Работы с электричеством - устройство электросети

В большинстве случаев электроэнергия передается в виде трехфазного переменного тока частотой 60гц или 50гц. Конечные потребители подключаются к сетям 0.4кв с глухозаземленной нейтралью, линейное напряжение (между фазами) составляет 380в, фазное - 220в. Сеть 0.4кв питается от трансформаторной подстанции мощностью 50...1000кВт, напряжение на ее входе составляет обычно 6 или 10кв (линейное). Как известно, в любых трансформаторах может возникнуть пробой диэлектрика между обмотками. 
В данном случае это приведет к появлению на всех вторичных проводах напряжения до 6кв относительно земли, что, в свою очередь, приведет к пробою изоляции во всех бытовых приборах и различным несчастным случаям. Чтобы этого не произошло, среднюю точку вторичных обмоток (нейтраль, "ноль") заземляют. Тогда, в случае пробоя между обмотками произойдет замыкание на землю цепи 10кв, что приведет к срабатыванию защиты на ней и отключению трансформатора. Так как нейтраль применяется и для защитного заземления бытовых приборов, она заземляется не только на подстанции, но и около дома, на случай обрыва провода, идущего от подстанции. 
От подстанции к домам проложен четырехпроводной кабель, в котором нередко нулевой провод имеет меньшее сечение, чем фазные. Применение такого ввода в дом будет безопасным только в том случае, если нулевой провод будет заземлен в самом доме, несмотря на наличие заземления на подстанции. Ведь нагрузка на фазы неравномерна, и в случае обрыва нулевого провода напряжение на вводах в квартиры может быть равным 0...380в, что приведет к выходу из строя почти всей бытовой техники. На корпусах техники при этом будет напряжение 0...220в относительно земли, что приведет к ударам током и прочим неприятностям. Поэтому во всех домах имеется заземление нулевого провода. Кроме того, заземляются все металлические конструкции в доме (трубы воды, газа и кабель-каналов, шахты лифтов, арматура железобетонных конструкций, металлическая кровля, экраны антенных кабелей) на случай случайного замыкания фазы на них. Здесь в домах "стояки" между этажными щитками четырехпроводные, что часто создает некоторые неприятности: 
В случае неравномерной нагрузки на фазы (а она полностью равномерной быть не может) возникает ток в нулевом проводе, а он имеет некоторое (пусть и небольшое) сопротивление, из-за которого на этом проводе возникает падение напряжения. Если в доме много этажей, то оно может достигать 5 - 10в. Это напряжение будет минимальным на первом этаже и максимальным на последнем. Оно будет на корпусах всех заземленных приборов (включая щитки), что потребует изоляцию их от газовых и водопроводных труб, экранов телевизионных кабелей, шахт лифтов и прочих элементов, иначе через них пойдет часть тока нулевого провода (а он может достигать десятков ампер). 

