3.4. Расчет силовых и осветительных сетей цеха

Под расчетом проводов, кабелей и шинопроводов цеха понимается выбop сечения провода или кабеля, типа шинопровода. Сечение проводников всех линий должно быть выбрано таким образом, чтобы стоимость сети была минимальной, сеть была надежной, долговечной и качество электрической энергии на зажимах элекроприемников отвечало бы нормам ГОСТа.

3.4.1. Выбор сечения проводников по механической прочности

В условиях эксплуатации провода и кабели могут подвергаться различного рода механическим нагрузкам. Чтобы, проводники не были повреждены (порваны) их сечение должно быть не менее сечения, допустимого по механической прочности, то есть

q>=q_мех (3.1)

Значения минимальных сечений указываются в справочниках. Они зависят от материала проводника, места, способа и условий прокладки. Алюминиевые провода и кабели для большинства случаев прокладки по стенам и потолкам на роликах, скобах и в трубах имеют q,_ех=2,5 мм² . В этих случаях для медных жил q_мех = 1 мм² Для присоединения подвижных электроприемников (тельферы, краны небольшои мощности и т.п.) используются гибкие кабели с медными жилами, у которых q,_ех=2,5 мм²

3.4.2. Выбор сечения проводников по нагреву

При протекании тока по проводнику в нем выделяется мощность , затрачиваемая на нагрев проводника (где I - ток в проводнике, R - сопротивление проводника). Чем больше ток, тем выше температура нагрева проводника и его изоляции. Так как температура изоляции не может быть выше допустимой, то и ток проводника не должен быть выше допустимого для данного сечения. Максимально допустимый ток I_доп зависит от сечения проводника, материала проводника (алюминий, медь), свойств изоляции, способа прокладки и конструкций проводника. С учетом всех этих парамет­ров составлены таблицы длительно допустимых токов (табл.3.4), Длительно допустимые токи плоских проводов типа АППВС при скрытой прокладке принимаются такими же, как и для проводов, проложен­ных в трубах.

Для выбора сечения провода или кабеля по току, определяется расчетный ток I по расчетной мощности Р (см.главу 2).

Расчетный ток для двухпроводной линии (однофазный силовой электроприемник подключен на фазное напряжение или однофазная групповая линия освещения) определяется по формуле:

(3.2)

а для трехфазной сети

(3.3)

Тогда сечение кабеля или провода по нагреву q_I выбирается из условия

(3.4)

Для осветительной нагрузки принимаются следующие значения cosᵩ: для ламп накаливания =1; для люминисцентных ламп с компенсированными схемами =0,9, без компенсированных схем =0,5; для ламп ДЛР =0,57; для групповых линий и питающих линий, подключенных к групповым щиткам без компенсации и при наличии компенсации =0,9. В четырехпроводных осветительных сетях с лампами накаливания при сечении линейных проводов с алюминиевыми жилами до 25 мм² (включительно) сечение нейтрального провода следует принимать равным сечению линейного провода, а при сечении больше 25 мм²- не менее половины сечения линейного провода. Так, например, если сечение линейного провода 50 мм2, то сечение нейтраль­но провода следует взять равным 35 мм². При люминисцентных лампах лампах ДРЛ сечение нейтрального провода принимается равным сечению линейного провода всегда. Даже при заведомо равномерной нагрузке. Для силовой нагрузки принимаются следующие значения cosᵩ:для одиночного электроприемника -по паспортным данным; для групп электроприемников по данным расчета, если он производился, либо можно принять средний коэффициент мощности данной группы, пропоральныё мошностям.

Средний коэффициент мощности может быть определен по приближенной формуле.

3.4.3. Выбор сечения проводников по потере напряжения

Согласно ГССТ на зажимах приборов рабочего освещения допуска­ется отклонение напряжения в пределах -2,5 до +5% от номинального; на зажимах электродвигателей от -5 до +10% от номинального, на зажимах остальных электроприемников в пределах +-5% от номинального. Чтобы обеспечить указанные допустимые отклонения напряжения зажимах самого удаленного от источника питания электроприемника, при номинальном напряжении сети U_Н0М. потеря напряжения в проводах электрической сети должна быть ограничена. Следовательно,

при заданном расчетном токе для обеспечения допустимой потери напряжения необходимо иметь строго определенное сечение проводника. Потеря напряжения U в проводнике длиной L при протекании нему тока I определяется по формуле.

