3.2. Расчет электрических сетей освещения

Расчет осветительных нагрузок. Каждый участок осветительной сети характеризуется определенным значением передаваемой по нему мощности. Расчетная мощность участка определяется через установленную мощность электроприемников Р_уст, потери мощности в ПРА и коэффициент спроса К_с:

Р_ро = К_с К_ПРАР_уст. (4.1)

Установленная мощность определяется как сумма номинальных мощностей всех ламп Р_ном, питаемых от рассматриваемого участка осветительной сети.

Значение коэффициента К_ПРА, учитывающего потери мощности в ПРА, принимается:

- К_ПРА = 1,1 для ламп ДРЛ и ДРИ;

- К_ПРА =1,2 для люминесцентных ламп.

Значение коэффициента спроса для сети рабочего освещения производственных зданий принимается:

- 1,0 – для мелких производственных зданий;

- 0,95 – для зданий, состоящих из отдельных крупных пролетов;

- 0,85 – для зданий, состоящих из малых отдельных помещений;

- 0,8 – для административно-бытовых и лабораторных зданий промышленных предприятий;

- 0,6 – для складских зданий, состоящих из отдельных помещений.

Коэффициент спроса для расчета сети освещения аварийного, эвакуационного и наружного освещения принимается равным 1,0.

Значения К_с для общественных и административных зданий и предприятий соцкультбыта указаны в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Коэффициенты спроса для расчета питающей сети рабочего освещения

Здания или помещения	Коэффициент спроса при установленной мощности рабочего освещения, кВт
	<5	5-10	10-15	15-25	25-50	50-100	100-200	200-500	>500
Гостиницы, спальные корпуса и админист­ративные помещения детских лагерей	1,0	0,8	0,7	0,6	0,5	0,45	0,4	0,35	0,3
Предприятия общепита, дет­ские ясли-сады, учебные мастерские, профтехучилища	1,0	0,9	0,85	0,8	0,75	0,7	0,65	0,6	0,5
Организации управления, фи­нансирования, и страхования, школы, специальные учебные заведения, профтехучилища, предпри­ятия бытового обслуживания	1,0	0,95	0,9	0,85	0,8	0,75	0,7	0,65	0,6
Проектные и конструкторские бюро, предприятия торговли, парикмахерские	1,0	1,0	0,95	0,9	0,85	0,8	0,75	0,7	0,65
Актовые залы, конференц-залы	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	-	-	-
Клубы и дома культуры	1,0	0,9	0,8	0,75	0,7	0,65	0,55	-	-
Кинотеатры	1,0	0,9	0,8	0,7	0,65	0,6	0,5	-	-

Расчетная токовая нагрузка освещения рассчитывается по следующим формулам:

- для трехфазной сети с нулевым проводом

; (4.2)

- для двухфазной сети с нулевым проводом

; (4.3)

- для однофазной сети

, (4.4)

где Р_ро1, Р_ро2, Р_ро3, – расчетная нагрузка одной, двух и трех фаз соответственно;

U_ном и U_{ном ф} – номинальное линейное и фазное напряжения сети.

Коэффициент мощности принимается с учетом компенсации реактивной мощности cos  = 0,9 … 0,95.

Выбор сечений проводников. Сечения проводников осветительной сети должны удовлетворять условиям:

- допустимого нагрева проводника;

- механической прочности;

- срабатывания защитных аппаратов при КЗ;

- нормируемого качества электроэнергии на зажимах источников света.

Проверка сечений проводников по допустимому нагреву выполняется по выражению

I_ро < I_доп, (4.5)

где I_доп – длительный допустимый ток для выбранного сечения проводника, обеспечивающий допустимый нагрев проводника, определяется по справочным материалам.

Механическая прочность проводников необходима, чтобы во время монтажа и эксплуатации не было чрезмерного провисания или обрыва проводов. Наименьшие допустимые сечения проводников по механической прочности составляют:

- для медных проводов 1 мм²;

- для алюминиевых проводов 2,5 мм².

Согласно ПУЭ выбранные сечения проводников должны согласовываться с защитными аппаратами. По отношению к длительно допустимому току проводника аппараты защиты должны иметь кратность не более:

3 − для номинального тока плавкой вставки предохранителя;

4,5 − для тока уставки автоматического выключателя, имеющего только электромагнитный расцепитель (отсечку);

1 − для номинального тока теплового расцепителя автоматического выключателя.

