9 Выбор сечения проводов, кабелей, расчёт защиты

осветительной сети

9.1 Выбор сечений проводников линии, питающей ЩО

Условием механической прочности заключается в том, что сечение жил с медными проводами должно быть не менее 1.5 мм², а сечение жил с алюминиевыми проводами не менее 2.5 мм².

Произведем расчет сечений проводов и кабелей, питающих светильники. Питание осветительных установок осуществляется в соответствии со схемой от трансформаторной подстанции с трансформатором типа ТМ-1600/10, имеющими следующие паспортные данные: ∆P_кз=18кВт, U_к=5,5%. Трансформатор работает с коэффициентом мощности нагрузки cosφ=0,9, коэффициент загрузки трансформатора β=0,65.

В результате светотехнического расчета получено, что освещение ремонтно-механического цеха выполняется тремя рядами , каждый из которых содержит по 15 светильников с лампами типа ДРЛ мощностью P_н=400 Вт, кроме ряда линий С2, в котором исключается один светильник, расположенный над сварочным участком, имеющим меньшую строительную высоту. Таким образом, общее число световых приборов рабочего освещения в цехе равно 44 штукам.

Наметим основные решение по конструктивному исполнению осветительных сетей. Групповые линии С1, С2, С3 принимаются трехфазными и выполняются пятижильными кабелями. Групповые линии С4-С8 принимаем в однофазном исполнении и выполняем трехжильными кабелями. Питающие линии П2 и П4 выполняются кабелями, проложенными на лотках. Из экономических соображений для всех линий выбираем кабели с алюминиевыми жилами марки АВВГ. Распределение светильников по фазам производим таким образом, чтобы в максимальной степени уменьшить проявление стробоскопического эффекта и по возможности равномерно загрузить фазы.

Длины участков определяются по плану здания с учетом вертикальной и горизонтальной прокладки кабелей.

Определим потерю напряжения в трансформаторе. Для этого найдем значение U_ка, которое представляет собой активное сопротивление обмоток трансформатора в процентах, определяется по формуле

U_ка=∆P_к*100/S_ном, (9.1.1)

где ∆P_к - потери короткого замыкания, кВт

S_ном – номинальная мощность трансформатора, кВА.

U_ка=18*100/1000=1,8 %.

Реактивное сопротивление обмоток трансформатора находится по выражению

U_кр=, (9.1.2)

где U_к – напряжение короткого замыкания, %.

U_кр==5,2 %

Определим потери в трансформаторе по формуле

∆U_T= β_T*(U_ка*cosφ+ U_кр*sinφ) (9.1.3)

∆U_T=0,65*(1,8*0,9+5,2*0,4)=2,5 %

Найдем по формуле допустимую потерю напряжения

∆U_доп=10-∆U_T (9.1.4)

∆U_доп=10-2,5=7,5 %

Данные групповых линий приведены в таблице 9.1.1.

Таблица 9.1.1- Параметры групповых линий

Параметры линий	Линия
	С1	С2	С3	С4	С5	С6	С7	С8	С9
NR,шт	15	14	15	8	12	6	8	3	3
Рном, Вт	400	400	400	58	36	58	36	60	60
Руст, Вт	6000	5600	6000	464	432	348	288	180	180
cosφ	0,85	0,85	0,85	0,9	0,92	0,9	0,9	1	1

Определим расчетные активные нагрузки групповых линий по формуле

, (9.1.5)

где К_с – коэффициент спроса осветительной нагрузки, принимаем К_с=1;

К_ПРАi – коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующей аппаратуре i-ой газоразрядной лампы, принимаем для ламп ДРЛ=1,1,для ЛН=1, а для ЛЛ=1,2;

P_номi – номинальная мощность i-й лампы, кВт;

n – количество ламп, питающихся по линии.

Рассчитаем активную нагрузку для групповых линий

P_p1=1*=6,6 кВт;

P_p2=1*=6,16 кВт;

P_p3=1*=6,6 кВт;

P_p4=1*=0,56 кВт;

P_p5=1*=0,52 кВт;

P_p6=1*=0,42 кВт;

P_p7=1*=0,35 кВт.

Для линии, питающей один осветительный щиток, К_с=1. В этом случае ее расчетная нагрузка

Р_рп==6,6+6,16+6,6+0,56+0,52+0,42+0,35=21,2 кВт (9.1.6)

Для выбора сечений жилы питающего кабеля определим собственные моменты нагрузок соответствующих линий по формулам:

питающая линия П2:

М_П2=Р_рп*L_ТП-ВПУ, (9.1.7)

где L_ТП-ВПУ=1 м, данные берем из задания по курсовому проектированию

М_П2=21,2*1=21,2 кВтм

групповая линия С1:

M₁=P_p1*(L+(n-1)*l/2), (9.1.8)

где l – расстояние между светильниками, l=3 м;

L - длина кабеля, приблизительно измерим зная масштаб на чертеже, L=5,4 м.

