Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный технический университет Энергетический институт Кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий» Расчётно-графическая работа по дисциплине: «Электрическое освещение» Вариант: ПМ13 – ПМ26 – 52 Выполнил: ст. гр. Э – 317 Орынбаев Д. Проверил: доц. Вязигин В. Л. Омск 2013 Содержание Задание на проектирование ..........................................................................................................3 1 Анализ технологического процесса ..........................................................................................4 2 Светотехническая часть проекта ...............................................................................................4 2.1 Выбор видов освещения ...................................................................................................4 2.2 Выбор источника света .....................................................................................................4 2.3 Выбор системы освещения ...............................................................................................4 2.4 Выбор освещенности и коэффициента запаса ................................................................4 2.5 Выбор типа светильников ...................................................................................................5 2.6 Выбор размещения светильников ......................................................................................5 2.7 Светотехнический расчёт общего равномерного освещения по методу коэффициента использования светового потока..............................................................................................5 2.8 Определение коэффициента равномерности освещённости в помещении точечным методом.......................................................................................................................................6 3 Электротехническая часть проекта...........................................................................................7 3.1 Выбор размещения групповых щитков, схемы и трассы сети, компоновка групповой сети. ................................................................................. Ошибка! Закладка не определена. 3.2 Определение расчетных осветительных нагрузок. .................... Ошибка! Закладка не определена. 3.3 Выбор типа и сечения проводников по методу моментов, исходя из минимума расхода проводникового материала ............................ Ошибка! Закладка не определена. Библиографический список ........................................................................................................94 2 Задание на проектирование Исходные данные 1. Наименование помещения – окрасочный цех. 2. Размеры помещения (в метрах): Длина – 36. Ширина – 28. Высота – 6,4. 3. Условия среды – В – Iб. 4. Коэффициенты отражения: Потолка – 0,7. Стен – 0,5. 5. Характеристика зрительной работы – высокой точности. 6. Контраст объекта с фоном – малый. 7. Характеристика фона – средний. 8. Особые условия – нет особых условий. 9. Мощность трансформатора – 250 кВ∙А. 10.Коэффициент загрузки трансформатора – 0,85. 11.Коэффициент мощности нагрузки трансформатора – cos = 0,85. 12.Расстояние от ТП до группового щитка –95 м. 13.