Глава первая
ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПЛОЩАДОК
Особенности электроустановок
Электроустановки строительных площадок имеют перечисленные ниже особенности.
Строительное оборудование и электроустановки строительных площадок эксплуатируются в сырых помещениях или с повышенной влажностью при наличии токопроводящих полов либо на открытых пространствах, где они подвергаются атмосферным осадкам и воздействиям.
Большинство строительного оборудования выпускается в передвижном или переносном исполнении, оно часто перемещается, что сопровождается тряской и вибрацией.
Электрические сети строительных площадок не носят стационарного характера, в них имеется большое количество, причем низкого качества, соединений. Из-за острого недостатка в морозоустойчивых и механически прочных шланговых кабелях и проводах строители вынуждены пользоваться проводами, не удовлетворяющими условиям их эксплуатации на строительных объектах.
Загрузка сети асимметрична из-за наличия одно- и двухфазных электроприемников. Действенный контроль за распределением нагрузок по фазам не ведется. В ряде случаев, в результате присоединения нагрузок субподрядными организациями, очень сложно ликвидировать несимметричные загрузки (перекосы) фаз.
Персонал энергослужб работает в условиях, когда в течение всего периода строительства ведется монтаж и демонтаж многочисленного строительного, электротехнического и электро- технологического оборудования (зачастую устаревших конструкций), а также устройств малой механизации.
Строительные работы во многих случаях производятся в местах, где имеются заземленные конструкции, с которыми возможно соприкосновение работающих при одновременном прикосновении к токоведущим частям (например, при монтаже сооружений из металлоконструкций и одновременном пользовании электроинструментом и приборами освещения, при электросварочных работах), или строительное оборудование эксплуатируется в стесненных условиях (в кабинах башенных кранов, экскаваторов и т. п.).
В строительном производстве возможен свободный доступ электроустановкам неэлектротехнического персонала.
Разработка и изготовление инвентарных электроустройств ведутся без изучения отечественного и зарубежного опыта и предварительно подготовленных технических условий.
Потребление электроэнергии на площадках реконструируемых предприятий обычно не учитывается, а потому отчетные данные строительных организаций о расходе электроэнергии не всегда достоверны. На строительных площадках устанавливаются только приборы общего учета расхода электроэнергии, из-за чего сложно определить величину достигнутой экономии электроэнергии для отдельного строительного процесса или энергоемкого оборудования.
На строительных площадках с присоединенной мощностью до 100 кВ А учет реактивной энергии не требуется, так что коэффициент мощности электроустановок таких площадок не определяется и не контролируется, поэтому для них и мероприятия по повышению данного коэффициента не разрабатываются.
Установка приборов лишь одного общего учета расхода электроэнергии приводит к еще одной трудности. На строительных площадках применяются электрифицированные машины и механизмы, принадлежащие субподрядным организациям. Расход электроэнергии приемниками этих организаций приходится определять ориентировочно и соответственно производить с ними коммерческие расчеты. Следует отметить, что некоторые субподрядчики не только не содержат на площадках электромонтеров, но и не осуществляют мероприятия по безопасности обслуживания принадлежащего им оборудования, а также по рациональному использованию электроэнергии.
Использование электроэнергии для нужд строительства
Большую часть электроэнергии на строительных площадках потребляют электродвигатели строительных машин, механизмов и технологического оборудования, а также производственных предприятий строительной индустрии. Значительное количество электроэнергии расходуется на такие распространенные электротехнологические процессы, как электросварка, термообработка бетона, сушка при отделочных работах, освещение. Поэтому наибольшее внимание надо уделять выбору и рациональному использованию электродвигателей. Они, в частности, должны удовлетворять трем основным условиям работы: не перегреваться свыше норм, обладать достаточной перегрузочной способностью и иметь расчетный пусковой момент.
В строительстве широко применяются различного назначения трансформаторы: силовые — для электроснабжения площадок; понижающие — при пользовании электроинструментом и низковольтном освещении; специальные — для сварки, термообработки бетона, прогрева кабеля и др.; измерительные — в схемах учета электроэнергии и контроля; редко используются разделительные, необходимые в отдельных случаях для обеспечения элсктробезопасности.
