Новая архитектура зданий и вопросы их электроснабжения

Конструктивные особенности зданий дифференцировались в зависимости от их назначения. Особенности и набор зданий в пределах рассматриваемых районов регламентировались на единой нормативной основе, действующей в границах страны. Одновременно нормировалось расстояние между зданиями, площадь зеленых насаждений, дороги и проезды, спортивные площадки, места отдыха. Свободная застройка микрорайонов, при действующих нормах, предопределяла плотность застройки в пределах 40—50% площади микрорайона. Наряду с застройкой регламентировалась соответствующая система внешнего электроснабжения микрорайонов, которая включает совокупность электросетевых сооружений, размещаемых от центра питания энергосберегающей организации до вводного устройства 0,38 кВ зданий (ГРЩ). Эта совокупность содержит питающие и распределительные сети напряжением 10 кВ, связанные с ними распределительный пункт (РП) и трансформаторные подстанции (ТП) напряжением 10/0,38 кВ, распределительные сети напряжением 0,38 кВ. Не вникая в подробности, отметим характерные параметры отдельных элементов системы электроснабжения. Узел электрических сетей 10 кВ типовой РП включает 3 кабельные питающие линии 10 кВ сечением 3х240 кв. мм, 6-8 распределительных кабельных линий 10 кВ сечением 3x120 кв. мм. Расчетная электрическая нагрузка узла в пределах до 10 МВт. Типовые ТП допускают установку двух трансформаторов напряжением 10/0,38 кВ мощностью до 630 кВА каждый. Подчеркнем, что конструктивно РП и ТП выполняются в виде отдельно стоящих сооружений. С учетом отмеченной плотности застройки размещение РП, ТП и кабельных линий 0,38—10 кВ, с учетом их охранных зон, в границах микрорайонов не встречает особых затруднений. Существенную роль при создании системы электроснабжения играют требования к надежности электроснабжения, которые определяют объем резервирования в электрических сетях и использования средств их автоматизации. По требованиям к надежности электроснабжения разделяются на 3 категории как отдельные электроприемники объектов, так и объекты в целом. Наиболее жесткие требования предъявляются к надежности электроснабжения приемников первой категории. Для приемников третьей категории резервирование не требуется. Однако внезапные перерывы электроснабжения таких приемников допустимы только на срок не более одних суток. Электроприемники коммунально-бытового характера в основном относятся к электроприемникам второй категории. При этом в составе электроприемников объектов встречаются и приемники первой категории, как, например, устройства пожаротушения и сигнализации. В то же время ряд объектов целиком относятся к приемникам первой категории, в частности, крупные котельные, АТС, насосные станции различного назначения. Отметим, что в кабельных сетях 0,38—10 кВ резервирование предусматривается и для приемников третьей категории, т.к. ремонт кабельных линий в зимних условиях не укладывается в допустимую продолжительность перерыва электроснабжения — одних суток. В порядке ужесточения действующей регламентации в городских сетях Москвы и Санкт-Петербурга наряду с резервированием используется автоматизация сетей, что создает практически бесперебойное электроснабжение городских потребителей. Параметры и объем электрических сетей определяются электрической нагрузкой объектов застройки. Методика определения нагрузок регламентировалась «�нструкцией по проектированию городских распределительных сетей» РД 34.20.185-94. Согласно «�нструкции» расчетная электрическая нагрузка жилых зданий определяется в зависимости от количества квартир с учетом совпадения максимума нагрузки квартир. В «�нструкции» отмечается удельная нагрузка одной квартиры в зависимости от их количества. В результате расчетная нагрузка дома, приведенная к его ГРЩ, определяется произведением удельной нагрузки квартиры (при данном количестве квартир) на их число. При нормировании удельной нагрузки в качестве исходной принималась трехкомнатная квартира общей площадью 55 кв. м при посемейном заселении. В этих условиях, согласно «�нструкции», электрическая нагрузка одной квартиры с кухонной электроплитой составляет 7 кВт. В том случае, когда, например, жилой дом имеет 100 квартир при исходной 7 кВт, электрическая нагрузка дома, приведенная к ГРЩ, составит 115 кВт, при количестве квартир 200 шт. расчетная нагрузка будет равна 200 кВт и т. д. Расчетные нагрузки общественно-коммунальных учреждений принимались по индивидуальным расчетам или по нормированным удельным значениям. В частности,согласно «�нструкции», удельная нагрузка школы составляет 0,9 кВт/место, продовольственных магазинов — 0,22 кВт/кв. м торгового зала, промтоварных — 0,14 кВт/кв. м, административных зданий — 0,036 кВт/общей площади. Современная тенденция городской застройки, в отличие от свободной планировки территорий, характеризуется стремлением