостата; 12 – магниевый анод.
Подача холодной воды в резервуар осуществляется снизу через приточ-
ный патрубок с обратным клапаном 8. Вода нагревается до 90 оС и под давле-
нием холодной воды поднимается вверх. Разбор горячей воды из бака осу-
ществляется путем перелива через разборный патрубок 9.
Управление водонагревателем осуществляется аппаратами, смонтирован-
ными в станции управления. Водонагреватель включается в электрическую сеть автоматическим выключателем. При повышении температуры выше 90 оС сра-
батывает температурный датчик, размыкающий контакты. Цепь реле размыка-
ется и магнитный пускатель отключает ТЭНы. При снижении температуры ни-
же заданной контакты датчика снова замыкаются и происходит включение нагревательных элементов.
15
1.4.2 Электрические установки для нагрева воздуха
Электрический обогрев применяется для поддержания температуры в производственных и общественных помещениях, мастерских и лабораториях для создания микроклимата. Для этих целей применяются калориферные уста-
новки с вентиляторами.
Нагрев воздуха с помощью электрокалориферных установок обеспечива-
ется применением оребренных ТЭНов и вентилятора, обдувающего нагрева-
тельные элементы. ТЭНы расположены в несколько рядов. Каждый ряд пред-
ставляет собой секцию, в которой нагреватели соединены в звезду. Переключе-
ние секций выполняется автоматически и вручную в зависимости от темпера-
туры обогреваемого помещения. Питание калорифера осуществляется от элек-
трической сети напряжением 380/220 В.
На рис. 2 показана электрокалориферная установка ELN фирмы «Корф».
Рис. 2. Электрический воздухонагреватель типа ELN.
Холодный воздух через заборное устройство забирается вентилятором и,
омывая нагретые ТЭНы, прогоняется по воздухопроводу. Нагретый воздух по-
дается в помещение или в распределительную систему воздуховодов. Подача нагретого воздуха в воздуховоды регулируется заслонкой (шибером).
16
1.4.3Электрические печи
Вмастерских и ремонтно-строительных цехах промышленных предприя-
тий изготавливают и ремонтируют детали машин и механизмов, инструмент и различные приспособления. При этом детали приходится подвергать термиче-
ской обработке с целью придания им необходимой твердости, прочности. Их нагрев до определенной температуры, а также плавку металла осуществляют,
как правило, в электрических печах.
Электрическая печь – плавильная или нагревательная установка (печь), в
которой тепловой эффект достигается с помощью электрического тока. Пла-
вильные печи предназначены для получения металлов из руд, в условиях строи-
тельства путем переплавки отходов металла. Нагревательные печи применяют для нагрева металлов с целью обжига и сушки, а также для придания металлу пластических свойств перед обработкой давлением, для термической обработ-
ки, чтобы изменить внутреннее строение и структуру металла.
Различают печи сопротивления, дуговые, индукционные и др.
В печах сопротивления нагрев расплавляемого металла осуществляется за счет теплоты, выделяемой в нагреваемом материале или в резистивных элементах.
Печи сопротивления по способу нагрева подразделяются на печи прямого действия и печи косвенного действия. В печах прямого действия нагрев осуще-
ствляется теплом, выделяемым в нагреваемом изделии при прохождении по нему электрического тока. Нагрев материала в печах косвенного действия про-
исходит за счет тепла, выделяемого нагревательными элементами при прохож-
дении по ним электрического тока.
Печи выполняются одно- и трехфазными мощностью до 3000 кВт; пита-
ние осуществляется током промышленной частоты 50 Гц от сетей 380/220 В
или через понижающие трансформаторы от сетей более высокого напряжения.
Коэффициент мощности лежит в интервале от 0,8 до 1,0. Большинство печей сопротивления в отношении бесперебойности электроснабжения относится к приемникам электрической энергии 2-й категории.
В дуговой электрической печи используется тепловой эффект электриче-
17
ской дуги. Применяются для плавки черных и цветных металлов. Печь состоит из стального кожуха цилиндрической формы со сферическим днищем. Внутри кожух имеет огнеупорную футеровку. Плавильное пространство печи закрыва-
ется съемным сводом. Печь имеет рабочее окно и выпускное отверстие со сливным желобом. Питание печи осуществляется трехфазным переменным то-
ком. Нагрев и плавление металла осуществляются электрическими мощными дугами, горящими между концами трех электродов и металлом, находящимся в печи.