M₁=6,6*(5,4+(15-1)*3/2)=173,9 кВтм

групповая линия С2(L=9,3; l=3 м):

M₂=6,16*(9,3+(14-1)*3/2)=177,2 кВтм

групповая линия С3(L=19,5; l=3 м):

M₃=6,6*(19,5+(15-1)*3/2)=267,3 кВтм

групповая линия С4 (L=70,8 м, Hp=2,8 м):

M₄=P_p4*(L+H_p)+l*P_p4/2, (9.1.9)

где l – расстояние между рядами светильников, l=4,2 м;

M₄=0,56*(70,8+2)+4,2*0,56/2=42,2 кВтм;

групповая линия С6 (L=12,6 м, Hp=2 м; l=3 м):

M₆=0,4*(12,6+2)+3*0,4/2=6,7 кВтм;

групповая линия С7 (L=4,64 м, Hp=2 м; l=3 м):

M₇=0,35*(4,64+2)+3*0,35/2=2,8 кВтм;

групповая линия С5 (L=18,2 м; l=1,5 м; P₃=0,2 кВт):

M₅=l*P_p5+L*P₃=1,5*0,4+18,2*0,2=4,7 кВтм.

Для выбора сечения проводников линии, питающей ЩО, по допустимой потере напряжения необходимо определить ее приведенный момент нагрузке по формуле:

М_пр=, (9.1.10)

где - сумма моментов данного и всех последующих по направлению тока участков с тем же числом проводов линии, что и на данном участке;

- сумма приведенных моментов участков с другим числом проводов;

- коэффициент приведения моментов, который принимаем =1,85.

М_пр=21,2+173,9+177,2+267,3+1,85*(42,2+4,7+6,7+2,8)=743,9 кВтм.

Тогда сечение жил питающего кабеля определяется в соответствии с формулой

F=M_пр/С*∆U_доп, (9.1.11)

где С- коэффициент зависящий от проводимости материала жил провода и кабеля, а также от номинального напряжения сети, принимаем С=48 [5, табл. 8.14];

F=743,9 /48*7,5=2,1 мм²

Принимаем F=2,5 мм². Выбираем пятижильный кабель АВВГ 5х2,5-0,66 с I_доп=19 А [5, табл. 8.6].

Проверяем выбранный кабель по условию допустимого нагрева, принимая для нормальных условий прокладки К_п=1 Определим средневзвешенное значение коэффициента мощности нагрузки линии по выражению

cosφ=φ, (9.1.12)

где cosφ_i – коэффициент мощности нагрузки i-й линии;

P_pi - расчетная мощность осветительной нагрузки i-й линии;

n - количество групп линий.

cosφ=(0,85*6,6+0,85*6,16+0,85*6,6+0,9*0,56+0,92*0,52+0,9*0,42+0,9*0,35)/

/21,2=0,86

Вычисляем расчетный ток линии идущей от ВРУ:

(9.1.13)

==35,83 А

Так как 19<35,83, то выбранное по допустимой потере напряжения сечение жил кабелей не проходит по нагреву расчетным током.

Следовательно, принимаем кабель АВВГ5х10-0,66 с I_доп=42 А [5, табл. 8.6].

Определяем фактическую потерю напряжения в питающей линии

∆U=(9.1.14)

∆U=%

Вычисляем оставшуюся величину допустимой потери напряжения, по которой рассчитываются групповые линии:

∆=∆U_доп^` - ∆U_пл (9.1.15)

∆=7,47-2,87=4,6 %

Так как расчет по допустимой потере напряжения ведется от ТП, то при случае, когда осветительная сеть питается от ВРУ, необходимо знать нагрузку ВРУ:

S_{р. ВРУ}=0,15βS_нт; (9.1.16)

S_{р. ВРУ}=0,15*0,65*1600=165 кВА;

I_р.ВРУ=; (9.1.17)

I_р.ВРУ=А;

Определяем марку кабеля и сечение ВРУ по допустимому нагреву:

I_доп≥ I_р.ВРУ/К_п, (9.1.18)

где I_доп - допустимый ток выбираемого кабеля, А;

К_п - коэффициент, учитывающий условия прокладки, принимаем К_п=1;

Выбираем кабель АВВГ5х120-0,66 с I_доп=295, так как 295≥255,17, то условие выполняется.

