2. Пример расчета системы освещения цеха

В рассматриваемом примере дано задание спроектировать систему общего освещения цеха (рабочее и аварийное освещение). Выполнить светотехнический расчет и электрический расчет.

Светотехнический расчет рабочего помещения выполняется методом коэффициента использования, а бытовые помещения – методом удельной мощности.

План цеха, с расположением светильников, показан на рис 2.1.

Данные для расчета

1. Длина цеха A=60м.

2. Ширина цеха B=12х4=48м

3.Расстояние до осветительных щитков 2, 3, 4 определить согласно плану цеха, магистральный щиток 1 разместить произвольно либо на стене, либо на одной из колонн.

Вся сеть выполнена трехфазной с нулевым проводом, линии 9 и 10 – двухфазные с нулем.

Распределение освещенности по площади цеха существенно зависит от типа светильников и значения λ [1]. Расстояние между лампами желательно выбирать кратным расстоянию между колоннами, например 2, 3, 6, 12м. Возможно расположение не только по сторонам квадратов, но и по углам прямоугольников. При прямоугольных полях рекомендуется L_a/L_b  1,5.

Для заданных пролетов размещения светильников наиболее целесообразно производить по углам площадки со сторонами L_aхL_b (6х3, 6х6, 9х6, 9х9,12х9м.)

Р и с 2.1. Размещение светильников на плане цеха: 1,2- магистральные щитки; 3, 4, 5-осветительные щитки; 6- щиток аварийного освещения; а -расстояние между колоннами, b- расстояние между пролетами; P₁, P₂- дополнительная нагрузка;

2.1. Светотехнический расчет

2.1.1.Определим число светильников по плану цеха:

8 рядов, 9-ламп в ряду. Общее количество N=8∙9=72 (шт).

2.1.2.Определим индекс помещения:

2.1.3.Принимаем коэффициенты отражения потолка, стен, пола (приложение табл.П2.):

_п=30%, _с=10%, _р=10%.

2.1.4. По табл. 5.10[1] находим коэффициент использования:

=0,58.

2.1.5. Находим поток светильника:

лм,

где k=1,5-коэффициент запаса; S=A∙B=60∙48=2880 м²; z=1,15, Е - нормируемая освещенность, лк (см.табл. 3.3, 3.71)

2.1.6. По выбранному световому потоку выбирается ближайшая стандартная лампа, поток которой не должен отличаться от расчетного больше, чем на -10+20% (см.табл. 9.52). Выбираем лампу ДРЛ-400 с номинальным потоком =23000 лм, стандартный светильник типа РСП08/Л00. При невозможности выбора корректируется количество светильников N.

2.1.7. Определяем установленную мощность светильников:

P = P_н N=0,4∙72=28,8 кВт.

2.1.8. В целях уменьшения коэффициента пульсации подключаем светильники к разным фазам: 1 ряд - АВС, 2 ряд - ВСА, 3 ряд - САВ, 4 ряд - АВС (для щитка №1). Для щитка №2 1 ряд - BCA, 2 ряд - CAB, 3 ряд - ABC, 4 ряд - BCA

2.2.Электрический расчет

Длины линий определяем по плану цеха с учетом, что осветительные щитки прикреплены к стене на расстоянии 1,2 м от пола. Схема сети питания освещения цеха представлена на рис.2.2.

Р и с 2.2. Схема сети освещения.

2.2.1.Опредилим расчетные мощности каждого участка:

Р_р1=Р_р2=Р_р3=Р_р4=Р_р5=Р_р6=Р_р7=Р_р8=9∙0,4=3,6 кВт;

Р_р9=Р₁=3 кВт;

Р_р10=Р₂=0,5 кВт;

Р_р11=(Р_р1+Р_р2+Р_р3+Р_р4 )·1,1=4·3,6·1,1=15,84 кВт;

Р_р12=(Р_р1+Р_р2+Р_р3+Р_р4 )·1,1=4·3,6·1,1=15,84 кВт;

Р_р13=(Р_р9+Р_р10)·1,1=3,5·1,1=3,85 кВт;

Р_р14=Р_р11+Р_р12+Р_р13=15,84+15,84+3,85=35,53 кВт.

2.2.2.Опредилим расчетные токи каждого участка:

A;

A;

A;

A;

A;

A;

2.2.3.Минимальные сечения фаз линий из условия допустимого нагрева определим по таблице П4.

Принимаем, что линии 11-14 выполнены 4-жильным алюминиевым кабелем, проложенным в воздухе, марки АВВГ:

S₁₁=16мм² с I_д=54А;

S₁₂=16мм² с I_д=54А;

S₁₃=2,5мм² c I_д=17А;

S₁₄=70мм² с I_д=126А;

Линии 9-10 выполнены 3-жильными проводами (двухфазный с нулем) с резиновой и пластмассовой изоляцией, марки АПВ:

S₉=2,5мм² c I_д=20А;

S₁₀=2,5мм² с I_д=20А;

Линии 1-8 выполнены 4-х жильными проводами с резиновой и пластмассовой изоляцией, марки АПВ.

