Расчет электрического освещения промышленных предприятий
реклама
РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника» Составитель Д. С. Чумбуридзе Владикавказ 2013 0 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) Кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий» РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника» Составитель Д. С. Чумбуридзе Допущено редакционно-издательским советом Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета). Протокол №23 от 30.04.2013 Владикавказ 2013 1 УДК 628.9 + 621.3.087.51 ББК 31.294 4-90 Ч 90 Рецензент: кандидат технических наук, доцент СКГМИ (ГТУ) Бабаянц М. Т. Ч 90 Расчет электрического освещения промышленных предприятий: Учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника» / Сост. Д. С. Чумбуридзе; Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). Владикавказ: Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). Изд-во «Терек», 2013. – 58 с. УДК 628.9 + 621.3.087.51 ББК 31.294 Редактор Иванченко Н. К. Компьютерная верстка Цишук Т. С. Составление. Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет), 2013 Чумбуридзе Д. С., составление, 2013 Подписано в печать 21.12. 2013. Формат бумаги 60х84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Таймс». Печать на ризографе. Усл. п.л. 3,49. Тираж 40 экз. Заказ № ____. Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). Изд-во «Терек». Отпечатано в отделе оперативной полиграфии СКГМИ (ГТУ). 362021. Владикавказ, ул. Николаева, 44. 2 Содержание 1. Проектирование светотехнической части электроосветительной установки ......................................................................................................... 1.1. Выбор источника света ................................................................... 1.2. Выбор минимальной освещённости и коэффициента запаса ...... 1.3. Выбор системы и вида освещения ................................................. 1.4. Выбор типов светильников, их расположения и высоты подвеса ........................................................................................................... 1.5. Определение установленной мощности электроосветительной установки ................................................................................................. 1.6. Расчёт электрического освещения методом коэффициента использования светового потока ............................................................... 1.7. Расчёт электрического освещения методом удельной мощности............................................................................................................. 2. Электроснабжение осветительной установки .......................................... 2.1. Выбор напряжения и источника питания ...................................... 2.2. Структура электроосветительных сетей ....................................... 2.3. Характерные схемы питания осветительных установок .............. 2.4. Определение расчетных электроосветительных нагрузок ........... 2.5. Расчет электроосветительной сети ................................................. 2.5.1. Выбор сечений проводников по механической прочности .................................................................................................... 2.5.2. Выбор сечений проводников по условию нагревания длительным расчетным током нагрузки ...................................... 2.5.3. Выбор сечений проводников по допустимой потере напряжения ..................................................................................... 2.5.4. Защита электроосветительных сетей .................................. 2.5.5. Выбор способа выполнения электроосветительных сетей .................................................................................................... Литература ....................................................................................................... 3 4 – 6 7 9 19 20 21 23 – 24 31 32 36 37 – 39 49 53 58 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВЕТОТЕХНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРООСВЕТИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Электроосветительная установка представляет совокупность осветительных приборов, электросетей и электрооборудования для питания и управления осветительными приборами. При проектировании светотехнической части электроосветительной установки согласно решают вопросы [1]: 1. Выбора источника света. 2. Выбора минимальной освещённости и коэффициента запаса. 3. Выбора системы и вида освещения. 4. Выбора типов светильников, их расположения и высоты подвеса. 5. Определения установленной мощности электроосветительной установки. 1.1. Выбор источника света Выбор производится с учётом световой отдачи, электрических характеристик и срока службы источников света. Для электрического освещения производственных, административных и общественных зданий применяют люминесцентные лампы (ЛЛ), дуговые ртутные лампы (ДРЛ), дуговые металлогалогенные лампы (ДРИ) и лампы накаливания (ЛН). При технической необходимости допускается применение в одном помещении источников света различных типов. Для исключения образования при этом на рабочих поверхностях разноцветных теней, следует обеспечивать создание каким-либо одним типом источника света не менее 80 % всей освещённости рабочих мест. В целях уменьшения первоначальной стоимости осветительной установки и трудозатрат по её обслуживанию следует применять источники света возможно большей единичной мощности. Общее освещение помещений должно выполняться преимущественно с использованием газоразрядных ламп. Применение люминесцентных ламп рекомендуется: 1) для системы одного общего освещения производственных помещений, в которых выполняются зрительные работы I – III разрядов (табл. 4 – 12); 2) для общего освещения в системе комбинированного освещения; 4 3) при повышенных требованиях к цветопередаче; 4) в административно-конторских, лабораторных помещениях, конструкторских бюро; 5) во вспомогательных помещениях (санузлы, лестницы, коридоры) из эстетических соображений и в целях однотипности устанавливаемых источников света; 6) при высоте подвеса светильников менее 3,5 – 4 м. В установках с люминесцентными лампами, при отсутствии требований к цветопередаче, необходимо применять наиболее экономичные лампы ЛБ, а при необходимости различения цветов и оттенков – лампы ЛХБЦ, затем ЛДЦ, ЛХБ, ЛД. Буквы в обозначениях типов ламп расшифровываются: Д – дневного света, Б – белого, ХБ – холоднобелого, ТБ – тёпло-белого, Ц – правильной цветопередачи. Технические данные люминесцентных ламп приведены в табл. 2– 12 2. В производственных помещениях при выборе источника света учитывают требования к цветопередаче, высоте установки и способу обслуживания. Лампы ДРЛ применяют для освещения больших производственных помещений с высотой 10–12 м и более, в которых не требуется правильной цветопередачи. Использование ламп ДРЛ существенно упрощает эксплуатацию осветительных установок. Металлогалогенные лампы ДРИ имеют такую же область применения, как и лампы ДРЛ. Технические данные ртутных ламп высокого давления ДРЛ и металлогалогенных ламп ДРИ приведены в табл. 2 – 15 и 2 –16 2. Лампы накаливания обычного исполнения для общего освещения применяют: 1) в помещениях, при производстве зрительных работ VI, VIII и IX разрядов (табл. 4–1 2); 2) для освещения технологических площадок, мостиков, переходов; 3) для освещения помещений с тяжёлыми условиями среды, в случае отсутствия специальных светильников; 4) для аварийного освещения, если рабочее освещение выполнено лампами ДРЛ и ДРИ. Допускается применение ЛН для освещения вспомогательнобытовых помещений. 5 Технические данные ламп накаливания общего применения приведены в табл. 2–2 2. Местное освещение выполняют с использованием ламп накаливания или люминесцентных ламп. В качестве источника света для аварийного освещения применяют лампы накаливания и люминесцентные лампы. Запрещается использование для аварийного освещения ламп ДРЛ и ДРИ. 1.2. Выбор минимальной освещённости и коэффициента запаса Для создания необходимых условий труда и высокой его производительности требуется обеспечение минимальной освещённости (Емин) рабочих поверхностей, на которых располагаются детали различения. При выборе минимальной освещённости для производственных и коммунальных предприятий, жилых и общественных зданий руководствуются Строительными Нормами и Правилами (СНиП, гл. II – А, 9 – 71) 3, а также табл. гл. 4 2. В СН и П нормируются как количественные, так и качественные характеристики осветительных установок. Количественным критерием освещения производственных помещений является минимальная освещённость рабочих поверхностей. Под рабочей поверхностью понимается поверхность стола, верстака, части оборудования или изделия, на которой нормируется или измеряется освещённость. В табл. 3 2 и табл. 4–4 в – 4–4о 3 приведены нормы освещённости рабочих поверхностей в производственных помещениях. Указанные значения минимальной освещённости определяются: – степенью точности зрительной работы, обусловленной общей характеристикой работы и размером объекта различения; – контрастом объекта различения с фоном и характеристикой фона; – применяемой системой освещения. Качественными показателями осветительных установок являются показатели: ослеплённости и дискомфорта, коэффициент пульсации. Эксплуатация осветительных установок сопровождается снижением освещённости на рабочих поверхностях вследствие уменьшения светового потока ламп. Причиной является загрязнение источников света, осветительной арматуры и отражающих поверхностей – стен и потолков. Поддержание требуемой освещённости на рабочих поверхностях достигается введением понятия расчётной освещённости, ко6 торая принимается выше минимальной, что учитывается коэффициентом запаса, представляющим отношение кз ЕP Е мин При использовании в качестве источника света газоразрядных ламп, коэффициент запаса изменяется в пределах кз= 1,3–2,0 . Рекомендуемые значения коэффициента кз приводятся в табл. гл. 4 и табл. 4–9 2 . 