В холодный и зимний периоды электроотопление стационарных бытовых помещений и передвижных вагонов-бытовок осуществляется преимущественно с использованием трубчатых электронагревателей (ТЭН) для воздушной или масляной (водяной) среды и нагревателей с нихромовыми спиралями, в том числе на керамических стержнях из кордиерита. ТЭН выгодно отличается от открытой спирали тем, что его спираль, действуя без доступа кислорода, нс окисляется, а поэтому срок службы такого нагревателя увеличивается.
Темпы и качество отделочных работ во многом предопределяют рациональные способы и устройства для сушки. По массе, компактности, стоимости, удобству транспортировки и обслуживания электрические сушильные устройства отличаются рядом положительных свойств. Такие устройства служат дополнительными средствами при сушке небольших помещений и сырых мест. При этом используются электрокалориферы, перемещаемые вручную. Для сушки отдельных сырых пятен применяют также специальные лампы-термоизлучатели. Однако следует учитывать, что тепловой поток от них неравномерен даже под колбой, а изменения напряжения в сети вызывают колебания температуры нагрева спирали лампы и сильно влияют на интенсивность излучения.
Сохранность и долговечность зданий и сооружений из сборного железобетона во многом зависят от надежности антикоррозийной защиты металлических закладных деталей, связей и соединений. В строительстве такую защиту осуществляют путем газопламенного напыления, электрометаллизации и нанесения специальных обмазок. Принцип действия электрометаллизаторов основан на том, что две проволоки, находящиеся под напряжением, при соприкосновении расплавляются электрической дугой, а капли металла распыляются струей сжатого воздуха. Обеспечение антикоррозийной защиты очень важно для тепловых, газовых и других сетей. Различные обмазки отечественного производства не являются надежной длительной и качественной защитой металла от коррозии, если они наносятся вручную.
Для водопонижения на строительных площадках, помимо насосной техники, прибегают к электроосмотическому способу. Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные как в нашей стране, так и за рубежом, практический опыт выявили закономерности и позволили разработать рекомендации по рациональному использованию этого способа. Если целесообразно применить для откачки воды дренажные установки, то тогда наиболее приемлем электроосмотический способ. При этом иглофильтры служат катодами, а анодами — погружаемые в грунт вертикальные стальные стержни (бывшие в употреблении), газовые трубы или стальные уголки. Источниками постоянного тока могут быть генератор сварочного агрегата, сварочный преобразователь или выпрямитель. Параметры электроосмотической водопонизительной установки, режим ее эксплуатации и затраты электроэнергии устанавливают расчетом.
В связи с достаточно широким распространением свайных оснований сваи обычно забивают вибропогружателями; эти работы весьма трудоемки, требуют больших затрат электроэнергии и времени. Более экономичен электроосмотический способ погружения свай, позволяющий временно уменьшать coпротивление грунта. При этом способе к забиваемой свае присоединяют отрицательный полюс генератора постоянного тока — катод, а к грунту — положительный полюс — анод. Практикой установлено, что электроосмос в несколько раз ускоряет заглубление свай, снижает удельный расход электроэнергии, дает возможность более глубокого погружения свай. Кроме того, сваи меньше деформируются, чем при обычном способе. Сложность данного способа заключается в том, что при работе копра возможно заземление через него. Поэтому нельзя принимать решение о применении этого способа, не решив одновременно вопроса об изоляции копра и не определив условия электробезопасности.
В строительстве выполнение 25—30% общего объема земляных работ приходится на зимний период, что приводит к необходимости разработки грунтов: рыхлению их взрывным способом, механическим путем и способами оттаивания, в том числе посредством электроэнергии. В последних используются тепляки, горизонтальные и вертикальные электроды, коаксиальные электронагреватели, электроиглы, нагревательные элементы из арматурной стали, присоединяемые к сварочному трансформатору.
Строительство объектов на водонасыщенных, глинистых, илистых и подобных грунтах затрудняется и удорожается. Поэтому приходится улучшать свойства таких грунтов обычными способами осушения, электроосмосом, электрохимическим закреплением грунтов. Последний способ применяется за рубежом (Канада, Италия, США, Германия, Румыния и др.) и в нашей стране с 30-х годов. Действие постоянного тока вызывает в грунте электролиз, электроосмос, физико-химические и физико-механические процессы. Эффект закрепления грунтов электрохимическим способом намного усиливается благодаря введению в них химических растворов, ибо при этом изменяется их структура. Электрохимическое закрепление грунтов является усовершенствованным способом действия постоянного тока на влажный грунт. К достоинствам этого способа относятся высокая степень механизации и малая трудоемкость.