Передача и распределение

Электрическая энергия вырабатывается электрическими генераторами, приводимыми в действие посредством паровых и водяных турбин, локомобилей или двигателей внутреннего сгорания на тепловых или гидравлических электростанциях. Электростанции обычно объединяются в мощные энергетические системы - Мосэнерго, Ленэнерго и др. Электрические станции чаще всего сооружаются там, где имеются естественные запасы топлива или крупные водные ресурсы. Например, Шатурская теплоэлектрическая станция построена в районе добычи торфа; Куйбышевская ГЭС - на Волге, Днепрогэс в районе бывших Днепровских порогов и т. д. 
В нашей стране в 1954 г. построена и работает первая в мире атомная электростанция. С электрических станций передают электрическую энергию потребителям обычно на значительное расстояние. При передаче энергии возникают ее потери. Так как провода обладают электрическим сопротивлением, то поэтому при передаче энергии в них происходит падение напряжения. По закону Ома падение напряжения в линии пропорционально произведению тока на сопротивление проводов. Следовательно, для уменьшения падения напряжения необходимо уменьшить величину тока или сопротивления. 
Уменьшение сопротивления проводов линии передачи можно получить путем уменьшения длины или увеличения сечения проводов. Длина проводов линии определяется расстоянием от электростанции до места потребления и потому не может быть уменьшена. Увеличение же сечения проводов вызывает повышенный расход металла и усложнение конструкции опор, что является экономически невыгодным. Для снижения потерь энергии в линии следует уменьшать величину тока, но для того чтобы величина передаваемой мощности осталась неизменной, необходимо соответственно увеличить напряжение. Наиболее целесообразным способом снижения потерь энергии в линиях электропередач является передача энергии трехфазного тока высокого напряжения. 
Высоковольтные воздушные линии электропередач сооружаются на напряжение 6, 10, 35, ПО, 220 и 440 кв, а генераторы- на напряжение не более 15 кв. Поэтому обычно на электростанциях устанавливают повышающие трансформаторы, от которых по высоковольтным линиям энергия подается на районные понижающие трансформаторные подстанции. С этих подстанций при помощи воздушных или кабельных линий энергию распределяют между потребителями трансформаторными пунктами. На рисунке 238 показана схема передачи энергии от электрической станции до трансформаторного помещения. На конечных пунктах (трансформаторные помещения - ТП) электрическая энергия посредством понижающих трансформаторов понижается еще раз на низкое рабочее напряжение - 127, 220, 380 в. От трансформаторного помещения энергия передается к отдельным пунктам осветительной сети, расположенным в жилых домах, школах, театрах, улицах и т. д., в больших городах обычно посредством кабельной сети, а в небольших - воздушной. 
Начальной точкой внутридомовой электрической сети является кабельный ввод - секционный или общий. При секционных вводах кабель от трансформаторного пункта прокладывается параллельно зданию вне его и вводится в каждую секцию (лестничную клетку) через вводный ящик. При общем кабельном вводе кабель от трансформаторного пункта вводится в здание в одном пункте через вводный ящик. Вводный ящик соединяется с главным щитом электрической сети здания. От главного щита разветвляются питающие магистрали ко всему зданию, к магистральным пунктам. Электрическая сеть дома подразделяется на магистральную (питательную) - от ввода в дом до группового щитка, и групповую (распределительную) - от щитка до потребителей: ламп, розеток и т. п. 
Покажем схему распределения электрической энергии небольшого 12 - квартирного жилого дома (рис. 239). Кабельный ввод присоединяется к вводному ящику - питательному пункту секции дома. От каждого питательного пункта отходит линия (магистраль), получившая название стояка, вертикально расположенная на лестничной клетке. От стояка на каждом этаже делается ответвление к лестничному магистральному распределительному щитку. От лестничных щитков, на которых установлены только предохранители, отходят вводы к квартирным групповым щиткам К этим щиткам, также через предохранители, присоединяются группы осветительной сети квартир. Сеть, идущая от групповых щитков к потребителю, называется распределительной. 

Защита электросетей

Осветительная установка находится в нормальном режиме, если при включении всех установленных потребителей провода не нагреваются свыше установленной нормы. Однако в условиях эксплуатации могут быть случаи, когда ток в проводах превысит допустимую величину вследствие включения электроприемников большей мощности, чем предусмотрено проектом или вследствие происшедшей неисправности, в особенности при коротком замыкании, когда перегрузка может достигнуть очень большой величины. При перегрузках провода перегреваются, их изоляция быстро приходит в негодность, может загореться и явиться причиной пожара. 
Для защиты цепей от перегрузок и коротких замыканий в осветительных сетях применяются плавкие предохранители. Кроме них, иногда применяются максимальные автоматические выключатели. Все провода и их ответвления должны быть защищены предохранителями. Как правило, предохранители ставятся в начале провода или ответвления, если длина ответвления более 1 м, и в местах изменения сечения проводов осветительной сети в сторону уменьшения. Предохранители должны быть установлены в вводном кабельном ящике, магистральных и групповых щитках (рис. 239)
Осветительная электрическая установка характеризуется величиной общей мощности установленных потребителей и допускаемым падением напряжения в питательной и распределительной сетях. В зависимости от этих данных выбирают провода соответствующего сечения.По нормам для жилых, домов групповые линии в квартирах должны быть рассчитаны не менее, чем на 10 а. Защита ввода в квартиру должна быть выполнена не менее чем на 15 а, а защита стояка на 20 а. Минимальное сечение проводов ограничивается: для групповой сети 1,5 мм², для вводов в квартиры 2,5 мм², для стояков 4 мм². 
Собирание отдельных потребителей энергии на один общий предохранитель называется группированием потребителей. В зависимости от тока нагрузки группы (например, установленной мощности ламп) выбирается сечение провода и предохранитель (таблица 25). Запрещается ставить предохранители там, где перегорание их может вызвать выключение всей установки. Например, в трехфазной системе с нулевым проводом предохранители нельзя ставить на нулевых проводах. Нельзя ставить предохранители на защитных заземлениях (проводах заземления) и внутри помещений, опасных в смысле взрыва или пожара (нефтехранилищах, аккумуляторных помещениях, в амбарах, сеновалах и т. п.). 