По принципу нагрева делятся на печи прямого и косвенного нагрева. В
печи прямого нагрева электрические дуги между электродами зажигаются через расплавляемый металл. В печах косвенного нагрева электрические дуги между электродами горят под днищем печи. Расплавляемый металл нагревается от теплоты внешних электрических дуг.
Дуговые печи включаются в сеть напряжением 6, 10 кВ через печной трансформатор с вторичным напряжением до 100 В.
Индукционные печи предназначены для расплавления и перегрева стали.
Возможна плавка цветных металлов (бронзы, латуни, алюминия) и их сплавов в графитовом тигле. Индукционная печь работает по принципу трансформатора,
у которого первичной обмоткой является водоохлаждаемый индуктор, вторич-
ной и одновременно нагрузкой – находящийся в тигле металл. Нагрев и рас-
плавление металла происходят за счет протекающих в нем индуцированных то-
ков, которые возникают под действием электромагнитного поля, создаваемого индуктором.
Индукционная печь питается от сети через тиристорный преобразователь частоты, который преобразует трехфазный ток частотой 50 Гц в однофазный ток повышенной частоты. Мощность индукционной печи регулируется измене-
нием напряжения на выходе преобразователя и автоматического регулирования частоты в процессе плавки.
18
2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ
2.1 Понятие электрической нагрузки
Электроприемники, включенные в электрическую сеть для работы, соз-
дают в сети нагрузки, которые выражаются в единицах мощности или тока.
Электроприемники присоединяются к электрическим сетям в одиночку или группами. В состав группы могут входить электроприемники как одинакового,
так и различного назначения и режима работы. Режим работы системы элек-
троснабжения одинаковых приемников или их групп зависит от режима работы или сочетаний режимов работы одиночных приемников или их групп.
В процессе работы электроприемников характер нагрузки в сети может оставаться неизменным, изменяться в отдельных или всех фазах, сопровож-
даться появлением высших гармоник тока или напряжения. В связи с этим на-
грузку в сети можно разделить на спокойную симметричную (преобладающее большинство трехфазных электроприемников), резкопеременную, несиммет-
ричную и нелинейную. Резкопеременная, несимметричная и нелинейная на-
грузка относятся к специфическим нагрузкам.
Резкопеременная нагрузка характеризуется резкими набросами и прова-
лами мощности или тока. Несимметричная нагрузка характеризуется неравно-
мерной загрузкой фаз. Она вызывается однофазными и реже трехфазными при-
емниками с неравномерной загрузкой фаз. При несимметричной нагрузке в се-
ти возникают токи прямой, обратной и нулевой последовательности. Нелиней-
ная нагрузка создается электроприемниками с нелинейной вольт-амперной ха-
рактеристикой. При нелинейной нагрузке в сети появляются высшие гармоники тока или напряжения, искажается синусоидальная форма тока или напряжения.
Специфические нагрузки обычно создаются электродуговыми печами,
сварочными установками, полупроводниковыми преобразовательными уста-
новками. Эти установки, в основном, принадлежат промышленным предприя-
тиям.
19
Во время работы одни группы приемников могут допускать перерывы в электроснабжении, в то же время перерыв в электроснабжении других недопу-
стим. По надежности и бесперебойности электроснабжения электроприемники делятся на три категории.
К первой категории относятся электроприемники и комплексы электро-
приемников, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опас-
ность для жизни людей, значительный ущерб (повреждение основного обору-
дования), расстройство технологического процесса. Эти приемники должны иметь возможность обеспечения электроэнергией не менее чем от двух незави-
симых источников питания. Нарушение их электроснабжения допускается только на время автоматического восстановления электроснабжения от второго источника.
Ко второй категории относятся электроприемники и комплексы элек-
троприемников, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недовыпуску продукции, простоям рабочих и механизмов.
Электроснабжение приемников второй категории должно обеспечиваться от двух независимых источников питания. Перерыв в электроснабжении допус-
кается на время, необходимое для автоматического и оперативного переключе-
ния на второй источник.
К третьей категории относятся электроприемники и комплексы элек-
троприемников, не попадающие под определения первой и второй категорий.
Электроснабжение их может осуществляться от одного источника питания. Пе-
рерыв электроснабжения допускается на время проведения восстановительных работ, но не более одних суток.
Работа большинства электроприемников сопровождается потреблением из сети не только активной, но и реактивной мощности. Активная мощность преобразуется в теплоту, механическую мощность на валу рабочей машины и т. п. Реактивная мощность расходуется на создание магнитных полей в элек-
троприемниках. Ее основными потребителями являются асинхронные двигате-
ли, трансформаторы, реакторы, индукционные печи, в которых ток отстает по