Выбор сечения проводов и кабелей
Сечения проводов и кабелей выбирают исходя из механической прочности, тока нагрузки и потери напряжения.
В процессе монтажа и эксплуатации провода и кабели испытывают механические нагрузки, которые могут привести к обрыву токоведущих жил. Чтобы этого не произошло, ПУЭ ограничивает минимальное сечение проводов в зависимости от способов прокладки и материала токоведущих жил. Например, согласно ПУЭ [5] сечение алюминиевых жил проводов и кабелей должно быть не менее 2,5 мм2, а при прокладке на изоляторах - не менее 4 мм2.
Нагрев проводников вызывается прохождением по ним электрического тока. Температура провода зависит от величины этого тока и условий теплоотдачи в окружающую среду. Допустимая температура провода ограничивается классом его изоляции. В практических инженерных расчетах электрических сетей установившуюся температуру провода обычно не рассчитывают. Чтобы температура не превысила допустимого значения в зависимости от класса изоляции, материала жилы провода и способа его прокладки, ограничивают для каждого стандартного сечения допустимую силу тока.
Потеря напряжения в проводах зависит от сечения, материала токоведущей жилы, длины провода, силы тока и системы напряжения. Обычно значение допустимой потери напряжения в осветительной сети задано (или его можно рассчитать). ГОСТ 13109-99 допускает потери напряжения в осветительных сетях производственных помещений и общественных зданий, а также в прожекторных установках наружного освещения до 5% [2]. Сечение жил проводов можно рассчитать по потере напряжения и на минимум проводникового материала. Расчет сечения проводов по потере напряжения производят по формуле
S=(∑Mi)/C•ΔU , (3.4.1)
где С - коэффициент, зависящий от напряжения сети, материала жилы, числа проводов в группе (таблица 3.4.1);
Mi - электрический момент i-го приемника (светильника), кВт•м;
ΔU - располагаемая потеря напряжения, %.
Электрический момент Mi определяют как произведение мощности i-го светильника на расстояние от щита (или точки разветвления) до этого светильника. Например (рис. 3.2.1)
MАР2 = Р1•lАР1 + Р2•liАР2 ,
.
Таблица 3.4.1. Значение С, входящего в формулы для расчёта сетей по
потере напряжения
| Номинальное напряжение сети, В | Система сети и род тока | Выражение коэффициента С | Значение коэффициента для проводников | |
| медных | алюминиевых | |||
| 380/220 | Трехфазная с нулём | γ•Uл2/105 | ||
| Трёхфазная без нуля | ||||
| 380/220 | Двухфазная с нулём | γ•Uл2/2,25•105 | 19,5 | |
| 7,4 | ||||
| Двухпроводная переменного или постоянного тока | γ•Uл2/2•105 | 0,324 | 0,198 | |
| 0,144 | 0,088 | |||
| 0,036 | 0,022 |
При вычислении следует учитывать, что мощность светового прибора с газоразрядной лампой примерно на 20% больше мощности источника света.
Расчет сечения проводов производится из условия, что суммарная потеря напряжения, начиная от ввода до самой дальней лампы, не должна превышать 5%. Для этого произвольно выбирают потери напряжения на отдельных участках (например: ΔU0 =0,2%; ΔUАР2 =4,8%; ΔUАВ =2%; ΔUВР7 =2,8%) и рассчитывают электрические моменты и сечения этих участков.
Расчет сечения проводов на минимум проводникового материала производится по формуле
, (3.4.2)
где ∑Mi=∑Pi•li - сумма моментов рассчитываемого и всех последующих участков с тем же числом проводов, что и у рассчитываемого, кВт•м;
- сумма моментов ответвлений с другим числом проводов, чем у рассчитываемого участка, кВт•м;
α - коэффициент приведения моментов, зависящий от числа проводов расчетного участка и в ответвлениях (таблица 3.4.2).
