Проектируем электрику вместе: Внешнее электроснабжение

Оптимальный вариант присоединения объекта к электросетям необходимо выбирать заранее, на этапе получения ТУ наэлектроснабжение. Внешнее электроснабжение. Ситуационный план. Воздушная линия (ВЛ) 0,4 кВ. Кабельная линия (КЛ)..Абонентское ответвление. Провода и арматура СИП-4. Вводное устройство. Повторное заземление PEN-проводника. Релемаксимального напряжения РН113. Применение устройства защиты УЗМ-51М. Система заземления TN-C-S. Грозовыеперенапряжения. УЗИП.

Исходные документы для проектирования внешнего электроснабжения

Основным документом, на основании которого производится подключение объекта к электрическим сетям, являются технические условия (ТУ) на присоединение. Поэтому первое, чем должен озаботиться собственник объекта — это получение ТУ. На основании данного документа разрабатывается проект электроснабжения.
Воздушные линии (ВЛ) напряжением 0,4 кВ встречаются практически в каждом населенном пункте, где от таких линий питаются коттеджи и малоэтажные частные дома. Как правило, эти линии построены вдоль улиц и от опор этих линий строится схема внешнего электроснабжения жилых домов.

Длина ответвления от воздушной линии к вводу в здание должна быть не более 25 метров. При большем расстоянии устанавливают дополнительную опору. При этом пролет между ВЛ и дополнительной опорой можно выполнять неизолированным проводом, но от последней опоры до ввода в здание применяется изолированный провод. Если объект находится на значительном удалении от уже построенных воздушных линий, в технических условиях может быть предусмотрено возведение такой линии за счет собственника. В соответствии с ТУ должен быть выполнен проект ВЛ 0,4 кВ, без которого подключение к электросетям невозможно, поскольку наличие проекта предусмотрено действующими правилами.
В этом случае проектировщику нужен будет еще один документ – ситуационный план участка строительства ВЛ 0,4 кВ. Ситуационный план — это топографический план местности, где планируется строительство, выполненный в масштабе 1:500 или 1:1000.
Выполняется он на основе проектов планировки района, а также по материалам инженерно-геодезических изысканий.
На ситуационном плане должны быть нанесены все существующие наземные и подземные объекты (здания, дороги, сети ВЛ, линии связи, кабельные трассы, сети водоснабжения и канализации, газопроводы и т. д.), вертикальные отметки рельефа, а также указаны стороны света и роза ветров.

Таким образом, для проектирования внешнего электроснабжения необходимы следующие исходные документы:
— технические условия (ТУ) на присоединение к электрическим сетям;
— технические условия на организацию учета (могут быть совмещены с ТУ на присоединение);
— ситуационный план (с обозначением опор, от которых предусмотрено подключение);
— план самого дома (с указанием места установки вводного устройства)

Воздушная или кабельная линия?

Необходимо отметить, что, несмотря на кажущуюся простоту устройства воздушных линий, их применение не всегда является лучшим вариантом. Особенно, когда речь идет об электроснабжении объектов, расположенных в черте города. Во-первых, воздушные линии электропередач в городских условиях обслуживать сложнее, так как необходимо обеспечить подъездные пути для спецтранспорта, а это связано с необходимостью получения ряда муниципальных разрешений. Зачастую даже на установку опор в населенном пункте разрешение получить не всегда возможно. Воздушные линии также проигрывают кабельным линиям в надежности. Если проект кабельной линии и последующая прокладка выполнены правильно, то влияние окружающей среды на линию сводится на нет, в то время как ВЛ постоянно испытывают перепады температур и ветровые нагрузки. Результатом этих воздействий может стать обледенение, недопустимый провес и, как следствие, обрыв проводов воздушной линии. Кроме того, в воздушную линию может ударить молния, что всегда нужно учитывать при проектировании ВЛ.

Существует ряд ограничений и при проектировании кабельных линий (КЛ).
В частности, вокруг прокладываемых под землей кабелей существует охранная зона, работы в которой регламентируются правилами охраны электрических сетей. На протяжении всей трассы кабельная линия должна быть защищена от механических повреждений. При прокладке КЛ в городских условиях нормируются расстояния до проезжей части (1 м), до ближайшего здания (0,6 м ) и так далее. Вообще, если речь идет о сооружении электросетей в черте города, то основные проблемы составляют согласования. Прокладываете кабель по территории – нужно согласовать с собственником земли, пересекаете другие коммуникации – должны согласовать с владельцами коммуникаций, переходите дорогу – необходимо согласовать место пересечения и так далее. В процессе согласования первоначальный вариант проекта может измениться (иногда очень существенно).

