Проектирование и надежность электротехнических систем напряжением до 1000 В

 
 
 
 
 
С. Ш. Таваров 
 
 
 
 
 
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И НАДЕЖНОСТЬ 
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НАПРЯЖЕНИЕМ 
ДО 1000 В 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 

УДК 621.311 
ББК 31.27 
Т13 
 
 
 
 
Рецензенты: 
 
к. т. н., заместитель главного инженера - начальник 
Управления промышленной безопасности и производственного контроля 
Филиала ОАО «МРСК Урала» - «Челябэнерго» Млоток А. В.; 
 
к. т. н., первый заместитель генерального директора 
ООО «Уралэнергосбыт» (г. Челябинск) Святых А. Б. 
 
 
 
 
 
 
 
Таваров, С. Ш. 
Т13 
 
Проектирование и надежность электротехнических систем 
напряжением до 1000 В : учебное пособие / С. Ш. Таваров. - 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 196 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1723-5 
 
Приводятся основные понятия систем электроснабжения, системообразующие элементы электроснабжения напряжением до 1000 В, 
этапы проектирования систем электроснабжения напряжением до 
1000 В, режимы работы элементов систем электроснабжения напряжением до 1000 В и теория надежности электротехнических систем с 
примерами. Для выполнения самостоятельной работы даны варианты 
задания. 
Для студентов направлений 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» и 20.04.01 «Техносферная безопасность». 
 
УДК 621.311 
ББК 31.27 
 
 
ISBN 978-5-9729-1723-5 ” Таваров С. Ш., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 

ВВЕДЕНИЕ 
Анализ литературных источников показывает, что большинство авторов и официальных экспертов приходят к выводу, 
что одной из основных причин возникновения пожаров являются повреждения в электроприемниках и обеспечивающих их 
электроэнергией сетях. Следует отметить, что наиболее часто 
упоминаются электроприемники и сети с их элементами напряжением до 1000 В. 
Необходимо помнить, что электрические сети до 1000 В 
имеют наибольшую протяженность по сравнению с сетями 
напряжением свыше 1000 В. Кроме того, электроприемники в 
сетях до 1000 В эксплуатируются, в основном, неквалифицированным персоналом, зачастую не имеющим элементарных знаний 
в области электротехники. 
Надежность систем электроснабжения (СЭС) определяется в целом надежностью составляющих их электроустановок: электростанций, электросетей, трансформаторных подстанций, электроприемников. Для проектирования электроустановок 
и систем и поддержания их надежности в процессе эксплуатации необходимо иметь ее численные меры. 
Несмотря на разнородность электрооборудования систем 
электроснабжения, методы расчета их надежности основываются на единой теоретической основе. Используемый математический аппарат теории надежности построен на таких разделах 
современной математики, как теория вероятностей, математическая статистика, теория массового обслуживания, математическая логика и др. 
Все сказанное выше показывает насколько актуальными 
являются вопросы правильного проектирования и надежности 
систем электроснабжения до 1000 В, а также качественного, 
грамотного контроля за их эксплуатацией. 
В данном учебном пособии рассматриваются вопросы 
выбора методов расчета электрических нагрузок в узлах потребителей электроэнергии, расчета и выбора элементов систем 
электроснабжения (кабельные, воздушные линии и защитные и 
коммутационные аппараты), выбора потребительских транс3

форматорных подстанций, как для городской, так и для сельской 
местности. 
Для проверки правильности выбора защитных и коммутационных аппаратов описывается метод расчета токов короткого замыкания напряжением до 1000 В. 
Завершается пособие самостоятельным заданием, выполнение которого позволяет студенту закрепить свои знания 
при изучении дисциплины «Проектирование систем электроснабжения напряжением до 1000 В». 
 
 
 
 
4

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 
Электроснабжение - обеспечение потребителей электрической энергией. 
Система электроснабжения - совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей 
электрической энергией. 
Централизованное электроснабжение - электроснабжение потребителей электрической энергии от энергосистемы. 
Электрическая сеть - совокупность электроустановок для 
передачи и распределения электрической энергии, состоящая из 
подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на 
определенной территории. 
Приемник электрической энергии (электроприемник) - 
аппарат, агрегат и др., предназначенный для преобразования 
электрической энергии в другой вид энергии. 
Потребитель электрической энергии - электроприемник 
или группа электроприемников, объединенных технологическим 
процессом и размещающихся на определенной территории. 
Категории электроприемников по надежности их электроснабжения в общем виде сформулированы в Правилах 
устройства электроустановок (ПУЭ). 
Основным критерием, характеризующим надежность, 
является время перерывов электроснабжения. Ниже перечислены три категории электроприемников. 
Электроприемники ȱ категории должны обеспечиваться 
электроэнергией от двух взаимно резервирующих независимых 
источников питания и допускают в аварийных режимах перерыв 
в электроснабжении на время автоматического восстановления 
питания. 
Электроприемники ȱȱ категории должны обеспечиваться 
электроэнергией от двух взаимно резервирующих независимых 
источников питания и допускают в аварийных режимах перерыв 
в электроснабжении на время восстановления питания обслуживающим персоналом (дежурный персонал или выездные оперативные бригады). 
5

