Глава 1. Основы электромонтажных работ
Общие сведения
При сборке и установке электротехнических устройств выполняются электромонтажные работы, под которыми надо понимать кабельные и воздушные линии, закрытые и открытые подстанции, силовое и осветительное оборудование и т. д.
Производство и организация электромонтажных работ подразумевает соблюдение требований системы нормативных документов в строительстве и системы стандартизации. Основными документами системы нормативных документов являются Строительные нормы и правила (СНиП), Правила устройства электроустановок (ПУЭ), правила противопожарной охраны, техники безопасности, ведомственные инструкции, а также инструкции заводов – изготовителей электрооборудования. Монтаж электротехнических устройств ведут в соответствии с рабочими чертежами и по соответствующей документации заводов – изготовителей технологического оборудования.
При производстве электромонтажные и электроремонтные работы оперируют следующими понятиями:
– напряжение.
Для передачи электроэнергии на значительные расстояния пользуются напряжением в несколько десятков и даже сотен тысяч вольт. В большинстве случаев в быту применяют электроэнергию напряжением 220 В. По сравнению с напряжением сетей электросистем (6-220 кВ) и высоковольтных линий электропередач (330-750 кВ) напряжение 220 В невелико, поэтому его иногда называют низким напряжением, хотя «низкое» не означает «безопасное»: из-за нарушения правил эксплуатации оборудования и приборов возможны опасные для жизни травмы. Если прикоснуться к оголенным проводам или другим токоведущим частям, находящимся под напряжением 220 В, через тело человека пройдет электрический ток, что может привести в том числе смертельному исходу.
Для безопасного пользования электричеством в стесненных условиях (подвалы и т. п.) и при повышенной опасности поражения током применяют малое напряжение – 12 или 36-42 В.
Напряжение 12 В считают безопасным, а 36-42 В в помещениях с токопроводящими (земляными, цементными) полами или стенами допускается лишь для подключения стационарно установленных светильников в защитном исполнении. В гаражах и других хозяйственных помещениях с непроводящими полами и стенами из камня, бетона или отделанными изнутри непроводящими материалами напряжение до 42 В можно применять для электроинструмента и переносных светильников с защищенной лампой.
Для получения малого напряжения используют специальные трансформаторы, например трансформатор для хозяйственных нужд напряжением 220/36 или 220/12 В.
– отклонение напряжения.
Прохождение электрического тока по проводам сопровождается потерями, в результате чего в конце линии напряжение оказывается несколько меньшим, чем в начале. Чтобы всем потребителям, присоединенным к линии, подать электроэнергию с надежным уровнем напряжения, в начале линии на трансформаторной подстанции (ТП) его приходится повышать на 5?8 % относительно номинального 380/220 В. В сельской местности согласно нормам качества электрической энергии для большинства потребителей допускается отклонение напряжения до 7,5 % номинала.
Другими словами, при номинальном значении напряжения 220 В у сельского потребителя в действительности напряжение может быть от 200 до 240 В. При этом предполагается, что электроприемники, предназначенные для напряжения 220 В, должны действовать удовлетворительно. Для электродвигателей и светильников с люминесцентными лампами в этом отношении трудностей обычно не возникает ввиду их малой чувствительности к отклонениям напряжения.
У электронагревательных приборов при понижении напряжения заметно падает теплопроизводительность, а при повышении – сокращается срок службы. Полупроводниковые приборы (телевизоры, звуковоспроизводящие аппараты, бытовая оргтехника и пр.) при отклонениях напряжения могут стать неработоспособными. Иногда в аппаратуру встраиваются устройства стабилизации напряжения, обеспечивающие нечувствительность к отклонениям напряжения в достаточно широких пределах. Если в инструкции никаких данных о допустимых отклонениях напряжения нет, предполагается допустимое отклонение 5 % и считается, что электроприемник должен исправно действовать при напряжении 210-230 В.
В сельской местности напряжение у потребителей нередко выходит за указанные пределы, поэтому приходится применять специальные автотрансформаторы или стабилизаторы напряжения. Их выбирают по мощности электроприемника, которая требует стабилизированного напряжения.
Весьма заметно отклонения напряжения влияют на электрические лампы накаливания: при уменьшении напряжения существенно снижается их световой поток, а при увеличении – сокращается срок службы. Для повышения эффективности ламп накаливания их выпускают напряжением от 215-225 до 235-245 В.
Лампы с маркировкой 220-230 В предназначены для работы при малых отклонениях напряжения. Если они служат менее года, следует применять лампы на 230-240 или 235-245 В, а когда при круглогодичной эксплуатации срок их службы превышает два года, надо пользоваться лампами с маркировкой 215?225 В.
– мощность.
В быту применяются электроприемники мощностью от долей ватта (зарядные устройства) до нескольких тысяч ватт (напольные электроплиты). Мощность, фактически потребляемая электроприемником из сети, не всегда соответствует его номинальной мощности, которая указана на маркировке. Мощность, потребляемая лампами накаливания и электронагревательными приборами, существенно зависит от напряжения: если его значение на 5-7 % выше номинального, мощность также увеличится, но на 10-15 %, а при понижении напряжения соответственно уменьшится. Для механического электроинструмента и электронасосов потребляемая мощность зависит в основном от усилия, которое они преодолевают во время работы и не должна превышать номинальную.
– сила электрического тока.
Значение силы тока в проводах определяется мощностью присоединенных к ним электроприемников. Чтобы определить силу тока для однофазных приемников, потребляемую мощность в ваттах делят на приложенное к ним напряжение в вольтах и на коэффициент мощности – безразмерную величину, которая не превышает единицу. Для ламп накаливания и электронагревательных приборов коэффициент мощности равен единице, а для электродвигателей и трансформаторов он всегда меньше. Его значение зависит не только от конструкции машины или аппарата, но и от условий их работы. Обычно коэффициент мощности стремятся довести до 0,9-0,92, но встречаются электроприемники, у которых его значение близко к 0,6. Что это значит для потребителя, который оплачивает электроэнергию? Чем ниже коэффициент мощности, тем больший ток протекает по проводам, следовательно, возрастают потери энергии в проводах. Для повышения коэффициента мощности применяют конденсаторы, подключаемые параллельно нагрузке.
Ток в проводах рассчитывают, полагая мощность электроприемников и приложенное к ним напряжение номинальными. При этом возможно расхождение силы тока с ее фактическим значением. Например, при номинальном напряжении 220 В лампа мощностью 100 Вт потребляет ток 0,45 А; при напряжении 250 В мощность той же лампы составит примерно 120 Вт, а ток – 0,5 А; при напряжении 200 В соответственно 80 Вт и 0,4 А, т. е. при отклонениях напряжения погрешность в определении силы тока не превысит 12 %.
– электрическая нагрузка.
Наибольшее значение силы тока, длительно (30 мин. и более) проходящего по проводу, считают его электрической нагрузкой. Приведем значения силы тока для электрических ламп накаливания, электронагревательных приборов и других электроприемников с коэффициентом мощности, равным единице, при номинальном напряжении 220 В (табл. 1).
Таблица 1
Если надо подсчитать электрическую нагрузку нескольких электроприемников, можно суммировать их номинальные токи, когда у всех электроприемников коэффициент мощности одинаков или достаточно близок к единице. Если это не так, находят усредненное значение коэффициента мощности (приблизительно можно принять 0,8-0,9) и вычисляют силу тока, исходя из суммы номинальных мощностей.
Электрическую нагрузку на фазный провод от трехфазного электроприемника подсчитывают, исходя из того, что на каждую фазу приходится одна треть мощности и что фазное напряжение в 1,73 раза меньше линейного: мощность трехфазного электроприемника делят на номинальное линейное напряжение, коэффициент мощности и на 1,73.
Потребители, пользующиеся трехфазным током, одну из фаз выделяют для питания однофазных электроприемников. Силу тока в этом фазном проводе находят, суммируя нагрузки трех– и однофазных электроприемников. На ток в других фазных проводах однофазные электроприемники не влияют, но они определяют ток в нулевом проводе. Если включены только трехфазные электроприемники, то тока в нулевом проводе нет.
– электрическое сопротивление.
Если к электроприемнику приложено напряжение 220 В и при этом протекает ток силой 1 А, то сопротивление цепи составляет 220 Ом. Если сопротивление увеличить, сила тока пропорционально уменьшится. Пользуясь зависимостью между силой тока и номинальной мощностью, вычислим, что сопротивление электроприемника на 220 В мощностью 15 Вт составляет 3200 Ом, а сопротивление электроприемника мощностью 1500 Вт – лишь 32 Ом.
Сопротивление проводов электрической сети обычно находится в пределах от долей ома до 1?2 Ом.
