Название: Технология проектирования электрического освещения - Учеб. пособие. (Павлюченко Д. А., Хохлова С. В)

Жанр: Технические

Просмотров: 1230


2.3.4. расчет осветительной сети

При выполнении осветительных сетей выдвигается ряд обязательных требований, которые должны быть при этом учтены. Среди таких требований можно выделить надежность, долговечность, пожаробезопасность, экономичность, а также удобство эксплуатации сетей.

При рассмотрении вопросов, связанных с расчетом осветительных сетей, определяется способ выполнения сети, выбирается марка используемых проводников, рассчитываются их сечения, производится выбор защитно-коммутационных аппаратов.

Выполнение осветительных сетей. В качестве проводникового материала для выполнения сетей применяются алюминий и медь. Наибольшее распространение получили провода и кабели с алюминиевыми жилами в основном вследствие своей большей экономичности. Применение же медных проводников, обладающих несколько лучшими характеристиками (меньшее удельное сопротивление, большая механическая прочность), как правило, рекомендуется в помещениях с химически агрессивными средами, с большим уровнем вибрации, во взрывоопасных помещения, а также в жилых зданиях.

Основные рекомендации по использованию конкретных видов и марок проводников в зависимости от характеристики окружающей среды и особенностей помещения приводятся в нормативно-технической литературе. Среди наиболее распространенных видов электропроводки можно отметить следующие:

незащищенные изолированные провода (АПРТО, АПВ, АРТВ);

защищенные провода (АПРФ);

кабели (АВВГ, АВРГ, АНРГ);

осветительные шинопроводы (ШОС).

Марки указаны для проводников с алюминиевыми жилами, аналогичные изделия с медными жилами отличаются отсутствием начальной буквы А.

По способу выполнения электропроводки в зданиях подразделяются на открытые и скрытые. В данное время в общественных, административно-бытовых, инженерно-лабораторных и других подобных зданиях, должна применяться скрытая прокладка проводов. Как правило, скрытая проводка выполняется в имеющихся каналах и пустотах строительных конструкций, в зазорах между плитами, в слое штукатурки, в специально подготовленных бороздах и т. д. При необходимости выполнения сменяемой проводки возможна прокладка проводов в полиэтиленовых или стальных трубах.

Для производственных и вспомогательных зданий следует преимущественно применять открытую проводку. При этом в качестве конкретных способов реализации может использоваться: прокладка кабелей и защищенных проводов непосредственно по строительным конструкциям здания, прокладка незащищенных изолированных проводов в лотках, коробах, трубах, выполнение сетей с помощью шинопроводов. Определяющим условием в выборе вида прокладки  является  характеристика  окружающей  среды.

Расчет электрической нагрузки. В зависимости от характера производства и назначения помещений часть ламп по различным причинам обычно не включена, поэтому при расчете сетей электрического освещения пользуются расчетной мощностью, которая определяется с использованием коэффициента спроса.

,                                    (2.26)

где n – количество ламп, Р – мощность одной лампы, Кс – коэффициент спроса, α – коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующей аппаратуре.

Для люминесцентных ламп при стартерных схемах включения коэффициент α равен 1.2, при бесстартерных схемах – 1.3, для ламп ДРЛ – 1.1.

Коэффициенты спроса для некоторых объектов приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Величины Кс для различных объектов

Наименование

Кс

Групповые сети

1

Аварийное освещение, наружное освещение

1

Небольшие производственные здания

0.95

Административные здания

0.9

Крупные производственные здания

0.8

Складские помещения

0.6

Реактивная мощность осветительной установки вычисляется по формуле

.                                       (2.27)

При этом коэффициент реактивной мощности определяется видом источников света. Для ламп накаливания tgφ равен 0, для газоразрядных ламп при использовании компенсированных схем пускорегулирующих устройств он равен 0.9…0.95, без компенсации реактивной мощности – 0.5…0.75.

