Как найти ток сети освещения

10. Расчет сети электроосвещения

Расчет сечения жил и выбор проводов и кабелей

Расчет электрической сети освещения заключается в определении сечения проводов и кабелей на всех участках групповой и питающей сети. Рассчитанное и выбранное сечение жил проводов и кабелей должно удовлетворять условиям механической прочности, нагревания, потерь напряжения, соответствию току выбранного аппарата защиты, условиям окружающей среды.

Действующие в настоящее время нормативные документы, разработанные на основе международного стандарта МЭК 364 «Электрические установки зданий», содержат ряд обязательных требований к выбору сечений нулевых рабочих (N), совмещенных нулевых рабочих и защитных (РЕN) и защитных (РЕ) проводников. Правильный выбор этих проводников обеспечивает электрическую и пожарную безопасность электроустановок.

Для однофазных, а также трехфазных сетей при питании по ним однофазных нагрузок сечение нулевого рабочего N – проводника во всех случаях должно быть равно сечению фазных проводников, если те имеют сечение до 16 мм2 по меди или 25 мм2 по алюминию. При больших сечениях фазных проводников он может иметь сечение, составляющее не менее 50 % сечения фазных проводников.

Для однофазных линий групповой сети (сети до светильников, штепсельных розеток и других стационарных однофазных электроприемников) не допускается объединение N и РЕ – проводников с целью образования PEN-проводника. Такие линии всегда необходимо выполнять трехпроводными: фазным проводником L, нулевым рабочим N, и защитным РЕ. Кроме того, в однофазных линиях групповой сети не допускается:

объединять как нулевые рабочие проводники N, так и защитные РЕ различных групповых линий;

подключать нулевой рабочий проводник N и защитный РЕ на щитках под общий контактный зажим (на таких щитках должны быть выполнены отдельные шинки: N – изолированная и РЕ – неизолированная).

Сечение защитного РЕ – проводника должно равняться:

Рекомендуемые материалы

– сечению фазных проводников при сечении их до 16 мм2;

– 16 мм2 при сечении фазных проводников от 16 до 35 мм2;

– не менее 50% сечения фазных проводников при больших сечениях проводников. Сечение нулевых защитных проводников, не входящих в состав кабеля, должны быть не менее 2,5 мм2 – при наличии механической защиты и 4 мм2 – при ее отсутствии.

Выбор сечений проводов по механической прочности

По механической прочности расчет проводов и кабелей внутренних электрических сетей не производится.  В практике проектирования электрических сетей соблюдают установленные стандартом [4] минимальные сечения жил проводов по механической прочности. Наименьшие сечения проводов по механической прочности для медных жил не менее 1,5 мм2, а для алюминиевых жил не менее 2,5 мм2.  

Выбор сечений проводов по нагреву

Электрический ток нагрузки, протекая по проводнику, нагревает его. Нормами приведенными в [1] установлены наибольшие допустимые температуры нагрева жил проводов и кабелей. Исходя, из этого определены длительно допустимые токовые нагрузки для проводов и кабелей в зависимости от материала их изоляции, оболочки и условий прокладки.

Сечения проводов и кабелей выбираются по условиям нагрева длительным расчетным током в нормальном режиме и проверяют по потере напряжения, соответствию току выбранного аппарата защиты, условиям окружающей среды.

Сечение жил проводов и кабелей для сети освещения можно определить по табл. 1.3 [1] в зависимости от расчетного длительного значения токовой нагрузки при нормальных условиях прокладки по условию

                   ,                                              (10.1)

где   – допустимый ток на стандартное сечение провода, а (длительно допустимые токовые нагрузки на провода и кабели;

 – расчетное значение длительного тока нагрузки, А;

 – поправочный коэффициент на условия прокладки определяется по табл. 10.1 (при нормальных условиях прокладки )

Таблица 10.1

Поправочные коэффициенты на токовые нагрузки проводников в зависимости от температуры окружающей среды

Проводники

Провода и кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией при прокладке

по воздуху

в земле

Расчетная температура среды, °С

25

15

Поправочные коэффициенты при фактической температуре среды, °С

-5

0

+5

+10

+15

+20

+25

+30

+35

+40

+45

+50

1,29

1,24

1,20

1,15

1,11

1,05

1,00

0,94

0,88

0,81

0,74

0,67

1,18

1,14

1,10

1,05

1,00

0,95

0,89

0,84

0,77

0,71

0,63

0,55

Для выбора сечений проводов и кабелей по допустимому нагреву необходимо определить расчетные токовые нагрузки линий в амперах.

Расчетные максимальные токовые нагрузки определяют по формулам:

для однофазной сети

;                                             (10.2)

для трехфазной (четырехпроводной) сети

;                                   (10.3)

для двухфазной сети с нулем, при равномерной загрузке фаз

.                                        (10.4)

Коэффициент мощности (cos j) следует принимать:

1,0 – для ламп накаливания;

0,85 – для одноламповых светильников с люминесцентными лампами низкого давления;

0,92 – для много ламповых светильников с люминесцентными лампами низкого давления;

0,5 – для светильников с разрядными лампами высокого давления (ДРЛ, ДРИ);

0,85 – для светильников с разрядными лампами высокого давления, имеющими ПРА с конденсатором.

ПРИМЕР 1

Рассчитать сечение жил и выбрать провода для прокладки групповой сети электроосвещения производственного участка с нормальными условиями окружающей среды. Электрическая сеть однофазная трехпроводная напряжением 220 В. Провода прокладываются открыто. Групповая линия состоит из ламп накаливания мощностью  Вт. Коэффициент спроса освещения .

РЕШЕНИЕ:

Определим расчетную мощность

;

.

Определим расчетный ток

.

По механической порочности определено минимальное сечение жил проводов и составляет 2,5 мм2.

Из табл. 1.3.5 [1] выбираем провод с алюминиевыми жилами сечением 2,5 мм2 имеющего длительно допустимый ток 20 А и подставим в условие 10.1.

.

Выбранное сечение удовлетворяет условию, следовательно, выбираем провод с алюминиевыми жилами марки АППВ 3х2,5 мм2.

Расчет сети по потере напряжения

Нормально допустимые значения установившегося отклонения напряжения  на выводах приемников электрической энергии должно быть равно  от номинального напряжения  электрической сети.

