РГЗ Проектирование электрического освещения

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ ЦЕХА ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ»

Методические указания к выполнению РГЗ по дисциплине «Проектирование электрического освещения»

1.Постановка задачи

Вработе необходимо выполнить проектирование системы электроосвещения цеха промышленного предприятия. На производственных участках цеха установлено штатное промышленное оборудование. В цехе предусматривается также наличие служебных, вспомогательных и бытовых помещений. Питание электроприемников цеха осуществляется от встроенной цеховой трансформаторной подстанции.

2. Содержание

Введение

1.Светотехнический расчет

1.1.Выбор систем освещения помещений цеха

1.2.Выбор нормируемой освещенности для каждого помещения цеха

1.3.Выбор источников света для освещения помещений цеха

1.4.Выбор светильников и их размещение в помещениях цеха

1.5.Расчет электрического освещения помещений цеха

2.Электротехнический расчет

2.1.Выбор напряжения и источника питания

2.2.Выбор схемы питания осветительной установки

2.3.Расчет нагрузки электрического освещения

2.4.Выбор групповых щитков освещения

2.5.Выбор марки и способа прокладки проводников

2.6.Расчет сечения проводников

2.7.Выбор защитно-коммутационных аппаратов

2.8.Расчет токов однофазного короткого замыкания и проверка аппаратов

2.9.Расчет потерь напряжения в проводниках

Заключение Список использованных источников Приложение

3. Принципы выполнения

Расчетно-пояснительная записка должна содержать: титульный лист, содержание, введение, основную часть, заключение, список использованных источников, приложение.

Во введении приводятся задание на проектирование и исходные данные: номер варианта задания, наименование, назначение и размеры отдельных помещений цеха, характеристика помещений (габаритные и модульные размеры, среда, классификация по пожаро-, взрыво- и электробезопасности, значения коэффициентов отражения), расположение трансформаторной подстанции.

Основная часть работы включает в себя расчетные задачи по выполнению светового расчета и проектированию осветительной электрической сети цеха.

Расчет системы освещения производится для каждого помещения цеха.

При формировании отдельных разделов расчетной части работы необходимо приводить все используемые при расчетах выражения и формулы, или приводить ссылки на ранее использованные выражения. Ниже по тексту раздела следует приводить пример выполнения расчетов, однотипные же расчеты далее сводятся в таблицы.

При выборе электрооборудования или использовании типовых значений коэффициентов и параметров следует обязательно с помощью ссылки указывать источник информации.

Графическая часть выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ и должна содержать:

план цеха промышленного предприятия с указанием наименований и характеристик отдельных помещений, светильников, осветительной сети, щитков освещения и трансформаторной подстанции. Габаритные размеры на чертеже обязательны;

принципиальную схему питающей сети осветительной установки с указанием параметров всех выбранных распределительных пунктов, защитнокоммутационных аппаратов и проводников

4.Варианты

Таблица 1 – Список вариантов

5. Основные правила оформления

Формат листа А4. Поля: верхнее – 2,0 см, нижнее – 2,5 см, левое – 2,5 см, правое – 1,5 см. Нумерация листов производится в правом верхнем углу. Первым листом считается титульный лист, затем лист содержания работы и т.д. Номер на первом листе не ставится.

Основной текст: шрифт Times New Roman, размер шрифта – 14 пт. Первая строка абзаца – отступ 1,25 см. Полуторный междустрочный интервал, выравнивание по ширине.

Заголовки: введение, заключение, список использованных источников, приложение не нумеруются. Введение, заключение и название глав – заглавные буквы шрифт 14 пт. обычный; наименование разделов в главе – шрифт 14 пт. – полужирный; название подразделов в разделах – шрифт 14 пт. курсив.

Рисунки должны иметь номер и название. Нумерация рисунков осуществляется по главам (рис. 1.1; 2.1; 3.1 и т.д.). Подрисуночные надписи шрифт – 14 пт. Расположение рисунка по центру.

Таблицы должны иметь номер и название. Нумерация таблиц по главам. Название таблицы помещают над таблицей слева, без отступа в одну строку с ее номером через тире. Если таблица не входит на один лист, то она продолжается на следующем листе с повторением шапки таблицы и над таблицей указывается (например): Продолжение табл.

1.1.

Нумерация формул производится по главам. Номер формулы указывается справа в круглых скобках.