Сечение нулевого рабочего проводника трехфазных питающих и групповых сетей с компенсированными ПРА должно выбираться по расчетному току наиболее загруженной фазы, т. е. принимается равным сечению фазного провода. Для участков сети с некомпенсированными ПРА сечение нулевого защитного проводника принимается равным 50 % от сечения фазного провода.

Расчет потерь напряжения в осветительной сети. Одним из важных показателей качества электроэнергии на зажимах источника света является установившееся значение отклонения напряжения от номинального напряжения U_ном. Нормально (предельно) допустимые значения отклонения напряжения на зажимах источника света нормируются ГОСТ 13109-97 и составляют +5 % (+10 %).

Отклонения напряжения от номинального обусловлены потерями напряжения в электрической сети, определяемыми нагрузкой и сопротивлениями проводников. Поэтому выбранные сечения проводников осветительной сети подлежат проверке по отклонению напряжения, т. е. подлежат проверке условия

U – U_ < 0,95U_ном, (4.6)

где U_ - суммарные потери напряжения от источника питания до наиболее удаленного источника света;

U – напряжение источника питания осветительной сети.

Величина U_ рассчитывается по выражению

U_ = U_i , (4.7)

где U_i – потеря напряжения на i-м участке осветительной сети.

Потеря напряжения на i-м участке осветительной сети в вольтах определяется по формуле

U_i = , (4.8)

где Р_i – мощность, протекающая по участку i, кВт;

r₀ – активное сопротивление 1 км провода, Ом/км;

l_i – длина участка i, км;

U_ном – номинальное напряжение осветительной сети, кВ.

Часто потерю напряжения на i-м участке осветительной сети целесообразно представить в процентах. В этом случае формула (4.8) изменяется до вида

U_i = . (4.9)

При расчете групповых осветительных сетей расчетную нагрузку часто представляют равномерно распределенной по некоторой длине l₂ (рис. 4.4,а).

а) б)

Рис. 4.4. Представление распределенной нагрузки сосредоточенной

Для удобства пользования формулами (3.7 и 3.8) распределенную нагрузку представляют эквивалентной сосредоточенной в середине участка l₂ (рис. 4.4,б).

В практических расчетах сечение проводников сети освещения выбирают, как правило, по допустимому нагреву (длительному допустимому току), а затем проверяют условия механической прочности, срабатывания защитных аппаратов при КЗ и допустимой потери напряжения. Если какое-либо условие не выполняется, предварительно выбранное сечение увеличивают.

Пример. Питание сети освещения цеха промышленного предприятия осуществляется от главного распределительного щита (ГРЩ-0,38 кВ). План расположения осветительных приборов на плане цеха показан на рис. 4.5 (высота цеха 7 м). Общее освещение цеха выполнено светильниками ЖСУ-250 с натриевыми лампами ДНаТ-250, установленными на высоте 6 метров. Требуется рассчитать сеть общего освещения. Аварийное освещение цеха выполнено светильниками ЖКУ-250, установленными на боковых стенах цеха и в данном примере не рассматривается.

Рис. 4.5. План цеха с расположением светильников

Решение.

1. Расчет осветительной нагрузки

Установленная мощность светильников в соответствии с исходными данными составляет

Р_уст = 0,2566=16,5 кВт.

Расчетная нагрузка освещения цеха

Р_р=К_сК_ПРАР_уст=0,951,126,4= 27,6 кВт,

где К_ПРА = 1,1 – коэффициент учета потерь в пускорегулирующей аппаратуре ламп ДНаТ;

К_с = 0,95 – коэффициент спроса для зданий, состоящих из отдельных крупных пролетов.

Расчетная токовая нагрузка

= 46 А,

где cos=0,85 – коэффициент мощности осветительной нагрузки.

2. Выбор и размещение щитков освещения

Осветительные щитки ЩО расположим, как показано на рис. 4.5. Всю осветительную сеть разделим на две симметричные части (справа и слева от ГРЩ). Далее будем рассматривать только одну часть, содержащую 11 групповых линий с тремя светильниками в каждой линии (рис. 4.6).

Расчетная мощность, потребляемая одной частью осветительной сети

Р_{р ч} = Р_р/2 = 27,6/2 =13,8 кВт.