Электроприемники ȱȱȱ категории могут получать питание от одного источника при условии, что в случаях аварий и 
неисправностей время для их устранения не превышает 1 сут. 
Степень обеспечения надежности электроснабжения жилых зданий и отдельных потребителей определена в СП 31-1102003. 
В соответствии с этим различные потребители многоэтажных жилых домов, относящиеся к системам безопасности 
(пожарные насосы, системы подпора воздуха, дымоудаления, пожарной и охранной сигнализации и т. п.) относятся к I категории. 
Жилые 1-8 квартирные дома с электроплитами относятся к III категории. 
Жилые дома свыше 5 этажей с газовыми плитами - II категория, до 5 этажей - III категория. 
Строения на участках садоводческих товариществ - III 
категория. Однако для жилища повышенной комфортности и 
коттеджей заказчик вправе предъявить требования по обеспечению более высокой степени надежности электроснабжения, чем 
это предписано нормативными документами. Для многоэтажных многоквартирных жилых домов, независимо от комфортности отдельно взятой квартиры, надежность электроснабжения 
общедомовых потребителей решается в проектах электротехнической части всего дома. 
1.1. Понятие электрической нагрузки 
Электрическая нагрузка - это мощность, потребляемая 
электрической установкой в определенный момент времени. 
Если электрическая нагрузка рассматривается на присоединении 
электроприемника к электрической сети, то в этом случае речь 
идет об электрической энергии, потребляемой электроприемником как преобразователем ее в другие виды энергии. Когда же 
рассматривается узел электрической сети, то речь идет об электрической энергии, передаваемой по ее элементам. Следовательно, в данном случае электрическая нагрузка в каждый момент времени будет определяться мощностью определенного 
6

числа включенных в работу электроприемников, присоединенных к этому узлу электрической сети. 
Электрическая нагрузка группы электроприемников P(t) 
является случайной величиной, как следствие случайной реализации электрифицированных технологических процессов, когда 
в каждый момент времени количество и мощность включенных 
в работу электроприемников случайны. 
1.2. Особенности расчета электрических нагрузок 
при проектировании систем электроснабжения, 
классификация жилых зданий 
Потребители электроэнергии города делятся на следующие группы: 
‡ потребители селитебных зон; 
‡ коммунальные общегородского значения; 
‡ промышленные. 
Потребители электрической энергии, расположенные на 
селитебной территории города или поселка, подразделяются на 
две основные группы: 
‡ жилые здания; 
‡ здания общественного назначения и коммунальные 
предприятия. 
Потребители электроэнергии селитебных зон имеют 
свои особенности связанные с укладом жизни населения. Это, 
прежде всего, неравномерность потребления электроэнергии по 
часам суток и сезонам года, зависящая от установившегося образа жизни, организации трудового и бытового режима населения, внешних климатических условий, экономических факторов. 
Основные факторы, влияющие на формирование максимума 
электрической нагрузки жилого дома и его электропотребление, 
приведены ниже: 
‡ сезон года (зима, лето); 
‡ количество квартир; 
‡ этажность; 
‡ атмосферные условия; 
‡ день недели; 
7