Нагрев проводов электрическим током зависит от сопротивления и силы тока. Если электрическое соединение сделано небрежно (недостаточно затянуты винты, слабо скручены провода или плохо зачищена изоляция), его сопротивление оказывается больше, чем при качественном исполнении, возникает опасный перегрев и появляется вероятность возгорания.
При коротком замыкании напряжение сети приложено к замкнутым между собой проводам (сопротивление малое) и сила тока достигает сотен ампер, что в несколько раз превосходит допустимое значение. Если при этом не приняты необходимые меры защиты, возникает опасность возгорания проводов вследствие их чрезмерного разогрева.
– электрическая энергия.
Измеряют при помощи электросчетчиков. Если мощность электроприемников составляет 1 кВт, то за 1 ч работы будет израсходован 1 кВт·ч. Такое же количество электроэнергии электроприемники мощностью 500 Вт (0,5 кВт) израсходуют за 2 ч, а электролампы мощностью 25 Вт почти за двое суток (40 ч), т. е. расход электроэнергии в киловатт-часах определяется произведением потребляемой мощности в киловаттах на время работы в часах.
Виды электропроводок. Характеристика и схемы электропроводок
По требованиям безопасности электроустановки подразделяются на 2 группы: напряжением до 1000 В и выше 1000 В.
Элементами электроустановок являются вводные устройства от линии электропередачи 0,4 кВ к источнику потребления, наружные и внутренние электропроводки, а также приемники электрической энергии, т. е. нагревательные, осветительные, хозяйственные приборы и др.
Все электроустановки, независимо от места их расположения, сооружаются, монтируются и эксплуатируются в соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), Строительными нормами и правилами (СНиП), Правилами техники безопасности (ПТБ), Правилами пользования электрической и тепловой энергией, Правилами пожарной безопасности, а также инструкциями заводов – изготовителей бытовой и хозяйственной техники.
В электротехнической литературе применяются специальные термины, понятия и определения.
Для обозначения обязательности выполнения требований ПУЭ применяют слова «должен», «следует», «необходимо» и производные от них.
Групповая сеть– сеть, питающая светильники и розетки.
Двойная изоляция электроприемника– совокупность рабочей и защитной (дополнительной) изоляции, при которой доступные прикосновению части электроприемника не приобретают опасного напряжения при повреждении только рабочей или только защитной (дополнительной) изоляции.
Двойная изоляция проводов и кабелей– в обиходе неправильное название защищенных проводов и кабелей, которые имеют два слоя покрытий. Один слой – изоляция токоведущих жил, второй – оболочка, которая служит для защиты от внешних воздействий и для герметизации и не является изоляцией.
Допускается– данное решение применяется в виде исключения как вынужденное (вследствие естественных условий, ограниченных ресурсов необходимого оборудования, материалов и т. п.).
Заземление– преднамеренное электрическое соединение части электроустановки с заземляющим устройством.
Зануление в электроустановках напряжением до 1 кВ – преднамеренное соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока.
Заземляющее устройство – совокупность заземлителя и заземляющих проводников.
Замыкание на землю– случайное соединение находящихся под напряжением частей электроустановки с конструктивными частями, не изолированными от земли, или непосредственно с землей.
Замыкание на корпус– случайное соединение находящихся под напряжением частей электроустановки с их конструктивными частями, нормально не находящимися под напряжением.
Изолятор– электрическое устройство для изоляции частей электрооборудования, находящихся под разными электрическими потенциалами, и предупреждения открытого замыкания на землю, корпус, сооружение.
Как правило– данное требование является преобладающим, а отступление от него должно быть обосновано.
Квалифицированный обслуживающий персонал – специально подготовленные лица, прошедшие проверку знаний в объеме, обязательном для данной работы, и имеющие квалифицированную группу по технике безопасности, предусмотренную Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок.
Не более– значения величин являются наибольшими.
Не менее– значения величин являются наименьшими.
Потребитель электрической энергии– предприятие, организация, учреждение, объект, площадка, квартира и т. д., присоединенные к электрическим сетям и использующие энергию с помощью имеющихся приемников.
Приемник электрической энергии (электроприемником) – установка или прибор, предназначенный для приема и использования электрической энергии.
Электроустановочные изделия– общее название патронов, выключателей, переключателей, штепсельных розеток, вилок, предохранителей и т. п.
Электропроводка– совокупность проводов и кабелей с относящимися к ним креплениями, поддерживающими защитными конструкциями и деталями, установленными в соответствии с Правилами устройства электроустановок.
В зависимости от назначения и исполнения все электроустановки подразделяются на несколько групп. Те, которые приводят в действие насосы и другое технологическое оборудование, называются силовыми, а предназначенные для освещения, подключения бытовых электроприборов – осветительными.
По степени защиты от внешней среды они подразделяются на открытые (находящиеся на открытом воздухе) и закрытые (находящиеся в помещении). Электроустановки бывают стационарными и передвижными.
Дома (виллы, коттеджи, дачные домики) бывают:
♦ одно– и двухэтажные;
♦ с мансардами, верандами и без них;
♦ с погребами, подвалами и без них;
♦ неотапливаемые и отапливаемые;
♦ кирпичные, деревянные, из гипсоблоков и т. п.
В домах и коттеджах владельцы и члены их семей проживают постоянно, а на садово-огородных участках, или дачах, находятся чаще всего сезонно.
С учетом указываемых условий помещения классифицируются по степени возгораемости строительных материалов и конструкций, условиям окружающей среды и степени поражения людей электрическим током.
В соответствии с противопожарными требованиями СНиП стройматериалы и конструкции по степени возгораемости подразделяются на три группы: сгораемые, трудносгораемые и несгораемые.
К несгораемым относятся все естественные и искусственные неорганические материалы, применяемые в строительстве; металлы; гипсовые и гипсоволокнистые плиты при содержании в них органического вещества до 8 % по массе; минераловатные плиты на синтетической, крахмальной или битумной связке при содержании ее до 6 % по массе.
К трудносгораемым относятся материалы, состоящие из несгораемых и сгораемых компонентов, например асфальтный бетон; гипсовые и бетонные материалы, содержащие более 8 % по массе органического заполнителя; минераловатные плиты на битумной связке при содержании ее 7?15 %; глиносоломенные материалы плотностью не менее 900 кг/м3; войлок, вымоченный в глиняном растворе; древесина, подвергнутая глубокой пропитке антипиренами; цементный фибролит; полимерные материалы.
К сгораемым относят все органические материалы, не отвечающие требованиям, предъявляемым к несгораемым или трудносгораемым материалам.
Согласно ПУЭ помещения, в которых применяются осветительные и силовые электроустановки, различные электроприборы, механизмы с электрическим приводом и т. п., подразделяются на сухие, влажные, сырые, особо сырые, жаркие, пыльные, помещения с химически активной средой, пожаро– и взрывоопасные.
Сухими называются помещения, в которых относительная влажность воздуха не превышает 60 %.
Нормальными называются сухие помещения, если отсутствуют условия «особо сырые, жаркие, пыльные».
Влажными– те, в которых относительная влажность воздуха более 60 %, но не превышает 75 %. Пары или конденсирующая влага в них выделяются временно и в небольших количествах.
К сырым относят помещения, в которых влажность воздуха длительное время превышает 75 %, к особо сырым– те, где относительная влажность воздуха близка к 100 % (потолок, стены, пол и предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой).
Так, садовые домики и другие помещения, в которых люди проживают временно и которые постоянно не отапливаются, должны относиться к категории «влажные» или «сырые».
В частном секторе помещения по устройству электроустановок могут быть сухими, влажными, сырыми, особо сырыми и пожароопасными.
В отношении опасности поражения людей электрическим током помещения в зависимости от сочетания определенных условий окружающей среды (влажность, температура, токопроводящие полы и др.) подразделяются:
1) на помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность;
2) помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием в них одного или нескольких условий, создающих повышенную опасность: сырости или токопроводящей пыли, токопроводящих полов (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т. п.), высокой температуры, возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, аппаратам и механизмам с одной стороны и к металлическим корпусам электрооборудования – с другой;
3) особо опасные помещения – характеризуются наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность: особо сырые помещения, одновременно двух или более условий повышенной опасности.
Схемы электропроводок на планах коттеджей и садовых домиков выполняются для каждого этажа в масштабе 1:100 или 1:200, наружной электропроводки на территории – в масштабе 1:500 или 1:1000. Светильники, выключатели, штепсельные розетки, электрические проводки, аппараты защиты на чертежах планов обозначаются условными знаками.
