Электроснабжение дома

Электроснабжением называют комплекс организационных мероприятий и технических средств, обеспечивающий потребителям поставку электроэнергии с определенными параметрами и стабильностью.
Электроснабжение по праву может быть отнесено к наиболее важным и сложным хозяйственным комплексам любого государства.

Основные величины

Для описания электротехнических параметров используют следующие основные величины: сила тока, сопротивление, напряжение, мощность, энергия.

Напомним обозначение этих величин и соотношение между ними.

Таблица 1. Основные электротехнические параметры

Приставка «кило» обозначает 1000, а «милли» — тысячную долю величины.

Напряжение в сети

Для бытового электроснабжения на территории всей России принято напряжение 220 В переменного тока.

Практически кануло в лету другое его значение — 127 В, оно уже не применяется, но еще можно найти старые электроприборы — полотеры, пылесосы и холодильники — на это напряжение.

Часто, в сравнении с напряжением, используемым для передачи электроэнергии на большие расстояния, его называют низким. Оно действительно в тысячи раз меньше «высокого», но при неосторожном и неграмотном обращении оно представляет собой угрозу поражения электрическим током с непредсказуемыми последствиями.

Для работы в гаражах, подвалах и других хозяйственных помещениях лучше применять еще более низкое напряжение — от 12 до 36-42 В. Для этого устанавливают понижающие трансформаторы, например, 220/12 или 220/36.

Угроза поражения электрическим током в этом случае снижается в десятки раз или исключается совсем.

Электричество — как оно приходит в дом

Путь в наши квартиры или загородные дома электроэнергия начинает от трансформаторных подстанций (ТП), где высокое трехфазное напряжение от 6 до 35 кВ понижается до низкого трехфазного — 380/220 В. Они бывают разной мощности и различного исполнения.

Городские ТП — более мощные и представляют собой, как правило, отдельные строения, внутри которых находятся несколько масляных трансформатов, выполняющих функцию понижения напряжения.

Высокое напряжение в городские ТП подается по подземным кабельным каналам, а пониженное напряжение также по подземным кабельным каналам приходит в наши дома.

Устройство малых загородных и сельских ТП более простое — отдельного строения, как правило, для них не делают. Они представляют собой огороженную площадку с установленной на ней под открытым небом ТП, состояющую всего из одного трансформатора.

Подвод высокого напряжения к таким ТП выполняется по воздушной линии (на рисунке — три контакта на самом верху ТП), а распределение пониженного напряжения к потребителям — сельским домам или садовым домикам происходит также по воздушным линиям, закрепленным на столбах.

Что делает ТП?

Городская или сельская ТП выполняет следующие функции.

• Высокое трехфазное напряжение подается к ТП по трем фазным проводам А, В и С.
• Из ТП выходит пониженное напряжение, но к трем фазным проводам добавляется еще один провод N, называемый нейтральным.

При этом напряжение между каждой парой фазных проводов А-В, В-С и А-С равняется 380 В. В данном случае — это линейное напряжение.
Напряжение между нейтральным и любым фазным проводом равно 220 В и его называют фазным. Такую схему бытового электроснабжения называют «трехфазная четырехпроводная» и обозначают так — 380/220 В. Эта схема получила максимальное распространение в системах бытового электронабжения.

Далее задача энергетиков состоит в том, чтобы к каждой фазной линии А-N, B-N и C-N была подключена по возможности максимально одинаковая нагрузка.
Например, для садовых участков распределение потребителей стараются сделать так, чтобы к каждой фазной линии подключить одинаковое количество домиков и источников внешнего освещения территории садового общества.

ТП выполняет и еще одну очень важную функцию — она позволяет с помощью переключения масляного трансформатора выполнить регулировку выходного напряжения и установить 380 В на выходе ТП с определенной точностью и, соответственно, дать потребителям напряжение 220 В в пределах допустимых отклонений.
Отклонения напряжения питания от номинального значения 220 В и его колебания в течение суток за счет изменения нагрузки имеет существенное значение для потребителей, вернее для электроприборов потребителя.

