Главная » Литература » Электротехника » Тульчин - Электрические сети и электрооборудование жилых и общественных зданий (1990)
Тульчин - Электрические сети и электрооборудование жилых и общественных зданий (1990)
Во втором издании книги многие главы переработаны и расширены в соответствии с вышедшими за последнее время новыми нормативными документами. Более широко рассмотрены вопросы электроснабжения и оптимизации схем и систем с учетом последних достижении научно-технического прогресса в области электроснабжения и электрооборудования. Нашли отражение вопросы экономии электроэнергии. Написана глава, посвященная молниезащите.
Книга дополнена рядом примеров. В книгу включены главы, в которых рассматриваются вопросы связи, радиотрансляции, телевидения, написанные инженером С. Я. Каменецким. Остальные главы книги написаны совместно инженерами И. К. Тульчиным и Г. И. Нудлсром.
ВВЕДЕНИЕ
Развитие экономики нашей страны неразрывно связано с электрификацией всех отраслей народного хозяйства. План ГОЭЛРО, разработанный вскоре после Великой Октябрьской социалистической революции советскими учеными и специалистами, был первым перспективным планом развития экономики всей страны на базе электрификации.
Историческое значение плана ГОЭЛРО трудно переоценить. В ходе осуществления первого пятилетнего плана индустриализации страны план ГОЭЛРО был выполнен досрочно.
К
В
Принимаются очень серьезные меры по повышению уровня безопасности атомных электростанций, в частности, по предотвращению аварий с реакторами. В более отдаленном периоде можно ожидать появления электростанций, использующих термоядерную реакцию, в основе которой предполагается синтез ядер тяжелого водорода, запасы которого в природе неисчерпаемы. В быту найдут » уже находят применение установки, использующие так называемые возобновляемые источники энергии — энергию ветра, морских приливов и отливов, солнечную энергию и т. п. Можно ожидать применения магнитогидродинамических генераторов, экспериментальное строительство которых уже ведется. Ведутся работы по созданию Единой энергетической системы (ЕЭС) СССР, строительство дальних линий электропередачи переменного и постоянного тока сверхвысокого напряжения. С каждым годом все более расширяются международные энергетические связи. В настоящее время параллельно со станциями ЕЭС СССР работают электростанции объединенных энергетических систем стран — членов СЭВ —ПНР, ВНР, ЧССР, СРР, ГДР; а на востоке — энергосистема МНР. Образовано крупнейшее международное энергообъединение с установленной мощностью электростанций около 300 млн. кВт, в котором параллельно работают электростанции от Улан-Батора до Берлина. Единая энергетическая система производит поставки электроэнергии в Турцию, Финляндию, Норвегию. Решениями XXVII съезда КПСС предусмотрен неуклонный рост энергетики как основы дальнейшего развития народного хозяйства страны. К 1990 году производство электроэнергии достигнет 1860 млрд. кВт-ч в год. Важным элементом повышения благосостояния парода является дальнейший рост электрификации быта. Повышение уровня электрификации и совершенствование всей системы электроснабжения в городе и на селе имеют важное значение как для снижения затрат труда на ведение домашнего хозяйства, так и для улучшения санитарно-гигиенического состояния жилищ и оздоровления воздушной среды населенных пунктов.
В СССР в настоящее время насчитывается более 2000 городов и 3600 поселков городского типа, в которых проживает более половины населения страны. По электрическим сетям 0,4—20 кВ распределяется около 40 % всей вырабатываемой электроэнергии, поэтому правильное построение системы распределения энергии, обеспечивающее высокую надежность электроснабжения и уменьшение потерь в электрических сетях, имеет важное значение.
