Пример выполнения курсовой работы по теме «Проектирование электроснабжения и электрооборудования строительной площадки»

Введение, где раскрывается актуальность и цели проектирования

Эффективное функционирование строительной отрасли немыслимо без надежного и грамотно спроектированного электроснабжения. В контексте постоянного развития Единой энергетической системы (ЕЭС) России и государственной политики, направленной на энергосбережение, вопросы оптимизации потребления электроэнергии на временных объектах, таких как строительные площадки, приобретают особую актуальность. Непродуманная система электроснабжения может привести не только к экономическим потерям из-за простоев оборудования, но и к созданию опасных условий труда.

Объектом проектирования в данной курсовой работе выступает строительная площадка для возведения многоэтажного жилого дома. Это сложный объект с множеством разнообразных потребителей электроэнергии, от мощных башенных кранов до систем освещения и бытовых нужд.

Главная цель работы — разработать проект временного электроснабжения строительной площадки, который будет отвечать трем ключевым требованиям: безопасность, надежность и экономическая эффективность. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Провести анализ объекта и составить полный перечень потребителей электроэнергии.
2. Выполнить расчет суммарных электрических нагрузок с учетом режимов работы оборудования.
3. Разработать принципиальную схему электропитания от точки подключения до конечных потребителей.
4. Подобрать сечения кабельных линий и необходимые аппараты защиты.
5. Спроектировать систему рабочего освещения в соответствии с действующими нормами.
6. Рассчитать параметры защитного заземляющего устройства для обеспечения электробезопасности.
7. Разработать предложения по энергосбережению и оценить их экономическую целесообразность.

Решение этих задач позволит создать комплексный и технически обоснованный проект, полностью готовый к практической реализации.

1. Анализ строительной площадки как объекта электропотребления

Первым и основополагающим этапом проектирования является детальный анализ объекта. На основе генерального плана строительной площадки формируется полный перечень всего электрооборудования, которое будет задействовано в процессе строительства. Этот перечень — фундамент для всех последующих расчетов.

Все потребители электроэнергии классифицируются по группам для удобства расчетов и дальнейшего проектирования. Для каждого устройства указывается его номинальная мощность (кВт), напряжение питания (В) и характерный режим работы.

• Силовые потребители: Это наиболее мощная группа, включающая башенные краны, сварочные аппараты, бетономешалки, водяные насосы и компрессоры. Их работа носит, как правило, повторно-кратковременный характер.
• Технологические потребители: К этой группе относится различный ручной электроинструмент (дрели, перфораторы, шлифовальные машины), а также оборудование для прогрева бетона в зимний период.
• Осветительные нагрузки: Сюда входят прожекторы для освещения рабочих зон в темное время суток, освещение проездов, складов и периметра площадки.
• Бытовые потребители: Электроэнергия для временных сооружений — прорабских, раздевалок, столовых (электроплиты, чайники, обогреватели).

Тщательная систематизация этих данных позволяет получить ясное представление о структуре энергопотребления и перейти к ключевому этапу — определению расчетной мощности.

2. Расчет электрических нагрузок строительной площадки

Определение суммарной расчетной мощности является важнейшей задачей, так как именно от этого значения зависит выбор мощности трансформаторной подстанции, сечений кабелей и номиналов защитных аппаратов. Простая сумма номинальных мощностей всего оборудования была бы неверной и привела бы к необоснованному завышению требований, поскольку все потребители никогда не работают одновременно на полную мощность.

Для корректного расчета применяется коэффициент спроса, который учитывает реальную среднюю загрузку оборудования, и коэффициент одновременности, отражающий вероятность одновременной работы нескольких потребителей в одной группе. Расчет ведется последовательно для каждой из выделенных групп, после чего результаты суммируются.

В ходе расчета определяются три ключевых показателя:

• Активная мощность (P, кВт): Полезная мощность, непосредственно преобразуемая в работу или тепло.
• Реактивная мощность (Q, квар): Мощность, необходимая для создания электромагнитных полей в двигателях и трансформаторах, она не совершает полезной работы, но нагружает сеть.
• Полная мощность (S, кВА): Геометрическая сумма активной и реактивной мощностей, именно на нее рассчитывается трансформатор.

Для визуализации характера потребления и определения пиковых часов строится суточный график электрических нагрузок. Анализ этого графика помогает выявить моменты максимального энергопотребления и убедиться, что выбранное оборудование справится с пиками.