Момент дополнительных нагрузок питающей линии – 2300 кВт∙м. 3 1 Анализ технологического процесса В цехе предъявляются повышенные требования к цветоразличению и цветопередаче. Количество рабочих смен – 2. Высота расположения рабочей поверхности – 1 м. Условия среды взрывоопасные – В - Iб требуют применения взрывозащищенных светильников. 2 Светотехническая часть проекта 2.1 Выбор видов освещения В данном цехе выбираем следующие виды освещения: – рабочее освещение; – аварийное освещение безопасности – необходимо для продолжения работы с целью безаварийного останова производственного процесса и предусматривается в производственных помещениях, в которых при погасании рабочего освещения возможно возникновение пожаро- и взрывоопасных и других ситуаций, угрожающих жизни персонала; – дежурное – для освещения в нерабочее время, так как двухсменный режим работы. 2.2 Выбор источника света При выборе ИС для производственных помещений необходимо руководствоваться блок схемой выбора системы освещения (рис. 3 [1]). Выяснить, имеются ли условия, принуждающие к выбору ламп накаливания, являющихся энергетически низкоэффективными ИС – в данном случае отсутствуют. Предъявляются ли требования к цветоразличению – в данном случае предъявляются особо высокие. По этой причине независимо от расчётной высоты подвеса светильника для общего освещения должны быть использованы люминесцентные лампы (ЛЛ) с высоким качеством цветопередачи – ЛДЦ. 2.3 Выбор системы освещения В результате проведения работ высокой точности и руководствуясь блок-схемой выбора системы освещения на рис. 4[3], принимаем систему комбинированного освещения. 2.4 Выбор освещенности и коэффициента запаса По табл. 1 [1] согласно исходным данным (разряд зрительной работы – III, подразряд зрительной работы – б, контраст объекта с фоном - малый, характеристика фона – средний) норма освещенности, при комбинированной системе освещения от общего освещения Е = 200 лк, Е∑ = 1000 лк (согласно [1], табл. 1). Поскольку условия среды – В - Iб, учитывая взрывоопасность помещения, выбираем коэффициента запаса: 4 K = 1,8 при эксплуатационной группе 4 и степень защиты IP65. Делаем корректировку по сменам, (уменьшаем на 0,15), получаем K = 1,65 2.5 Выбор типа светильников Выбираем взрывозащищенный осветительный прибор ЛСП66 Ex-2х36, который имеет следующие характеристики по [8] табл. 6.14: – степень защиты от пыли и воды: IP65; – эксплуатационную группу: 4; – тип, количество и мощность применяемых ИС: ЛЛ 2х36; – тип КСС в нижнюю полусферу: Д1, в соответствии с рис. 12.1[2]; – общий КПД: не менее 70 %; – КПД в нижнюю полусферу : 70 %. 2.6 Выбор размещения светильников Расчетная высота подвеса светильников h H h P h C 6,4 1,0 0,4 5,0 м, где Н – высота помещения, м. hР – высота рабочей поверхности, принимаем 1,0 м. hС – свес светильника, принимаем равным 0,4 м, так как используются подвесные светильники ЛСП. Рациональное расстояние между рядами светильников L0 находится исходя из целесообразного отношения λ0 = L0/h. Для светильников с ЛЛ λ0 = 1,4. Отсюда L0 = λ0h = 1,4 · 5,0 = 7,0 м. Рациональное количество рядов светильников NРД = В / Lo = 28 / 7,0 = 4,0, где В – ширина помещения, м. 2.7 Светотехнический расчёт общего равномерного освещения по методу коэффициента использования светового потока Расчет производим по методу коэффициента использования светового потока. Расчетный световой поток ЛЛ в каждом ряду, необходимый для создания нормированной