Выбор сечений проводников по нагреву. В зависимости от фазности осветительной сети ток определяется по формулам:

для однофазной сети

;                                    (2.28)

для двухфазной сети

;                                  (2.29)

для трехфазной сети

,                              (2.30)

где Pp – активная расчетная мощность нагрузки одной, двух или трех фаз соответственно; cosφ – коэффициент мощности нагрузки; Uл, Uф – линейное и фазное напряжения сети соответственно.

В соответствии с расчетным током по справочной литературе определяется длительно допустимая токовая нагрузка проводника. При этом согласно ПУЭ сечение нулевых рабочих проводников  трехфазных питающих и групповых линий должно выбираться:

для участков сети, по которым протекает ток от газоразрядных ламп с компенсированными пускорегулирующими аппаратами, а также при защите трехфазных осветительных питающих и групповых линий предохранителями или однополюсными автоматическими выключателями при любых источниках света, сечение нулевых рабочих проводников следует принимать равным сечению фазных проводников;

для участков сети, по которым протекает ток от газоразрядных ламп с некомпенсированными пускорегулирующими аппаратами – не менее половины сечения фазных проводников при больших сечениях, но не менее 16 мм2 для медных и 25 мм2 для алюминиевых проводов.

Выбор сечений проводников по потере напряжения. Источники света, применяемые в сетях электрического освещения, весьма чувствительны к потерям напряжения. Поэтому в осветительных сетях важно обеспечить допустимый уровень напряжения, указанный ПУЭ.

Общая потеря напряжения в сети до наиболее удаленного светильника

,                        (2.31)

где ΔUд – располагаемая потеря напряжения в сети, Uхх – номинальное напряжение при холостом ходе трансформатора, Umin – допустимая величина напряжения у наиболее удаленного светильника, ΔUт – потеря напряжения в трансформаторе.

В выражении (2.31) напряжение холостого хода трансформаторов принимается равным 105 \% номинального значения напряжения ламп, допускаемое же снижение напряжения по ГОСТ 13109-97 у ламп рабочего освещения промышленных зданий составляет 2.5 \%.

Как видно, в формуле общей потери напряжения в сети переменной является только ΔUт, которая зависит от мощности питающего трансформатора, его загрузки и коэффициента мощности сети. Определенные по формуле (2.31) значения ΔUд с учетом сведений об общей расчетной нагрузке трансформаторной подстанции, от которой запитаны осветительные сети, приводятся в справочной литературе.

Прежде чем перейти к непосредственному расчету сечения линии, рассмотрим случай определения потери напряжения в двухпроводной сети (рис. 2.10).

Потеря напряжения в двухпроводной линии равна разности абсолютных величин напряжения в начале и конце линии. При этом для определения потери напряжения в двухпроводной сети достаточно определить потерю напряжения в одном проводе и полученный результат удвоить.

 

Рис. 2.10. Однолинейное изображение двухпроводной линии

Для линии с n ответвлениями

,                                       (2.32)

где I – токи в ответвлениях линии, R – сопротивления проводов от начала линии до соответствующего ответвления.

Полагая сечение и материал проводов вдоль всей линии одинаковыми, получим выражение для определения потери напряжения

,                                    (2.33)

где γ – проводимость проводов, S – сечение участков линии, L – длины проводов от начала линии до соответствующего ответвления.

Потеря напряжения в линии в процентах от номинального напряжения

.                            (2.34)

Перейдя в выражении (2.34) от токов к заданным мощностям ответвлений, получаем окончательное выражение для потери напряжения

,                             (2.35)

где P – мощность электроприемников каждого ответвления.