Электропроводку на планах наносят в однолинейном исполнении. Возле линий указывают марку и сечение провода или кабеля, условно обозначают способ прокладки. Например, Т – в металлических трубах, П – в пластмассовых трубах, Мр – в гибких металлических рукавах, И – на изоляторах, Р – на роликах, Тс – на тросах. Число проводов, жил в проводе и площадь их сечения показывают в виде произведения. Обозначение ПВ 2 (1х2,5) расшифровывают так: два одножильных провода марки ПВ сечением токоведущей жилы 2,5 мм 2. Число проводов в количестве более двух также обозначают засечками под углом 45° к линии.
У светильников дробью указывают в числителе мощность лампы (Вт), в знаменателе – высоту подвеса над полом (м). Приемник электрической энергии также обозначают дробью: числитель указывает номер по плану, а знаменатель – номинальную мощность (кВт).
В качестве примера на рис. 1 дана схема жилого дома и блока хозяйственных построек.
Рис. 1. Электросхема жилого дома и блока хозяйственных построек:
Ф– фазный провод (сплошная линия), Ор – нулевой рабочий проводник (линия точка-тире), Оз – нулевой защитный проводник (пунктирная линия), Руб. – рубильник, 1 – автоматический выключатель АП50-2МТ (ток номин. 25 А, ток уставки 25 А), 2 – автоматический выключатель АП50-2МТ (ток номин. 25 А, ток уставки 24 А), 3 – автоматический выключатель АП50-2МТ (ток номин. 10 А, ток уставки 8 А), 4 – автоматический выключатель АП50-2МТ (ток номин. 25 А, ток уставки 12 А), 5 – автоматический выключатель АП50-2МТ (ток номин. 10 А, ток уставки 10 А), 6-12 – автоматический выключатель ПАР (ток номин. 6,3 А), 13 – счетчик, 14 – холодильник, 15 – однополюсная розетка без зануления, 16 – светильник входного крыльца, 17 – выключатель светильника, 18 – светильники, установленные в жилых помещениях дома, в т. ч. в коридоре и ванной комнате, 19 – светильник, установленный в котельной, 20 – стиральная машина, 21 – утюг, 22 – однополюсная розетка с занулением, 23 – светильник, установленный перед блоком хозяйственных построек, 24 – выключатель светильника, 25 – светильники освещения гаража, 26 – переносная лампа, 27 – трансформатор 220/12 В, 28 – выключатель переносной лампы, 29 – выключатель освещения гаража, 30 – выключатель освещения мастерской, 31 —светильники мастерской, 32 – трехфазный электродвигатель, 33 – конденсаторное устройство, 34 – выключатель освещения помещения для скота, 35 – светильники помещения для скота
Электропроводки делят на открытые и скрытые.
Открытая электропроводка прокладывается по поверхности стен, потолков, на струнах, тросах, роликах, изоляторах, в трубах, коробах, гибких металлических рукавах, на лотках, в электротехнических плинтусах и наличниках. Может быть стационарной, передвижной или переносной.
Скрытая электропроводка прокладывается внутри конструктивных элементов зданий и сооружений: в стенах, полах, фундаментах, перекрытиях, по перекрытиям в подготовке пола, под съемным полом и т. п., а также в трубах, гибких металлических рукавах, коробах, замкнутых каналах и пустотах строительных конструкций, в заштукатуриваемых бороздах, под штукатуркой, может быть замоноличенной в строительные конструкции при их изготовлении.
С целью сокращения сроков монтажа электрических сетей применяют магистральные, распределительные, троллейные и осветительные шинопроводы.
Шинопровод– комплектная электрическая сеть. Состоит из отдельных секций, соединяемых сваркой, болтовыми или штепсельными соединениями, а также из кожухов и материалов для изоляции мест стыков и конструкций для крепления кронштейнов, стоек, подвесок. Секции шинопроводов изготовляются прямыми и фасонными для сборки электрической сети любой конфигурации.
Открытые проводки прокладывают в коробах или на лотках. В этом случае сокращается расход стальных труб, почти в два раза повышается производительность труда, улучшается эстетический вид.
Кабели с пластмассовой оболочкой прокладывают в коробах вплотную друг к другу в один или несколько слоев, а также пучками. Сумма площадей поперечных сечений кабелей, прокладываемых в одном коробе, включая контрольные и резервные, не должна превышать 40 % внутреннего поперечного сечения короба.
На лотках прокладывают кабели сечением жил до 16 мм2 (можно прокладывать и кабели больших сечений, если их трассы совпадают с трассами кабелей сечения до 16 мм2) в один слой с расстоянием в свету около 5 мм и пучками в один слой (ряд) с расстояниями между пучками в свету около 20 мм или многослойно.
Пучки кабелей скрепляют бандажами на расстоянии не более 1,5 м между ними на горизонтальных прямолинейных участках трассы. При вертикальной прокладке расстояние между креплениями должно быть не более 1 м. К лоткам кабели закрепляют на расстоянии не более 0,5 м до и после их поворота или ответвления.
В зависимости от способов прокладки кабелей в коробах или лотках (многослойная, пучками и т. д.) вводят коэффициенты снижения электрической нагрузки на эти кабели.
Тросовыми электропроводками называют электропроводки, выполненные специальными проводами с встроенным в них стальным несущим тросом, а также проводки, выполненные установочными изолированными проводами или кабелями, свободно подвешенными или жестко закрепленными на отдельных стальных несущих тросах.
Специальные коробки используют при ответвлении на тросовых проводах, в которых предусматривается запас троса и проводов, необходимый для присоединения отходящей линии.
Натяжные муфты, анкеры, зажимы и т. д. применяют для монтажа тросовых проводок.
Скрытую электропроводку применяют в крупнопанельных жилых домах при монтаже в замоноличенных пластмассовых трубах, коробах и закладных элементах, которые устанавливают в строительные конструкции на заводах. Пакеты проводов предварительно заготовляют на технологических линиях мастерских электромонтажных заготовоки доставляют в контейнерах на объекты. Там готовые пакеты проводов затягивают в трубы до выполнения отделочных работ. Потом в закладных элементах устанавливают штепсельные розетки и выключатели.
Одно из главных электротехнических устройств – электропроводка. В состав установки для искусственного освещения входят источники света, осветительная арматура, пускорегулирующие устройства, электропроводки и РУ с аппаратами защиты и управления.
Осветительной арматурой называют устройство, обеспечивающее установку источника света, его защиту от внешних воздействий, перераспределение светового потока и экранирование избыточной яркости. Осветительная арматура состоит из корпуса, лампового держателя (патрона), оптической системы (отражателя, рассеивателя), подвески и проводов для присоединения к электропроводке.
Осветительную арматуру с лампой называют светильником.
Устанавливают светильники непосредственно на строительных основаниях сооружений или на кронштейнах, тросах, крюках, шпильках и т. д.
Из светильников монтируют блоки, световые линии, установленные на шинопроводах, коробах, специальных перфорированных профилях. Присоединение к магистралям ответвлений проводов производят опрессовкой, сваркой, сжимами и т. д.
Распределение электроэнергии
Наружные сети. К квартире, индивидуальному дому вилле или дачному домику электрическая энергия подводится при номинальном напряжении 220 В по отходящим линиям распределительной сети, которые берут начало на трансформаторной подстанции (ТП). К ТП электроэнергию подают в большинстве случаев трехфазным током по трехпроводным высоковольтным линиям при напряжении от 6 до 35 кВ, а отводят по трехфазным четырехпроводным: три провода фазных, четвертый – нулевой или нейтральный. В городах линии прокладывают кабелями в земле, в сельской местности – воздушными линиями (ВЛ). При этом неизолированные провода монтируют на фарфоровых или стеклянных изоляторах, укрепленных на деревянных, железобетонных или металлических опорах. Если вдоль ВЛ предусматривают уличное освещение, прокладывают еще один («фонарный») провод. Его монтируют на опорах отходящей ВЛ, в результате получается пятипроводная линия. Уличное освещение подключают к «фонарному» и нулевому проводам. Для управления уличным освещением ставят коммутационный аппарат (выключатель или магнитный пускатель) и к его контактам присоединяют «фонарный» провод и один из фазных.
В четырехпроводных электрических сетях нулевой провод обязательно заземляют. Заземление сооружают на ТП. Кроме того, через каждые 100-200 м по трассе отходящих ВЛ и на концевых опорах устраивают повторные заземления нулевого провода.
От четырех– или пятипроводной ВЛ, проходящей обычно вдоль сельской улицы, делают отводы к потребителям, распределяя нагрузки на каждую фазу более или менее равномерно. При двухпроводных (однофазных) ответвлениях этого достигают, чередуя их от каждой фазы ВЛ. Например, от первой фазы делают отвод к первому потребителю, от второй – ко второму, от третьей – к третьему, к четвертому – снова от первой и т. д. Другой провод каждого двухпроводного отвода присоединяют к нулевому проводу ВЛ.