минимальной освещенности, определяется: EKSz , N РДη где Е – нормируемая минимальная освещенность в помещении, лк; К – коэффициент запаса; S = 36 28 = 1008 м2 – площадь помещения; z – коэффициент неравномерности распределения освещенности в помещении, равный отношению ЕСР/ЕМИН (для освещения рядами люминесцентных светильников z = 1,1); NРД = 4 – число рядов ЛЛ. Ф РД 5 Индекс помещения i определяется по формуле AB 36 28 i 3,15. h A B 5,0 36 28 Затем, зная индекс помещения и коэффициенты отражения ρп = 0,7, ρс = 0,5, ρр = 0,1, определим по табл. 8.8 [3] значение коэффициента использования помещения п = 0,73. Тогда коэффициент использования светового потока ИС η = ηП ηС = 0,73 0,7 = 0,511. Расчетный световой поток ламп одного ряда: 200 ∙ 1,65 ∙ 28 ∙ 36 ∙ 1,1 = 179014 лм. 4 ∙ 0,511 В светильниках целесообразно использовать лампу типа ЛДЦ 36 со световым потоком 2200 лм. Тогда в ряду необходимо установить ФРД 179014 𝑁С РД = = ≈ 41 шт. 𝑛 ФЛ 2 ∙ 2200 При длине помещения A = 36 м с учетом длины светильников типа ЛСП66 (1,36 м) в ряд помещаются только 26 светильников. По этой причине корректируется число рядов. Так как всего в цехе требуется установить 41 · 4 = 164 светильника, то требуется 164/26 = 6,3 ряда. Принимаем к установке 6 рядов при расстоянии между ними равном 4,7 м. Расстояние от крайних рядов до стен – 2,25 м (рис.1). Число светильников в ряду 26 шт. при расстоянии между ними A − Nсрд lСВ 36 − 26 ∙ 1,36 a= = = 0,03 м. NCРД − 1 26 − 1 Ф= Рисунок 2 - Эскиз расположения светильников Общее количество светильников в помещении – N = 6 26 = 156 шт. 6 Данные по лампе сведены в табл. 1. Таблица 1 – Номинальные параметры люминесцентной лампы Средняя Номинальный Размер, мм Тип Мощность Напряжение продолжительность световой поток, лампы лампы, Вт сети, В D L горения, ч лм ЛДЦ 36 110 15000 2200 26,5 1216 2.8 Определение коэффициента равномерности освещённости в помещении точечным методом Расстояние между светильниками 0,03 х 4,7 м, (относительно световых центров светильников), рис. 2. Рисунок 2 – Эскиз расположения светильников Так как расстояние между светильниками а = 0,03 м <0,5h, то светящийся ряд рассматривается как непрерывный с линейной плотностью светового потока, равного Ф 𝑛 2 ∙ 2200 ∙ 26 лм Ф, = = = 3178 , А 36 м где n – число светильников, шт.; А – длина помещения, м (рис. 3). 7 Рисунок 3 – Выбор контрольной точки для расчета точечным методом Определяем условную относительную освещенность ε по рис. 8.20 [2]. Результаты расчета точечным методом сведены в табл. 2. Таблица 2 – Точечный метод расчета освещенности Точка А Б № 1 2 3 4 5 P 2,35 2,35 7,05 11,75 16,45 P' 0,5 0,5 1,4 2,4 3,3 L 5 5 5 5 5 L' 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 ε 100 100 22 5 0,8 6 21,15 4,2 5 1,0 0 7 8 9 10 11 2,35 2,35 7,05 11,75 16,45 0,5 0,5 1,4 2,4 3,3 31 31 31 31 31 6,2 6,2 6,2 6,2 6,2 165 165 40 7 1,8 12 21,15 4,2 31 6,2 0 1 9,4 1,9 18 3,6 25 2 4,7 0,9 18 3,6 85 3 4 5 6 0 4,7 9,4 14,1 0,0 0,9 1,9 2,8 18 18 18 18 3,6 3,6 3,6 3,6 400 85 25 5 ∑ε 606,6 625,0 В наименее освещённой точке А находится ∑ 𝜀 = 606,6 лк. Прямая составляющая освещенности: 8 Ф,СТ µ∑𝜀 3178 ∙ 1,1 ∙ 606,6 Епр = = = 257,0 лк, 1000𝐾ℎ 1000 ∙ 1,65 ∙ 5,0 где – коэффициент учета удаленных светильников ( = 1,1 – 1,2), Ф ' – линейная плотность светового потока, h – высота подвеса, К – коэффициент запаса. Учитываем