Расчет тока в цепи освещения

3.4 Расчет электрических осветительных сетей

Расчет электрической сети освещения заключается в определении сечения проводов и кабелей на всех участках осветительной сети и расчета защиты ее. Рассчитанное сечение жил проводов и кабелей должно удовлетворять условиям механической прочности, допустимому нагреву, обуславливать потерю напряжения не превышающую допустимых значений.

Действующие в настоящее время нормативные документы, разработанные на основе международного стандарта МЭК 364 «Электрические установки зданий», содержат ряд обязательных требований к выбору сечений нулевых рабочих (N), совмещенных нулевых рабочих и защитных (РЕN) и защитных (РЕ) проводников. Правильный выбор этих проводников обеспечивает электрическую и пожарную безопасность электроустановок.

Для однофазных, а также трехфазных сетей при питании по ним однофазных нагрузок сечение нулевого рабочего N- проводника во всех случаях должно быть равно сечению фазных проводников, если те имеют сечение до 16 мм 2 по меди или 25 мм 2 по алюминию. При больших сечениях фазных проводников он может иметь сечение, составляющее не менее 50% сечения фазных проводников.

Для однофазных линий групповой сети (сети до светильников, штепсельных розеток и других стационарных однофазных электроприемников) не допускается объединение Nи РЕ — проводников с целью образованияPEN-проводника. Такие линии всегда необходимо выполнять трехпроводными: фазным проводникомL, нулевым рабочимN, и защитным РЕ. Кроме того, в однофазных линиях групповой сети не допускается:

объединять как нулевые рабочие проводники N, так и защитные РЕ различных групповых линий;

подключать нулевой рабочий проводник Nи защитный РЕ на щитках под общий контактный зажим (на таких щитках должны быть выполнены отдельные шинки:N– изолированная и РЕ – неизолированная).

Сечение защитного РЕ – проводника должно равняться:

сечению фазных проводников при сечении их до 16 мм 2 ;

16 мм 2 при сечении фазных проводников от 16 до 35 мм 2 ;

не менее 50 % сечения фазных проводников при больших сечениях проводников.

В системах TNдля стационарных электроустановок сечение совмещенногоPEN-проводника можно принимать равным 10 мм 2 и выше по меди и 16 мм 2 и выше по алюминию, но не менее требуемого сеченияN-проводника и при условии, что рассматриваемая часть сети не защищена устройством защитного отключения, реагирующим на дифференциальный ток.

3.4.1 Выбор сечений проводов по механической прочности

По механической прочности расчет проводов и кабелей внутренних электрических сетей не производится. В практике проектирования электрических сетей соблюдают установленные в [3] минимальные сечения жил проводов по механической прочности. Наименьшие сечения проводов по механической прочности приведены в таблице П17 приложения.

3.4.2 Выбор сечений проводов по допустимому нагреву

Электрический ток нагрузки, протекая по проводнику, нагревает его. Нормами [1] установлены наибольшие допустимые температуры нагрева жил проводов и кабелей. Исходя, из этого определены длительно допустимые токовые нагрузки для проводов и кабелей в зависимости от материала проводников их изоляции, оболочки и условий прокладки.

Сечение жил проводов и кабелей для сети освещения можно определить по таблицам П18-П22 приложения в зависимости от расчетного длительного значения токовой нагрузки по условию

где I_доп– допустимый ток стандартного сечения провода, А (длительно допустимые токовые нагрузки на провода и кабели приведены в табл.П18-П22 приложения);

I_р– расчетное значение длительного тока нагрузки, А;

К_п– поправочный коэффициент на условия прокладки можно определить по таблице 3.1 (при нормальных условиях прокладкиК_п = 1).

Таблица 3.1 Поправочные коэффициенты на токовые нагрузки проводников в зависимости от температуры окружающей среды

Провода и кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией при прокладке

Расчетная температура среды, С

Поправочные коэффициенты при фактической температуре среды, С

Источник

РАСЧЕТ СЕТЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ

Сети электрического освещения характеризуются большой разветвленностью и протяженностью. Основное требование ПУЭ к их расчету заключается в выборе таких площадей сечений проводов, при которых отклонения напряжения на источниках света нахо­дятся в допустимых пределах.

Допустимые отклонения напряжений для сетей согласно ПУЭ составляют -2,5. +5%. Следовательно, допустимый уровень на­пряжения у наиболее удаленных светильников должен быть не менее 97,5 % номинального. Расчет площади сечения проводов в сетях освещения проводят по допустимой потере напряжения и по допустимому нагреву проводов. Из двух найденных площадей сечения принимают большее.