Располагаемая (допустимая) потеря напряжения  в осветительной сети, т.е. потеря напряжения в линии от источника питания (шин 0,4 кВ КТП) до последней лампы в ряду, подсчитывается по формуле

,                                 (10.5)

где   105 – напряжение холостого хода на вторичной стороне трансформатора, %;

Umin – наименьшее напряжение, допускаемое на зажимах источника света, % (принимается равным 95 %);

 – потери напряжения в силовом трансформаторе, приведенные к вторичному номинальному напряжению и зависящие от мощности трансформатора, его загрузки b и коэффициента мощности нагрузки, %.

Потери напряжения в трансформаторе можно определить по табл. 10.2, или по выражению

,                       (10.6)

где    b – коэффициент загрузки трансформатора;

 – активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания трансформатора, которые определяются следующими выражениями:

;                                   (10.7)

,                                       (10.8)

где     – потери короткого замыкания, кВт;

 – номинальная мощность трансформатора, кВ×А;

 – напряжение короткого замыкания, %.

Значения  и  можно определить по табл. 10.2, а более точные значения приводятся в каталогах на трансформаторы.

Таблица 10.2

Потери  напряжения в трансформаторах

Мощность трансформатора, кВ×А

Потери напряжения в трансформаторах , при различных значениях коэффициента мощности и коэффициенте загрузки *

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

160

250

400

630

1000

1600, 2500

1,7

1,5

1,4

1,2

1,1

1,0

3,3

3,2

3,1

3,4

3,3

3,3

3,8

3,7

3,7

4,1

4,1

4,1

4,1

4,1

4,0

4,6

4,6

4,5

4,3

4,3

4,2

4,9

5,0

4,9

4,4

4,4

4,4

5,2

5,2

5,2

*  Для определения   его значение, найденное по таблице, следует умножить на фактическое значение коэффициента загрузки b.

Таблица 10.3

Значения  и

Мощность трансформатора, кВ×А

160

250

400

630

1000

1600

2500

Потери, кВт

0,73

1,05

1,45

2,27

3,3

4,5

6,2

2,65

3,7

5,5

7,6

11,6

16,5

23,5

Напряжение,

, %

4,5

4,5

4,5

5,5

5,5

5,5

5,5

Потери напряжения при заданном значении сечения проводов можно определить по выражению

.                                         (10.9)

И, наоборот, при заданном значении потери напряжения можно определить сечение провода

,                                         (10.10)

где    М – момент нагрузки, кВт×м;

С – коэффициент, зависящий от материала провода и напряжения сети (определяется по табл. 10.4).

Таблица 10.4

Значение коэффициента С

Номинальное напряжение
сети, В

Система сети, род тока

Коэффициент С  проводов

медные

алюминиевых

380/220

Трехфазная с нулем

72,4

44

380/220

Двухфазная с нулем

32,1

19,6

220

Однофазная с нулем

12,1

7,4

42

24

12

Двухпроводная, переменного и постоянного тока

0,4

0,324

0,036

0,244

0,198

0,022

Метод определения момента нагрузки  выбирается в зависимости от конфигурации сети освещения:

в простом случае (рис. 10.1) момент определяется как произведение мощности ламп на длину участка сети

Рис. 10.1. Определение момента в простом случае

;                                     (10.11)

в проектной практике осветительная сеть имеет более сложную конфигурацию (рис. 10.2), тогда момент нагрузки можно определить по выражению

              (10.12)

для сети с равномерно распределенной нагрузкой момент нагрузки определяется, как произведение мощности ламп на половину длины групповой линии.

Рис. 10.2. Определение момента сети сложной конфигурации

Рис. 10.3. Определение момента для сети с равномерно
распределенной нагрузкой

,                              (10.13)

где L – длина участка сети от группового щитка до первого светильника в ряду, м.

Для сети более сложной конфигурации, когда участки сети имеют разное количество фазных проводов, определяется приведенный момент по выражению

,                               (10.14)

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

 – сумма моментов питаемых через данный участок линии с иным числом проводов, чем на данном участке;

a – коэффициент приведения моментов (определяется по табл. 10.5)

Таблица 10.5

Значение коэффициентов приведения моментов

Линия

Ответвление

Коэффициент приведения моментов, α

Трехфазное с нулем

Трехфазное с нулем

Двухфазное с нулем

Трехфазная без нуля

Однофазное

Двухфазное с нулем

Однофазное

Двухпроводное

1,85

1,39

1,33

1,15

Расчет сети на наименьший расход проводникового материала ведется по формуле

,                               (10.15)

где  – расчетные потери напряжения, %, допустимые от начала данного участка до конца сети.

По формуле 10.9 последовательно определяются сечения на всех участках сети освещения, начиная от участка ближайшего к источнику питания и округляются до ближайшего большего значения  стандартного ряда. По выбранному сечению данного участка определяются потери напряжения в нем. Последующие участки сети рассчитываются по разности между расчетной потерей напряжения и потерями до начала каждого участка.

ПРИМЕР 2

Определить момент нагрузки для групповой сети электроосвещения (рис. 10.4) и выбрать сечение проводов, при условии, что допустимая потеря напряжения () для группового щитка ЩО равна 2,5 %.

Рис. 10.4. Рисунок к задаче 2

РЕШЕНИЕ:  Определим момент нагрузки по формуле 10.12.

Определим сечение провода по формуле 10.10.

.

Ближайшее большее стандартное сечение провода 2,5 мм2, следовательно для подключения ряда светильников удовлетворяет четырехжильный кабель сечением .

ПРИМЕР 3

Определить сечение жил кабелей  на участках от КТП до МЩ1 и от МЩ1 до ЩО1 (рис. 10.5). Мощность трансформатора КТП 250 кВ×А, коэффициент загрузки 0,8.

Рис. 10.4. Рисунок к задаче 3

РЕШЕНИЕ:

Определим потери напряжения в трансформаторе по табл. 5.1 .

Располагаемую допустимую потерю напряжения определим по формуле 5.7

.

Определим момент нагрузки  и :

;

.

Приведенный момент

Определить сечение жил кабеля на участке :

.

Принимаем сечение кабеля от трансформатора КТП до МЩ сечением .

