Проектирование электрического освещения

В светотехнической части расчетного задания решаются следующие вопросы:

- выбор системы освещения;

- выбор нормируемой освещенности;

- выбор источника света;

- выбор светильников и схемы их размещения;

- расчет электрического освещения;

- оценка качества освещения.

В результате этого расчета получается значение установленной мощности на осветительных установках цеха, предприятия.

В электротехнической части задания содержится:

- выбор напряжения источника питания осветительных установок (ОУ);

- выбор схемы электроснабжения ОУ;

- выбор марки проводов и кабелей и способа их прокладки;

- расчет сечения проводов и кабелей по нагреву и проверка выбранного сечения по механической прочности, потерям напряжения;

- выбор аппаратов защиты сетей освещения и аппаратов управления освещением.

В процессе эксплуатация к ОУ предъявляются повышенные требования по качеству электроэнергии, особенно на производствах с высоким разрядом зрительных работ, например на заводах по сборке часов и др.

Электрические ОУ представляют собой однофазную нагрузку, однако благодаря незначительной мощности электроприемника (от 10 до 1500 Вт) в электрической сети при правильной группировке светильников можно достичь достаточно равномерной нагрузки по фазам (с несимметрией не более
5-10%). Характер нагрузки равномерный, без толчков, но ее величина изменяется в зависимости от времени суток, года. Частота тока, как правило, 50 Гц, коэффициент мощности для ламп накаливания равен 1,0, для люминесцентных и других - примерно 0,6.

2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ

Понятие расчетная нагрузка вытекает из определения расчетного тока I_р, по которому выбираются все элементы сети и электрооборудование системы ЭСПП.

В простейшем случае, когда нагрузка постоянная во времени,

При переменной нагрузке, когда ее график имеет случайный характер, используется выражение

(2.1)

где 0 £ t ³ Т - Q, Q - длительность интервала осреднения, Т – интервал реализации случайного процесса, который связан с Т_о.

Для графиков нагрузки, практически неизменных во времени, Q = 3×Т_о, а во всех остальных случаях Q < 3×Т_о, Т_о – постоянная времени нагрева проводника до максимально допустимой температуры.

Для распространенных сечений проводников F постоянная времени Т_о будет:

F (мм²) 70; 95; 120; 150;

Т_о (мин) 15; 18,4; 21,4; 24,2.

Условно принимают Т_о = 10 мин., Q = 30 мин, независимо от сечения проводника, что приводит к понятию получасового максимума.

По выражению (2.1) вводят понятие «расчетный ток» I_р - это такой ток, который приводит к такому же максимальному нагреву проводника или вызывает тот же тепловой износ изоляции, что и исходная переменная нагрузка I(t).

Значение I_р обычно определяется по

В качестве расчетной нагрузки принимают среднюю нагрузку Р_Q по активной мощности за время Q

(2.2)

где 0 £ t ³ Т - Q.

Остальные обозначения те же, что и в выражении (2.1).

Активная расчетная нагрузка Р_р аналогична понятию расчетный максимум Р_max = P_m, или максимальная нагрузка. I_max = I_m - получасовой максимум тока, т.е. наибольшее значение тока из средних в 30-минутных интервалах осреднения.

Знание расчетной нагрузки P_p или расчетного максимума P_m, кроме выбора элементов схемы ЭСПП по нагреву (I_дл ³ I_р), необходимо для определения потерь активной мощности DР и напряжения DU в сетях энергосистемы и предприятия, выбора элементов сети по экономической плотности тока j_эк [ А/мм²], плавких вставок, уставок автомата, проверки самозапуска двигателей, проверки колебания напряжения в сетях и других случаях.

Наряду с использованием понятия «получасового максимума» активной мощности, с 70-х годов начали применять понятие «заявленный максимум» 30-минутной активной мощности в договорах предприятий с энергосистемой Р_зmax, а с 80-х годов понятие P_p - к лимиту электрической мощности, т.е. предельно допустимое (разрешаемое энергосистемой) значение получасовой активной мощности предприятия в часы максимальных нагрузок энергосистемы.

В общем случае расчетная (проектная) максимальная нагрузка P_p может не совпадать с заявленным максимумом Р_зmax и фактической максимальной нагрузкой за получасовой интервал Р_зmaxф, измеренной каким-либо образом.

На рис. 2.1 приведен суточный график нагрузок P(t). Здесь среднесуточная нагрузка

где A - потребленная за сутки электроэнергия при Р_maxф = Р_зmax = P_p, - число часов использования максимума нагрузки или продолжительность использования максимальной нагрузки в течение суток.

