9062

10

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