Фактическая потеря напряжения на участке  составит

.

Располагаемые потери напряжения для последующего участка сети от МЩ1 до ЩО1 составят

.

Для определения сечения жил кабеля на втором участке  определим приведенный момент :

;

.

Выбираем кабель сечением :

.

Располагаемая потеря напряжения для групповой сети составляет

.

Защита сети освещения и выбор аппаратов защиты

Осветительные сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания (КЗ), а в некоторых случаях также от перегрузки [1].

Защите от перегрузки подлежат сети: внутри помещений, проложенных открыто незащищенными изолированными проводниками и с горючей оболочкой; внутри помещений, проложенных защищенными проводниками в трубах, в несгораемых строительных конструкциях и т. п.; осветительные в жилых, общественных и торговых помещениях, служебно-бытовых помещениях промышленных предприятий, включая сети для бытовых и переносных электроприемников, а также в пожароопасных производственных помещениях; всех видов во взрывоопасных наружных установках независимо от условий технологического процесса или режима работы сети.

Все остальные сети не требуют защиты от перегрузки и защищаются только от токов короткого замыкания.

Аппараты, установленные для защиты от коротких замыканий и перегрузки, должны быть выбраны так, чтобы номинальный ток каждого из них  был не менее расчетного тока , рассматриваемого участка сети:

,                                             (10.16)

где  – расчетный ток рассматриваемого участка сети, А.

Осуществляется защита осветительных сетей аппаратами защиты – плавкими предохранителями или автоматическими выключателями, которые отключают защищаемую электрическую сеть при ненормальных режимах.

Для защиты осветительных сетей промышленных, общественных, жилых этажных зданий  наибольшее распространение получили однополюсные и трехполюсные автоматические выключатели с рацепителями, имеющих обратно зависимую от тока характеристику, у которых с возрастанием тока время отключения уменьшается.

Автоматические выключатели, имеющие только электромагнитный расцепитель мгновенного действия (отсечку), во внутренних сетях общественных и жилых зданий применять, как правило, не следует.

Аппараты защиты, защищающие электрическую сеть от токов КЗ должны обеспечивать отключение аварийного участка с наименьшим временем с соблюдением требований селективности. Для обеспечения селективности защит участков электрической сети номинальные токи аппаратов защиты (ток плавких вставок предохранителей или токи уставок автоматических выключателей) каждого последующего по направлению к источнику питания следует принимать выше не менее чем на две ступени, чем предыдущего, если это не приводит к завышению проводов. Разница не менее чем на одну ступень обязательна при всех случаях.

Номинальные токи уставок автоматических выключателей и плавких вставок предохранителей следует выбирать по возможности наименьшими по расчетным токам защищаемых участков сети, при этом должно соблюдаться соотношение между наибольшими допустимыми токами проводов  и номинальными токами аппаратов защиты  табл. 10.6.

,                                        (10.17)

где    – кратность защиты (кратность длительно допустимого тока для проводов или кабелей по отношению к току срабатывания защитного аппарата, определяется по табл. 10.6);

, если линия защищается предохранителями;

, если линия защищается автоматическим выключателем.

Таблица 10.6

Соотношение меду длительно допустимыми токами проводов  и номинальными токами
аппаратов защиты  и значение кратности защиты

Помещения, здания

Тип провода при любом
способе прокладки

Длительно допустимый ток провода  при аппарате защиты

Предохранители

Автоматы с обратно зависимой от тока характеристикой

Нерегулируемый

расцепитель

Регулируемый

расцепитель

Сети, не защищаемые от перегрузки

Всех назначений

Всех типов

Сети, защищаемые от перегрузки

Производственные

Открыто проложенные, с горючей наружной оболочкой или изоляцией

Общественные и жилые, торговые, служебно-бытовые промышленных предприятий, в том числе для бытовых и переносных электроприемников

С ПВХ, резиновой или аналогичной по тепловым характеристикам изоляцией

Пожароопасные

Всех типов

Взрывоопасные

Всех типов

Устанавливаются аппараты защиты плавкие предохранители и автоматические выключатели в металлических щитках, которые следует устанавливать: в местах присоединения сети к источнику питания (распределительные щиты КТП, вводно-распределительные устройства, распределительные пункты, магистральные шинопроводы); на вводах в здания; в начале каждой групповой линии; в местах уменьшения сечения проводов по направлению к электроприемникам; со стороны высшего напряжения понижающих трансформаторов; со стороны низшего напряжения понижающих трансформаторов.

Аппараты защиты должны устанавливаться в цепи следующих проводов: при защите сетей предохранителями они должны устанавливаться во всех нормально незаземленных полюсах или фазах (установка предохранителей в нулевом рабочем проводе запрещена); при защите сетей с глухозаземленной нейтралью автоматическими выключателями их расцепители должны устанавливаться во всех нормально незаземленных проводах; в однофазных двухпроводных линиях во взрывоопасных зонах класса В-1 расцепители автоматических выключателей должны устанавливаться в цепи фазного и нулевого рабочего проводов, при этом для одновременного отключения фазного и нулевого проводов должны применяться двухполюсные автоматические выключатели,

Номинальный ток аппаратов защиты (расцепители автоматических выключателей и плавкие вставки предохранителей) для групповых линий внутреннего освещения должен быть не более 25 А, а групповые линии, питающие разрядные лампы мощностью 125 Вт и более, лампы накаливания на напряжение до 42 В любой мощности и лампы накаливания напряжение выше 42 В мощностью 500 Вт и более могут защищаться аппаратами защиты на ток до 63 А.

ПРИМЕР 4

Для примера 1 выбранное сечение провода марки АППВ , имеющего ток длительно допустимый 20 А проверить по току срабатывания защитного аппарата.

РЕШЕНИЕ:

По техническим данным на аппараты защиты выбираем автоматический выключатель серии ВА с номинальным током расцепителя 16 А. Так как участок сети не требуется защищать от перегрузки и провод проложен в нормальных условиях, то кратность защиты  и поправочный коэффициент , тогда подставив значения длительно допустимого тока провода и номинальный ток расцепителя автоматического выключателя в условие 10.17 получим

.

Условие соблюдается, следовательно, выбираем однополюсный автоматический выключатель серии ВА51-29  63/16 А.

