3.3 Расчет электрических нагрузок осветительной сети

Расчет электрических нагрузок ведется с соблюдением «Норм технологического проектирования. Внутреннее освещение» [8, 3.79 – 3.105].

Расчетная нагрузка (Р_Р) определяется исходя из суммарной установленной мощности ламп, полученной в результате светотехнического расчета. В осветительных установках с разрядными лампами расчетная нагрузка определяется с учетом потерь энергии в пускорегулирующей аппаратуре (ПРА).

(3.1)

гдеК_С – коэффициент спроса осветительной нагрузки [8, 3.81]:

К_С = 0,95 – для питающих осветительных сетей;

К_С = 1,0 – для групповых осветительных сетей и эвакуационного освещения;

К_ПРА – коэффициент, учитывающий потери вПРА газоразрядных ламп

[8, 3.79]:

К_ПРА = 1,2 – для люминесцентных ламп;

К_ПРА = 1,1 – для ДРЛ, ДРИ мощностью до 250 Вт;

К_ПРА = 1,05 – для ДРЛ, ДРИ мощностью 400 Вт и более;

P_Нi– номинальная мощность одной лампы (i-й лампы);

n – количество ламп, питающихся по линии.

При необходимости расчетная реактивная мощность осветительной нагрузки определяется по формуле:

(3.2)

где tgφ – среднее значение коэффициента реактивной мощности осветительной сети.

Зная Q_pи P_p можно найти полную мощность расчетной нагрузки S_pи расчетный ток I_p :

(3.3)

Расчетный ток для трехфазной сети (четырех- и пятипроводной):

(3.4)

Расчетный ток для однофазной сети (двух- и трехпроводной):

(3.5)

Светильники на две и более люминесцентных ламп комплектуются ПРА, обеспечивающимиcosφне менее 0,9; а на одну – 0,85 [7]. Светильники с лампами ДРЛ, ДРИ при напряжении 220В имеют некомпенсированные ПРА со средним значением cosφ=0,5 [5, 12.2].

3.4 Защита осветительных сетей

Все осветительные сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания, а в некоторых случаях (жилые и общественные здания; взрыво- и пожароопасные зоны) также и от перегрузки [8, 3.91]. При выборе номинальных токов уставок аппаратов защиты (предохранители – I_н.пр ; автоматические выключатели – I_н.р.) следует обеспечивать селективность защиты, для чего рекомендуется, чтобы каждый ближайший к источнику питания аппарат защиты имел номинальный ток уставки на 1-2 ступени выше, чем предшествующий ему аппарат защиты со стороны потребителя. Данное указание не относится к вводным автоматам групповых щитков, которые не предназначены служить аппаратами защиты [8, 3.94].

Для отстройки аппаратов защиты от пусковых токов источников света должны обеспечиваться отношения тока аппарата защиты (I_н.пр; I_н.р) и расчетного тока защищаемой линии (I_р) (таблица В.5):

• номинальный ток плавкой вставки предохранителя:

I_н.пр=K_п ∙I_р , (3.6)

• номинальный ток расцепителяавтомата:

I_н.р=K_п∙I_р , (3.7)

гдеK_п – коэффициент (таблица B.5).

Технические характеристики автоматов серии BA 47(таблица B.4).

3.5 Расчет осветительных сетей

Расчет электрической сети освещения заключается в определении сечения проводов и кабелей, и согласования этих сечений с токами защитных аппаратов. Рассчитанное сечение жил, проводов и кабелей должно удовлетворять условиям механической прочности, допустимому нагреву и обуславливать потерю напряжения, не превышающую допустимых значений.

Действующие в настоящее время нормативные документы (ПУЭ; СНиП; ГОСТ), 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 (PEN) и защитных (PE) 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.

Сечение PENпроводников должно быть не менее сечения Nпроводников и не менее 10 мм² по меди и 16 мм² по алюминию независимо от сечения фазных проводников.

Сечение PE проводников должно ровняться сечению фазных при сечении последних до 16 мм² и 50% сечения фазных проводников – при больших сечениях.

Сечение PEпроводников, не входящих в состав кабеля, должно быть не менее 2,5 мм² при наличии механической защиты и 4 мм² – при ее отсутствии.

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

Кроме того, в однофазных линиях групповой сети не допускается:

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

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

Сечение защитного PE – проводника должно равняться:

• сечению фазных проводников при сечении до 16 мм²;

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

• не менее 50% сечения фазных проводников при больших сечениях проводников.