к максимально возможному использованию городского пространства путем всемерного уплотнения и укрупнения застройки, повышения ее этажности. При этом создаются многофункциональные комплексы за счет блокировки и совмещения всей совокупности объектов, необходимых для обеспечения проживания и досуга населения. Наряду с жилыми зданиями предусматриваются необходимые торговые и культурные учреждения, службы сервиса, учреждения спорта и отдыха, автостоянки, детские учреждения, автономные инженерные сооружения и т. п. По местным условиям комплексы могут содержать благоустроенные дворовые территории. Реализация комплексов производится по индивидуальным проектам. Новым обстоятельством является участие населения в оплате стоимости сооружения квартир. Если раньше эта стоимость оплачивалась государством, то в настоящее время она, касаясь комплексов, осуществляется непосредственно будущими владельцами квартир. В связи с этим у населения появилась возможность индивидуального заказа квартир, имея ввиду площадь и планировку, включая двухуровневые апартаменты с зимним садом и террасами, улучшенные системы инженерного обеспечения и пр. Отмечается возможность выбора района размещения жилья, появилось понятие «элитное жилье». Комфортность жилья связана также с возрастанием количества используемых населением электробытовых приборов, некоторые из которых имеют повышенную электрическую мощность. В квартирах появились устройства для электрообогрева полов, ванны-джакузи, сауны, системы искусственного климата. В этой связи отметим, что до недавнего времени в стране действовали ограничения на применение электроприборов повышенной мощности. Если бытовые электроплиты просто не поступали в продажу, то устройства электрообогрева полов, ванн, cayн и ряд другого вообще не производилось отечественной промышленностью. В настоящее время в свободной продаже имеется полный набор электробытовых приборов и их использование ничем не ограничивается. Все это предопределило увеличение электрической нагрузки объектов городской застройки. По этой причине, в порядке уточнения РД 34.20.185-94, регламентированы новые «Нормативы для определения расчетных нагрузок зданий, коттеджей, микрорайонов застройки и элементов городских распределительных сетей». Приводимые нормативы базируются на отличную от РД 34.20.185-94 градацию жилья. В частности, средняя площадь квартиры типовой застройки принята 70 кв. м (35—90 кв. м), квартир повышенной комфортности по индивидуальным проектам — 150 кв.  м (100—300 кв. м). При этом удельная нагрузка одной квартиры определяется, исходя из установленной мощности всей совокупности электробытовых приборов, используемых в квартире для типовой застройки 32,6 кВт, для элитной застройки 39,6 кВт. В результате, при неизменности принятой в РД 34.20.185-94 методики определения расчетной нагрузки жилых зданий удельная нагрузка одной квартиры типовой застройки принята равной 10 кВт, элитной застройки — 14 кВт, т. е. электрическая нагрузка жилых домов современной застройки выросла в 1,3—2 раза. «Нормативы» показывают также увеличение расчетной нагрузки и для объектов коммунально-бытового назначения. В зависимости от характера объектов увеличение составляет в 1,2—1,3 раза по сравнению с регламентацией РД. Наряду с нагрузкой возрастают требования к надежности электроснабжения современной застройки из-за увеличения количества приемников первой категории. К ним относятся лифты в зданиях выше 16 этажей, приемники подземных гаражей, автономные котельные, устройства сигнализации и охраны. Указанное предопределяет увеличение в системе электроснабжения застройки объема резервирования и применения средств автоматизации. Регламентированный принцип формирования системы внешнего электроснабжения жилой застройки остается неизменным и для застройки нового типа. Концентрация электрической нагрузки в пределах ограниченной территории застройки предопределяет увеличение параметров отдельных элементов системы электроснабжения комплексов, а также сосредоточения кабельных линий в отдельных узлах системы. В этой связи необходимо подчеркнуть, что высокая плотность рассматриваемой застройки порождает серьезные трудности с размещением элементов системы электроснабжения в границах застройки. В частности, существующая практика сооружения РП и ТП в виде отдельно стоящих сооружений в условиях современной застройки в ряде случаев не сможет быть реализована из-за отсутствия необходимой территории для их размещения в границах рассматриваемых комплексов. Указанный вывод касается и комплексов с внутренними дворами, по причине благоустройства этих дворов, с размещением зон для отдыха и спорта, детских площадок и т.