После выполнения светотехнической и электрической частей расчета электрического освещения составляется сводная таблица по представленной форме.

Таблица 10.7

Форма сводной ведомости

Номер и тип щитка

Тип

автомата,

, А

Номер группы

Нагрузка

Марка и сечение провода

(кабеля)

Способ прокладки

Момент,

кВт∙м

Потеря напряжения,

∆U %

Распределение по фазам

, Вт

, А

1

2

3

4

5

6

7

«67 Отношение благодати и свободы» — тут тоже много полезного для Вас.

8

9

10

11

В таблице указывается: номер и тип осветительного щитка; тип и номинальные токи расцепителей вводного и групповых автоматических выключателей; номер группы; нагрузка групповой линии; марка и сечение проводов, кабелей; способ прокладки; момент нагрузки; потеря напряжения в линии; распределение групповых линий по фазам трехфазной сети

Нагрев проводников
вызывается прохождением по ним
электрического тока. Температура провода
зависит от величины этого тока и условий
теплоотдачи в окружающую среду. Допустимая
температура провода ограничивается
классом нагревостойкости его изоляции.
Чтобы температура не превысила допустимого
значения, в зависимости от класса
изоляции, материала жилы провода и
способа его прокладки (в воздухе, в
трубе, в строительной конструкции, в
земле и т. д.), для каждого стандартного
сечения согласно табличным данным,
приводимых в ПУЭ, ограничивают допустимую
силу рабочего тока.

В таблице 4.1
приведены значения длительно допустимых
токов нагрузки (А) для проводов и шнуров
с резиновой и поливинилхлоридной
изоляцией с медными (числитель) и
алюминиевыми жилами (знаменатель),
проложенными открыто и в одной трубе.
Такой способ прокладки электропроводки
производственных осветительных сетей
является наиболее распространённым и
достаточно общим для принятия токовых
нагрузок в целом при других способах
прокладки.

Таким образом, на
основании максимального расчётного
тока нагрузки (Iр)на рассматриваемом участке сети по
табличным данным ПУЭ находится минимально
возможное сечение жилы провода (s)из условия его допустимого нагрева,
чтобы выполнялось условие:

Iр£Iд
, (4.1)

где Iд– максимально возможный допустимый
ток нагрузки на провод с выбранным
минимальным сечением токопроводящей
жилы, А;

Таблица 4.1.

Длительно допустимые токи нагрузки (а) для проводов и шнуров с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с медными (числитель) и алюминиевыми жилами (знаменатель).

Сечение
токоведущей жилы,

мм2

Провода,
проложенные открыто

Токовые нагрузки, А

Провода, проложенные в одной
трубе

два
одножильных

три
одножильных

четыре
одножильных

1

17/-

16/-

15/-

14/-

1,5

23/-

19/-

17/-

16/-

2,5

30/24

27/20

25/19

25/19

4

41/32

38/28

35/28

30/23

6

50/39

46/36

42/32

40/30

10

80/55

70/50

60/47

50/39

16

100/80

85/60

80/60

75/55

25

140/105

115/80

100/80

90/70

35

170/130

135/100

125/95

115/85

50

215/.165

185/140

170/130

150/120

70

270/210

225/175

210/165

185/140

95

330/255

275/215

255/200

225/175

120

385/295

315/245

290/220

260/200

150

440/340

360/275

330/255

Iр– максимальный расчётный ток нагрузки
на рассматриваемом участке сети (А),
который для осветительных сетей с учётом
значения коэффициента спроса, равного
единице, рассчитывается по максимальной
расчётной (установленной) мощности
осветительных установок(Ру, Вт)и
средневзвешенному коэффициенту мощности(cos j)cучётом фазности(m)электропитания на данном участке:


= Ру /(mUФ cosj), (4.2)

где UФ– фазное напряжение на рассматриваемом
участке сети, В.

Рис.4.2. Расчётная схема
осветительной сети.

С другой стороны,
потеря напряжения в проводах зависит
от сечения, материала токоведущей жилы,
длины провода, силы тока и принятой
системы напряжения. Обычно, значение
допустимой потери напряжения во
внутренней осветительной сети принимается
до 2,5 % от номинального, чтобы обеспечить
требуемый уровень напряжения у всех
потребителей данной сети, рис.4.1, 4.2.

Расчет сечения
проводов по допустимой потере напряжения
производят по формуле:

, (4.3)

где P
i×l
i
электрический
момент нагрузки i
– го участка сети, кВт×м;

P i
– суммарная
мощность нагрузки i
– го участка сети, кВт;

l i
длина i
– го участка сети, м;

DU
i
– принимаемая
потеря напряжения на i
– м участке сети, %;

С
– коэффициент, значение которого зависит
от напряжения сети, материала токоведущей
жилы и числа проводов в группе данного
участка, табл.4.2;

cos j
средневзвешенный
коэффициент мощности нагрузки.

Таким образом,
сечения жил проводников на каждом
участке осветительной сети определяется
током нагрузки (допустимым нагревом) и
допустимой потерей напряжения, принятой
на данном участке при расчёте по формуле
(4.3). При этом сечение жилы провода должно
быть больше или равно сечению, допустимому
по условию механической прочности.

В качестве примера
запишем формульные выражения для расчёта
сечения жилы проводов по допустимой
потере напряжения для ввода в щит
освещения (Sв)
и для магистрали (Sм)
на основании расчётной схемы рис.4.2.

Таблица 4.2.

Номинальное напряжение
(В) и система электросети

Значение коэффициента С,
(кВт
×м)/(мм2×%)

медная жила

алюминиевая жила

380 (3 фазы)

72

44

380/220 (3фазы+N)

72

44

380/220 (2фазы+N)

32

19,5

220 (однофазная)

12

7,40

127 (однофазная)

4

2,46

36 (однофазная)

0,324

0,198

24 (однофазная)

0,144

0,088

12 (однофазная)

0,036

0,022

Для этого, исходя
из реальной длины участка и значения
нагрузки на данном участке сети, следует
задаться расчётными значениями потерь
напряжения на этих участках DUввод
и DUмаг
таким образом, чтобы суммарная потеря
напряжения (DUввод
+ DUмаг
+ DUотв
) не превышала допустимого значения для
внутренней проводки, равного DUдоп
= 2,5 % от Uн.