Часто строителям приходится выполнять отверстия в железобетоне и резать его. Известны следующие способы осуществления таких работ: бурение алмазными коронками, обработка пневмоинструментом, кислородная и кислородно-флюсовая резка. В настоящее время уже накоплен большой опыт использования электродугового способа резки как на переменном, так и на постоянном токе. Например, разработанная Главленинградстроем и применяемая установка типа УПО-3 позволяет прожигать отверстия диаметром 35—100 мм в горизонтальном и вертикальном положениях, на максимальную глубину 300 мм. Ее источником является сварочный трансформатор на ток 1000 А. Электродами служат графитовые стержни марки СГ диаметром 20—40 мм.
Исследования электродуговой резки свидетельствуют о целесообразности использования в качестве источника не переменного, а постоянного тока от сварочного преобразователя или выпрямителя на 1000 А. Несомненно, реконструкция действующих установок, внедрение при этом средств автоматизации дадут более высокий экономический эффект.
Ввиду того, что пропиточный состав бумажной изоляции кабелей при температуре ниже —5°C застывает, перед прокладкой в зимнее время их следует прогревать, иначе растрескивается оболочка и нарушается изоляция. Заводы-изготовители кабельной продукции не гарантируют нормальную работу кабелей с пропитанной бумажной изоляцией, если они прокладываются при температуре ниже 0°С. Разогрев их осуществляется путем установки барабанов с кабелем до его прокладки в помещение с положительной температурой (если оно находится в непосредственной близости от места прокладки), в специально сооруженных тепляках и с помощью электрического юка. Последний способ наиболее распространен; при этом требуется специальный трансформатор типа ТСПК-20 (трехфазный, мощностью 20 кВ-А); он позволяет прогревать па барабане кабель длиной до 600 м и сечением до 185 мм2.
При устройстве фундаментов, крыш и других работах применяется битум, который в холодные периоды года нужно разогревать. Его разогревают следующими способами: в котлах, нагреваемых путем сжигания дров или дизельного топлива, распыляемого компрессором, использования трубчатых электронагревателей или посредством индукционного нагрева. Некоторые 1 гроительные организации переоборудуют битумоплавильные котлы с огневого на электроразогрев (демонтируют жаровые трубы и заменяют их трубчатыми электронагревателями).
При строительстве новых объектов и выполнении различных строительных конструкций, а также при капитальном ремонте зданий и сооружений обязательны отделочные работы, а иногда — только окраска. Для получения надежных защитных и красивых декоративных покрытий применяют различные лакокрасочные материалы. В последние годы внедряется более прогрессивный способ нанесения лакокрасочных материалов путем электростатического распыления. Разработаны самоходные электроокрасочные установки, которые, в частности, используются для окраски перил мостов и решетчатых ограждений набережных. Этот способ окраски наряду с высоким экономическим эффектом улучшает санитарно-гигиенические условия груда маляров.
Рис. 2. Электрическая схема способа защиты основания фундамента от промерзания
1 — приставка; 2 — сварочный трансформатор; 3 — нагревательные элементы
Рис. 3. Нагревательный элемент
Неравномерная осадка фундаментов часто приводит к значительным деформациям жилых домов и различных сооружений, возведенных на мерзлом основании, особенно на глинистых влажных грунтах, и даже к серьезным авариям. Поскольку строительство в нашей стране ведется и в зимний период, защита фундаментов от промерзания их оснований является чрезвычайно важным мероприятием. Однако строительные организации относятся к этому вопросу далеко не всегда с должным вниманием.
Автором разработаны: способ защиты оснований фундаментов от промерзания, его электротехническая часть и технология применения. Этот наиболее целесообразный способ заключается в прогреве основания фундамента простейшими нагревательными элементами, подключаемыми к сварочному трансформатору (сварочный ток до 500 А) любого типа или к установке электропрогрева бетона КТПН-63-ОБ с наименьшим паспортным напряжением на выходе. Количество сварочных трансформаторов или установок электропрогрева зависит от одновременно прогреваемой площади основания фундамента.