Ссылки на используемые источники информации производятся по тексту, номер указывается в квадратных скобках.

Условные обозначения на планах

Выполняются согласно ГОСТ 21.614-88 «Система проектной документации для строительства. Изображения условные графические электрооборудования и проводок на планах». – М.: Госстандарт, 1988.

Условные обозначения на электрических схемах

Выполняются согласно ГОСТ и ЕСКД по: Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

6. Методические указания для проектирования

Низковольтные распределительные сети в цехах промышленных предприятий выполняются отдельно для осветительных (осветительные электрические сети) и для силовых (силовые электрические сети) электроприемников.

Для проектирования электрического освещения первоначально необходимо выполнить ряд шагов, которые объединены общим понятием – светотехнический расчет, результатом которого является требуемое количество ламп, а также их номинальная мощность. При этом должны быть решены следующие вопросы: выбор нормируемой освещенности, выбор системы освещения, выбор источников света, выбор светильников и их размещение, расчет электрического освещения.

Далее с использованием полученных в светотехническом расчете результатов производится расчет электрической нагрузки осветительной установки и проектирование осветительной электрической сети.

6.1.Выбор нормируемой освещенности

Для количественной оценки освещения какой-либо поверхности в светотехнике пользуются понятием освещенности Е, т.е. отношением светового потока, падающего на поверхность, к площади этой поверхности:

E ФS

Единицей измерения является люкс (лк) – это освещенность поверхности площадью 1м2 световым потоком 1 люмен (лм).

Таким образом, освещенность характеризует степень освещения поверхности. Следовательно, при проектировании электрического освещения необходимо правильно выбрать нормируемую величину освещенности. Если создать освещенность меньшую, чем требуется, это вызовет дискомфорт людей, находящихся в помещении, ухудшение условий труда, снижение производительности. Если же освещенность окажется значительно выше нормируемой, это обусловит неоправданное увеличение расходов на монтаж и эксплуатацию системы освещения.

Таблица 2 – Характеристика разрядов зрительной работы

Выбор величины освещенности производится по нормативным документам (СП либо отраслевым нормам) в соответствии с характером и особенностями зрительной работы. В СП зрительная работа подразделяется на соответствующие разряды по минимальному размеру объекта различения. Рекомендации по определению разряда для конкретных помещений приводятся в справочной литературе по светотехнике. Ниже приведены примеры для некоторых помещений.

Таблица 3 – Характеристики помещений

6.2.Выбор системы освещения

Впрактике проектирования осветительных установок промышленных зданий используются две отличные друг от друга системы освещения.

Первая система – система общего освещения – это освещение, при котором светильники размещаются в верхней зоне помещения. Его назначение состоит не только в освещении рабочих поверхностей, но и всего помещения в целом, поскольку светильники общего освещения обычно размещаются под потолком помещения на достаточно большом расстоянии от рабочих поверхностей.

Всистеме общего освещения принято различать два способа размещения светильников: равномерное и локализованное. В системе общего равномерного освещения расстояния между светильниками в каждом ряду и расстояния между рядами выдерживаются неизменными. В системе общего локализованного освещения положение каждого светильника определяется соображениями выбора наивыгоднейшего направления светового потока и устранения теней на освещаемом рабочем месте, т.е. целиком зависит от расположения оборудования.

Равномерное расположение светильников общего освещения применяется обычно

втех случаях, когда желательно обеспечить одинаковые условия освещения по всей площади помещения в целом. При необходимости дополнительного подсвета отдельных участков освещаемого помещения, если эти участки достаточно велики по площади или если по условиям работы невозможно устройство местного освещения, прибегают к локализованному размещению светильников.

Локализованное размещение светильников в перечисленных выше случаях позволяет одновременно с уменьшением удельной установленной мощности по сравнению с вариантом равномерного размещения обеспечить и лучшее качество освещения, в частности создать желательное направление светового потока на рабочие поверхности и устранить падающие тени от близко расположенного оборудования.

Вторая система – система комбинированного освещения – освещение, при котором к общему освещению добавляется местное. Данная система включает в себя как светильники, расположенные непосредственно у рабочего места и предназначенные для освещения только лишь рабочей поверхности (местное освещение), так и светильники общего освещения, предназначенные для выравнивания распределения яркости в поле зрения и создания необходимой освещенности по проходам помещения. Система комбинированного освещения обычно характеризуется повышенными первоначальными затратами на оборудование по сравнению с системой общего освещения.

