12-3. Электрические сети промышленных предприятий

а) Воздушные и кабельные сети

Электрическая энергия передается по системе проводов электрической линни, если система проводов не имеет разветвлений, или электрической сети, если она разветвленная.

Согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ) линии и сети подразделяются по напряжению на линии и сети напряжением до 1 000 В и линии и сети напряжением выше 1 000 В.

Рис. 12-18. Гирлянда подвесных изоляторов.

Рис. 12-19. Деревянная опора для трехфазной высоковольтной линии.

По своему назначению линии и сети делятся на питательные, предназначенные для передачи энергии от станции или подстанции к важнейшим узловым точкам сети — распределительным пунктам (РП), и распределительные сети, по которым электроэнергия от РП передается к электроприемникам.

По своему устройству сети делятся на воздушные, кабельные (подземные) и сети внутренней проводки.

Сооружение воздушных линий дешевле, чем подземных, эксплуатация их удобнее и проще, так как повреждения легко обнаруживаются при осмотре, но они более опасны и менее надежны, чем подземные линии. Воздушные линии прокладываются преимущественно в открытых местностях и в местах с малой плотностью населения.

Воздушная линия состоит из проводов, изоляторов и опор. Провода крепятся на изоляторах, установленных на опорах.

Воздушные линии (ВЛ) напряжением 35 кВ и выше имеют голые алюминиевые или сталеалюминиевые провода, гирлянды подвесных изоляторов (рис. 12-18) и металлические, железобетонные или деревянные опоры (рис. 12-19).

Расстояние между проводами ВЛ должно быть достаточно большим для того, чтобы даже при раскачивании их ветром была исключена возможность пробоя воздушного промежутка между ними.

Для линий напряжением 35 кВ и ниже часто применяют штыревые изоляторы (рис. 12-20).

Рис. 12-20. Штыревой изолятор на напряжение 35 кВ.

Рис. 12-21. Ввод линии в здание.

На рис. 12-21 показан ввод ВЛ в здание с применением проходного фарфорового изолятора.

Для воздушных линий напряжением до 1 000 В применяют преимущественно алюминиевые провода или сталеалюминиевые (например, марки АС-16, имеющий шесть алюминиевых проволок диаметром 1,8 мм и одну стальную того же диаметра).

Рис. 12-22. Крепление провода на низковольтном фарфоровом изоляторе (а) и крепление изолятора на крюке (б).

Провода монтируются на низковольтных фарфоровых изоляторах (тип ТФ, рис. 12-22), которые навертываются на штыревую часть крюка или штыря, при помощи которого изоляторы крепятся к опорам. По условиям механической прочности сечение алюминиевых проводов должно быть не менее 16 мм3. Провода закрепляются на шейке изолятора, (реже на головке) при помощи «вязки» из мягкой стальной оцинкованной проволоки диаметром около 1 мм.

Для линий напряжением до 1 000 В применяются деревянные или железобетонные опоры — столбы длиной около 9 м. У деревянных опор нижняя часть столба - нога может быть несоставной или составной. В последнем случае нижннй конец опоры присоединяется к железобетонному или реже к деревянному «стулу» или «пасынку» (рис. 12-23). Соединение ноги с пасынком выполняется при помощи бандажа, состоящего из 6—8 витков оцинкованной стальной проволоки диаметром около 4 мм. Расстояние между опорами составляет 30-80 м. Расстояние провода от землн должно быть не менее 5 м расстояние между проводами не менее 20 см по горизонтали и не менее 40 см по вертикали.

Рис. 12-23. Деревяинай. опора с «пасынком» для линии напряжением до 1 000 В.

Рис. 12-24. Трехжильный кабель марки СБГ или АСБГ: 1 — жилы кабеля; 2 — бумажная изоляция жил; 3 — заполнители; 4 — поясная бумажная изоляция; 5 — свинцовая оболочка; 6 - бумажно-битумное покрытие; 7 — кабельная пряжа; 8 — броня из двух стальных лент.

Подземные линии применяются в городах и на территориях промышленных предприятий. Для подземных линий применяются кабелн.

Кабели состоят из токоведущих изоляции, герметической оболочки и наружного защитного покрова. По числу жил кабели изготовляются одио-, двух- трех- и четырехжильными. Жилы кабеля выполняются из меди или алюминия и имеют круглое или секторообразное сечение. Кабелн изготовляются с сечением жил от 1 до 240 мм2 (1; 1,5; 2,5; 4; 6; .10; 16; 25 и т. д.) для напряжений до 1 000 В и выше 1 000 В до 35 кВ.