В результате для схемы рис.4.2 получим
следующие выражения для заданных
участков сети:

Полученные расчётные сечения проводов
округляют до ближайших больших (равных)
стандартных сечений.

Следующим этапом
по справочным таблицам допустимых
токовых нагрузок на соответствующие
изолированные провода и кабели по
расчётному току участка сети определяют
необходимое стандартное сечение жилы,
исходя из допустимого нагрева провода
или кабеля.

Окончательно на
каждом участке сети из двух определённых
сечений принимается то сечение жилы,
которое окажется большим. В этом случае
удовлетворяются требования как по
допустимой потере напряжения, так и по
допустимой токовой нагрузке.

После чего на
основании выражения (4.3), решённого
относительно (DU),
уточняют действительные потери напряжения
на каждом из участков сети и в целом во
внутренней проводке помещения.

При равномерной
нагрузке на участке она может быть
заменена суммарной, приложенной в
середине участка.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

Каждый светотехнический проект предполагает массу базовых расчётов. Первый, и самый главный из них – осветительный. Ведь согласитесь, без света не смогут работать ни сами проектанты, ни строители с электромонтёрами.

При планировании линий освещения нужно отталкиваться от прогнозированного потребления (от создаваемой осветительными приборами нагрузкой). Отталкиваясь от этих параметров, производится выбор сечения силовых кабелей и проводов, номинального тока защитно-коммутационного аппарата и т.п.

Поскольку по пути к потребителю материал проводников создаёт сопротивление электротоку — из-за этого происходят потери напряжения. Особенно это заметно когда к одной линии(того же освещения, например) подключено много потребителей, со множеством распределительных и групповых сетей.

В итоге получается, что напряжение на входе и на выходе каждого отдельного участка заметно отличается, и наиболее удалённые по линии потребители получают намного более заниженные параметры напряжения, чем заявлено. И при этом распределение происходит не равномерно, что отрицательно сказывается на работе всех задействованных электроприборов.

Всё потому, что проводники, продолжительное время работающие под нагрузкой, гораздо превышающей расчётную, начинают функционировать в режиме постоянных перегрузок. Вследствие чего возникает перегрев, а это может спровоцировать замыкание или пожар на линии. И всё из-за недочётов проектантов, которые не удосужились подобрать под номинальные токи автоматического выключателя соответствующее сечение проводников.

Поэтому при разработке проекта всегда нужно помнить, что номинальный ток никогда не должен превышать предельно допустимых значений токов проводников. Иначе защитная функция автоматического выключателя, оберегающего проводники от перегрузок, будет просто неактивной.

В отечественных сетях процент потерь очень высокий – иногда он достигает до 10-22 % (в то время, когда в мировой практике эти цифры гораздо ниже, и составляют 4-6%). И в результате перерасход, создаваемый при потере, бременем ложится на плечи конечных потребителей.

Вы спросите, а зачем нужны все эти расчёты, особенно для объектов с невысокими уровнями потребления? Укажем основные причины, почему необходимо делать предварительный расчет мощности (напряжения) для будущей линии освещения:
Во-первых – на основании полученной суммарной мощности потребления определяются оптимальные токи с допустимой нагрузкой на все освещения элементы в цепи.
Во-вторых –исходя из степени нагрева проводников под воздействием рассчитанных, предельно допустимых токов, выбирается оптимальное сечение силовых кабелей и проводов для освещения.

В-третьих – отталкиваясь от полученного значения сечения силовых кабелей (проводов) и от выдерживаемой ими длительной максимальной нагрузки выполняется подбор подходящей защитной аппаратуры автоматического отключения.
В-четвёртых — любые расчёты просто необходимы для получения разрешений и техусловий от местных электрораспределительных организаций. На их основании техкомиссией будет приниматься решение о подключении объекта к линии, соответствующей по мощности и с допустимой нагрузкой.

Несмотря на кажущуюся незначительность (либо недостаточную точность) подобных усреднённых расчётов, они — это необходимое условие дальнейшей безопасной эксплуатации линии, т.к. изначально будут подобраны оптимальные элементы. В результате такие линии будут максимально равномерно распределять токи между всеми потребителями. Попутно будут уменьшаться потери напряжения от нерационально распределенной нагрузки.

Стоит отметить, что в линиях с равномерно распределенной нагрузкой (тех же уличных светильниках, например) потери будут гораздо меньшими, чем в линиях, распределённых не равномерно. В данном случае, вкупе с дополнительной индуктивной нагрузкой, потери могут оказаться вдвое большими. Поэтому приведённый расчет может дать погрешность.

Первым делом при проектировании необходимо выяснить, какой нагрузкой на сети будет обладать будущий объект. Для этого сначала необходимо выполнить расчет суммарной мощности всех осветительных приборов, которые будут запитываться на конкретном участке линии. Имея эти данные можно определить расчётные нагрузки (Рн) освещения питающей сети, а также вводов в жилые (либо производственные) постройки.

Перед этим нужно определить мощности всех ламп в сети. Расчет производится по следующей формуле:

Мл. = Мс. * Кл.

В данном расчёте Мс. – это мощность ламп, Вт, а Кл. – количество ламп, шт.

Полученный по предыдущей формуле результат в дальнейшем используется для определения нагрузок запитывающей осветительной линии.

Расчет выполняется по формуле:

Рн = Мл. *Кспр.*Кп.

где, Мл. – это установленная расчётная мощность всех ламп;
Кспр. – коэффициент спроса, отображающий, как часто используется осветительное электрооборудование. Он служит в качестве поправки, обязательно вносимой в расчёты, т.к. на практике маловероятно, что все электроприборы будут включены одновременно и на полную мощность.
Данный коэффициент можно определять эмпирическим путём — для каждого отдельного объекта, или принимать подходящее значение из таблицы, приведённой ниже:

Коэффициент для расчета линии освещения

Коэффициент расчета

Оптимальный вариант принимать значение Кспр. за 0,95.
Кп. – коэффициент потерь в пускорегулирующей аппаратуре ламп. (Для ртутных газоразрядных ламп он составляет 1,1, для люминесцентных – 1,2)

В случаях, когда от будущих линий планируется осуществлять смешанную запитку объекта – и для освещения, и для силовых нагрузок (тех же розеток, например) – тогда оба вида нагрузок нужно суммировать.
Расчетдля смешанных нагрузок выглядит так:

Нобщ. = Но + Нс

где, Нобщ. – расчётная общая нагрузка, в кВт;
Но – расчётная нагрузка осветительных линий, в кВт;
Нс – нагрузка силовая, расчётная в кВт.