Основные правила устройства кабельных линий устанавливаются ПУЭ изд.7 гл. 2.3. При прокладке кабелей в земле следует руководствоваться нормативным документом серия А5-92 (Прокладка кабелей напряжением до 35 кВ в траншеях).

Получение технических условий

Изучая различные возможные варианты присоединения к электрическим сетям, выбирается самое экономичное и простое в исполнении решение. Нужно отметить, что оптимальный вариант присоединения объекта к электросетям необходимо выбирать заранее, на этапе получения ТУ на электроснабжение. Для этого производится предварительное обследование существующих сетей и по их результатам принимается решение. Подробнее прочитать о подготовке заявки на получение ТУ можно в статье «Получаем технические условия» .
Общим требованием при подключении дома к внешним электрическим сетям является привлечение персонала электроснабжающей организации. На своем участке потребитель выполняет предусмотренные техническими условиями работы самостоятельно.

Рассмотрим проект внешнего электроснабжения жилого дома от существующей ВЛ 0,4 кВ (абонентское ответвление). Абонентским ответвлением называется участок линии от опоры магистральной ВЛ до ввода в дом. По существующим нормам ответвление считается частью ВЛ.

Какие бывают абонентские ответвления?

Чаще всего к малоэтажным частным домам ответвление производят двумя проводами — фазным и нулевым (однофазный ввод). Реже — четырьмя проводами (трехфазный ввод). Иногда возникает необходимость в трехпроводном ответвлении (двухфазный ввод) — два фазных провода и один нулевой (например, ввод в двухквартирный дом). При этом нулевой провод общий, фазные провода обязательно разные.

Для устройства ввода в дом обычно применяется арматура и провода СИП 4 или СИП 5 с жилами одинакового сечения 16 мм2. Использование алюминиевых проводов меньшего сечения запрещено ПУЭ (п. 2.4.14). Ответвление от магистральной ВЛИ (выполненной кабелем СИП) осуществляется с помощью односторонних прокалывающих зажимов. При использовании таких зажимов жилы СИПа не надо зачищать (изоляция прокалывается), а усилие зажима регулируется срывной шестигранной головкой.
Ответвление от ВЛ с неизолированными проводами (типа АС) выполняется при помощи специальных ответвительных зажимов для подключения СИП к голым проводам. На подводе к наружной стене дома кабель СИП закрепляется при помощи штатного комплекта, состоящего из анкерного зажима и кронштейна.

К вопросу выбора проводов и арматуры СИП

В конце девяностых лишь немногие проектировщики ВЛ 0,4 кВ в электрических сетях и в проектных организациях имели каталоги по проводам и арматуре СИП, и то только европейских производителей. Они же и поставляли свою продукцию на российский рынок – других просто не было.
Реагируя на рыночный спрос, российские кабельные заводы быстро освоили выпуск проводов СИП разных сечений и арматуры для их монтажа, а в последние годы спрос на эту продукцию постепенно смещается в пользу российских производителей. Их продукция успешно конкурирует с ведущими европейскими брендами ENSTO, NILED, TYCO благодаря оптимальному соотношению качество/цена. К примеру, торговые марки ИЭК и HUBIX SARATOV полностью соответствуют европейскому стандарту, но выгодно отличаются от импортных аналогов более низкой ценой.
На сайте компании HUBIX SARATOV вы также найдете таблицы подбора линейной арматуры для монтажа СИП-4 и СИП-5.

Характеристика объекта:

Жилой дом с мансардой общей площадью 250м2, расположенный в глубине участка. На переднем плане рядом с въездными воротами расположен гараж. Ближайшая опора воздушной линии 0,4 кВ с неизолированными проводами установлена за оградой участка на расстоянии 13м от гаража. Шкаф вводного устройства с узлом учета планируется установить на внешней стене гаража на высоте 1,7м от земли.

Оценка состояния существующей ВЛ 0,4кВ

Оценка состояния сетей, как уже было сказано, делается на этапе получения ТУ и необходима она нам для принятия правильных проектных решений. Основные результаты обследования магистральной ВЛ 0,4 кВ:
— установлены бетонные опоры с голым проводом АС 4х50 мм²;
— линия обслуживаемая;
— на линии имеются повторные заземления нуля.