В нашей стране в условиях планового хозяйства развитие электрификации быта подчинено общим народнохозяйственным интересам, и в большинстве районов применение электроэнергии ограничивается экономичными решениями по централизованной теплофикации, газификации на базе природного газа и т. д. Тем не менее, по мере совершенствования процессов производства электроэнергии, повышения
КПД электростанций, внедрения мощных энергоблоков создаются предпосылки для дальнейшего развития электрификации. В первую очередь потребление электроэнергии на бытовые нужды в городах и селах будет расти за счет увеличения количества различных бытовых машин и приборов в домашнем хозяйстве, а также применения электроэнергии для приготовления пищи. В ряде районов страны с дорогим привозным топливом, в курортных зонах (где особенно важно поддержание чистоты воздушного бассейна), в некоторых южных районах, на Крайнем Севере можно ожидать постепенного внедрения различных видов электрокондиционирования воздуха, электроводонагрева и электроотопления.
В некоторых районах в сельской местности в порядке эксперимента уже построено небольшое количество жилых домов, оборудованных установками электроводонагрева (ЭВН) и электроотопления (ЭО). Широкое внедрение механизации и автоматизации производственных процессов — одна из основ повышения производительности труда в народном хозяйстве. Автоматика находит все большее применение и на коммунальных предприятиях, объектах жилищно-гражданского строительства; ее повсеместное внедрение позволяет сократить расходы электроэнергии, повысить надежность электроснабжения, обеспечивает бесперебойную работу инженерного оборудования зданий. Однако следует отметить недостаточные темпы развития энергетики и электрификации быта. Это связано главным образом с тем, что КПД электростанций еще недостаточен, электрооборудование, как самих электростанций, так и различных потребителей устарело и слишком энергоемко, недостаточно внедряются новые энергоэкономичные источники света и светильники, велики потерн электроэнергии в городских электрических сетях. Ликвидация указанных недостатков является важнейшей задачей развития энергетики в ближайшие годы, что позволит ей достигнуть мирового уровня.
Раздел первый
ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ БЫТА И ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКИ
Главе первая
ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКИ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
1.1. ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКИ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ
Современные жилые здания насыщены большим количеством различных электроприемников. К ним относятся осветительные и бытовые приборы и силовое электрооборудование. Рост энергетики и объема производства электроэнергии в значительной мере способствует расширению номенклатуры и увеличению количества электроприборов, применяемых в быту.
Электроприборы, все в большей степени используемые в квартирах жилых зданий, обеспечивают сокращение затрат труда на ведение домашнего хозяйства и повышение комфорта современного жилища. Электроприемники жилых зданий могут быть подразделены на две основные группы: электроприемники квартир и электроприем пики общедомового назначения. К первым относятся осветительные и бытовые электроприборы. Ко вторым относятся светильники лестничных клеток, технических подпольев, чердаков, вестибюлей, холлов, служебных и других помещений, лифтовые установки, вентиляционные системы, различные противопожарные устройства, элементы диспетчеризации, переговорно-вызывные устройства (домофоны), кодовые замки и т. п. Электроприемники квартир. Электрическое освещение квартир осуществляется с помощью светильников общего и местного освещения, как правило, с лампами накаливания. Однако в настоящее время разрабатываются и внедряются бытовые светильники с люминесцентными лампами, применение которых позволит резко повысить освещенность в квартирах без увеличения расхода электроэнергии при значительно большем сроке службы этих ламп. Однако их широкое внедрение требует улучшения цветопередачи таких ламп. Для общего освещения жилых комнат применяются многоламповые светильники различных конструкций с лампами накаливания мощностью 40—100 Вт, для освещения вспомогательных помещений — одноламповые светильники 25—60 Вт, для ванных комнат разработан и внедряется светильник с люминесцентной лампой мощностью 20 Вт.
Бытовые электроприборы по назначению можно условно разделить на следующие характерные группы: нагревательные для приготовления пищи, для обработки и храпения продуктов, хозяйственные (для ухода за бельем и одеждой, уборки помещений, электроинструменты и др.), культурно-бытовые, санитарно-гигиенические, бытовые кондиционеры воздуха, водонагреватели, приборы для отопления помещений.