С точки зрения удобства эксплуатации система комбинированного освещения имеет преимущества по сравнению с системой общего освещения. Действительно, так как светильники местного освещения расположены непосредственно у рабочих мест, то значительно упрощаются их чистка, смена перегоревших ламп, а также систематический надзор и текущий ремонт осветительной установки. Местное освещение на рабочих местах, на которых в данный момент работа не производится, может быть выключено, что обеспечивает большую гибкость в эксплуатации освещения, исключая непроизводительный расход электроэнергии.

6.3.Выбор источников света

Все источники света по принципу формирования светового потока можно разделить группы по принципу действия: лампы накаливания, газоразрядные лампы, светодиоды и т.д.

Лампы накаливания. Действие ламп накаливания основано на принципе теплового излучения. Свечение в этих лампах возникает в результате нагрева нити накала до высокой температуры. При низких температурах телом излучаются почти исключительно невидимые инфракрасные лучи. По мере повышения температуры изменяется состав спектра, происходит увеличение видимого излучения.

Лампы накаливания просты в изготовлении, удобны в эксплуатации, не требуют дополнительных устройств для включения в сеть, обеспечивают практически мгновенное зажигание при включении, независимо от температуры внешней среды. Недостаток этих ламп – малая световая отдача (10-15 лм/Вт) при большой яркости нити накала, низкий КПД, равный 10-13%. Срок службы ламп составляет 1000-2000 ч. Лампы дают непрерывный спектр, отличающийся от спектра дневного света преобладанием желтых и красных лучей, что искажает восприятие человеком цветов окружающих предметов.

В силу принятия Федерального закона № 261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» происходит постепенная замена данного вида ламп на более энергоэффективные источники света.

Галогенные лампы накаливания наряду с вольфрамовой нитью содержат в колбе пары того или иного галогена, который повышает температуру накала нити и практически исключает испарение. Они имеют более продолжительный срок службы (до 3000 ч) и более высокую светоотдачу (до 30 лм/Вт).

Газоразрядные лампы излучают свет в результате электрических разрядов в парах газа. На внутреннюю поверхность колбы нанесен слой светящегося вещества – люминофора, трансформирующего электрические разряды в видимый свет. Различают газоразрядные лампы низкого (люминесцентные) и высокого давления (ДРЛ, ДРИ, ДНаТ).

Люминесцентные лампы создают в производственных и других помещениях искусственный свет, приближающийся к естественному свету, более экономичны в сравнении с другими лампами. Работа люминесцентной лампы основана на использовании ультрафиолетового излучения в парах ртути низкого давления, наполняющего колбу лампы, при прохождении через них электрического тока с последующим его преобразованием с помощью люминофора в видимое излучение.

К преимуществам люминесцентных ламп относятся больший срок службы и высокая световая отдача (60-80 лм/Вт). Свечение происходит со всей поверхности трубки, а, следовательно, яркость и слепящее действие люминесцентных ламп значительно ниже ламп накаливания. Низкая температура поверхности колбы делает лампу относительно пожаробезопасной.

Несмотря на ряд преимуществ, люминесцентное освещение имеет и некоторые недостатки: сложная схема включения, требующая пускорегулирующих устройств (ПРА); чувствительность к колебаниям температуры окружающей среды.

Одной из современных модификаций люминесцентных ламп являются компактные люминесцентные лампы. Они сохраняют все основные достоинства люминесцентных ламп, уже ставших традиционными, но при этом обладают возможностью применения в обычных светильниках вместо ламп накаливания. Это стало возможным за счет встраивания в корпус лампы ПРА, а также использования резьбового цоколя. Такие лампы получили неофициальное название энергосберегающих ламп, поскольку из-за высокой светоотдачи, характерной для люминесцентных ламп имеют пониженное электропотребление (примерно в 5 раз) по сравнению с лампами накаливания с аналогичными световыми параметрами.

Для освещения открытых пространств, высоких (более 6 м) производственных помещений большое распространение получили дуговые ртутные лампы ДРЛ. Эти лампы, в отличие от обычных люминесцентных ламп, сосредотачивают в небольшом объеме значительную мощность. Конструктивно лампа состоит из внешнего баллона, выполненного из стекла, внутри которого помещена кварцевая газоразрядная лампа, наполненная некоторым количеством ртути и инертным газом. На внутреннюю поверхность баллона нанесен слой люминофора.