Магистральная ВЛ 0,4 кВ не новая (для вновь возводимых сетей изолированный провод СИП уже стал стандартом), но опоры бетонные, значит прослужат еще долго. При обследовании опор на некоторых из них было обнаружено повторное заземление PEN проводника. На пути прохождения ВЛ в кронах деревьев проделаны проходы для проводов. Это говорит о том, что линия обслуживается и находится в неплохом состоянии.
Оценка состояния сетей очень важна для принятия проектных решений. Информирован, значит вооружен. Мы нашли, что ВЛ находится в хорошем состоянии. Ничто не мешает делать воздушный ввод в дом, а на вводе — повторное заземление PEN проводника в соответствии с требованиями ПУЭ (п. 1.7.102).

Для чего необходимо повторное заземление PEN проводника

• В соответствии с ПУЭ воздушные линии (вводы) должны быть защищены от грозовых перенапряжений. Здесь мы имеем дело с очень короткими (≤ 100мкс) и мощными (до 25кА) импульсами перенапряжения. Для снижения амплитуды грозового импульса до минимальных значений предназначены устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) класса I, установка которых на воздушных вводах в здания регламентируется п. 7.1.22 ПУЭ.

УЗИПы подключаются между фазой и ГЗШ вводного устройства, которая должна быть присоединена к заземляющему устройству. РЕN провод СИП 4 также присоединяется к ГЗШ. В соответствии с п. 2.4.47 ПУЭ заземляющее устройство защиты от грозовых перенапряжений мы вправе совместить с повторным заземлением РЕN-проводника.

Надо заметить, что для бытовой техники, установленной в доме, уровня защиты класса I (Up ≤ 4 кВ) недостаточно, поэтому в доме выделяется вторая зона молниезащиты и на границе 1 — 2 зоны устанавливается УЗИП класса II. Он монтируется во внутреннем распределительном щите или в специальном щите рядом с ним. Установка подобных УЗИП должна обеспечивать в зоне 2 уровень защиты Up ≤ 2,5 кВ. Для правильной очередности срабатывания, между устройствами разных классов должно быть расстояние по кабелю питания длиной не менее 10 метров.

• Далее, нам необходимо организовать систему заземления TN-C-S и ввести в дом защитный проводник РЕ, поскольку внутренние сети у нас трехпроводные. Разделение РЕN на нулевой рабочий N и защитный РЕ проводники выполняется на ГЗШ, которая присоединяется к контуру заземления.
Требование ТУ об установке узла учета во вводном устройстве также не оставляет нам другого варианта повторного заземления РЕN-проводника, поскольку разделение РЕN должно быть выполнено до приборов учета электроэнергии.

Таким образом, всегда нужно стремиться к повторному заземлению РЕN-проводника на вводе в дом, поскольку это позволяетпостроить систему TN-C-S, которая безопасней других систем заземления.

• Нельзя исключать из рассмотрения и вероятность обрыва (отгорания) нуля на линии. Это может происходить на старых ВЛ. В этом случае повторное заземление РЕN на собственный контур заземления обеспечивает защиту электрооборудования и повышает надежность электроснабжения. Вместе с этим наше повторное заземление может стать рабочим нулём для других потребителей этой линии, что может привести к его перегреву. Увеличение сечения РЕN проводника до сечения магистральной линии решает проблему, но не всегда это возможно сделать.
Что необходимо делать во всех случаях – это выполнять соединение PEN проводника с заземляющим устройством вне здания, чтобы в щите не находился неконтролируемый проводник, связывающий заземляющее устройство с глухозаземленным проводом источника питания.

Защита от недопустимых колебаний напряжения

В соответствии с рекомендациями ПУЭ (п.7.1.21) на вводах в жилые дома следует устанавливать реле максимального напряжения (РН) для защиты оборудования и приборов от недопустимых колебаний напряжения в сети и перенапряжений, возникающих при обрыве PEN проводника.
Установка реле максимального напряжения не исключает, а лишь дополняет повторное заземление РЕN-проводника в плане безопасности. Не нужно забывать, что недопустимые (более 10%) отклонения напряжения, не обязательно связанные с авариями в сетях (например, просадки напряжения из-за недостаточной мощности трансформатора, включения мощных сварочных аппаратов, переходные коммутационные перенапряжения и др.), также иногда случаются и могут привести к выходу из строя дорогостоящего электрооборудования.

Однолинейная схема электроснабжения

С учетом состояния существующей ВЛ 0,4 кВ разрабатывается однолинейная схема электроснабжения жилого дома, которая прилагается к заявке для получения ТУ на присоединение к электрическим сетям. Граница балансовой принадлежности и эксплуатационной ответственности проходит через точку подключения в выносном пункте учета. На однолинейной схеме показаны также УЗИП (FV) и контакты реле максимального напряжения (РН).
Подробнее об однолинейной схеме электроснабжения можно прочитать здесь. Однолинейная схема электроснабжения представлена на рис. 1.