Изоляционным материалом токоведущих жил является кабельная бумага, пропитанная масло-канифольным составом, резина или полиэтилен. Герметическая оболочка из свинка, алюминия, пластиката или резины предназначена для защиты кабеля от проникновения влаги. Для защиты от механических повреждений кабели имеют броню из двух стальных лент или оцинкованной проволоки. Броня или оболрчка кабеля покрываются джутовым волокном, пропитанным битумной массой для защиты от химических воздействий. Марки кабелей содержат указания на материал жил, защитной оболочки и тип защитного покрова. Алюминиевая жила обозначается буквой А, стоящей на первом месте. Медная жила не обозначается. Материал защитной рболочки указывается буквами: С — свинец, - А — алюминий. Буква Б обозначает наличие бровн из стальных лент.

Например, марка кабеля ААБ обозначает: алюминиевая жила, алюминиевая оболочка и стальная броня с джутово-битумным покрытием. Марка кабеля АСБ — алюминиевая жила, свинцовая оболочка и стальная броня, покрытая джутом и битумом. Кабель марки АСБГ отличается от предыдущего отсутствием джутового и битумного покрытия поверх стальной брони (Г — голый).

На рис. 12-24 показано устройство трехжильного кабеля, предназначенного для прокладки в кабельных туннелях и каналах внутри здания.

Рис. 12-25. Чугунная муфта для соединения концов кабелей.

Кабели укладываются в траншеях шириной 25—50 см, глубиной 70—80 см от поверхности земли или в подземных коридорах-коллекторах.

Для соединения концов кабелей применяют свинцовые или чугунные кабельные муфты (рис. 12-25), заливаемые кабельной массой.

Рис. 12-26. Концевая заделка трехжильного кабеля в стальной воронке: 1 — стальная воронка; 2 — изолированная жила; 3 — заливка битумной массой; 4 — подмотка просмоленной лентой; 5 — бандаж из просмоленной ленты; 6 — полухомут для крепления; 7 — заземляющий провод; S — наконечник.

Концы кабелей, присоединяемые к зажимам машины, трансформаторов, аппаратов, оконцовывают, т. е. заключают в специальные стальные концевые муфты, или стальные кабельные ворон к и (рис. 12-26), заполняемые кабельной массой. Иногда применяется «сухая заделка», без муфт.

б) Сети внутри зданий

Для канализации электрической энергии внутри зданий применяются провода, шнуры, кабели и шины.

Проводом называется отдельная проволока или жила — голая или изолированная. Провод имеет резиновую, поливинилхлоридную, найритовую или пропитанную хлопчатобумажную защитную оболочку.

Шнуром называют систему двух или несколько соединеиньгх вместе изолированных гибких жил.

Шиной называется полосовая, реже круглая медь, алюминий или сталь.

Провода, шнуры и кабели бывают одножильные и многожильные} жилы могут быть однопроволочными и многопроволочными.

Жилы проводов и кабелей изготовляются только стандартных Сечений: 0,5; 0,75; 2; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150j 185; 240; 400; 500; 625 и 800 мм2.

Рис. 12-27. а — провод ПРД в шнур; б — провод ПР в АПР.

В силовых и осветительных установках наиболее часто применяются провода, шнуры и кабели следующих марок:

1. ПРД — провод гибкий в оплетке из хлопчатобумажной пряжи с медной жилой, с резиновой изоляцией, двухжильный (рис. 12-27, а). Изготовляется сечением от 0,75 до 6 мм3 для установок напряжением до 380 В.

2. ПР и АПР — провода одножильные с резиновой изоляцией в оплетке из пропитанвой хлопчатобумажной пряжи; первый — медный, а второй — алюминиевый (рис. 12-27, б). Изготовляются сечением: первый от 0,75, а второй от 2,5 до 400 мм3 для установок с напряжением до 660 В.

3. ПРГ — то же, что и ПР, но более гибкий с жилами из более тонких проволок.

4. ПВ и АПВ — провода, отличающиеся от проводов ПР и АПР только тем, что имеют поливинилхлоридную изоляцию. Изготовляются сечением от 0,75 до 95 мм2 для установок с напряжением до 660 В.

