Система электроснабжения строительных объектов

ВВЕДЕНИЕ

Электрическая энергия нашла широкое применение во всех сферах человеческой деятельности из-за способности преобразования ее в другие виды.Потребителями электрической энергии (ПЭЭ) в строительстве являются строительные площадки, вспомогательные предприятия по производству бетона, раствора, лакокрасочных покрытий, ремонтные цеха, осветительные и бытовые установки. Этих потребителей будем называть предприятиями строительного производства (ПСП). Потребители электрической энергии получают ее по распределительным сетям от энергетических систем, от систем электроснабжения промышленных предприятий и городов, к которым примыкают строительные площадки, и собственных электростанций. Электроснабжение объектов строительства (ОС) в основном осуществляется от трансформаторных подстанций (ТП). На ОС потребителями электроэнергии являются строительно-монтажные краны, экскаваторы, станки в ремонтных мастерских. Строительные площадки (СП) делятся на крупные (строительство крупных предприятий или их комплексов), средние (строительство средних предприятий), мелкие (строительство жилых зданий, объектов социально-культурного назначения).Электроприемниками (ЭП) являются электродвигатели приводов строи-тельных машин и механизмов, технологические установки электропрогрева бетона, нагреватели, сварочные агрегаты, выпрямительные устройства, высоко-частотные установки, электрические лампы осветительных установок, радио-электронная аппаратура.Все приемники могут быть включены в распределительную сеть одного напряжения или в электрические сети (ЭС) разных напряжений.Электрические сети строительных площадокЭлектрические сети строительных площадок (ЭССП) и предприятий по производству строительных материалов могут быть постоянного и временного использования. Они должны обеспечивать:- надежность электроснабжения;- качество передаваемой электроэнергии;- безопасность электротехнического и неэлектротехнического персоналапри эксплуатации сетей и электроустановок;экономичность, то есть снижение затрат при сооружении и эксплуатации сетей и установок; изменение конфигурации сетей в связи с изменением технологии строительного производства; снижение потерь электроэнергии в сетях;- экологичность, т. е. отсутствие вредного влияния на окружающую среду.Строительство новых и реконструкция действующих предприятий осуществляется на базе применения прогрессивной технологии, современного электрифицированного оборудования, машин и механизмов. Электрические сети предприятий по производству строительных материалов относятся к сетям постоянного использования и на них распространяются требования к сетям промышленных предприятий. Технологические процессы на этих предприятиях в основном должны быть автоматизированы.ЭСПП могут быть сетями постоянного и временного использования.ЭСПСП от подстанции или районных сетей (РЭС) энергосистемы относятся к сетям постоянного использования. От ТП строительной площадки электрические сети, как правило, являются временными.По надежности электроснабжения электроприемники делятся на три категории.К первой категории относятся ЭП и комплексы электроприемников, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой значительный ущерб, повреждение основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство технологического процесса. Эти приемники должны иметь возможность обеспечения электроэнергией не менее чем от двух независимых источников питания. Нарушение их электроснабжения допускается только на время автоматического восстановления электроснабжения от второго источника.Внутри первой категории выделяется особая группа электроприемников.К ней относятся наиболее ответственные ЭП и их комплексы, бесперебойное электроснабжение которых необходимо для поддержания технологического процесса в рабочем режиме, пусть даже со сниженной производительностью, или для безаварийного останова технологического процесса с целью предотвращения угрозы для жизни людей, взрывов, пожаров, аварии на технологическом оборудовании. Эти приемники в нормальном режиме работы должны иметь возможность обеспечения электроэнергией не менее чем от трех независимых источников питания. Нарушение их электроснабжения допускается только на время автоматического восстановления электроснабжения.Ко второй категории относятся ЭП и их комплексы, перерыв электро-снабжения которых приводит к массовому недовыпуску продукции, простоям рабочих и механизмов. Они должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания. Перерыв в электроснабжении допускается на время, необходимое для автоматического и оперативного переключения на второй источник.