Электроснабжение промышленных и гражданских зданий

Допущено

Министерством образования и науки Российской Федерации

в качестве учебника для студентов образовательных учреждений

среднего профессионального образования

5-е издание, переработанное и дополненное

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ 

ПРОМЫШЛЕННЫХ 
И ГРАЖДАНСКИХ 

ЗДАНИЙ

Ю. Д. СИБИКИН

Москва

ИНФРА-М

202УЧЕБНИК

УДК  621.3(075.32)
ББК 31.19я723
 
С34

Сибикин Ю. Д.
 Электроснабжение промышленных и гражданских зданий : учебник / 
Ю. Д. Сибикин. — 5-е изд., перераб. и доп. — Москва : ИНФРА-М, 
2023. — 405 с. — (Среднее профессиональное образование). — DOI 
10.12737 / textbook_5ad8a2ff1921e6.88482361.

ISBN 978-5-16-013093-4 (print)
ISBN 978-5-16-105877-0 (online)
Приведены сведения о системах электроснабжения, даны методиче
ские рекомендации по выбору их параметров. Описано электрооборудование электростанций и подстанций, промышленных предприятий 
и гражданских зданий. Рассмотрена конструкция распределительных 
устройств, релейной защиты и автоматики. Освещены вопросы электробезопасности.

Для студентов учреждений среднего профессионального образования.

УДК 621.3(075.32)

ББК 31.19я723

С34

А в т о р:

Ю.Д. Сибикин — кандидат технических наук, старший научный со
трудник, генеральный директор НТЦ «Оптим»

Р е ц е н з е н т ы:

А. П. Левин, доктор экономических наук, академик Российской ака
демии естест венных наук, генеральный директор НИЦ «Зарубежсхема»;

В. В. Жигарев, директор Московского промышленного колледжа;
Л. Г. Александренкова, преподаватель высшей категории Москов
ского промышленного колледжа

ISBN 978-5-16-013093-4 (print)
ISBN 978-5-16-105877-0 (online)

© Сибикин Ю. Д., 2006
© Сибикин Ю. Д., 2018, 

с изменениями

Предисловие

Стратегия развития отечественной энергетики предусматривает 

дальнейший рост производства электроэнергии всеми электростанциями России. К 2030 г. намечается достичь годовой выработки 
электроэнергии 1560 млрд кВт ⋅ ч.

Основными потребителями электроэнергии являются промыш
ленные предприятия и гражданские здания. Они расходуют более 
78% всей электроэнергии, вырабатываемой в нашей стране.

Ввод в действие новых предприятий, расширение существу
ющих, рост их энерговооруженности, широкое внедрение различных видов электротехнологий во всех отраслях производств, огромное жилищное строительство выдвигают проблему рационального 
электроснабжения потребителей.

Система распределения большого количества электроэнергии 

должна обладать высокими техническими и экономическими показателями и базироваться на новейших достижениях современной 
техники. Поэтому электроснабжение промышленных предприятий 
и гражданских зданий должно основываться на использовании современного конкурентоспособного электротехнического оборудования и прогрессивных схем питания, широком применении автоматизации.

В учебнике обобщен опыт последних лет проектирования элек
троснабжения промышленных и гражданских зданий, приведены 
новые технические решения в этой области. Он содержит основные 
сведения, позволяющие разобраться в сложном комплексе вопросов 
производства, распределения и потребления электроэнергии.

С его помощью студенты смогут самостоятельно выполнять рас
четы электрических сетей промышленных и гражданских зданий 
напряжением до 1000 В, распределительных воздушных и кабельных сетей напряжением свыше 1000 В, производить расчеты токов 
короткого замыкания, проверять выбираемое электрооборудование 
и аппараты на устойчивость к действию токов короткого замыкания, составлять схемы распределения электроэнергии высокого 
напряжения, рассчитывать электрические нагрузки и выбирать силовые трансформаторы, производить расчет и выбор аппаратуры 
релейной защиты и автоматики подстанций и других электроустановок.

Особое внимание в учебнике уделено вопросам расчета элект
рических нагрузок, работе электроприемников, резервированию 

электроснабжения, повышению коэффициента мощности электроустановок, рациональной и эффективной системе их питания, 
требованиям охраны труда и техники безопасности.

Учебник может быть полезен также инженерно-техническим ра
ботникам, занимающимся проектированием и эксплуатацией промышленных и гражданских зданий.

Введение

Важную роль в развитии отечественной электротехнической 

промышленности и электроснабжения предприятий и гражданских объектов сыграли труды выдающихся русских ученых 
и изобретателей: Б. С. Якоби, А. Н. Лодыгина, П. Н. Яблочкова, 
Ф. А. Пироцкого, Д. А. Лачинова, М. О. Доливо-Добровольского 
и др.