1.3. Выбор системы и вида освещения В осветительных установках применяют системы общего или комбинированного (общего и местного) освещения. Система общего освещения обеспечивает создание минимальной освещённости как на рабочих местах, так и в помещении в целом. При общем освещении светильники устанавливаются в верхней зоне помещения – непосредственно на потолке или подвешиваются к нему, на фермах, на стенах, колоннах или на производственном оборудовании. Они называются светильниками общего освещения. Для системы общего освещения различают два способа размещения светильников – равномерное и локализованное. При равномерном освещении светильники устанавливают рядами с одинаковым или незначительно отличающимся расстоянием между ними. Расстояния между светильниками в ряду также принимают одинаковым. Такое освещение называется общим равномерным. Общее равномерное освещение является наиболее распространённым и применяется в цехах с упорядоченным расположением по площади помещения технологическим оборудованием. К производствам, имеющим характерное расположение оборудования, относятся цеха машиностроительной и текстильной промышленности, заводы искусственного волокна, а также вспомогательные помещения. Система общего локализованного освещения рекомендуется для производственных помещений с сосредоточенным расположением технологического оборудования и рабочих мест, а также отдельных участков, на которых требуется создание различных уровней нормированной освещённости. Отличие освещённости на различных участках достигается более частой установкой светильников, изменением 7 их типа, уменьшением высоты подвеса, увеличением мощности ламп или совместным применением различных способов. Локализованное освещение применяется в цехах, где технологические операции, требующие повышенной освещённости, производятся, например, на конвейерах сборки различных приборов и механизмов, тогда как на остальных участках, где выполняются вспомогательные работы по складированию, подвозке деталей, проезду внутризаводского транспорта или же проходу людей, освещённость может быть значительно понижена. Преимущества локализованного освещения в сравнении с общим равномерным заключаются в уменьшении мощности осветительной установки, возможности создания требуемого направления светового потока. Систему комбинированного освещения, обеспечивающую создание высокой освещённости, применяют в помещениях с тонкими и точными зрительными работами, характеризуемыми разрядами I–IV, V а–б (табл. 4–1 2). Нормированную освещенность помещения в целом обеспечивает общее освещение, а рабочих поверхностей – местное. Нормы освещенности для комбинированного освещения приведены в табл. 4–1 2. В системе комбинированного освещения освещенность рабочих поверхностей светильниками общего освещения должна быть не менее 10 % от нормы для комбинированного освещения. При комбинированном освещении в помещении предусматривается общее освещение с равномерным размещением светильников и местное освещение светильниками, установленными на рабочих местах в непосредственной близости от рабочей зоны. Наиболее широко местное освещение применяется на металлообрабатывающих станках, слесарных верстаках, столах для производственных операций с мелкими деталями и т.п. В большинстве производственных помещений, возникает необходимость использования переносных светильников для осмотра и ремонта оборудования, а в некоторых случаях и для выполнения производственных операций. Для подключения этих светильников прокладываются электросети, устанавливаются понижающие трансформаторы и штепсельные розетки. Расположение штепсельных розеток должно обеспечивать возможность использования переносных светильников, при длине провода не более 10–15 м. По видам электрическое освещение разделяется на рабочее и аварийное. 8 Рабочее освещение выполняется во всех без исключения производственных помещениях и служит для создания нормированной освещённости на рабочих местах. Кроме рабочего освещения, в отдельных помещениях предусматривается аварийное освещение, которое при отключении рабочего освещения обеспечивает минимальную освещённость для продолжения работы или эвакуации людей. Аварийное освещение для продолжения работы называется освещением безопасности и предусматривается в помещениях, в которых в результате погасания рабочего освещения возможен массовый травматизм, пожар, взрыв или же длительное расстройство технологического процесса. Норма освещённости освещения безопасности принимается равной 5 % освещённости, нормируемой для рабочего освещения, однако должна быть не менее 2 лк. Эвакуационное аварийное освещение предусматривают в местах, опасных для прохода, на лестницах, в производственных помещениях с постоянно работающими людьми, выход из которых при внезапном отключении рабочего освещения связан с опасностью травматизма изза продолжения работы технологического оборудования. Его также устраивают в любых производственных помещениях с числом работающих более 50 человек и в непроизводственных помещениях, где одновременно могут находится более 100 человек (спортивные и актовые залы, большие аудитории и т.п.). Освещённость эвакуационного аварийного освещения на полу основных проходов и ступенях лестниц должна быть не менее 0,5 лк. 1.4. Выбор типов светильников, их расположения и высоты подвеса При выборе типа светильников наряду с их основным назначением по созданию нормированной освещённости на рабочих поверхностях учитывают их классы по светораспределению в пространстве и формы кривых силы света, экономичность и условия окружающей среды. Основным признаком для классификации светильников по характеру распределения светового потока является отношение светового потока, излучаемого светильником в нижнюю полусферу (Фсв), к полному световому потоку светильника Фсв . Согласно этому признаку светильники делят на 5 классов: прямого света (П), если эта доля больше 80 % ; преимущественно прямого – (Н), если она составляет 9 60–80 % ; рассеянного – (Р) – 40–60 % ; преимущественно отражённого – (В) – 20–40 % и отражённого – (О) – менее 20 % . Светильники в соответствии с ГОСТ 21.608-84 классифицируют и в зависимости от формы кривой силы света. Различают 7 типовых кривых силы света: концентрированная (К), глубокая (Г), косинусная (Д), равномерная (М), синусная (С), полуширокая (Л) и широкая (Ш). Для освещения горизонтальных рабочих поверхностей в цехах с низкими коэффициентами отражения светового потока от стен и потолка рекомендуются светильники прямого света класса П, а в производственных помещениях со светлыми стенами и потолками преимущественно прямого света светильники класса Н. Светильники со светораспределением Н и Р применяют в административно-конторских и лабораторных помещениях. В помещениях, где рабочие поверхности находятся в произвольно расположенных вертикальных плоскостях, устанавливают светильники рассеянного света класса Р. При общем равномерном освещении горизонтальных поверхностей выбор формы кривой силы света производится в зависимости от расчётной высоты и минимальной освещённости. Наибольшие значения указанных параметров сопровождаются выбором кривых силы света К или Г, средние – Г, малые – Д. Окончательно принято, что для освещения горизонтальных рабочих поверхностей в цехах, имеющих низкие коэффициенты отражения и значительную высоту, применяют светильники класса П с кривой силы света К, а с уменьшением высоты - кривые силы света Г и Д. В производственных помещениях со светлыми стенами и потолками применяют светильники классов Н и Р с аналогичными кривыми силы света, в зависимости от высоты потолков. Светильники классов Н и Р с кривыми силы света Д и Л применяют для освещения административно-конторских, учебных помещений, лабораторий и т.п. Согласно ГОСТ 21.608-84 отдельные типы светильников имеют различные обозначения. Структура шифра следующая: где 1 – буква, обозначающая источник света (Н – лампы накаливания общего применения, Р – ртутные лампы типа ДРЛ, Л – прямые трубчатые люминесцентные лампы, Г – ртутные лампы типа ДРИ и т. д.); 2 – буква, обозначающая способ установки светильника (С – подвесные, 10 П – потолочные, Б – настенные и т. д.); 3 – буква, обозначающая назначение светильника (П – для промышленных предприятий, О – общественных зданий, У – наружного освещения, Р – рудников и шахт, Б – бытовых помещений ); 4 – двузначное число (01 – 99), обозначающее номер серии; 5 – число, обозначающее количество ламп в светильнике (для одноламповых светильников число 1 не указывается и знак " " не ставится, а мощность записывается непосредственно после тире); 6 – число, обозначающее мощность ламп в ваттах; 7 – буква, обозначающая типовую кривую силы света светильника; 8 – две цифры, обозначающие степень защиты (первая– от пыли, вторая – от воды ). По защите от пыли светильники выполняют открытыми (2); перекрытыми (2') с неуплотнённой светопропускающей оболочкой; полностью пылезащищёнными (5), допускающими проникновение пыли, лишь в безвредных для светильника количествах ; частично пылезащищёнными (5') – с защитой от пыли, но только токоведущих частей; полностью пыленепроницаемыми (6); частично пылепроницаемыми (6'). Степень защиты светильников от воды: незащищённые (0), каплезащищённые (2), дождезащищённые (3), брызгозащищённые (4), струезащищённые (5) и т. д.; 9 – двузначное число, указывающее модификацию светильника (выбранную стартерную или бесстартерную схему зажигания); 10 – обозначение климатического исполнения и категории размещения светильников. Климатическое исполнение указывается буквами (У – для районов с умеренным климатом, Т – для районов с тропическим климатом и т.д.). Категория размещения определяет место установки светильников: 1 – на открытом воздухе; 2 – под навесом и другими полуоткрытыми сооружениями; 3 – в закрытых неотапливаемых помещениях; 4 – в закрытых отапливаемых помещениях; 5 – в сырых помещениях. Для удобства выбора все общепромышленные светильники разделены на три группы: светильники общего применения, светильники для тяжёлых условий среды (особая сырость, повышенная запылённость, химически активная среда) и взрывозащищённые светильники. Светильники общего применения, относящиеся к категории "незащищённые", применяют для освещения большей части помещений, характеризующихся отсутствием тяжёлых условий и не являющихся взрывоопасными. В помещениях с тяжёлыми условиями среды электрическое освещение может быть выполнено с использованием пылезащищён11 ных (полностью пыленепроницаемых) светильников, обеспечивающих также высокую степень защиты и от воды. Рекомендации по выбору взрывозащищённых светильников приведены в разделе 3–8 2. Основными элементами светильников являются источник света и осветительная арматура. Осветительная арматура светильников выполняет функции: 1) рационально распределяет световой поток, излучаемый источником света; 2) защищает глаза наблюдателя от чрезмерной яркости источника света; 3) предохраняет источник света от механических повреждений и загрязнения; 4) является конструкцией для крепления источника света и подведения электрического тока. Светильники для люминесцентных ламп Назначением осветительной арматуры является перераспределение светового потока источника света с целью обеспечения его преимущественного направления на освещаемую поверхность. Перераспределение светового потока источника света достигается использованием отражателей, экранирующих решёток и рассеивателей. Отражатели в светильниках изготовляют из металла, причём в зависимости от обработки поверхности они могут обладать рассеянным (диффузные отражатели), либо направленным отражением (зеркальные отражатели). Светораспределение светильников с диффузными отражателями почти не зависит от формы отражателя, а определяется, в основном, коэффициентом отражения его поверхности. Покрытые белой эмалью, они должны периодически очищаться от пыли и грязи. Такие светильники благодаря простоте изготовления и эксплуатации, относительно низкой стоимости наиболее широко распространены в практике электрического освещения предприятий. В противоположность диффузным (эмалированным) отражателям форма зеркального отражателя существенно влияет на светораспределение светильника, что позволяет соответствующим выбором профиля зеркального отражателя получить светильник с необходимой кривой силы света. Высокой степени концентрации светового потока в этом случае добиваются применением зеркальных параболо-цилиндрических отражателей. Тем не менее светильники для люминесцентных ламп с зеркальными отражателями из-за сложности изготовления 12 и высокой себестоимости находят ограниченное применение в электроосветительных установках. Светильники с люминесцентными лампами относятся к несимметричным светильникам и их фотометрическое тело не обладает круговой симметрией. Светораспределение этих светильников характеризуется двумя кривыми силы света в продольной и поперечной плоскостях. Кривая силы света в продольной плоскости представляет косинусоиду, а в поперечной плоскости зависит от защитного угла светильника. Применение экранирующих решёток, перекрывающих выходное отверстие светильника, сужает кривые силы света в обоих плоскостях и концентрирует световой поток источника света. Экранирующие решётки также служат для ограничения слепящего действия люминесцентных ламп и являются элементом архитектурного оформления светильника. Их изготовляют из металла или пластмассы. Они имеют разнообразные конструкции и формы, в зависимости от исполнения и назначения светильника. Рассеиватели, изготовляемые из пропускающих свет материалов, предназначены в основном для снижения яркости видимых частей светильников. Кроме того, с помощью рассеивателей обеспечивается подсветка стен и потолка, достигается определенная завершенность архитектурного оформления помещений. Для общего освещения производственных помещений с нормальными условиями среды, в зависимости от отражающих свойств стен и потолков, применяют подвесные или потолочные светильники с двумя люминесцентными лампами серии ЛД. Светильники выпускают в четырёх исполнениях – со сплошным отражателем сверху, а снизу открытым типа ЛД; с отверстиями в верхней части отражателя для направления около 15 % светового потока на потолок серии ЛДО и с экранирующей решёткой ЛДР, ЛДОР. В обозначении светильников: Л – прямая трубчатая люминесцентная лампа; Д – диффузный; О – наличие отверстий в верхней части отражателя; Р – решётка экранирующая. В помещениях с нормальными условиями среды, характеризующихся нормальной влажностью и пылевыделением применяют также светильники серий ЛСП01, ЛСП02, ЛСП06.