п. Отмеченные трудности имеют архитектурно-планировочный характер и представляют интерес как для архитекторов, так и для электриков. Есть основание полагать, что необходимые решения по этой причине должны определяться на компромиссной основе между указанными сторонами и производиться на стадии предварительного выбора основных конструктивных и планировочных решений рассматриваемого комплекса застройки. В этой связи с учетом только конструктивных особенностей выполнения элементов системы электроснабжения рассмотрим варианты решения поставленной проблемы на примере создания системы электроснабжения для условного комплекса, расчетная нагрузка которого составляет 6800 кВт (используется электроотопление). Комплекс имеет внутреннюю дворовую территорию, благоустройство и использование которой исключает возможность размещения на ней РП и ТП. Для упрощения рассмотрения на рисунке в первом приближении без детализации приведена скелетная схема электроснабжения рассматриваемого комплекса. В первом случае при решении проблемы электроснабжения данного комплекса полагаем, что размещение отдельно стоящих зданий РП и ТП возможно на городской территории, прилегающей к комплексу. При этом возникает предложение совместить РП и все ТП в одном строительном объеме с расположением его на территории как можно ближе к комплексу. В таком случае распределительная сеть (PC) 10 кВ превращается в прямые связи трансформаторов (Т) с РУ 10 кВ РП внутри строительного объема РП. Для сокращения указанного объема необходимо применение трансформаторов 10/0,38 кВ как можно большей мощности. В частности, в данном случае мощность трансформаторов может быть повышена до 1000 кВА по условиям коммутационной способности отечественных автоматических выключателей, используемых в ГРЩ для защиты внутриобъектных сетей 0,38 кВ. Рассматривая в качестве исходной по условиям надежности электроснабжения группу из двух трансформаторов (основного и резервного) при допустимой перегрузке последних в аварийных режимах до 1,4 номинальной мощности, для электроснабжения комплекса с расчетной нагрузкой 6800 кВА потребуется установить четыре группы или всего 8 трансформаторов мощностью по 1000 кВА. Если типовой РП в одноэтажном исполнении занимает площадь порядка 120 кв. м, то при совмещенной компоновке РП с указанными 8 трансформаторами площадь увеличится в 1,5—1,8 раза. В рассматриваемом варианте существенно усложняется распределительная сеть (PC) 0,38 кВ, что определяется ограничениями, которые накладываются на выбор параметров ее элементов условиями поддержания необходимого качества электрической энергии (напряжения) на уровне ГРЩ зданий. Для удовлетворения этих требований в рассматриваемом варианте потребуется прокладка между совмещенном РП и ГРЩ зданий комплекса порядка 70—80 кабельных линий 0,38 кВ. Трудности практического осуществления отмеченной системы электроснабжения комплекса и ее последующего функционирования позволяют рассматриваемый вариант электроснабжения признать не рациональным. Следующий вариант электроснабжения комплекса рассмотрим, полагая, что отдельно стоящие РП и ТП могут быть размещены вне комплекса на прилегающей к нему городской территории. В таком случае для электроснабжения комплекса появляется возможность использования отдельно стоящих РП и ТП типовых конструкций, сооружаемых вдоль границ комплекса на прилегающей территории. При этом в РП и каждой ТП предусматривается установка по два трансформатора мощностью 1000 кВА каждый. Уточним площадь типовой ТП, которая составляет порядка 40 кв. м. При этом распределительная сеть 10 кВ будет содержать по две кабельные линии 10 кВ от РП к каждой ТП, распределительная сеть 0,38 кВ, существенно упростится за счет сокращения ее протяженности и количества кабельных линий 0,38 кВ, отходящих от ТП до ГРЩ объектов комплекса. Подобный вариант электроснабжения комплекса с отдельно стоящими РП и тремя ТП с небольшими изменениями может быть использован и в том случае, когда отсутствуют необходимые площади для размещения отдельно стоящих ТП как на прилегающей к комплексу городской территории, так и на благоустроенной дворовой территории комплекса. В отмеченных условиях предусматривается использование отдельно стоящей РП, а также трех ТП, но встраиваемых в объекты комплекса. В зависимости от местоположения ТП в объеме здания может появляться при этом возможность совмещения РУ 0,38 кВ встроенной ТП непосредственно с ГРЩ здания. В результате совмещения распределительная сеть (PC) 0,38 кВ существенно сокращается или может отсутствовать вообще. Наиболее существенным при реализации электроснабжения комплекса в данном случае является проблема размещения в жилых зданиях встроенных ТП, т.