Рис. 2. Схема подключения потребителей к ВЛ (а) и к кабельной (б) линиям:
1 — трансформаторная подстанция; 2 – предохранители иоли автоматические выключатели в фазных проводах А, В и С (в нулевом проводе защитные и коммутационные аппараты устанавливать запрещается); 3 – здание с двухпроводным однофазным вводом: фаза А или В (С) и нуль; 4 – здание с четырехпроводным трехфазным вводом; 5 – двухквартирный дом с трехпроводным ответвлением (однофазным вводом к каждой квартире); 6 – контур заземления подстанции; 7 — светильник уличного освещения; 8 – повторные заземлители по трассе; 9 – кабельная линия; 10 – вводное устройство (силовой ящик)
Встречаются также трех– и четырехпроводные ответвления: трехпроводные иногда делают к двухквартирным домам для электроснабжения двух потребителей от разных фаз с общим нулевым проводом, четырехпроводные – к многоквартирным домам, чтобы равномерно распределить по фазам нагрузки каждой квартиры. Чем равномернее распределены по фазам электрические нагрузки, тем меньше потери электроэнергии.
Четырехпроводные ответвления выполняют также к потребителям, имеющим трехфазные электроприемники.
Электроприемники одно– и трехфазного тока. Раньше электричеством пользовались в быту только для освещения, а электрическая лампа – однофазный электроприемник, поэтому однофазный ток и получил широчайшее распространение у индивидуальных потребителей. Такая система электроснабжения не вызывала затруднений с внедрением в обиход электронагревательных приборов, радиоэлектронной аппаратуры и приборов культурно-бытового назначения, так как на потребительские свойства этих приборов не влияет, предназначены они для одно– или трехфазного тока. Иное положение с электродвигателями. Простейшие по конструкции, несложные в эксплуатации и самые массовые по применению в производственных условиях трехфазные асинхронные двигатели не могут эффективно работать при однофазном токе. Поэтому в бытовых электропылесосах, стиральных машинах, компрессионных холодильниках, различных кухонных машинах, а также в электроинструментах используют однофазные электродвигатели. Надо признать, что они, во-первых, сложнее трехфазных, во-вторых, менее экономичны. По мере роста мощности однофазных электродвигателей их недостатки по сравнению с трехфазными становятся все более ощутимыми. Так, при мощности 1,3 кВт однофазные электродвигатели настолько громоздки, что их применение в быту становится затруднительным. Эту мощность стали считать предельной для бытовых электроприборов (за исключением напольных электроплит). Кроме того, квартирная электропроводка в домах старой застройки не приспособлена для включения электроприборов мощностью более 1,3 кВт.
Чтобы интенсифицировать труд в личных подсобных хозяйствах, коллективных садах и огородах, возникла необходимость в более мощных электрифицированных машинах и инструментах с трехфазными электродвигателями.
Системы распределения. Между любой парой фазных проводов действует линейное, или межфазное напряжение, а между любым из фазных и нулевым – фазное. При нормальных эксплуатационных условиях линейное напряжение в 1,73 раза больше фазного. Так, если линейное напряжение 380 В, то фазное – 220 В. Трехфазные электрические сети принято характеризовать значением линейного напряжения, но для сетей, непосредственно обслуживающих население, вслед за линейным напряжением после дробной черты приводят значение фазного напряжения, т. е. трехфазную четырехпроводную систему с линейным напряжением 380 В обозначают 380/220 В.
Трехфазная система 380/220 В с заземленной нейтралью получила преимущественное распространение, но можно встретить и другие системы: трехфазную 220 В с незаземленной (изолированной) нейтралью без нулевого провода или однофазную трехпроводную 2х220 В с заземленным средним проводом.
В трехфазной системе без нулевого провода однофазные приемники подключают к любой паре фазных проводов, равномерно распределяя нагрузки по фазам; трехфазные – к трем фазным проводам. Поражение электрическим током в случае повреждения изоляции при изолированной нейтрали менее вероятно, чем при заземленной, зато сложнее отыскать место повреждения.
Однофазную систему 2х220 В применяют в мелких населенных пунктах (примерно на полтора десятка домов). К потребителям проводят двухпроводные ответвления – от заземленного и от одного из незаземленных проводов. При этом к каждому из незаземленных проводов стремятся подключить равное число потребителей. При такой системе трехфазными приемниками не пользуются.
Бывает, что при использовании системы 380/220 В возникают затруднения с подачей потребителям трехфазного тока, например, если к группе потребителей, расположенных в стороне от четырехпроводной воздушной линии, сделано общее ответвление от нулевого провода и не от всех фазных, а только от одного или двух.
Проект электроснабжения
Использование электроэнергии возможно только после допуска электроустановок к эксплуатации и получения потребителем абонентской книжки для расчетов за электроэнергию.
В первую очередь потребитель должен получить технические условия на электроснабжение от владельца электрических сетей, сделать проект или схему электроснабжения, согласовать этот документ с владельцем сетей и местным органом Госэнергонадзора.
После окончания работ по монтажу и выполнения технических условий потребитель подает заявление на отпуск электроэнергии. Владелец сетей проверяет сделанные работы на соответствие проекту и ПУЭ, проводит инструктаж по мерам электробезопасности. О результатах проверки и инструктажа делаются записи. После этого предприятие, выдавшее технические условия, присоединяет объект к электросети.
В проекте должны быть представлены решения по выбору плавких предохранителей, автоматических выключателей, проводов и способу их прокладки, схемам внутренних электропроводок и наружных внутридворовых сетей, учету электроэнергии для расчетов с владельцем электросетей, а при необходимости – и по устройству заземления.
Ответвление от ВЛ и внутридворовые сети наносят на план участка, внутреннюю проводку – на планы строений. Кроме того, на планах указывают расположение щитков, ответвительных коробок, выключателей, счетчика, а также стационарно установленных светильников и других электроприемников.
Планы дополняют необходимыми пояснениями и электрическими схемами щитков. Проект можно не составлять, если намечается незначительный объем работы по электрификации, например только электропроводка для освещения в доме и бытовых электроприборов внутриквартирного применения. В этом случае достаточно выполнить подробную схему с указанием на ней марок проводов и способов их прокладки, а также номинальных токов предохранителей. Воспроизводить электрические схемы внутренних соединений использованных приборов и устройств, например электросчетчика или люминесцентного светильника, не надо.
Электрическая схема отличается от плана электропроводки тем, что на ней изображают электрические связи между электрооборудованием и элементами проводки, не учитывая их расположения в помещении или на местности, т. е. без соблюдения масштаба.
Прежде чем обращаться к владельцу электрических сетей за техническими условиями на электроснабжение, потребитель должен четко определить желаемую степень электрификации участка. От этого зависят объем предстоящих работ по монтажу, требуемое сечение проводов, тип счетчика, вариант щитка и номинальный ток предохранителей. Потребителю не разрешается увеличивать номинальный ток предохранителей по сравнению с указанным в проекте или схеме.
Личные подсобные хозяйства по степени электрификации можно условно разделить на три группы.
К первой относят хозяйства с малой степенью электрификации, когда электроэнергию используют преимущественно для освещения (электроприборы и электрифицированные машины вне помещений жилого дома не предусмотрены) и мощность применяемых электроприемников не превышает 1,3 кВт.
Ко второй – хозяйства, в которые используют либо бытовые электроприборы мощностью выше 1,3 кВт, либо однофазные электрифицированные машины или электроинструмент вне помещений жилого дома.
К третьей – хозяйства, в которых применяют трехфазные электроприемники.
В первом случае подают заявку на однофазное ответвление со счетчиком на 5 А, во втором – на однофазное ответвление, но при этом предусматривают защитное зануление и номинальный ток счетчика (5 или 10 А) принимают в зависимости от мощности используемых электроприемников, в третьем – трехфазное ответвление с нулевыми рабочим и защитным проводами.
Вводное устройство
Вводное устройство обеспечивает автоматическое отключение всей электропроводки потребителя при ее неисправности, а также позволяет отключить проводку во время ремонта или на период длительного бездействия.
В современных многоквартирных домах вводное устройство располагают в общих тамбурах или на лестничных клетках, в одно– и двухэтажных зданиях – обычно снаружи на стене.
Вводным устройством может служить плавкий предохранитель или какой-либо иной защитный аппарат, например автоматический выключатель. Для одноквартирного дома номинальный ток защитного аппарата не более 25 А. На вводах в многоквартирный дом или в тех случаях, когда применяют однофазные электроприемники мощностью свыше 1,3 кВт, может потребоваться аппарат на ток силой более 25 А.
При применении плавкого предохранителя к нему добавляют коммутационный аппарат, например пакетный выключатель или рубильник (при автоматическом выключателе дополнительный коммутационный аппарат не требуется).