отражённую составляющую освещённости ЕОТР. При i = 3,15, ρпот = 0, ρст = 0, ρр = 0 Ч 0,58 , согласно табл. 8.8 [2]. Коэффициент использования отражённой составляющей освещённости: 𝜂ОТР = (𝜂 − 𝜂Ч ) 𝜂СВ = (0,73 − 0,58) ∙ 0,7 = 0,105. Отражённая составляющая освещённости: Ф n N η ОТР 2200 2 156 0,105 Е ОТР Л 43,3 лк. КS 1,65 36 28 Суммарная освещённость в точке Б: Еф min ЕПР ЕОТР 257 43,3 300,3 лк. Вывод: фактическая освещенность получилась 300,3 лк. Она удовлетворяла нормируемой величине – 200 лк. Как видно из таблицы наибольшая освещенность наблюдается в точке Б, для нее определяем прямую составляющую освещенности Ф,СТ µ∑𝜀 3178 ∙ 1,1 ∙ 625 Епр = = = 264,7 лк. 1000𝐾ℎ 1000 ∙ 1,65 ∙ 5,0 Отраженная составляющая освещенности Ф n N η ОТР 2200 2 156 0,105 Е ОТР Л 43,3 лк. КS 1,65 36 28 Фактическая освещенность Еф max Е ПР ЕОТР 264,7 43,3 308 лк. К = ЕФmax /ЕФmax = 308 / 300,3 = 1,03 < 1,5. 3 Электротехническая часть проекта 3.1 Выбор схемы и трассы осветительной сети Согласно ПУЭ ток защитных аппаратов на групповых линиях с люминесцентными лампами не должен превышать – 25А и число люминесцентных ламп на фазу не более 50 (пункт 6.2.3). Источником питания осветительной сети является трансформатор, мощностью 250 кВ·А. Групповой щиток запитан по магистральной схеме, причём момент дополнительной нагрузки, включённой в магистраль, составляет 2300 кВт·м. Групповой щиток располагается посередине короткой стены помещения. Светильники с ЛЛ располагаем рядами параллельно продольной оси помещения. Количество светильников в одном ряду равно 26, а число ламп в одном светильнике равно 2. Групповую сеть выполняем однофазной. Расчётная мощность в групповой линии с ЛЛ: 9 Р P Р Н ГР К ПРАК С 36 2 156 1,2 110-3 13,48 кВт. где КПРА – коэффициент потерь в пускорегулирующем аппарате; КС – коэффициент спроса для групповых линий, принимаем равным 1,0 согласно ПУЭ, пункт 6.2.1. Схема расчета приведена на рис. 4. Рисунок 4 – Схема осветительной сети 3.2 Выбор типа и сечения проводников по методу моментов, исходя из минимума расхода проводникового материала По табл. 17 [3] определяем допустимые потери напряжения в трансформаторе при номинальной загрузке: UТН 3,5% (Sтр = 250 кВ∙А, cos = 0,85), тогда с учетом коэффициента загрузки трансформатора U Т U ТН 0,85 3,5 2,98 %. Допустимые потери напряжения в осветительной сети U Д 10 U Т 10 2,98 7,02 % . В качестве материала жил проводников выбираем алюминий. Расчет осветительной сети проводим как для сети с симметричной загрузкой фаз. 10 Рисунок 5 – Схема питания осветительной установки Для трехфазной питающей линии 𝑃ПИТ = (𝑛 𝑃Л КПРА + Рдоп )КС = (156 ∙ 0,072 ∙ 1,2 + 17,97) ∙ 0,98 = 30,82кВт. Расчётная мощность групповой линии 𝑃Р.ГР = 𝑛Л.Р 𝑃Л КС КПРА = 26 ∙ 0,072 ∙ 1,0 ∙ 1,2 = 2,25 кВт. Мощность дополнительной нагрузки Мдоп Рдоп = , 𝐿пер где LПЕР – периметр цеха, м. Мдоп 2300 Рдоп = = = 17,97 кВт. 