Нагревательные приборы для приготовления пищи: электроплиты с программными устройствами и без них, жарочные шкафы, электроплитки, электропечи, тостеры, шашлычницы, скороварки, самовары, чайники, электропечи высокой частоты и т. п. Кухонные электроплиты и жарочные шкафы устанавливаются стационарно, остальные приборы большей частью являются переносными. Характеристики некоторых электроплит отечественного и зарубежного производства приведены в табл. 1.1. Применение электроплит вместо газовых и плит на твердом топливе позволяет: существенно улучшить санитарно- гигиенические условия в кухне и квартире благодаря отсутствию угарного газа СО и других продуктов неполного сгорания газа и твердого топлива; повысить взрыво- и пожаробезопасность зданий; осуществить автоматизацию процесса приготовления пищи путем использования терморегуляторов, термоограничителей и приборов программного управления, что обеспечивает экономию времени и электроэнергии на ведение домашнего хозяйства.
Стационарная напольная электроплита состоит из металлического корпуса с конфорками, установленными на рабочем столе, жарочного шкафа и регулировочной аппаратуры. Конфорки изготавливаются двух видов: из трубчатых нагревательных элементов (ТЭНов) и чугунные. Отечественные плиты выпускаются с чугунными конфорками. Чугунные конфорки состоят из корпуса с запрессованными в специальную изоляционную массу спиралями из нихрома или других материалов с высоким удельным сопротивлением. Выводные концы спиралей подключаются к винтам, установленным на термостойкой керамической колодке. Температура на поверхности конфорки 350—450 °С. "Трубчатый нагревательный элемент представляет собой специальную трубку, внутри которой (по оси) расположена нагревательная спираль, находящаяся в уплотненной изоляционной массе на основе периглаза. Температура па поверхности ТЭНов может достигать 400— 600°С. Указанные температуры на поверхности конфорок характерны при работе па полную мощность и наличии нормального теплоотвода. При отсутствии на конфорке сосуда, потребляющего тепло, температура на поверхности конфорки возрастает, и при длительном включении, что иногда имеет место, когда жильцы используют плиту для обогрева помещения, срок службы конфорки резко сокращается. Работа конфорки на полную мощность необходима только до момента доведения блюда до кипения, дальнейший процесс приготовления пищи требует значительно меньшей мощности, что достигается соответствующей установкой положения переключателя. Для экономии энергии необходимо использовать посуду с толстым дном, плотно прилегающим к поверхности конфорки. На рис. 1.1 приведены кривые, показывающие зависимость перерасхода электроэнергии от деформации дна посуды. В отличие от конфорок, передача теплоты которых происходит за счет теплопроводности, теплота в жарочных шкафах передается за счет конвекции и излучения от нагревательных элементов, располагаемых внизу и в верхнем части шкафа.
Коэффициент полезного действия электроплит с чугунными конфорками составляет примерно G5, с ТЭНами — 75%. Пределы регулирования Температуры жарочного шкафа — от 50 до 300 СС.
За рубежом применяются автоматизированные плиты, в которых устанавливают бесступенчатые регуляторы мощности конфорок и программные устройства для жарочного шкафа. При этом расход электроэнергии сокращается на 15—20 %.
Кроме стационарных электроплит широко применяются различные переносные электроплитки. В настоящее время на 100 семей в среднем приходится 32 электроплитки, которые в основном используются в качестве дополнительных приборов в домах с плитами на твердом и газообразном топливе, на дачах и садовых участках.
Электроплитки выпускаются четырех типов: с чугунными штампованными стальными и трубчатыми конфорками и с ситалловым настилом. Сравнительные технические характеристики этих плиток приведены в табл. 1.2. Наибольшее распространение имеют электроплитки со штампованными конфорками. Низкий КПД таких конфорок и большое время их разогрева приводят к перерасходу электроэнергии и большим затратам времени. В настоящее время перерасход электроэнергии оценивается не менее чем в 1 млрд. кВт-ч в год. Работами Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова (АКХ) установлено, что оптимальной мощностью стационарной электроплиты является 7— 7,5 кВт, что обеспечивает при наиболее целесообразном режиме приготовления всех видов пищи наименьший расход электроэнергии. Одним из новых видов нагревательных приборов для приготовления пищи являются индукционные плиты, в которых нагрев сосуда осуществляется за счет вихревых токов, возникающих в сосуде под действием электрического поля высокой частоты. Такие плиты оборудованы специальным встроенным преобразователем частоты и индукционными катушками. Коэффициент полезного действия таких плит достигает 90 %. В шкафах сверхвысокой частоты (СВЧ) нагрев продукта, приходящегося внутри шкафа, происходит во всем объеме за счет энергии поля частотой примерно 2500 МГц, что сокращает срок приготовления отдельных блюд в 8—10 раз; СВЧ-шкафы используются как дополнение к плите.