Предохранители, а также однополюсные защитные автоматы монтируют только в фазных проводах. Установка этих аппаратов на нулевом проводе не допускается. Линию нулевого провода можно разрывать только при одновременном разрыве линий фазных проводов. При однофазном ответвлении это обеспечивается двухполюсными коммутационными или защитными аппаратами. Можно применить и трехполюсный аппарат, но при однофазном (двухпроводном) вводе один из полюсов не используют.
Токоведущие части вводного устройства должны быть защищены от попадания дождя или снега недоступны для случайного прикосновения, поэтому желательно выбирать аппараты, соответствующие по защите и условиям эксплуатации, либо монтировать вводное устройство в металлическом или пластмассовом корпусе. Аппараты вводного устройства, установленные на наружной стене дома, защищают жестяным, пластмассовым или деревянным кожухом. Расстояние от токоведущих неизолированных частей до стенок защитного кожуха должно быть не менее 10 мм.
Бытует мнение, что установка предохранителей в линии не только фазного, но и нулевого проводов повышает надежность защиты. В действительности обрыв электрической цепи, связанной с нулевым проводом, в том числе и при перегорании предохранителя в его цепи, может привести к опасным для жизни последствиям.
Одно из средств обеспечения безопасности при нарушении изоляции – зануление, т. е. соединение металлических нетоковедущих частей электрооборудования с заземленным нулевым проводом. Если же в цепи нулевого провода находится предохранитель или автомат, то он может сработать и отключить нулевой провод, что равносильно отключению зануления, обеспечивающего защиту человека от поражения электрическим током.
Не разрешается устанавливать однополюсные защитные или коммутационные аппараты в цепи нулевого провода.
При монтаже электропроводки следует тщательно выполнять все соединения по схеме.
Вводное устройство со стороны ответвления от ВЛ подключают изолированными проводами сечением 4 или 6 мм2 (для медных допускается сечение 2,5 мм2). Изолированные провода к проводам ответвления у изоляторов на стене здания присоединяют специалисты владельца сетей, а к вводному устройству – потребитель. Если ответвление выполнено тросовым проводом или кабелем, токоведущие жилы к вводному устройству также подключают специалисты владельца сетей. Со стороны ввода в здание потребитель должен сделать проводку между вводным устройством и электросчетчиком.
При монтаже любого трех– или однофазного вводного устройства без коммутационного аппарата нулевой провод ответвления при помощи отдельного контактного зажима соединяют с соответствующим проводом, идущим к счетчику. Соединение скруткой допускается, если провода сваривают или паяют, но в условиях индивидуального строительства эту работу с алюминиевыми проводами выполнить трудно. Поэтому для соединения используют контактный зажим от какого-нибудь электрического аппарата, например одногнездовой зажим к проводам сечением до 4 мм2, применяемый в светильниках, или зажим из ответвительной коробки. Диаметр контактных винтов должен быть 4-6 мм. Если соединяемые провода из разных металлов, каждый крепят отдельным винтом.
Групповую сеть, чаще используемую в приусадебных постройках, выполняют однофазной и монтируют, как правило, тремя группами. Группа № 1 предназначается для питания осветительных приборов. Группа № 2 служит для присоединения штепсельных розеток на 6 А без защитных (зануляющих или заземляющих) контактов. Группа № 3 питает электроприемники, требующие занулений корпуса прибора (например, кухонная плита). К данной группе присоединяют штепсельные розетки с защитным контактом.
Допускается смешанное питание штепсельных розеток и освещения.
Нельзя объединять нулевые проводники разных групп. В провод, который служит для присоединения защитных контактов штепсельных розеток, нельзя вводить ни выключатели, ни предохранители.
Рис. 3. Схема питания групповой сети:
а – многолинейная; б – однолинейная с воздушным вводом; в – однолинейная в варианте с кабельным вводом; 1 – воздушная линия; 2 – кабельная линия (выполняется по проекту наружных сетей); 3 – двухполюсный пакетный выключатель; 4 – счетчик; 5 – выключатель автоматический; 6 – провод для зануления; 7 – вводной ящик; 8 – квартирный щиток; 9 – рубильник; 10 – предохранители
Номинальные токи расцепителей автоматических выключателей должны составлять:
16 А – для групповой и осветительной сети и сети штепсельных розеток на ток 6?10 А в домах без бытовых кондиционеров воздуха;
25 А – для сети штепсельных розеток в домах с бытовыми кондиционерами воздуха мощностью до 1,3 кВт, а также для групповой линии питания бытовых электрических приборов мощностью до 4 кВт;
25-32 А – для групповой линии питания электрической плиты мощностью до 5,8 кВт;
40 А – для групповой линии питания электрической плиты мощностью 5,9?8 кВт.
Электропроводки в жилых домах и хозяйственных постройках
В качестве примера рассмотрим план электропроводки одноквартирного жилого дома, на котором изображены электропроводка и присоединенные к ней светильники, штепсельные розетки, выключатели и другое электрооборудование (рис. 4).
Рис. 4. План электропроводки одноквартирного жилого дома:
I– крыльцо; II – тамбур; III – санузел; IV – помещение для стирки; V – прихожая; VI – жилая комната; VII – кухня; VIII – кладовая; IX – веранда; 1 – силовой ящик; 2 – квартирный щиток; 3 – одно– или двухламповый светильник; 4 – штепсельная розетка с защитным контактом; 5 – однополюсный герметический выключатель; 6 – штепсельная розетка без защитного контакта; 7 – милицейский фонарь; 8 – кнопочный выключатель (кнопка) для звонка; 9 – звонок; 10 – однополюсный выключатель; 11 – сдвоенный выключатель; 12 – многоламповый светильник с раздельным включением ламп; 13 – штепсельная розетка с выключателем
Рассмотрим особенности фрагментов схемы, на которых подробно показаны соединения (рис. 5).
Рис. 5. Узлы соединений в ответвительных коробках:
14 – коробка; 15 – соединение проводников; Ф– фаза; 0 – ноль; 3, 4, 5, 8, 9, 10-12 – см. подпись к рис. 4
К двухполюсной розетке 4 с третьим зануляющим контактом подходят три провода, один из которых является зануляющим и присоединяется к сети таким образом, чтобы нигде не было даже кратковременных разрывов. Очень важно при монтаже не перепутать зануляющий провод с рабочим нулевым проводом – может привести к поражению электрическим током. Фазный и нулевой провода присоединяют к контактным винтам рабочих гнезд розетки.
Штепсельную розетку 6 присоединяют к сети фазным и нулевым проводами, причем совершенно безразлично, в каком порядке эти провода присоединяются к гнездам.
В некоторых случаях в отверстии стеновой панели, разделяющей комнаты, возле одной штепсельной розетки устанавливают вторую (со второй стороны отверстия). Для подсоединения к сети этой розетки достаточно установить перемычку, соединяющую гнезда обеих розеток.
В схеме одно– или двухлампового светильника 3 на пути от фазного провода к патрону устанавливают выключатель (узел А). Непосредственно под выключателем может быть установлена штепсельная розетка. В этом случае одно из гнезд розетки присоединяют к контактному винту выключателя, к которому подходит фазный провод. Второе гнездо соединяют с нулевым проводом в ответвитсльной коробке (узел Б).
В многоламповом светильнике (люстре) 12 с раздельным включением ламп первые выводы всех ламп соединяют с нулевым проводом, а оба выключателя 11 – с фазным проводом (узел В). Одна из ламп включается одним выключателем, остальные лампы, выводы которых соединены между собой, – вторым.
Звонок 9 подсоединяют к электрической сети с помощью кнопочного выключателя (кнопки). Следует обратить внимание на то, что кнопка и проводка должны быть рассчитаны на 250 В. Кроме того, кнопку нельзя устанавливать во дворе и в сырых помещениях.
Особенности выполнения электропроводок, имеющие непосредственное отношение к обеспечению электробезопасности:
1) металлические корпуса однофазных электрических плит, переносных бытовых электрических приборов и машин мощностью более 1,3 кВт и металлические трубы электропроводок зануляют. Зануление корпусов электрических плит, бытовых кондиционеров, а также переносных бытовых приборов и машин осуществляется прокладкой отдельного провода сечением, равным сечению фазного провода, от квартирного щитка. Этот провод присоединяют к нулевому защитному проводнику питающей сети перед счетчиком (со стороны ввода) и до отключающего аппарата (при его наличии);
2) в ванных комнатах и туалетах выполняется скрытая электропроводка: провода прокладывают в поливинилхлоридных или других изоляционных трубках. Применять защищенные провода в металлических оболочках, а также провода в стальных трубах для устройства электропроводок в этих помещениях запрещено. Штепсельные розетки в этих помещениях устанавливать нельзя, кроме розетки для включения электробритвы; эту розетку присоединяют к сети через разделяющий трансформатор;
3) в неотапливаемых подвалах, на чердаках, в сырых и особо сырых помещениях электропроводку выполняют открытой.