Основные достоинства ламп ДРЛ состоят в устойчивости к атмосферным воздействиям, возможности изготовления ламп большой мощности. К недостаткам ламп относится длительное разгорание при включении, а также способность повторно зажигаться только после охлаждения. Следует отметить, что также существенным

недостатком является плохая цветопередача, позволяющая применять лампы только при отсутствии каких-либо требований к различению цветов.

Наряду с лампами ДРЛ при освещении высоких производственных помещений возможно использовать металлогалогенные лампы ДРИ. Данные источники света являются совершенствованием ламп ДРЛ. Добавление иодидов металлов позволило повысить световую отдачу до 70-90 лм/Вт, а также улучшить спектральный состав света. В остальном лампы ДПИ характеризуются теми же особенностями (длительный срок службы, включение через ПРА и др.), как и любые другие газоразрядные лампы.

Натриевые лампы ДНаТ являются самыми экономичными из газоразрядных ламп. Световая отдача таких источников света составляет 90-120 лм/Вт при достаточно продолжительном сроке службы. Однако резко неправильная цветопередача с преобладанием желтых лучей делает пригодными лампы ДНаТ в основном для наружного уличного освещения.

Впоследнее время все более популярными для электрического освещения становятся светодиоды. Работа этих источников света основана на физическом явлении возникновения светового излучения при прохождении электрического тока через полупроводниковый p-n-переход. Световая энергия выделяется при рекомбинации носителей электрического заряда, движущихся навстречу друг другу – электронов и дырок на границе p-n-перехода.

Светодиоды являются идеальным вариантом замены обычных ламп накаливания благодаря возможности их использования в лампах со стандартным цоколем. При этом они обладают рядом несомненных преимуществ: низким электропотреблением, мгновенным зажиганием, простотой обслуживания, высокой механической прочностью и надежностью, а срок службы может достигать 100 тысяч часов. Недостатком таких источников света на данный момент является их чрезмерно высокая стоимость.

Вобщем случае, при решении вопроса о выборе источника света для освещения производственных помещений, необходимо анализировать преимущества и недостатки источников света и уже далее делать вывод о необходимости и целесообразности применения тех или иных ламп с учетом рекомендаций СП.

6.4.Выбор светильников

Осветительным прибором называют совокупность осветительной арматуры и помещенного в нее источника света. Осветительные приборы, предназначенные для освещения объектов, расположенных относительно близко от них, называют светильниками, а удаленных объектов – прожекторами.

Необходимость помещения лампы внутрь осветительной арматуры вызывается следующими соображениями. При горении открытая лампа излучает световой поток в пространство равномерно во все стороны. Около половины всего излучаемого потока направляется в верхнюю полусферу. Эта часть светового потока, падая на окрашенные в темные цвета или загрязненные стены и потолки производственных помещений, в результате отражения либо дает незначительное увеличение освещенности рабочих мест, либо вообще не используется. Осветительная арматура позволяет перераспределить световой поток источника света, т.е. послать его в нужном направлении.

Применяя в зависимости от внешней среды соответствующую осветительную арматуру, также можно надежно предохранить лампу от загрязнений, коррозии, механических повреждений, влаги, пожаро- и взрывоопасной пыли и паров.

В общем случае все светильники характеризуются следующими основными показателями:

характером распределения светового потока в пространстве;

величиной защитного угла;

коэффициентом полезного действия;

степенью защиты IP.

Светильники в зависимости от заданных условий распределения светового потока между верхней и нижней полусферами делятся на следующие группы.

Светильники прямого света (П) направляют не менее 80% всего светового потока, излучаемого лампой, в нижнюю полусферу. Благодаря тому, что наибольшая часть светового потока направляется непосредственно на освещаемые поверхности, светильники прямого света самые экономичные по расходу электроэнергии и применяются для освещения производственных помещений и наружного освещения. Их недостаток заключается в появлении довольно резких теней.

Светильники преимущественно прямого света (Н) излучают в нижнюю полусферу от 60 до 80% всего светового потока. Такие светильники применяются в цехах с хорошо отражающими стенами и потолками.

Светильники рассеянного света (Р) излучают световой поток во все стороны (от 40 до 60% в каждую полусферу). Эта группа является промежуточной между светильниками прямого и отраженного света и применяется в производственных помещениях, когда необходимо, кроме освещения нижней части помещения, осветить также и часть технологического оборудования и трубопроводов, расположенных в верхней части помещения. Светильники этой группы широко используются и для освещения административных и бытовых помещений при светлых тонах окраски потолков и стен.