Узлы сети жилого дома

Конструктивное выполнение отдельных узлов электрической сети жилого дома Ввод. Вводы в дома бывают двух типов - кабельные и воздушные. Наиболее распространенным для городов является ввод кабелем. Для конструктивного осуществления ввода устанавливается вводный ящик. В городских сетях ввод в дом выполнялся обычно путем отпайки от кабеля ответвления, для чего устанавливалась муфта (рис. 240), а кабельное ответвление подключалось к кабельному ящику. На конец вводного кабеля насаживались концевые воронки различных конструкций (рис. 241), которые служили для разделки жил кабеля и заливки их кабельной массой. 
Запрещается ставить предохранители там, где перегорание их может вызвать выключение всей установки. Например, в трехфазной системе с нулевым проводом предохранители нельзя ставить на нулевых проводах. Нельзя ставить предохранители на защитных заземлениях (проводах заземления) и внутри помещений, опасных в смысле взрыва или пожара (нефтехранилищах, аккумуляторных помещениях, в амбарах, сеновалах и т. п.). 
Опыт эксплуатации показал, что ответвление муфтами являлось наиболее слабым местом сети, поэтому в настоящее время ответвления не делаются, а кабель непосредственно подводится к вводному ящику. Разделка кабеля в ящике сухая. В этом случае применяется ящик, показанный на рисунке 242, он имеет зажимы для подходящих и отходящих концов кабеля. Ознакомимся с устройством ввода в здание через стену, через крышу и ответвление провода на мачте при воздушной сети (рис. 243). На столбе, в месте ответвления в дом, устанавливаются грибообразные предохранители или предохранители в виде открытой плавкой вставки, а ввод проводов осуществляется через фарфоровые воронки, заделанные в стену дома. 
Главный щит является распределительным пунктом электро-осветительного устройства здания с одним общим вводом, имеющим целью поступающую от городской сети энергию распределять в разные места установки. На щите размещаются рубильники, предохранители, а в некоторых случаях и измерительные приборы, - амперметры и вольтметр. От главного щита отходят внутридомовые магистрали. Конструкция щита бывает навесной или каркасной. При потреблении мощности на вводе до 40 квт применяются щиты навесного типа с числом рубильников не более четырех (рис. 244). Правила устройства электротехнических установок допускают применение щитов без рубильников и предохранителей, если на отходящих от щита линиях имеется аппаратура защиты и управления. Однако с точки зрения безопасности желательно иметь общий рубильник для отключения всего щита или трубчатый предохранитель как разъединитель при ремонте. 
В больших домах с потребляемой мощностью более 70 квт устанавливают измерительные приборы. Наличие на каждой фазе ввода амперметров дает возможность регулировать распределение нагрузок на фазы в процессе эксплуатации. При секционных вводах главный щит не устанавливается и вводный ящик непосредственно соединяется с магистральными щитками. Магистральные и груповые щитки и переходные коробки. Щитки представляют собой небольшие панели, изготовленные обычно из различных изаляционных материалов (мрамор, шифер и др.). На магистральном щитке смонтированы предохранители, выключатели или рубильники и зажимы для присоединения проводов. Щитки могут быть с каркасом из углового железа или облегченного типа без каркаса с шинами, проложенными непосредственно на мраморе, без выключателей, только с предохранителями. Шины обычно алюминиевые, а предохранители пробочного типа с резьбой Е - 27 до 20 а и Е - 33 до 60 а (рис. 245)