Схема электрическая вводного устройства

На основе однолинейной схемы выполняется схема электрическая принципиальная вводного устройства. Электрическая схема вводного устройства показана на рис. 2. Рассмотрим ее подробнее.
Здесь разделение РЕN-проводника на нулевой рабочий N и нулевой защитный РЕ происходит на главной заземляющей шине (ГЗШ). В качестве ГЗШ используется шина РЕ вводного устройства — выносного пункта учета электроэнергии.

После разъединителя нагрузки, между фазой и ГЗШ, подключено однофазное УЗИП класса 1 (разрядник) от компании «Хакель Рос». УЗИПы класса 1 устанавливаются в 1 зоне молниезащиты и предназначены для защиты силовых распределительных систем до 1000 В при воздушных вводах электропитания от импульсных перенапряжений, источниками которых являются:
• прямые удары молнии (ПУМ) в систему молниезащиты объекта или воздушную линию в непосредственной близости перед вводом в объект;
• удары молнии в радиусе до нескольких километров вблизи от объектов и входящих коммуникаций.
Примененный УЗИП HS50-50 RW способен отводить импульсы тока до 50 кА.

В щите учета также установлено реле напряжения РН-113. Оно позволяет защитить однофазные нагрузки от недопустимых колебаний напряжения в сети и последующим автоматическим включением после восстановления параметров сети. А также защищает от пропадания нуля на воздушной линии в случае его «отгорания».
Рис. 2
Одна из самых неприятных аварий в сетях – это обрыв или «отгорание» нуля.
Все нагрузки у нас в доме включены между фазой и нулём. При отсутствии повторного заземления PEN на вводе, включенные в сеть электроприборы со стороны нуля оказываются подключенными не на землю, а через оборванный PEN присоединены к другим, соседским электроприборам и уже через них к фазе, только другой. Получается замкнутая цепь: допустим, фаза А – оборванный ноль – фаза В. Теоретически, напряжение в розетках может изменяться от 0 до 418 В. Практически — на десятки вольт в ту или иную сторону. Зависит от того, к какой фазе вы подключены. На ненагруженной фазе напряжение лавинообразно возрастает и может превысить 300 В. Если сильно нагружена — напряжение делается крайне низким. Это называется «перекос фаз». Между двумя фазами оказываются включенными электроприборы разных потребителей. Сколько электроприборов сгорит и каких собственников – это кому как повезет.
Один из способов защиты электрооборудования от пропадания нуля – это устройство повторного заземления PEN-проводника на вводе, о чем уже упоминалось выше.
Второй способ защиты электрооборудования от пропадания нуля – установка реле максимального напряжения. Обе эти защиты могут применяться по отдельности или дополнять друг друга.
Перед устройством повторного заземления PEN необходимо оценить состояние воздушной линии на предмет наличия на нейповторных заземлений нуля.

Повторное заземление PEN необходимо делать во вводном устройстве, установленном снаружи, за пределами жилого дома.

Реле напряжения РН-113 позволяет отключать однофазную нагрузку любой мощности.
При мощности нагрузки выше 7 кВт (как в данном проекте) отключение потребителей производится двухполюсным контактором, в цепь питания катушки которого, включены выходные контакты реле РН-113.
В случае, если нагрузка будет менее 7 кВт (не более 32 ампер), контактор не понадобится, реле отключит и включит нагрузку своими силовыми контактами.
Наличие вольтметра на базе трехразрядного цифрового индикатора делает очень удобной установку пределов срабатывания реле напряжения. В рабочем режиме вольтметр индицирует действующее значение входного напряжения и состояние выходного реле (включено/выключено).
Переключателями на лицевой панели можно установить несколько режимов работы реле:
• реле минимального напряжения;
• реле максимального напряжения;
• реле максимального и минимального напряжения (отключение нагрузки при повышении и понижении напряжения сверх допустимого).
Устанавливать напряжение срабатывания реле можно в диапазоне 160 … 280В.
Время автоматического повторного включения реле РН113 можно выставить в диапазоне от 5 до 900 секунд.