Чтобы определить предельно допустимые сечения проводов, которые будут использоваться в линиях, нужно рассчитать, какие токи будут по ним проходить.
Так для однофазных линий, состоящих из двух проводов,расчет производится по формуле:

Формула для однофазной линии

Для двухфазных линий, состоящих из трёх проводов (двух фаз и нуля)решение будет выглядеть так:

Формула для двухфазной линии

В случае прокладки трёхфазных линий, состоящих из четырёх проводов (трёх фаз и нуля) сечение определяется путём такого расчёта:

Формула для трехфазной линии

Как уже упоминалось, в любых линиях потерь не избежать– это распространённое и можно сказать нормальное явление. Мало того, то они происходят при транспортировке энергии от поставщика до нужного участка, так ещё и на точках её распределения между несколькими потребителями они нарастают.
Наша задача заключается в том, чтобы подобрать оптимальное сечение проводов, чтобы как можно больше снизить процент потерь распределенной энергии — до нормируемых ПУЭ интервалов: от 2,5 до 5 %. Также желательно сделать так, чтобы нагрузки на сети распределялись равномерно.

Базовый расчет потерь производится так:
Формула расчета потери энергии

Значение активного сопротивления (r0) можно рассчитать по формуле (она справедлива для алюминиевого или стального провода):

Формула для расчета активного сопротивления

При планировании линий, протяжённостью в несколько километров, обязательно должно учитываться индуктивное сопротивление проводов (ИСП),непосредственно влияющее на потери напряжения в сетях. Так как при настолько больших дистанциях, энергия просто не может распределяться равномерно и без потерь.
По опыту работ — можно брать ИСП(в нашем расчёте помеченное как x0)алюминиевых (либо медных) проводов, сечением более чем 95 мм2, в размере 0,32 Ом на 1 километр. Это значение будет корректным в том случае, когда расстояние между проводами относительно небольшое (до 6,0 см). Для проводов сечением 10-25 мм2 используется коэффициент индуктивного сопротивления, равный 0,44 Ом/км. В этом случае допускается более внушительное расстояние между проводами – 10,0 см.

Как показывает практика, в низковольтных линиях, используемых преимущественно для освещения, достаточно сложно добиться равномерно распределенной нагрузки. Поэтому в данном случае лучше использовать четыре жилы проводов (т.е. монтировать трёхфазную линию). И тогда, перераспределяя нагрузки от освещения на фазные и нулевые провода, и силовые — на линейные, удаётся более равномерно разделить нагрузки между всеми фазами.

Для трёхфазных линий расчет потерь, происходящих в каждом проводе, будет выполняться по представленному ниже алгоритму, в котором первый блок — характеризует активные потери напряжения, а второй блок – реактивные.

Формула расчета сопротивления

Давайте для примера просчитаем линию освещения для гипотетического объекта. Заданные параметры приведены на схеме.

Схема с параметрами для расчета

Параметры расчета

В нашем случае установлены однотипные светильники (N=12 шт.), мощностью 400 Вт, через одинаковые интервалы (Инт.=6м).
Рассчитаем расстояние (Р) до центра приложения нагрузок для каждой сети^

Р = Р1 + (( Инт.*(N – 1)/2),

где Р1 – это расстояние от щитка до первой лампочки в сети.

Подставляем значения для проведения расчётов:
Р1 = 15,7 + (6 + ((12-1)/2) = 48,7 метров
Р2 = 21,4 + (6 + ((12-1)/2) = 54,4 метров
Р3 = 23,5 + (6 + ((12-1)/2) = 56,5 метров
Р4 = 27,3 + (6 + ((12-1)/2) = 60,3 метров

Определим расчётные нагрузки, описанные во втором разделе (формулы 1 и 2):

Рн = Мл. *Кспр.*Кп.

Поскольку группы электроприборов у нас однотипные, значение будет одинаковым для всех линий:

Рн = (12шт*0,4 кВт) *1,1*1 = 5, 28 кВт

И тогда мощность питающей сети составит: 5,28*0,95*4 = 20,1 кВт

Теперь можно определить моменты нагрузки(МН) для каждой сети, рассчитываются они так :

МН = Рн*Р,

где Рн – расчётные нагрузки, Р – расстояние.

МН1 = 5,28*48,7=257,1 кВт/м
МН2 = 5,28*54,4=287,2 кВт/м
МН3 = 5,28*56,5=298,3 кВт/м
МН4 = 5,28*60,3=318,4 кВт/м

Момент нагрузок для питающей сети (расстояние до щитка I=25 м):

МНс = 20,1 * 25 = 502,5 кВт/м

Итого сборный (или приведённый) момент нагрузки (МНс) по всем линиям равен:

МНс = 502,5+257,1+287,2+298,3+318,4 = 1663,5 кВт/м.

Определим теперь,какие будут потери напряжения для наших линий:

Пн = Нн- Нмд-ПНс,

где, Нп — номинальное напряжение, создаваемое при холостой работе трансформатора(принимаем на 105%).
Нмд — минимально допустимое напряжение самых удаленных по сети лампочек(берём 95%);
ПНс — потери напряжения суммарные — до рассматриваемой сети, %(принимаем 3,56% и 3,64%).

