Общая надёжность систем энергоснабжения зависит от всех её составляющих, поэтому схема внешнего электроснабжения является таким же важным элементом электротехнической документации, как и проектные расчёты для внутренних сетей.
Сложность разработки подобных сетей зависит от особенностей электрифицируемого объекта и может варьироваться от одного-двух листов, подшиваемых в электропроект дома, до полностью отдельного проекта, состоящего из нескольких томов документации.
Также отметим, что в виду высокой материалоёмкости систем внешнего энергоснабжения, от качества проектирования зависят не только технические сети, но и её стоимость.
В данном обзоре мы рассмотрим, что такое внешняя электросеть, чем она отличается от внутренней, и какие понятия используются для оценки её качества.
Содержание [показать]
Где граница между внешней и внутренней электросетью?
Все знают, что электроэнергия производится на электростанциях, но далеко не все чётко себе представляют, каким путём она попадает к потребителю.
В классической ситуации, когда электростанция значительно удалена от города, передача электроэнергии происходит в шесть этапов:
- Трансформация в сверхвысокое напряжения магистральной сети (110 кВ и выше);
- Транспортировка по высоковольтным линиям электропередачи;
- Преобразование в напряжение СН-2 (10 кВ, 6 кВ);
- Транспортировка по региональным и районным сетям к узлам преобразования в низкое напряжение;
- Трансформация из среднего в низкое напряжение (10/0.4, 6/0.4);
- Передача по внутренним распределительным сетям конечному потребителю.
В общем случае, все элементы этого пути можно отнести к внешнему энергоснабжению, однако проектирование наружных сетей электроснабжения чаще всего выполняется для последних четырёх пунктов: от преобразователя в СН-2 (второе среднее напряжение) до точки подключения внутренних сетей.
Чаще всего, внешняя электросеть – это полностью отдельная электротехническая структура, находящая на балансе города или энергоснабжающей организации. Но бывают ситуации, когда в ходе проектирования систем внутреннего электроснабжения, в документацию включаются разделы по расчёту наружного электроснабжения.
Типовой образец подобной ситуации – увеличенное расстояние от линии внутренней распределительной сети до электрифицируемого здания (то есть, превышает 25 метров). Более того, в смету внутреннего электропроекта включаются расходы на установку промежуточных высотных опор или затраты на прокладку подземного кабеля.
В любом случае, между внешними и внутренними электросетями всегда устанавливается чёткая граница, оформляемая документально (актом о разграничении зон ответственности) и проходящая через точку подключения приборов учёта, что обязательно отражается в однолинейной схеме электропроекта для внутренней сети.
Виды внешних электросетей
С точки зрения проектирования можно выделить следующие группы внешних сетей электроснабжения:
- Муниципальные (электроснабжение города и крупных административных центров);
- Для промышленных предприятий;
- Поселковые и районные (в том числе и электросети для садовых товариществ);
- Придомовые.
В первом и втором случае (муниципальные и производственные) внешняя электросеть разрабатывается от точки подключения к магистральной линии сверхвысокого напряжения. То есть, в проект включаются расчёты для подстанций нескольких типов:
- УРП (узловая распределительная подстанция) или ГПП (главная понизительная подстанция) или ПГВ (подстанция глубокого ввода);
- ТП или КТП, представляющие из себя понижающие трансформаторы 10/0.4 или 6/0.4, устанавливаемые в районных распределительных сетях.
Проектирование придомовых наружных сетей, выполняется, как правило, как часть электропроекта для внутренней сети, но в некоторых случаях требует и отдельного проектирования. Наиболее наглядный пример проекта с такими особенностями – внутренняя сеть небольших ЖСК, на придомовой территории которых построены подземные паркинги, автономные котельные и другие электрифицируемые объекты инфраструктуры.
Элементы внешнего электроснабжения
Основная цель проектных работ в области внешнего электроснабжения – это определение технических характеристик для каждого из элементов, входящих в состав разрабатываемой сети.
Рассмотрим, что это за элементы, и от каких факторов зависит их сложность.
Воздушные высоковольтные линии
От ближайшей ГПП до районной ТП (или КТП) электроэнергия чаще всего передаётся через воздушные линии среднего класса напряжений (от 1 до 35 кВ).
При проектировании подобных сооружений инженерам необходимо учесть все особенности той местности, через которую будет прокладываться такая линия, что, в свою очередь, может потребовать проведение предварительных инженерных изысканий.
Дополнительные технические трудности, которые надо преодолеть в ходе проектирования ВЛ – это обеспечение надёжной молниезащиты и подавление помех, искажающих синусоидальную форму сигнала.
Подстанции
Последнюю ступень трансформации во внешних сетях электроснабжения выполняют комплексные трансформаторные подстанции (КТП или ТП), в список задач которых входит не только преобразование напряжений, но и обеспечение общесетевых мер безопасности (защитные отключения, контроль баланса фаз и т.д.).
В зависимости от особенностей разработанного проекта, таких подстанций может быть одна или несколько, что означает дополнительный объём работ на проектирование монтажных площадок и помещений для установки трансформаторного оборудования.
Районная распределительная сеть
Передача электроэнергии от трансформаторного узла конечному потребителю может производиться, как через воздушную линию, так и по подземному кабелю.
В городах и современных новостройках используется кабельный вариант. При разработке внешних электросетей для загородных населённых пунктов основным решением является воздушная линия.
Отметим, что протяженность районных распределительных линий может быть весьма значительна, что в совокупности с низким напряжением обуславливает значительные потери на транспортировку (до 3.5%).
