Кожен светотехнический проект передбачає масу базових розрахунків. Перший, і найголовніший з них - освітлювальний. Адже погодьтеся, без світла не зможуть працювати ні самі проектанти, ні будівельники з електромонтером.
При плануванні ліній освітлення потрібно відштовхуватися від прогнозованого споживання (від створюваної освітлювальними приладами навантаженням). Відштовхуючись від цих параметрів, виробляється вибір перетину силових кабелів і проводів, номінального струму захисно-комутаційного апарата і т.п.
Оскільки по шляху до споживача матеріал провідників створює опір електроструму - через це відбуваються втрати напруги. Особливо це помітно коли до однієї лінії (того ж освітлення, наприклад) підключено багато споживачів, з безліччю розподільних і групових мереж.
У підсумку виходить, що напруга на вході і на виході кожної окремої ділянки помітно відрізняється, і найбільш віддалені по лінії споживачі отримують набагато більше занижені параметри напруги, ніж заявлено. І при цьому розподіл відбувається не рівномірно, що негативно позначається на роботі всіх задіяних електроприладів.
Все тому, що провідники, тривалий час працюють під навантаженням, набагато перевищує розрахункову, починають функціонувати в режимі постійних перевантажень. Внаслідок чого виникає перегрів, а це може спровокувати замикання або пожежа на лінії. І все через недоліків проектантів, які не спромоглися підібрати під номінальні струми автоматичного вимикача відповідне перетин провідників.
Тому при розробці проекту завжди потрібно пам'ятати, що номінальний струм ніколи не повинен перевищувати гранично допустимих значень струмів провідників. Інакше захисна функція автоматичного вимикача, що оберігає провідники від перевантажень, буде просто неактивною.
У вітчизняних мережах відсоток втрат дуже високий - іноді він досягає до 10-22% (в той час, коли в світовій практиці ці цифри набагато нижчі, і складають 4-6%). І в результаті перевитрата, створюваний при втраті, тягарем лягає на плечі кінцевих споживачів.
Ви запитаєте, а навіщо потрібні всі ці розрахунки, особливо для об'єктів з невисокими рівнями споживання? Зазначимо основні причини, чому необхідно робити попередній розрахунок потужності (напруги) для майбутньої лінії освітлення:
По-перше - на підставі отриманої сумарної потужності споживання визначаються оптимальні струми з допустимим навантаженням на все освітлення елементи в ланцюзі.
По-друге -ісходя зі ступеня нагріву провідників під впливом розрахованих, гранично допустимих струмів, вибирається оптимальний перетин силових кабелів і проводів для освітлення.
По-третє - відштовхуючись від отриманого значення перетину силових кабелів (проводів) і від витримується ними тривалої максимального навантаження виконується підбір підходящої захисної апаратури автоматичного відключення.
По-четверте - будь-які розрахунки просто необхідні для отримання дозволів та техумов від місцевих електророзподільних організацій. На їх підставі техкомісії буде прийматися рішення про підключення об'єкта до лінії, що відповідає за потужністю і з можливістю навантаження.
Незважаючи на гадану незначність (або недостатню точність) подібних усереднених розрахунків, вони - це необхідна умова подальшої безпечної експлуатації лінії, тому що спочатку будуть підібрані оптимальні елементи. В результаті такі лінії будуть максимально рівномірно розподіляти струми між усіма споживачами. Попутно будуть зменшуватися втрати напруги від нераціонально розподіленого навантаження.
Варто відзначити, що в лініях з рівномірно розподіленим навантаженням (тих же вуличних світильниках, наприклад) втрати будуть набагато меншими, ніж в лініях, розподілених нерівномірно. В даному випадку, укупі з додатковою індуктивним навантаженням, втрати можуть виявитися вдвічі більшими. Тому наведений розрахунок може дати похибку.
Насамперед при проектуванні необхідно з'ясувати, яким навантаженням на мережі буде володіти майбутній об'єкт. Для цього спочатку необхідно виконати розрахунок сумарної потужності всіх освітлювальних приладів, які будуть живитися на конкретній ділянці лінії. Маючи ці дані можна визначити розрахункові навантаження (РН) освітлення мережі живлення, а також вводів до житлових (або виробничі) споруди.