𝐿пер 2 ∙ (36 + 28) Момент нагрузок питающей сети МПИТ = 𝐿ПИТ (РР + РДОП ) 𝑘С = 95 ∙ (17,97 + 13,48) ∙ 0,98 = 2928 кВт ∙ м, где КС – коэффициент спроса для питающих линий, зависящий от передаваемой мощности и равный 0,98. Групповой щиток расположим на высоте 1,5 м от пола М1 = М6 = РЛ 𝑛 КПРА (0,5 ∙ А + 0,5 ∙ В − 𝑙В + (Н − 1,5)) = = 36 ∙ 2 ∙ 26 ∙ 1,2 ∙ (0,5 ∙ 36 + 0,5 ∙ 28 − 2,25 + (6,4 − 1,5)) = 77,8 кВт ∙ м; М2 = М5 = 72 ∙ 26 ∙ 1,2 ∙ (18 + 14 − 6,95 + (6,4 − 1,5)) = 67,3 кВт ∙ м; М3 = М4 = 72 ∙ 26 ∙ 1,2 ∙ (18 + 14 − 11,65 + (6,4 − 1,5)) = 56,7 кВт ∙ м. Определяем сечение кабеля на первом участке М + М ДОП + Σαm q1РАСЧ = ПИТ , C ΔU Д 2928 + 2300 + 1,85 ∙ 2 ∙ (77,8 + 67,3 + 56,4) 𝑞1РАСЧ = = 19,3 мм2 , 44 ∙ 7,02 11 где С – коэффициент определенный по табл.18 [3], для трехфазной сети с нулем; Σαm – сумма моментов нагрузки всех участков сети, питаемых через рассчитываемый участок, но с иным числом проводов, чем на данном участке, скорректированная на коэффициент приведения моментов от последующих участков (ответвлений) к рассчитываемому (линии), равный 1,85 т.к. на последующем участке однофазная сеть с нулевым проводом. Выбираем ближайшее стандартное сечение qст = 16 мм2 . К установке намечается кабель марки АВВГ 5х16 (три фазы, нуль и защитный PE проводник) Проверяем по длительному допустимому току нагрузки. Определяем рабочий ток кабеля питающей сети (𝑃р + 𝑃доп ) 𝐾𝑐 𝐼𝑝 = ; √3𝑈л 𝑐𝑜𝑠𝜑 (13480 + 17970) · 0,98 𝐼𝑝 = = 50,9 𝐴. 3 ∙ 380 ∙ 0,92 √ Условие 𝐼доп = 70А > 𝐼р – допустимый длительный ток для кабелей марки АВВГ 5х16, прокладываемых в воздухе, выполняется, следовательно, принятое сечение по условию проверки проходит. Находим фактическую потерю напряжения на этом же участке 𝑀ПИТ 2928 ∆𝑈ф1 = 𝑘𝑝 = ∙ 1,02 = 4,24 %, 𝐶𝑞1 44 ∙ 16 где kр = 1,02 – коэффициент учета реактивной составляющей (табл. 9.13 [2]). Определим допустимую потерю напряжения на последующих участках ∆𝑈Д.ПОС = ∆𝑈доп − ∆𝑈ф = 7,02 − 4,24 = 2,78 %. Для групповой сети (для самого тяжелого случая) 𝑀1 77,8 𝑞2расч = = = 3,8 мм2 , 𝐶∆𝑈Д.ПОС 7,38 ∙ 2,78 где С – коэффициент определенный по табл. 18 [3], для однофазной сети с нулем; Принимаем стандартное сечение q2CТ = 4,0 мм2. Выбираем для групповой сети алюминиевый кабель АВВГ. Находим фактическую потерю напряжения на этом же участке 𝑀1 77,8 ∆𝑈ф2 = 𝑘𝑝 = ∙ 1,01 = 2,66 %. 𝐶𝑞1 7,38 ∙ 4 Проверяем по длительно допустимому току нагрузки. Определяем рабочий ток групповой сети 𝑃Р.ГР 𝐼𝑝 = ; 𝑈Ф 𝑐𝑜𝑠𝜑 2250 𝐼𝑝 = = 11,1 𝐴. 220 ∙ 0,92 12 Условие I Д I Р , где IД = 27,0 А – допустимый длительный ток для кабелей марки АВВГ 3x4 следовательно, принятое сечение по условию проверки проходит. По механической прочности наименьшее сечение кабелей с алюминиевыми жилами должно быть 2,5 мм2 (табл. 20 [3]). Выбранные кабели АВВГ 5х16 мм2 и АВВГ 3х4 мм2 по механической прочности проходят. 13 Библиографический список 1. Строительные нормы и правила Российской федерации. СНиП 23-05-95 Естественное и искусственное освещение. – М.: Госстрой России, 2001. – 35 с. 2. Справочная книга по светотехнике: Справ. / Под ред. Ю.Б. Айзенберга. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1995. – 528 с. 3. Вязигин В.Л. Электрическое освещение: метод. рекомендации к практ. занятиям и сам. работе студентов. 4. Каталог "ЭлектроКомплектСервис": Каталог / Под ред. О. Глазуновой. - 10-е изд., отпечатано в типографии "Графолит", 2011. – 600 с. 5. Правила устройства электроустановок. Раздел 6. Электрическое освещение. – 7-е издание. –СПб.: ДЕАН, 2006. – 80 с. 6. Правила устройства электроустановок.– 6-е издание. Дополненное с исправлениями. – М.: ЗАО "Энергосервис", 2000. – 608 с. 7. Каталог электротехнической продукции 2010-2011: Каталог / 2011. – 671 с. 8. Электрическое освещение: справочник / В. Б. Козловская, В.Н. Радкевич, В.Н, Сацукевич. – Минск: Техноперспектива, 2007 – 255 с. 14
