5. Асчет сечения питающих и групповых сетей осветительных установок

Цель занятия

Освоить методы расчета и проверки сечения проводов электрических сетей осветительных установок.

Контрольные вопросы

1. Какую цель ставят при расчете электрических сетей осветительных установок?

2. По каким условиям производят расчет и проверки сечения проводников электрической сети осветительных установок?

3. Перечислите последовательность выполнения операций при расчете электрической сети осветительных установок.

4. Как определить расчетную и установленную мощность токоприемников электрической сети осветительных установок?

5. Напишите формулу для расчета сечения провода участка электрической сети с одинаковым количеством проводов и поясните физический смысл входящих в нее величин.

6. Напишите формулу для расчета сечения проводов участков разветвленной электрической сети с различным количеством проводов и поясните физический смысл входящих в нее величии.

7. Как находят коэффициенты  и С, входящие в расчетные формулы, и от чего они зависят?

8. Как определить значение допустимых потерь напряжения в электрической сети осветительных установок?

9. Поясните общую методику расчета сечения проводников электричес­кой сети по условию минимума затрат проводникового материала.

10. Как проверить сечение проводников электрической сети на выполнение требований механической прочности?

11. Как проверить сечение проводников электрической сети на выполне­ние требований допустимого нагрева?

12. Напишите формулы для определения расчетного тока однофазного, двухфазного и трехфазного участков электрической сети.

13. Какие аппараты используются для защиты электрических сетей от коротких замыканий?

14. По каким параметрам определяют ток уставки элементов аппаратов?

15. Какие электрические сети осветительных установок защищают от перегрузок?

16. Поясните, как и для чего осуществляется проверка сечения проводников электрической сети на соответствие току вставки защитного аппарата.

Литература: [1 – 8].

Расчетные формулы

Расчет электрических сетей осветительных установок ставит целью определение сечений проводов, гарантирующие необходимое напряжение у источников излучения, допустимую плотность тока, не вызывающую перегрева, и необходимую механическую прочность сети. Сечение проводов электрической сети определяют по условию минимума затрат проводникового материала. После расчета электрическую сеть проверяют на выполнение требований допустимого нагрева, механической прочности, соответствию току уставки защитного аппарата.

Сечение проводов определяют по формуле

, ( 5.1)

где – сечение проводов рассчитываемого участка, мм²;

– сумма моментов рассчитываемого и всех последующих участков с тем же числом проводов, что и у рассчитываемого, кВт·м;

– сумма моментов всех ответвлений с числом проводов, отличаю­щихся от числа проводов рассчитываемого участка, кВт·м;

– коэффициент приведения моментов, зависящий от числа прово­дов рассчитываемого участка и в ответвлениях (таблица 5.1);

– коэффициент, зависящий от материала проводов, системы и напряжения сети (таблица 5.2), кВт·м/В·мм²;

– располагаемые потери напряжения, % от ;

– расчетная мощность, кВт;

– длина участка, м

Нагрузки определяют с учетом установленной мощности осветительной установки и коэффициента спроса . При определении установленной мощности учитывают потери электрической энергии в ПРА, которые для люминесцентных ламп в среднем составляют 20…30%, а для ламп типа ДРЛ – 8…12%.

Коэффициент спроса зависит от вида зданий и сооружений и учитывается при расчете питающих сетей (таблица 5.3) [4]. Для групповых линий он равен единице.

Значение располагаемых потерь напряжения определяют в зависимости от мощности питающего трансформатора, его коэффициента загрузки и . Если указанные показатели получить невозможно, то для практических расчетов значение допустимой потери напряжения (от вводного щита до наиболее удаленного потребителя принимают равным 2,5%).

После расчета выбирают ближайшую стандартную площадь сечения провода и проверяют это сечение на механическую прочность

, ( 5.2)

где – выбранная стандартная площадь сечения проводника, ;

– допустимая для данного вида сети и принятого способа прокладки площадь сечения проводника (таблица 5.4) [8], .

Таблица 5.1 – Значения коэффициентов приведения моментов

Линия	Ответвление	Значение коэффициента
Трехфазная с нулем	Однофазное	1,83
Трехфазная с нулем	Двухфазное с нулем	1,37
Двухфазная с нулем	Однофазное	1,33
Трехфазная	Двухфазное	1,15

Таблица 5.2 – Значения коэффициентов зависящих от системы напряжения и материала проводов

Номинальное напряжение сети, В	Система сети и род тока	Значения коэффициента для проводов
		медных	алюминиевых
380/220	Трехфазная с нулевым проводом	77	46
380/220	Двухфазная с нулевым проводом	34	20
220	Двухпроводная переменного или постоянного тока	12,8	7,7
36	Двухпроводная переменного или постоянного тока	0,34	0,21

Таблица 5.3 – Значения коэффициентов спроса для питающей сети

Наименование объекта	Коэффициент спроса
Мелкие производственные здания, мастерские, торговые помещения	1,0
Библиотеки, здания административного назначения и общественного питания	0,9
Производственные здания, состоящие из нескольких отдельных помещений	0,85
Лечебные детские, учебные учреждения	0,8
Складские помещения	0,6
Наружное освещение	1,0
Теплицы, помещения для содержания скота, птицы, оборудованные облучательными установками различного назначения	1,0

Таблица 5.4 – Допустимая площадь проводников осветительной сети

Тип электропроводки		Назначение цепи	Проводник
Стационарные электроустановки	Кабели и изолированные провода	Силовые и осветительные цепи	Медь Алюминий	1,5 2,0
		Цепи сигнализации и управления	Медь	0,5
	Неизолированные провода	Силовые цепи	Медь Алюминий	10 16
		Цепи сигнализации и управления	Медь	4

Затем это сечение проверяют на нагрев

, (5.3)

где – длительно допустимый ток нагрева для данного способа прокладки, числа жил, материала и сечения провода [7], ;

– расчетный ток на участке, .