При использовании сварочного трансформатора он должен быть укомплектован подключательным пунктом — приставкой; нагрузка трансформатора не должна превышать 75% его паспортной мощности. На рис. 2 приведена электрическая схема соединений. Для достижения оптимального режима прогрева с наиболее рациональным расходом электроэнергии целесообразно применять двухпозиционный терморегулятор. При этом приставка должна быть укомплектована магнитным пускателем или контактором. Терморегулятор обеспечит поддержание температуры в прогреваемой зоне в пределах заданной.
В качестве нагревательного элемента (рис. 3) рекомендуется использовать арматурную сталь диаметром 8 мм (или с близким диаметром), длиной, не превышающей 50 м, выгнутую зигзагообразно. Такой элемент позволяет прогреть 12 м2 площади основания. В зависимости от конфигурации фундамента форма элемента может быть изменена, но расстояние между зигзагообразными стержнями не должно превышать 0,3 м. Выполнять такие элементы можно из отрезков арматуры любой длины, соединяя их, а также нагревательные элементы с помощью сварки; элементы укладывают непосредственно на подготовленное основание и засыпают песком или другим материалом согласно проекту фундамента. При повышении уровня грунтовых вод выше отметки подошвы фундамента следует применять элементы из стального изолированного провода (выпускается промышленностью). Когда диаметр его меньше диаметра арматуры, производят перерасчет длины элемента, соответственно чему уменьшится расстояние между зигзагами.
Нагревательные элементы из арматурной стали присоединяются к сварочному трансформатору параллельно, а способ присоединения нагревательных элементов из стальных изолированных проводов определяется дополнительным расчетом. К установке электропрогрева бетона элементы присоединяют симметрично по фазам.
Температура прогрева грунта не должна превышать 10— 12°C, замеры ее надо производить два-три раза в сутки, фиксируя их в журнале. Для этого при засыпке фундамента песком рекомендуется устанавливать вертикальные деревянные короба размерами 12X12 см, длиной ниже основания на 20 см и с выходами на поверхность, закрываемыми пробками.
При отсутствии терморегулятора и превышении заданной температуры приставку к трансформатору (рис. 4) или установку электропрогрева нужно периодически отключать вручную (длительность отключения определяется опытным путем) и включать, когда температура опускается до +5°C.
Данный способ замерзания рационален еще и потому, что прогреваемый грунт способствует ускорению твердения бетонной смеси монолитных фундаментов и повышению их прочности.
Рис. 4. Отдельно стоящая приставка к сварочному трансформатору (выполнена по схеме с контактором и терморегулятором)
Если грунт открытого котлована, предназначенного для фундамента, проморожен и перед укладкой бетона его надо отогреть (это касается и смерзшегося песка), можно прибегнуть к электродному способу, используя электрический ток напряжением 220 или 380 В и плавающие поверхностные электроды, располагая их горизонтально по длине фундамента. Для таких электродов длиной не более 3 м пригодна арматурная сталь диаметром до 8 мм. Можно применять и внутренние стержневые электроды, устанавливаемые вертикально, если глубина промерзания грунта значительна. Расстояние между электродами, присоединяемыми к разным фазам, принимается 40— 50 см при напряжении 220 В и 70—80 см при 380 В; расстояние между одноименными электродами следует принимать 15 см. Расход мощности и электроэнергии зависит от свойств грунта и расстояний между электродами.
Вертикальные стержневые электроды забивают кувалдой или электромолотком сначала на глубину 20—25 см, затем, по мере отогрева слоя грунта, через каждые 4—5 ч добивают (при выключенной электросети) на толщину оттаявшего слоя.
Поверхность грунта можно засыпать слоем опилок толщиной 15—20 см, смоченных в растворе поваренной соли. Опилки играют роль побудителя в начале оттаивания, а в дальнейшем служат теплозащитой грунта. Раствор поваренной соли способствует лучшей проводимости и интенсивности прогрева.
Учитывая величину используемого при электродном способе напряжения, особое внимание нужно уделять соблюдению правил электробезопасности, строго выполнять требования СНиП.