5. ПГВ — провод гибкий с поливинилхлоридной изоляцией. Изготовляется тех же сечений, что и провод ПВ для установок напряжением до 660 В.

6. ПРТО и АПРТО — провод с резиновой изоляцией, в общей оплетке из хлопчатобумажной пряжи. Изготовляется сечением от 1 до 500 мм2 одно-, двух-, трех- и четырехжильным для установок напряжением до 660 и до 2 000 В.

7. ПРП — провод с резиновой изоляцией — панцирный, защитный; панцирь выполнен из тонких стальных оцинкованных проволочек, Изготовляется сечением от 1 до 95 мм2 одно-, двух- и трехжильным для установок напряжением до 660 В.

8. ТПРФ — провод медный с резиновой изоляцией в трубчатой металлической оболочке. Изготовляется сечением от 1 до 10 мм2 одно-, двух-, трех- и четырехжильным для установок напряжением до 660 В.

9. ШР — шнур с резиновой изоляцией, двухжильиый; применяется в тех же случаях, что и ПРД, но отличается от последнего большей гибкостью (рис. 12-27, а).

Рис. 12-28. Шнур ШВРШ: 1 — резиновый защитный шланг; 2 — резиновая изоляция; 3 — медная жила.

Рис. 12-29. Плоский двухжильный провод ППВ или АППВ.

Изготовляется сечением от 0,5 до 1,5 мм2 для установок напряжением до 220 В.

10. ШВРШ — шнур переносный шланговый (рис. 12-28). Жилы с резиновой изоляцией заключены в общую защитную резиновую оболочку. Изготовляется трехжильным сечением 0,75 и 1 мм2 на напряжение до 220 В. Шнур предназначен для присоединения подвижных элек-. троприемников (пылесосы, электроинструмент и т. д.).

11. ППВ и АППВ — щювода плоские (рис. 12-29) двух- и трехжильные в поливинилхлоридной изоляции, с медными или алюминиевыми жилами (АППВ), сечением: первый 0,75-2,5 мм2, второй 2,5 — 4 мм2, для установок с напряжением до 660 В.

12. СРБ и АСРБ — кабели с резиновой изоляцией, медными и алюминиевыми жилами сечением -185 мм2, - освинцованные, с броней из стальных лент, поверх которых положена оболочка из кабельной пряжи. Номинальное напряжение 500 В.

13. СРГ и АСРГ — то же, что и СРБ и АСРБ, но без стальной брони.

14. ВРГ — кабель с резиновой изоляцией в поливинилхлоридной оболочке и ВРБ — то же, что и ВРГ, но с броней из стальных лент. Изготовляются двух-, трех- и четырехжильными с сечением жил от 1-185 мм2. Номинальное напряжение 500 В.

15. НРГ и АНРГ — кабель; первый с медными, а второй с алюминиевыми жилами, с резиновой изоляцией в найритовой оболочке, Изготовляются одно-, двух-, трех- и четырехжильными с сечением жил 4—185 мм на номинальное напряжение 500 В.

Применение и способы прокладки основных проводов и кабелей даны в табл. 12-1.

Таблица 12-1. Применение проводов основных марок (см. скан)

Продолжение табл. 12-1 (см. скан)

Оконцевание и соединение медных и алюминиевых многопроволочных жил проводов и кабелей выполняют опрессованием, сваркой или пайкой. Опрессование заключается в том, что токопроводящая жила вводится в трубчатую часть наконечника или в соединительную гильзу (трубку из того же материала, что и жила) и обжимается ручными клещами или гидравлическим прессом.

Рис. 12-30. Крепление кабеля. а — на стене; б — на потолке.

Метод опрессования является очень надежным, простым и удобным.

Электросварка применяется преимущественно для соединения и оконцевания алюминиевых жил.

При отсутствии возможности использовать опрессовку или сварку применяют пайку. Пайка медных жил производится в пламени паяльной лампы с применением оловянисто-свинцовых припоев и канифоли. Пайка алюминиевых жил выполняется с применением цинко-оловянистых припоев.

Рис. 12-31. Прокладка кабелей в каналах.

Рис. 12-32. Открытый шинопровод.

Силовые сети предприятий наиболее часто выполняются кабелем, шинами или изолированными проводами в стальных трубах или на изоляторах.

Осветительные сети предприятий преимущественно выполняются проводом в стальных трубах, проводом на изоляторах или роликах (открытая проводка) и на тросах (тросовая проводка).