Приборы для обработки и хранения продуктов. К ним относится холодильники (компрессионные, абсорбционные, полупроводниковые), морозильники, универсальные кухонные электроприводы, картофелечистки, мясорубки, миксеры, кофемолки, соковыжималки и т. п. Большинство из перечисленных приборов специального описания не требует. Отметим некоторые особенности бытовых холодильников. Наиболее распространенными (80 %) являются компрессионные холодильники. К недостаткам компрессионных холодильников относится шум при работе электродвигателя. Абсорбционные холодильники свободны от этого недостатка, однако они менее экономичны. Недостатком таких холодильников является их сравнительно малая холодопроизводительиость при значительно большем потреблении энергии по сравнению с компрессионными. Полупроводниковые холодильники пока еще распространения не получили.
Хозяйственные приборы. К ним относятся: стиральные машины (неавтоматические, полуавтоматические, автоматические), пылесосы, полотеры, утюги, посудомоечные машины, электроинструмент, швейные машины и т. п. Культурно-бытовые приборы: телевизоры, магнитофоны, радиоприемники, радиолы, проигрыватели, кинопроекторы, диапроекторы, электромузыкальные инструменты, электрифицированные игрушки. Отметим, что указанная группа приборов, особенно телевизоры, чувствительна к колебаниям напряжения, в связи, с чем широко применяются местные стабилизаторы напряжения, главным образом феррорезонансные. Улучшая работу телевизоров, стабилизаторы ухудшают режим работы сети в целом, снижая коэффициент мощности и увеличивая потери энергии. В настоящее время у населения имеется свыше 25 млн. стабилизаторов и автотрансформаторов, на что расходуется до 600 млн, кВт-ч в год; кроме того, на их производство приходится тратить большое количество электротехнической стали меди. Таким образом, использование этих устройств экономически невыгодно для народного хозяйства. Более целесообразным следует считать применение специальных устройств для регулирования напряжения в электрических сетях города.
Санитарно-гигиенические приборы: вентиляторы, увлажнители воздуха, фены, ионизаторы, надплитные кухонные фильтры, электробритвы, машинки для стрижки волос, щипцы для завивки волос, приборы для массажа, электрогрелки, электроодеяла, ультрафиолетовые и другие облучатели и т. п.
За последние годы в нашей стране организовано производство и внедряются в быт комнатные стационарные кондиционеры. Бытовой компрессионный кондиционер типа RK-1500 потребляет мощность 1,3 кВт. Электроводонагреватели (ЭВМ). Существуют два типа водонагревателей: проточные и емкостные.
Проточные нагреватели нагревают воду непосредственно при ее потреблении. Они характеризуются сравнительно малыми габаритами при большой водопроизводительности. Однако такие ЭВИ потребляют большую мощность (15—20 кВт). Недостатком проточных нагревателей является то, что их включение совпадает по времени с максимумом нагрузки энергосистемы. Емкостные нагреватели по конструктивному исполнению можно подразделить на два типа: быстродействующие нагреватели с относительно небольшой вместимостью бака и аккумуляционные с большой вместимостью бака, достигающей
Аккумуляционные водонагреватели включаются в периоды минимальных нагрузок системы, как правило, в ночное время. Кроме того, благодаря включению этих нагревателей в часы провалов графиков энергосистемы, иногда не требуется увеличивать пропускную способность электросети, чего нельзя избежать при установке проточных. Применение аккумуляционного водонагрева экономически выгодно энергоснабжаюшим организациям. За рубежом в целях стимулирования потребления электроэнергии в часы провала графиков нагрузок применяются сниженные тарифы на электроэнергию на этот период, что дает огромную выгоду и потребителям.
