Электрооборудование в строительной отрасли

Введение
Уже к концу двадцатого века современное общество столкнулось с энергетическими проблемами, которые вызвали энергетический кризис. Сегодня человечество пытается найти новые источники энергии, выгодные во всех отношениях: простые в производстве, дешевые в транспортировке, экологически чистые и перезаряжаемые. В современных реалиях, энергия атома играет все возрастающую роль в нашей жизни: она используется в ядерных реакторах космических кораблей и в автомобилях. Уголь и природный газ отошли на второй план, ведь всем традиционным источникам энергии приходит конец, особенно с постоянно растущими потребностями людей. В настоящее время запасы угля составляют около 270 лет, нефти - 35-40 лет, природного газа - 50 лет [3].

1. Система электроснабжения объектов строительства
Система электроснабжения строительных производственных объектов состоит из комплекса приборов и электротехнических устройств, предназначенных для производства, передачи и распределения электроэнергии, учета и контроля качества. Системы производства и передачи электроэнергии могут принадлежать строительной компании или другой компании или ассоциации.
Строительные организации могут иметь собственную электростанцию и снабжать электроэнергией все технологическое оборудование и процессы, а также передавать электроэнергию по собственным электрическим сетям. Компании могут получать электроэнергию от электроустановок (электростанций и подстанций), входящих в энергосистему или соседнего промышленного предприятия.
Наиболее распространенной схемой является схема, по которой предприятия получают электроэнергию от региональных электросетей (НЭС региональной сети).
Большинство электроприемников для устройств технологии ОС и бытовых ИП устройств рассчитаны на работу при напряжении до 1 кВ. Электроэнергия преобразуется на потребительских подстанциях и распределяется по распределительным сетям напряжением 0,0 кВ. На рис. 1 представлена схема энергообеспечения ОУ от генераторов ее электростанции (см. рис. 1а и от ВИЭ (рис. 1б)).

2. Электроприборы в системах электроснабжения
Электрооборудование – энергоприемник или электроприемник – устройство для преобразования электрической энергии в другие виды энергии (электродвигатель, лампа, сварочный трансформатор). Потребителем электроэнергии является энергоприемник или совокупность электроприемников, принадлежащая к технологическим установкам и расположенная на определенной территории (машина, агрегат, бетоносмеситель, цех, предприятие).
Обычно электроприемники являются частью технологической установки. Среди технологических устройств мы можем:
производственные машины и механизмы, в том числе машины различного назначения, землеройные машины, строительные и монтажные краны, электроприемниками которых являются электродвигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую;
• системы отопления, приемниками которых являются нагреватели, преобразующие электрическую энергию в тепловую;
• электрохимические системы;
• Системы электростатических и электромагнитных полей, электрофильтры;
• Системы электроискровой обработки металлов;
• ручные электроинструменты (электродрели, пилы, гайковерты ударного действия, бетонные вибраторы, краскопульты и т.п.);
• системы электроосвещения;
• Контрольно-диагностические приборы (рентгеновские, УЗИ-аппараты и т.п.).
В некоторых системах электрическая энергия преобразуется в несколько форм энергии. В дуговых системах (электросварке) и в системах электроосвещения электрическая энергия преобразуется в световую и тепловую энергию одновременно [3]. Мы рассмотрим основные типы электроприемников, применяемых в технологических установках различного назначения.
Электродвигатели. В двигателях различных производственных механизмов работают электродвигатели, которые приводят в движение рабочие части механизмов. Для этого требуется постоянная или переменная скорость двигателя. В приводах, не требующих регулирования скорости, используются асинхронные двигатели переменного тока с регулируемой скоростью. Они характеризуются простой конструкцией и легким обслуживанием.
Нагреватели для электротермических систем. Электротермические системы делятся на следующие группы: электропечи сопротивления (для ремонтных мастерских); Системы индукционного нагрева для плавки и термообработки металлов и сплавов; электросварочные системы; Системы отопления бетона, бытовые тепловые приборы.