Электропроводка в хозяйственной постройке (рис. 6).
Среда в ряде помещений хозяйственной постройки (свинарник, коровник) агрессивна и разрушает изоляцию, поэтому электропроводку предпочтительно выполнять не проводами, а кабелем. Особенно тщательно нужно вести электромонтажные работы, так как при прикосновении к оголенным проводам при напряжении 12, а тем более 220 В животное может погибнуть.
Рис. 6. План хозяйственной постройки с электропроводкой:
I– свинарник; II – птичник; III – коровник; IV – помещение для хранения инвентаря и топлива; V – хозяйственное помещение; 1 – трубостойка; 2 – светильник; 3 – герметический выключатель
Металлические части светильников, установленные в хозяйственных постройках, зануляют специально проложенным для этого третьим проводником, который подключают к нулевому проводу сети в ближайшей к светильнику ответвительной коробке.
Примерный перечень электротехнических устройств, необходимых для устройства электропроводки в жилом доме
Несмотря на довольно большое разнообразие типов домов и садовых домиков, а также хозяйственных построек различного назначения, схемы электроснабжения содержат ограниченное число элементов. Везде обязательны вводное устройство (трубостойка или распределительный ящик), квартирный щиток, штепсельные розетки, выключатели и др.
Примерный перечень электротехнических устройств, необходимых для устройства электропроводки в жилом доме
Ящик распределительный, шт. ……………………………………1
Трубостойка при воздушном вводе, шт. …..…………………….1
Квартирный щиток, шт. ………..…………….……………………..1
Счетчик однофазный, шт. ……..……………………………………1
Светильник, шт.:
настенный..……………………………………………….1-6
пылевлагонепроницаемый ……………………………… 3-11
потолочный для освещения подвала …………………….1
Патрон подвесной, шт..……………………………………………1-6
Выключатель однополюсный, шт.:
для скрытой установки …………………………………….2-6
сдвоенный …..……………………………………….………2-6
герметический.……………………………………………..6-14
Блок электроустановочных изделий на два выключателя и одну штепсельную розетку, шт. …………………………..……………………………………..1
Розетка штепсельная, шт.:
для скрытой установки..…………………………………..3-7
для скрытой установки двухместная..……………………1-4
двухполюсная в нормальном исполнении с третьим заземляющим контактом на 25 А ……………….………………………………………………..1
двухполюсная в нормальном исполнении с третьим заземляющим контактом на 10 А ……………….…………………………………………………1
двухместная в герметическом исполнении …………………1
Звонок электрический, шт. …………………………………………….1
Кнопочный выключатель на 250 В …….……………………………..1
Ящик с понижающим трансформатором, шт. ….……………………1
Фонарь милицейский, шт. ………..…………………………………….1
Коробка ответвительная, шт.:
для скрытой установки. ………………………………………35-52
для открытой установки …..…………………………………11-15
для встраивания выключателей и розеток …………………..8-35
Штепсельная розетка двухместная в герметическом исполнении, шт. …………………………………………………………………………………….1
Крюк для подвески светильников, шт. ……..………………………….5-7
Провод АПВ, м, сечением:
6 мм2 …………………………………………………………….12-25
2,5 мм2 ………..…………………………………………………..70-75
Провод АППВ, м, сечением:
3х4 мм2 ……..……………………………………………………15-36
3x2,5 мм2 ……….…………………………………………………25-60
2x2,5 мм2..………………………………………………………..60-100
Труба с условным проходом 20 мм, м:
винипластовая ……..……………………………………………35-70
стальная …………………………………………………………..8-20
Примерный перечень электротехнических устройств, необходимых для устройства электропроводки в хозяйственной постройке со средним набором помещений:
Трубостойка, шт. … ……………………………………………………..1
Светильник, шт.:
подвесной ………………………………………………………4
настенный …….…………………………………………………2
Выключатель однополюсный брызгонепроницаемый, шт. …………..6
Кабель АНРГ сечением 2x2,5 мм2, м …………………………………….40
Типы и количество электротехнических устройств определяет проектное решение конкретного объекта.
Наименьшие сечения проводов групповой сети освещения и штепсельных розеток – 1,5 мм2 для медных жил и 2 мм2 для алюминиевых и алюмомедных. Вводы питающих линий в квартиру от трубостойки до квартирного счетчика – 2,5 мм2 для медных жил и 4 мм2 для алюмомедных и алюминиевых.
Молниезащита домов и хозяйственных построек
Молния – это электрический разряд, возникающий в атмосфере между разноименно заряженными облаками, их частями или между облаком и землей.
Чаще всего удары молнии поражают места, возвышающиеся над окружающей поверхностью, наиболее высокие объекты в массиве застройки и остроконечные предметы – вышки, отдельно стоящие деревья, дымовые трубы и др.
На вероятность поражения молнией влияют электропроводность слоев земли, ближайших к поверхности, а также уровень грунтовых вод.
Во время разряда молнии через пораженный объект в течение стотысячных долей секунды протекает электрический ток в несколько тысяч ампер, обусловленный разрядом атмосферного электричества. Механические, тепловые и электромагнитные воздействия, сопровождающие грозовой разряд, могут оказаться причиной травмирования людей и животных, пожара, разрушения строений и появления перенапряжений в проводах, но токи молнии не разрушают металлические проводники достаточно большого сечения. Под достаточно большим сечением для стали можно принять 30?50 мм2, что соответствует проводу диаметром 6?8 мм.
Для защиты зданий от ударов молнии сооружают молниеотводы (рис. 7), представляющие собой молниеприемник (металлический стержень, поднятый на соответствующую высоту), токоотводящий спуск и заземлитель. Молниеотвод принимает удар молнии на себя и отводит ток молнии в землю. Токоотводящий спуск от молниеприемника к заземлителю прокладывают по возможности кратчайшим путем, не допуская изгибов провода под острым углом, иначе может возникнуть искровой разряд между близко расположенными участками провода и, как следствие, воспламенение.
Рис. 7. Молниеотвод:
1 – молниеприемник; 2 – токоотвод; 3 – заземлитель; 4 – молниеприемник из трубы; 5 – сварка; 6 – молниеотвод; 7 – молниеприемник из уголка; 8 – молниеприемник из проволоки сечением 6-10 мм
Высоту молниеотвода и место его установки выбирают так, чтобы он полностью защитил постройку от удара молнии. Действенность молниеотвода оценивают по его защитной зоне, граница которой представляет собой коническую поверхность с острием на вершине молниеотвода и основанием в виде окружности радиусом в полтора раза большим, чем высота. Все, что находится внутри зоны, достаточно надежно защищено от прямых ударов молнии.
Молниеотводами защищают здания, возвышающиеся над остальной застройкой или деревьями более чем на 25 м, и отдельно стоящие здания, не входящие в массив застройки, если они удалены от деревьев. Защита от прямых ударов молнии – составная часть проекта здания и не связана с его электрификацией. Сооружают молниезащиту в процессе строительства.
Кроме молниезащиты, надо позаботиться также о защите от перенапряжений.
Электромагнитные воздействия грозового разряда создают в проводах, близлежащих к ВЛ, повышенные потенциалы (перенапряжения). Чтобы предотвратить их проникновение в помещения по проводам ВЛ, заземляют крюки, на которых установлены изоляторы, и по возможности между фазным проводом и заземляющим спуском монтируют вентильные разрядники РВН-0,5.
Заземление крюков не обеспечивает полной защиты от заноса в здания опасных потенциалов по проводам воздушных электролиний, поэтому в сельской местности во время грозы не следует приближаться к электропроводке и проводам радиотрансляционной сети на расстояние менее 0,3–0,5 м; прикасаться к приборам, присоединенным к электрической сети; не следует также находиться ближе 3–5 м от заземляющего спуска.
Ответвление и заземление
Ответвление выполняют без установки дополнительных опор, если его длина от ВЛ не более 25 м. Для ответвления рекомендуется применять изолированные провода, но допускается и неизолированные; в этом случае на каждый провод можно надеть мягкую изоляционную трубку.
Если длина ответвления превышает 25 м, необходима установка дополнительных опор. От ВЛ до последней опоры монтируют неизолированный провод, а от последней опоры до строения – изолированный.
Наименьшее допустимое сечение (мм2) проводов для ответвлений индивидуальным потребителям по условиям механической прочности составляет:
Трехфазное (четырехпроводное) ответвление удобнее выполнять четырехжильным проводом марки АВТВ или АВТУ со встроенным несущим тросом, сечение алюминиевых токоведущих жил при этом может быть не менее 4 мм2, так как механическую нагрузку воспринимают не они, а трос.
