Электроснабжение промышленных предприятий и городов

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва 
ИД «ФОРУМ» — ИНФРА-М
2021

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ
ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ И ГОРОДОВ

Г.Н. Ополева

Рекомендовано в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» 
(квалификация (степень) «бакалавр»)

УДК 621.311(075.8)
ББК 31.277я73
 
О61

Ополева Г.Н.
О61  
Электроснабжение промышленных предприятий и городов : учебное пособие / 
Г.Н. Ополева. — Москва : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2021. — 416 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).

ISBN 978-5-8199-0769-6 (ИД «ФОРУМ»)
ISBN 978-5-16-013763-6 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-104397-4 (ИНФРА-М, online)

Рассмотрены вопросы электроснабжения промышленных предприятий и городов, приведены схемы электроснабжения внешнего и внутреннего электроснабжения, режимы нейтралей, методы определения расчетных электрических нагрузок, используемые при проектировании систем электроснабжения. Анализируются новые нормативно-технические документы 
в области компенсации реактивной мощности и качества электрической энергии, даются 
необходимые сведения о показателях качества электроэнергии и мероприятиях по их улучшению. Приведены необходимые сведения о проектировании электрического освещения, 
расчета токов короткого замыкания и выбора электрооборудования.
Для инженерно-технических работников и студентов электроэнергетических специальностей высших учебных заведений.

УДК 621.311(075.8)
ББК 31.277я73

Р е ц е н з е н т ы:
Голуб И.И., доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник 
 Института систем энергетики имени Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук;
Колосок И.Н., доктор технических наук, ведущий научный сотрудник Института 
систем энергетики имени Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии 
наук

ISBN 978-5-8199-0769-6 (ИД «ФОРУМ»)
ISBN 978-5-16-013763-6 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-104397-4 (ИНФРА-М, online)

ООО «Издательский дом ФОРУМ»
127247, Москва, ул. Софьи Ковалевской, д. 1, стр. 51
E-mail: forum2-book@yandex.ru
Тел.: (495) 280-15-96

ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29
E-mail: books@infra-m.ru        http://www.infra-m.ru

Подписано в печать 25.12.2020. Формат 70100/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times. 
Печать цифровая. Усл. печ. л. 33,8. ППТ50. Заказ № 00000
ТК 379000-1234623-271117

Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

© Ополева Г.Н., 2017
© ИД «ФОРУМ», 2017

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

ПРЕДИСЛОВИЕ

В книге рассмотрены вопросы проектирования электроснабжения про
мышленных предприятий и городов. Оптимальное построение системы электроснабжения зависит от многих факторов: наличия необходимых нормативных документов и соответствия их современным требованиям, характеристик 
проектируемого объекта, структуры объекта и его установленной мощности,
территориального расположения структурных элементов и т.д.

Проектирование систем электроснабжения включает в себя целый ком
плекс вопросов: определение расчетных электрических нагрузок, построение
схемы электроснабжения внешнего и внутреннего электроснабжения, выбор
электрооборудования и параметров линий электропередачи, компенсация реактивной мощности, качество электрической энергии и др.

Методы определения расчетных электрических нагрузок промышленных

и  городских  сетей,  используемые  проектными  организациями,   разрабатывались в 60—70-е гг. прошлого столетия, после чего они были существенно
скорректированы. К сожалению, в литературе нет информации о точности
откорректированных методов и эффективности их применения. В книге приводится описание нормативно рекомендованных методов с иллюстрацией их 
использования на всех уровнях электроснабжения: от электроприемников до
точки раздела сетей энергоснабжающей организации и потребителя.

Нельзя не отметить, что сложилась несколько парадоксальная ситуация

в части номинальных напряжений до 1 кВ. В соответствии с ГОСТ 29322—92
«Стандартные напряжения» номинальные напряжения электрических сетей
и оборудования были изменены до значений 230/400 (вместо 220/380);
400/690 (вместо 380/660). Эти изменения автоматически должны были привести к изменениям номинальных напряжений выпускаемого оборудования
и номинальных напряжений вторичных обмоток трансформаторов. Этого
не произошло. Даже в стандарте по качеству электроэнергии ГОСТ Р 54149–
2010 даются ссылки на ГОСТ 29322—92, но указываются прежние значения
напряжений для электроприемников: 220 и 380 В.

В этой связи в книге приводятся значения напряжений сетей и электро
приемников для электрических сетей и электроприемников до 1 кВ: 220 В; 
380 В; 660 В.