Таблица 3.4.2. Значения коэффициентов приведения моментов α
| Линия | Ответвления | α |
| Трехфазная с нулем | Однофазное | 1,85 |
| Двухфазное с нулем | 1,39 | |
| Двухфазная с нулем | Однофазное | 1,33 |
| Трехфазная без нуля | Двухпроводное | 1,15 |
Пользуясь уравнением (3.4.2), вначале определяют сечение головного участка. Для этого определяют моменты отдельных участков, начиная от удаленных ламп, и приведенный момент. Для схемы рис. 3.2.1.
,
где, например, момент группы 1
Найденное значение округляют до ближайшего большего по стандарту и находят фактическую потерю напряжения на головном участке по величине момента нагрузки для него, т.е. по произведению суммарной нагрузки на длину головного участка
.
Последующие участки рассчитывают аналогично на оставшуюся потерю напряжения.
Найденное сечение провода проверяют на нагрев и механическую прочность. Значение расчетного тока для каждого из участков сети определяют по формуле
Ip = ∑Pi/т•UФ•cosφ, (3.4.3)
где ∑Pi - расчетная нагрузка (включая потери пускорегулирующей аппаратуре), Вт;
UФ - фазное напряжение в сети, В;
cosφ - коэффициент мощности нагрузки;
т - количество фаз сети.
По допустимому нагреву проверяют все участки электрической сети на выполнение условия
Iдоп ≥ Ip , (3.4.4)
где Iдоп - длительно допустимый ток нагрева для данного способа прокладки, числа жил и сечения провода, А.
Если по одному из последних условий сечение провода не проходит, то его увеличивают. После окончательного выбора сечения провода определяют фактическую потерю напряжения по каждой группе.
Выбор защитной аппаратуры
Согласно ПУЭ, все осветительные сети подлежат защите от токов короткого замыкания. Кроме того, требуется защита от перегрузок для сетей жилых и общественных зданий, торговых предприятий, пожаро- и взрывоопасных помещений, а также сетей, выполненных открыто проводами с горючей изоляцией. Аппараты защиты устанавливаются на линиях, отходящих от щитов, вводах в здание, высшей и низшей сторонах понижающих трансформаторов. Осветительные сети защищают автоматическими воздушными выключателями или предохранителями. Полный выбор этих аппаратов сложен [3], поэтому в расчётно-графической работе нужно выбрать только токи уставок автоматов и токи плавкой вставки предохранителя.
Ток плавкой вставки предохранителя
Iв ≥ К•Ip , (3.5.1)
где Ip - расчетный ток группы, А;
К - коэффициент, учитывающий пусковые токи ламп (для газоразрядных ламп низкого давления и ламп накаливания мощностью до 300 Вт К=1, для других К=1,2).
Ток уставки комбинированного и теплового расцепителей определяется по формуле
Iк = Iт = К'•Ip , (3.5.2)
где К' - коэффициент, учитывающий пусковые токи.
Для газоразрядных ламп низкого давления К'=1, для всех других ламп К'=1,4. Выбрав по справочным таблицам [2, 3] стандартную плавкую вставку или уставку автомата, следует согласовать ток уставки или вставки с допустимым током провода [3].
После выбора вставок защитного аппарата производят проверку сечения проводов на соответствие расчетному току вставки (уставки) защитного аппарата:
Iдоп ≥ 1,25Iв ; (3.5.3)
Iдоп ≥ 1,25Iвт ; (3.5.4)
Iдоп ≥ 1,25Iк . (3.5.5)
Если сеть защищается только от токов короткого замыкания, то:
Iдоп ≥ 0,22Iэ ; (3.5.6)
Iдоп ≥ 0,33Iв . (3.5.7)
Разработка схемы управления
В помещениях животноводческих ферм и комплексов следует поддерживать не только нормируемую освещенность, но и определенную продолжительность освещения с учетом вида и возраста животных. Управление освещением должно выполняться с учетом следующих требований.
Управление освещением небольших помещений должно производиться выключателями у входа, как правило, со стороны дверной ручки; для эпизодически посещаемых помещений (кладовые, вентиляционные камеры и др.) - вне помещений.
Управление освещением участков с различной естественной освещенностью должно быть раздельным.