Светильники преимущественно отраженного света (В) направляют от 60 до 80% светового потока в верхнюю полусферу и применяются в тех случаях, когда по характеру работы, выполняемой в данном помещении, не должно быть теней.

Светильники отраженного света (О) направляют не менее 80% светового потока, излучаемого лампой, в верхнюю полусферу. При освещении чистых и светлых помещений они создают свет, равномерно распределенный по всему объему помещения, при этом почти совсем отсутствуют резкие тени и полутени. Эти светильники применяются для освещения общественных зданий, а также для архитектурного освещения. Светильники отраженного света менее экономичны в энергетическом отношении, чем светильники групп прямого или рассеянного света.

Излучаемый в данной полусфере поток также может быть различно распределен в пространстве. Его распределение по отдельным направлениям пространства характеризуется кривыми силы света. ГОСТ устанавливает следующие основные типы кривых силы света: К – концентрированная; Г – глубокая; Д – косинусная; С – синусная; Л

– полуширокая; Ш – широкая; М – равномерная.

Другой характеристикой светильников является его защитный угол. Для защиты глаз наблюдателя от воздействия яркости источника света каждый светильник должен иметь определенную величину защитного угла.

Рис. 1.Типовые кривые силы света

Защитным углом светильника с лампой накаливания называют угол γ, образованный двумя прямыми линиями, из которых одна проходит через тело накала лампы, а другая соединяет крайнюю точку тела накала с противоположным краем отражателя.

Рис. 2. Защитный угол светильника

Световой поток, излучаемый открытой лампой, всегда будет больше светового потока светильника с этой же лампой. Это объясняется тем, что часть светового потока поглощается осветительной арматурой.

Отношение светового потока светильника Фсв к световому потоку источника света (лампы) Фл называется коэффициентом полезного действия светильника:

Фсв

Фл

По степени защиты от воздействия окружающей среды, определяемой кодом IP (Ingress Protection) с указанием двух цифр, первая из которых характеризует защиту светильника от проникновения твердых тел, а вторая – от попадания воды, светильники подразделяются на обычные, например, со степенью защиты IP20, и защищенные от пыли и влаги, например IP54 и IP65.

Таблица 4 – Степень защиты по ГОСТ 14254-96

Как было показано ранее, общее освещение может быть выполнено при равномерном или локализованном расположении светильников. Расположение светильников локализованного освещения, их мощность и высота подвеса определяются индивидуально для каждого рабочего места или участка производственного помещения. При этом учитываются характер производственного процесса и требования наилучшего направления светового потока.

При равномерном размещении светильников необходимо найти наивыгоднейшее расстояние между ними, при котором для заданных освещенностей потребляется наименьшее количество энергии. Размещение светильников чаще всего производится по углам квадрата, прямоугольника или в шахматном порядке.

При размещении светильников проектировщик сталкивается с двумя противоречивыми условиями. С одной стороны, частое расположение светильников требует применения ламп малой мощности с невысокой светоотдачей, что приводит к повышенному расходу электроэнергии и излишним капитальным затратам на светильники и монтаж электросети. С другой стороны, редкое расположение светильников с лампами

относительно большой мощности приводит к неравномерной освещенности, что в итоге также невыгодно в энергетическом отношении, поскольку освещенность точек поверхностей под светильниками будет намного превышать освещенность точек между светильниками, где необходимо обеспечить нормированную минимальную освещенность.

Рис. 3. Варианты размещения светильников

В результате оказываются невыгодными в энергетическом отношении как слишком большие, так и слишком малые расстояния между светильниками. В светотехнике пользуются понятием относительного расстояния между светильниками, которое представляет собой отношение абсолютной величины расстояния между светильниками L к высоте их подвеса над рабочей поверхностью Hp:

L

H P

Рис. 4. Расположение светильников по высоте помещения

Рекомендуемые относительные расстояния для наиболее часто применяемых светильников, приводятся в светотехнических справочниках. При этом оптимальные относительные расстояния не всегда могут быть приняты по архитектурно-строительным и другим условиям. Поэтому при проектировании осветительных установок возможны

При освещении помещений люминесцентными лампами они размещаются сплошными рядами или с незначительными разрывами. Расстояние между параллельными