Итак Пн = 105 – 95-(3,56-3,64) = 2,8 %

Рассчитаем, наконец, сечение подходящего для наших линий провода:

Сп = МНс/(К*Пн)

Сп = 1663,5 / (44*2,8) =13,5 мм2

Находим, какие токи будут проходить по нашим сетям:

Формула для нахождения силы тока

I = (20,1*103)/ (3*220*0,6) = 50,76 А

Определяем процент потерь напряжения для каждой сети:

П1 = 257,1 /(3*44) = 1,95%
П2 = 287,2 /(3*44) = 2,17%
П3 = 298,3 /(3*44) = 2,26%
П4 = 318,4 /(3*44) = 2,41%

Как видим, прогнозируемый процент потери во всех случаях вписывается в нормы (до 5%).
На основании полученных данных можно подобрать наиболее подходящие по сечению и токам провода, пуско-регулирующее оборудование, корректировать мощности ламп и т.п. Для облегчения расчётного процесса придумано много полезных приложений, учитывающих все описанные величины. Они позволят не пересчитывать каждый раз всё вручную при замене какой-либо составляющей светотехнического проекта.

При создании проекта линий под осветительные сети нужно добиваться, чтобы напряжения нагрузки по ним распределялись максимально равномерно. Тогда проводники будут меньше нагреваться, снизится процент потерь и убытков, уменьшится риск возникновения аварий.

12 Расчет электрической
сети освещения.

Выбор сечений проводов
осветительных сетей производится по условиям:

1) 
по допустимому
нагреву длительным расчетным током;

2) 
по допустимой
потере напряжения;

3) 
по механической
прочности в зависимости от материала проводника и способа прокладки.

Произведем расчет сети
рабочего освещения по допустимому нагреву длительным расчетным током.

Установленная мощность рабочего
освещения:

,                                                   
(12.1)

где  –
мощность лампы, кВт.

Расчетная осветительная нагрузка:

,                                            
(12.2)

где – коэффициент спроса осветительной нагрузки;

      – коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующих аппаратах; принимаем  = 1,1 – для ламп ДРЛ;  = 1,2 – для ЛЛ.[10]

Значение коэффициента
спроса осветительной нагрузки принимаем для производственных зданий, состоящих
из отдельных крупных пролетов ксо=0,95.

Уточняем расчетную схему
рабочего освещения в соответствии с планом цеха.

Расчетный ток групповой сети
определяется по следующим формулам:

       а)  для трехфазных
линий:

;                                                
(12.3)

       б)  для однофазных
линий:

.                                                   
(12.4)

Длительно допустимые токи
проводов и кабелей групповой осветительной сети должны быть не менее .

Допустимое значение
потерь напряжения в осветительной сети  рассчитывается по формуле:

,                                        
(12.5)

где  – номинальное напряжение при холостом ходе трансформатора
(105 %);

      – минимально допустимое напряжение у наиболее удаленных ламп
(95 %);

      –
суммарные потери напряжения до осветительной сети, %.

Сечение проводов
осветительной сети вычисляют по формуле:

,                                                    
(12.6)

где  – момент нагрузки, кВт.м;

        – коэффициент, определяемый в зависимости от системы напряжения,
системы сети и материала проводника по [11]; для
трехфазной сети с нулем  = 44.

Момент нагрузки
вычисляется по формуле:

,                                                    (12.7)

где  – расчетная нагрузка, кВт;

      
длина участка, м.

Если группа светильников
одинаковой мощности присоединена с одинаковыми интервалами , то:

,                                              
(12.8)

где  – расстояние от осветительного щитка до первого светильника,
м.

При расчете разветвленной
осветительной сети на минимум проводникового материала сечение проводника для
участка сети до разветвления равно:

,                                                 
(12.9)

где  – приведенный момент нагрузки, кВт.м, который
определяется:

,                                      (12.10)

где  – сумма моментов данного и всех последующих по направлению мощности
участков с тем же числом проводов линии, что и на данном участке, кВт.м;

       – сумма приведенных моментов участков с другим числом
проводов, кВт.м;

       –коэффициент приведения моментов [7,8].

Действительное значения потери
напряжения на участке:

,                                                 (12.11)

.                                            
(12.12)

Последующие участки
рассчитываются аналогично по оставшейся потере напряжения.

По формуле (12.2)
определим расчетную мощность для каждой из групп:

 кВт.

По формуле (12.2)
определим расчетную мощность для питающей линии:

 кВт.

Потери напряжения в
трансформаторе и кабельной линии питающей РП инструментального цеха определены
в пятом разделе и составляют соответственно: =3,64
%; =3,56 %. Т. о. по формуле (12.5)
определяем допустимую потерю напряжения в осветительной сети:

.

Вычислим приведенный
момент для питающей линии. Для этого необходимо рассчитать моменты отдельных
групп светильников. Расчетная схема приведена на рисунке 12.1 (графическая
часть лист 5).

Рисунок 12.1 Расчетная
схема рабочего освещения

Определим расстояния до
центров приложения нагрузки по формуле (12.8):

 м,

 м,

 м,

 м,

 м,

 м.

Тогда, моменты нагрузки
по формуле (12.7):

 кВт·м,

 кВт·м,

 кВт·м,

 кВт·м,

 кВт·м,

 кВт·м.

Расстояние от точки
присоединения питающей линии осветительной сети до ЩО-70М равно 30 м. Т. о.по формуле (12.7):

 кВт·м.

По формуле (12.10)
приведенный момент нагрузки равен:

кВт∙м

Сечение питающей линии по
формуле (12.9):

 мм2.

Принимаем кабель АВВГ сечением
25 мм2 с = 75 А, прокладываемый
открыто на стенах.

По формуле (12.3) находим
расчетный ток, равный:

 А.

Так как , то сечение провода, выбранного по потере напряжения не удовлетворяет
условиям нагрева. Принимаем кабель АВВГ 5×35, с =90 А.

По формуле (12.11)
находим потерю напряжения в питающей линии:

%.

По формуле (12.12)
определяем допустимую потерю напряжения в групповых линиях:

 %.

Находим сечения проводов
для каждой группы. Произведем расчет для 1-ой группы. По формуле (12.9) сечение
провода:

 мм2.

Принимаем кабель АВВГ
сечением 4 мм2 с =27. А, прокладываемый
открыто на тросе.

По формуле (12.3) находим расчетный
ток, равный:

 А.

Так как , то сечение провода, выбранного по потере напряжения,
удовлетворяет условиям нагрева. Принимаем провод АВВГ 5×4, = 27 А, прокладываемый открыто на
тросе.

По формуле (12.14)
находим потерю напряжения в питающей линии :

 %.

Выбор сечений проводов и
кабелей для остальных групп аналогичен. Результаты расчета и выбора приведены в
таблице 12.1.