2.1 Электрические установки нагрева воды
Электродный водонагреватель. В водонагревателях и паровых котлах используются электродные системы с параллельными, дугообразными и коаксиальными плоскими цилиндрическими электродами. При электродном способе нагрева используют только переменный ток (трехфазный или однофазный для предотвращения электролиза воды. Трехфазное электричество применяют в системах мощностью 25 кВт и более.
На рис. 2 представлена конструкция электродной ванны с пластинчатыми электродами. В цилиндрическом корпусе 2 водонагревателя имеется входной патрубок 3, по которому в водонагреватель поступает холодная вода, и выходной патрубок 1 для выхода горячей воды. При протекании между плоскими электродами, помещенными в пакет 6, вода нагревается. Электродные пластины отделены друг от друга фторопластовыми втулками. Пластины изолируются от сети переменного тока посредством трех токовых штырей 5, проходящих между изоляторами 4, с их помощью пластины изолируются от нижней части корпуса.

Рис. 4 - Водонагреватель: а — общий вид; б — электрическая схема; 1 — предохранительный клапан; 2 — разборный клапан; 3 — термометр; — крышка; 5 — кожух; 6 — теплоизоляция; 7 — резервуар; — термодатчик с температурным реле; 9 — ТЭН; 10 — обратный клапан; 11 — сливной кран; 12 — трубопровод; QF — автоматический выключатель; SK — контакт температурного датчика; KV — реле напряжения; KМ — магнитный пускатель; ЕK — нагревательные элементы (ТЭНы).
В качестве наполнителя используется кристаллический оксид магния. После наполнения наполнитель сжимает трубку и придает ей нужную форму. Нагревательные элементы выпускаются мощностью от 100 Вт до 2,5 кВт и напряжением от 12 до 380 В. Максимальная температура внешней поверхности до 700°С.
На рисунке 4 изображен электрический водонагреватель для нагрева воды.
Бак электроводонагревателя (рис. 4) выполнен в виде бака 7, вокруг которого расположен теплоизоляционный слой 6, и закрыт кожухом 5.
В нижней части бака расположены три нагревательных элемента 9, верх бака закрыт крышкой 4. Для регулирования температуры необходим водонагреватель с термометром 3 и датчиком температуры с температурным реле 8. что помогает поддерживать постоянную температуру и обеспечивает автоматическую работу. Холодная вода подается в бак снизу через подводящий патрубок с краном 10. Вода нагревается до 90°C и поднимается под напором холодной воды. Горячая вода разделяется на части путем переливания ее из бака через съемную трубку 2. При необходимости слить воду из бака кран 11 открывается, в результате чего вода по трубопроводу 12 переливается в водосборник. Для обеспечения безопасности на случай возможного взрыва пара водонагреватель имеет предохранительный клапан 1.

2.2 Электропрогрев бетона
Электрический подогрев бетона часто применяется при зимних бетонных работах, одном из ускоренных этапов строительства монолитных металлобетонных конструкций.
Из-за отсутствия надежных и недорогих химических добавок - ускорителей бетона - технология зимнего бетона в настоящее время базируется преимущественно на использовании преобразователей нагрева бетона, согласно которым сохраняются нормативные значения критической прочности и формуемости. был получен.
Эта технология позволяет следующее:
• Сократить сроки строительства в 5-10 раз;
Эффективно использовать трудовые ресурсы и оборудование, в том числе пресс-формы;
• использовать более дешевые бетонные смеси, не содержащие дополнительных добавок;
• Предотвращение замерзания бетона на раннем этапе и обеспечение высокого качества возводимых конструкций.
Одним из наиболее экономичных (по затратам энергии) и доступных способов электронагрева бетона является метод электронагрева. Для нагрева используются электроды, которые в зависимости от типа установки делятся на внутренние и поверхностные. Внутренние электроды размещают внутри нагреваемого тела в виде полос и стержней из арматурной стали или типа или в виде канатов. К поверхностным электродам, размещаемым на поверхности, относятся пластинчатые, ленточные и колющие электроды. Стержневые и канатные электроды состоят из кусков арматурной стали диаметром 6...10 мм. Перед бетонированием перпендикулярно уровню бетонирования крепят веревочные электроды длиной 2,5...3 м. Концы электродов должны выступать за пределы конструкции на 5...6 см для соединения соединяемых проводников. При нагревании бетон входит в электрическую цепь как проводник. Электрическая энергия преобразуется в тепловую непосредственно в самом бетоне, что снижает эти потери. В зависимости от силы электрического тока бетон можно нагревать до температуры 100°С в течение любого периода времени – от нескольких минут до нескольких часов. Таким образом, открываются большие возможности выбора оптимальных видов утепления бетона и тем самым обеспечить высокую производительность технологических линий и монолитных конструкций. Электродный нагрев небольших железных и бетонных конструкций не рекомендуется.