Потеря напряжения сети освещения от источника до послед­ней лампы

где U_ХХ — напряжение холостого хода трансформатора, соответ­ствующее номинальному напряжению на зажимах вторичной об­мотки трансформатора и выражаемое в процентах от номиналь­но-

Таблица 5.1. Коэффициент С для различных систем сети

Система сети и род тока	Номинальное напряжение сети, В	Значения С для проводов
медных	алюми­ниевых
Трехфазная с нулевым проводом	380/200 220/127	25,6	15,5
Двухфазная с нулевым проводом	380/220 220/127	11,4	6,9
Двухпроводная переменного или постоянного тока	12,8 4,3 3,8 3,2 0,34 0,153 0,038	7,7 2,6 2,3 1,9 0,21 0,022 0,023
Трехфазная без нулевого провода	7,6	4,6

-ного напряжения U_н лампы; — потеря напряжения в транс­форматоре, %; U_л — минимально допустимое напряжение лам­пы, %, от номинального.

Потеря напряжения во вторичной обмотке трансформатора за­висит от его нагрузки и параметров, а также от коэффициента мощности сети. Для трансформаторов мощностью 160. 400 кВ

Сети освещения обычно выполняют проводниками с одинако­выми площадями сечения. Единичные мощности светильников и значения их коэффициентов мощности одинаковы.

Исходя из допустимой потери напряжения %, пло­щадь сечения провода F, м 2 , определяют по формуле

где — сумма моментов нагрузок, кВт-м; С — коэффициент, зависящий от материала проводника, номинального напряжения и рода тока системы сети (табл. 5.1).

Сумму моментов равномерно распределенной по длине / ли­нии нагрузки можно заменить суммарной нагрузкой ^Р, подклю­ченной к середине линии:

Защитные аппараты устанавливают в начале каждой ветви сети, т.е. на каждой линии, отходящей от шин подстанции и силовых пунктов, на каждом ответвлении от линии, на трансформаторных вводах.

Предохранители применяют в основном для защиты элек­троустановок от токов короткого замыкания. Предохранитель, например серии ПР (рис. 5.8, а) представляет собой аппарат, со­держащий плавкую вставку 3, калиброванную на определенный ток и выполненную из легкоплавких материалов. Плавкие вставки предохранителей выдерживают ток на 30. 50 % выше номиналь­ного /_н в течение 1 ч и более. При токе, превышающем номиналь­ный ток плавких вставок на 60. 100%, они плавятся за время меньше 1 ч. Для уменьшения времени перегорания плавкой встав­ки ее выполняют плоской с несколькими сужениями или в виде параллельно соединенных проволок с напаянными на них оло­вянными шариками.

Предохранитель и плавкую вставку характеризуют следующие показатели:

номинальное напряжение — напряжение, при котором пре­дохранитель работает длительное время;

номинальный ток патрона — ток, на который рассчитаны токоведущие и контактные соединения патрона по условию дли­тельного нагрева;

номинальный ток плавкой вставки — ток, который она выдер­живает, не расплавляясь длительное время;

разрывная способность, определяемая максимальным отключа­емым током /_пср, при котором происходит перегорание плавкой вставки без опасного выброса пламени и без разрушения патрона;

времятоковая, или защитная, характеристика — зависимость времени 1 полного отключения цепи от отключаемого тока I (рис. 5.8, б).

К наиболее распространенным предохранителям, применяе­мым для защиты электроустановок напряжением до 1000 В (табл. 5.2), относятся ПР-2 — предохранитель разборный, НПН — насыпной предохранитель неразборный, ПН-2 — предохранитель насыпной разборный.

По конструктивному исполнению предохранители можно раз­делить на две группы: с наполнителем (например ПН-2, НПН, ПП-17, ПП-18, наполненные мелкозернистым кварцевым пес­ком); без наполнителя (например ПР-2).