При определении длительно допустимого тока нагрева учитывают поправочный коэффициент на температуру окружающей среды

, (5.4)

где – длительно допустимый ток при температуре окружающей среды 20°С, ;

– поправочный коэффициент на температуру окружающей среды (таблица 5.5) [7].

Значение расчетного тока для каждого из участков сети определяют по формулам (5.5…5.7)

– трехфазная сеть; (5.5)

– двухфазная сеть; (5.6)

– однофазная сеть, (5.7)

где – расчетная активная нагрузка (включая потери в ПРА газоразрядных ламп) трех, двух или одной фаз, кВт;

– коэффициент мощности нагрузки;

– линейное и фазное напряжение сети, В.

Коэффициент мощности нагрузки на участке при смешанной нагрузке можно определить как средневзвешенный коэффициент мощности:

, (5.8)

где – расчетная активная нагрузка –го потребителя;

– угол между током и напряжением –го потребителя.

В соответствии с требованиями ПУЭ все осветительные сети подлежат защите от токов короткого замыкании. Кроме того, требуется защита от перегрузок для сетей в жилых и общественных зданиях, в торговых помещениях, служебно-бытовых помещениях промышленных предприятий, пожароопасных и взрывоопасных зонах, а также для открытых проводок с горючей изоляцией (АПР, ПРД и т.д.).

Таблица 5.5 – Поправочные коэффициенты на токи для кабелей, проводов и шин в зависимости от температуры земли и воздуха

Условная температура среды, 0С	Нормированная температура жил, 0С	Поправочные коэффициенты на токи при расчетной температуре среды, 0С
		-5	0	+5	+10	+15	+20	+25	+30
15	80	1,14	1,11	1,08	1,04	1,00	0,96	0,92	0,88
25	80	1,24	1,20	1,17	1,13	1,09	1,04	1,00	0,95
25	70	1,29	1,24	1,20	1,15	1,11	1,05	1,00	0,94
15	65	1,18	1,14	1,10	1,05	1,00	0,95	0,89	0,84
25	65	1,32	1,27	1,22	1,17	1,12	1,06	1,00	0,94
15	60	1,20	1,15	1,12	1,06	1,00	0,94	0,88	0,82
25	60	1,36	1,31	1,25	1,20	1,13	1,07	1.00	0,93
15	55	1.22	1,17	1,12	1,07	1,00	0,93	0,86	0,79
25	55	1,41	1,35	1,29	1,23	1,15	1,08	1,00	0,91
15	50	1.25	1,20	1,14	1,07	1,00	0,93	0,84	0,76
25	50	1,48	1,41	1,34	1,26	1,18	1,09	1,00	0,89

Для защиты используют плавкие предохранители и автоматические выключатели, мгновенно обесточивающие поврежденный участок сети. Аппараты защиты устанавливают в начале головных участков питающей или группо­вой сети и в местах, где сечение проводников уменьшается. Токи уставок защитных аппаратов определяют по расчетному току защищаемого участка (таблица 5.6).

После выбора уставок защитных аппаратов производят проверку сечения проводов на соответствие расчетному току уставки защитного аппарата

, (5.9)

где – коэффициент, учитывающий нормированное соотношение между длительно допустимым током проводников и номинальным током защитного аппарата таблица 5.7 [7].

Таблица 5.6 – Выбор токов уставок защитных аппаратов

Защитный аппарат	Вид защиты	Лампы накаливания		Лампы газоразрядные низкого давления	Лампы ЛРЛ, ДРИ, ДНаТ
		До 300 Вт	Более 300 Вт
Автоматические выключатели с любым расцепителем	От токов короткого замыкания и токов перегрузки
Предохранители с плавкими вставками

Таблица 5.7 – Коэффициент, учитывающий нормированное соотношение между длительно допустимым током проводников и номинальным током защитного аппарата

	Коэффициент
Автоматический выключатель с номинальным током до 100А	1,4
Автоматический выключатель с номинальным током более 100А	1,25

Если условие (5.9) не соблюдается, то сечение проводников необходимо увеличить.

Действительная потеря напряжения на участке, %, может быть определена по формуле

, (5.10)

где – момент нагрузки на расчетном участке, кВт∙м;

– коэффициент, зависящий от материала проводников, системы и напряжения сети на расчетном участке;

– сечение проводника на расчетном участке, мм .

Порядок расчета электрический сетей следующий:

– составляют расчетную схему электрической сети;

– рассчитывают сечение проводов участков сети на минимум затрат проводникового материала;

– проверяют сечения проводов на механическую прочность;

– определяют расчетные токи участков сети и проверяют принятые сечения по условиям нагрева;

– определяют токи вставок защитных аппаратов;

– проверяют принятые сечения проводников на соответствие токам уставок защитных аппаратов;

– определяют потери напряжения в конце сети.

Исходные данные к задаче 5.

На основании расчетной схемы полученной при выполнении практического занятия 4 произвести расчет электрической сети осветительной установки.