К третьей категории относятся ЭП и их комплексы, не попадающие под определения первой и второй категорий. Электроснабжение их может осуществляться от одного источника питания. Перерыв электроснабжения допускается на время проведения восстановительных работ, но не более одних суток.Потребители электроэнергии по надежности и бесперебойности электро-снабжения классифицируются в зависимости от категории надежности ЭП, входящих в состав потребителей. При этом учитывается преимущественное наличие ЭП той или иной категории.ЭССП представляет собой совокупность электроустановок для передачи и распределения электроэнергии, состоящих из трансформаторных подстанций и распределительных устройств, соединенных электрическими линиями, обеспечивающими их связь с приемниками электроэнергии.Электрические сети различаются по роду тока, напряжению, режиму нейтрали, конструктивным признакам. ЭС делят на сети переменного и постоянного тока. В основном сети выполняются по системе трехфазного переменного тока частотой 50 Гц. Эта система позволяет осуществлять трансформацию электроэнергии и передачу ее на дальние расстояния. В сетях переменного тока широко применяются однофазные ответвления к однофазным электроприемникам. В ЭС могут включаться установки повышенной (до 10 кГц) и высокой (выше 10 кГц) частоты с целью обеспечения надежной работы отдельных технологических установок (нагрев металла под закалку, ковку, штамповку, плавка металлов). Для электроснабжения отдельных технологических установок (электролизных, гальванических, электроприводов подъемно-транспортных механизмов, станков) необходим постоянный ток. Для преобразования служат двигатель-генераторы, выпрямители.В ЭССП применяется в основном напряжение 380/220 В, относящееся к напряжению до 1 кВ (низкого напряжения или низковольтным), и напряжения 6, 10, 35 и 110 кВ, относящиеся к напряжению выше 1 кВ (высокого напряжения, высоковольтные).В ЭССП линии электропередач (ЛЭП) могут быть воздушными, кабельными.ЭС и электроустановки, и в системах электроснабжения (СЭС) могут быть с заземленной или изолированной нейтралью.По электрическим сетям от источников к ЭП передается не только активная энергия (мощность), которая преобразуется в другие виды, но и реактивная мощность. Передача реактивной мощности по ЭССП приводит к повышенным потерям электроэнергии в сетях и к дополнительным затратам на оплату электроэнергии.При проектировании и реконструкции систем электроснабжения объектов необходимо знать электрические нагрузки в электрических сетях.На основании расчета электрических нагрузок выполняется расчет и выбор электрических сетей, коммутационных и защитных аппаратов, источников питания, преобразовательных установок и других электротехнических устройств. Проверка правильности выбора электрических сетей и электрических устройств по нагреву и потере напряжения, расчет показателей качества электроэнергии, показателей надежности систем электроснабжения проводится также на основе расчета электрических нагрузок.Электроснабжение ОС в основном осуществляется от трансформаторных подстанций (ТП). Поэтому важным является правильный выбор трансформаторов и оборудования ТП.В системах электроснабжения и электропотребления ОС большое внимание уделяется компенсации реактивной мощности.Задачей электроснабжения ОС является беспрерывное обеспечение электроэнергией электрических приемников, оптимизация параметров СЭС путем правильного выбора номинальных напряжений, условий присоединения к энергосистеме, выбор электрооборудования на основе расчета электрических нагрузок, компенсация реактивных нагрузок, рациональное распределение электроэнергии, обеспечение защиты электроустановок.Задачей электропотребления является организация безопасных и экономичных режимов работы при минимальных финансовых затратах и сокращение потерь электроэнергии.2. Источники электроснабжения и электроустановкиИсточником электроснабжения ОС является либо распределительное устройство генераторного напряжения на электростанции, либо распределительное устройство вторичного напряжения подстанции. В основном, электроснабжение ОС осуществляется от трансформаторных подстанций, которые, в свою очередь, получают электроэнергию от электростанций энергосистемы.На электростанциях электрическую энергию вырабатывают синхронные генераторы.Электростанции для электроснабжения ОС, как и промышленных предприятий, делятся на тепловые и гидравлические. На тепловых электростанциях для привода генераторов, в основном, применяются двигатели внутреннего сгорания, работающие на жидком топливе (бензин, керосин, дизельное топливо). На гидравлических электростанциях привод генераторов осуществляется засчет энергии водных потоков рек или водопадов.