Для понимания принципов построения схем внутридомовых сетей нельзя не учитывать схемы внутриквартальных сетей, так как выбор и построение схемы в значительной степени зависят от взаимосвязи между всеми элементами сети, включая местоположение трансформаторной подстанции, длину и сечение наружных питающих линий.
Питающей линией, или магистралью, называется линия, предназначенная для передачи электрической энергии к нескольким распределительным устройствам или электроприемникам, присоединенным к этой линии в разных точках.
Ответвлением называется линия, отходящая от магистрали к одному распределительному пункту (или электроприемнику), или линия, отходящая от распределительного пункта к одному электроприемнику.
Правильный выбор параметров отдельных элементов внутридомовой сети возможен, если последнюю рассматривать в едином комплексе. Здесь мы рассмотрим лишь наиболее распространенные схемы питания жилых зданий, которые, как это показывают технико-экономические расчеты, являются оптимальными и одновременно обеспечивают достаточную надежность электроснабжения.
Питание жилых домов высотой до пяти этажей
Для питания жилых домов высотой до пяти этажей включительно без электроплит применяются магистральные петлевые схемы с резервной перемычкой или без нее. Простейшая схема кабельной сети показана на рис. 1.
Резервная перемычка (показана на рисунке штриховой линией) подключается при выходе из строя любой из питающих линий. Таким образом, все нагрузки оказываются присоединенными к линии, оставшейся в работе. Естественно, что обе питающие линии 1 и 2 должны быть рассчитаны как на нагрев током аварийного режима, так и по допустимым потерям напряжения.
При этом следует учитывать, что ПУЭ допускают для кабелей в аварийном режиме перегрузки до 30% в течение 5 суток на период максимума не более чем по 6 ч ежесуточно при условии, что в нормальном режиме загрузка кабелей не превышает 80%. В аварийном режиме допускаются также повышенные потери напряжения (до 12%).
Как отмечалось выше, электроприемники жилых домов без электроплит высотой до пяти этажей включительно относятся к третьей категории надежности. Поэтому применение резервной перемычки не является обязательным. Однако во многих крупных городах, даже при хорошей постановке ремонтной службы, могут возникать затруднения с устранением повреждений в кабельных линиях в течение одних суток. Между тем стоимость обычно довольно короткой кабельной линии, протяженностью 50—70 м, не велика, а эксплуатационные удобства значительны. Поэтому в тех городах, где условия разрытия затруднены, применение резервных перемычек оправдано.
Недостаток схемы, приведенной на рис. 1, состоит в том, что при выходе из строя, например, магистрали 1 питание электроприемников жилых домов осуществляется вкруговую, что иногда приводит даже при повышенных допустимых потерях напряжения в аварийном режиме к увеличению сечений питающих кабелей. Недостатком схемы является и то, что резервная перемычка в нормальном режиме не используется.
Рис 1. Петлевая схема питания жилых домов высотой до пяти этажей (кабельная сеть): 1, 2 — питающие линии, 3 — резервная перемычка, 4 — вводно-распределительное устройство.
Модификацией описанной схемы является схема, приведенная на рис. 2. При повреждении любой из питающих линий все потребители домов при помощи переключателей 3 подключаются к линии, оставшейся в работе, рассчитанной с учетом допустимых перегрузок при аварийном режиме.
Схема на рис. 2 с переключателями на вводах в некоторых случаях более экономична, поскольку питание в аварийном режиме осуществляется одной из линий кратчайшим путем. Недостатком ее является усложнение вводного устройства. Кроме того, в каждый дом приходится заводить по четыре кабеля несколько большей длины, учитывая «заходы» в дом. Схема удобна при застройке в линию, при других планировочных решениях она менее экономична.
Рис. 2. Схема питания жилых домов высотой до пяти этажей (кабельная сеть) с переключателями на вводах: 1, 2 — питающие линии, 3 — вводно-распределительное устройство с переключателем.
В небольших городах при устройстве воздушных вводов для зданий до пяти этажей включительно вполне допустимо устройство вводов без резервирования, поскольку устранить повреждения в этих условиях можно за несколько часов.
Питание жилых домов высотой 9—16 этажей. Для домов в 9 — 16 этажей применяется как радиальная, так и магистральная схемы с переключателями 3 и 4 на вводах (рис. 3). При этом одна из питающих линий 1 используется для питания электроприемников квартир и общего освещения общедомовых помещений (подвал, лестничные клетки, чердаки, наружное освещение и т. д.). Другая питающая линия 2 питает лифты, противопожарные устройства и аварийное освещение.
Рис. 3. Схема питания жилых домов высотой 9—16 этажей: 1, 2 — питающие линии, 3, 4 — переключатели.
При выходе из строя одной из питающих линий все электроприемиики дома подключаются к линии, оставшейся в работе, которая на это рассчитана с учетом допустимых перегрузок при аварийном режиме. Таким образом, перебой в питании потребителей дома электроэнергией продолжается обычно не более 1 ч, т. е. времени, необходимого на вызов электромонтера ЖЭК и выполнение необходимых переключений. Эта же схема может быть использована для зданий высотой до пяти этажей включительно, оборудованных электроплитами.