Рассчитываем фактическую потерю напряжения на участке от ТП до ВРУ:

∆U_тп-вру=I_р.ВРУ l(r_ocosφ+x₀sinφ) 100/U_н, (9.1.19)

где l – расстояние от ТП до ВРУ, км;

r_o, x₀ – погонное сопротивление, соответственно активное и реактивное кабеля, питающего ВРУ, Ом/км[4, табл. П14, П16], принимаем 0,092 и 0,12 соответственно;

cosφ – коэффициент мощности нагрузки ВРУ, принимаем cosφ=0,9

U_н – номинальное напряжение сети, 400 В

∆U_тп-вру=*255,17*0,065(0,092*0,9+0,12*0,44)*100/400=0,97%

Вычисляем оставшуюся величину допустимой потери напряжения, по которой рассчитываются групповые линии:

∆=∆U - ∆U_тп-вру; (9.1.20)

∆=7,5-0,97=6,53%;

∆=∆U_доп^` - ∆U_пл; (9.1.21)

∆=6,53-0,044=6,49 %.

9.2 Выбор сечений проводников групповых линий

Определяем сечение жил кабелей трехфазной линии С1, исходя из оставшейся величины допустимой потери напряжения по формуле 9.1.11, принимая С=48 [5, табл. 8.14]:

F_С1=173,9/48*6,49=0,56 мм²

Принимаем сечение жилы кабеля 2,5 мм². Кабель марки АВВГ5х2,5-0,66 с I_доп=19 А при прокладке в воздухе [5, табл. 8.6]. Для проверки сечения жил кабеля по допустимому нагреву определяем расчетный ток линии С1 по формуле 9.1.13:

I_p=А

Так как 19>11,2 А, то выбранный по допустимой потере напряжения кабель удовлетворяет условию нагрева.

Фактическая потеря напряжения в линии С1 определяется по формуле 9.1.14:

∆U=%

Расчет линий С2 и С3 производиться аналогично.

Производим такой же расчет для однофазной линии С4, исходя из оставшейся величины допустимой потери напряжения по формуле 9.1.11, принимая С=8 [5, табл. 8.14]:

F_С4=42,2/8*6,49=0,81 мм²

Принимаем сечение жилы кабеля 2,5 мм². Кабель марки АВВГ3х2,5-0,66 с I_доп=19 А при прокладке в воздухе [5, табл. 8.6]. Для проверки сечения жил кабеля по допустимому нагреву определяем расчетный ток линии С4 по формуле 9.1.13:

I_p=А

Так как 19>2,7 А, то выбранный по допустимой потере напряжения кабель удовлетворяет условию нагрева.

Фактическая потеря напряжения в линии С1 определяется по формуле 9.1.14:

∆U=%

Расчет линий С5, С6, С7 и С8 производиться аналогично. Результаты расчетов питающей и групповых линий приведены в таблице 9.2.1

Таблица 9.2.1 - Результаты расчета электрических сетей рабочего освещения

Линия	Сечение жилы по потере напряжения, мм2	Расчетный ток линии, А	Марка кабеля, количество и сечение жил, мм2	Допустимый ток кабеля, А	Фактическая потеря напряжения, %
П2	10	35,83	АВВГ5х10-0,66	42	2,87
С1	2,5	11,20	АВВГ5х2,5-0,66	19	1,45
С2	2,5	10,47	АВВГ5х2,5-0,66	19	2,23
С3	2,5	11,22	АВВГ5х2,5-0,66	19	2,11
С4	2,5	2,69	АВВГ3х2,5-0,66	19	0,23
С5	2,5	2,45	АВВГ3х2,5-0,66	19	0,24
С6	2,5	2,02	АВВГ3х2,5-0,66	19	0,34
С7	2,5	1,67	АВВГ3х2,5-0,66	19	0,14

9.3 Расчет электрической сети аварийного освещения

Конструктивное исполнение сети освещения для эвакуации такое же, как и рабочего освещения. Расчет электрической сети аварийного освещения выполняется в той же последовательности и по тем же формулам, что и система рабочего освещения, поэтому опуская расчеты приведем полученные результаты в таблице.

Рассчитаем активную нагрузку для групповых линий по формуле 9.1.5:

P_p1=1*=0,18 кВт;

P_p2=1*=0,18 кВт.