В СССР выпускаются электроводонагреватели типа БАС (быстродействующие атмосферного давления настенные) и УНС (аккумуляционные низкого давления настенные). Электронагреватели типа БАС-5 и БАС-10 имеют объем соответственно 5 и
Водонагреватели имеют встроенные автоматические устройства для отключения нагревательного элемента при достижении температуры воды 85 °С.
Установка электроводонагревателей в жилых домах в настоящее время нецелесообразна, так как требует обычно усиления электрических сетей из-за повышения электрических нагрузок. Однако в некоторых районах страны, где затруднена доставка топлива, и в ряде южных районов внедрение электроводонагревателей уже сегодня может быть подтверждено экономическими расчетами. В настоящее время для установки электроводонагревателя необходимо получить разрешение энергоснабжающей организации. Согласно предварительным расчетам ориентировочные удельные нагрузки на квартиру при установке электроводонагревателей приведены в табл. 1.3.
Электрическое отопление. Применение электрического отопления жилых помещений для большинства районов нашей страны, особенно при теплоснабжении от теплоэлектроцентралей, в настоящее время экономически не оправдывается. Однако уже сейчас электрическое отопление находит применение в районах с избытком гидроэлектроэнергии, дорогим привозным топливом, в некоторых южных районах страны, имеющих плюсовые температуры в зимнее время, в курортных зонах.
Благоприятные перспективы развития новых способов получения электроэнергии в будущем определяют целесообразность ее использования для заполнения графиков нагрузки энергосистем. Поэтому необходимо в данной главе рассмотреть в самых общих чертах известные в настоящее время устройства электроотопления. Системы электрического отопления жилых зданий можно подразделить на две группы: полное электроотопление и частичное электроотопление. При полном электроотоплении все необходимое количество тепла поступает в помещение от одного энергоносителя — электричества. При частичном отоплении основное потребление тепла идет, из системы централизованного или децентрализованного отопления, а при пиковых нагрузках недостатки тепла покрываются приборами электроотопления. Полное электрооотопление может осуществляться централизованно от электрокотлов или децентрализованно индивидуальными отопительными электроприборами.
Электрокотлы могут работать в режиме непосредственного отопления круглосуточно или в аккумуляционном режиме, при котором они подключаются к электросети только в часы провала графиков нагрузки. В последнем случае рядом с .котлом устанавливается бак, наполненный тепло- аккумулирующей жидкостью (водой) и имеющим хорошую теплоизоляцию. При индивидуальном отоплении приборы устанавливаются, как правило, в каждой комнате квартиры, в отдельных случаях возможно отопление нескольких комнат одним прибором.
По принципу преобразования электрической энергии в тепловую, электроотопительные приборы могут быть подразделены на приборы прямого отопления и тепловые насосы. В первых происходят прямое преобразование электроэнергии в теплоту, во вторых — отбор теплоты у среды с более низкой температурой и передача его среде с более высокой температурой.
Следует различать электроотопительные приборы непосредственного действия, в которых теплота сразу же поступает в помещение, и приборы с аккумулированием теплоты, в которых преобразование электроэнергии и накопление теплоты происходят в часы минимальных нагрузок электросети, а расход запасенной теплоты — в течение длительного времени, в том числе и после отключения прибора. К первым относятся электрорадиаторы, камины, конвекторы, греющие обои и плинтусы, тепловые насосы, ко вторым — аккумуляционные электропечи и греющие кабели, заделанные в строительные конструкции зданий. Кроме того, электроотопительные приборы различаются своим конструктивным исполнением — напольные, настенные, настольные, универсальные и способом теплоотдачи — радиационные, конвективные и универсальные.
...