Существенные изменения внесены в правила выполнения сетей напря
жением до 1 кВ с разными типами заземления нейтрали. В книге подробно
рассмотрены вопросы построения таких сетей, проведен их анализ с точки 
зрения пожарной и электробезопасности.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Важными проблемами проектирования являются компенсация реактив
ной мощности и качество электрической энергии. Анализ принятых в последние годы нормативных документов по этим вопросам показал, что требуется их доработка. Так, документ по компенсации реактивной мощности
(Приказ № 49 Министерства промышленности и энергетики РФ от 22 февраля 2007 г. «О порядке расчета значений соотношения потребления активной и 
реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств…») содержит серьезную ошибку в задании нормы потребления реактивной мощности потребителей электроэнергии для часов минимальных нагрузок энергосистемы, что не позволяет правильно задавать законы суточного регулирования реактивной мощности в сетях потребителей электроэнергии.

Стандарт по качеству ГОСТ Р 54149—2010 практически переложил ответ
ственность за качество электрической энергии с энергоснабжающих организаций на потребителей электроэнергии путем изменения точек нормирования показателей качества электроэнергии и введения новых требований на
ряд показателей. Это касается отклонений, колебаний напряжения и других 
показателей качества. По расчетам автора, при соблюдении норм ГОСТ Р
54149—2010 при предельно допустимых отклонениях в точке раздела сетей
отклонения напряжения в точках подключения электроприемников могут
составлять до –30 % от номинального напряжения сети. При этом нормы на 
показатели качества электрической энергии в точках их подключения к сети 
нормативно не установлены. Если требования ГОСТ Р 54149—2010 не будут
изменены, то придется пересматривать многие вопросы проектирования систем электроснабжения. Следует также заметить, что ГОСТ Р 54149—2010
противоречит задачам энергосбережения.

В разделе «Освещение» рассмотрены вопросы проектирования энерго
сберегающих систем освещения на основе действующих нормативно-технических документов.

Книга может быть полезна инженерно-технических работникам и студен
там вузов электроэнеретических специальностей.

ПРИМЕНЯЕМЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

АВ 
— автоматические выключатели

АВР  
— автоматическое включение резерва

АПВ  
— автоматическое повторное включение

БСК 
— батарея статических конденсаторов

ВДТ 
— вольтодобавочный трансформатор

ВЛ  
— воздушная линия

ВРУ 
— вводно-распределительное устройство

ВУ 
— вводное устройство 
ГЗШ 
— главная заземляющая шина
ГПП 
— главная понизительная подстанция

ГРЩ 
— главный распределительный щит

ДСП  
— дуговая сталеплавильная печь
ИП  
— источник питания
ИС 
— источник света
КЗ 
— короткое замыкание

КИПиА — контрольно-измерительные приборы и автоматика
КЛ 
— кабельная линия
КПД 
— коэффициент полезного действия

КРМ 
— компенсация реактивной мощности

КРУ  
— комплектное распределительное устройство

КРУН 
— комплектное распределительное устройство для наружной

 
 
установки
КРУЭ 
— комплектное распределительное устройство с элегазовой

 
 
изоляцией

КТП  
— комплектная трансформаторная подстанция 
КУ  
— компенсирующие устройства
КЭЭ 
— качество электрической энергии

ЛЛ  
— люминесцентная лампа

ЛН 
— лампа накаливания

ЛТР 
— линейный регулировочный трансформатор

ЛЭП 
— линия электропередачи
МГЛ  
— металлогалогенная лампа
НКУ 
— низковольтное комплектное устройство
НЛВД  — натриевая лампа высокого давления
ОАПВ — однократное АПВ
ОЗЗ 
— однофазное замыкание на землю

ОКЗ 
— однофазное короткое замыкание

ОПЧ 
— открытая проводящая часть

ПРИМЕНЯЕМЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ОПС  
— опорная подстанция

ОУ  
— осветительная установка
ПБВ 
— переключение без возбуждения

ПГВ  
— подстанция глубокого ввода

ПКЭ 
— показатель качества электроэнергии

ПРА  
— пускорегулирующая аппаратура

РЗиА 
— релейная защита и автоматика

РЛВД  — разрядная лампа высокого давления
РЛНД  — разрядная лампа низкого давления
РП  
— распределительный пункт

РПН 
— регулирование напряжения под нагрузкой
РУ  
— распределительное устройство

РУВН 
— распределительное устройство высшего напряжения

РУСН 
— распределительное устройство среднего напряжения

РУНН — распределительное устройство низшего напряжения
СПЧ 
— сторонняя проводящая часть