Для линии, питающей один щиток аварийного освещения, К_с=1. В этом случае ее расчетная нагрузка

Р_рп==0,18+0,18=0,36 кВт (9.3.1)

Для выбора сечений жилы питающего кабеля определим собственные моменты нагрузок соответствующих линий по формулам:

питающая линия П4:

М_П4=Р_рп*(L+l), (9.3.2)

где L=2 м, данные берем из чертежа, а l приблизительно измерим на чертеже, l=1,4 м;

М_П4=0,36*2+1,4=0,86 кВтм.

групповая линия С8:

M₈=P_p8*(L+l), (9.3.3)

где l – расстояние между светильниками, l=16 м;

L- длина кабеля, приблизительно измерим зная масштаб на чертеже, L=22,5 м;

M₈=0,18*(22,5+16)=6,9 кВтм

групповая линия С9(L=12,6; l=16 м):

M₉=0,18*(12,6+16)=5,2 кВтм

Для выбора сечения проводников линии, питающей ЩОА, по допустимой потере напряжения необходимо определить ее приведенный момент нагрузке по формуле 9.1.10:

М_пр=0,86+5,2+6,9=12,9 кВтм;

Тогда сечение жил питающего кабеля определяется в соответствии с формулой 9.1.11 принимая С=8 [5, табл. 8.14];

F=12,9 /8*7,5=0,22 мм²

Принимаем F=2,5 мм². Выбираем трехжильный кабель АВВГ 3х2,5-0,23 с I_доп=19 А [5, табл. 8.6].

Вычисляем расчетный ток линии:

А (9.3.4)

==1,57 А

Так как 1,57<19, то выбранное по допустимой потере напряжения сечение жил кабелей проходит по нагреву расчетным током.

Определяем фактическую потерю напряжения в питающей линии

∆U= (9.3.5)

∆U=%

Вычисляем оставшуюся величину допустимой потери напряжения:

=∆U`_доп - ∆U_пл (9.3.6)

=6,53-0,043=6,49 %

Для выбора сечений проводников групповых линий определяем сечение жил кабелей однофазной линии С8, исходя из оставшейся величины допустимой потери напряжения по формуле 9.1.11, принимая С=8 [5, табл. 8.14]:

F_С8=6,9/8*6,49=0,13 мм²

Принимаем сечение жилы кабеля 2,5 мм². Кабель марки АВВГ3х2,5-0,23 с I_доп=19 А при прокладке в воздухе [5, табл. 8.6]. Для проверки сечения жил кабеля по допустимому нагреву определяем расчетный ток линии С8 по формуле 9.1.11:

I_p=А

Так как 19>0,78 А, то выбранный по допустимой потере напряжения кабель удовлетворяет условию нагрева.

Фактическая потеря напряжения в линии С8 определяется по формуле 9.3.5:

∆U=%

Расчет линий С9 производиться аналогично. Результаты полученных расчетов приведены в таблице 9.3.1.

Таблица 9.3.1 – Результаты расчета электрических сетей аварийного освещения

Линия	Сечение жилы по потере напряжения, мм2	Расчетный ток линии, А	Марка кабеля, количество и сечение жил, мм2	Допустимый ток кабеля, А	Фактическая потеря напряжения, %
П4	2,5	1,57	АВВГ3х2,5-0,23	10	1,19
С8	2,5	0,78	АВВГ3х2,5-0,23	10	0,35
С9	2,5	0,78	АВВГ3х2,5-0,23	10	0,26

Электрическая осветительная сеть РМЦ не требует защиты от перегрузки, а в пожароопасном помещении кладовой такая защита необходима. Однако, поскольку в щитке применяются автоматические выключатели с комбинированным расцепителем, ими осуществляется защита всех линий от токов КЗ и длительной перегрузки.

Выбор номинального тока расцепителя автомата, защищающего линию, питающую светильники с люминесцентными лампами низкого давления, производиться по условию

I_ном≥I_p (9.3.7)

Тогда для линии С4 I_{ном р}≥2,69 А, тогда принимаем I_ном =3,2 А.

При установке автоматов в закрытых щитках рабочий ток групповой линии не должен превышать 0,9 I_{ном р}, что в данном случае выполняется.

Кратность тока отсечки автомата по отношению к номинальному току расцепителя принимается равной 3. В этом случае ток срабатывания электромагнитного расцепителя равен:

I_{ср р}=3,2*3=9,6 А

Принимаем выключатель типа ВА61F29-1B с номинальным током автомата 63 А и номинальным током расцепителя 3,2 А.