2.3 Электроотогрев грунта
Раскопки мерзлого грунта – трудоемкий процесс. Применяется электрический подогрев мерзлого грунта.
При обогреве вертикальными стержневыми электродами стержневые электроды забивают в участок земли и подключают к нагревателю грунта (бетон).
Мёрзлый грунт имеет плохую водопроницаемость, поэтому необходимо прогревать хотя бы нижний слой грунта. Это достигается за счет заполнения обогреваемого участка опилками, пропитанными водно-солевым раствором, обеспечивающим хорошую проводимость. Поверхностный слой плавится и передает тепло нижним слоям. Плавление почвы продолжается от слоя к слою до достижения необходимой глубины проплавления. Деревянные электроды изготавливаются из прутковой или угловой стали. Концы палок должны быть заострены так, чтобы они проникали в землю. Когда почва растает, ставят электроды. Электроды подключаются к системам обогрева грунта (системы обогрева бетона).

2.4 Разогрев битума
До недавнего времени при изготовлении крыш и крыш битум нагревали в котлах, обогреваемых топливом. В настоящее время широкое распространение получили битумные электропечи с трубчатыми и индукционными нагревателями. Битумная индукционная плита состоит из цилиндрического стального корпуса с двумя основаниями. Толщина стен и досок - мм. Дом горизонтальный. Вокруг корпуса намотана катушка из алюминиевой проволоки сечением 16 мм2, которая выполняет роль индуктора и обеспечивает нагрев корпуса за счет вихревого тока и плавление битума. При напряжении 380 В и силе тока 30 А битум плавится за 1 час.
Битумный мост позволяет автоматизировать процесс обогрева и поддержания температуры.


2.5 Сушка древесины токами высокой частоты
Конвективный теплообмен позволяет нагревать материалы с помощью нагревателей. Однако непосредственный нагрев материалов электричеством, например, ускоряет процесс сушки древесины. Диэлектрический нагрев – это нагрев диэлектриков в электрическом поле конденсатора за счет токов смещения. Системы этой группы часто используются для сушки древесины и других материалов.
Нагретый материал, являющийся диэлектриком, попадает в электрическое поле конденсатора. Питание осуществляется током частотой 20...40 МГц и более. Генератор HDF генерирует токи высокой частоты (ТВЧ). Использование высокочастотного электрического поля снижает потери. Энергия переменного электрического поля в диэлектрике преобразуется в тепло и нагревает материал. Частота или напряжение, подаваемые на конденсатор, варьируются для поддержания устойчивого состояния процесса. Пластины конденсатора представляют собой металлические сетки, зажатые между слоями дерева.

3. Электросварка и термическая обработка металлов
3.1 Электрическая сварка
Сварка – это процесс неразъемного соединения частей машин, конструкций и сооружений посредством местного или общего нагрева. При электросварке нагрев происходит под действием электрического тока. Электросварка может быть дуговой и контактной.
Дуговая сварка. Электросварка, при которой нагрев происходит под воздействием электрической дуги, называется электросваркой. Дуга – это электрический разряд в газах, возникающий между электродами при определенных условиях. При возникновении дуги газы, занимающие пространство между электродами, ионизируются. Температура дуги достигает 7000°С; Электрическая дуга используется как для сварки, так и для резки металлов. Дуговая сварка осуществляется с использованием переменного и постоянного тока. При сварке свариваемые металлы нагреваются до температуры расплава, а при остывании расплава создается прочное соединение. Электросварку разделяют на ручную и автоматическую. Дуговую сварку проводят на открытом воздухе, под дугой под паром с флюсами металлов и в защитных газах (аргоне, гелии). Угольные и металлические электроды используются при сварке и резке металлов. Электроды делятся на плавящиеся и неплавящиеся. К расходуемым электродам относятся металлические стержни, стержни, проволоки и пластины. При контактной сварке неплавящиеся электроды изготавливаются из вольфрама и углерода. Сварочные аппараты могут быть стационарными и переносными. Стационарная сборка представляет собой сварочную станцию, оснащенную источником питания, оборудованием и сварочным инструментом. Мобильные сварочные аппараты должны легко передвигаться. Как правило, они размещаются в виде единиц на троллейбусах.


