Городские электрические сети

  Система электроснабжения города представляет собой совокупность электрических сетей всех применяемых напряжений. Она  включает электроснабжающие сети (линии напряжением 35 кВ  и выше), понижающие подстанции (их часто называют центра питания) напряжением 35-110/6-10 кВ, распределительные сети  (линии напряжением 6-10кВ и 0,4/0,23 кВ) и трансформаторные  подстанции напряжением 6-10/0,4 и 0,4/0,23 кВ.
  Для питания той или иной системы необходимо учитывать мощность и число потребителей, их взаимное расположение, расстояние от питающего центра, требования по уровню и надежности электроснабжения. Кроме того, схема сети должна обеспечивать наиболее экономичное решение по капитальным вложениям и эксплуатационным расходам.
  Во многих городах проектируются распределительные пункты (РП) напряжением 10 кВ, предназначенные для  распределения энергии по подстанциям 10/0,4 кВ. Иногда РП совмещаются с одной из ТП 10/0,4 кВ. В этом случае они называются РТП. Целесообразность устройства РП определяется экономическими расчетами. При разработке генерального плана города или поселка должны рассматриваться основные вопросы электроснабжения, включая баланс электрических нагрузок всех потребителей и источники их покрытия с  учетом перспективы развития системы электроснабжения.
  Построение системы электроснабжения должно быть таким, чтобы в нормальном режиме все элементы системы находились под нагрузкой с максимально возможным использованием их пропускной способности.
  При реконструкции действующих сетей необходимо максимально использовать существующие сетевые сооружения.
  Электрической сетью называется совокупность подстанций и линий различных напряжений для передачи и распределения электроэнергии.
        К городским электрическим сетям относятся:
• электроснабжающие сети напряжением 110 (35) кВ и выше, включая кольцевые сети с понижающими подстанциями, линии и подстанции глубоких вводов;
• распределительные сети напряжением 10 (6)-20 кВ, включая трансформаторные подстанции (ТП) и линии, соединяющие центры питания (ЦП) и ТП и ТП между собой, и вводы к потребителям;
• распределительные сети напряжением до 1 кВ.
  При наличии промежуточного элемента - распределительного пункта (РП) - в состав распределительной сети напряжением 10 (6)-20 кВ входят также РП и питающие линии, соединяющие РП с ЦП.
       Электрические сети подразделяют по ряду признаков.
  По виду тока различают электрические сети переменного и постоянного тока. В соответствии с ПУЭ электрические сети подразделяются по напряжению на сети до 1 и свыше 1 кВ. Электрические сети переменного тока в нашей стране имеют следующие стандартные номинальные напряжения: 127, 220, 380, 660 В; 3, 6, 10,20,35, 110, 150,220,330,500 и 750 кВ. Сооружаются линии электропередачи переменного и постоянного токов напряжением свыше 1000 кВ.