Для сырых, жарких, пыльных и пожароопасных помещений рекомендуются светильники серий ПВЛМ, ПВЛП и ЛСП04. Перечисленные серии светильников относятся к классу П. Светильники серий ЛСП02, ЛСП04, ЛСП06, ПВЛМ выпускают с диффузным отражателем, а ЛСП01 – с зеркальным. 13 Согласно данным табл. 3–9 2, в светильниках применяют бесстартерные и стартерные схемы зажигания. Заводы-изготовители комплектуют отдельные элементы стартерных и бесстартерных схем в блоки, называемые пускорегулирующими аппаратами (ПРА). Уступая в надёжности, стартерные ПРА в сравнении с бесстартерными имеют меньшие габариты, расход активных материалов и потери мощности. Светильники с бесстартерными ПРА применяют при повышенных требованиях к надёжности работы электроосветительных установок. Обозначениепо ГОСТу21.608 – 84 одного из светильников с люминесцентными лампами имеет вид ЛСП02 – 2 65 / Д 20 34 – У4 – прямого света, с диффузным отражателем, без отверстий в отражателе и без решётки. Условный номер группы светильника по табл. 3 – 2 2 – первый. Технические данные светильников с люминесцентными лампами приведены в табл. 3–2 и 3–9 2. Светильники для ламп типа ДРЛ Широко распространённым в практике промышленного освещения является светильник ГРМ, состоящий из корпуса с патроном и отражателя, покрытого изнутри белой эмалевой краской. Материалом для корпуса и отражателя является алюминий. Достаточно высокая концентрация светового потока светильников ГРМ позволяет применять их в помещениях высотой от 6 до 8 м. Светильники ГРМ выпускают четырёх типоразмеров для ламп ДРЛ мощностью 250; 400; 700 и 1000 Вт. Указанные светильники имеют обозначения, например с лампой мощностью 250 Вт – фирменное ГРМ-250 или по [2] РСП05 250 / Д03. Для освещения высоких производственных помещений целесообразно применение светильников с зеркализованными или полированными отражателями, позволяющими обеспечить ещё большую концентрацию светового потока источника света. Они изготовляются четырёх типоразмеров. Фирменное обозначение светильников, например, ГсРМ – 1000 или [2] РСП05250 / Г03. Тип кривой силы света обозначен первой буквой второй части шифра. Исполнение светильников по пылезащите – незащищённое. Частично пыленепроницаемые светильники представлены в справочной литературе 2 серией с фирменным обозначением УПДДРЛ с лампами мощностью 250; 400 и 700 Вт. Кривая силы света светильников Д. 14 Перечисленные светильники относятся к классу П. Сортамент и технические данные светильников с лампами ДРЛ приведены в табл. 3–7 2. Светильники для ламп накаливания. Номенклатура и технические данные светильников с лампами накаливания для производственных помещений приведены в табл. 3–4 2. К светильникам общего применения, пригодным для установки в помещениях с нормальными условиями среды высотой 4–6 м и от 6 до 8 м, соответственно относятся У – 15 (НСП01 500 / Д 0'3) и Гс – 500М, Гс – 1000М, С – 200М, С – 500М. Для освещения производственных помещений с повышенной запылённостью и влажностью высотой 4 – 6 м рекомендуются светильники УПМ – 15 (НСП01500 / Д 5'3), УП-24 (НСП01 500 / Д 63–01), более высоких цехов от 6–8 м типов ГсУ – 500М, ГсУ – 1000М, СУ – 200М, СУ – 500М. В сырых, жарких и пыльных производственных помещениях применяют светильники УПД (с лампами мощностью 500; 1000; 1500 Вт) и ППД (100; 200; 500 Вт). По светораспределению отмеченные светильники относятся к классу П. Система общего освещения выполняется с равномерным, либо с локализованным расположением светильников по площади помещения. При равномерном освещении светильники размещают правильными симметричными рядами, создавая при этом относительно одинаковую освещённость по всей площади. При локализованном освещении светильники располагают индивидуально для каждого рабочего места или участка производственного помещения, создавая при этом требуемые освещённости только на рабочих местах. Рекомендуемые варианты расположения светильников с лампами ДРЛ, ДРИ, лампами накаливания и люминесцентными лампами в помещениях с общим равномерным, а по возможности и локализованном освещении показаны на рис.1.4.1. На рис. 1.4.1а показано размещение светильников в разрезе. Характерными размерами являются: H – высота помещения; hc – расстояние от потолка до светильника (высота "свеса"). Принимается равным 0,5–0,7 м ( в жилых и общественных зданиях пониженной высоты 0,3–0,4 м); 15 hп = H– hc– высота светильников над полом; Рис. 1.4.1. Варианты размещения светильников: а – в разрезе; б – с лампами ДРЛ, ДРИ и ЛН по углам квадрата; в – по вершинам прямоугольника; г – по вершинам ромба; д, е – с люминесцентными лампами без разрывов и с разрывами. 16 hр – высота расчётной (рабочей) поверхности над полом. Плоскость нормирования освещённости и её высоту от пола принимают по данным табл. 4 – 4а – 4 – 4о 2; h = hп– hр– расчётная высота подвеса светильников над рабочей поверхностью; L – расстояние между соседними светильниками или рядами люминесцентных светильников ( если по длине и ширине помещения расстояния различны, то они обозначаются Lа и Lв ); 𝑙 – расстояние от крайних светильников или рядов светильников до стены. Наиболее равномерное распределение освещённости по всей площади помещения получается при расположении светильников по углам квадрата (рис. 1.4.1б). При расположении светильников по вершинам прямоугольника (рис. 1.4.1в) отношение большей стороны прямоугольника Lв к меньшей Lа должно быть не более 1,5. Расположение светильников по вершинам ромба (рис.1.4.1г) обеспечивает наибольшую равномерность освещения помещения при условии установки светильников по углам равностороннего треугольника и выполнении соотношения L а L в . Светильники с люминесцентными лампами обычно размещают рядами без разрывов (рис. 1.4.1д) или с разрывами между светильниками (рис. 1.4.1е) при условии, что расстояние между концами соседних светильников 𝑙1 не превышает половины расчётной высоты установки светильников над рабочей поверхностью (рис. 1.4.1а). Светильники с люминесцентными лампами как при общем равномерном, так по возможности и локализованном освещении, следует преимущественно располагать рядами, параллельными длинной стороне помещения со световыми проёмами или рядам колонн, или пилястр. Если проёмы расположены на короткой стороне, то ряды светильников можно размещать как угодно. Решение задачи рационального размещения светильников заключается, по существу, в определении наивыгоднейшего расстояния между рядами светильников, поскольку высота их подвеса в практических условиях достаточно строго определена. В высоких производственных помещениях наличие мостовых кранов, перемещающихся вдоль пролётов цеха, однозначно обуславливает высоту установки светильников на уровне расположения ферм. В производственных помещениях, высота которых обычно составляет 4 – 5 м, нижний предел 17 минимально допустимой высоты подвеса светильника определяется требованиями ограничения ослеплённости (табл. 5 – 8 [4]), а верхний предел - потолком помещения, вследствие чего интервал, в котором возможно варьирование высотой подвеса, оказывается небольшим. Увеличение расстояния между светильниками сопровождается ростом мощности источников света, что ведёт к неравномерному распределению освещённости по площади помещения. Освещённость под светильником получается при этом намного больше освещённости точек между светильниками. Это приводит к неприятным условиям адаптации глаз человека и, кроме того, к увеличению установленной мощности электроосветительной установки. Частое расположение светильников способствует выравниванию освещённости по площади помещения, однако в этом случае требуется установка источников света небольшой мощности, характеризующихся малой световой отдачей, что приводит к повышенному расходу электроэнергии и излишним капитальным затратам на светильники и монтаж электросети. Установлено, что получение наибольшей экономичности и обеспечение равномерности освещённости достигается при определении расстояния между светильниками в зависимости от отношения L/h, где L – расстояние между рядами или светильниками; h – расчётная высота подвеса светильников над рабочей поверхностью. При общем равномерном освещении рекомендуется, чтобы это отношение находилось в пределах, указанных в табл.1.4.1, в зависимости от кривой силы света установленных светильников. Таблица 1.4.1 Наивыгоднейшие отношения L / h для различных кривых силы света Тип кривой силы света светильника К Г Д М Л Пределы отношения L / h 0,4–0,7 0,8–1,1 1,4–1,6 1,8–2,6 1,6–1,8 Допускается, кроме кривой силы света К, увеличение этих отношений не более чем на 30 % . 18 В производственных помещениях с общим равномерным освещением расстояние от крайних светильников до стен или осей колонн 𝑙 рекомендуется принимать 0,3 , а во вспомогательных помещениях 0,5 расстояния между рядами светильников L (рис. 1.4.1 в–е). При размещении рабочих мест непосредственно у стен или колонн крайние ряды светильников следует в пределах целесообразности приближать к стенам или колоннам, в частности, устанавливать светильники на кронштейнах. Расположение светильников в производственном помещении рядами сопровождается снижением освещённости в начале и конце рядов. Если длина рядов светильников с люминесцентными лампами превышает высоту их установки над освещаемой поверхностью, то в помещениях с постоянно работающим персоналом компенсация снижения освещённости предотвращается размещением у краёв ряда замыкающих дополнительных светильников на расстоянии от стены не менее 0,3 расчётной высоты подвеса. Допускается также устройство по концам продольных рядов поперечных замыкающих рядов. При расположении светильников рядами с разрывами возможно сближение светильников у концов каждого ряда. 1.5. Определение установленной мощности электроосветительной установки Установленная (номинальная) мощность электроосветительной установки рассчитывается по формуле Pносв n Pл , (1.5.1) где n – число ламп, Pл – мощность одной лампы. Определение мощности лампы производится посредством выполнения светотехнического расчёта, задачей которого является нахождение светового потока одной лампы, значение которого далее используется для выбора мощности стандартной лампы по справочной литературе. Программа курсового проекта предусматривает выполнение расчёта электрического освещения двумя методами. Светотехнический расчёт освещения в главном зале, где производятся основные технологические операции, выполняется методом коэффициента использования светового потока, а во вспомогательных помещениях – методом удельной мощности. 