Выбор номинальных токов расцепителей автоматических выключателей для защиты линий, питающих светильники с лампами ДРЛ осуществляется с учетом пусковых токов ламп по выражению:

I_ном≥1,3*I_p (9.3.8)

Например, для линии С1

I_ном≥1,3*11,22=14,59 А.

Принимаем для защиты трехфазной групповой линии три однополюсных автоматических выключателя типа ВА61F29-1B с I_ном=16 А. Ток срабатывания электромагнитного расцепителя I_{ср р}=48 А.

Выбор аппаратов защиты для остальных линий производится аналогично. Результаты расчета представлены в таблице 9.3.2.

Таблица 9.3.2 –защитные аппараты для осветительной сети

Защищаемая линия	Расчетный ток, А	Количество автоматов, шт	Тип автомата	Номинальный ток расцепителя, А	кратность токовой отсечки	Ток срабатывания электромагнитного расцепителя, А
Птп-вру	255,17	1	ВА57-39	320	10	3200
П2	35,84	1	ВА61F29-3C	40	5	200
П4	1,56	1	AE1000	2	12	24
С1	11,22	3	ВА61F29-1B	16	3	48
С2	10,47	3	ВА61F29-1B	16	3	48
С3	11,22	3	ВА61F29-1B	16	3	48
С4	2,69	1	BA61F29-1B	3,2	3	9,6
С5	2,45	1	BA61F29-1B	3,2	3	9,6
С6	2,02	1	BA61F29-1B	2,35	3	7,5
С7	1,67	1	BA61F29-1B	2	3	6
С8	0,78	1	AE1000	1	12	12
С9	0,78	1	AE1000	1	12	12

Для рабочего и аварийного освещения принимаем групповые щитки серии ЩО 8505 с однополюсными автоматическими выключателями типа BA61F29-1B на групповых линиях. В щитке рабочего освещения требуется 13 автоматов (линия С1-3, С2-3, С3-3, С4-1, С5-1, С6-1, С7-1 шт.). Принимаем щиток типа ЩО 8505-1215(схема №12,количество выключателей-15) с зажимами на вводе. Два выключателя являются резервными, что может оказаться полезным в условиях эксплуатации осветительных установок. В качестве ЩАО выбираем щиток типа ОП-3УХЛ4 с тремя однофазными выключателями на групповых линиях (один из них - резервный) с зажимами на вводе.

Заключение

Таким образом, в результате выполнения данной курсовой работы были получены следующие основные результаты:

– выполнен выбор источников света для системы общего равномерного освещения цеха и вспомогательных помещений;

– выбрана нормируемая освещенность помещений и коэффициенты запаса;

– выбран тип светильников, высота их подвеса и размещение:

в основном помещении цеха для основного и аварийного освещения применены светильники типа РСП 05-400 и НСП03-60-01 с лампами ДРЛ и ЛН;

во вспомогательных помещениях светильники ЛСП 18-2х58, ЛПП 12-2х36, ЛПП 12-58, ЛПП 20-36, ЛПП 12-2х18.

– выполнен светотехнический расчет системы общего равномерного освещения и определена единичная установленная мощность источников света в помещениях;

– разработана схема питания осветительной установки; определены места расположения щитков освещения и трассы электрической сети;

– выбраны тип щитков, ВРУ, сечения кабелей. Осветительная сеть выполнена кабелем марки АВВГ требуемого сечения.

Для обеспечения надежной защиты была выбрана современная система система заземления TN-S.

Литература

1. Электрическое освещение: практ. пособие по выполнению курсового и дипломного проектирования для студентов специальностей 1-43 01 03 «Электроснабжение» и 1-43 01 07 «Техническая эксплуатация энергооборудования организаций» днев. и заоч. формы обучения / авт.-сост.: А. Г. Ус, В. Д. Елкин.- Гомель: ГГТУ им. П. О. Сухого, 2005.-111с.

2. Строительные норма Республики Беларусь, Мiнiстэрства архiтэктуры i будаунiцтва Pэспy6лiкi Беларусь, Минск,1988Справочная книга для проектирования электрического освещения / Под ред. Г.М. Кнорринга. Л., “Энергия”, 1976.

3. Л. И. Лозовский, Проектирование электрического освещения, – Мн.: Вышэйшая школа. 1976.

4. Технические сведения об оборудовании, ч.1, для курсового и дипломного проектирования по специальности 10.04 N2168,– Гомель, ГГТУ им. П. О. Сухого,1997.

5. Электрическое освещение: учебник / В. Б. Козловская, В. Н. Радкевич, В. Н. Сацукеви. – Минск: Техноперспектива, 2011, - 543с.