{mospagebreak} 
  Чтобы компенсировать потери напряжения в проводах линий и обмотках трансформаторов, номинальные напряжения генераторов и вторичных обмоток трансформаторов установлены на 5% выше соответствующих номинальных напряжений электроприемников.
В сетях местного освещения и в некоторых других случаях для обеспечения безопасности применяют напряжение 12-42 В.
  По принципу построения сети подразделяют на разомкнутые  и замкнутые с одним, двумя или несколькими источниками питания. По месту прокладки различают наружные и внутренние сети. Городские (коммунальные) электросети общего пользования, как правило, выполняют на напряжение 6 или 10 к В (в перспективе в крупных городах - 20 кВ) и 380/ 200 В.Наружные  сети бывают воздушные и кабельные (подземные).
  Схемы электрических сетей. Распределение электроэнергии осуществляется по радиальным, магистральным и смешанным схемам. При радиальных каждая подстанция питается отдельными линиями, при магистральных к одной линии можно присоединить группу из нескольких городских трансформаторных подстанций.
  Радиальные схемы электроснабжения надежны, но они требуют большого расхода проводов и кабелей, а также высоковольтной  аппаратуры; стоимость сетей значительно выше, чем при магистральной  схеме. В крупных городах применяются радиальные и магистральные схемы в зависимости от требований к надежности  электроснабжения присоединенных потребителей.
  Городские электрические сети напряжением 6-10 кВ характерны тем, что в любом из микрорайонов могут оказаться потребители всех категорий по надежности электроснабжения. Естественно, это требует надлежащего построения схемы сети.  Для подключения городских подстанций с двумя трансформатора номинальной мощностью до 630 кВ, а часто применяют двухлучевую схему с АВР на стороне низшего напряжения с контакторной автоматикой . При выходе из строя одного из лучей высшего напряжения или трансформатора нагрузка автоматически переключается на неповрежденный кабель и второй трансформатор. (На подстанциях с трансформаторами мощностью до 400 кВА для  АВР применяются контакторы на ток 630 А, а при мощности 030 кВА - на ток 1000 А. В некоторых схемах для устройства АВР используют автоматические выключатели.) Двухлучевая схема с АВР на стороне низшего напряжения имеет значительные преимущества, надежна в эксплуатации, обладает быстродействием (переключение производится за 0,2-0,3 с, тогда как АВР на стороне высшего напряжения выключается за 1-1,5 с). Кроме того, эта схема самовосстанавливающаяся: при возникновении напряжения на отключившейся линии (луче) схема приходит в исходное положение без участия обслуживающего персонала.
  Двухлучевая схема обходится несколько дороже петлевой с резервными перемычками, применяемой в небольших и средних городах. При петлевой схеме  переключение производится вручную выездным персоналом, а ответственные объекты приходится выделять на отдельные линии.
  В экспериментальном порядке в некоторых городах сооружаются и эксплуатируются участки сетей по замкнутой схеме, которые имеют высокую степень надежности и большую пропускную способность, но требуют несколько большего расхода цветного металла, сложны в эксплуатации, требуют применения специальных видов релейной защиты. Для питания потребителей 1 категории приходится принимать специальные меры.

{mospagebreak}
  Провода в электрических сетях применяют неизолированные изолированные. Неизолированные используют преимущественно воздушных линиях, изолированные - для открытых и скрытых проводок внутри здания. Неизолированные провода изготовляют меди, алюминия, стали и их сплавов. Они бывают однопроводными и многопроволочными. При равных сечениях многопроволочные провода более гибки, чем однопроволочные, и поэтому  удобнее в монтаже. Кроме того, они прочнее и устойчивее к вибрациям, возникающим при сильном ветре. Медные провода имеют преимущества по сравнению с алюминиевыми. Они лучше противостоят атмосферным  воздействиям, но из-за дефицита меди применение строго лимитируется. Стальные провода обладают  низкой проводимостью: УС = 7,52 м/(Ом•мм2), их сопротивление зависит от значения пропускаемого тока, что обусловлено сильным влиянием поверхностного эффекта и наличием потерь на перемагничивание и вихревые токи. Их применяют для передачи значительной мощности, главным образом  в небольших населенных  пунктах и сельской местности. Сталеалюминевые провода  со стальным сердечником и алюминиевой токоведущей оболочкой имеют высокую прочность и применяются при сооружении ЛЭП напряжением более 35 кВ. Неизолированные провода маркируются следующим образом: М25 - медный сечением 25 мм2, А70 - алюминиевый сечением 70 мм2, АС120 - сталеалюминиевый сечением 120 мм2,
2 ПС50 - стальной сечением 50 мм2
  Изолированные провода имеют жилы, заключенные в изоляционную оболочку. Бывают провода незащищенные, для неподвижной прокладки, у которых изоляция не защищена от механических и химических воздействий; защищенные - с дополнительной защитной оболочкой для неподвижных прокладок.
  Кабели состоят из одной или нескольких скрученных изолированных жил, заключенных в герметическую металлическую, резиновую или пластмассовую оболочку. Защитные оболочки предохраняют изоляцию от вредных воздействий влаги, различных кислот и т. п. Кабели изготовляют одно-, двух-, трех- и четырехжильными. Для прокладки в грунте и других местах, где требуется защита от механических повреждений, применяют кабели с броней из стальной ленты, покрываемой для защиты от коррозии битумными компаундами. Поверх брони навиты один или два слоя джутовой пряжи, пропитанной смесью каменноугольного дегтя 1:1 смолы. Согласно ГОСТам кабели маркируются так: АСБI - (3 Х 50 + 1 х 25) - кабель бронированный (Б), со свинцовой оболочкой и алюминиевыми жилами (АС), четырехжильный сечением трех жил по 50 мм2 и  четвертной - 25 мм2 на напряжение 1 кВ. Кабели выпускают на номинальное напряжение 1, 3, 6, 10 кВ и выше, с диапазоном сечений при напряжении: 6 кВ (10-240 мм2), 10 кВ (16-240 мм2), 1 кВ (4-185 мм2). В четырехжильных кабелях на напряжение до 1 кВ сечение четвертой жилы равно примерно от 1/3 до 1/2 сечения основных токопроводящих жил. Существует ряд марок кабелей с пластмассовой изоляцией без брони, но с достаточно прочной оболочкой, которые разрешается прокладывать в грунтах. Для сетей напряжением 110 кВ и выше применяются специальные маслонаполненные кабели.
  Изоляция проводов и кабелей, применяемых в электросетях, должна соответствовать номинальному напряжению, а защитные оболочки - способу прокладки.