Кабели прокладываются открыто или скрыто. В первом случае их прокладывают по стенам или потолкам, закрепляя скобами (рис. 12-30). Во втором случае кабели прокладывают в каналах, устраиваемых в полу (рис. 12-31). Оконцевание кабелей рассмотрено в § 12-3, а.

Шинопроводы бывают открытыми и закрытыми. Открытый шинопровод (рис. 12-32) представляет собой шииы, закрепленные на изоляторах, которые монтируются на стальных конструкциях, укрепляемых на стенах, колоннах, потолках или фермах. Ответвления к приемникам энергии выполняются проводами или кабелями.

Закрытые шинопроводы представляют собой шины, расположенные на изолирующих гребенках внутри стального короба (рис. 12-33). Они обычно собираются из отдельных нормальных секций длиной 3 м. Ответвления от шинопровода выполняются при помощи специальных коробок или ящиков, укрепляемых на коробе. Ящики содержат или только зажимы для присоединения проводов, или трубчатые предохранители и зажимы, от которых питание электроприемников осуществляется по изолированным проводам, в стальных трубах или металлических рукавах. Шинопроводы крепятся на стойках из стальных труб или кронштейнах, расположенных на стенах или колоннах (рис. 12-14), или подвешиваются на стальных растяжках к фермам.

Во взрыво- и пожароопасных помещениях применяется прокладка проводов в стальных трубах. Трубопроводы должны быть герметичными, а аппаратура и светильники — взрывобезопасными.

В производственных помещениях с разветвленной сетью трубы прокладываются скрыто — в полу. Соединения и ответвления проводов, проложенных в стальных трубах, выполняйся в специальных коробках или ящиках. Прокладка изолированных проводов на роликах и изоляторах, так же как и шнуровая проводка, в настоящее время применяется редко.

В осветительных сетях промышленных предприятий широко применяются тросовые, проводки. Различные варианты исполнения тросовой проводки показаны на рис. 12-34.

Рис. 12-33. Закрытый шинопровод.

Рис. 12-34. Различные выполнения тросовой проводки изолированными проводами.

Тросовые проводки заготавливают заранее с подвешенными светильниками и закрепленными проводами и на месте монтажа подвешивают их с помощью специальных натяжных устройств, закрепляемых на концах пролета.

Для тросовых проводок применяются специальные тросовые, провода, представляющие собой одно целое с изолированным тросом.

Ответвления от таких проводов выполняются в коробках, укрепляемых на тросе.

Шнуровые проводки на роликах применяются редко. Для осветительных сетей бытовых помещений в настоящее время применяются плоские провода марок ППВ и АППВ. Они прокладываются как скрыто, так и открыто.

Рис. 12-35. Прокладка проводом ППВ: а — прямолинейный участок; б — выполнение изгибов провода; в — коробка для соединения и ответвления провода; г — присоединение провода к выключателю.

Плоские провода очень удобны и просты для монтажа. При скрытой проводке они прокладываются непосредственно под штукатуркой без каких-либо дополнительных защитных оболочек. При открытой проводке они крепятся на стенах и потолках специальными сортами клея или просто гвоздями. На рис. 12-35 показаны некоторые детали такой проводки.

Осветительная сеть, помимо проводов, содержит патроны для ламп, штепсельные розетки, выключатели и плавкие предохранители или автоматические выключатели (автоматы), предназначенные для защиты сети от коротких замыканий.

Несколько предохранителей, смонтированных на общем основании, составляют групповой щиток (рис. 12-36).

Рис. 12-36. Осветительный групповой щиток.

в) Определение сечения проводов по допустимому нагреву

При определении сечения проводов пользуются понятиями: 1) номинальная мощность — указанная на электроприемнике; 2), установленная мощность — сумма номинальных мощностей установленных приемников; 3) расчетная мощность — мощность, по которой производится расчет. Указанным мощностям соответствуют токи которым присваиваются те же отличительные названия.

Практически все приемники энергии одновременно не включаются, а двигатели, кроме того, не все время загружены полностью, поэтому при расчете исходят не из установленной мощности, а из той части ее которая может одновременно использоваться потребителем.

Отношение расчетной мощности к установленной называют коэффициентом спроса:

Коэффициенты спроса принимаются при осветительной нагрузке:

а) для сетей наружного освещения б) для сетей бытового освещения в) для сетей промышленных предприятий .