В сетях напряжением до 1000 В реактивным сопротивлением проводников можно пренебречь, как величиной ничтожно малой по сравнению с активным сопротивлением. Значит . Активное сопротивление R₀ можно выразить через сечение про­

водника q:

,

где -удельная проводимость. Для проводников с алюминиевыми жилами , с медными .

Тогда

Если задана допустимая потеря напряжения (В), то соответствующее ей сечение q_U проводника может быть найдено по формуле

(3.5)

в случае двухпроводной линий ток в линии равен

формула (3,5) принимает вид

- номинальное напряжение сети, фазное, В.

Обычно допустимая потеря напряжения задается в процентах от номинального

Сечение провода, удовлетворяющее заданную величину К, Определиться по формуле:

(3.6)

где Рр - расчетная мощности однофазного электроприемника, Вт.

По этой формуле определяется q_U для однофазной линии с

одиночным электроприемником. Аналогично можно вывести формулы для расчета q_U линий, питающих однофазные и трехфазные электроприемники, с одиночными нагрузками или нагрузками, распределенными вдоль линии. В таблице 3.5 даны расчетные схемы, приведены формулы для расчета q_U и указана область применения для всех этих вариантов.

Расчет силовой и осветительной сети цеха производится по участкам. Сначала - групповые и распределительные линии, потом - питающие.

На рис.3.8 показан пример расчетной схемы осветительной сети, состоящей из трех участков. Суммарная величина потери напряжения от ТП до наиболее удаленного электроприемника К_доп зависит от многих причин. В нашем проекте и для осветительной и для силовой сети может быть принята 5%. На каждом из участков сети допускается определенная величина потери напряжения (K1, K2, K3), исходя из которой и производится расчет проводников. Разбивка общей потери напряжения по отдельным участкам является приближенной, ориенти­ровочно можно указать, что чем больше длина участка, тем большая величина К должна быть взята. Для осветительной сети рекоменду­ется допустимую потерю напряжения брать: K1 не менее 1,5 - 2%, К2 в пределах 1 - 1,5%, a K3 - 1,5 - 2%.

Сечение проводника выбирается наибольшее из полученных по трем условиям сечений (q_мех, q_I, q_U). Выбрав окончательно стандартное сечение провода , определяют действительную потерю напряжения в данной линии по формуле:

(3.7)

Сумма действательных величин потери напряжения Кд на различных участках сети не должна превышать Кдоп, но по возможности быть ближе к нему. В этом случае сеть получается более дешёвой.

В протяженных сетях с небольшой нагрузкой, к которым можно отнести осветительные сети, определяющим, как правило, является сечение , выбранное по потере напряжения. В сетях малой длины с мощными электроприемниками, какими являются силовые сети , определяющим, как правило, будет расчет по току нагрузки . Поэтому расчет силовой сети производится в следующем порядке. Сначала выбирается сечение отдельных участков сети по механической прочности и по току нагрузки, как это было указано выше. Затем берется один наиболее отдаленный электроприемник большой мощности и для него производится проверка по потере напряжения. Для этого по каждому участку (см,пример расчетной схемы рис.3.9) рассчитывается потеря напряжения по формулам, указаным в табл.3.5, где заданным является сечением q. Затем определяется суммарная потеря напряжения на всех участках, и она не должна превышать 5%

Если силовая сеть имеет магистральную схему построения (как в указанном примере, то расчет, потери напряжения в шинопровода по формулам табл.3.5 проводить нельзя, т,к. они не учитывают индуктивное сопротивление проводнков, в то время как для шинопроводов больших сечений оно велико. С учетом индуктивного сопротивления потеря напряжения в распределительном шинопроводе определяется по формуле:

(3.8)

где R₀, X₀ - активное и реактивное сопротивление единицы длины шинопровода, в Ом/км, данные приводятся в табл. 3.4

N- число электроприемников, подключенных к шинопроводу

Pp-мощность каждого электроприемника, подключенного к шинопроводу, в Вт;

L -расстояние от точки подключения злектроприемника к шинопроводу до ввода шинопровода, м.

Результаты расчета проводов, кабелей и шинопроводов сводятся в таблицу 3.6.