3.2 Электрические печи
В ремонтно-строительных мастерских строительных организаций производятся и ремонтируются в трудовых группах машины и механические детали, инструменты и оборудование для строительно-монтажных работ. При этом детали должны пройти термическую обработку для придания им необходимой твердости и прочности. Обычно их нагревают в электрических печах до определенной температуры и плавят металл. Электропечь — плавильная или нагревательная система (печь), в которой эффект нагрева достигается электрическим током. Плавильные печи применяются для добычи полезных ископаемых в строительных условиях – путем переплавки металлолома. Горячие печи применяют для нагрева металлов в целях обжига и сушки, а также для придания металлам пластических свойств перед обработкой давлением, а также для термической обработки с целью изменения внутреннего строения и структуры металла. Существуют печи сопротивления, дуговые и индукционные. В печах сопротивления тепло расплавленного металла генерируется за счет тепла нагреваемого материала или элементов сопротивления.


4. Электрическое освещение
В ходе любой работы необходимо четкое разграничение объектов работы. Для этого объект работы должен быть хорошо освещен. Используется естественное (солнечное) и искусственное (электрическое) освещение. Электрическое освещение производит свет на поверхности предметов с помощью источников света, подключенных к электрической цепи, и позволяет его визуально воспринимать или фиксировать светочувствительными устройствами.
Лампочки. Лампы имеют стеклянную колбу, диаметр которой определяется мощностью лампы. Бутылки изготавливаются из прозрачного матового, опалового или матового стекла. Лампочка устанавливается на основе резьбы, штифта или фокуса. Внутри колбы на молибденовых подвесках подвешен корпус волокна или излучатель в виде спирали из тугоплавкого вольфрама с температурой плавления 3600°С. Нити могут иметь двойную спираль. Обычные лампочки малой мощности (40...60 Вт) изготавливаются из вакуума, более мощные лампы заполняются смесью благородных газов (аргона и азота) или криптона. Это обеспечивает высокую температуру нити.


5. Подстанции строительных площадок
Основное оборудование вспомогательных станций – мощные трансформаторы. Они используются для преобразования электрической энергии из одного напряжения в другое, от линий электропередачи до распределительных сетей. Более распространены трехфазные двухобмоточные трансформаторы. На гидроэлектростанциях, снабжающих электроэнергией крупные строительные объекты, возможно применение двухфазных трехфазных трансформаторов. Трансформаторы характеризуются номинальной мощностью, номинальным напряжением обмотки при работе на холостом ходу, напряжении короткого замыкания, токе холостого хода и потерях мощности при коротком замыкании и работе на холостом ходу. Мощность трансформатора стандартная и может выбираться из следующего диапазона: 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000 кВА и включает в себя десятикратное увеличение этих мощностей до 80 000 кВА. Трансформаторы мощностью 1...40 МВА применяются на вспомогательных автозаправочных станциях и 100...2500 кВА на вспомогательных потребительских станциях промышленных предприятий и зданий.

Заключение
Современные системы электротехники включают в себя интеллектуальные системы управления, автоматизированные выключатели, счетчики энергии и другие устройства, которые обеспечивают удобное и эффективное управление электрическими системами зданий. Автоматические системы контроля освещения, отопления и кондиционирования воздуха позволяют оптимизировать энергопотребление и обеспечивать комфортные условия для жильцов [5].