Раздел 2. Светотехнический расчет

Порядок рассмотрения вопросов: выбор источников света; выбор системы освещения; выбор освещенности и коэффициентов запаса; выбор светильников; размещение светильников в освещаемом пространстве; расчет уста­новленной мощности.

Выбор источников света.

Тип источника света определяется в первую очередь требования­ми по цветопередаче и высотой помещения. Для производственных помещений следует использовать преимущественно экономичные ИС с наибольшей мощностью. Для требовательных по цветопередаче объектов следует применять ИС с R_a не менее 75.

Выбор системы освещения.

Обычно используют две различные системы освещения: общего или комбинированного. Равномерное размещение светильников общего освещения применяется обычно в тех случаях, когда желательно обеспечить равномерность освещения всей площади помещения в целом. При необходимости дополнитель­ного подсвета отдельных участков освещаемого помещения, если эти участки достаточно велики по площади или по условиям работы не­возможно устройство местного освещения, прибегают к локализован­ному размещению светильников. Локализованное размещение све­тильников в подобных случаях позволяет одновременно с уменьшени­ем мощности осветительной установки по сравнению с равномерным вариантом размещения обеспечить и лучшее качество освещения.

Система комбинированного освещения включает в себя светиль­ники, расположенные непосредственно у рабочего места и предна­значенные для освещения только лишь рабочей поверхности (мест­ное освещение), а также светильники общего освещения, предназна­ченные для выравнивания распределения яркости в поле зрения.

Выбор освещенности и коэффициентов запаса.

Уровень освещенности на рабочей поверхности Е_норм по дейст­вующим СНиП регламентируется в зависимости от размера объекта размещения, контраста объекта с фоном и коэффициента отражения фона, т.е. поверхности, на которой непосредственно расположен и различается объект.

В процессе эксплуатации осветительной установки освещенность на рабочих поверхностях будет снижаться за счет уменьшения свето­вого потока ИС, загрязнения ламп и осветительной арматуры, а также загрязнения стен и потолка освещаемого помещения. Поэтому вводят коэффициент запаса, повышающий расчетное значение освещенности по сравнению с нормированным.

Для ламп накаливания коэффициент запаса k₃ принимается 1,3, для разрядных ламп 1,5—2,0.

Выбор светильников.

Основными показателями, определяющими выбор светильника при проектировании осветительной установки, следует считать: кон­структивное исполнение, светораспределение, блесткость и эконо­мичность светильника.

По форме КСС светильники выбирают, руководствуясь следую­щим: для помещений с невысокими отражающими свойствами, а так же для высоких помещений целесообразно применять светильники прямого света, направляющих световой поток источников света вниз на рабочие поверхности (типа К, Г).

Для помещений с большой площадью и незначительной высотой целесообразно применение светильников более широкого светораспределения. Кривая сил света(КСС) — это графическое изображение зависимости силы света ОП от направления распространения света. Обычно КСС изображаются в полярных координатах (рисунок 2а), однако для ОП с очень малыми углами излучения иногда используется прямоугольная система координат (рисунок 2б).

Рисунок 2 – Примеры кривых сил света в полярных (а) и прямоугольных (б) координатах

Рисунок 3 - Классы светораспределения: а — прямое; б — преимущественно прямое; в — рассеянное; г — преимущественно отраженное; д — отраженное

Размещение светильников.

Выбор размещения светильников определяется в первую очередь формой КСС. Вводится значение λ, относительное расстояние между светильниками λ = l/h_p, где — l расстояние между светильниками; h_p — расстояние от ИС до расчетной поверхности. Существует для каждого типа КСС оптимальное значение относительного расстояния между светильниками, обеспечивающее наибольшую равномерность осве­щенности расчетной поверхности, а следовательно, наименьший рас­ход электроэнергии. Увеличение относительного расстояния между светильниками по сравнению с оптимальным вызывает уменьшение равномерности освещения. На равномерность распределения осве­щенности влияет не только относительное расстояние между светиль­никами, но и форма поля. Наиболее распространенными вариантами размещения точечных источников общего освещения является разме­щение по углам прямоугольника и шахматное размещение. Для све­тильников с люминесцентными лампами целесообразно размещение рядами параллельными световым проемам. В табл. представлены значения рекомендуемых и наиболее допустимых относительных рас­стояний между светильниками.

Таблица 3 - Относительные расстояния между светильниками

Тип КСС	Значение Нр
Рекомендуемое	Наибольшее допустимое
К	0,4-0,7	0,9
Г	0,8-1,2	1,4
Д	1,2-1,6	2,1
М	1,8-2,6	3,4
Л	1,4-2,0	2,3

Типичные случаи размещения светильников представлены на рисунке 4.