Перед цим потрібно визначити потужності всіх ламп в мережі. Розрахунок проводиться за такою формулою:
У даному розрахунку Мс. - це потужність ламп, Вт, а Кл. - кількість ламп, шт.
Отриманий за попередньою формулою результат в подальшому використовується для визначення навантажень живиться освітлювальної лінії.
Розрахунок виконується за формулою:
де, Мол. - це встановлена розрахункова потужність всіх ламп;
КСПР. - коефіцієнт попиту, що відображає, як часто використовується освітлювальне електрообладнання. Він служить в якості поправки, обов'язково вноситься в розрахунки, тому що на практиці малоймовірно, що всі електроприлади будуть включені одночасно і на повну потужність.
Даний коефіцієнт можна визначати емпіричним шляхом - для кожного окремого об'єкта, або приймати відповідне значення з таблиці, наведеної нижче:
Оптимальний варіант приймати значення КСПР. за 0,95.
Кп. - коефіцієнт втрат в пускорегулирующей апаратурі ламп. (Для ртутних газорозрядних ламп він становить 1,1, для люмінесцентних - 1,2)
У випадках, коли від майбутніх ліній планується здійснювати змішану заживлення об'єкта - і для освітлення, і для силових навантажень (тих же розеток, наприклад) - тоді обидва види навантажень потрібно підсумовувати.
Расчетдля змішаних навантажень виглядає так:
де, Нобщ. - розрахункова загальне навантаження, в кВт;
Але - розрахункове навантаження освітлювальних ліній, в кВт;
Нс - навантаження силова, розрахункова в кВт.
Щоб визначити гранично допустимі перетину проводів, які будуть використовуватися в лініях, слід внести струми будуть по ним проходити.
Так для однофазних ліній, що складаються з двох проводів, розрахунок здійснюється за формулою:
Для двофазних ліній, що складаються з трьох проводів (двох фаз і нуля) рішення буде виглядати так:
У разі прокладання трифазних ліній, що складаються з чотирьох проводів (трьох фаз і нуля) перетин визначається шляхом такого розрахунку:
Як уже згадувалося, в будь-яких лініях втрат не ізбежать- це поширене і можна сказати нормальне явище. Мало того, то вони відбуваються при транспортуванні енергії від постачальника до потрібної ділянки, так ще й на точках її розподілу між декількома споживачами вони наростають.
Наше завдання полягає в тому, щоб підібрати оптимальний перетин проводів, щоб якомога більше знизити відсоток втрат розподіленої енергії - до нормованих ПУЕ інтервалів: від 2,5 до 5%. Також бажано зробити так, щоб навантаження на мережі розподілялися рівномірно.
Базовий розрахунок втрат проводиться так:
Значення активного опору (r0) можна розрахувати за формулою (вона справедлива для алюмінієвого або сталевого дроту):
При плануванні ліній, протяжністю в декілька кілометрів, обов'язково повинно враховуватися індуктивний опір проводів (ІСП), безпосередньо впливає на втрати напруги в мережах. Так як при настільки великих дистанціях, енергія просто не може розподілятися рівномірно і без втрат.
З досвіду робіт - можна брати ІСП (в нашому розрахунку позначене як x0) алюмінієвих (або мідних) проводів, перетином більш ніж 95 мм2, в розмірі 0,32 Ом на 1 кілометр. Це значення буде коректним в тому випадку, коли відстань між проводами відносно невелика (до 6,0 см). Для проводів перетином 10-25 мм2 використовується коефіцієнт індуктивного опору, рівний 0,44 Ом / км. У цьому випадку допускається більш значне відстань між проводами - 10,0 см.
Як показує практика, в низьковольтних лініях, що використовуються переважно для освітлення, досить складно домогтися рівномірно розподіленого навантаження. Тому в даному випадку краще використовувати чотири жили проводів (тобто монтувати трифазну лінію). І тоді, перерозподіляючи навантаження від освітлення на фазні і нульові дроти, і силові - на лінійні, вдається більш рівномірно розділити навантаження між усіма фазами.