19 1.6. Расчёт электрического освещения методом коэффициента использования светового потока Метод коэффициента использования светового потока предназначен для расчёта общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей в закрытых помещениях. Исходными условиями допустимости применения метода являются симметричное расположение светильников и отсутствие громоздкого оборудования, затеняющего рабочие места. Опуская теоретические положения этого метода, приведём окончательное выражение для определения светового потока одной лампы Е к Sz , (1.6.1) Ф л мин з n где Емин, кз – минимальная освещённость и коэффициент запаса. Принимаются в соответствии с указаниями раздела 2. "Выбор минимальной освещённости и коэффициента запаса"; S – площадь помещения, равная S = А В , м2. Здесь А и В – длина и ширина помещения, м ; z – поправочный коэффициент, учитывающий неравномерное распределение светового потока на расчётной поверхности. При расположении светильников по площади помещения, близком к наивыгоднейшему, поправочный коэффициент принимает значения, z = 1,1–1,2; n – число светильников (ламп) в освещаемом помещении. При проектировании электрического освещения и размещении светильников рядами предварительно намечается число, расположение рядов и светильников (согласно рекомендациям раздела 4. "Выбор типа светильника, их расположения и высоты подвеса"), которые затем уточняются в процессе расчёта. Назначением светотехнического расчёта является определение мощности ламп; – коэффициент использования светового потока осветительной установки. Он зависит от типа светильников, геометрических размеров помещения и коэффициентов отражения поверхностей помещения: потолка –п, стен – с, расчётной поверхности или пола – р. Значения коэффициентов отражения приведены в табл. 5 – 1 2, или же могут приниматься по данным производственной практики. Соотношение геометрических размеров помещения определяется индексом помещения, рассчитываемым по формуле 20 i А В . h А В (1.6.2) Расчётное значение индекса помещения округляется до ближайших табличных значений. В случае, если i 5, величина индекса помещения принимается i = 5. Коэффициент использования светового потока в функции указанных выше величин принимается по табл. 5 – 3 –5 – 18 2. Подставляя исходные данные в формулу (1.6.1), получаем расчётное значение светового потока одной лампы. По расчётному значению Фл в зависимости от напряжения сети выбираем стандартную лампу с ближайшим значением светового потока. Технические данные источников света приведены в табл. 2 – 12 для люминесцентных ламп, табл. 2 – 15, 2 – 16 ламп ДРЛ, ДРИ и табл. 2 – 2 ламп накаливания 2. Отклонение светового потока стандартной лампы от расчётного должно быть не более чем на – 10 –+20 % . В случае невозможности выбора стандартной лампы с таким приближением производится корректирование числа светильников. При проектировании электроосветительной установки с люминесцентными лампами возможно и обратное решение задачи, когда по принятому световому потоку стандартной лампы определяется количество светильников. 1.7. Расчёт электрического освещения методом удельной мощности Расчёт освещения по удельной мощности (Pуд) относится к упрощённым методам, распространённым в практике проектирования. Он характеризуется достаточной точностью и допускает определение мощности ламп общего равномерного освещения небольших и средних помещений без выполнения светотехнических расчётов. Нецелесообразно использование метода удельной мощности для расчёта освещения в гардеробах, санузлах, на лестничных клетках и в других подобных помещениях, освещение в которых является, по существу, локализованным. Метод расчёта освещения по удельной мощности основан на положениях метода коэффициента использования светового потока. В теоретическом обосновании метода удельной мощности показано, что Pуд = f (Емин, кз, z, Фл, Pл, ). 21 На основании светотехнических расчётов, выполненных методом коэффициента использования, составлены таблицы удельной мощности в зависимости от освещённости, типа светильника и источника света, расчётной высоты подвеса, площади помещения и его конфигурации, коэффициентов отражения поверхностей. Значения удельной мощности в функции перечисленных параметров приведены в табл. 5 – 21 –5 – 49 2 и других светотехнических справочниках. Порядок нахождения удельной мощности общего равномерного освещения и последующего определения мощности ламп следующий: 1) выбираем источник света; 2) принимаем минимальную освещённость и коэффициент запаса; 3) выбираем тип светильников и намечаем их расположение (т.е. находим n), задаёмся расчётной высотой подвеса и определяем площадь помещения. Используя перечисленные исходные данные, находим по таблицам справочной литературы удельную мощность. Некоторые таблицы для удельной мощности в справочной литературе содержат значения Pуд, соответствующие минимальной освещённости Емин= 100 лк и коэффициенту запаса кз = 1,5 . В случае отличия принятых для проектируемого помещения Е'мин,к'з от минимальной освещённости и коэффициента запаса для которых составлены таблицы Pуд, перерасчёт удельной мощности производится по формуле P Е мин уд к з P Е мин лк уд к з Е мин к з Е мин к з (1.7.1) Тогда для электроосветительной нагрузки получаем Pосв Pуд S . (1.7.2) Ориентируясь на предварительно выбранное число источников света для мощности одной лампы, получаем Pл Pосв , n (1.7.3) которая округляется до ближайшей стандартной мощности лампы. 22 Найденные светотехническими расчётами стандартные мощности ламп далее используют для определения по формуле (1.5.1) номинальной мощности электроосветительной установки. 2. ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ОСВЕТИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ 2.1. Выбор напряжения и источника питания Для питания электроосветительных установок промышленных, жилых и общественных зданий применяются трёхфазная система с глухозаземленной нейтралью напряжением U = 380/220 В и трехфазная система с изолированной нейтралью, напряжением U = 220 В. Наиболее распространенной на предприятиях является система 380/220 В, достоинством которой является возможность совместного питание от цеховой трансформаторной подстанции (ЦТП) силовой и осветительной нагрузки. Трехфазная система с изолированной нейтралью напряжением 220 В применяется в электроустановках предприятий с повышенными требованиями к электробезопасности. Электроосветительные сети в системе 380 / 220 В выполняются трехфазными четырех – и пятипроводными, а в системе U = 220 В – трехфазными трехпроводными. При указанных системах напряжения питание светильников общего освещения производится на напряжении 220 В, являющимся фазным в системе U = 380 / 220 В и линейным (междуфазным) в системе U = 220 В. Напряжение 380 В применяется для питания дуговых ртутных ламп ДРЛ мощностью 2000 Вт. Питание светильников местного стационарного освещения с лампами накаливания и ручных переносных светильников в помещениях без повышенной опасности поражения электрическим током допускается осуществлять от сети напряжением не выше 220 В, а в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных – от сети напряжением не выше 42 В. Сети напряжением 36 В для питания переносного освещения применяются в помещениях электроустановок, в цехах металло – и деревообработки, текстильной и швейной промышленности, прокатных цехах, гаражах, вентиляционных камерах, галереях и туннелях для транспортирования материалов в холодном состоянии и т.д. Лишь при наличии особо неблагоприятных условий, когда опасность пора23 жения электрическим током усугубляется теснотой, неудобным положением работающего, соприкосновением с большими металлическими, хорошо заземленными поверхностями (например, работа в котлах, резервуарах), для питания ручных переносных светильников применяется напряжение не выше 12 В. Напряжение, равное 12 В, применяется также для питания сетей ремонтного освещения в сталеплавильных цехах и котельных. Получает распространение напряжение 24 В, используемое в основном для местного освещения металлообрабатывающих станков. Электрооборудование для местного освещения поставляется комплектно со станками. При проектировании электроосветительной сети руководствуются указаниями [1] относительно отклонений напряжения на зажимах электроосветительных приборов. Отклонения напряжения у наиболее удаленных источников света внутреннего освещения промышленных предприятий составляют: –2,5 % –у ламп рабочего освещения и –5 % аварийного освещения; +5 % –у источников света внутреннего освещения; –10 % –у ламп напряжением 12–42 В, считая от выводов обмотки низшего напряжения понизительного трансформатора. Источником питания электрического освещения являются одно- и двух- трансформаторные ЦТП. Для передачи и распределения электроэнергии используется трёхфазная система TN-C или TN-S напряжением 380 / 220 В, осуществляющая питание силовых электроприёмников на U = 380 В и осветительных приборов на Uф = 220 В. 2.2. Структура электроосветительных сетей Электрическая часть осветительной установки согласно рис. 2.2.1 включает: 1 – трансформатор ЦТП; 2 – щит низшего напряжения ЦТП; 3 – линии питающей сети; 4 – распределительный пункт освещения (РПО); 5 – групповые щитки освещения (ОЩ); 6 – линии групповой сети рабочего освещения. Типы трансформаторов, устанавливаемых на ЦТП, и их конструктивные особенности, а также назначение щита НН и его комплектация рассмотрены в разделе 8.7 [5]. 24 Рис. 2.2.1. Схема электроосветительной сети. Электроосветительные сети внутреннего освещения разделяют на питающие и групповые. К питающей сети относят линии, прокладываемые от щита низшего напряжения ЦТП до РПО и групповых щитков, а к групповой сети – линии от групповых щитков до светильников. В начале каждой питающей и групповой линии устанавливают защитный аппарат. Аппаратами защиты являются автоматические выключатели, выполняющие также функции отключающих аппаратов. Использование автоматических выключателей для управления освещением допускается в крупных цехах. Находят применение схемы, когда часть групповых линий включается автоматами щитков, а дру25 гая – местными выключателями. В последнем случае по длине групповой линий устанавливаются выключатели, располагаемые у входа со стороны дверной ручки для небольших помещений, в остальных случаях – в помещениях. Линии питающей сети рабочего освещения выполняются трёхфазными, четырёх- и пятипроводными. Рис. 2.2.2. Схемы групповых линий при трёхфазной системе с нулевым рабочим проводником. Групповые линии при трёхфазной системе с нулевым рабочим проводом в зависимости от нагрузки и протяженности могут выполняться как на рис. 2.2.2 однофазными (двухпроводными) – рис. 2.2.2а, двухфазными (трёхпроводными) – рис. 2.2.2б и трехфазными (четырёхпроводными) – рис. 2.2.2в, г. 26 Аппараты защиты в нулевом проводе не устанавливаются, за исключением взрывоопасных помещений класса В – 1 [1]. Параметры защитных аппаратов, мощность и количество светильников групповых линий определяются в соответствии с [1]: 1) номинальный ток автоматических выключателей групповых линий равен Iн.а = 25 А, а при подключении к групповой линии газоразрядных ламп мощностью 125 Вт и выше или ламп накаливания мощностью 500 Вт и выше Iн.