Таблица 5.2. Технические характеристики предохранителей на напряжение до 1000 В

Тип предо- храни­теля	Номи­нальный ток патрона Iп, А	Номинальный ток плавкой вставки Iв, А	Конструкция
ПР-2	6, 10, 15	Трубчатый, с закрытым разборным патроном, без наполнителя, токо- ограничивающий
15, 20, 25, 35, 45, 60
60, 80, 100
200, 225, 260, 300, 350
350, 430, 500, 600
600, 700, 850, 1000
НПН-2	6, 10, 15	Трубчатый, с закрытым неразборным патро- ном, с наполнителем, безынерционный
15, 20, 25, 35, 45, 60
ПН-2	30, 40, 50, 60, 80, 100	Трубчатый, с разбор- ным патроном, с на- полнителем безынерци- онный
200, 250, 300, 350, 400
300, 400, 500, 600
500, 600, 750, 800, 1000
ПНБ-3	63, 100	Трубчатый, с закрытым патроном, с наполни- телем, быстродейству- ющий
250, 300
400, 500
ПНБ-5	40, 63, 100	Тоже
160, 250
300, 400
500, 600

В предохранителях без наполнителя с закрытыми разборными патронами из фибры дуга гасится газами, образующимися при разложении фибры во время горения дуги. Электрическая дуга при перегорании плавкой вставки предохранителей с наполнителем из кварцевого песка разветвляется между его зернами и охлажда­ется вследствие интенсивной отдачи теплоты наполнителю, что значительно сокращает время ее горения.

Плавкие предохранители выбирают по номинальному току плавкой вставки I_В. При этом должны быть выполнены следующие ус­ловия:

номинальный ток плавкой вставки должен быть не меньше максимального тока данной цепи в рабочем режиме, т. е.

что предотвращает перегорание предохранителя при нормальном режиме работы;

плавкая вставка не должна перегорать во время пуска самого мощного электродвигателя, подключенного к данной цепи, т.е.

где I_ПУСК — пусковой ток самого мощного из двигателей; К_п — ко­эффициент кратковременной перегрузки плавкой вставки, К_п = 2,5 для двигателей, пускаемых без нагрузки, К_п = 2 для двигате­лей, пускаемых при наличии нагрузки на валу, и К_п = 1,6 для сварочных постов;

номинальный ток плавкой вставки должен быть не больше трех­кратного значения длительно допускаемого (номинального) тока I_доп проводов защищаемой линии, т.е.

Чтобы выполнить последнее условие, иногда приходится уве­личить площадь сечения проводов линии.

При защите линии, от которой питаются двигатели и другие электропотребители,

где I_кр— кратковременный максимальный ток линии.

Этот ток определяется по формуле

где I’_р — расчетный ток линии без учета электродвигателя с наи­большим пусковым током.

Плавкую вставку подбирают по большему из токов, рассчи­танных по двум первым условиям. При этом выбирают ближайшее большее стандартное значение номинального тока вставки. Выбор плавких вставок проверяют по типовым времятоковым характе­ристикам, приведенным в справочниках.

На рис. 5.9 показаны «кривая пускового тока электродвигателя 1_пуск(() и вре­мятоковые характеристики /_в =/(?) для четырех различных плавких вставок /— 4. По рисунку видно, что плавкая вставка / имеет недостаточную чувствитель­ность, а плавкие вставки 3 и 4 перего­рят при пуске двигателя. Следователь­но, надо выбирать вставку 2.

Автоматические выключа­тели, или автоматы, устройство од­ного из которых показано на рис. 5.10, применяют для защиты элементов сети от токов короткого замыкания и в ка­честве оперативных коммутационных аппаратов. Управление автоматами мо­жет быть ручным и дистанционным. Ав­томаты выпускают в одно-, двух- и трех-полюсном исполнении для сетей пере­менного и постоянного тока, выдвиж­ными (с втычными контактами, распо­ложенными с обратной стороны панели автомата) и невыдвиж­ными (с передним присоединением). Расцепители автоматов бы­вают тепловыми (Т), электромагнитными (М), комбинированными (МТ), минимального напряжения, не­зависимого питания.

Автомат характеризуют следующие показатели:

номинальное напряжение — макси­мальное напряжение постоянного или переменного тока, при котором авто­мат нормально работает;

номинальный ток автомата I_н.а — максимальный длительный ток его глав­ных контактов;

Рис. 5.10. Автоматический выключатель:

1— дугогасительная решетка; 2, 5, 14 — эле­менты механизма свободного расцепителя; 3 — рукоятка; 4 — отключающая пружина; 6 — пру­жина; 7— собачка расцепителя; 8 — термобиме­таллический элемент; 9 — якорь электромагни­та; 10 — сердечник электромагнита; // — шинка расцепителей; 12— гибкий проводник; 13 — ось; 15 — подвижный контакт; 16 — неподвижный контакт; 17— шина; 18 — крышка; 19 — осно­вание

ток срабатывания автомата I_ср.а — наименьший ток, при кото-1 ром автомат отключает электрическую цепь;

предельный ток отключения I_пр._а — наибольший ток, который можно отключить автоматом;

номинальный ток расцепителя I_нр — максимальный длительный ток, при котором расцепитель не срабатывает;

ток уставки расцепителя I_у — наименьший ток срабатывания расцепителя, на который тот настраивается;

ток установки мгновенного срабатывания электромагнитного расцепителя I_у.м, называемый током отсечки.