СТК 
— статические тиристорные компенсаторы

СЭС  
— система электроснабжения

ТН 
— трансформаторы напряжения

ТП 
— трансформаторная подстанция

ТТ 
— трансформаторы тока

ТЭЦ 
— теплоэлектроцентраль

УВН 
— устройство высокого напряжения трансформатора
УЗО  
— устройство защитного отключения
УПК 
— установка продольной емкостной компенсации

УРП 
— узловая распределительная подстанция 
ШР 
— шкаф распределительный

ЩСУ 
— щит станции управления

ЦП  
— центр питания

ЦРП  
— центральная распределительная подстанция

ЭП 
— электроприемник (приемник электрической энергии)

ЭлПРА  — электромагнитная пускорегулирующая аппаратура
ЭПРА  — электронная пускорегулирующая аппаратура
ЭЭС 
— электроэнергетическая система

ЭС  
— электрическая станция

1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Основные термины и определения даны в соответствии с Правилами
устройства электроустановок (ПУЭ) [1] по разделам и сведены в табл. 1.1. Ряд
терминов и определений помеченных звездочкой, даны в соответствии с принятой в технической литературе терминологией.

Таблица 1.1

Термины и определения

Термин
Определение

1. Системы электроснабжения
Совокупность электроустановок, предназначенных для
обеспечения потребителей электроэнергией

2. Электроустановка
Совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, 
передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другой вид энергии

3. Электроснабжение
Обеспечение потребителей электрической энергией

4. Централизованное электроснабжение

Электроснабжение потребителей от энергосистемы

5. Приемник электроэнергии
(электроприемник) (ЭП)

Аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии

6. Потребитель электроэнергии Электроприемник или группа электроприемников,

объединенных технологическим процессом и размещенных на определенной территории

7. 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

8. Независимый источник питания электроприемника или
группы электроприемников

Источник питания, на котором сохраняется напряжение 
в послеаварийном режиме в регламентированных пределах при исчезновении его на другом источнике питания.

К числу независимых источников питания относят
ся две секции или системы шин одной или двух электростанций и подстанций при одновременном соблюдении следующих двух условий:

— каждая из секций или систем шин в свою очередь 

имеет питание от независимого источника питания;

— секции (системы) шин не связаны между собой 

или имеют связь, автоматически отключающуюся при
нарушении нормальной работы одной из секции (систем) шин

1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Термин
Определение

9. Подстанция
Электроустройство, служащее для распределения и преобразования электрической энергии, состоящее из
трансформаторов или других преобразователей энергии, распределительных устройств, устройств управления и вспомогательных сооружений. Подстанции называются трансформаторными, преобразовательными,
распределительными в зависимости от преобладания
той или иной функции

10. Распределительное устройство (РУ)

Устройство, предназначенное для приема и распределения электроэнергии и содержащее коммутационные
аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные
и др.), а также устройства защиты, автоматики и измерения, входящие в состав трансформаторной или преобразовательной подстанции

11. Комплектное распределительное устройство (КРУ)

РУ, состоящее из полностью или частично закрытых
шкафов или блоков со встроенными в них аппаратами,
устройствами защиты и автоматики, поставляемое в
собранном или полностью подготовленном для сборки
виде. Комплектное распределительное устройство,
предназначенное для внутренней установки, сокращенно обозначается КРУ, для наружной установки —
КРУН

12. Распределительный пункт
(РП)

РУ, предназначенное для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования
и трансформации, не входящее в состав подстанции

13. Комплектная трансформаторная подстанция (КТП)

Подстанция, состоящая из трансформаторов и блоков,
поставляемых в собранном или полностью подготовленном для сборки виде

14. Узловая распределительная
подстанция*

Центральная подстанция предприятия напряжением
110—220 кВ, получающая электроэнергию от энергосистемы и распределяющая ее на том же напряжении
по главным понизительным подстанциям или подстанциям глубокого ввода по территории предприятия

15. Главная понизительная
подстанция* (ГПП)

Трансформаторная подстанция, получающая электроэнергию от энергосистемы на напряжениях 35 кВ и
выше и распределяющая ее по территории предприятия

16. Подстанция глубокого ввода* (ПГВ)

Подстанция с первичным напряжением 35 кВ и выше,
предназначенная для питания крупных узлов потребления электроэнергии, выполняемая по упрощенным
схемам первичной коммутации.