Несущий трос наглухо закрепляют и присоединяют (рис. 8) к нулевому проводу. Для крепления троса на опоре ставят дополнительный изолятор.
Рис. 8. Ответвление от ВЛ проводом с несущим тросом:
1 – дополнительный изолятор; 2 – трос; 3 – провода ответвления; 4 – зануление троса; 5 – нулевая жила; 6 – изолятор для провода наружного освещения
На стене здания также устанавливают изоляторы. Для проводов АВТВ, АВТУ нужен один изолятор, на котором закрепляют несущий трос, в остальных случаях – по числу проводов: два изолятора при однофазном вводе или четыре при трехфазном. Применяют фарфоровые или стеклянные изоляторы типов ТФ-12, ТФ-16, РФО-12 или НС-16.
Расстояние от проводов ответвления до земли при пересечении проезжей части должно быть не менее 6 м, при пересечении пешеходной дорожки – не менее 3,5 и у изоляторов на стене – не менее 2,75 м (рис. 9).
Рис. 9. Нормированные расстояния ответвления от ВЛ:
1 – проезжая часть; 2 – пешеходная дорожка; 3 – опора ВЛ; 4 – дополнительная опора
Изоляторы можно устанавливать рядом или один под другим. Расстояние от проводов до поверхности земли должно составлять не менее 2,75 м, а между проводами и от проводов до выступающих частей строения (крыши, водосточного желоба и т. п.) – не менее 0,2 м.
Рис. 10. Крепление изолятора ввода на деревянной и каменной стенах
Изоляторы сначала закрепляют на крюках, затем крюки монтируют на наружной стене (рис. 10). В зданиях с бетонными или кирпичными стенами для каждого крюка пробивают гнездо на глубину 100 мм и закрепляют крюк цементным раствором. В зданиях с рублеными стенами для монтажа крюков высверливают отверстия и ввинчивают в них крюки. В каркасно-засыпных, глинобитных или дощатых строениях крюки устанавливают на деревянном брусе толщиной 70?100 мм, который монтируют на стене шурупами или шпильками. Иногда с внутренней стороны требуется усилить стену доской, а к ней через тонкую стену строения прикрепить брус.
Для ответвления можно применять кабель с медными жилами (ВВГ, ПВГ и др.) сечением не менее 2,5 мм2 или алюминиевыми жилами (АВВГ, АПВГ) сечением не менее 4 мм2. Кабель прокладывают по стойке опоры: в верхней части открыто на скобах, а с высоты не менее 1,5 м от уровня земли – в трубе на глубину 0,7 м. Затем кабель ведут в траншее глубиной не менее 0,7 м до здания и, наконец, в трубе выводят на наружную стену. В траншее кабель укладывают на слой земли, не содержащей камней, шлака и строительного мусора. Над кабелем выполняют такую же засыпку. В местах, где вероятны земляные работы, поверх слоя засыпки укладывают бетонные плитки или кирпичи.
Рис. 11. Ввод в здание через трубостойки:
а– через крышу; б – через стену
Ответвление считается частью ВЛ, его обслуживает владелец электрических сетей до изоляторов на стене строения, включая соединения у изоляторов.
При кабельном ответвлении на обслуживании владельца сетей находятся кабель и контактные соединения его наконечников.
Повторное заземление
Если для электроприемников требуется защитное зануление, потребителю следует соорудить повторное заземление нулевого провода. Этого можно не делать, если повторное заземление есть на опоре ВЛ и длина ответвления не превышает 10 м. Повторное заземление на ВЛ определяют по наличию заземляющего спуска, к которому присоединены нулевой провод, а также крюки или штыри изоляторов. Заземляющий спуск прокладывают по стойке опоры до заземлителя (одной или нескольких труб, полос или иной металлической массы, заглубленной в землю). Длина деталей заземлителя, число стержней или труб и глубина их заложения зависят от свойств грунта в месте сооружения и уровня грунтовых вод.
Защитные заземления электроустановок
В случае прикасания человека к токоведущим частям электрической установки, находящимся под напряжением, или к металлическим частям, которые находятся под напряжением вследствие неисправности изоляции, Может произойти поражение человека электрическим током (в виде электрического удара или электрических травм (ожогов)). В результате электрического удара человек может потерять сознание, у него могут появиться судороги, прекратиться дыхание и кровообращение. Электрический удар может привести к смертельному исходу. Смертельные поражения человека электрическим током возможны при напряжениях от 12 В и выше.
Чтобы исключить случайное прикосновение человека к оголенным токоведущим частям, их располагают на высоте или устанавливают ограждения. Для обеспечения безопасности людей, работающих на установках напряжением до 1000 В и выше, сооружают заземляющие, или зануляющие, устройства и заземляют, или зануляют, металлические части электрического оборудования и электрических установок. Заземляющие (зануляющие) устройства должны удовлетворять требованиям, обусловленным режимом работы сетей и защиты от перенапряжений.
При расчетах и устройстве заземлений и занулений в электрических установках используют следующие основные термины.
Заземлитель– металлический проводник или группа проводников (электродов), находящихся в соприкосновении с землей.
Заземляющие проводники– металлические проводники, соединяющие заземляемые части электрической установки с заземлителем.
Заземление какой-либо части установки – преднамеренное электрическое соединение ее с заземлителем.
Заземляющее устройство– совокупность заземлителя и заземляющих проводников.
Сопротивление заземляющего устройства– сумма сопротивлений заземлителя (относительно земли) и заземляющих проводников.
Сопротивление растеканию– сопротивление, которое оказывает заземлитель на участке растекания тока:
Rз = Uз /Iз,
где Uз – напряжение на заземлителе, В; Iз – ток, стекающий через заземлитель в землю, А.
Замыкание на землю– случайное электрическое соединение находящихся под напряжением частей электроустановки с частями, неизолированными от земли, или непосредственно с землей.
Замыкание на корпус– электрическое соединение отдельных частей машин, аппаратов, линий с заземленными конструктивными частями электроустановки.
Ток замыкания на землю– ток, проходящий через землю в месте замыкания.
Электроустановками с большими токами замыкания на землю– электроустановки напряжением выше 1000 В, в которых однофазный ток замыкания на землю составляет более 500 А.
Электроустановки с малыми токами замыкания на землю– электроустановки напряжением выше 1000 В, в которых однофазный ток замыкания на землю равен или менее 500 А.
Глухозаземленная нейтраль– нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (трансформаторы тока и др.).
Изолированная нейтраль– нейтраль, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная через аппараты, компенсирующие емкостный ток в сети, трансформаторы напряжения и другие аппараты, имеющие большое сопротивление.
Нулевой рабочий проводник электроустановок до 1000 В – проводник, используемый для питания электроприемников, соединенный с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, глухозаземленной средней точкой источника постоянного тока.
Нулевой защитный проводник электроустановок до 1000 В – проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока.
Отключение электроустановок при однофазных замыканиях на землю может осуществляться при помощи защитного отключения, которое выполняется в дополнение к заземлению (занулению). Если невозможно выполнить заземление (зануление) и обеспечить защитное отключение электроустановки или трудно выполнить по технологическим причинам, допускается обслуживание электрооборудования с изолирующих площадок. При этом должна быть исключена возможность одновременного прикосновения к незаземленным частям электрооборудования и частям зданий или оборудования, имеющим соединение с землей.
На землю в целях обеспечения безопасности в электроустановках с большими токами замыкания должно быть выполнено выравнивание потенциала.
Рабочее заземление– присоединение к заземляющему устройству какой-либо точки электрической цепи, необходимое для обеспечения надлежащей работы установки в нормальных или аварийных условиях, что осуществляется непосредственно или через специальные аппараты (пробивные предохранители, разрядники и резисторы) называется.
На концах воздушных линий и ответвлений длиной более 200 м, а также вблизи вводов кабельных пли воздушных линий в помещения должны выполняться повторные заземления нулевого провода. Внутри помещений нулевой провод, имеющий повторное заземление, присоединяется к заземляющей сети у всех щитов, распределительных пунктов и щитков. Сопротивление заземляющих устройств всех повторных заземлений нулевого провода должно быть не более 5, 10, 20 Ом для напряжений 660, 380, 220 В.
Сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 0,5 Ом в электроустановках напряжением выше 1000 В с глухозаземленной нейтралью с большими токами замыкания на землю.
Сопротивление в электроустановках напряжением выше 1000 В с изолированной нейтралью с малыми токами замыкания на землю должно удовлетворять условию:
Rз ≤ /Iз,
где Uз = 250 В, если заземляющее устройство используется только для установок напряжением выше 1000 В; Uз = 125 В, если заземляющее устройство одновременно используется и для установок до 1000 В; Iз – расчетный ток замыкания на землю, А.