к. при этом имеет место отчуждение полезного объема здания для размещения ТП. Согласно требованиям п.7.1.5 ПУЭ использование ТП, встроенных в жилые здания, допускается только в исключительных случаях по согласованию с органами Госнадзора (Энергонадзор, Пожарная и Санитарная инспекция). При этом в таких ТП должны применяться трансформаторы с сухой изоляцией и должны быть выполнены санитарные требования по ограничению уровня шума и вибрации в соответствии с действующими стандартами. Кроме того, конструктивные особенности таких ТП должны соответствовать требованиям раздела 4 ПУЭ. По сравнению с действующей практикой новым является применение в ТП сухих трансформаторов и устройств шумоглушения и ограничения вибрации. Термин «сухой» означает, что для изоляции обмоток трансформатора применяется специальная синтетическая пластмасса без заполнения кожуха трансформатора маслом, что существенно снижает уровень пожароопасности трансформаторов. Опыт использования сухих трансформаторов показывает, что в настоящее время необходимо ориентироваться на современные трансформаторы с так называемой литой изоляцией, которая обладает свойством огнетушения при возгорании. Такие трансформаторы, однако, имеют повышенную стоимость. Размер отчуждения полезной площади здания для размещения ТП соответствует указанной площади типовой ТП в пределах 40 кв. м. При этом следует учитывать конструктивные ограничения главы 4 ПУЭ, которые затрагивают назначение соседних с ТП помещений здания. В частности, за стенами и над встроенной ТП не должны размещаться помещения, где может постоянно находиться группа лиц, производства с «мокрым» процессом, пожароопасные помещения и т. п. В процессе компоновки комплекса необходимо учитывать вопросы транспортировки электрооборудования и трансформаторов для встроенных ТП, предусматривая необходимые проезды и площадки для грузового транспорта, грузоподъемных механизмов, оперативного транспорта электроснабжающей организации. Учитывая необходимость отчуждения полезного объема зданий, возникает проблема взаимоотношений между энергоснабжающей организацией, в ведении которой может находиться система электроснабжения комплекса, и владельцем здания. При решении проблемы не следует исключать возможное существование локальных организаций, которые могут создаваться в границах комплекса для текущего обслуживания здания, включая систему электроснабжения. Взаимоотношения должны находить отражение в договоре электроснабжения комплекса с фиксацией точек разграничения ответственности заинтересованных сторон за текущее обслуживание системы электроснабжения комплекса. В зависимости от характера благоустройства дворовой территории комплекса и размещения встроенных ТП могут возникнуть определенные трудности с осуществлением распределительных сетей (PC) 0,38 и 10 кВ комплекса, включая необходимость для их прокладки кабельной канализации различного типа. В любом случае преодоление этих трудностей наряду с встроенными ТП следует рассматривать на стадии предварительных решений по компоновке комплексов. В данном материале рассмотрены соображения общего характера, связанные с созданием систем внешнего электроснабжения объектов современной городской застройки с учетом действующей нормативной документации. Отдавая предпочтение варианту с встроенными ТП, необходимо подчеркнуть, что принимаемые решения в значительной мере определяются местными особенностями конкретных объектов городской застройки. Касаясь вопросов электроснабжения и отмечая необходимость решения вопросов на стадии предпроектной проработки, следует отметить, что речь идет о взаимоотношениях с энергоснабжающей организацией на стадии подготовки последней технических условий электроснабжения объектов. Добавим к изложенному, что в последнее время под влиянием недостаточно обоснованной рекламы возникают предложения, чтобы горячее водоснабжение и теплоснабжение зданий осуществлять не путем использования централизованных источников, а за счет применения автономных электрокотельных, различного вида устройств индивидуального электронагрева квартир. В этой связи отметим, что согласно действующего порядка, использование электрической энергии для низкотемпературных процессов, к которым относятся упомянутые виды электронагрева, требует специального разрешения Гос-энергонадзора. Электрическая нагрузка зданий в таком случае существенно возрастает. Здания должны рассматриваться как электроприемник первой категории по требованию к надежности их электроснабжения. Отказы электроснабжения таких зданий будут полностью парализовывать жизнедеятельность населения. Добавим, что необходимая регламентация по проблеме в целом, имея ввиду определение параметров и типа используемых в квартирах аппаратов электронагрева, их размещения в зданиях, системе управления электронагревом, определения расчетной нагрузки зданий, особенности их электроснабжения отсутствует. Также следует поставить под сомнение наблюдаемое стремление при компоновке зданий к увеличению использования застекленных проемов. В климатических условиях основной территории РФ использование при этом тройного остекления представляется не эффективным с точки зрения экономии первичных энергоносителей, которая является предпосылкой энергетической безопасности страны.