à = 63 А ; 2) число светильников с лампами ДРЛ, ДРИ и ЛН, подключаемых на одну фазу групповой линии, не должно превышать 20, а для светильников с люминесцентными лампами – не более 50 ламп. Исходя из этого, число светильников с лампами ДРЛ ДРИ и ЛН, присоединенных к групповым линиям, выполненным по системам две фазы и нуль и три фазы и нуль, не должно превышать соответственно 40 и 60, а число люминесцентных ламп – 100 и 150. Рекомендации справочной литературы не дают однозначного ответа, когда следует применять трехфазные, двухфазные и однофазные групповые линии. При выборе системы распределения для групповых линий необходимо иметь в виду, что трехфазные четырёхпроводные линии в сравнении с однофазными допускают в 3 раза большую нагрузку (при одинаковых токах аппаратов защиты) и имеют в 6 раз меньшую потерю напряжения (при одинаковых моментах нагрузки и сечении проводов). К недостаткам трехфазной системы относится вдвое больший расход проводникового материала. Кроме того, при подключении газоразрядных ламп к трехфазной сети облегчается чередование светильников, присоединяемых к разным фазам для уменьшения коэффициента пульсации светового потока. Преимущества трехфазных сетей обуславливают целесообразность их применения в крупных цехах при большой мощности общего освещения, в помещениях значительной протяженности (туннели, галереи и т. п.), а также при использовании в качестве источника света ламп ДРЛ и ДРИ. Если же площадь помещений невелика, а число светильников и мощность ламп небольшие, более приемлемыми становятся однофазные группы. В производственных зданиях с большим числом помещений малой площади общее освещение целесообразно выполнять трёхфазными сетями с однофазными ответвлениями в отдельные помещения. Одним из путей упрощения и удешевления ЦТП является ограничение числа устанавливаемых на щите НН линейных автоматов отхо27 дящих линий силовой и осветительной питающей сети. Комплектация щита НН ЦТП производится линейными автоматами на относительно большие токи – Iн.а = 250; 400; 630 А и более. Нагрузочная способность таких автоматов значительно превышает мощность прокладываемых к групповым щиткам линий питающей осветительной сети. С целью экономии и рационального использования линейных автоматов щита НН ЦТП применяют схемы питания освещения с установкой промежуточного распределительного пункта освещения (предназначенного для "размножения линий"), комплектуемого защитными аппаратами на токи, более близкие к расчетным токам питающей осветительной сети, в сравнении с автоматами ЦТП. Одна из возможных схем решения задачи показана на рис. 2.2.1 При этом, один из линейных автоматов щита НН ЦТП используется для подключения РПО, который, в свою очередь, осуществляет питание нескольких групповых осветительных щитков. Групповые щитки предназначены для присоединения групповых линий к светильникам. Групповые щитки необходимо устанавливать в центре электроосветительной нагрузки, их размещение должно обеспечивать рациональное и экономичное построение осветительной сети с учетом месторасположения источников питания, принятой системы управления и т. д. Они должны находиться в местах, постоянно доступных для обслуживания и, по возможности, вблизи основного входа в помещение. При необходимости оперативного управления освещением с групповых щитков, их месторасположение должно позволять наблюдать включаемые светильники. Распределение электроэнергии в электроосветительных установках выполняется по радиальной, магистральной и смешанной схемам. На рис 2.2.1 приведена смешанная схема электроснабжения РПО и групповых щитков. РПО и осветительные щитки № 1, 2 получают питание по радиальной схеме, а ОЩ № 3, 4, 5 по магистральной. Число групповых щитков, подключаемых к одной линии, зависит от их размещения и величины нагрузки. Прокладка к отдельным щиткам самостоятельных линий приводит к удлинению питающей сети, но уменьшению сечений проводов. При магистральной схеме питания сокращается протяженность, однако увеличивается сечение линий. Присоединение к одной линии большого числа щитков вызывает определенные неудобства при эксплуатации. Исходя из указанных соображений, рекомендуется в больших производственных зданиях подключать к одной линии не более 4 – 5 групповых щитков. При 28 этом, если одной линией питается более 3-х щитков, для каждого из них целесообразно предусматривать вводной отключающий аппарат, допускающий отключение отдельных щитков, а не всей питающей линии при необходимости проведения ревизий и ремонтных работ в осветительных сетях. Однако в зданиях без естественного света, при питании одной линией нескольких щитков, вводные отключающие аппараты должны предусматриваться для каждого щитка. В качестве РПО можно использовать силовые распределительные пункты (РП) с автоматическими выключателями или плавкими предохранителями. При выборе конструктивного исполнения групповых щитков следует ориентироваться на распределительные пункты серии ПР8501 [5]. Номинальный ток РП равен 160 и 250 А, номинальное напряжение 380; 660 В. В распределительном пункте на вводе, со стороны источника питания, установлены зажимы или трехполюсный автоматический выключатель. Распределительные пункты комплектуются автоматическими выключателями с комбинированными расцепителями типов ВА51 – 29 и ВА51 – 31. Автоматические выключатели типа ВА51 – 29 – однополюсные, номинальный ток автомата Iн.а = 63 А, типа ВА51 – 31 –трехполюсные, Iн.а= 100 А. Распределительные пункты серии ПР8501 выпускаются на различное число отходящих линий, комплектуемых одно- либо трехполюсными автоматами. Выбор номера схемы РП производится в зависимости от величины и характера распределения электроосветительной нагрузки, типа источников света, протяженности групповых электросетей и т. д. Для приема, распределения и защиты сетей электрического освещения применяют осветительные щитки с выключателями типа ОЩВ [6]. Типы осветительных щитков ОЩВ-3-63-6-0, ОЩВ-3-63-12-0. Цифры в обозначениях: 3 – трехфазный; 63 – номинальный ток вводного автомата; 6 и 12 – количество групповых линий; 0 – модификация, означающая, что номинальный ток групповых линий 16 А. Тип вводного автомата ВА47-29 3р, трехполюсный. На групповых линиях установлены однополюсные автоматы ВА47-29 1р. Осветительные щитки ОЩВ пригодны для работы в системах электросетей TN-C и TN-S. Схема осветительного щитка на шесть групповых линий на рис 2.2.3. В трехфазных сетях в системе TN допускается совмещение нулевого рабочего (N) и нулевого защитного (РЕ) проводников в одном 29 проводнике при условии, что сечение фазных проводов не менее 10 мм2 при использовании в качестве проводникового материала меди и 16 мм2 алюминия. Аналогичного совмещения нулевого рабочего и нулевого защитного проводников не допускается производить в электросетях однофазного тока. В таких электросетях в качестве нулевого защитного проводника прокладывается отдельный третий проводник. От ЦТП ВА47-29 3р ОЩВ-3-63-6-0 L1 L2 L3 N PE ВА47-29 1р Рис. 2.2.3. Схема группового осветительного щитка типа ОЩВ. Рис. 2.2.3. Схема группового осветительного щитка типа ОЩВ Наименьшие площади поперечного сечения защитных проводников приведены в таблице 2.2.1 Таблица 2.2.1 Наименьшие сечения защитных проводников Сечение фазного проводника, мм2 Наименьшее сечение защитного проводника, мм2 S ≤ 16 S 16 ≤ S ≤ 35 16 S > 35 S/2 30 Линии питающей сети аварийного освещения выполняются, как правило, трехфазными четырёх- и пятипроводными и только при небольшой мощности освещения однофазными или по системе две фазы и нуль. Групповые линии сети аварийного освещения, в зависимости от величины осветительной нагрузки, выполняются по схемам на рис. 2.3.1. Управление аварийным освещением осуществляется автоматами групповых щитков. Для аварийного освещения устанавливают минимальное число групповых щитков. 2.3. Характерные схемы питания осветительных установок Учитывая повышенные требования электроосветительных установок к качеству электроэнергии по напряжению, рекомендуется питание рабочего и аварийного освещения выполнять самостоятельными линиями от щита низшего напряжения ЦТП как на рис. 2.3.1. На рис. 2.3.1 а–ж показаны схемы питания электроосветительных установок рабочего и аварийного освещения при условии установки в цехе одно- и двухтрансформаторных ЦТП, а также при наличии и отсутствии на подстанции щита низшего напряжения. В последнем случае подстанция выполняется по схеме блока "трансформатор-магистраль", а подключение электроосветительных установок производится непосредственно к силовому трансформатору или начальным участкам магистрального шинопровода, где потеря напряжения мала. Питание сетей рабочего освещения, согласно схемам на рис. 2.3.1 а–ж, может выполняться по двум вариантам. В соответствии с первым, устанавливается промежуточный распределительный пункт освещения, осуществляющий далее питание групповых щитков. Схемы с РПО на рис. 2.3.1 а, в, г целесообразны для электроснабжения осветительных установок в больших производственных зданиях при значительной осветительной нагрузке. Другим решением построения электроосветительной сети является непосредственное подключение групповых щитков освещения к щиту НН ЦТП. Электроснабжение осветительной установки по схемам на рис. 2.3.1 б, г, е, ж производится для небольших цехов, состоящих из отдельных помещений. При выборе источников и схем питания аварийного освещения необходимо иметь в виду требования по надежности и бесперебойности работы аварийного освещения для продолжения работы и для эвакуации людей. 31 На однотрансформаторных ЦТП допускается подключение к щиту НН наряду с рабочим только эвакуационного аварийного освещения. Групповые щитки рабочего и аварийного освещения для продолжения работы могут подключаться к различным секциям шин одной двухтрансформаторной ЦТП только при условии, что трансформаторы получают питание от независимых источников энергии. В цехах, где расположено несколько однотрансформаторных подстанций, подключенных к независимым источникам энергии, освещение безопасности может получать питание по перекрестной схеме, когда рабочее и аварийное освещение отдельных участков питаются от разных подстанций (рис. 2.3.1 а, б, д, е). Аварийное освещение должно функционировать и обеспечивать создание нормированной освещенности наряду с рабочим освещением или автоматически включаться при аварийном погасании рабочего освещения. Независимым источником электроэнергии на предприятиях являются трансформаторы, получающие питание от двух электростанций или же отдельных секций шин одной электростанции или подстанции при условии, что секции шин подключены к независимым источникам. При этом допускается отсутствие электрической связи между секциями шин, либо наличие устройства АВР. 2.4. Определение расчетных электроосветительных нагрузок Установленная мощность электрического освещения производственных помещений определяется суммированием: 1) мощностей ламп, полученных на основании светотехнических расчетов [см. формулу (1.5.1)]; 2) потерь мощности в ПРА газоразрядных ламп. Принимаются равными для люминесцентных ламп: включаемых по стартерным схемам – 20 %; включаемых по бесстартерным схемам – 30 %; ламп ДРЛ, ДРИ – 10 % от мощности ламп; 3) номинальных мощностей стационарных трансформаторов ремонтного освещения с вторичным напряжением 12–42 В. В зависимости от характера производства и назначения помещений часть ламп может быть не включена. Фактической электроосветительной (т. е. действительно потребляемой) нагрузкой является при этом расчетная мощность (Pр.осв). 32 Рис. 2.3.1. Схемы питания рабочего и аварийного освещения: а, б – от однотрансформаторных ЦТП; в, г – от двухтрансформаторных ЦТП; д, е, ж – от магистральных шинопроводов. (Начало. Окончание на стр. 34). 