Особенности электроснабжения общественных зданий

  Построение схем электроснабжения и электрооборудования общественных зданий имеет ряд отличительных особенностей сравнению со схемами жилых зданий. Эти особенности определяются значительным удельным весом силовых электроприемников технологического и санитарно-технического оборудования, режимами его работы, специфическими требованиями к освещению которых помещений, а также возможностью встраивания трансформаторных подстанций в некоторые из этих зданий.
  Необходимо подчеркнуть, что наряду с отличиями схемы электросетей общественных зданий должны отвечать общим требованиям, наиболее важные из которых изложены выше. Ввиду большого разнообразия общественных зданий рассмотрим xapaктерные особенности построения схем электросетей некоторых распространенных общественных зданий массового строительства.
  Установленные и потребляемые мощности электроустановок общественных зданий достигают сотен и даже тысяч киловольтампер. Экономическими расчетами определено, что при потребляемой мощности более 400 кВА целесообразно применять встроенные подстанции, в том числе комплектные (КТП). При этом обеспечивается экономия цветных металлов, исключается прокладка внешних кабельных линий до 1 кВ, нет необходимости  в устройстве отдельных ВРУ  в здании, поскольку имеет возможность его совмещения с РУ 0,4 кВ подстанции и т. д.  (В этом случае РУ называют абонентским, и оно обслуживается персоналом абонента.)
  Выбор мощности и количества трансформаторов и трансформаторных подстанций определяется уровнями электрических нагрузок и технико-экономическими расчетами. Подстанции, как правило, бывают двухтрансформаторные, но в относительно небольших зданиях II и III категорий по надежности электроснабжения возможна установка однотрансформаторных подстанций.
  Размеры трансформаторных помещений и помещений РУ, проходы, расстояния до токоведущих частей, конструкции полов, перекрытий, требования к отоплению и вентиляции должны соответствовать нормам, установленным разделом 4 ПУЭ. В целях обеспечения надежной работы аппаратов защиты рекомендуется принимать к установке силовые трансформаторы мощностью до 250 кВА со схемой соединения обмоток зигзаг - зигзаг, мощностью 400-1000 кВА - треугольник - звезда с нулем.
  При установке в зданиях КТП необходимо учитывать дефицитность распределительных шкафов с автоматическими выключателями, поставляемых заводами. Для упрощения и удешевления КТП целесообразно ограничить число линейных автоматических выключателей, устанавливая эти автоматические выключатели на относительно большие точки 200, 400, 600 А и более. Пропускная способность таких автоматических выключателей часто превышает расчетную мощность отходящих питающих линий силовых и осветительных сетей. Чтобы использовать полностью линейные автоматические выключатели КТП, применяют схемы питания с установкой промежуточных распределительных пунктов, состоящих из панелей ЩО, щитов ПР, щитов станций управления ЩСУ и других с автоматическими выключателями на токе, близкими к расчетным токам питающих линий. Такие устройства принято называть щитами-размножителями.
  Следует иметь в виду, что в общественных зданиях широко распространено люминесцентное освещение, при котором ток в нулевом проводе может достигать значений, близких к номинальному току трансформатора за счет высших гармонических составляющих. Поскольку для трансформаторов, имеющих схему соединения звезда – звезда с нулем допускается ток в нейтрали трансформатора не более 25% номинального, необходимо установить силовые трансформаторы с соединением треугольник – звезда. В этом случае допускается ток в нейтрали до 75% номинального.