S₁=S₂=S₃=S₄=S₅=S₆=S₇=S₈=4мм² с I_д=32А

2.2.4.Выбор осветительного шинопровода.

Из существующего сортамента шинопроводов в осветительных установках наиболее широко используются следующие: в питающих сетях – шинопроводы ШРА-73 на токи 250, 400, 630А, в групповых сетях – шинопроводы ШОС-67, ШОС-4 на ток 25А, ШОС-80 на ток 16А и шинопроводы ШОС-73 на ток 63А (при алюминиевых шинах) или 100А (при медных шинах)[1].

Схема подключения светильников к шинопроводу представлена на рис.2.3. Найдем ток наиболее нагруженной части левой:

 16А , т.е. выбираем ШОС-80 с I_н=16А.

А В С А В С А В С

Р и с 2.3. Схема подключения светильников к шинопроводу.

Нагрузка на шинопровод несимметрична, поэтому находим моменты для различных фаз:

М_А=1,1P_H24+6=13,2 кВтм;

М_В= 1,1P_H·18=7,92 кВтм

М_С=1,1P_H·12=5,28к Втм.

Наибольший момент нагрузки будет в фазе А, тогда выбираем значение коэффициента с=7,4 для однофазной линии с алюминиевыми проводниками[3]

Определим потерю напряжения для наиболее удаленной ламы в фазе А:

.

Полная потеря напряжения с учетом индуктивного сопротивления шинопровода и реактивных нагрузок лампы:

U_ПА=U_A k=0,34·1,02=0,34%,

где k=1,01 для алюминиевых проводников сечением 2,5 мм², k=1,02 для сечением 4 мм².

2.2.5.Определим моменты нагрузок всех линий:

до магистрального щитка: 14 - М₁₄=Р_р14 L₁=35,53·40=1421,2 кВтм;

до осветительного щитка: 11 - М₁₁=Р_р11 L₆=15,84·83,6=1324,22 кВтм;

до осветительного щитка :12 - М₁₂=Р_р12 L₇=15,84·59,6=944,58 кВтм;

до осветительного щитка: 13 - М₁₃=Р_р13 L₈=3,85·47,6=183,26 кВтм;

до светильников: 1-8 - М₁=М₄=М₅=М₈=Р_р1 L₄=3,6·44,8=161,28 кВтм;

М₂=М₃=М₆=М₇=Р_р1 L₅=3,6·38,8=139,68 кВтм;

для нагрузок 9,10: m₉=P_p9L₂=3·20=60 кВтм, m₁₀=P_p10L₃=0,5·30=15 кВтм.

Найдем полный момент. Для нагрузок Р₁ и Р₂ выбираем значение коэффициента привидения моментов  [1] Для трехфазной линии с нулем и двухфазным ответвлением с нулем

=1,37; М_П=М₁+М₂+М₃+М₄+М₅+М₆+М₇+М₈+(m₉+m₁₀)+М₁₁+М₁₂+М₁₃+

+М₁₄=4·161,28+4·139,68+1,37·(60+15)+1324,2+944,06+183,3+1421,2=

=5179,34 кВтм.

2.2.6.Полученные данные внесем в табл. 2.1

Таблица 2.1

Данные полученные при расчете

№ ЛИНИЙ	Наименование потребителя	Pp, кВт	Cos	Ip, A	L, м	Sф, мм2	S0, мм2	М,кВтм
1	ШОС-80	3,6	0,5	10,9	44,8	4	2,5	161,28
2	ШОС-80	3,6	0,5	10,9	38,8	4	2,5	139,68
3	ШОС-80	3,6	0,5	10,9	38,8	4	2,5	139,68
4	ШОС-80	3,6	0,5	10,9	44,8	4	2,5	161,28
5	ШОС-80	3,6	0,5	10,9	44,8	4	2,5	161,28
6	ШОС-80	3,6	0,5	10,9	38,8	4	2,5	139,68
7	ШОС-80	3,6	0,5	10,9	38,8	4	2,5	139,68
8	ШОС-80	3,6	0,5	10,9	44,8	4	2,5	161,28
9	АПВ	3	0,5	13,63	20	2,5	2,5	60
10	АПВ	0,5	0,5	2,27	30	2,5	2,5	15
11	Осветительный щиток	15,84	0,5	48	83,6	16	10	1324,22
12	Осветительный щиток	15,84	0,5	48	59,6	16	10	944,064
13	Осветительный щиток	3,85	0,5	11,67	47,6	2,5	2,5	183,26
14	Магистральный щиток	35,53	0,5	107,7	40	70	35	1421,2

2.2.7.Расчет на минимум проводникового материала.

Располагаемая потеря напряжения U_p определена по диаграмме отклонений напряжения силовой сети цеха для максимального режима работы и допустимому уровню напряжения у наиболее удаленных ламп или по табл. П.3 (в соответствии со своим вариантом) и равна 4,5%. Значение U_р необходимо уменьшить, учитывая потери напряжения в фазе А, тогда U_p=4,5 0,34=4,16%.