Управление освещением помещений с несколькими входами рекомендуется осуществлять со всех возможных входов по "коридорной" схеме.
Способы и устройства управления освещением [3] должны создавать благоприятные условия экономии электрической энергии. В сельскохозяйственном производстве используется местное и автоматическое управление. Местное управление осуществляется при помощи выключателей, переключателей и автоматов. Автоматическое управление может быть в функции времени, естественной освещенности или напряжения питающей сети.
В животноводческих и птицеводческих помещениях наиболее распространено управление в функции времени. Для этих целей следует использовать программные реле времени 2РВМ и ИНС-9812, программатор режимов с фотореле типа ЭЧП-Ф, программные реле управления светом, командоаппараты, многоцепные аппараты и реле времени. Устройство и технические данные этих приборов приведены в [4]. В широких помещениях с окнами целесообразно управлять рядом светильников в функции естественной освещенности. Для этого следует использовать фотоэлектрические автоматы типа ФР-2, ящики управления освещением ЯУО 9600 и др. Технические характеристики этих автоматов приведены в [3].
Выбор щита управления
Для приема и распределения электроэнергии и защиты отходящих линий в осветительных сетях применяются вводно-распределительные устройства и вводные щиты. Осветительные вводно-распределительные устройства классифицируются по назначению (совмещенные, этажные, квартирные), способу установки (навесные, стоячие и т.д.), виду защиты от воздействия окружающей среды (защищенные, защищенные с уплотнением, взрывозащищенные), схемам электрических соединений (для четырех-, трех- или двухпроводных отходящих линий с вводными аппаратами или без них), типам защиты на отходящих линиях (с автоматическими выключателями или предохранителями).
В каждом конкретном случае в зависимости от окружающей среды, назначения, количества групп, схем соединений, аппаратов защиты выбирают то или иное вводно-распределительное устройство. Характеристика вводно-распределительных устройств приведена в [3].
ОФОРМЛЕНИЕ ГРАФИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
Графическая часть работы составляет не менее 1 листа ватмана формата (А3 - А1). Формат ватмана выбирается таким образом, что бы все элементы схемы были доступными для чтения. Рекомендуется приводить графическую информацию (схемы структурные, функциональные, принципиальные и др.) в тексте пояснительной записки к расчётно-графической работе в виде рисунков, или на отдельных форматах А4, оформленных согласно ЕСКД. Пример оформления графической части приведён в приложении П-10.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шашлов, А. Б. Основы светотехники [Электронный ресурс]: учебник для вузов / А. Б. Шашлов. – Изд. 2-е, доп. и перераб. – М.: Логос, 2012. – 256с.
2. Варфаломеев Л.П. Светотехника. Краткое справочное пособие / Л.П. Варфаломеев. – М.: Световые технологии, 2004. – 128с. (ПК)
3. Ляпин В.Г. Проектирование и энергоаудит электрического освещения. Учебное пособие / Новосиб. гос. аграр. ун-т. – Новосибирск, 2001. – 230с. (ПК).
4. Документация, перечень оборудования и каталоги фирм "Лисма", ОАО "Дивногорский завод низковольт-ной аппаратуры", "ABB", АООТ "Амуркабель", ЗАО "Сибкабель", ОАО "Челябинский завод "Теплоприбор", ПК "Тесей", "Radium", "Meyer", "Hoffmeister", "Gewiss", "Elkamet", "Spelsberg", "Hoffman-Schroff", "Danfoss", "Wago" и др. (ПК).
5. Правила устройства электроустановок.– 7-е изд. -М.: ЭНАС, 2013. - 552с.
6. ГОСТ 2. 754 - 72 (СТ СЭВ 3217 - 81) Обозначения условные графические электрического оборудования и проводов на планах. - М.: Гос. ком. по стандартам.
7. СНиП 23-05-95* Естественное и искусственное освещение – М.: Минестерство регионального развития Российской Федерации, 2011. - 69с.
8. Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 140с.
ПРИЛОЖЕНИЯ
П-1. Типовые объекты сельскохозяйственного назначения