Из названных размеров H и h_р являются заданными; высота под­веса светильника h_с, кроме случаев установки светильников на сте­нах, принимаются в пределах от 0 при установке на потолке или за­подлицо с фермами и до 1,5 м. Большое значение h_с, как правило, не рекомендуется. Расстояние от крайнего светильника до стен (l) реко­мендуется принимать около 1/2L при наличии у стен проходов и око­ло 1/3L в остальных случаях.

Исходные расчетные данные:

Спроектировать осветительную установку производственного помещения площадью 30 × 25 м², высотой 12 м, коэффициенты отраже­ния поверхностей потолка ρ_п = 70 %, стен ρ_с = 50 %, рабочей поверх­ности ρ_р = 40* %. Уровень нормируемой освещенности в соответствии со СНиП Е_н = 500* лк.

Рисунок 4 - Размещение светильников

а — по углам прямоугольника; б — в шахматном порядке; в — параллельными ря­дами; г — прерывистыми линиями; д — разрез помещения с указанием размеров (H — высота помещения; h_л — высота подвеса светильника над уровнем пола; h_p — расстояние от светильника до рабочей поверхности)

Расчет проводится методом коэффициента использования осветительной установки, поскольку в помещении отражающие поверх­ности с высокими коэффициентами отражения и вклад в освещен­ность рабочей поверхности отраженной составляющей велик.

Рассмотрим несколько вариантов проектных решений.

Вариант 1. К установке приняты лампы типа ДРЛ мощностью Р_л = 400 Вт в светильнике с КСС типа Г2, коэффициент полезного действия светильника η_св = 0,72. Лампы ДРЛ приемлемы в данном случае, поскольку отсутствуют высокие требования к цветопередаче. Приняты коэффициент запаса k₃ = 1,5 и коэффициент неравномерно­сти освещенности ɀ = 1,15.

Расчет проводится в соответствии с формулой

Высота подвеса светильника от потолка — 0,8 м; расстояние от пола до рабочей поверхности 1,2 м,

следовательно, U_оу = 0,85 (из таблицы 3);

Ф_л = 24 клм (по справочным данным производителя).

Число ламп в этом случае:

Число светильников:

Принимаем 36 светильников. В этом случае расход электроэнер­гии на осветительную установку:

При размещении светильников по углам прямоугольника полу­чим 25 прямоугольников со сторонами 5 × 4,2 м.

Определим

Рекомендуемое значение λ при использовании светильников с КСС типа Г2 равно 0,77. Полученное значение существенно отлича­ется от рекомендуемого. Для приближения этого значения λ к реко­мендации рассмотрим второй вариант, в котором используем тот же тип ламп и светильников, но с лампами большей мощности.

Вариант 2. Возьмем P_л = 700 Вт; Ф_л = 41,0 клм.

Число ламп:

Число светильников:

Примем к установке 25 светильников, которые расположим по углам прямоугольника со сторонами 6 × 5 м. Всего таких прямоуголь­ников 20 штук.

Определим , что ближе к рекомендациям, но еще плохо.

Рассмотрим 3-й вариант для тех же условий с лампами большей мощности.

Вариант 3. Возьмем P_л = 1000 Вт; Ф_л = 59,0 клм.

Число ламп:

Число светильников:

Примем к установке 15 светильников, которые расположим по углам прямоугольника со сторонами 8,3 × 6 м. Всего таких прямоуголь­ников 8 штук.

Определим λ:

что ближе к рекомендациям, поэтому примем к установке этот вариант.

Освещение рабочих зон повышенной опасности

Минимальная освещенность должна быть ≥ 10 % от уровня, нормируемого для выполнения данной зрительной задачи, но не менее 15 лк, равномерность освещение E_макс : E_мин ≤ 40 : 1.

Качество цветопередачи. Источники света в светильниках аварий­ного освещения (АО) должны иметь общий индекс цветопередачи R_a ≥ 40.

Светильники АО должны включаться через 0,5 с после выхода из строя основного освещения.

Раздел 3. Выбор комплектных трансформаторных подстанций для установок добычи нефти. Выбор трансформаторных подстанций для станков-качалок.