В зависимости от наличия механизмов, регулирующих время срабатывания расцепителей, автоматы делят на неселективные с временем срабатывания 0,02. 0,1 с, селективные с регулируемой выдержкой времени и токоограничивающие с временем срабаты­вания не более 0,005 с.

Технические характеристики различных автоматов, в том чи­сле подстанционных типа АВМ, приведены в табл. 5.3.

При выборе автоматов должны соблюдаться следующие условия: номинальный ток автомата I_н.а и ток уставки расцепителя I_удолжны быть больше расчетного тока I_р, т. е.

ток уставки мгновенного срабатывания (отсечки) электромаг­нитного расцепителя 1_ум принимается в зависимости от пикового тока линии I_пик:

Для ответвления к одиночному электродвигателю

где I_{к р} — ток уставки комбинированного расцепителя; /_пуск — пу­сковой ток электродвигателя.

Для тепловых расцепителей с регулируемой характеристикой, имеющей обратную зависимость от тока, должно соблюдаться ус­ловие

где I_т.р — ток уставки теплового расцепителя.

При выборе предохранителей и автоматов важно обеспечить селективность (т.е. избирательность), которая заключается в по­следовательном отключении участков сети с определенными временными интервалами в направлении от места повреждения к источнику питания. Избирательность срабатывания автоматов до­стигается изменением времени их срабатывания. Избирательность в работе предохранителей с I_В 2 . Для F= 2,5 мм 2 допустимое табличное значение тока I_доп = 27 А.

Проверяем выбранное сечение на ток короткого замыкания:

Следовательно, сечение провода и вставка выбраны правильно.

Номинальный ток электродвигателя МЗ

Ток плавкой вставки предохранителя FU6

Ближайшая стандартная плавкая вставка рассчитана на ток I_в = 60 А.

По этим данным с помощью справочных таблиц выбираем F = 1,5 мм 2 , I_доп = 20 А.

Проверяем выбранное сечение на ток короткого замыкания: 60/20 = 3.

Расчетный ток осветительной линии I:

Ближайшая стандартная плавкая вставка, требующаяся для предохранителя FU 3, рассчитана на ток I_в= 35 А.

С помощью справочных таблиц выбираем F = 4 мм 2 ;I_доп = 36 А. Проверяем выбранное сечение на ток короткого замыкания:

Для нейтрального провода осветительной линии / выбираем площадь сечения 2,5 мм 2 .

Расчетный ток в осветительной линии //

Ближайшая стандартная плавкая вставка, требующаяся для предохранителя FU7, рассчитана на ток I_в = 60 А.

С помощью справочных таблиц выбираем F= 6 мм 2 ; I_доп = 46 А. Проверяем выбранное сечение на ток короткого замыкания:

Для нейтрального провода осветительной линии // выбираем площадь сечения 4 мм 2 .

Кратковременный максимальный ток в данной сети определя­ется, согласно формуле (5.49), как сумма пускового тока I_пуск = = I_НК_i двигателя М2 (поскольку его пусковой ток наибольший) и расчетных токов двигателя МЗ и осветительной линии //:

Ток плавкой вставки предохранителя

Ближайшая стандартная плавкая вставка рассчитана на ток I_в = 100 А.

Проверяем выбранное сечение на ток короткого замыкания:

Для нейтрального провода сети между РЩ1 и РЩ2 выбираем площадь сечения 16 мм 2 .

Для четырехжильного кабеля от ТП до РЩ1

Ток плавкой вставки предохранителя

Выбираем I_в= 125 А из условия селективности.

Проверяем выбранное сечение на устойчивость действию токов короткого замыкания:

1. Как классифицируются электрические сети напряжением до 1000 В по конструктивным признакам?

2. Для каких целей в сетях напряжением до 1000 В применяют автома­тические выключатели, предохранители?

3. Как выбирают площадь сечения проводов сетей напряжением до 1000 В?

4. Как рассчитывают площадь сечения проводов сети освещения?

5. Как проверить, обеспечивается ли надежная защита сетей выбран­ным защитным аппаратом?

6. Каковы допустимые потери напряжения для силовой сети, сети освещения?

7. От каких факторов зависит потеря напряжения сети?

8. Чем опасен нагрев проводника?

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник