Электроснабжение города и зданий

1.

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА
КАФЕДРА «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА»
Электроснабжение
города и зданий
Невзорова А.Б.
д.т.н., професор
2019

2.

Общие сведения
Города являются крупными потребителями электроэнергии,
для населения, гражданских, спортивных сооружений, промышленных
предприятий и др.
В зависимости от размера города для питания потребителей
должна предусматриваться соответствующая система электроснабжения.
Для электроснабжения основной массы потребителей используется
распределительная сеть напряжением 6–10 кВ и сеть общего пользования
напряжением 0,38 кВ.
Для городов характерен рост электропотребления на бытовые нужды и
коммунальное хозяйство городов, что требует систематического развития
электрических сетей.
Через городские распределительные сети
в настоящее время передается до 40% вырабатываемой энергии.
Под системой электроснабжения города понимается совокупность
электрических сетей и трансформаторных подстанций, расположенных на
территории города
и предназначенных для электроснабжения его потребителей.
Городские электрические сети напряжением 6-10 кВ характерны тем,
что в любом из микрорайонов могут оказаться потребители
всех трёх категорий по надёжности электроснабжения.
9/24/2019
2

3.

Требования к надёжности
электроснабжения. Три категории.
Электроприёмники I категории -
взаимно резервируя
друг друга, обеспечивают
надёжное электроснабжение.
перерыв в работе которых может привести к
тяжелым последствиям:
угрозе жизни людей,
крупному материальному ущербу,
порче технологического оборудования,
массовому браку в производимой продукции,
сбою в сложном технологическом процессе,
срывам в работе коммунального хозяйства.
К особой группе внутри первой категории
электроснабжения относятся электроприемники,
постоянная работа которых нужна для штатной
остановки производства при спасении людей,
предотвращении взрывов, возгораний и порчи
дорого оборудования.
Электроприемники I категории
электроснабжения надо
обеспечивать электроэнергией,
как минимум от двух независимых
источников питания.
В случае отказа одного ввода,
автоматически подключается другой.
Перебой в питании допустим
лишь на время автоматического
переключения вводов
(0,2 – 0,5 с).
Для особой группы первой
категории электроснабжения
должен быть предусмотрен
третий независимый источник
электропитания
(аккумулятор,
9/24/2019
3
дизельный генераторы и т.п.).

4.

Требования к надёжности
электроснабжения
Электроприемниками II категории
Электроприемники
II категории
электроснабжения
также рекомендуется подключать
к двум независимым
являются электроприемники,
источникам питания.
При отсутствии напряжения
перерыв в работе которых ведет
на первом вводе
к сбоям в отгрузке продукции,
второй ввод включается
простоям персонала, машин и механизмов, вручную дежурным
персоналом или членом
сбою нормальной жизнедеятельности
аварийной бригады.
населения.
Время перерыва в
электроснабжении в этом
случае должно быть
не более 10 минут.
9/24/2019
4

5.

Требования к надёжности
электроснабжения
К электроприемникам
III категории относятся
все прочие
Электроприемники
III категории электроснабжения
могут обеспечиваться
электроэнергией от одного источника
питания при возможности ремонта,
вышедшего из строя оборудования
за сутки.
У значительно удаленных
потребителей, когда затруднена
доставка резервного оборудования
для замены вышедшего из строя,
перерыв в электроснабжении
допускается до трёх суток.
электроприемники.
9/24/2019
5

6.

Надёжность электроснабжения жилых домов.
Категории электроприёмников
9/24/2019
6

7.

Графики
электрических нагрузок микрорайона
дают представление
о характере изменения во времени электрических нагрузок.
По продолжительности они бывают
суточными
и
годовыми.
7
9/24/2019

8.

Графики
электрических нагрузок микрорайона
дают возможность определить потребление активной энергии
потребителями микрорайона, правильно выбрать
силовые трансформаторы и питающие линии.
Для потребителей микрорайона летний максимум составляет для
жилых домов с электроплитами 80%,
для остальных объектов – 70%.
Суточные графики используют для построения годового графика по
продолжительности. Можно условно принять продолжительность
зимнего периода 200 дней, летнего – 165.
По оси ординат годового графика по продолжительности в
соответствующем масштабе откладывают нагрузки в кВт от Рмакс до
РМИН, а по оси абсцисс – часы года от 0 до 8760 (24 • 365= 8760).
9/24/2019
8

9.

Суточные графики нагрузок
примеры для зданий различного назначения)
9/24/2019
9

10.

Картограмма электрических нагрузок
Картограмма представляет собой размещенные на
генеральном плане цеха окружности (дуговые
диаграммы), площадь которых соответствует в
выбранном масштабе расчетным нагрузкам.
Окружность должна состоять из секторов,
обозначающих соотношение нагрузки
силовой 0,4 кВ, силовой 10 кВ и осветительной.
В целях экономии металла и электроэнергии
важно, чтобы трансформаторные и
преобразовательные подстанции всех
мощностей и напряжений
(6−10, 35, 110−220 кВ) располагались
возможно ближе к центру питаемых ими
групп электрических нагрузок.
tgφэ – экономическое значение коэффициента
мощности в часы максимума нагрузки,
задаваемое энергосистемой
9/24/2019
Пример картограммы
предприятия
10

11.

Выбор схем построения электрических
сетей напряжением 0,38-20 кВ
Распределительная и питающая сеть 10(6) кВ используется для питания городских
потребителей коммунально-бытового и промышленного характера.
Принцип построения городских сетей выбирается применительно к основной массе
электроприемников для обеспечения требуемого уровня надежности электроснабжения.
Основным принципом построения распределительной сети 10(6) кВ
для электроснабжения электроприемников первой категории
является двухлучевая схема с двухсторонним питанием
при условии подключения
взаимно резервирующих линий 10(6) кВ
к разным независимым источникам питания.
Схема соединений
трансформаторных подстанций
9/24/2019
11

12.

Яркость измеряется
в канделах на м²
Сети наружного освещения
Освещение городов подразделяют на
утилитарное и архитектурно-декоративное.
Основной задачей утилитарного является
повышение безопасности движения транспорта и пешеходов.
Количественные и качественные показатели установок утилитарного освещения
регламентируются соответствующими нормами и правилами.
Для различных типов дорогу в зависимости от интенсивности движения
устанавливаются нормы освещенности .
Они колеблются от 4 до 20 лк.
При этом нормируется не только средняя освещенность, но и средняя яркость
сухих дорожных покрытий, которая варьирует
от 0,2 кд/м2 для дорог местного значения с одиночными автомобилями,
до 1,6 кд/м2 на автомагистралях с интенсивным движением.
9/24/2019
12

13.

Освещение города
В сетях наружного освещения следует применять
напряжение 380/220 В переменного тока при
заземленной нейтрали.
Сети наружного освещения рекомендуется выполнять
кабельными или воздушными линиями с
использованием самонесущих изолированных
проводов. В обоснованных случаях для воздушных
распределительных сетей освещения улиц, дорог,
площадей, территорий микрорайонов и населённых
пунктов допускается использовать неизолированные
провода.
9/24/2019
13

14.

Терминология
ТП - трансформаторная подстанция (КТП, ЗТП, МТП, СТП)
ВЛ - воздушная линия электропередач
СИП - самонесущий изолированный провод
ШУР - шкаф учета распределительный
ПУЭ - правила устройства электроустановок
ВРУ, УВР - Вводно-распределительные устройства–
шкафы ВРУ или ВРУ-TN относятся к той категории оборудования,
которая принимает, распределяет и учитывает количество проходящей
через нее электроэнергии. Кроме того что приборы призваны защитить
сеть от перегрузок и возможных рисков замыканий.
Предназначены для обслуживания сетей с током от 16 до 630 А.
9/24/2019
14

15.

ТКП по электроснабжению
ТКП 181-2009
ПРАВИЛА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
ТКП 45-4.04-149-2009 (02250).
СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ
ЗДАНИЙ Правила проектирования.
ТКП 339-2011 (02230).
Электроустановки на напряжение до 750 кВ ЛИНИИ
ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ВОЗДУШНЫЕ И ТОКОПРОВОДЫ, УСТРОЙСТВА
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ И ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ,
УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОСИЛОВЫЕ И АККУМУЛЯТОРНЫЕ,
ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
Правила устройства и защитные меры электробезопасности.
9/24/2019
15

16.

Определение расчетных нагрузок
электроприёмников
Все электроприёмники общественных зданий условно можно разделить
на две группы: осветительные и силовые.
К силовым электроприёмникам относятся: механическое оборудование;
электротепловое оборудование; холодильные машины, подъёмнотранспортное оборудование, санитарно-технические установки, связи,
сигнализации, противопожарные устройства и др.
Общественные здания имеют также приточно-вытяжные вентиляционные
установки, широко применяются системы кондиционирования воздуха, насосы
систем горячего и холодного водоснабжения. Большинство механизмов
оборудовано асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором.
Нагрузка электрического освещения имеет удельный вес до 10 % от
общего потребления электроэнергии
Расчетная силовая электрическая нагрузка на вводах в общественное здание
пределяется по проектам оборудования зданий.
Для ориентировочных расчетов усредненные удельные нагрузки и
коэффициенты мощности допускается принимать по таблице. удельных
показателей нагрузок, приведенных с учетом внутреннего освещения.
9/24/2019
16

17.