При осветительной нагрузке расчетный ток для цепей однофазного переменного тока и для постоянного тока

а для трехфазных цепей

При силовой нагрузке для цехов холодной обработки металлов при одном-двух установленных двигателях при четырех — при шести —

Номинальный ток двигателей постоянного тока и трехфазных соответственно определяется по формулам:

где — к. п. д. электродвигателя.

Значения для двигателей берутся из справочников или каталогов. При ориентировочных расчетах для двигателей небольшой мощности до 10-12 кВт величину произведения можно считать равной 0,7-0,8.

Расчетный ток двигателей

Определение сечения проводов по допустимому нагреву их производится обычно по табл. 12-2, в которой для стандартных сечений различных марок проводов даются предельно длительные допустимые токи

Допустимый ток провода должен быть не меньше расчетного, т. е.

Таким образом, выбирается провод того сечения, допустимый ток которого равен расчетному или несколько больше его.

Пример 12-1. Определить расчетный ток в магистральных проводах трехфазной линии напряжением 220 В, если на конце ее присоединены три электродвигателя с номинальной мощностью

Выбрать сечение проводов марки ПР, проложенных в трубах, исходя из условий допустимого нагревания их.

Решение. Установленная мощность

Расчетный ток в магистрали

Найденный расчетный ток совпадает с допустимым током для проводов сечением маркй ПР, проложенных ключатели (автоматы), предназначенные для защиты сети от коротких замыканий.

Таблица 12-2. Допустимые длительные токовые нагрузки для изолированных проводов и кабелей с медными и алюминиевыми жилами

Это сечение (S = 4 мм2) и выбираем для заданных условий.

Выбранное сеченне проводов необходимо проверить по потере напряжения.

г) Определение сечения проводов по допустимой потере напряжения

Как известно (§ 2-10), потерей напряжения называется арифметическая разность напряжений в начале и конце линии:

Часто потерю напряжений выражают в процентах напряжения в начале линии, называя ее относительной потерей напряжения:

Допустимая относительная потеря напряжения на участке от подстанции до потребителя для осветительной нагрузки составляет 2—3%, а для силовой 4—6%.

В § 2-10 была получена формула (2-33) для определения сечения проводов двухпроводной линии постоянного тока

Заменив относительной потерей напряжения, получим:

или, умножив и разделив на придадим формуле другой вид:

Из последнего следует, что

По формулам (12-5) и (12-6) определяют сечение проводов линии с нагрузкой на конце ее по заданной относительной потере напряжения или соответственно определяют относительную потерю напряжения в линиях по заданному сечению проводов.

Эти формулы можно применять для цепей постоянного тока, для однофазных переменного и для трехфазных; в этом последнем случае множитель 2 в числителе должен быть отброшен, напряжение U является линейным напряжением, т. е. а мощность Р — активной мощностью трехфазной нагрузки.

Рис. 12-37. Линия с тремя нагрузками.

Пример 12-2. Определить падение напряжения в трехфазной линии напряжением , выполненной проводом ПР, длиной сечением если на конце ее присоединены три электродвигателя мощностью (см. пример 12-1).

Решение. Мощность в цепи питания двигателей при номинальной нагрузке их

Расчетная мощность

Воспользовавшись формулой (126), напишем:

Таким образом, относительная потеря напряжения не превышает допустимой и, следовательно, выбранное по условиям допустямого нагревания сечение провода S = 4 мм2 приемлемо.

Если линия, передающая энергию от питательного пункта А (рис. 12-37), имеет несколько нагрузок в разных точках ее, то при одинаковых сечении и материале всех участков линии определение сечения проводов для двухпроводных линий постоянного и однофазного переменного тока производится по формуле

а относительная потеря напряжения

Определение сечения проводов и относительной потери напряжения в трехфазных цепях производится по формулам, отличающимся от (12-7) и (12-8) только тем, что числители их не содержат множителя 2.

Две последние формулы отличаются от предыдущих (12-5) и (12-6) тем, что выражение PL — произведение нагрузки Р и длины линии называемое моментом нагрузки, заменено суммой моментов нагрузок (рис. 12-37).

Сечения проводов, найденные из условий допустимого нагрева, удовлетворяющие требованиям в отношении допустимой потери напряжения, проверяются по условиям механической прочности по табл. 12-3.

Таблица 12-3. Наименьшие сечения проводов, допустимые по механической прочности