33 Рис. 2.3.1. Схемы питания рабочего и аварийного освещения: а, б – от однотрансформаторных ЦТП; в, г – от двухтрансформаторных ЦТП; д, е, ж – от магистральных шинопроводов. (Окончание. Начало на стр. 34). Для перехода от установленной мощности к расчетной введено понятие коэффициента спроса (кс), учитывающего число одновременно включенных ламп. Значения кс для электроосветительной нагрузки в зависимости от назначения, размеров и характера производственных 34 зданий приводятся на стр. 336 [2]. Коэффициент спроса для групповых линий электроосветительной сети и всех звеньев сети аварийного освещения равен кс = 1. Для питающих линий коэффициент спроса кс1 и принимается согласно рекомендациям на стр. 336 [2]. Расчетная нагрузка трансформаторов с вторичным напряжением 12 – 42 В определяется как сумма установленной мощности, питаемых ими стационарных светильников на станках, верстаках, и нагрузки переносного освещения. Последняя определяется из расчета 40 Вт на штепсельную розетку с коэффициентом спроса 0,5 – 1 в зависимости от ожидаемой степени использования переносного освещения. Тогда получаем для расчетной мощности электроосветительной установки: с лампами накаливания Рр.осв= кс Рн. (2.4.1) с люминесцентными лампами, включаемыми по стартерным схемам Рр.осв= 1,2 кс Рн.осв; (2.4.2) с люминесцентными лампами, включаемыми по бесстартерным схемам Рр.осв= 1,3 кс Рн.осв; (2.4.3) для ртутных ламп ДРЛ, ДРИ Рр.осв= 1,1 кс Рн.осв, (2.4.4) где Рн.осв - суммарная номинальная мощность электроосветительной установки, найденная согласно вышеприведенным пунктам 1–3. Расчетный ток электроосветительных сетей определяется по формулам: для однофазной (двухпроводной) сети Ip Pp осв U ф соs ; (2.4.5) двухфазной (трехпроводной) Ip Pp осв U ф соs 35 ; (2.4.6) трехфазной (четырехпроводной) Ip Pp осв U ф соs Pp осв U соs . (2.4.7) где Рр.осв – активная расчетная электроосветительная нагрузка одной, двух или трех фаз; Uф,U – напряжение сети. Фазное Uф = 220 В, линейное U = 380 В в системе U= 380/220 В; cos – коэффициент мощности нагрузки. Для ламп накаливания cos=1, люминесцентных ламп с индивидуальной компенсацией реактивной мощности cos = 0,9 – 0,92. Ртутные лампы ДРЛ, металлогалогенные ДРИ имеют независимые или встроенные в светильник ПРА без конденсаторов для повышения коэффициента мощности. Комплект лампа ДРЛ, ДРИ - ПРА имеют cos = 0,5. При равномерной загрузке фаз ток в нулевом проводе трехфазных сетей, питающих лампы накаливания, равен нулю, а в электросетях с газоразрядными лампами может достигать величины фазного тока. Ток в нулевом проводе двухфазных трехпроводных сетей с одинаковой загрузкой фаз и подключении ламп накаливания равен фазному току, а в случае использования газоразрядных ламп может быть несколько больше фазного тока. Выражения для токов (2.4.6), (2.4.7) справедливы только при одинаковой нагрузке фаз электросети. При неравномерной нагрузке определение расчётного тока отдельных фаз производится по формуле (2.4.5). В случае незначительной неравномерности выбор сечения проводников допускается производить как для линии с равномерной нагрузкой фаз, принимая в качестве расчетной утроенную нагрузку наиболее загруженной фазы. 2.5. Расчет электроосветительной сети Выбор сечений проводов и кабелей электроосветительной сети производится: 1) по механической прочности; 2) по условию нагревания длительным расчетным током нагрузки; 3) по допустимой потере напряжения. 36 2.5.1. Выбор сечений проводников по механической прочности Провода и кабели электрических сетей должны обладать необходимой механической прочностью, чтобы противостоять повреждениям, возможным при эксплуатации, и тем самым обеспечивать надежность работы электропроводок и электрического освещения. Минимально допустимые сечения проводников по механической прочности зависят от используемого проводникового металла (алюминий, медь), конструкции проводников (незащищенные, защищенные провода, кабели), их назначения, способов и мест прокладки. Минимальные сечения проводников для электрических сетей приводятся в 1 и справочной литературе, например в табл. 12 – 1 [2]. Для кабелей, защищенных и изолированных проводов с алюминиевыми жилами для неподвижных прокладок на роликах, скобах и в трубах минимальное сечение по механической прочности равно 2,5 мм2 (табл. 12 – 1 [2]). 2.5.2. Выбор сечений проводников по условию нагревания длительным расчетным током нагрузки При протекании по проводам и жилам кабелей тока имеет место нагрев проводников. Чрезмерно высокая температура нагрева приводит к преждевременному высыханию и старению изоляции, а также ухудшению контактных соединений (за счет окисления) у голых проводов. Перегрев проводников сверх допустимых температур представляет серьезную пожарную опасность. По этим причинам 1 устанавливает следующие максимальные длительно допустимые температуры нагрева проводов и кабелей, при которых обеспечивается их надежная работа: - для проводов и кабелей с резиновой или пластмассовой изоляцией 65С; – для кабелей с бумажной изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке на напряжение до 6 кВ - - - - - - - - - - - - 65 С ; до 10 кВ - - - - - - - - - - - 60 С . Величина длительно протекающего тока, при котором температура достигает предельно допустимых значений для данной марки провода или кабеля, называется длительно допустимой токовой нагрузкой 37 (Iн.д– индекс означает нагревания длительный). Значения Iн.д приведены в таблицах 1 и другой справочной литературе в зависимости от сечения жил проводника, марки провода (кабеля) и условий прокладки (открытая, в трубах или земле). Табличные значения длительно допустимого тока соответствуют : 1) температуре окружающей среды при прокладке проводов и кабелей на воздухе, равной +25 С и при прокладке кабелей в траншее на глубине 0,7 м от поверхности земли +15 С; 2) прокладке в трубе, коробе до 4-х рядом расположенных проводов и в траншее одного кабеля. Если фактические условия прокладки проводов и кабелей не отличаются от предусмотренных при составлении таблиц 1 и справочной литературы, то выбор сечения проводников по нагреву сводится к сравнению расчетного тока нагрузки с допустимым табличным для принятых марок проводов или кабелей и условий их прокладки. При этом должно соблюдаться условие Ip Iн.д . (2.5.1) В случае отличия температуры воздуха, земли или числа рядом прокладываемых проводов, кабелей от исходных, изменяются условия охлаждения проводников, что требует перерасчета табличного значения Iн.д путем введения поправочных коэффициентов. Тогда условие выбора сечения проводников по нагреву принимает вид Ip Iн.дкn, ( 2.5.2) где кn– поправочный коэффициент, учитывающий изменение условий прокладки проводов и кабелей, и равный произведению отдельных поправочных коэффициентов 1 кn = к1 к2 к3 ... к10, (2.5.3) которые учитывают: к1– фактическую температуру окружающей среды. Значения к1, в зависимости от расчетной и фактической температуры среды, для различных марок проводов и кабелей приводятся в табл. 1.3.3 [1]. Коэффициент к1 рекомендуется применять при значительном отклонении температуры от расчетной (+25 С и +15 С); 38 к2 – число рядом проложенных в траншее рабочих кабелей. Принимается по табл. 1.3.26 [1]; к3– условия кратковременного или повторно-кратковременного режима работы электроприемников; к8– прокладку проводов в трубах, коробах и лотках. При числе одновременно нагруженных проводников более 4, проложенных в трубах, коробах и лотках пучками, токовые нагрузки принимаются по табл. 1.3.4 и 1.3.5 [1] для открытой прокладки (в воздухе) с введением поправочного коэффициента к8 , равного для 5 – 6 проводников 0,68, 7 – 9 проводников 0,63 и 10 – 12 проводников 0,6. Разъяснения относительно назначения и числовые данные остальных коэффициентов приводятся в [1]. 2.5.3. Выбор сечений проводников по допустимой потере напряжения При решении этого вопроса вводят понятия допустимой (Uд) и расчетных (U1, U2 ) потерь напряжения. Первая определяется из предписанных рекомендаций относительно отклонений напряжения на зажимах осветительных приборов 1 и установленных пределов регулирования напряжения на выводах вторичной обмотки трансформаторов, вторые – расчетным путем. Отклонением напряжения в какой-либо точке электросети называется алгебраическая разность между действительным (Uс) и номинальным (Uн) значениями напряжения U U c U н , В или в процентах U Uс Uн . Uн Отклонения напряжения будут положительными при U c U н и отрицательными при U c U н . Определение допустимой и расчётных потерь напряжения произведём для участка электросети на рис. 2.5.1. Если отклонение напряжения на шинах РУ НН ЦТП составляет U2, а потеря напряжения в электросети U , то для отклонения напряжения на зажимах светильника можно написать 39 где U U U U , (2.5.4) – сумма потерь напряжения в питающей и распредели- тельной сети, равная U U U . В) U ( U pег 5% или U ( U отк -2,5%; U откмин В; напряжение на лампах должно быть не менее 220-5,5=214,5 В) U ( U отк ; U откмакс В; напряжение на лампах должно быть не более 220 + 11 = 231 В). Рис. 2.5.1. Схема электроосветительной сети для определения допустимой и расчетных потерь напряжения. Аналогично получаем для отклонения напряжения на вторичной обмотке трансформатора ЦТП U U U тp U тp , (2.5.5) где U – отклонение напряжения от номинального на зажимах первичной обмотки трансформатора. Стандартные трансформаторы малой и средней мощности имеют на первичной обмотке три регулировочных ответвления, из которых среднее соответствует номинальному напряжению, а два других – напряжениям, отличающимся от номинального на 5 %. Выбор ответвления производится в зависимости от уровня первичного напряжения и поэтому принимают U 5; 0 и –5 %; 40 U тp – добавочное напряжение, создаваемое трансформатором. Величина добавочного напряжения определяется выбранным регулировочным ответвлением и равна U тp = 0; 5; 10 % соответственно для ответвлений U = 5; 0 и –5 %; U тp – потеря напряжения в трансформаторе, равная U тp U ка соs U кp sin . (2.5.6) Здесь – коэффициент загрузки трансформатора; U ка , U кp – активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания; соs – коэффициент мощности потребителей, присоединённых к трансформаторам ЦТП. Тогда уравнение (2.5.4) принимает вид U U U тp U тp U , откуда для потерь напряжения в электроосветительной сети получаем U U U тp U U тp . ( 2.5.7) В полученном выражении сумма отклонений напряжений U U тp обозначается U pег и представляет отклонение напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора в процессе регулирования напряжения. При указанных выше значениях U и U тp расчётная величина U pег равна 5 %, или в именованных единицах Uрег = 1,05 380 220 400 231 В. Можно считать, что U pег U х , где U х – отклонение напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода. Отклонения напряжения на зажимах наиболее удалённых электроосветительных приборов U находятся в пределах –2,5 и 5 %. Регламентированные отклонения напряжения U означают, что к све41 тильникам должно подводится такое напряжение, которое было бы не ниже (а в других случаях не выше) напряжений, соответствующих указанным отклонениям U . Снижение напряжения на 2,5 % означает, что в электросети Uф = 220 В в режиме максимальных нагрузок допустимое отклонение составляет U откмин В, т. е. напряжение на лампах должно быть не менее 220 – 5,5 = 214,5 В. В другом расчётном случае, относящемся ко времени наступления минимума нагрузки, потеря напряжения оказывается незначительной и величина допустимого отклонения должна быть не более U откмакс В, при напряжении на лампах, не превышающем 220 + 11 = 231 В. Отмечая фиксированное значение отклонения напряжения на шинах РУ НН ЦТП ( U pег ) и обозначая установленные допустимые пределы (низший и высший) отклонений напряжения на зажимах потребителей электроэнергии ( U отк ), получаем, основываясь на форме записи уравнения (2.5.7), выражение для определения допустимой потери напряжения в электросети от источника питания до наиболее удалённого потребителя электроэнергии U д U pег U отк U тp . (2.5.8) Индекс сигма опущен, поскольку речь идёт о выражении для допустимой потери напряжения в общем виде (для любой конфигурации электросети). Отклонения напряжения в формуле для U д выражены в процентах ( U pег = 5 %, U отк для электроосветительной сети –2,5 и 5 %), а потери напряжения в трансформаторе, рассчитываемые по уравнению (2.5.6) имеют размерность В. Переход к потерям напряжения в процентах производится по формуле U тp 42 U тp Uн . При определении U д заданными считаются отклонения напряжения ( U pег , U отк ), а расчётными – потери в трансформаторе ( U тp ). Решение по расчёту U д можно упростить, если нахождение допустимой потери напряжения в осветительных сетях производить по табл. 12 – 6 2. Допустимая потеря напряжения в этом случае принимается в зависимости от номинальной мощности трансформатора, его коэффициента загрузки и коэффициента мощности, присоединенных к трансформатору ЦТП силовых и осветительных потребителей электроэнергии. Перечисленные параметры (Sн.