Расчетная мощность, потребляемая одной групповой линией

Р_{р гр} = Р_р/22 = 27,6/22 =1,25 кВт.

Рис. 4.6. Питание групповых сетей от щитка освещения ЩО

Расчетный трехфазный ток линии от ГРЩ до ЩО

= 22,8 А,

Расчетный однофазный ток каждой групповой линии

= 6,2 А,

где U_{н ф} = 220 В – номинальное фазное напряжение сети.

В соответствии с данными табл. 4.2 для питания групповых линий примем щиток осветительный ЩО-12/16. Электрическая схема ЩО-12/16 приведена на рис. 4.7.

Рис. 4.7. Электрическая схема ЩО-12/16

3. Выбор сечений групповых линий

Для линий между ГРЩ и ЩО примем открыто проложенные изолированные медные провода. В соответствии с данными табл. 4.3, 4.4 и величиной тока I_{р ч}=22,8 А примем сечение проводов q_ч=2,5 мм² (I_доп=30 А, r₀ = 7,4 Ом/км).

Для групповых линий примем открыто проложенные изолированные медные провода. В соответствии с данными табл. 4.3, 4.4 и величиной тока I_{р гр}=6,2 А примем сечение проводов q_г=1,5 мм² (I_доп=23 А, r₀ = 12,4 Ом/км).

Таблица 4.2

Щитки осветительные

№	Маркировка	Количество однофазных групп на выходе	Номинальный ток теплового расцепителя, А
1	ЩО-6/16	6	16
2	ЩО-6/25	6	25
3	ЩО-6/40	6	40
4	ЩО-12/16	12	16
5	ЩО-12/25	12	25
6	ЩО-12/40	12	40
7	ЩО-18/16	18	16
8	ЩО-18/25	18	25
10	ЩО-18/40	18	40

Таблица 4.3

Длительные допустимые токи изолированных проводников

Сечение, мм2	Открытая проводка	Скрытая проводка
0,5	11	6
0,75	15	10
1,0	17	12
1,5	23	15
2,5	30	21
4	41	27
6	50	34
10	80	50
16	100	80
25	140	100
35	170	135
50	215	-
70	270	-

Таблица 4.4

Активные сопротивления медных проводов

q, мм2	1,5	2,5	4	6	10	16	25	35	50	70	95	120
r0, Ом/км	12,4	7,4	4,6	3,1	1,84	1,15	0,74	0,52	0,37	0,26	0,19	0,15

4. Проверка сечений по механической прочности

Минимальное сечение по механической прочности медных проводов 1,5 мм². Предварительно выбранные сечения проводов линий удовлетворяют условию механической прочности.

5. Проверка сечений по потере напряжения

Напряжение на шинах ГРЩ составляет U_н=380 В.

Потеря напряжения в линии l₁от ГРЩ до ЩО

U₁ = = = 12 В.

Напряжение на шинах ЩО-12/16

U_що= U_н – U₁ = 380 – 12 = 368 В.

Фазное напряжение на шинах ЩО-12/16

U_{що ф} = =213 В.

Для расчета величины потерь напряжения в групповой линии выберем наиболее длинную групповую линию (крайняя левая на рис. 4.6). В соответствии с размерами помещения длина этой линии составит l₂60 м. Нагрузку групповой сети Р_{р гр} = 1,25 кВт представим сосредоточенной на конце линии.

Потеря напряжения в групповой линии

U₂ = = = 4 В.

Напряжение на зажимах лампы дальнего светильника составит

U_лд = U_{що ф} – U_г = 213 – 4 = 209 В.

Полученное напряжение удовлетворяет требованиям ГОСТ 13109-97, поскольку напряжение на зажимах лампы дальнего светильника отклоняется от номинального напряжения 220 В не более чем на 5 %.

6. Проверка согласования сечений линий групповой сети с защитными аппаратами

В соответствии с требованиями ПУЭ отношение номинального тока теплового расцепителя автоматического выключателя к длительно допустимому току проводника должно быть не более 1.

В соответствии с табл. 4.2 номинальный ток теплового расцепителя автоматического выключателя I_{р ном} = 16 А. Длительный допустимый ток открыто проложенного медного провода групповой линии сечением 1,5 мм² составляет I_доп=23 А (табл. 4.3). Отношение

= < 1,

что соответствует требованиям ПУЭ.