По табл. 4.1 c=44 для алюминиевых проводников трехфазной линии с нулем.

Найдем сечение на участке 14:

мм².

Так как определяющим является условие нагрева, принимаем S₁₄=70 мм²

Действительные потери напряжения на участке 14

%.

Располагаемая потеря напряжения для последующих участков 1-13 составляет U_1-13=U_pU₁₄=4,160,46=3,7 %.

Найдем сечение на участке 11:

мм².

Так как определяющим является условие нагрева, принимаем

S₁₁=16 мм²

Найдем сечение на участке 12:

мм².

Так как определяющим является условие нагрева, принимаем

S₁₂=16 мм².

Найдем сечение на участке 13:

мм².

Так как определяющим является условие нагрева, принимаем

S₁₃=2,5 мм².

Действительные потери напряжения на участке 11

%.

Располагаемая величина потерь напряжения для участков 1-4

U_р1-4=U_p1-13U₁₁=3,71,88=1,82 %.

Найдем сечения на участках 1-4:

мм²

мм²

Окончательно с учетом условий нагрева и механической прочности принимаем S₁=S₂=S₃=S₄=4 мм²

Действительные потери напряжения на участке 13

%.

Располагаемая величина потерь напряжения для участков 5-8

U_р5-8=U_p1-13U₁₂=3,71,34=2,36 %.

Найдем сечения на участках 5-8:

мм²;

мм².

Окончательно с учетом условий нагрева и механической прочности принимаем S₅=S₆=S₇=S₈=4 мм²

Действительные потери напряжения на участке 13

%.

Располагаемая величина потерь напряжения для участков 9,10

U_p9,10=U_p1-13U₁₃=3,71,66=2,038 %.

Найдем сечения на участках 9,10:

мм²;

мм²,

где с=19,6 , так как линия двухфазная с нулем из алюминиевых проводников [1].

Окончательно с учетом условий нагрева и механической прочности принимаем S₉=S₁₀=2,5 мм².

2.2.8. Выбираем сечение нулевых проводников (см.табл.2.2) из условия S₀0,6S_ф.

Таблица 2.2.

Сечение проводников участков сети

Проводник	Сечение проводника участка с номером, мм2
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Sф	4	4	4	4	4	4	4	4	2,5	2,5	16	16	2,5	120
S0	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	10	10	2,5	95

2.2.9 Выбор осветительных щитков.

Выбор серии шкафов и щитков определяется типом защитных аппаратов, необходимостью управления освещением, условиями среды. В цехах управление освещением обычно предусматривается аппаратами, установленными в щитках, в небольших (бытовых) помещениях – местными выключателями. Во всех случаях учитываются условия естественного освещения и характер производства, т. е. возможность выполнения работ на какой-либо определенной части цеха [1].

Могут быть рекомендованы щитки с автоматическими выключателями следующих серий:

для установки на колоннах и других узких основаниях щитки ЩО 41 без вводного автомата с числом автоматов на группах АЕ-2041 до 18 и АЕ-2043 до 6 штук; номинальный ток щитка 160А, максимальное сечение на один зажим питающей сети составляет 2х95 мм², для групповой сети – 25 мм²;

для питания и дистанционного управления установками с лампами ДРЛ при необходимости компенсации реактивных нагрузок последних щитки ПР41 с вводным автоматом А3728Н, с автоматами на отходящих линиях АЕ2041 до 3 и АЕ2043 до 9 штук; номинальный ток щитка 250А, максимальное сечение на один зажим питающей сети составляет 2х120 мм², для групповой сети – 25 мм²;

щитки серии ПР11 с автоматами АЕ2000 на ток до 100А;

для утопленной установки щитки ЩО31--ЩО33 с автоматами на группах АЕ1031 до 24 штук; щитки ЩО31 имеют на вводе автомат А3114, а ЩО32-А3114/7 на ток 100А; максимальное сечение питающей сети составляет 95 мм², для групповой сети – 5 мм².

В данном случае выбираем магистральный щиток ЩО 41-5204; I_н=160 А без вводного автомата, так как подключаем его к автоматическому выключателю КТП. На отходящих линиях устанавливаем 4 трехполюсных автомата марки АЕ-2043 с I_н=50 А. Один автомат в резерве.

Так как нагрузка на линиях 1-8 одинаковая, то осветительные щитки 11,12 выбираем одной марки ЩО31-32; I_н=100 А с вводным автоматом типа А3114/7 с I_н=160 А и отходящими автоматами типа АЕ-1031-11 с I_н=16 А в количестве 12 штук.

Осветительный щиток 13 выбираем марки ЩО31-32; I_н=100 А с водным автоматом типа А3114 с I_н=50 А и отходящими автоматами типа АЕ-1031-11 с I_н=16 А, в количестве 6 штук.