Для зданий с электроплитами высотой 9—10 этажей, имеющих лифты, а также для многосекционных газифицированных зданий с большим числом квартир число питающих линий (и вводов) приходится увеличивать до трех, а иногда и более. На рис. 4 показана схема питания здания высотой 9—16 этажей с тремя вводами. Первый ввод резервирует второй, второй — третий, и, наконец, третий ввод резервирует первый.
При питании зданий по схеме на рис. 3 или 4 следует учитывать важную особенность сетей, построенных по так называемой двухлучевой схеме с АВР на стороне низшего напряжения трансформаторных подстанций, заключающуюся в следующем. Применяемые для АВР контакторные станции серии ПЭВ оборудованы контакторами, рассчитанными на длительный ток 630 А. При аварийных переключениях питающих линий нельзя допускать перегрузки контакторов, что может вывести из строя подстанции и лишить электроэнергии присоединенные здания.
В таких случаях прибегают либо к присоединению обеих питающих линий к одному трансформатору, что, конечно, несколько снижает надежность электроснабжения (например, при ремонте сборки низкого напряжения в трансформаторной подстанции (ТП)), либо к устройству АВР на стороне высшего напряжения. Первый прием следует считать предпочтительным, так как ремонты сборок в городских ТП обычно планируются и жильцы могут быть своевременно предупреждены, кроме того, такие ремонты производятся редко.
Рис. 4. Схема питания зданий высотой 9—16 этажей с тремя вводами: 1, 2, 3 – питающие линии, 4, 5, 6 – переключатели.
Питание жилых домов высотой 17—30 этажей. При настроении схемы питания жилых домов высотой 17 — .30 этажей следует считаться с тем, что лифты, аварийное освещение, заградительные огни и противопожарные устройства являются электроприемниками первой категории надежности.
Для таких зданий применяются радиальные схемы с АВР на силовых вводах, к последним присоединяют и светильники аварийного освещения и заградительные огни. Из схемы на рис. 5 видно, что при выходе из строя пинии 2 электроприемники, присоединенные к ней, автоматически подключаются при помощи контакторов 8, 9 к линии 1. При выходе из строя линии 1 электроприемники, подключенные к этой линии (квартиры, рабочее освещение общедомовых помещений), переключаются на ввод 6 вручную при помощи переключателя 3.
Рис. 5. Схема питания жилого дома высотой 17—30 этажей: 1, 2 — питающие линии, 3 — переключатель, 4, 5 — рубильники, 6 — нагрузка (квартиры, общедомовые помещения), 7 — лифты, аварийное освещение, заградительные огни, противопожарные устройства, 8,9 — главные контакты контакторов устройства АВР.
Размещение трансформаторных подстанций
Говоря о наружных внутриквартальных сетях до 1000 В (сети от трансформаторных подстанций до зажимов выключателей вводных устройств в домах), необходимо рассмотреть вопрос о размещении трансформаторных подстанций. Как известно, подстанции, питающие жилой район, целесообразно располагать примерно в центре нагрузок. Однако архитектурно-планировочные решения района застройки не всегда допускают такое размещение подстанций, с чем приходится считаться при проектировании
В ряде случаев, особенно при многоэтажной застройке, наличии встроенных энергоемких торговых и других предприятий, а также при установке в зданиях кухонных электрических плит, экономически наиболее оправданы подстанции, встроенные в здания. Такая практика имела место в 50-х годах в Москве и некоторых других крупных городах. Однако вследствие шума от работающих трансформаторов, проникавшего в квартиры, особенно при панельных строительных конструкциях, встроенные подстанции вызывали массовые жалобы жильцов и были запрещены ПУЭ.
Все же, по мнению авторов, отказ от встроенных подстанций не может быть оправдан, так как в тех случаях, когда встраивание подстанций экономически выгодно, могут быть осуществлены технические решения строительных конструкций, исключающие проникание шума в квартиры. Примером может служить расположение подстанции в первом этаже, когда жилые этажи отделены от подстанции техническим этажом.
Возможно сооружение подземных подстанций в непосредственной близости к зданиям, что соответствовало бы современным тенденциям в строительстве крупных городов. По-видимому, могут оправдать себя и специальные строительные меры (отделение опорных конструкций трансформаторов, дополнительные или утолщенные перекрытия и стены и т. д.), а также применение трансформаторов с пониженным уровнем шума.
В зарубежной практике крупные жилые комплексы оборудуются подстанциями, размещаемыми как на этажах, так и в подвалах и на чердаках. По подсчетам специалистов, такие системы позволяют достигнуть при особо высокой плотности нагрузки (электроотопление, кондиционирование и т. п.) значительной экономии капиталовложений в сеть, достигающей в отдельных случаях 30—45%. Принципиальная схема электроснабжения здания в одном из городов США приведена на рис. 6.
Рис. 6. Принципиальная схема электроснабжения здания в одном из городов США: 1 — внутридомовая питающая сеть напряжением 12,5 к В, 2— силовые трансформаторы 167 кВА, размещаемые на этажах здания, 3, 4 —коммутационные аппараты, 5 — трансформатор для питания лифтов.