тр, и cos φ) определяются по результатам проектирования цехового силового электрооборудования. Допустимые потери напряжения в табл. 12 – 6 2 рассчитаны для U отк = –2,5 % и поэтому должны пересчитываться при определении U д в сети аварийного и ремонтного освещения, где U отк соответственно равно –5 и –10 %. Определение расчетных потерь напряжения на участках групповой (U1) и питающей (U2) электроосветительной сети, без учета индуктивного сопротивления, производится по формуле U М , Сs ( 2.5.9) где М – момент нагрузки, равный М = Рр.осв𝑙, кВтм. Здесь 𝑙 – длина участка электросети, в пределах которого рассчитывается потеря напряжения. Расстояние 𝑙 измеряется на плане цеха. Различные варианты определения расстояния 𝑙 до центра электроосветительной нагрузки рассмотрены ниже; С – коэффициент, значение которого принимается по табл. 12 – 9 [2] в зависимости от напряжения сети и рода тока, материала проводников; s – сечение линии электроосветительной сети (ранее найденное по нагреву), мм2. Определение моментов нагрузки для различных схем линий электроосветительной сети показано на рис. 2.5.2. 43 План электроосветительной сети изображен на рис. 2.5.2а. Подчеркнутые цифры означают длину участков в метрах. Групповые линии № 1; 2; 3 представляют электропроводки с несколькими одинаковыми, равномерно распределенными по длине нагрузками. Мощности ламп равны 250 Вт, а расстояние между нагрузками 6 м. Расчетная схема групповой линии № 1 приведена на рис. 2.5.2в. При равномерно распределенных одинаковых нагрузках допускается производить замену нескольких действительных нагрузок одной эквивалентной, суммарной мощности Рн.осв = nРл=520 = 1250 Вт, которая должна подключаться к середине участка ав. Расстояние от места присоединения эквивалентной нагрузки до группового щитка определяется по формуле 𝐿 = 𝑙0 + 𝑙(𝑛 − 1) 6(5 − 1) = 16 + = 28 м. 2 2 ( 2.5.10 ) Тогда для момента нагрузки групповой линии № 1 получаем М = Pр.освL, где Pр.осв = 1,1 nPл = 1,151,25 = 6,87 кВт. Аналогично определяется момент нагрузки и для групповых линий № 2; 3. Для групповой линии № 4 на рис. 2.5.2 г, состоящей из нескольких отдельных участков с разными нагрузками, общий момент нагрузки складывается из моментов нагрузки отдельных участков, т. е. М=Pр.осв1𝑙1+Pр.осв2(𝑙1+𝑙2)+Pр.осв3(𝑙1+𝑙2+𝑙3) = = 𝑙1 (Pр.осв1+Pр.осв2+Pр.осв3)+𝑙2 (Pр.осв2+Pр.осв3)+Pр.осв3𝑙3, ( 2.5.11) где Pр.осв=1,2 Pн.осв. Для линии электроосветительной сети с нагрузкой на конце расчетная схема показана на рис. 2.5.2д. Расчётная нагрузка участка электросети от ЦТП до ОЩ принимается равной суммарной расчётной осветительной нагрузке группового щитка. Расстояние участка ЦТПОЩ, учитывающее длину спусков (на щите НН ЦТП) и подъёмов 44 электропроводки (для прокладки по стене), наряду с измеренным на плане помещений, равно 𝑙 = 18 м. 45 Рис. 2.5.2. План электроосветительной сети и расчётные схемы для определения моментов нагрузки. (Начало. Окончание на стр. 46). Рис. 2.5.2. План электроосветительной сети и расчётные схемы для определения моментов нагрузки. (Окончание. Начало на стр. 45.) Тогда для момента нагрузки на участке ЦТП-ОЩ можно написать: М = Рр.освОЩ 𝑙 . (2.5.12) С целью упрощения определение расчётных потерь напряжения целесообразно производить по табл. 12.11 – 12.22 [2]. Таблицы моментов нагрузки составлены для электросетей с различными системами напряжений и выполненных проводниками с алюминиевыми и медными жилами. Расчётные потери напряжения в групповых и питающих линиях (U1,2) принимаются по таблицам в зависимости от момента нагрузки и сечения электросетей. Результатом выбора сечений электросетей по допустимой потере напряжения должна быть проверка выполнения соотношения U д U U , 46 (2.5.13) при несоблюдении которого увеличивают сечение проводников, либо изменяют схему электросети. Использование таблиц для моментов нагрузки и определение U1,2 без учёта индуктивного сопротивления допускается в случаях: 1) когда коэффициент мощности электроосветительных сетей равен единице (cos = 1), т. е. в случае подключения ламп накаливания; 2) когда cos = 0,9, т. е. при использовании люминесцентных ламп с индивидуальной компенсацией реактивной мощности и прокладки электросетей кабелями, проводами в трубах или многожильными проводами сечением до 120 мм2; 3) когда cos = 0,5, т. е. при использовании ламп ДРЛ, ДРИ без индивидуальной компенсации и выполнении электросетей кабелями, проводами в трубах или многожильными проводами сечением до 10 мм2 включительно. В остальных случаях индуктивное сопротивление должно учитываться и расчет потери напряжения производиться по токовым (Ам) или моментам нагрузки (кВтм). 2.5.4. Защита электроосветительных сетей Защита осуществляется от протекания токов короткого замыкания и токов перегрузки. В целом все электроосветительные сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания. Наряду с защитой от токов короткого замыкания защита от перегрузки требуется в случаях: 1) когда электросети внутри помещений выполнены открыто проложенными изолированными проводами с горючей изоляцией; 2) прокладки электросетей в пожаро- и взрывоопасных помещениях; 3) прокладки осветительных сетей и сетей, к которым подключены бытовые и переносные электроприемники, в жилых и общественных зданиях, служебно-бытовых помещениях промышленных предприятий. Защита осветительных сетей осуществляется автоматическими выключателями. Для выполнения защитных функций в автоматы встраиваются реле прямого действия, называемые расцепителями. Расцепители подразделяют на тепловые, электромагнитные и комбинированные. 47 Тепловой расцепитель защищает электросети от токов перегрузки. Принцип действия основан на использовании нагрева биметаллической пластинки, состоящей из спая двух металлов с различными коэффициентами теплового линейного расширения. Время срабатывания теплового расцепителя зависит от величины тока в сети. Защитная характеристика теплового расцепителя называется обратнозависимой от тока. Электромагнитный расцепитель предназначен для защиты электросетей от токов короткого замыкания, представляет электромагнит, воздействующий на отключающий пружинный механизм. Время отключения электромагнитного расцепителя (tоткл) определяется инерцией подвижных частей и временем гашения дуги. Оно составляет доли секунды и для различных типов автоматов приводится в справочной литературе. Защитная характеристика автомата этого типа называется независимой от тока. Комбинированный расцепитель состоит из теплового и электромагнитного. Тепловой расцепитель срабатывает с выдержкой времени при протекании токов перегрузки, а электромагнитный – мгновенно, при протекании токов короткого замыкания. Защитная характеристика автомата с комбинированным расцепителем показана на рисунке. Обратнозависимая и независимая части защитной характеристики определяют зоны действия теплового и электромагнитного расцепителя. Для защиты электроосветительных сетей следует устанавливать: 48 1) автоматические выключатели с нерегулируемым комбинированным расцепителем для защиты групповых линий электроосветительной сети; 2) регулируемые автоматические выключатели для защиты питающих линий электроосветительной сети. Параметрами автоматических выключателей являются: 1) номинальное напряжение (Uн); 2) номинальный ток автомата (Iн.а), или ток главных контактов; 3) номинальный ток расцепителя (Iн.р). Представляет ток, на который рассчитаны катушки теплового и электромагнитного расцепителя. В один и тот же автомат могут быть встроены расцепители на различные номинальные токи. Обычно наибольший из номинальных токов расцепителя равен Iн.а; 4) ток срабатывания расцепителя. Представляет минимальный ток, при котором расцепитель срабатывает и автомат отключается. Различают ток срабатывания теплового (Iср.т) и электромагнитного (Iср.э) расцепителя. Настройка расцепителя на заданный ток срабатывания называется уставкой тока. Уставка тока электромагнитного расцепителя на мгновенное срабатывание называется отсечкой. Автоматические выключатели разделяют на нерегулируемые и регулируемые. Автоматы серий ВА47, ВА51, ВА52, АЕ-1000, АЕ-2000 относятся к нерегулируемым с комбинированным расцепителем. Конструктивное исполнение этих автоматов не допускает регулирования уставокрасцепителей в процессе монтажа и эксплуатации. Они поставляются заводами-изготовителями с заранее установленными и отрегулированными уставками. Регулируемые автоматы серий ВА88, ВА53, ВА55, ВА75, А-3700, «Электрон», имеют специальные устройства, допускающие регулирование уставок по току и времени. Автоматы, допускающие регулирование уставок по времени срабатывания, называются селективными. Выбор номинальных параметров автоматов всех типов производится из условий Iн.а Iр; Iн.р Iр , (2.5.14) а определение токов срабатывания расцепителей, в соответствии с рекомендациями справочной литературы для каждого типа автомата. 49 Форма защитных характеристик и значения уставок токов срабатывания автоматических выключателей ВА47-29 показаны на рис. 2.5.3 [6]. Характеристики, обозначенные на рисунке буквами, принимаются: В – для электроосветительных сетей и электроприборов; С – электродвигателей с нечастыми пусками и продолжительностью пускового периода не более 2 – 2,5 с; Д – электродвигателей с частыми пусками или большой длительностью пускового периода. Номинальные токи расцепителей автоматов этого типа составляет Iн.р.= 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 13; 16 А. Расчет токов срабатывания автоматических выключателей типа ВА51-29 и ВА51-31[5] производится по формулам: Iср.т 1,35Iн.р; Iср.э = 3;7;10 Iн.р. (2.5.15) Шкала номинальных токов расцепителей этих автоматов составляет: для автомата ВА51-29 Iн.р=6,3; 8,0; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63 А; для автомата ВА51-31 Iн.р=16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100 А. Включение мощных источников света сопровождается протеканием пусковых токов в электроосветительных сетях. Пусковой ток у ламп накаливания мощностью 500 Вт и выше может превышать номинальный ток в 12 – 14 раз, а с учетом сопротивления линии в 9 – 10 раз. В лампах ДРЛ, ДРИ пусковой ток в 2,25 – 3 раза больше номинального, длительность пускового режима достигает 60 – 90 с. Рекомендации относительно выбора параметров защитных аппаратов с учетом пусковых токов источников света, изложены в табл. 10 – 2 [2]. Для автоматов с комбинированным расцепителем отстройка от бросков пускового тока источников света производится согласно условиям: 1) при подключении к электроосветительным сетям ламп накаливания 50 I сp т Ip (2.5.16) 2) при подключении ламп ДРЛ, ДРИ; а) при токах срабатывания теплового расцепителяIср.