В случае если заземляющее устройство является общим для распределительных устройств электроустановок различных напряжений, то за расчетную величину сопротивлений заземления принимается наименьшая из требуемых величин.
Емкостный ток замыкания на землю определяется по приближенной формуле:
Iз = U (35l каб + lв )/350,
где U – линейное напряжение сети, кВ; l каб и lв – суммарная длина электрически связанных между собой кабельных и воздушных линий, км.
По опытным данным, в электроустановках с малыми токами замыканий на землю эксплуатации систем электроснабжения в качестве расчетного емкостного тока принимается ток срабатывания релейной защиты от междуфазных замыканий или ток плавления предохранителей, если эта защита обеспечивает отключение замыканий на землю. При этом ток замыкания на землю должен быть не менее полуторакратного тока срабатывания релейной защиты или трехкратного тока предохранителей.
Заземляющие устройства
Защитное действие заземления основано на том, что части электроустановок, прикосновение к которым опасно при нарушении изоляции, соединяют с заземлителями, расположенными в грунте, т. е. создается заземление, которое имеет сопротивление, достаточно малое для того, чтобы падение напряжения на нем (а именно оно воздействует на организм, определяя значение тока) не достигало опасного значения. Поэтому человек, прикоснувшийся к заземленной части, попадает под пониженное напряжение. Чем лучше заземление, т. е. чем меньше его сопротивление, тем меньше появляющееся при нарушении изоляции напряжение на машинах, станках, корпусах электроаппаратов и двигателей, конструкциях зданий, опорах воздушных линий и на поверхности земли. Понятно, что при этом растут затраты труда и материалов, необходимых для монтажа заземляющего устройства. Нормативы устанавливают разумные пределы напряжения прикосновения и в то же время позволяют проектировать заземление без чрезмерных затрат.
В СН и П, ПУЭ, Правилах технической эксплуатации и инструкциях подробно перечисляются элементы электроустановок, которые нужно заземлять, даются указания по расчету заземлителей и напряжений прикосновения для разных условий, перечислены требования к проектированию, монтажу и эксплуатации заземляющих устройств. Характерными и принципиальными чертами нормативов являются:
отход от нормирования заземляющих устройств по сопротивлению растекания электрического тока и ориентация на нормирование возникающих напряжений;
использование естественных заземлителей при обеспечении их работоспособности в условиях протекания больших токов замыкания;
учет коррозионного воздействия грунта для обеспечения надежности заземлителей и заземляющих проводников.
С учетом этого увеличены размеры элементов, например нормативный минимальный диаметр стержневых заземлителей из неоцинкованной стали увеличен с 6 до 10 мм.
Нормы постоянно совершенствуются, в них вносятся изменения и дополнения, которые публикуются в сборниках и новых изданиях нормативных документов.
Очень часто одно и то же заземляющее устройство является одновременно и рабочим, и защитным, а иногда и грозозащитным (молниезащитным). В близко расположенных установках напряжением до 1 кВ и выше используют общее заземляющее устройство, что снижает расходы на его монтаж. При этом за норму принимают наименьшее значение сопротивления растеканию тока из тех значений, которые нормированы для каждой из объединяемых электроустановок.
Совокупность заземлителя и заземляющих проводников представляет собой заземляющее устройство, через которое осуществляется заземление элементов и частей электроустановок.
Основные элементы заземляющих устройств:
1) естественные заземлители, т. е. находящиеся в земле или соприкасающиеся с землей сооружения, используемые для заземления;
2) заземляющие проводники, соединяющие заземлители с заземляемым оборудованием;
3) искусственные заземлители, т. е. такие, которые специально закладывают в землю для заземления.
Каждый из перечисленных элементов может иметь разные конструкции.
Естественные заземлители
В первую очередь для заземления электроустановок используют естественные заземлители: металлические части (арматуру) железобетонных конструкций (фундаментов опор линий электропередач и подстанций, фундаментов здании); металлические подземные коммуникации (трубопроводы, броню и оболочки кабелей); наземные коммуникации (рельсовые пути) и др. Если естественные заземлители обеспечивают выполнение требований, предъявляемых к параметрам заземляющих устройств, то искусственные заземлители применяют, если необходимо уменьшить токи, протекающие по естественным заземлителям или стекающие с них в землю. Это значит, что в ряде случаев можно ограничиться использованием естественных заземлителей и отказаться от искусственных, что снижает затраты материалов и труда при монтаже и облегчает эксплуатацию заземляющих устройств.
Использование железобетонных фундаментов зданий в качестве заземлителей в настоящее время считается возможным лишь в грунтах влажностью не менее 3 % (из-за высокого электрического сопротивления бетона при меньшей влажности) и только при воздействии на фундаменты неагрессивных или слабоагрессивных грунтовых вод при отсутствии гидроизоляции или при защите поверхности фундаментов битумным (либо битумно-латексным) покрытием в соответствии с требованием СНиП II-28-73.
Нельзя использовать в заземляющих устройствах находящиеся в средне– или сильноагрессивных средах железобетонные конструкции (это может усилить коррозию конструкций) железобетонные конструкции (плиты, балки, фермы, колонны) с напрягаемой арматурой, а также металлические и железобетонные конструкции зданий, относимых к первой категории по молниезащите, для защиты этих зданий от прямых ударов молний.
С учетом приведенных ограничений использование конструкций зданий в качестве заземляющих устройств дало на ряде объектов возможность полностью отказаться от выполнения искусственных заземлителей в грунте, резко сократить протяженность заземляющих проводников внутри зданий и получить существенный экономический эффект.
Все элементы металлических и железобетонных конструкций (фундаментов, колонн, ферм, стропильных, подстропильных и подкрановых балок) в заземляющих устройствах соединяют так, чтобы имелась непрерывная электрическая цепь по металлу. В железобетонных колоннах, кроме того, предусматривают закладные детали на каждом этаже здания для подсоединения заземляемого электрического и технологического оборудования. Имеющиеся в зданиях сварные, а также болтовые или заклепочные соединения металлических колонн, ферм и балок достаточны для непрерывности электрической цепи. В местах, где отдельные элементы металлоконструкций не имеют таких соединений, предусматривают приварку гибких перемычек сечением не менее 100 мм2.
Сборные железобетонные фундаменты рекомендуется использовать в качестве заземлителей, если есть возможность соединения арматуры отдельных блоков между собой.
Вертикальную арматуру свай в свайных фундаментах соединяют с арматурой ростверка или фундаментных блоков электродуговой сваркой. Пространственные металлические каркасы колонн и стаканов фундаментов, а также арматурные сетки их подошв сваривают точечной сваркой на контактных машинах.
Закладные детали (изделия) рекомендованы в виде отрезков из угловой стали 63х63х5 длиной 60 мм, привариваемых к арматуре и выступающих на поверхность бетона; металлические перемычки – в виде стержней диаметром не менее 42 мм, привариваемых к закладным деталям.
Разработана методика расчета сопротивления фундаментов, используемых в качестве заземлителей и выравнивающих проводников.
В случае если на здании сооружается молниеприемная сетка, ее соединяют перемычками в непрерывную электрическую сеть с колоннами, используемыми в качестве токоотводов, и фундаментами, используемыми в качестве заземлителей. К сетке присоединяют все выступающие над кровлей металлические устройства (вентиляционные шахты и др.).
Металлические перемычки нужно устанавливать при использовании в качестве естественных заземлителей труб водопровода на водомерах и задвижках. Если при ремонте, необходимо снять перемычку, заранее должна быть установлена другая. Присоединять заземляющие проводники от электрооборудования к линии водопровода нужно за водомером. Использовать трубопровод канализации не разрешается, так как канализационные трубы не имеют надежного электрического контакта в стыках.
Естественными заземлителями на подстанциях могут быть железобетонные стойки, изготовленные из электротехнического бетона.
В качестве естественных заземлителей на линиях электропередачи используются железобетонные подножники и сваи в наиболее распространенных грунтах с удельным сопротивлением до 300 Ом·м, т. е. глинах, супесях. Наблюдения и исследования показали, что не только в таких, но и в песчаных и скальных грунтах наблюдается постояннoe увлажнение бетона за счет капиллярного подсоса влаги из прилегающих слоев земли, вследствие чего железобетонные фундаменты через несколько месяцев после их установки становятся естественными заземлителями с мало меняющимися в течение года значениями сопротивлений. Это дало основание рекомендовать их использование в грунтах с сопротивлением до 1000 Ом·м, что дает экономию металла и затрат.
Конец ознакомительного фрагмента.