Ввиду чего, задачами этого этапа проектирования являются:
- Расчет суммарных потерь в линии и выбор метода их компенсации (добавление мощности ТП или изменение топологии распределительной сети);
- Проектирование системы молниезащиты;
- Выбор типа несущих опор;
- Выбор типа и сечения кабеля, а также разработка технологических рекомендаций по его креплению.
Безопасность внешних электросетей
Под безопасностью в данном случае понимается обеспечение требуемого уровня качества электропитания и минимальный риск для потребителя при возникновении аварийных ситуаций.
Из всей совокупность факторов, влияющих на качество передачи электроэнергии через внешнюю электросеть, наибольшее внимание уделяют следующим:
- Конструктивная надёжность проводов (то есть, устойчивость к ветровой нагрузке и обледенению);
- «Сопротивляемость» линии прямым ударам молнии;
- Способность компенсировать индуктивные импульсы, генерируемые грозовыми разрядами;
- Надёжность заземления нулевого проводника.
Конструктивная надёжность современных ВЛ достаточно высока за счёт использования проводов СИП и специальной арматуры для их крепления, а вот о молниезащите и заземлении стоит упомянуть отдельно.
Молниезащита
Даже в тех регионах, где частота возникновения грозовых разрядов достаточно низкая, воздушная линия передач является потенциальным приёмником для разряда молний. Это означает, что всё оборудование, подключенное к ней, подвергается опасности удара кратковременным импульсом тока, сила которого может достигать 100 кА.
Ввиду чего, каждый проект внешнего электроснабжения сопровождается расчётом системы защиты от ПУМ (прямого удара молнии), а также мерами по защите от вторичных последствий грозовых разрядов – индуктивными импульсами.
Такими мерами являются:
- Установка УЗИП в виде искровых разрядников;
- Создание заземляющей шины на каждом втором столбе.
Отдельно отметим, что установка УЗИП первого класса непосредственно на высоковольтной линии – недостаточная мера для полного погашения импульсных помех, возникающих во время грозы. Необходимы дополнительные виды схем компенсаторов, устанавливаемые после распределительного щита потребителя, но это уже мера защиты, реализуемая в проектах внутренних сетей электроснабжения.
Заземление
Согласно ПУЭ, при строительстве внешних электрических сетей отдельное заземление выполняется в следующих случаях:
- При установке подстанции;
- На каждом втором столбе воздушной линии, а также на конечном столбе, от которого осуществляется подключение потребителя;
- Как элемент отдельных конструкций в комплексе грозозащиты.
Отметим, что требование о заземлении нулевого проводника на столбе воздушной линии выполняется далеко не всегда даже в современных проектах, что может привести к печальным последствиям.
Одно из наиболее опасных последствий подобной недоработки – обрыв или «обгорание» нуля, выражается в том, что внутренняя цепь потребителя замыкается на вторую фазу через оборванный нулевой проводник, для которого не было предусмотрено дублирующее заземление.
В результате все потребители внутренней сети могут оказаться под напряжением 300-400 В, что может не только привести к повреждению электрооборудования, но и представляет опасность для жизни людей, пользующихся электросетью здания.
Этапы проектирования
Как и любая иная электротехническая документация, схемы внешнего и внутреннего электроснабжения разрабатываются на основании исходных данных для проектирования, выдаваемых региональной сетевой компанией (технические условия).
После составления технического задания приступают к определению технических характеристик необходимого оборудования.
Типовой проект внешней электросети включает следующие разделы:
- Определение активных и реактивных нагрузок, питание которых должна обеспечивать разрабатываемая электросеть;
- Разработка топологии распределительных сетей и определение центра масс действующих нагрузок;
- Выбор типа и мощности трансформаторной подстанции;
- Расчёт сечений кабелей для высоковольтной и распределительной сетей;
- Разработка комплекса грозозащиты;
- Расчёт сопротивлений для контуров заземления подстанций и нулевого проводника на линиях передачи;
- Обоснование используемых устройств релейной защиты;
- Однолинейную схему ВРУ подстанций;
- Планы линий электропередач, наложенные на экспликацию местности;
- Принципиальные схемы подключения управляющего и защитного оборудования КТП;
- Спецификация и смета на электроснабжение.
Важно учитывать, что разработка наружных электросетей сопровождается исключительно сложной процедурой согласования проектов, в ходе которой необходимо получить разрешения от следующих инстанций:
- Ростехнадзор;
- Региональная сетевая компания;
- Организации, на балансе которых находится земля, по которой будут проходить линии электропередач;
- Все службы, коммуникации которых будут затрагиваться в ходе прокладки линий электропередач (телефонные компании, общественный транспорт, газовые службы и т.д.);
- Главное архитектурное управление;
- Отдел подземных сооружений;
- Административная техническая инспекция.
Порядок согласования определяется общими требованиями, действующими в отношении электротехнической проектной документации.
Регламентирующие документы
В завершение обзора перечислим основные нормы и правила, используемые при проектировании внешних сетей электроснабжения:
- СНиП 2.08.02-89 (гражданские здания и сооружения);
- Актуальная редакция ПУЭ (на момент написания обзора – это 7-я редакция);
- Раздел 2.4 ПУЭ седьмой редакции, в которой изложено, как сделать правильное повторное заземление для опор линий электропередач;
- РД 34.20.185-94 (инструкция по проектированию городских электросетей);
- СНиП 3.05.06-96 (электротехнические устройства).
