2. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЕТЯМ
Электрические сети должны удовлетворять следующим основным требованиям.
А. Прежде всего должна быть обеспечена безопасность для жизни и здоровья людей и предотвращена возможность возникновения взрыва или пожара. Это условие удовлетворяется правильным выбором марки и способа прокладки проводов и кабелей в соответствии с характеристикой среды, в которой прокладывается сеть, и с учетом требований техники безопасности. Не меньшее значение имеют правильный выбор защиты проводников от перегрузки и короткого замыкания и расчет сечения проводников по условию их нагревания электрическим током.
Б. должна быть обеспечена необходимая надежность электропитания в зависимости от категории электроприемников. К первой категории относятся приемники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей или значительный; ущерб народному хозяйству. Ко второй категории относятся приемники, перерыв в электроснабжении которых связан с массовым недоотпуском продукции, простоем промышленного транспорта или нарушением нормальной деятельности значительного числа городских жителей. Все остальные приемники относятся к третьей категории.
Надежность электроснабжения зависит от наличия или отсутствия резерва, а также от вероятности повреждения линий электрической сети, трансформаторов и коммутационной аппаратуры. Одним из условий необходимой степени надежности является правильный выбор сечения провода по условию механической прочности. В зависимости от условий прокладки и марки провода установлены наименьшие допустимые по условию механической прочности сечения проводов и кабелей (табл. П-1).
В. Должно быть обеспечено хорошее качество напряжения. Качество напряжения определяется величиной отклонения фактического напряжения на зажимах электроприемника от номинального. Чем меньше это отклонение, тем выше качество напряжения. Допустимые отклонения напряжения на зажимах электроприемников установлены ГОСТ 13109—67 [JI. 2]. Качество напряжения следует считать хорошим, если отклонения напряжения на зажимах всех присоединенных к сети приемников не выходят за допустимые пределы. Чтобы обеспечить это условие, сечения проводов сети должны удовлетворять требованиям расчета по потере напряжения.
Г. Сечения проводов и кабелей линий электрической сети также должны удовлетворять условию экономичности. ПУЭ установлены величины экономических плотностей тока. Сечения проводов и кабелей должны выбираться с учетом этих величин.
Таким образом, сечения проводов и кабелей электрической сети должны выбираться по условиям: а) нагревания электрическим током (§ 4—6); б) механической прочности (табл П-1); в) потери напряжения (§ 7—10); г) экономической плотности тока (§ 11).
3. РАСЧЁТНАЯ СХЕМА СЕТИ
Для выбора сечений отдельных участков электрической сети но условиям нагревания и экономической плотности тока достаточно знать только токовые нагрузки этих участков сети. Расчет сети по потере напряжения может быть выполнен только в том случае, если известны не только нагрузки, но и длины всех участков сети.
В связи с этим, приступая к расчету сети, необходимо прежде всего составить ее расчетную схему, на которой должны быть указаны нагрузки и длины всех участков.
При расчетах трехфазных сетей нагрузки всех трех фазных проводов принимаются одинаковыми. В действительности это условие строго выполняется лишь для силовых сетей с трехфазными электродвигателями. Для сетей с однофазными электроприемниками, например для городских сетей с осветительными лампами и бытовыми приборами, всегда имеется некоторая неравномерность распределения нагрузки по фазам линии. При практических расчетах сетей с однофазными приемниками условно также принимают распределение нагрузок по фазам равномерным.
При условии равномерной нагрузки фаз линии в расчетной схеме нет необходимости указывать все провода сети, как это выполнено на рис. 1. Достаточно представить однолинейную схему с указанием всех присоединенных к сети нагрузок и длин всех участков сети. На схеме также должны быть указаны места установки плавких предохранителей или других защитных аппаратов.
При составлении расчетной схемы электропроводки внутри помещения следует пользоваться планами и разрезами здания, на которых должна быть нанесена электропроводка с указанием точек присоединения электроприемников. Расчетная схема наружной сети составляется по плану поселка или промышленного предприятия, на котором также должна быть нанесена сеть и указаны точки присоединения групп электроприемников (домов или отдельных зданий промышленного предприятия).
Длины всех участков сети измеряются по чертежу с учетом масштаба, в котором он вычерчен. При отсутствии чертежа длины всех участков сети должны быть измерены в натуре.
При составлении расчетной схемы сети соблюдение масштаба для участков сети не требуется. Следует лишь соблюдать правильную последовательность соединения отдельных участков сети между собой.
На рис. 2 представлен пример расчетной схемы линии наружной сети поселка. Длины участков сети на схеме указаны сверху и слева в метрах, снизу и справа нагрузки представлены стрелками, у которых указаны расчетные мощности в киловаттах. Линия АБВ называется магистралью, участки БД, BE и В Г — ответвлениями. Как видно из рис. 2, отдельные участки сети представлены без масштаба, что не мешает точности расчета, если длина участков указана правильно.