Все приведенные выводы справедливы и для трехфазных сетей. Тогда с учетом выражения (2.35) сечение линии, рассчитанное по потери напряжения, можно определить следующим образом:

,                                       (2.36)

где М – момент нагрузки, равный ; С – коэффициент, зависящий от напряжения и материала проводника и включающий в себя в постоянные величины выражения (2.35). Возможные значения С приведены в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Значения коэффициента С

Напряжение,

 В

Система сети и род тока

Значения коэффициента

для проводников

медных

алюминиевых

380/220

Трехфазная четырехпроводная

72

44

380

Трехфазная трехпроводная

72

44

220

Трехфазная трехпроводная

24

14.7

380/220

Двухфазная трехпроводная

32

19.5

220

Двухпроводная переменного и постоянного тока

12

7.4

Если отдельные участки сети выполнены проводниками разного сечения, то возникает задача наиболее экономичного распределения потерь напряжения между отдельными звеньями сети. При этом расчет следует производить по условиям общего минимума расхода проводникового материала. В этом случае сечение каждого участка определяется с учетом приведенного момента

,                               (2.37)

где ΣМ – сумма моментов данного и всех последующих участков с тем же числом проводов в линии; Σm – сумма моментов, питаемых через данный участок линий с иным числом проводов; α – коэффициент приведения моментов (табл. 2.6).

Таблица 2.6

Значения коэффициента α

Линия

Ответвление

Коэффициент приведения

Трехфазная

четырехпроводная

Однофазное

1.85

Двухфазное трехпроводное

1.39

Двухфазная

трехпроводная

Однофазное

1.33

Трехфазная

трехпроводная

Двухпроводное

1.15

Защита осветительных сетей. Осветительные сети независимо от способа их прокладки должны быть защищены от токов короткого замыкания. Кроме того, некоторые виды осветительных сетей согласно ПУЭ должны иметь также защиту от перегрузки. К таким сетям относятся: а) сети внутри помещений, выполненные открыто проложенными проводниками с горючей наружной оболочкой или изоляцией; б) осветительные сети в жилых и общественных зданиях, в торговых помещениях, служебно-бытовых помещениях промышленных предприятий, включая сети для бытовых и переносных электроприемников, а также во взрыво- и пожароопасных зонах.

Защита осветительных сетей осуществляется при помощи плавких предохранителей или автоматических выключателей, установленных на щитах подстанции, магистральных и групповых щитках.

Номинальные токи аппаратов защиты следует выбирать наименьшими по расчетным токам соответствующих участков сети, но вместе с тем они не должны срабатывать при случайных пиках нагрузки. В осветительных сетях такие пики создаются из-за наличия у источников света пусковых токов. Наиболее неблагоприятны в этом отношении газоразрядные лампы высокого давления. С учетом этого следует выбирать защитный аппарат по условию

,                                (2.38)

где Iз. ап – ток защитного аппарата, K – коэффициент, учитывающий пусковой ток источника света; Iр – расчетный ток линии. Коэффициент K принимает значения 1.0…1.4 в зависимости от используемых источников света.

ПУЭ устанавливают наряду с проверкой на допустимые нагрев и потерю напряжения определенные соотношения между токами защитных аппаратов и длительно допустимыми токами проводников, т. е. пропускной способностью проводов и кабелей. В соответствии с этим в сетях, защищаемых только от токов КЗ (не требующих защиты от перегрузки), должно обеспечиваться условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам проводников аппараты защиты имели кратность не более:

300 \% для номинального тока плавкой вставки предохранителя;

450 \% для тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный расцепитель (отсечку);

100 \% для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки);

125 \% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратной зависящей от тока характеристикой.

В сетях, защищаемых от перегрузок, должно быть обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам аппараты защиты имели кратность не более:

80 \% для номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный расцепитель, – для проводников с поливинилхлоридной, резиновой изоляцией; для проводников, прокладываемых в невзрывоопасных производственных помещениях промышленных предприятий, допускается 100 \%;

100 \% для номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный расцепитель, – для кабелей с бумажной изоляцией;

100 \% для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки) – для проводников всех марок;

100 \% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратно зависящей от тока характеристикой – для проводников с поливинилхлоридной, резиновой изоляцией;

125 \% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратно зависящей от тока характеристикой – для кабелей с бумажной изоляцией.

В случае, когда при удовлетворении этих условий, ток не совпадает с допустимым током проводника, разрешается применять провод ближайшего меньшего сечения. Однако при этом он не должен быть меньше расчетного тока линии.