Для разрядных ламп в трехфазных пятипроводныхпитающих и групповых линиях сечение нулевых рабочих проводников следует выбирать в соответствии с требованиями 7.1.45 [7].

При этом допустимую токовую нагрузку на провода, проложенные в трубах, следует принимать как для четырех проводов, проложенных в одной трубе [10].

Согласно [7, 2.1.14] в силовых и осветительных сетях сечения фазных проводников должны быть не менее 1,5 мм² – для медных, и 2,5 мм² – для алюминиевых проводников.

Выбор сечения проводов по нагреву производится из условия I_доп≥I_р с соответствующими поправками, указанными [7, 1.3].

3.5.1 Выбор сечения проводников по допустимой потере напряжения

Особенностями осветительных электрических сетей по сравнению с силовыми сетями являются: значительная протяженность и разветвленность, небольшие мощности отдельных электроприемников и участков сети, наличие установок рабочего и аварийного освещения. Чтобы световой поток ламп не падал ниже определенной величины, действующим ГОСТ [2] установлено, допустимое отклонение напряжения в пределах ∆U= ±5%, т.е. 5% от номинального напряжения осветительной сети можно потерять до наиболее удаленного светильника от источника питания.

Тогда располагаемая (допускаемая) потеря напряжения в осветительной сети составит:

∆U_доп=U_хх – U_min – ∆U_тр , (3.8)

где U_хх – напряжение холостого хода на шинах низкого напряжения

трансформатора, U_хх= 105%;

U_min – минимальное допустимое напряжение у наиболее удаленной лампы,

U_min= 95%;

∆U_тр – потеря напряжения в трансформаторе, к которому подключена осветительная установка, %

∆U_доп=10 – ∆U_тр (3.9)

С учетом формулы (3.9) допустимые потери напряжения в осветительных сетях - (таблицаB.6).

Определяется сечение провода по формуле

(3.10)

где ΣМ_уч – суммарный момент данного участка и всех последующих по направлению тока участков с этим же числом проводов в линии, что и на головном участке;

C – коэффициент, зависящий от материала проводника и напряжения сети (таблица В.7).

Определение момента нагрузки зависит от схемы сети освещения. В простой схеме, (рисунок 3.4), момент определяется, как произведение расчетной нагрузки P_р ламп на длину участка сети L

ΣM=P_pL , (3.11)

Рисунок3.4 Простейшая схема осветительной сети

В схеме с ответвлениями, с равномерно распределенной нагрузкой, рисунок3.5, момент нагрузки определяется, как произведение мощности ламп на половину длины групповой линии

, (3.12)

Рисунок3.5 Схема осветительной сети с питающей и групповыми линиями

Если одна из групповых линий, например, l_2-3– однофазная, то:

(3.13)

где α_ПР – коэффициент приведения момента от однофазной нагрузки к трехфазной (таблица B.8).

Для схемы приведенной на рисунке3.6 – двухступенчатая схема питания осветительной установки, – суммарный момент соответственно определяется

(3.14)

Рисунок3.6 Расчетная схема осветительной сети с магистральным и групповым щитками освещения

Сечение проводов по участкам для схемы (рисунок 3.6):

• участок 1-2

, (3.15)

• потеря напряжения на этом участке 1-2

(3.16)

где S_Н≥ S_1-2 – номинальное сечение проводов (таблица В.11).

• располагаемые потери напряжения для последующего участка сети от МЩ до ЩО и для потребителя 2-4 составляет:

(3.17)

• участок 2-4:

1. сечение участка:

,

2. фактические потери напряжения на участке:

где S_Н≥S_2-4 ;

• участок 2-3:

1. момент научастке:

2. сечение участка:

,

фактические потери напряжения на участке:

где S_Н≥S_2-3 ;

• располагаемые потери для групповой сети (от щитка ЩО) составят:

_,

• участок 3-5:

1. сечение участка:

,

б) фактические потери напряжения на участке:

где S_Н≥S_3-5 ;

• участок 3-8:

1. сечение участка:

2. фактические потери напряжения на участке:

Выбранные сечения SН проверяются:

1. на нагрев рабочим током

_{Iдоп≥ Iр} , (3.18)

2. на соответствие с током защитного аппарата

_{Iдоп≥ КЗ ∙Iнр,} (3.19)

где _КЗ– кратность длительного допустимого тока по отношению к току защитного аппарата (таблица B.13).

3. по условиям механической прочности – [7,2.1.14]

–фактические потери напряжения до наиболее удаленного светильника (8 группа):

_(3.20)

_{Результаты электрического расчета сводятся в (таблица 1.1; 2.1).}