Часто вместо групповых щитков применяют переходные предохранительные коробки (рис. 246). На изоляционном (например, мраморном) основании установлены медные шины: три магистральных (в нижней или верхней части) и поперек их на некотором расстоянии (над ними или под ними) две или три осветительных. На нижних шинах закрепляются металлические стержни, на концах которых имеется винтовая нарезка. Эти стержни проходят через круглые отверстия в верхних шинах, не соприкасаясь с ними. На эти стержни надеваются специальные предохранительные пробки. Предохранительная пробка представляет собой фарфоровый цилиндр с продольным отверстием в нем по оси для стержня. На основаниях цилиндра (верхнем и нижнем) имеются медные контактные пластины, соединенные между собой плавкой вставкой. 
Вставка расположена в узком отверстии цилиндра. Путь тока с нижней шины протекает через стержень, контактные пластины крышки и верхнего основания цилиндра, плавкую вставку, контактную пластину нижнего основания на верхнюю шину или наоборот. Пробка закрепляется навинчивающейся на конец стержня фарфоровой головкой с медной контактной пластиной. Переходные коробки применяются для перехода с трех проводной системы на два или на три провода. Квартирные групповые щитки являются распределительными и питательными пунктами для непосредственного питания групп ламп в квартирах; конструкция их обычно значительно проще. На щитке устанавливаются только предохранители, шины отсутствуют- их заменяют провода, подходящие непосредственно под контакты предохранителей. Для сети на 120 в панель щитка может быть деревянная. 
Групповой щиток в квартире обычно устанавливается вблизи ввода на стене прихожей на высоте, доступной для человека, вставшего на стул. Электрический счетчик устанавливается в квартире между вводом в квартиру и щитком на капитальной стене (рис. 247). Провода от ввода в квартиру до счетчика и от счетчика до группового щитка должны быть проложны каждый в отдельности в резиновых трубках без соединительных частей с фарфоровыми втулками на концах или посредством скрытой проводки. В последнее время применяются комбинированные щитки, на которых установлены предохранители, счетчик и звонок. Магистрали и стояки. Конструкция магистралей и стояков определяется их трассой и окружающей средой. Магистрали от главного щита до стояков могут быть проложены В подвалах, под полом первого этажа, если они из несгораемых материалов, 
по фасаду дома со стороны двора. Прокладка проводов магистрали-обычно открытая в стальных трубах; при прямолинейных трассах 15-20 м без муфт и непрямолинейных с муфтами, залитыми, изолирующей массой. Прокладка стояков в лестничных клетках ведется более просто. Стояки прокладываются небольшими вертикальными участками длиной около 4 м от щитка к щитку. Лестничные клетки принадлежат к разряду сухих отапливаемых помещений и поэтому прокладка проводов возможна в стальных или резиновых изоляционных трубках. Прокладка стояков осуществляется следующими способами: 1) стальные и эбонитовые трубки: укладываются в неглубокую борозду, выбиваемую в кирпичной кладке и заделываются при штукатурке стен; 2) в стальных и эбонитовых трубках, покрытых алебастровым раствором, закладываемым в зазор между кирпичной кладкой и облицовочными плитами; 3) в бетонных блоках с каналами; в этом случае электромонтажные работы состоят только в протаскивании проводов через, готовые каналы. 