В 1834 г. член Петербургской Академии наук Б. С. Якоби 

первым в мире изобрел электродвигатель постоянного тока. 
Большое влияние на развитие электротехники оказала изобретенная А. Н. Лодыгиным в 1872 г. (патент получен в 1874 г.) угольная лампа накаливания. Американский ученый и изобретатель 
Т. Эдисон произвел свои первые опыты по электрическому освещению только в 1879 г. Талантливый русский инженер-изобретатель П. Н. Яблочков в 1876 г. получил патент на дуговую лампу без 
регулятора — электрическую свечу, которая положила начало первой практически применимой системе электрического освещения. 
Он также изобрел трансформатор и решил задачу питания группы 
дуговых ламп от одного генератора.

В 1874 г. Ф. А. Пироцкий произвел опыт по передаче электро
энергии на расстояние до 1 км. В 1880 г. он осуществил передачу 
электроэнергии по рельсам конной железной дороги в Петербурге.

Большое значение для развития электротехники имела статья 

Д. А. Лачинова «Электромеханическая работа» (1880), опубликованная в журнале «Электричество», в которой он изложил положения 
(тезисы), ставшие основой современной теории передачи электроэнергии.

Гениальный русский ученый и инженер М. О. Доливо-Добро
вольский заложил научные и инженерные основы современных 
электрических систем, создав установку трехфазного переменного 
тока и показав все его преимущества по сравнению с постоянным 
током. Первый генератор и приводимый им в движение электродвигатель переменного тока были построены М. О. ДоливоДобровольским в 1888 г. В 1891 г. он, используя водяную турбину 
мощностью 300 л. с. и приводимый ею в движение генератор трехфазного тока мощностью 200 кВт, осуществил передачу электроэнергии по воздушной линии на расстояние 175 км. С помощью 
трехфазного трансформатора напряжение, создаваемое генератором, повышалось до 8500 В, а на конце линии передачи понижа

лось до 100 В. Передаваемая электроэнергия использовалась для 
освещения и приведения в движение электродвигателей на выставке во Франкфурте-на-Майне.

К выдающимся изобретениям М. О. Доливо-Добровольского 

следует отнести также асинхронные трехфазные двигатели, являющиеся и в настоящее время основными электродвигателями, применяемыми в промышленности. Они надежны в работе, просты 
по конструкции, дешевы в эксплуатации.

Электрификация играет важнейшую роль в развитии всех от
раслей промышленности, является стержнем экономики страны. 
Отсюда следует необходимость опережающих темпов роста производства электроэнергии.

В условиях разрухи, голода, гражданской войны Всероссийский 

съезд Советов утвердил в 1920 г. Государственный план электрификации России (ГОЭЛРО), который предусматривал в течение 
10—15 лет строительство 30 новых районных электростанций общей мощностью 1750 МВт с доведением выработки электроэнергии 
до 8,8 млрд кВт ⋅ ч в год. Этот план был выполнен за 10 лет. С 1930 г. 
крупные государственные районные электростанции (ГРЭС) 
стали постепенно объединять в энергетические системы, которые 
и в настоящее время остаются главными производителями электроэнергии для подавляющего большинства промышленных предприятий и городов нашей страны.

Принципом развития энергосистемы России является произ
водство электроэнергии на крупных электростанциях, объединяемых в Единую энергосистему общей высоковольтной сетью 
500…1150 кВ.

До 1960 г. самые крупные генераторы тепловых электростанций 

(ТЭС) имели мощность 100 МВт. На одной электростанции устанавливали 6—8 генераторов. Поэтому мощность крупных ТЭС составляла 600…800 МВт. После освоения энергоблоков (турбина — 
генератор) мощностью 150…200 МВт мощность крупнейших 
электростанций повысилась до 1200 МВт. Переход на энергоблоки 
мощностью 800 МВт позволил увеличить мощность некоторых 
ТЭС (например, Пермской ГРЭС) до 4800 МВт.

В настоящее время в энергосистемах Российской Федерации 

эксплуатируются более 600 тыс. км воздушных и кабельных линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше и 2 млн км напряжением 0,4…20 кВ, свыше 17 тыс. подстанций напряжением 
35 кВ и выше с общей трансформаторной мощностью почти 
575 млн кВ ⋅ А и более полумиллиона трансформаторных пунктов 
6…35 / 0,4 кВ общей мощностью 102 млн кВ ⋅ А.

ПАО «Россети» включает 39 тыс. км линий электропередачи на
пряжением 330 кВ и выше, 119 подстанций напряжением 330 кВ 
и выше с общей трансформаторной мощностью 125 млн кВ ⋅ А.

Электроэнергетика России является важнейшей жизнеобеспе
чивающей отраслью страны. В ее состав входят более 700 электростанций общей мощностью 215,6 млн кВт; в отрасли работают 
более 1 млн человек.

В современных условиях главными задачами специалистов, 

осуществляющих проектирование, монтаж и эксплуатацию современных систем электроснабжения промышленных предприятий 
и гражданских зданий, являются правильное определение электрических нагрузок, рациональная передача и распределение электроэнергии, обеспечение необходимой степени надежности электроснабжения, качества электроэнергии на зажимах электроприемников, электромагнитной совместимости приемников электрической 
энергии с питающей сетью, экономия электроэнергии и других 
материальных ресурсов.