Для установок добычи нефти, снабженных СК, применяют комплектные трансформаторные подстанции типа КТПСК I, II и III модификаций. Номер модификации соответствует числу скважин в кусте. При числе скважин более трех применяют подстанции типа КТППН. Первая модификация предназначена для питания электродвигателей одиночных скважин. Подстанция состоит из камеры ввода напряжения 6 кВ, в которой находится разъединитель QS, вентильный разрядник FV и высоковольтный предохранитель FA. Двухобмоточный трансформатор Т 6/0,4 кВ помещен в отдельную камеру. На низкой стороне трансформатора включен блок управления БУ типа БГМ, от которого по кабельной линии КЛ получает питание электродвигатель М станка-качалки. Общая схема расположения всех скважин для данной работы представлена на рисунке 5.

Применительно к варианту 10, а именно скважинам 5, 6, 9, 10 и 15, можно сделать следующее заключение: в варианте 10 нет скважин, относящихся к кустам 1, 4 и 6, к кусту 2 относятся скважины 5 и 6, к кусту 3 – скважины 9 и 10, а к кусту 5 – скважина 15. При этом СК установлены на скважинах с четными номерами, т.е. на скважинах 6 и 10, причем эти скважины находятся на разных кустах.

Таким образом, в кустах 2 и 3 находится по одной скважине. Тогда полная потребляемая мощность определяется по формуле:

где Р_НОМ – номинальная активная мощность ЭД привода СК; η – КПД ЭД; cosφ_НОМ – коэффициент мощности ЭД.

Рисунок 5 – Схема расположения скважин

Номинальная мощность S_НОМ трансформатора выбранной комплектной подстанции должна удовлетворять условию: S_НОМ ≥ S_ПОТР. Технические данные трансформаторных подстанций КТПСК представлены в таблице П3. Следовательно, выбирается КТПСК-63-6/0,4, номинальная мощность трансформаторов которых удовлетворяет условию: 63 кВА ≥ 50,25 кВА.

Таблица 4 – Варианты заданий

№ варианта	Номер скважины	tgφ1	tgφ2	№ варианта	Номер скважины	tgφ1	tgφ2
	1,2,3,4,5	1,23	0,41		2,4,8,11,12	1,12	0,47
	5,6,7,8,9	1,15	0,33		2,3,8,10,14	0,93	0,36
	3,4,9,10,11	0,9	0,35		2,5,7,8,11	0,97	0,35
	7,8,9,10,13	1,0	0,37		7,8,9,10,11	1,22	0,47
	1,2,5,6,17	1,23	0,33		3,4,9,10,11	0,9	0,35
	1,2,9,10,11	1,1	0,38		3,4,5,6,11	1,14	0,36
	3,5,6,7,8	1,05	0,46		2,4,11,12,16	1,18	0,38
	1,2,5,6,9	0,92	0,44		1,2,3,8,9	1,03	0,48
	3,4,5,9,10	0,91	0,35		1,3,4,6,7	1,09	0,39
	5,6,9,10,15	1,2	0,42		2,5,7,9,12	0,91	0,41
	1,2,3,5,6	0,99	0,46		3,4,5,6,11	0,95	0,42
	7,8,10,11,12	1,0	0,34		2,3,7,8,9	0,87	0,4
	2,3,4,8,12	0,9	0,35		8,9,10,11,12	1,12	0,47
	5,6,7,9,10	0,89	0,37		6,7,8,11,12	1,15	0,46
	6,7,8,11,13	0,87	0,46		6,13,14,17,18	1,2	0,34
	1,5,9,10,12	1,22	0,46		10,17,18,21,22	1,1	0,35

Таблица 5 – Исходные данные по скважинам

Номер скважины	Тип насосной установки	Мощность привода Pтреб, кВт	Дебит скважины Q, м3/сут.	Коэффициент обводнённости, αв	Высота подъема жидкости H, м	Коэффициент снижения напряжения сети КU
	ЭЦН			0,9		-
	СК		-	-	-	0,75
	ЭЦН			0,8		-
	СК		-	-	-	0,95
	ЭЦН			0,75		-
	СК		-	-	-	0,9
	ЭЦН			0,7		-
	СК		-	-	-	0,85
	ЭЦН			0,5		-
	СК		-	-	-	0,95
	ЭЦН			0,4		-
	СК		-	-	-	0,9
	ЭЦН			0,45		-
	СК		-	-	-	0,7
	ЭЦН			0,75		-
	СК		-	-	-	0,95
	ЭЦН			0,6		-
	СК		-	-	-	0,85
	ЭЦН			0,65		-
	СК		-	-	-	0,75
	ЭЦН			0,95		-
	СК		-	-	-	0,9
	ЭЦН			1,0		-
	СК		-	-	-	0,85