Схемы сети жилого дома

Рассмотрим схему проводки от кабельного ввода до конечных, осветительных точек, расположенных в квартирах трехквартирной секции жилого дома (рис. 248). Магистраль проложена вдоль лестничной клетки проводом ПР сечением 4 мм² в резиновых трубках. На лестничной площадке первого этажа на магистрали установлены две переходные коробки. Нижняя из них с предохранителями на 15а для перехода с трех проводов на три служит для ответвления проводами ПР сечением 2,5 мм² к групповому щитку на три двухполюсные группы для освещения лестничной; клетки, подвала и двора. Вторая переходная коробка для перехода с трех проводов на два служит для ответвления к трем квартирам первого этажа. 
К каждой из квартир подводится два провода, следовательно, переходов ответвлений будет по числу квартир - три. Группы квартир следующих этажей присоединяются через свои переходные коробки. Группы группового щитка подобраны по признаку расположения в группу потребителей, находящихся в одинаковых местах и одинаковых условиях, с общим предохранителем и выключателем на каждую группу: группа а - лампы освещения лестничной клетки - проложена проводами 1,5 мм² с предохранителем на 10 а; группы б и в - освещение двора и подвала дома - проводами 2,5 мм² с прокладкой по стенам на изоляторах, с предохранителем на 15 а в каждой группе. 
Квартирный групповой щиток имеет две группы (провода 1,5 мм² предохранители на 10 а). Разбивка на две группы необходима при большом числе ответвлений; кроме того, наличие двух групп повышает надежность освещения, так как при перегорании одного предохранителя света не будет только в части квартиры. Квартирные групповые щитки 8 имеют по одной группе каждый. Планировка групповой квартирной сети. Непосредственно после счетчика устанавливается квартирный групповой щиток с предохранителями. От этого щитка отходят группы к местам установки потребителей - лампам. Весьма часто от щитка отходят две группы: общего освещения и штепсельная. Разделение на две группы делается с целью улучшения режима напряжения на лампах общего освещения, а также с целью разгрузки группы, в которой через штепсельные розетки питают бытовые нагревательные приборы, так как эта группа часто может иметь нагрузку, большую расчетной. 
Перегорание плавких предохранителей чаще всего возникает от наличия в группе штепсельных розеток, а не от ламп общего освещения, и поэтому при отделении сети общего освещения от штепсельной ремонт предохранителей можно производить при эектрическом освещении. По нормам ограничивают число розеток, включенных на отдельную штепсельную группу, - тремя при напряжении 127 в и пятью при напряжении 220 в. Вследствие этого в многокомнатных квартирах бывает необходимо применять две штепсельные группы. В газифицированных квартирах допустимо выполнение смешанных групп (в каждой группе имеются лампы и штепселя), так как при наличии газа возможность пользования бытовыми нагревательными приборами незначительна, а мощность телевизоров, радиоприемников, холодильников и других приборов небольшая. Применение смешанных групп сокращает расход проводов. 
На рисунке 249 показан план трехквартирной жилой секции со схемой устройства освещения групповой сети. От каждого квартирного щитка отходят две группы - общего освещения и штепсельная. В штепсельной группе установлено пять розеток. В группе общего освещения установлено девять точек (ламп), из них три для жилых комнат и шесть для мест общего пользования. В жилых комнатах в центре потолка шнуровой подвес и крюк для крепления люстры или любого другого светильника. В местах общего пользования каждой квартиры установлены: в прихожей плафон на потолке, в кухне люстра цельного стекла и настенный патрон; в уборной и ванной комнате настенные патроны. Магистральный щиток установлен на лестничной клетке. От этого щитка отходят три группы к квартирным щиткам, установленным в передней. Месторасположение выключателей и штепсельных розеток указано на плане. 
В целях практического ознакомления с осветительной сетью жилого дома следует провести экскурсию учащихся, под руководством преподавателя: В первую очередь полезно изучить электросеть школы. Руководитель должен выбрать и осмотреть объект экскурсии и составить план ее проведения, учитывая устройство сети выбранного объекта и доступность отдельных частей сети для осмотра. На вводной беседе нужно познакомить учащихся с темой экскурсии, ее целью и порядком проведения, с принципиальной схемой электрической сети своей школы и жилой секции или дома. Начальный пункт осмотра - вводный кабельный ящик, конечный пункт - класс или квартира. Необходимо проследить путь тока от ввода через предохранители, счетчики, магистральные и групповые щитки к приемникам электроэнергии - лампам. Обратить внимание учащихся на то, что неисправности сети могут быть причиной пожаров и несчастных случаев. После проведения экскурсии рекомендуется учащимся составить схему осветительной сети своей квартиры. 
Разработчик:Территория SlavSSoft