3. Разработка схемы временного электроснабжения

Зная точную потребляемую мощность, можно приступить к проектированию общей структуры сети. Первым шагом является выбор точки подключения к внешним электрическим сетям и определение источника питания для самой площадки.

Для временного электроснабжения строительных объектов наиболее рациональным решением является использование комплектных трансформаторных подстанций мачтового типа (КТПМ). Эти мобильные подстанции легко доставляются на объект, быстро монтируются и не требуют возведения капитальных строений. Мощность КТПМ подбирается на основе рассчитанной полной мощности (S) с небольшим запасом (15-20%) на развитие.

Далее разрабатывается принципиальная однолинейная схема электроснабжения, которая является «картой» всей энергосистемы площадки. На ней отображаются:

1. Точка подключения и вводной кабель.
2. Выбранная КТПМ с указанием ее мощности и напряжений.
3. Главный распределительный щит (ГРЩ), от которого запитываются все потребители.
4. Отходящие линии (фидеры) к основным группам потребителей (башенным кранам, щитам освещения, бытовому городку).

Для оптимизации работы сети и снижения потерь на этапе проектирования схемы может быть рассмотрена установка компенсирующих устройств (конденсаторных батарей). Они позволяют снизить потребление реактивной мощности из внешней сети, что ведет к уменьшению счетов за электроэнергию.

4. Выбор сечений кабелей и аппаратов защиты

После утверждения общей схемы необходимо детализировать ее элементы, подобрав конкретные марки кабелей и защитных устройств. Этот этап обеспечивает безопасность и надежность работы всей системы.

Выбор сечения кабеля для каждой линии производится по двум основным критериям:

• По длительно допустимому току: Сечение должно быть достаточным, чтобы кабель не перегревался при прохождении через него расчетного тока нагрузки.
• По потере напряжения: На длинных линиях падение напряжения не должно превышать допустимых значений (обычно ~5%), иначе оборудование на конце линии будет работать некорректно.

Для прокладки на стройплощадке чаще всего используются кабели марок ВВГ (в защитных трубах или коробах) или аналогичные им по характеристикам. Для защиты каждой линии от перегрузок и токов короткого замыкания подбираются автоматические выключатели. Их номинальный ток должен быть больше рабочего тока линии, но меньше длительно допустимого тока кабеля, чтобы в случае нештатной ситуации они отключились раньше, чем кабель успеет повредиться.

Особое внимание уделяется защите людей от поражения электрическим током. Для всех линий, питающих ручной электроинструмент и бытовые помещения, обязательна установка устройств защитного отключения (УЗО). Эти аппараты реагируют на малейшие токи утечки и мгновенно отключают линию, предотвращая электротравмы.

5. Проектирование системы рабочего освещения

Обеспечение безопасных условий труда в темное время суток является одной из приоритетных задач. Проектирование системы освещения ведется в строгом соответствии с нормативным документом СП 52.13330.2016 «Естественное и искусственное освещение».

Процесс проектирования включает несколько шагов:

1. Нормирование освещенности: Для каждой зоны (место ведения работ, проезды, складские площадки, периметр) определяется требуемый уровень освещенности в люксах (Лк).
2. Выбор светильников: В современном проектировании предпочтение отдается энергоэффективным светодиодным (LED) прожекторам, которые обеспечивают высокий световой поток при низком энергопотреблении.
3. Светотехнический расчет: Выполняется расчет необходимого количества и мощности светильников для достижения нормативной освещенности в каждой зоне. Наиболее распространенным является метод коэффициента использования светового потока, учитывающий тип светильника, высоту его подвеса и характеристики освещаемой поверхности. Для более точных расчетов может применяться точечный метод по формуле E = (I * cos(θ)) / r².
4. Размещение оборудования: На генеральном плане площадки указывается расположение прожекторных мачт и отдельных светильников для равномерного освещения всех необходимых зон.

6. Расчет защитного заземления и молниезащиты

Защитное заземление — это краеугольный камень электробезопасности на любом объекте. Его основная задача — защитить людей от поражения током в случае пробоя изоляции на корпус электрооборудования. Проектирование заземляющего устройства (ЗУ) выполняется в соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок (ПУЭ).