Рис. 2. Расчетная схема участка наружной сети 380/220 В жилого поселка.
Определение расчетных нагрузок (мощностей) является значительно более сложной задачей. Осветительная лампа, нагревательный прибор или телевизор при номинальном напряжении на зажимах потребляет определенную номинальную мощность, которая может быть принята за расчетную мощность этого приемника.
Сложнее обстоит дело с электродвигателем, для которого потребляемая из сети мощность зависит от момента вращения связанного с двигателем механизма — станка, вентилятора, транспортера и т. п. На табличке, прикрепленной к корпусу двигателя, указывается его номинальная мощность. Фактическая мощность, потребляемая двигателем из сети, отличается от номинальной. Например, нагрузка двигателя токарного станка будет меняться в зависимости от размера обрабатываемой детали, толщины снимаемой стружки и т. и. Двигатель вы- 10
бирается по наиболее тяжелым условиям работы станка, в связи с чем при других режимах работы двигатель будет недогружен. Таким образом, расчетная мощность двигателя, как правило, меньше его номинальной мощности.
Определение расчетной мощности для группы электроприемников еще более усложняется, так как в этом случае приходится учитывать возможное число включенных приемников. Представим себе, что нужно определить расчетную нагрузку для линии, питающей мастерскую, в которой установлено 30 электродвигателей. Из них только некоторые будут работать непрерывно (например, двигатели, соединенные с вентиляторами). Двигатели станков работают с перерывами на время установки новой детали для обработки. Часть двигателей может работать с неполной нагрузкой или вхолостую и т. д. При этом нагрузка линии, питающей мастерскую, не будет оставаться постоянной. Понятно, что за расчетную нагрузку линии следует принять наибольшую возможную нагрузку, как наиболее тяжелую для проводников линии. Под наибольшей нагрузкой понимается не кратковременный ее толчок, а наибольшее среднее значение за получасовой период времени.
Расчетная нагрузка (кВт) группы электроприемников может быть определена по формуле
(1)
где Кс— коэффициент спроса для режима наибольшей нагрузки, учитывающий наибольшее возможное число включенных приемников группы. Для двигателей коэффициент спроса должен учитывать также величину их загрузки; Ру—установленная мощность труппы приемников, равная сумме их номинальных мощностей, кВт.
Читатель может ознакомиться более подробно с методами определения расчетных нагрузок по литературе [Л. 3,4].
При выборе сечения проводников по условию нагревания или по экономической плотности тока необходимо определить величину расчетного тока линии.
Для трехфазного электроприемника величина расчетного тока (А) определяется по формуле
где Р — расчетная мощность приемника, кВт; UB — номинальное напряжение на зажимах приемника, равное междуфазному (линейному) напряжению сети, к которой он присоединяется, В; cos ф — коэффициент мощности приемника.
(2)
Формулой (2) можно также пользоваться для определения расчетного тока группы трехфазных или однофазных приемников при условии, что однофазные приемники присоединены поровну ко всем трем фазам линии.
Величина расчетного тока (А) для однофазного приемника или для группы приемников, присоединенных к одной фазе сети трехфазного тока, определяется по формуле
(3)
где UH.ф — номинальное напряжение приемников, равное фазному напряжению сети, к которой они присоединяются, В.
Величина расчетного тока для группы приемников, присоединенных к линии однофазного тока, определяется также по формуле (3).
Для ламп накаливания и нагревательных приборов коэффициент мощности cosф=l. В этом случае формулы (2) и (3) для определения расчетного тока соответственно упрощаются.
Вернемся к расчетной схеме наружной сети жилого поселка, представленной на рис. 2. На этой схеме расчетные нагрузки присоединенных к линии домов указаны в киловаттах у концов соответствующих стрелок. Для выбора сечения проводов линии необходимо знать нагрузку всех участков. Эта нагрузка определяется на основании первого закона Кирхгофа, по которому для любой точки сети сумма преходящих токов должна быть равна сумме выходящих токов. Этот закон справедлив также для нагрузок, выраженных в киловаттах.
Найдем распределение нагрузок по участкам линии. В конце линии на участке длиной 80 м, примыкающем к точке Г, нагрузка 9 кВт равна расчетной нагрузке присоединенного к линии в точке Г дома. На участке ответвления длиной 40 м, примыкающем к точке В, нагрузка равна сумме нагрузок домов, присоединенных на участке ВГ ответвления. 94 6=15 кВт. На участке магистрали длиной 50 м, примыкающем к точке В, нагрузка составляет 15 1-4+5=24 кВт
Подобным же образом определяются нагрузки всех остальных участков линии. Для того чтобы не снабжать все указанные на схеме числа обозначениями соответствующих единиц (м, кВт), длины и нагрузки на схеме должны быть расположены в определенном порядке. На расчетной схеме рис. 2 длины участков линии указаны сверху и слева, нагрузки этих же участков — снизу и справа.