Энергия сжигаемого топлива в двигателях внутреннего сгорания преобразуется в механическую энергию на валу двигателя, с которым сочленяется вал генератора. На тепловых электростанциях применяются быстроходные генераторы (турбогенераторы) с неявнополюсным ротором.На гидравлических электростанциях водные потоки попадают на гидротурбину, которая приводит во вращение синхронный гидрогенератор с явнополюсным ротором. Гидравлические электростанции строятся для электроснабжения нескольких населенных пунктов и других объектов различного назначения, расположенных в этих населенных пунктах.Электроснабжение ОС, расположенных в населенном пункте или вблизи от него, может осуществляться как от тепловой, так и от гидравлической электростанции.Возбуждение синхронных генераторов осуществляется от возбудителя (генератора постоянного тока), который устанавливается на одном валу с гене-ратором или от выпрямителя.Напряжения электрических сетей и режимы нейтралей. Напряжение, при котором обеспечивается нормальная работа электроприемника, называется номинальным напряжением Uном. В электрических сетях строительных площадок до 1 кВ применяется напряжение 380/220 В. Электроснабжение трехфазных электроприемников осуществляется на линейном напряжении 380 В, а однофазных электроприемников – на фазном напряжении 220 В. Напряжения источников приняты на 5% выше – 400/230 В. Основным преимуществом напряжения 380/220 В является возможность совместного питания силовых и осветительных приемников, трехфазных и однофазных электроприемников.В сетях выше 1 кВ для электроснабжения ОС, как и смежных с ними промышленных предприятий и жилых кварталов городов, приняты напряжения: 6, 10, 35 и 110 кВ. Напряжения генераторов на электростанциях – 6,3; 10,5.Напряжения трансформаторов: первичные обмотки – 6,3; 10,5; 37, 115 кВ, вторичные обмотки – 6 и 10 кВ. Напряжение 6 кВ при проектировании новых сетей не рекомендуется. Это напряжение осталось в ЭС, перевод которых на напряжение 10 кВ оказался малоэффективным из-за замены трансформаторов. Напряжения 35 и 110 кВ целесообразно использовать, если вблизи имеются линии электропередачи на напряжение 35 или 110 кВ для электроснабжения промышленных предприятий.При выборе напряжения можно воспользоваться следующими рекомендациями:если в системе внешнего электроснабжения есть возможность присоединения питающей линии к двум равноудаленным линиям электропередачи с разным номинальным напряжением, то следует выбрать более высокое номинальное напряжение;- если в системе внешнего электроснабжения есть возможность присоединения питающей линии к двум линиям электропередачи с разным номинальным напряжением, находящимся на разном удалении от объекта электроснабжения, целесообразно выбрать номинальное напряжение линии электропередачи, находящейся на более близком расстоянии.Соединение обмоток источников питания. Синхронные генераторы на электростанциях, трансформаторы на подстанциях имеют по три самостоятельных фазных обмотки. Фазные обмотки могут быть соединены между собой либо в звезду, либо в треугольник.Общая точка обмоток, соединенных в звезду, называется нейтралью (нейтральной или нулевой точкой). В зависимости от режима нейтрали электрические сети разделяют на три группы:- сеть с незаземленной (изолированной от земли) нейтралью;- сеть с резонансно-заземленной (компенсированной) нейтралью;- сеть с глухозаземленной нейтралью.При соединении нейтральной точки с землей обеспечивается рабочее заземление. Способ заземления нейтрали в сети определяется безопасностью обслуживания сети, надежностью электроснабжения электроприемников и экономичностью.Соединение между собой двух или более точек разных фаз или одной любой фазы с землей, не предусмотренное нормальными условиями работы установки, называется коротким замыканием. При этом ток короткого замыкания резко возрастает.Режимы нейтралей при напряжениях 6 – 110 кВ. Нейтраль – общая точка соединения трех обмоток генератора или трансформатора, называемая нейтральной или нулевой. В России и других странах, использующих одинаковые с ней номинальные напряжения, применяют электрические сети с изолированной или с заземленной нейтралью.