т<50 А I сp т Ip , (2.5.17) , (2.5.18) б) при токах Iср.т 50 А I сp т Ip где в условиях (2.5.16) – (2.5.18) Iср.т – найденное по формуле (2.5.14) значение тока срабатывания теплового расцепителя; Ip– расчетный ток групповой или питающей электроосветительной сети. В линиях осветительной сети с люминесцентными лампами нет необходимости учитывать пусковые люки, так как при продолжительности протекания этих токов 6 – 8 с наблюдается большая разновременность включения отдельных ламп. Правила устройства электроустановок рекомендуют, наряду с выбором сечений электросетей по нагреву и потере напряжения, выполнение проверки соответствия найденного по нагреву сечения рассчитанным параметрам защитных аппаратов. Условие соответствия сечения проводника параметрам аппаратов максимальной токовой защиты имеет вид I н д к з Iз , кп (2.5.19) где кз– кратность допустимого длительного тока для провода или кабеля по отношению к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата. Значения кратности приводятся в табл. 4 – 50 [7], а принимается она в зависимости от выбранного типа защиты, требований к ней, характера сети, изоляции проводов или кабелей и условий их прокладки. Согласно данным указанных таблиц, для групповых линий электроосветительной сети, защищаемых автоматами с комби51 нированным нерегулируемым расцепителем, кратность кз=1. Для регулируемых автоматов серий ВА55, ВА53, устанавливаемых на ЦТП и осуществляющих защиту питающих электроосветительных сетей, кратность кз=0,66; Iз – ток защитного аппарата. Принимается равным для нерегулируемых автоматов Iз = Iн.р, регулируемых –Iз = Iср.пер. Рис. 2.5.3. Защитные характеристики автоматических выключателей 52 ВА 47-29. При нормальных условиях прокладки электросетей кп= 1 и, тогда выражение (2.5.19) принимает вид: Iн.д. кзIз . (2.5.20) В случае невыполнения соотношения увеличивают сечение проводников. 2.5.5. Выбор способа выполнения электроосветительных сетей Прокладка электроосветительных сетей производится проводами, кабелями и осветительными шинопроводами. Провода и кабели выполняют одно- и многожильными. Изоляцию проводов изготовляют из резины, найрита или поливинилхлоридного пластиката. Защитным покровом проводов с резиновой изоляцией служат два слоя хлопчатобумажной оплетки, пропитанной или не пропитанной противогнилостным составом. Провода с поливинилхлоридной изоляцией изготовляют без защитных покровов. Защищенные изолированные и неизолированные провода для осветительных сетей в производственных зданиях практически не применяют. В осветительных сетях всех напряжений должны применять провода и кабели с изоляцией, рассчитанной на номинальное напряжение сети. Для осветительных сетей производственных зданий должны, как правило, применять провода и кабели с алюминиевыми жилами. Проводники с медными жилами допускается применять во взрывоопасных помещениях классов В-I и В-Iа [1], а также для зарядки стационарно устанавливаемых светильников и для присоединения к сети переносных светильников. Кабельные линии электроосветительных сетей, прокладываемые в земле (траншеях), могут выполняться как бронированными кабелями марок ААБ, АВВБ и др., так и кабелями с поливинилхлоридным ААШВ или полиэтиленовым ААШП шлангом. Кабели в пластмассовом шланге должны применяться для прокладки в агрессивных грунтах и в зонах с высоким уровнем блуждающих токов. В тоннелях, а также на кабельных конструкциях и скобах внутри зданий рекомендуется прокладка бронированных кабелей без наруж53 ного покрова (ААВГ и др.) и небронированных кабелей (ААГ, АВВГ, АВРГ, ААШВ и т. п.). Повышению гибкости и надежности работы электроосветительных сетей, обеспечению индустриализации электромонтажных работ способствует применение комплектных осветительных шинопроводов типа ШОС. Осветительные шинопроводы предназначены для выполнения в производственных помещениях осветительных двухпроводных и четырехпроводных электрических сетей. Основные технические данные некоторых типов осветительных шинопроводов приведены в табл. 2.5.1 Таблица 2.5.1 Технические данные осветительных шинопроводов Показатель Номинальный ток, А Номинальное напряжение, В Электродинамическая стойкость ударному току к.з., кА Номинальный ток штепселя,А Для шинопроводов ШОС2-25-44-1УЗ ШОС4-25-441УЗ ШОС80-УЗ 25 25 16 220 380/220 220 3 3 3 10 10 6 Присоединение светильников к осветительным шинопроводам производится с помощью штепсельных разъемов, что упрощает чистку, замену и ремонт ламп без отключения всей групповой линии. Осветительные шинопроводы ШОС4-25-44-1У3 трехфазные, ШОС2-25-44-1У3 и ШОС80-У3 однофазные. Они собираются из прямых секций различной длины. Соединение секций штепсельновинтовые. Прямые секции имеют штепсельные окна для присоединения светильников. В штепсельных окнах шинопровода ШОС4-25-44-1У3 попеременно выведены разные фазы (А, В, С, А, В, С и т.д.) и нейтраль. Фазные и нулевой проводники осветительных шинопроводов выполнены из медного провода сечением 6 мм2. 54 Осветительные шинопроводы имеют вводные секции, к которым подводится питание, и гибкие секции, необходимые при поворотах трассы их прокладки, штепсельные вилки с гибкими проводами для подключения светильников. В производственных зданиях применяются различные виды открытых и скрытых электропроводок, выполняемых в основном незащищенными изолированными проводами и кабелями. Выбор способа проводки, марки проводов и кабелей для производственных и вспомогательных помещений производят с учетом характера окружающей среды (температуры, влажности, наличия и характера пыли, паров, газов, пожаро- и взрывоопасности помещений и др.), строительных особенностей зданий (высоты помещений, наличия ферм, конструкции стен, перекрытий, полов, наличия и размещения подъемнотранспортных устройств), размещения светильников по помещению и высоты их установки и некоторых других. При выборе способа выполнения электроосветительной сети следует стремиться к тому, чтобы электропроводка была надежной, безопасной, простой и удобной в эксплуатации, допускала применение индустриальных методов монтажа, имела приемлемый для данного помещения внешний вид, характеризовалась невысокой стоимостью и затратами дефицитных материалов. Все многообразие способов выполнения электроосветительных сетей может быть разделено на открытую и скрытую проводки. Скрытая прокладка проводов применяется в административнобытовых, инженерно-лабораторных помещениях и других подобных зданиях. Скрытые электропроводки разделяются на сменяемые и несменяемые. К первому виду относятся проводки в стальных и винипластовых трубах, укладываемых скрыто под штукатуркой, в которых прокладываются незащищённые изолированные провода. Если с течением времени изоляция проводов ухудшается, они могут быть извлечены из труб и заменены новыми. Несменяемые скрытые проводки выполняются плоскими проводами АППВС (А – с алюминиевыми жилами, П – провод, П – плоский, В – с поливинилхлоридной изоляцией, С – для скрытой прокладки), АПППС (П – с полиэтиленовой изоляцией), прокладываемыми без труб под слоем штукатурки, в пустотах строительных конструкций зданий, в швах между плитами перекрытий, в полу под слоем цементного раствора. Скрытые несменяемые проводки обычно применяют для небольших административно-бытовых зданий и по55 мещений, для крупных же зданий предпочтительна скрытая сменяемая проводка в винипластовых трубах. Номинальное напряжение проводов АППВС, АПППС равно 380 В, число жил 2 или 3, сечение 2,5 – 6 мм2. Токовые нагрузки плоских проводов при скрытой прокладке принимаются такими же, как и для проводов, проложенных в трубах. Открытыми выполняют преимущественно электроосветительные сети производственных и вспомогательных зданий. Отрытые электропроводки выполняют тросовыми проводами, кабелями и защищенными проводами, незащищенными изолированными проводами на изоляторах, в лотках, коробах, трубах и шинопроводами. Наиболее рациональными при этом являются электропроводки, допускающие применение индустриальных методов ведения электромонтажных работ. Требованиям индустриализации монтажа отвечают электропроводки специальными тросовыми проводами марок АРТ, АВТ, кабелями АВВГ и др., подвешиваемыми к тросу (диаметром 1,9 – 6,5 мм) или стальной оцинкованной проволоке (диаметром 5,8 – 8 мм). Технические данные тросовых проводов приведены в табл. 2.5.2 Таблица 2.5.2 Технические данные тросовых проводов Марка АРТ АВТ Характеристика провода Провод с алюминиевыми жилами с резиновой изоляцией с несущим тросом То же, с поливинилхлоридной изоляцией Число жил 2 3 4 4 Сечение, мм2 2,5–4 4–6 4–35 2,5–16 Токовые нагрузки на тросовые провода АРТ, АВТ принимают такими же, как и для открыто проложенных кабелей марок АНРГ и АВВГ. В производственных помещениях со стальными и железобетонными фермами, но которых устанавливают светильники, а ниже ферм расположены подкрановые пути для мостовых или подвесных кранов, наиболее целесообразной является проводка вдоль пролетов цеха тросовым проводом или кабелем по тросу с размещением проводки несколько выше нижнего пояса ферм. Подъемы групповых линий от щитков вдоль колонн и ферм в этом случае выполняют кабелем по 56 лоткам или при небольшом числе кабелей (2 – 3) по стальным перфорированным монтажным профилям, прикрепляемым к колонном и фермам. В производственных помещениях, освещаемых светильниками с люминесцентными лампами, установленными непрерывно рядами или с небольшими разрывами, для прокладки групповых линий, питающих светильники, находят применение стальные короба типа КЛ. Коробом называется закрытая полая конструкция прямоугольного или другого сечения, предназначенная для прокладки и защиты от механических повреждений проводов и кабелей. Короба соединяют между собой винтами. Они допускают подвеску на тросе, крепление к плоским перекрытиями, а также стенам и колоннам. Внутри коробов прокладывают незащищенные изолированные провода (АПВ, АПРВ), от которых к каждому светильнику выполняют ответвления с помощью ответвительных зажимов. При установке некоторых типов люминесцентных светильников (например, серий ЛД, ЛСПО2) непрерывными рядами возможна прокладка внутри корпусов незащищенных изолированных проводов групповых линий. Наиболее дорогим способом открытой проводки является проводка в стальных трубах. Применять проводки в стальных трубах следует только в случаях крайней необходимости, когда другие способы проводки невозможны или явно нецелесообразны. Там, где это возможно и допустимо, стальные трубы следует заменить винипластовыми. Рекомендации относительно выбора электропроводок в зависимости от условий среды приведены в табл. 11.6 [2]. 57 Литература 1. Правила устройства электроустановок. М.: Кнорус, 2011, 430 с. 2. Справочная книга для проектирования электрического освещения / Под ред. Кнорринга Г. М. Л.: Энергия, 1976, 384 с. 3. СН и П 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. М., 1995, 67с. 4. Инструкция по проектированию силового и осветительного электрооборудования промышленных предприятий. СН 357-77. М., 1977, 93 с. 5. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования. / Под ред. Барыбина Ю. Г. М.: Энергоатомиздат, 1991, 464 с. 6. Каталог электротехнической продукции (iEK). М., 2010, 563 с. 7. Карпов Ф. Ф., Козлов В. Н. Справочник по расчету проводов и кабелей. М.: Энергия, 1969, 264 с. 58