9/24/2019
17

18.

Два варианта прокладки кабеля
Устаревший. Вдоль трассы натягивается стальной трос
или проволока. К ним при помощи специальных креплений
подвязывается изолированный кабель.
Современный.
Используют самонесущий изолированный провод СИП.
Он натягивается без дополнительных тросов и держится
за счет прочной изоляции или внутренней стальной
проволоки. Такой кабель является самым
распространенным при выполнении ввода в дом.
Его подключение производится специальной арматурой,
включающей в себя натяжные устройства, крепления и
фарфоровые или пластмассовые изоляторы.
Источник: https://glav-dacha.ru/podklyuchenie-yelektrichestva-k-domu-ot-stolba/
9/24/2019
18

19.

Подвод электроэнергии
к частному дому
9/24/2019
19

20.

Сечение и материал кабеля зависит от его длины:
до 10 м — медный кабель 4 мм²;
от 10 до 15 м — медные провода 6 мм²;
сечение алюминиевого кабеля не менее 16 мм².
Чаще всего используется кабель с алюминиевыми жилами9/24/2019
из-за меньшей20 цены.
Источник: https://glav-dacha.ru/podklyuchenie-yelektrichestva-k-domu-ot-stolba/

21.

При подземной прокладке провод
для подключения
дома от столба используется
бронированный — кабель ВБбШв
По старым правилам ПУЭ ввод электричества в дом
выполнялось отдельными проводами, которые
протягивались по воздуху к дому.
По новым правилам:
при воздушной прокладке проводов производится
монтаж СИП кабеля от столба к дому;
.
Источник: https://glav-dacha.ru/podklyuchenie-yelektrichestva-k-domu-ot-stolba/
9/24/2019
21

22.

Исполнительная схема
кабельной линии (пример)
9/24/2019
22

23.

Прокладка кабеля внутри микрорайонов
Объекты, расположенные в современных городских микрорайонах, снабжаются
электричеством с помощью подземных силовых (высоковольтных) кабелей.
Необходимо:
• Создание
технического
задания.
• Подборка
необходимых
приборов.
• Расчет мощностей
соответствующего
оборудования.
• Проектировка
кабельных трасс.
9/24/2019
23
• Размещение на
плане
электрического
оборудования.

24.

Прокладка силового кабеля в трубах
9/24/2019
24

25.

Ввод кабеля в дом
от трансформаторной подстанции
9/24/2019
25

26.

Варианты ввода силового
кабеля через стену
9/24/2019
26

27.

9/24/2019
27

28.

Кабельный ввод
в многоэтажный
дом с системой
заземления TN-C
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
9/24/2019
28

29.

Электроприёмники жилых зданий можно подразделить на две группы:
1) электроприёмники квартир :
осветительные и бытовые электроприборы;
2) электроприёмники общедомового назначения:
светильники лестничных клеток, технических подполий, чердаков,
вестибюлей, холлов, служебных и других помещений, лифтовые
установки, вентиляционные системы, различные противопожарные
устройства, домофоны и т.п.
9/24/2019
29

30.

Расчетная электрическая нагрузка
квартир РКВ, кВт,
приведенная к вводу жилого здания,
определяется по формуле:
РКВ = РКВ.УД · n,
(1)
где РКВ.УД – удельная расчетная электрическая нагрузка электроприемников
(зданий), кВт/квартира,
n – число квартир.
К силовым электроприёмникам относятся асинхронные электродвигатели с
короткозамкнутым ротором и другие электроприёмники лифтовых установок.
Для высотных зданий применяют лифты со специальным электроприводом,
куда входит электромагнитный тормоз и аппаратура управления.
Кроме того, к силовым электроприёмникам относят электродвигатели
вентиляторов и насосов, различные электромагниты для открывания клапанов
и люков систем дымоудаления зданий высотой более девяти этажей, а также
аппаратуру связи и сигнализации.
9/24/2019
30

31.

Расчетная нагрузка жилого дома
Расчетная активная электрическая нагрузка жилого дома
(квартир и силовых электроприемников) РР.Ж.Д, кВт,
РР.Ж.Д = РКВ + КУ · РС,
(2)
где РКВ – расчетная электрическая нагрузка квартир,
приведенная к вводу жилого дома, кВт;
КУ – коэффициент участия в максимуме нагрузки
силовых электроприемников (равен 0,9).
Расчетная реактивная нагрузка жилого дома, QР.Ж.Д :
QР.Ж.Д = РР.КВ · ţgφКВ + КУ · РС · ţgφС,
(3)
где ċоѕφКВ - расчетный коэффициент мощности для квартир
с электрическими плитами, принимаемый равным 0,9;
ċosφС – расчетный коэффициент мощности лифтовых установок,
принимаемый по справочной таблицы из ТКП.
9/24/2019
31

32.

TN-C
Распределение энергии в
многоквартирном доме с системой TN-C
TN-C - четырехпроводная система, состоящая из трех фаз
напряжения и совмещенного нулевого и рабочего проводников (L1,
L2, L3, PEN). В домах старой постройки активно эксплуатируется.
В этой системе PEN проводник не подлежит расщеплению и в таком виде
и приходит к потребителю. Фазные провода часто обозначаются А, В, С.
В итоге при такой системе электропитания
при однофазном подключении
потребитель подключен двумя проводами (L, PEN),
а при трехфазном четырьмя (L1, L2, L3, PEN).
От подстанции к дому приходит питающий кабель, прокладываемый
под землей. Кабель заходит во вводной ящик, соединяемый с
распределительным щитом:
9/24/2019
32

33.

Варианты подключения квартир
к стоякам в домах многоквартирных
с системой TN-C.
У стояка имеется
четыре провода –
три фазы и один
PEN проводник,
обозначенные
на схеме как
А, В, С и PEN:
Между фазами (А-В, С-В, С-А)
напряжение будет в 1,73 или 3
больше, чем между любой из фаз и
нейтральным проводником (нулем).
Отсюда рассчитываем напряжение
между фазой и нейтралью –
380/1,73 = 220 В.
В каждую из квартир заходит
два провода – фаза и нейтраль.
Ток в обеих этих проводах будет
абсолютно одинаков.
К разным фазам стараются подключать
нагрузку (в нашем случае квартиры)
равномерно.
На рисунке из шести квартир
на каждую фазу подключено по две.
Равномерное подключение дает
возможность уменьшить ток нулевого
проводника и избежать перекоса фаз.
В домах старой постройки иногда
применяли вместо этажных щитков
9/24/2019
33
совмещенные электрошкафы.

34.

Питающие линии в жилых домах
В жилых зданиях квартирного типа устанавливают
один однофазный счётчик на каждую квартиру.
Допускается установка одного трёхфазного счётчика.
Расчётные квартирные счётчики рекомендуется размещать совместно с
аппаратами защиты (предохранителями, автоматическими выключателями) и
выключателями (для счётчиков) на общих квартирных щитках. Для безопасной
замены счётчика перед ним должен быть установлен рубильник или
двухполюсный выключатель, располагаемый на квартирном щитке [2] .
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. Сечения нулевых рабочих и нулевых
защитных проводников в трёхпроводных линиях должны быть не менее
9/24/2019
сечения фазных.
34

35.

Пример исполнения
электрошкафа
В таком этажном щитке
к каждой квартире относятся
один выключатель
(для линии освещения)
и два автоматических
выключателя
(для штепсельных розеток).
9/24/2019
35

36.

Принципиальные схемы
Схемы распределения электрической энергии внутри
жилых зданий зависят от надежности электроснабжения,
числа этажей, секций, планировочного решения здания,
наличия подпольного этажа и встроенных предприятий и
имеют общий принцип построения.
В каждом многоэтажном здании устанавливается
вводно-распределительное устройство ВРУ для
присоединения внутренних электрических сетей
здания к внешним питающим линиям, а также
для распределения электрической энергии
внутри здания и защиты отходящих линий от
перегрузок и коротких замыканий.
9/24/2019
36

37.

Распределение питающих линиий
Для электроснабжения квартир от ВРУ отходят питающие линии,
состоящие из горизонтальных и вертикальных (стояков)
участков.
К горизонтальному участку каждой линии могут присоединяться один
или несколько стояков.
Поэтому для повышения надежности питания квартир, а также для
удобства выполнения ремонтных работ следует па каждом
ответвлении к стояку устанавливать отключающий и защитный
аппарат.
Кроме линий, питающих квартиры, от ВРУ отходят внутридомовые
линии, питающие освещение холлов, лестниц, коридоров, а также
электродвигатели лифтов, насосов, вентиляторов и
электроприемников системы дымозащиты.
9/24/2019
37

38.

Принципиальные схемы стояков,
рекомендуемые по экономическим
соображениям
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 м2 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
розет-ками.
При наличии розетки в ванной комнате должна предусматриваться
9/24/2019
установка УЗО на ток до 30 мА
38

39.

Современное подключение
9/24/2019
39

40.

Распределение энергии в
многоквартирном доме с системой TN-C-S
В жилом помещении электропроводка состоит из
ввода электрического, групповой электрической сети, распределяющей
энергию от электрощитка по всему помещению и
электрощитка.
Для каждой группы потребителей электропроводка выполняется кабелем
с определенным сечением и автоматами защиты
с номиналами ранее рассчитанными.
Если электрощит — это «сердце» нашей системы электроснабжения,
то кабели, подключенные к автоматам электрощита – это
«кровеносные сосуды», питающие электроэнергией
наши бытовые электроприемники.
9/24/2019
40

41.

Система TN-C-S
При использовании системы TN-C-S
к потребителям идет пять проводов
(L1, L2, L3, N, PE).
При использовании системы TN-C-S
приходящий от подстанции
совмещенный PEN проводник
подлежит расщеплению.
Система TN-C-S будет иметь место
только после расщепления
со стороны от трансформаторной
подстанции.
В современных этажных щитках
обычно устанавливают трехфазные
автоматы, электросчетчики, УЗО
и дифавтоматы.
После ВРУ или ВУ электроэнергия
подается на этажные электрощитки
многоквартирного дома.
9/24/2019
41
http://elenergi.ru/vvod-i-raspredelenie-elektroenergii-v-mnogokvartirnom-dome.html

42.

Вводные и распределительные устройства
кабель питания, приходящий от подстанции попадает
на ВУ (вводное устройство) или
ВРУ (вводно-распределительное устройство).
Для многоквартирного дома основным их отличием друг
от друга будет наличие у ВРУ оснащения
для распределения энергии по зданию.
ВРУ – это совокупность защитных аппаратов
(предохранители, автоматические выключатели и так
далее), устройств и приборов для учета
электроэнергии (электросчетчики, амперметры и так
далее), электрооборудование (шины, рубильники,
трансформаторы тока и другие устройства),
а также строительные конструкции, устанавливаемые на
вводе в здание или помещение жилое, которые включают
в себя защитные аппараты и приборы учета
(электросчетчики) отходящих линий электропроводки.
Также нужно помнить, что и к ВУ и к ВРУ подходят
линии повторного заземления, а это значит что
расщепление входящего PEN проводника
можно проводить только здесь.
9/24/2019
42

43.

Верхние панели ВРУ со снятыми
крышками:
1 – вводные блоки зажимов; 2 – автоматический выключатель QF1;
3 – счетчик электроэнергии; 4 – плавкие предохранители FU1–FU3;
5 – УЗИП FV1–FV3; 6 – ВДТ QF2; 7 – сборные шины L1, L2, L3, N; 8 –
автоматические выключатели QF19 и QF20; 9 – ВДТ QF3; 10 –
автоматические выключатели QF4, QF5 и QF6; 11 – ВДТ QF7; 12 –
автоматические выключатели QF8, QF9 и QF10
Вводные блоки зажимов, предназначенные для присоединения фазных проводников,
имеют серый цвет, нейтральных проводников – синий цвет, PEN-проводника и
защитного проводника – желто-зеленый цвет. Блоки зажимов для фазных
проводников соединены попарно с помощью двух перемычек. Блоки зажимов для
нейтральных проводников и защитных проводников также соединены между собой с
помощью перемычек. На этих блоках зажимов выполнено разделение PENпроводника на нейтральный и защитный проводники.
К фазным и нейтральному вводным блокам зажимов ВРУ присоединен
автоматический выключатель QF1. К фазным вводным блокам зажимов
присоединены также плавкие предохранители FU1–FU3, а через них – УЗИП FV1–
FV3. Счетчик электроэнергии PI и подключенный к нему ВДТ QF2 присоединены к
9/24/2019
автоматическому выключателю QF1. К ВДТ QF2 присоединены сборные шины,
включающие в себя три фазные шины (L1, L2, L3) и нейтральную шину (N).
43

44.

Вводно-распределительное устройство (ВРУ)
9/24/2019
44

45.

Схемы подключения квартир
9/24/2019
45

46.

Щит этажный
220 В
9/24/2019
46

47.

9/24/2019
47

48.

Дифференциальный автоматический
выключатель
9/24/2019
48

49.

9/24/2019
49

50.

9/24/2019
50

51.

9/24/2019
51

52.

9/24/2019
52