В сетях с напряжением 6 – 35 кВ, в основном, применяются установки с изолированной нейтралью. В этих установках нейтраль не связана с землей или ее эквивалентом. В линии используются три фазных провода. Замыкание одной из фаз на землю в сетях с изолированной нейтралью не является коротким замыканием. Ток замыкания на землю будет небольшим, так как отсутствует явнозамкнутый контур для его прохождения. При замыкании фазы на землю в сети возникает не аварийный режим, а ненормальный режим, который не отключается релейной защитой, а подается сигнал о его возникновении. Если в одной из фаз трехфазной системы в сети с изолированной нейтралью произошло замыкание на землю, то ее напряжение по отношению к земле будет равно нулю, а напряжение других фаз по отношению к земле будет равно линейному, то есть увеличится в 3 раз. В этом случае изоляцию всех фаз требуется выполнять на линейное напряжение, что приводит к удорожанию электрических сетей.4. Система электроснабжения объектов строительстваСЭС объектов строительного производства является совокупность 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 обеспечивать электроэнергией все технологические установки и процессы, передавать электроэнергию по собственным электрическим сетям. Предприятия могут получать электроэнергию от электроустановок (электростанций и подстанций), принадлежащих энергосистеме или соседнему промышленному предприятию.Наиболее распространенной схемой является схема, по которой предприятия получают электроэнергию от районных электрических сетей (РЭС) региональной энергосистемы.Большинство электроприемников технологических установок ОС, бытовых установок СП предназначены для работы при напряжении до 1 кВ. Преобразование электроэнергии происходит на потребительских подстанциях, а ее распределение – по распределительным сетям при напряжении 0,4 кВ. На рис. 1 приведена схема электроснабжения ОС от генераторов собственной электростанции (рис. 1 а) и от РЭС (рис. 1 б).Рис. 1. Системы электроснабжения объектов строительства: а – от генераторов собственной электростанции; б – от районной энергосетиПредставленная система электроснабжения предприятий является сложной системой. Ее можно разделить на систему (подсистему) внешнего электроснабжения, систему внутреннего электроснабжения и систему внутрицехового электропотребления. В то же время СЭС предприятия строительного производства является подсистемой энергосистемы и подсистемой технологической системы производства на этом предприятии. Это значит, что электроэнергия, передаваемая по районным электрическим сетям в СЭС ПСП, рассматривается как одна из составляющих производственного процесса наряду с сырьем, материалами, трудозатратами.В систему внешнего электроснабжения ПСП входит совокупность электроустановок и устройств между узловым распределительным пунктом энергосистемы и понизительной ТП самого предприятия. В системе внешнего электроснабжения ПСП применяются, в основном, напряжения 6–35 кВ.Система внутреннего электроснабжения крупного ПСП, приравненного к промышленному предприятию (заводы железобетонных конструкций) характеризуется большой разветвленностью распределительной сети, имеющей воздушные и, в основном, кабельные линии, большое количество РП, ТП, коммутационных аппаратов. Распределение электроэнергии в системе внутреннего электроснабжения осуществляется при напряжениях 6, 10 кВ. В систему внутреннего электроснабжения мелких ОС входят электрические сети низкого напряжения от электростанции или ТП до ввода в цеха или технологические установки.Система внутриобъектного электроснабжения строительной площадки представляет собой электрические сети напряжением 380/220 В.Система внутрицехового электроснабжения производственных мастерских включает в себя цеховые сети, выполненные кабелями и проводами с коммутационными и защитными аппаратами, от распределительного щита (пункта) до электроприемников. Распределение электроэнергии в системе внутрицехового электроснабжения выполняется при напряжениях 380/220 В.5. Потребители и электроприёмники в системах электроснабжениястроительного производстваПриемником электрической энергии или электроприемником называется устройство, предназначенное для преобразования электроэнергии в другие виды энергии (электродвигатель, светильник, сварочный трансформатор). Потребителем электроэнергии является электроприемник или совокупность электроприемников, принадлежащих одной технологической установке, и размещающихся на определенной территории (станок, агрегат, бетономешалка, цех, предприятие).