Итак, мы уже поняли, как электричество приходит в наши дома, что делает трансформаторная подстанция и то, что одним из важнейших параметров электроснабжения является величина напряжения питания и ее стабильность.

Остановимся на причинах нестабильности величины напряжения питания.

Отклонения и колебания напряжения

Рассмотрим ситуацию на одной из фазных линий, например, на линии А-N, по которой происходит снабжение одной из улиц загородного поселка.
Потребитель-1 находится ближе всех остальных к ТП. Провода, по которым к нему поступает электроэнергия, имеют незначительную длину. Поэтому на вводе в дом напряжение практически равно напряжению на ТП.
Потребитель-2 получает энергию по проводам, которые имеют уже большую длину, и у него в доме оно будет ниже, чем у первого потребителя.

Это объясняется потерями напряжения на подводящих проводах — любой провод имеет какое-то сопротивление, а это значит, что такие потери неизбежны.
В совсем плохой ситуации находится Потребитель-N. До него путь энергии самый длинный, и потери на подводящих проводах самые большие.

Иногда на практике получается так, что напряжение в доме у самого близкого к ТП потребителя на несколько десятков вольт отличается от напряжения в доме у самого удаленного потребителя.
Энергетики в таких случаях поступают следующим образом. На выходе ТП они несколько завышают напряжение с таким расчетом, чтобы где-то в середине фазной линии напряжение стало номинальным. Другой вариант расчета — завышение делают таким, чтобы у первого и последнего потребителя напряжение питания лежало в пределах допустимых значений.

Допуск для сельской местности составляет 7,5% или, другими словами, — со стороны населения не должно быть никаких жалоб, если напряжение питание лежит внутри допустимого разброса: 203,5-236,5 В.
Существует еще один бич загородного электроснабжения — из-за недостаточной мощности электросетей и конкретной ТП напряжение меняется еще и в течение суток. При большом потреблении электроэнергии в течение дня напряжение падает, а к ночному времени резко повышается.

Эффект от наложения допустимого отклонения напряжения, заложенного в ТП, и его суточных колебаний иногда весьма значителен.

Как покупать электролампы

Выше были показаны причины существенного отличия напряжения питания в сельской местности от его номинального значения — 220 В. К сожалению, нестабильное электроснабжение встречается и в некоторых городах.

Для борьбы с выходом напряжения питания за допустимые пределы применяют автотрансформаторы и стабилизаторы. Но если холодильник или телевизор можно включить через эти устройства, то включить через них все осветительные приборы сложно.
В таких случаях наиболее жестоко страдают лампы накаливания — обычные бытовые лампочки. При недостатке напряжения у них падает световой поток, а при завышении напряжения резко снижается срок службы или они просто перегорают. Поэтому нужно уметь правильно выбирать лампочки для своего загородного или городского дома, если в городе напряжения питания нестабильно.

Лампы накаливания выпускают на напряжение от 215-225 до 235-245 В. Если лампа имеет маркировку 220-230 В, то она предназначена для работы при малых отклонениях напряжения. Если в доме преобладает заниженное напряжение и лампы не дают положенного светового потока, следует применить лампы на 215-225 В. Напротив, при частом завышении напряжения нужно приобретать лампы на напряжение 230-240 В или 235-245 В.

Правильное приобретение электроламп связано не только с какой-то экономией на их приобретении, скорее, это мера к сокращению числа раздражительных ситуаций, способствующих тому же получению травм в темноте.

Понятие нагрузки

Электрической нагрузкой в электротехнике принято считать значение длительно действующего тока, проходящего через электроприбор или электрический проводник.

Нагрузка — очень важный параметр. Зная нагрузку от всех электроприборов, можно выбрать сечение провода для электропроводки в новом доме или определить, достаточно ли размера сечение проложенной электросети квартиры для установки, например, электрокалорифера.