О применении УЗМ-51М

В связи с рассматриваемой темой важно сказать несколько слов о применении часто используемого устройства защиты УЗМ-51М.
Это устройство защиты выполняет практически те же функции, что и РН-113, но в отличие от него имеет более мощные силовые контакты – может коммутировать ток до 63А. Второе отличие УЗМ-51М состоит в том, что в нем имеется встроенный варистор для гашения импульсов перенапряжения. Получается 2 в 1 – реле напряжения и УЗИП. Из недостатков — отсутствие вольтметра.
Теперь о применении. Основным критерием при выборе устройства защиты является его надежность и безопасность. Изготовитель – компания МЕАНДР, приводит подробное техническое описание (ТО) устройства защиты на своем сайте. Попробуем разобраться с условиями применения УЗМ-51М. Из технических характеристик нас интересуют те параметры, которые могут влиять на безопасность электрических сетей:
— максимальный ток поглощения (одиночный импульс 8/20мкс) – 10 кА ;
— максимальный ток поглощения (повторяющиеся импульсы 8/20мкс) – 8 кА .
Это максимальный ток в импульсе, который может пропустить через себя варистор и остаться в работоспособном состоянии.
Для грозовых разрядов характерны повторяющиеся импульсы.

В загородных домах значение тока разряда молнии принимается равным 100 кА. Исходя из худшего варианта, считают, что весь ток молнии пойдет по силовым кабелям. При прямом ударе в воздушную линию ток приблизительно в равных долях устремится к источнику (ТП) и в дом. Таким образом, если в ВЛ или молниеприемник ударил разряд в 100 кА, то 50 кА пройдет по входящим в дом проводам, разделившись по количеству вводов. То есть, при двух входящих проводах на каждом из них можно получить ток 25 кА.
Уже понятно, что на установку УЗМ-51М на объектах с воздушными вводами должны быть ограничения или дополнительные способы защиты. Производитель ничего об этом не говорит. Единственное упоминание в ТО по поводу назначения устройства – «в квартире, офисе и пр.» То есть, без каких либо ограничений УЗМ-51М можно применять на объектах, к которым электропитание подводится подземными кабелями.
В частных домах, коттеджах, дачах в основном устраиваются воздушные вводы.
Нетрудно понять, что произойдет, если случится прямой удар молнии в непосредственной близости от воздушного ввода (Iimp=25 кА). Воздействие мощных импульсов перенапряжения может привести к тепловому пробою варистора и выходу из строя УЗМ. Это в лучшем случае, а возможно и к более серьезным последствиям. Получается, что сам варистор еще нужно защитить – поставить перед ним (на вводе) УЗИП класса I. Тогда в распределительный щит будут приходить остаточные значения грозовых перенапряжений (Up ≤ 4 кВ), которые будут ограничиваться варистором УЗМ до минимального уровня.

— УЗМ-51М не предназначен для использования в электроустановках с воздушными вводами электропитания без дополнительной защиты.
— Если вы используете УЗМ-51М, то всегда, независимо от грозовой активности региона, устанавливайте снаружи на воздушном вводе вдом УЗИП класса I или вентильный разрядник РВН-250.

План ответвления от ВЛ 0,4 кВ

План ответвления от ВЛ 0,4 кВ представлен на рис. 5. Внешнее электроснабжение проектируемого жилого дома предусмотрено от существующей воздушной линии 0,38 кВ, проходящей в 13 метрах от дома. Ответвление от ВЛ 0,38 кВ к жилому дому выполнено самонесущим изолированным проводом СИП-4 2х16.

Проектом предусматривается:
— монтаж на внешней стене гаража выносного пункта учета;
— монтаж провода СИП-4 от опоры №58 до щита учета;
— прокладка кабеля ВВГнг 3х10 от щита учета до распределительного щита ЩРН.
Ответвление от неизолированных проводов АС (фазного и нулевого) и закрепление провода СИП-4 2х16 на фасаде гаража производится при помощи арматуры компании HUBIX SARATOV. Сечение провода СИП выбрано по механической прочности в соответствии с ПУЭ (п. 2.4.14). Кабель СИП-4 заводится в щит учета электроэнергии в гофротрубе. От щита учета к распределительному щиту ЩРН электропитание прокладывается кабелем ВВНнг 3х10 в гофротрубе. Кабельная линия защищена автоматическим выключателем ВА47-100 D50.

Рис. 5
Учет электроэнергии

Учет электроэнергии осуществляется в выносном пункте учета типа ШУ1-50А однофазным электронным счетчиком 1 класса точности СЭА11М или другим, у которого нижний предел рабочих температур не менее — 40°С.
В выносном пункте учета устанавливаются также вводной выключатель нагрузки, устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), реле максимального напряжения (РН), шины нулевых рабочих N и защитных РЕ проводников. А также автоматические выключатели отходящих линий.
Показания счетчика электроэнергии считываются через окошко в дверце, дверца шкафа пломбируется.
Степень защиты IP54.

Если статья Вам понравилась и Вы цените вложенные в этот проект усилия – у Вас есть возможность внести посильный вклад в развитие сайта на странице «Поддержка проекта».