‡ начало отопительного сезона; 
‡ площадь помещений; 
‡ строительный тип жилья; 
‡ экономическое и социальное развитие населенного 
пункта; 
‡ положение жилого дома в населенном пункте; 
‡ социальное и экономическое положение жильцов; 
‡ планировка квартир; 
‡ стоимость электрической энергии; 
‡ тарифная политика; 
‡ уровень развития политики энергосбережения; 
‡ количество проживающего населения. 
Несмотря на случайный характер формирования графика 
нагрузки он имеет статистически устойчивые соотношения. 
Максимум нагрузки жилых домов наблюдается в 1921 ч, в квартирах с газовыми плитами утренний максимум - в 78 часов и составляет 40-50  вечернего, в квартирах с электроплитами утренний максимум нагрузки отмечается в 9-11 ч и 
составляет 65-75  вечернего. 
Независимо от определения влияющей составляющей 
каждого фактора на общий график нагрузки, сам процесс электропотребления носит случайный характер, по этой причине основные существующие способы по определению электрических 
нагрузок 
базируются 
на 
экспериментальном 
определении 
нагрузки, с последующей обработкой результатов методами математической статистики и теории вероятностей. Для нужд проектирования всего комплекса электроснабжения потребителя 
следует различать нагрузки, определяемые на расчетный срок, 
т. е. исходя из существующего электропотребления и ожидаемой 
нагрузки, т. е. определяемые на перспективу. В первом случае к 
расчетным нагрузкам предъявляются более строгие требования 
по точности расчета, чем к нагрузкам, рассчитываемым на перспективу, которые опираются на ориентировочные показатели. 
8

1.3. Расчет электрической нагрузки бытовых 
потребителей 
При расчете электрических нагрузок бытовых потребителей используется методика, в основу которой положено определение нагрузки одного потребителя. В качестве такого потребителя выступает семья или квартира при посемейном поселении домов. Для этого разработаны удельные нормы на электрические нагрузки жилых домов, кВт/квартира, приведенными в 
табл. 1. 
Значения нагрузок являются приведенными, т. е. определенными с учетом коэффициента одновременности в зависимости от числа квартир. Поэтому расчетная электрическая 
нагрузка любого элемента системы электроснабжения жилых 
домов в зависимости от числа квартир, питаемых от этих элементов, равна: 
ʟˍ˅ǤˉǤˇǤ ൌሺ˓ˍ˅Ǥ˖ˇ ൅ ˓ˍ˅ǤˍˑːˇǤሻ ή ,                      (1) 
где ʟˍ˅ǤˉǤˇǤ - расчетная нагрузка жилого дома от электроприемников квартир, кВт; n - число квартир, питаемых от данного элемента; ˓ˍ˅Ǥ˖ˇ - удельная нагрузка, соответствующая 
числу квартир, кВт/квартира; ˓ˍ˅ǤˍˑːˇǤ - удельная нагрузка, соответствующая числу квартир с кондиционерами. 
Следует отметить, что удельные нагрузки квартир определены с учетом использования природного газа для приготовления пищи в жилых домах, использования сжиженного газа 
или твердого топлива для этой цели, или приготовление пищи 
осуществляется на электрической плите мощностью от 5,8 кВт 
до 9,0 кВт. Кроме того осуществляется централизованное отопление и горячее водоснабжение жилых домов. 
В том случае, когда отсутствует природный газ, централизованное отопление и горячее водоснабжение, в нагрузку 
квартир добавляется электрическое отопление ротоп. и горячее 
водоснабжение рг.в.. 
 
9


10 
5,1 
3,8 
3,2 
2,8 
2,6 
2,2 1,95 
1,7 
1,5 1,36 1,27 1,23 1,19 
Удельная расчетная нагрузка электроприемников, кВт/квартиру при количестве 
квартир 
15 
6 
9 
12 
15 
18 
24 
40 
60 
100 200 400 
600 1000 
Таблица 1 
Удельная расчетная нагрузка электроприемников квартир жилых зданий, кВт/квартиру 
Потребители ЭЭ 
 с электрическими 
плитами мощностью 
до 8,5 кВт 
 на сжиженном газе 
и твердом топливе 
6 
3,4 
2,9 
2,5 
2,2 
2 
1,8 
1,4 
1,3 1,08 1,0 0,92 0,84 0,76 
Квартиры с плитами: 
 на природном газе 
4,5 2,8 
2,3 
2 
1,8 1,65 1,4 
1,2 
1,05 0,85 0,77 0,71 0,69 0,67 
Примечания. 
1. Удельные расчетные нагрузки для числа квартир, не указанного в таблице, определяются путем интерполяции. 
2. Удельные расчетные нагрузки квартир учитывают нагрузку освещения общедомовых помещений. 
3. Удельные расчетные нагрузки приведены для квартир общей площадью 60 м2. При общей площади квартир 
более 60 м2 удельную нагрузку следует увеличивать на 1  на каждый квадратный метр дополнительной площади в домах с 
плитами на природном газе и на 0,5  в домах с электрическими плитами. В обоих случаях увеличение удельной нагрузки 
не должно превышать 25  значений, приведенной в таблице. 
4. Удельные расчетные нагрузки не учитывают общедомовую силовую нагрузку, осветительную и силовую 
нагрузку встроенных помещений.