Значение нагрузки определяется по закону Ома:
I = U/R,
где U — напряжение питания,
R — сопротивление.

Часто под рукой нет данных о сопротивлении электроприбора. Тогда нагрузку можно определить по значению электрической мощности, которая сейчас указывается на всех электроприборах, и применить следующую формулу:
I=W/U,
где I — искомая нагрузка или ток,
W — мощность электроприбора,
U — сетевое напряжение 220 В.

В таблице 2 дана нагрузка от некоторых приборов, полученная элементарным действием — делением мощности прибора на 220.

Таблица 2. Зависимость нагрузки от мощности прибора

Значения из этой таблицы будут применены в следующих разделах при определении сечения проводов для квартиры или загородного дома.

Итак, электроэнергия подошла от трансформаторной подстанции к дому. Что и как нужно сделать, чтобы электричество вошло в дом?
В городских условиях этот вопрос решен при строительстве дома, а вот перед владельцами загородных домов он встает достаточно часто.

Устройство ответвления для загородного дома

Чаще всего подвод электроэнергии к загородным домам выполняется не по подземным кабельным каналам, как это делается в городских застройках, а по воздушным линиям (ВЛ). Поэтому для электрификации загородного дома прежде всего нужно подготовиться к обустройству ответвления от ближайшего столба ВЛ. Значительную часть работ можно выполнить своими силами, не прибегая к услугам электрика. Для этого следует руководствоваться следующими правилами. Максимальное допустимое расстояние от вводного устройства до столба ВЛ не должно превышать 25 метров. Если это расстояние больше, то необходима установка промежуточной опоры или опор. Кроме того, геометрия снижения подводящего кабеля должна обеспечить все необходимые требования. Так, высота кабеля над проездом для автотранспорта должна быть не менее 6 м в самом низком месте, а высота кабеля над пешеходными дорожками и проходами не менее 3,5 м. Место крепления проводов к изоляторам на доме должно отстоять от земли не менее, чем на 2,75 м.

Провода и кабели

Для ответвления рекомендуется использование изолированных проводов из меди или алюминия, но допускается применение и неизолированных. В последнем случае на провод лучше надеть мягкую изоляционную трубку. Минимальные сечения проводов, исходя из их механической прочности (кроме собственного веса провод должен выдерживать вертовую нагрузку и нагрузку от обледения), можно выбрать следующим образом. Если для ответвления применяется медный провод, а длина ответвления не превышает 10 метров, то он должен иметь сечение не менее 4 мм2. Если длина ответвления более 10 метров, то сечение должно быть не менее 6 мм². Сечение проводов из алюминия должно быть в 3-4 раза больше.

Для ответвления целесообразно (особенно при трехфазном подключении) применять специальные кабели типа АВТВ или АВТУ, которые, кроме четырех токоведущих жил, имеют еще и встроенный несущий трос, воспринимающий на себя основную механическую нагрузку.

Установка изоляторов

Для крепления проводов отклонения применяют фарфоровые изоляторы. Их устанавливают рядом, один под одним или в «шахматном» порядке на стене здания. Расстояние между изоляторами 25-30 см.
Если для ответвления применяется кабель АВТВ или АВТУ, то в этом случае на доме нужна установка только одного изолятора — к нему крепится несущий трос, а крепление токоведущих проводов не делается. В остальных случаях число изоляторов для однофазной сети — 2 изолятора, а для трехфазной — 4 изолятора.

Изоляторы выпускают нескольких типов: ТФ-12, ТФ-16, НС-16 и т.д. Цифра в обозначении изолятора соответствует диаметру крюка изолятора в мм. Лучше выбрать изоляторы с диаметром крюка 16 мм. Особенно в случае закрепления на нем несущего троса специальных кабелей. Для ответвления длиной до 10 м можно использовать и крюки с диаметром 12 мм.
Установку изоляторов на стену деревянного дома из бревен или бруса нужен брусок толщиной 5-6 см, который сначала крепят к стене дома, а затем засверливают отверстия и вворачивают в них крюки изоляторов.