2.1. Расчет электрических нагрузок в сети трехфазного тока
напряжением до 1 кВ методом упорядоченных диаграмм

Для определения расчетной нагрузки цеха Р_m, т.е. на УР2 и УР3, применяется метод упорядоченных диаграмм или метод коэффициента максимума, по которому Р_m = К_m × P_см = К_m × К_и × Р_н, здесь P_см - средняя нагрузка за наиболее загруженную смену на УР2). Исходными данными для расчета Р_m являются: план цеха с расположением ЭП, электрическая схема цеха (производства), количество ЭП, их установленные мощности, коэффициенты мощности и использования каждого ЭП.

Все ЭП разбиваются по расчетным узлам на УР2, в каждом узле электроприемники разделяются на характерные группы с примерно одинаковыми коэффициентами использования К_и и мощности cosj с выделением групп ЭП с переменным и практически постоянным графиками нагрузки. К последним могут быть отнесены, например, ЭД насосов водоснабжения, вентиляторов, нерегулируемых дымососов, печей сопротивления и др. Выявление ЭП с практически постоянным графиком нагрузки производится по данным исследований или эксплуатации. У таких ЭП К_и ³ 0,6 и коэффициент заполнения суточного графика (формула 2.10) за наиболее загруженную смену К_эп ³ 0,9. При отсутствии таких данных все ЭП относят к ЭП с переменным графиком нагрузки. Значения К_и и cosj отдельных ЭП приведены в приложении (табл. П.2.1) и в [2, 3, 18, 23].

Таблица 2.1

Коэффициенты максимума K_m для различных коэффициентов использования
K_и в зависимости от эффективного числа электроприемников n_э

	Значения Km при Kи
	0,1	0,15	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
	3,43	3,11	2,64	2,14	1,87	1,65	1,46	1,29	1,14
	3,23	2,87	2,42	2,0	1,76	1,57	1,41	1,26	1,12
	3,04	2,64	2,24	1,88	1,66	1,51	1,37	1,23	1,10
	2,88	2,48	2,10	1,80	1,58	1,45	1,33	1,21	1,09
	2,72	2,31	1,99	1,72	1,52	1,40	1,30	1,20	1,08
	2,56	2,20	1,90	1,65	1,47	1,37	1,28	1,18	1,08
	2,42	2,10	1,84	1,60	1,43	1,34	1,26	1,16	1,07
	2,24	1,96	1,75	1,52	1,36	1,28	1,23	1,15	1,07
	2,10	1,85	1,67	1,45	1,32	1,25	1,20	1,13	1,07
	1,99	1,77	1,61	1,41	1,28	1,23	1,18	1,12	1,07
	1,91	1,70	1,55	1,37	1,26	1,21	1,16	1,11	1,06
	1,84	1,65	1,50	1,34	1,24	1,20	1,15	1,11	1,06
	1,71	1,55	1,40	1,28	1,21	1,17	1,14	1,10	1,06
	1,62	1,46	1,34	1,24	1,19	1,16	1,13	1,10	1,05
	1,56	1,41	1,30	1,21	1,17	1,15	1,12	1,09	1,05
	1,50	1,37	1,27	1,19	1,15	1,13	1,12	1,09	1,05
	1,45	1,33	1,25	1,17	1,14	1,12	1,11	1,08	1,04
	1,40	1,30	1,23	1,16	1,13	1,11	1,10	1,08	1,04
	1,32	1,25	1,19	1,14	1,12	1,11	1,09	1,07	1,03
	1,27	1,22	1,17	1,12	1,10	1,10	1,09	1,06	1,03
	1,25	1,20	1,15	1,11	1,10	1,10	1,08	1,06	1,03
	1,23	1,18	1,13	1,10	1,09	1,09	1,08	1,05	1,02
	1,21	1,17	1,12	1,10	1,08	1,08	1,07	1,05	1,02
	1,19	1,16	1,12	1,09	1,07	1,07	1,07	1,05	1,02
	1,17	1,15	1,11	1,08	1,06	1,06	1,06	1,05	1,02
	1,16	1,13	1,10	1,08	1,05	1,05	1,05	1,04	1,02
	1,16	1,12	1,10	1,08	1,05	1,05	1,05	1,04	1,01
	1,15	1,12	1,09	1,07	1,05	1,05	1,05	1,04	1,01

Расчетная активная Р_m и реактивная Q_m нагрузка групп ЭП с переменным графиком нагрузки (на всех ступенях питающих и распределительных сетей, включая трансформаторы, УР3) определяются из выражений:

(2.20)

где Р_см - средняя мощность работающих ЭП за наиболее загруженную смену,

К_и - групповой коэффициент использования активной мощности, - коэффициент использования отдельного ЭП, К_m - коэффициент максимума активной мощности.