17. Центральная распределительная подстанция* (ЦРП)

Подстанция предприятия, получающая электроэнергию от энергосистемы на напряжении 10(6) кВ и распределяющая ее на том же напряжении по территории
предприятия

18. Пристроенная подстанция
(пристроенное РУ)

Подстанция (РУ), непосредственно примыкающая
(примыкающее) к основному зданию

Продолжение табл. 1.1

1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
9

Термин
Определение

19. Внутрицеховая подстанция
Подстанция, расположенная внутри производственного 
здания (открыто или в отдельном закрытом помещении)

20. Встроенная подстанция
(встроенное РУ)

Закрытая подстанция (закрытое РУ), вписанная (вписанное) в контур основного здания

21. Токопровод
Устройство, предназначенное для передачи и распределения электроэнергии, состоящее из неизолированных
и изолированных проводников и относящихся к ним 
изоляторов, защитных оболочек, ответвительных устройств, поддерживающих и опорных конструкций

22. Шинопровод
Жесткий токопровод до 1 кВ, поставляемый комплектными секциями

23. Кабельная линия
Линия для передачи электроэнергии или отдельных ее 
импульсов, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными муфтами (заделками) и крепежными деталями, а для маслонаполненных линий, кроме того, с подпитывающими 
аппаратами и системой сигнализации давления масла

24. Воздушная линия
Устройство для передачи электроэнергии по проводам,
расположенным на открытом воздухе и прикрепленным 
при помощи изоляторов и арматуры к опорам или кронштейнам и стойкам на инженерных сооружениях (мостах, путепроводах и т. п.)

25. Электропроводка
Совокупность проводов и кабелей с относящимися 
к ним креплениями, поддерживающимися защитными 
конструкциями и деталями

26. Низковольтное комплектное устройство (НКУ)

Совокупность конструкций, аппаратов и приборов, 
предназначенных для приема, распределения электрической энергии (НКУ распределения электроэнергии).
Может осуществлять функцию управления электроприемниками (НКУ распределения и управления, НКУ управления).

27. Вводное устройство (ВУ)
Совокупность конструкций, аппаратов и приборов, устанавливаемых на вводе питающей линии в здание или 
его обособленную часть. Вводное устройство, включающее также аппараты и приборы отходящих линий, называется вводно-распределительным (ВРУ)

28. Главный распределительный щит (ГРЩ)

Распределительный щит, через который снабжается
электроэнергией все здание или его обособленная часть.
Роль ГРЩ может выполнять ВРУ или щит низкого напряжения подстанции

29. Шкаф распределительный
(ШР)

Устройство напряжением до 1 кВ, в котором установлены аппараты защиты и коммутационные аппараты (или 
только аппараты защиты) для отдельных ЭП или их
групп (электродвигателей, групповых щитков)

30. Групповой щиток
Устройство, в котором установлены аппараты защиты
и коммутационные аппараты для отдельных групп светильников, штепсельных розеток и стационарных ЭП

Окончание табл. 1.1

2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ

Состав и характеристики электроприемников (ЭП) определяют структуру 
системы электроснабжения, режимы работы, состав мероприятий по компенсации реактивной мощности, снижению помех, создаваемых ЭП и т.п.
Ниже рассмотрены основные характеристики ЭП.

По величине напряжения различают ЭП напряжением до и выше 1 кВ.
Электроприемники напряжением до 1 кВ выпускаются на напряжения 0,22;
0,38; 0,66 кВ. Электроприемники напряжением выше 1 кВ выпускаются на
напряжения 6 и 10 кВ.

От сетей напряжением 35 кВ получают питание электроприемники мощ
ностью до 200 МВт (например, дуговые электропечи), которые подключаются к электрической сети через специальные печные трансформаторы.

По числу фаз различают однофазные и трехфазные ЭП. В электрических 
сетях до 1 кВ широко применяются как однофазные, так и трехфазные ЭП.

Однофазные ЭП могут выполняться на фазное или линейное напря
жение.

В электрических сетях среднего класса напряжения применяются
в основном трехфазные ЭП. Однофазные ЭП выпускаются и подключаются
на линейное напряжение.

По роду тока приемники электроэнергии делятся на следующие группы:

 ЭП переменного тока частотой 50 Гц;

 ЭП постоянного тока, получающие питание от преобразовательных 
подстанций и установок;

 ЭП переменного тока частотой отличной от 50 Гц, получающие пита
ние от индивидуальных преобразователей частоты.

По режиму работы все электроприемники подразделяются:

 на ЭП длительного режима работы;

 ЭП повторно-кратковременного режима работы;

 ЭП кратковременного режима работы.
Режим определяется временем подключения ЭП к электрической сети. 
При длительном режиме работы время включения превышает время, за которое ЭП нагревается до установившейся температуры.

При повторно кратковременном режиме работы режимы включения и
отключения чередуются, при этом время включения ЭП не достаточно для