При проектировании
следует стремиться к равномерной нагрузке и равенству моментов различных фаз.

Расчетные нагрузки

Подробные расчеты, с примерами, представлены в разделе меню «Электроснабжение»
Установленная мощность освещения Ру складывается из мощности всех ламп, питаемых соответствующим участком сети. Если источник света — люминесцентные лампы, то дополнительно добавляются потери в ПРА — 25 % к мощности ламп. Расчетная нагрузка освещения питающей сети и вводов зданий определяется по формуле


где
Ксо — коэффициент спроса, значения его в зависимости от установленной мощности рабочего освещения зданий приведены ниже:

Значение коэффициента спроса
Ксо 1 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6
Мощность, кВт <5 5-10 10-15 15-25 25-50 50-100 100-200 200-500 >500

При расчете групповой сети рабочего освещения, питающих и групповых сетей эвакуационного и аварийного освещения зданий, освещения витрин и световой рекламы коэффициенты спроса принимаются равными 1.
Расчетная нагрузка (в киловаттах) питающих линий и вводов в рабочем и аварийном режиме при совместном питании силовых электроприемников и освещения


где
k — коэффициент, учитывающий несовпадение расчетных максимумов нагрузок силовых электроприемников, включая холодильное оборудование и освещения:

Коэффициент k для зданий:
без кондиционирования воздуха 1 0,95 0,9 0,95 1
с кондиционированием воздуха 1 0,85 0,75 0,85 1
Отношение расчетной осветительной нагрузки к силовой, % < 20 20-75 76-140 141-250 > 250

— расчетная нагрузка освещения, кВт;
— расчетная нагрузка силовых электроприемников без холодильных машин, систем кондиционирования воздуха, кВт;
— расчетная нагрузка холодильного оборудования, систем кондиционирования воздуха, кВт.
Так же расчетная нагрузка питающей осветительной сети определяется умножением установленной мощности ламп на коэффициент спроса kc.
При отсутствии данных обследований kc следует принимать равным:
1 — для мелких производственных зданий и торговых помещений, наружного освещения;

0,95 — для производственных зданий, состоящих из отдельных крупных пролетов;
0,9 — для библиотек, административных зданий и предприятий общественного питания;
0,8 — для производственных зданий, состоящих из большого числа отдельных помещений;
0,6 — для складских зданий и электроподстанций, состоящих из большого числа отдельных помещений.
При расчете групповой сети и всех звеньев сети аварийного освещения kс принимается равным 1.

Расчет сети по току нагрузки

Для определения минимально допустимого сечения проводов необходимо определить расчетные токи, которые для трехфазной сети с нулем составляют:

  • для двухпроводной (однофазной) линии


  • для трехпроводной двухфазной (две фазы и нуль) линии


  • для четырехпроводной трехфазной (три фазы и нуль) линии


где
Р — активная расчетная нагрузка (включая потери в ПРА газоразрядных ламп) 1, 2 или 3 фаз, кВт;
— фазное напряжение, В;
— линейное (междуфазное) напряжение, В;
cosφ — коэффициент мощности нагрузки.
Для сетей освещения с лампами накаливания коэффициент мощности равен 1, для сетей с люминесцентными лампами, с компенсацией реактивной мощности 0,95, а без конденсаторов в схемах — 0,57. Применение светильников с люминесцентными лампами с нескомпенсированными ПРА не допускается.

Расчет сети по потере напряжения

При расчете осветительных сетей по потере напряжения для неиндуктивной и индуктивной нагрузки без учета реактивной составляющей обычно следует пользоваться таблицами моментов, составленных на основе формулы:


где
М — момент нагрузки, равный произведению нагрузки на длину линии, кВт⋅м;
С — коэффициент, зависящий от системы, напряжения в ней и материала проводов;
— потеря напряжения, %.
В связи с широким использованием газоразрядных ламп требуется учитывать реактивную составляющую потери напряжения, влияние которой на общую потерю напряжения при низких значениях коэффициента мощности довольно велико.
Полная потеря напряжения при индуктивной нагрузке


где
— активная составляющая потери напряжения, определяемая по таблицам моментов;
-поправочный коэффициент, учитывающий реактивную составляющую потери напряжения;

Значение поправочного коэффициента Кu
Сечение проводника, мм.кв. cosφ
0,5 0,6 0,9 0,5 0,6 0,9
Алюминиевый проводник Медный проводник
2,5
4
6
10
16
25
35
50
70
95
120
150
1,01
1,02
1,03
1,05
1,07
1,11
1,15
1,2
1,28
1,37
1,47
1,58
1,01
1,02
1,03
1,04
1,05
1,09
1,12
1,15
1,21
1,29
1,35
1,44
1,00
1,01
1,01
1,02
1,02
1,04
1,05
1,06
1,08
1,11
1,13
1,16
1,03
1,03
1,05
1,08
1,12
1,18
1,24
1,33
1,46
1,60
1,76
1,95
1,02
1,03
1,04
1,06
1,09
1,14
1,18
1,25
1,34
1,47
1,57
1,72
1,00
1,01
1,02
1,03
1,03
1,06
1,08
1,09
1,13
1,18
1,21
1,26

х и r — индуктивное и активное сопротивление 1 км линии, Ом.
Соотношение реактивной Ер и активной Еа составляющих потери напряжения

Ер/Еа=Кu-1

Представляет интерес и соотношение поправочных коэффициентов для медного Км и алюминиевого Ка проводников:

Км=1,64Ка-0,64

Минимально допустимое напряжение в осветительных установках общественных зданий должно составлять 97,5Uн. Допустимые потери напряжения (в процентах) в осветительной сети Uc от источника питания (трансформатора) до наиболее удаленной лампы с учетом потери напряжения в трансформаторе


где
UXT — напряжение трансформатора при холостом ходе;
UЛ — минимально допустимое напряжение лампы;
— потеря напряжения в трансформаторе.
Максимально допустимые потери напряжения


В сетях 12, 24 и 36 В допускается потеря напряжения до 10 %.

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как найти код от замка spider man
  • Как найти маил гугл
  • Ошибка в заключении эксперта как исправить
  • Как найти водителя на доставку
  • Как найти длину ступеней лестницы