Чаще всего электроприемники являются частью технологической установки. Среди технологических установок можно выделить:- производственные машины и механизмы, в том числе станки различного назначения, землеройные машины, строительно-монтажные краны, электроприемниками в которых являются электродвигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую;- термические установки, приемниками в которых являются нагреватели, преобразующие электрическую энергию в тепловую;- электрохимические установки;- установки электростатического и электромагнитного поля, электро-фильтры; установки электроискровой обработки металлов;- ручной электрифицированный инструмент (электрические дрели, ножовки, гайковерты, вибраторы для укладки бетона, краскопульты и т. п.);- установки электроосвещения;- устройства контроля и диагностики (рентгеновские, ультразвуковые аппараты и т. д.).В некоторых установках преобразование электрической энергии проис-ходит в несколько видов энергии. В электродуговых установках (электросварка), в установках электроосвещения электрическая энергия преобразуется одновременно в световую и тепловую энергию.Рассмотрим основные виды электроприемников, применяемые в технологических установках различного назначения.Электродвигатели. В приводах различных производственных механизмов применяются электродвигатели, осуществляющие перемещение рабочих органов механизмов. При этом требуется либо постоянная, либо регулируемая частота вращения двигателя. В приводах, не требующих регулирования скорости, применяются асинхронные электродвигатели переменного тока с различной частотой вращения. Они обладают простотой конструкции и обслуживания при эксплуатации.Нагреватели электротермических установок. Электротермические установки делят на следующие группы: электрические печи сопротивления (применяются в ремонтных мастерских); установки индукционного нагрева для плавки и термообработки металлов и сплавов; электросварочные установки; установки прогрева бетона, термические коммунально-бытовые приборы.Применяются электрические печи сопротивления прямого и косвенного нагрева, которые подключаются к сети с напряжением 380 В.Индукционные плавильные печи относятся к электрической нагрузке «спокойного» режима, которая в процессе работы мало изменяется. Они работают при промышленной частоте 50 Гц, при повышенной частоте 0,5 – 10 кГц и высокой частоте до сотен кГц с питанием от тиристорных или электромашинных преобразователей частоты.Электросварочные установки дуговой и контактной сварки включаются в сеть через трансформаторы и представляют собой однофазную неравномерную нагрузку. Они создают в сети несинусоидальные режимы.Установки прогрева бетона и грунта применяются в зимнее время при производстве бетонных работ. Включаются в ЭС через трехфазные и однофазные трансформаторы.Термические коммунально-бытовые приборы представляют собой нагревательные плиты, жарочные шкафы, духовки. Создают однофазную нагрузку. Установки электростатического и электромагнитного поля применяются как технологические установки для электроокраски, улавливания твердых частиц в газе с помощью электрофильтров, для отделения ферромагнитных частиц в смесях.Электрохимические и электролизные установки (электролитические ванны для электролиза воды, растворов, ванны для гальванических покрытий) работают на постоянном токе, получаемом путем выпрямления переменного тока на преобразовательных подстанциях. Применяются установки для зарядки аккумуляторов.Установки электрического освещения применяются для внутреннего и наружного освещения. Для этих целей применяются лампы накаливания, люминесцентные, ртутные, натриевые, ксеноновые лампы. Концентрация светового потока осуществляется с помощью отражателей. Для наружного освещения могут применяться прожекторы, переносные осветительные установки для производства строительных работ в ночное время или в темных помещениях.Характерные группы электроприемников на строительных площадках: электропривод строительно-монтажных кранов, транспортеров, элеваторов, норий; электропривод экскаваторов; электропривод насосов для откачки и подачи воды; нагреватели воды в бытовых помещениях, ручной электрифицированный инструмент.Характерные группы электроприемников в ремонтных и деревообрабатывающих мастерских: электропривод металлорежущих станков; электропривод деревообрабатывающих станков; сварочные трансформаторы; установки электроискровой обработки металлов; гальванические ванны.

Список использованной литературы:

1. Электроснабжение объектов строительства / под общ. ред. Е.Ф Щербакова и др.2. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования / Под ред. Ю. Г. Барыбина и др. – М.: Энергоатомиздат, 1991. 3. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию : в 2 т. / Под общ. ред. А. А. Федорова. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – Т. 1. Электроснабжение.