Глава 1 

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОИЗВОДСТВА 

И ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

1.1. ПОНЯТИЕ О СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Системой электроснабжения называют совокупность устройств 

для производства, передачи и распределения электроэнергии.

Системы электроснабжения создают для обеспечения питания 

приемников электроэнергии, к которым относят: электродвигатели 
различных механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и др.

Энергетической системой называют совокупность электро
станций, подстанций и приемников электроэнергии, связанных 
между собой линиями электрической сети.

Электрической системой называют часть энергетической сис
темы, состоящую из генераторов, распределительных устройств, 
повысительных и понизительных подстанций, линий электрической сети и приемников электроэнергии (рис. 1.1).

Различие между энергетической и электрической системами за
ключается в том, что в электрическую систему не входит тепловая 
или гидравлическая часть энергетической системы, т.е. часть, относящаяся к первичным двигателям и устройствам, которые обеспечивают их питание.

Электрическими сетями называют части электрической сис
темы, состоящие из подстанций и линий различных напряжений. Электрические сети подразделяют по напряжению (табл. 1.1 
и 1.2).

Электрическая сеть служит для передачи электроэнергии от мест 

ее производства к местам потребления и распределения между потребителями.

Электрическая сеть состоит из системы проводов, надлежащим 

образом изолированной и снабженной соответствующими аппаратами и приборами для переключений, измерений, трансформаций 
и регулирования напряжений и т.п.

Линии, связывающие электростанцию с понизительной под
станцией, называют линиями электропередачи.

Электрическую часть всех вновь сооружаемых, реконструиру
емых, технически перевооружаемых промышленных предприятий 

и гражданских зданий выполняют в соответствии с Правилами 
устройства электроустановок (ПУЭ).

К промышленным предприятиям относят заводы (в том числе 

опытные заводы научно-исследовательских институтов), комбинаты, фабрики, шахты, карьеры, производственные и ремонтные 
базы, типографии, предприятия железнодорожного, водного, воздушного, трубопроводного и городского транспорта и др. К гражданским зданиям относят жилые и общественные объекты.

Кольцевая
районная сеть
110 кВ

Кольцевая
районная сеть
35 кВ

10 кВ
10 кВ
ТЭЦ
10 кВ

10 кВ

110 кВ

110 кВ

35 кВ

35 кВ
6 кВ

110 кВ
110 кВ

6 кВ

6 кВ

110 кВ

220 кВ

220 кВ

Понизительная
подстанция

Понизительная
подстанция

Трансформаторные
пункты

Питательная сеть
Распределительная сеть 6 кВ

Распределительная
сеть 6 кВ

Распределительный
пункт

Распределительная
сеть 380/220 В

Распределительная

сеть 380/220 В

Местная
электростанция

Понизительная
подстанция

Линия
электропередачи

Линия
электропередачи

Линия электропередачи
35 кВ

Линия электропередачи

Повысительная
подстанция

Повысительная
подстанция

Районная тепловая
(конденсационная)
электростанция

Районная
гидроэлектростанция

Линия
электропередачи
220 кВ

К местной
сети

К местной сети

К местной
сети

К местной
сети

К местной
сети

Рис. 1.1. Схема электрической системы

Действующими считают электроустановки, которые имеют 

источники электроэнергии (в том числе химические, гальванические и др.) и находятся под напряжением полностью либо частично, или такие, на которые в любой момент времени может быть 
подано напряжение включением коммутационной аппаратуры.

Электроснабжение предприятий разделяют на внешнее и внут
реннее. Под внешним электроснабжением понимают комплекс сооружений, обеспечивающих передачу электроэнергии от выбранной точки присоединения к энергосистеме до приемных подстанций предприятий или гражданских зданий.

Внутреннее электроснабжение — это комплекс сетей и подстан
ций, расположенных, как правило, на территории предприятия 
и в его цехах.

Проектированию внешнего электроснабжения отдельного пред
приятия или комплекса гражданских зданий предшествует разработка перспективного плана развития производительных сил района на ближайшие 10—15 лет. На основе этого плана разрабатывается проект развития энергетической системы, в том числе сетевых 
устройств. В проекте развития энергосистемы намечают источники 
электроэнергии для данного района, их мощность и очередность 

Таблица 1.1

Номинальные напряжения электрических сетей общего назначения 
до 1000 В, источников и приемников электроэнергии (ГОСТ 721—97)

Напряжение, В, при 

постоянном токе

Напряжение, В, при переменном токе, 

частотой 50 Гц

сетей и при
емников

источников

однофазном
трехфазном

сетей и при
емников

источников

сетей и при
емников

источни
ков

12
12
12
12
 — 
 — 

24
24
24
24
 — 
 — 

36
36
36
36
36
36

48
48
42
42
42
42

60
60
(127) 
(133) 
(220 / 127) 
(230 / 133) 

ПО
115
220
230
380 / 220
400 / 230

220
230
380
 — 
660 / 380
690 / 400

440
460
 — 
 — 
 — 
 — 

Примечание. Значения, указанные в скобках, не рекомендуются для вновь проектируемых сетей.