Расчет ЗУ начинается с определения требуемого сопротивления растеканию тока, которое зависит от типа сети и мощности подстанции. Далее, зная удельное сопротивление грунта на площадке (определяется геологическими изысканиями), рассчитывается конструкция самого заземлителя. Как правило, он представляет собой несколько вертикальных стальных стержней, вбитых в землю и соединенных между собой горизонтальной стальной полосой.

В ходе расчета определяется:

• Необходимое количество вертикальных электродов.
• Их длина и расстояние между ними.
• Сечение соединительной горизонтальной полосы.

После монтажа заземляющего устройства в обязательном порядке проводятся приемо-сдаточные испытания. Ключевой процедурой является измерение фактического сопротивления ЗУ с помощью специального прибора — мегаомметра. Полученное значение не должно превышать расчетное, что является подтверждением качества выполненных работ.

7. Разработка предложений по энергосбережению

Современный подход к проектированию не ограничивается лишь выполнением нормативных требований, но и включает поиск решений для снижения эксплуатационных затрат. Анализ структуры энергопотребления на стройплощадке позволяет выявить основные источники потерь и предложить конкретные меры по их сокращению.

Ключевые предложения по энергосбережению могут включать:

• Модернизация системы освещения: Замена устаревших ламп типа ДРЛ на современные светодиодные (LED) светильники. Эта мера сама по себе способна снизить потребление электроэнергии на освещение на 40-60%.
• Компенсация реактивной мощности: Установка компенсирующих устройств (конденсаторных установок) в главном распределительном щите. Это позволяет снизить долю реактивной мощности, потребляемой из сети, и, как следствие, уменьшить плату за электроэнергию.
• Автоматизация управления: Внедрение систем автоматического управления освещением (фотореле, таймеры), которые будут включать свет только тогда, когда это действительно необходимо.
• Использование энергоэффективного оборудования: При выборе электроинструмента и другого оборудования отдавать предпочтение моделям с высоким классом энергоэффективности.

8. Технико-экономическое обоснование проекта

Любой проект должен быть не только технически грамотным, но и экономически оправданным. Этот раздел курсовой работы посвящен оценке финансовых затрат на реализацию предложенных решений.

Расчеты делятся на две основные части:

1. Капитальные затраты: Это единовременные вложения, необходимые для создания системы. Сюда входит стоимость всего основного оборудования (КТПМ, кабели, автоматические выключатели, щиты, светильники), а также стоимость проектных и монтажных работ.
2. Эксплуатационные расходы: Это ежегодные затраты на поддержание системы в рабочем состоянии. Основную долю в них составляет плата за потребленную электроэнергию. Также учитываются расходы на обслуживание и текущий ремонт.

Особое внимание уделяется оценке предложенных мер по энергосбережению. Для каждой из них рассчитывается срок окупаемости. Он определяется путем сравнения размера экономии электроэнергии в год с дополнительными капитальными затратами на внедрение технологии. Как показывает практика, средний срок окупаемости для таких решений, как установка светодиодного освещения или компенсирующих устройств, составляет от 1.5 до 3 лет, что делает их высокорентабельными инвестициями.

Заключение, где подводятся итоги работы

В ходе выполнения данной курсовой работы был разработан комплексный проект временного электроснабжения строительной площадки многоэтажного жилого дома. Все поставленные во введении цели и задачи были успешно достигнуты.

Были выполнены все ключевые этапы проектирования, от анализа исходных данных до технико-экономического обоснования. Основные результаты работы можно сформулировать следующим образом:

• На основе анализа потребителей определена расчетная электрическая нагрузка, составившая 155 кВт.
• Выбрана комплектная трансформаторная подстанция (КТПМ) мощностью 250 кВА, обеспечивающая надежное питание всех потребителей с необходимым запасом.
• Разработана принципиальная однолинейная схема, на основе которой подобраны сечения кабельных линий и аппараты защиты для всех фидеров.
• Спроектирована система рабочего освещения на базе энергоэффективных светодиодных прожекторов, обеспечивающая нормативные уровни освещенности и позволяющая достичь экономии до 50% по сравнению с традиционными источниками света.
• Рассчитана конструкция защитного заземляющего устройства, гарантирующая высокий уровень электробезопасности на объекте.

В итоге, разработанный проект полностью соответствует требованиям действующих норм и правил (ПУЭ, СП), является технически грамотным, безопасным в эксплуатации и экономически оправданным. Он может служить полноценным руководством для организации временного электроснабжения на реальном строительном объекте.