Если стены загородного дома дощатые или каркасно-щитовые, то брус нужно взять толщиной 8-12 см и надежно закрепить его в местах, где проходят стойки каркаса дома.
Установку изоляторов на кирпичные и бетонные стены можно выполнить с помощью деревянного накладного бруса, который прочно крепится к стене здания мощными винтами с дюбелями. В этом случае в стене пробивается отверстие диаметром, равным 2,5 диаметра крюка, а крюки изоляторов ставят на цементный раствор, которому нужно дать набрать прочность в течение 5-7 дней.

Независимо от типа стен здания и способа крепления изоляторов, необходимо соблюдать размер до выступа крыши. Это расстояние должно быть не менеее 200 мм. Токоведущие провода устанавливаются позже, после завершения всех операций по закреплению изоляторов. Иногда для загородного дома требуется сделать ответвление не по воздуху, а под землей. Это более стабильный и безопасный вид ответвления, который не подвергается ветровым нагрузкам, угрозам обрыва при обледенении, прикосновении длинными предметами или проезде негабаритного транспортного средства.

Ответвление под землей

Ответвление под землей, выполняемое между ВЛ и домом, можно представить в виде трех частей.
Первая и третья часть его обязательно содержат защитные металлические трубы, частично расположенные в земле, а вторая часть целиком находится в грунте и может быть уложена без труб. Тип укладываемого кабеля должен соответствовать условию его размещения в грунте, а сечение жил, в отличие от прокладки ответвления по воздуху, не должно учитывать механические нагрузки. Основную роль для определения сечения в этом случае играет электрическая нагрузка.

Первая часть ответвления устанавливается на стене дома. Основной элемент в ней — защитная труба.
Форма изгибов трубы — произвольна, ее можно сделать огибающей цоколь фундамента.
Для облегчения ввода в трубу кабеля радиусы изгибов трубы должны быть максимально большими. Трубу нужно надежно закрепить на стене здания. Она должна подниматься по стене здания до высоты не менее 1,8 м от земли. Еще лучше, если она будет цельной и пройдет через стену дома до самого вводного устройства.
Третья часть ответвления — аналогичный «Г-образный» отрезок трубы следует приготовить для размещения у столба ВЛ.

Под вторую, полностью подземную часть ответвления делают траншею глубиной 60-80 см. Далее следует подготовить грунт к заполнению траншеи — его нужно очистить от камней и стекол.

После укладки кабеля его желательно защитить от случайных повреждений. Для этого можно использовать бетонные плитки, кирпичи или отрезки металлических труб произвольного диаметра, в которые вводится кабель. Трубы не следует размещать встык. Между ними лучше оставить растояние в несколько сантиметров или сделать так, чтобы отрезки труб входили один в другой.

По существующим нормам как воздушное (до изоляторов на доме), так и подземное ответвление считается частью ВЛ, и его обслуживает владелец электросети. Владелец электросети несет ответственность за их исполнение и состояние. Чтобы все работы, выполненные по сооружению ответвления своими силами, были приняты владельцем сети без замечаний — заблаговременно пригласите его представителя и ознакомьте его со своими решениями и материалами.

Помните, что кабель ответвления от ВЛ до вводного устройства не должен иметь каких-либо скруток, сращиваний и паек. Его длина должна быть тщательно просчитана, и приобретать его нужно с некоторым запасом.

Проход кабеля через стены

Ввод кабеля ответвления через стены строения нужно выполнять в защитных кожухах из металлических или пластиковых трубок.

Одно из лучших решений для прохода вводного кабеля ответвления через стену — это когда кабель проходит через стену в той же трубе, в которой он выходит из-под земли. Такое же решение в единой трубе можно применить и для прохода через кирпичную или бетонную стену.