К_m определяется по кривым (18, 23) или по табл. 2.1 в зависимости от величины группового коэффициента использования К_и и эффективного числа ЭП n_э для данной группы ЭП по каждому узлу (УР2).

Эффективное (приведенное) число ЭП - это такое число однородных по режиму работы ЭП одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного максимума Р_м, что и группа ЭП, различных по мощности и режиму работы

(2.21)

Определение n_э по (2.21) рекомендуется производить в ручном счете при числе ЭП в группе до десяти и всегда при расчетах на ЭВМ. В условиях массового расчета и при большом числе ЭП рекомендуется пользоваться упрощенными способами определения n_э, допустимая погрешность которых лежит в пределах ±10%.

Пользуются следующими упрощенными способами определения n_э:

1. При n_э ³ 4 в группе принимают n_э = n, если

(2.22)

где Р_н.max и Р_н.min - номинальная мощность наибольшего и наименьшего ЭП в группе.

При определении m допускается исключать мелкие ЭП, суммарная мощность которых не превышает 5% Р_н всей группы. Число этих мелких ЭП при определении n_э также не учитывается.

2. При m > 3 и K_и ³ 0,2 (групповой)

(2.23)

Если по (2.23) n_э > n, то принимают n_э = n.

3. При m > 3 и K_и < 0,2 n_э определяется по кривым (18,23) или табл. 2.2.

Порядок определения эффективного числа электроприемников n_э с помощью кривых или таблицы следующий: выбирается наибольший по номинальной мощности электроприемник рассматриваемой группы; выбираются наиболее крупные электроприемники, номинальная мощность которых равна или больше половины мощности наибольшего электроприемника группы; выбираются наиболее крупные электроприемники, номинальная мощность которых равна или больше половины мощности наибольшего электроприемника группы. Определяются число n₁ и суммарная номинальная мощность Р_н1 наибольших электроприемников группы; определяются число n и суммарная номинальная мощность Р_н всех электроприемников группы; находятся значения

по полученным значениям n_* и P_* по кривым [18, 23] или табл. 2.2 определяется величина n_э*, а затем из выражения n_э* = n_э / n находится

n_э = n_э* × n. (2.24)

Расчетный максимум активной мощности группы электроприемников или многодвигательного привода, у которого имеются три или менее трех ЭП, определяется как сумма их номинальных мощностей

(2.25)

При числе электроприемников в группе больше трех, но при эффективном их числе меньше четырех, расчетная нагрузка принимается равной сумме произведений номинальных мощностей на характерные для этих приемников коэффициенты загрузки К_з, т.е.

(2.26)

При отсутствии данных о К_э и cosj_н могут быть приняты их средние значения; для электроприемников с длительным режимом работы соответственно 0,9 и 0,8, а для электроприемников с ПКР соответственно 0,75 и 0,7.

4. При n_э > 200 или любых значениях К_и, а также при К_и > 0,7 и любых значениях n_э расчетную мощность допускается принять равной средней за наиболее загруженную смену (К_m = 1).

Для ЭП с практически постоянным графиком нагрузки расчетная активная нагрузка принимается равной средней мощности за наиболее загруженную смену:

P_m = P_см = К_и×Р_н. (2.27)

При наличии в расчетном узле электроприемников как с переменным, так и с практически постоянным графиком расчетные нагрузки этих электроприемников определяются отдельно, а суммарная расчетная нагрузка по узлу в целом - сложением максимальной нагрузки ЭП с переменным графиком (P_m1) со средней нагрузкой с практически постоянным графиком P_m2:

P_m =P_m1 + P_m2= К_m× P_см1 + P_см2. (2.28)

В тех случаях, когда мощность ЭП с практически постоянным графиком нагрузки составляет менее 25% суммарной мощности всех ЭП расчетного узла, общую расчетную нагрузку следует определять, как для электроприемников с переменным графиком нагрузки. Если мощность ЭП с переменным графиком нагрузки составляет менее 25% суммарной мощности всех ЭП расчетного узла, то расчетная нагрузка определяется, как для ЭП с постоянным графиком.

При расчетах электрических нагрузок используются специальные таблицы (см.табл. П. 2.2 в приложении). Эта таблица является сводной как при подсчете силовых нагрузок по отдельным узлам сети, так и на шинах ТП.