Для трифазних ліній розрахунок втрат, що відбуваються в кожному дроті, буде виконуватися за представленим нижче алгоритму, в якому перший блок - характеризує активні втрати напруги, а другий блок - реактивні.
Давайте для прикладу прорахуємо лінію освітлення для гіпотетичного об'єкта. Можливо, параметри наведені на схемі.
У нашому випадку встановлені однотипні світильники (N = 12 шт.), Потужністю 400 Вт, через однакові інтервали (Інт. = 6м).
Розрахуємо відстань (Р) до центру прикладання навантажень для кожної мережі ^
Р = Р1 + ((Інт. * (N - 1) / 2),
де Р1 - це відстань від щитка до першої лампочки в мережі.
Підставляємо значення для проведення розрахунків:
Р1 = 15,7 + (6 + ((12-1) / 2) = 48,7 метрів
Р2 = 21,4 + (6 + ((12-1) / 2) = 54,4 метрів
Р3 = 23,5 + (6 + ((12-1) / 2) = 56,5 метрів
Р4 = 27,3 + (6 + ((12-1) / 2) = 60,3 метрів
Визначимо розрахункові навантаження, описані в другому розділі (формули 1 і 2):
Оскільки групи електроприладів у нас однотипні, значення буде однаковим для всіх ліній:
Рн = (12шт * 0,4 кВт) * 1,1 * 1 = 5, 28 кВт
І тоді потужність мережі живлення складе: 5,28 * 0,95 * 4 = 20,1 кВт
Тепер можна визначити моменти навантаження (МН) для кожної мережі, розраховуються вони так:
де Рн - розрахункові навантаження, Р - відстань.
МН1 = 5,28 * 48,7 = 257,1 кВт / м
МН2 = 5,28 * 54,4 = 287,2 кВт / м
МН3 = 5,28 * 56,5 = 298,3 кВт / м
МН4 = 5,28 * 60,3 = 318,4 кВт / м
Момент навантажень для мережі живлення (відстань до щитка I = 25 м):
МНс = 20,1 * 25 = 502,5 кВт / м
Разом збірний (або приведений) момент навантаження (МНс) по всіх лініях дорівнює:
МНс = 502,5 + 257,1 + 287,2 + 298,3 + 318,4 = 1663,5 кВт / м.
Визначимо тепер, які будуть втрати напруги для наших ліній:
де, Нп - номінальна напруга, створюване при холостий роботі трансформатора (приймаємо на 105%).
НМД - мінімально допустима напруга найвіддаленіших по мережі лампочок (беремо 95%);
ПНР - втрати напруги сумарні - до розглянутої мережі,% (приймаємо 3,56% і 3,64%).
Отже Пн = 105 - 95- (3,56-3,64) = 2,8%
Розрахуємо, нарешті, перетин відповідного для наших ліній дроти:
Сп = 1663,5 / (44 * 2,8) = 13,5 мм 2
Знаходимо, які струми будуть проходити по наших мереж:
I = (20,1 * 103) / (3 * 220 * 0,6) = 50,76 А
Визначаємо відсоток втрат напруги для кожної мережі:
П1 = 257,1 / (3 * 44) = 1,95%
П2 = 287,2 / (3 * 44) = 2,17%
П3 = 298,3 / (3 * 44) = 2,26%
П4 = 318,4 / (3 * 44) = 2,41%
Як бачимо, прогнозований відсоток втрати у всіх випадках вписується в норми (до 5%).
На підставі отриманих даних можна підібрати найбільш підходящі по перетину і струмів дроти, пуско-регулююче обладнання, коригувати потужності ламп і т.п. Для полегшення розрахункового процесу придумано багато корисних додатків, які враховують всі описані величини. Вони дозволять не перераховувати кожного разу все вручну при заміні будь-якої складової світлотехнічного проекту.
При створенні проекту ліній під освітлювальні мережі потрібно домагатися, щоб напруги навантаження по ним розподілялися максимально рівномірно. Тоді провідники будуть менше нагріватися, знизиться відсоток втрат і збитків, зменшиться ризик виникнення аварій.
Рекомендовані статті по темі
