Расчет линий электропередачи для освещения, формулы
Каждый светотехнический проект предполагает массу базовых расчётов. Первый, и самый главный из них – осветительный. Ведь согласитесь, без света не смогут работать ни сами проектанты, ни строители с электромонтёрами.
При планировании линий освещения нужно отталкиваться от прогнозированного потребления (от создаваемой осветительными приборами нагрузкой). Отталкиваясь от этих параметров, производится выбор сечения силовых кабелей и проводов, номинального тока защитно-коммутационного аппарата и т.п.
Поскольку по пути к потребителю материал проводников создаёт сопротивление электротоку — из-за этого происходят потери напряжения. Особенно это заметно когда к одной линии(того же освещения, например) подключено много потребителей, со множеством распределительных и групповых сетей.
В итоге получается, что напряжение на входе и на выходе каждого отдельного участка заметно отличается, и наиболее удалённые по линии потребители получают намного более заниженные параметры напряжения, чем заявлено. И при этом распределение происходит не равномерно, что отрицательно сказывается на работе всех задействованных электроприборов.
Всё потому, что проводники, продолжительное время работающие под нагрузкой, гораздо превышающей расчётную, начинают функционировать в режиме постоянных перегрузок. Вследствие чего возникает перегрев, а это может спровоцировать замыкание или пожар на линии. И всё из-за недочётов проектантов, которые не удосужились подобрать под номинальные токи автоматического выключателя соответствующее сечение проводников.
Поэтому при разработке проекта всегда нужно помнить, что номинальный ток никогда не должен превышать предельно допустимых значений токов проводников. Иначе защитная функция автоматического выключателя, оберегающего проводники от перегрузок, будет просто неактивной.
В отечественных сетях процент потерь очень высокий – иногда он достигает до 10-22 % (в то время, когда в мировой практике эти цифры гораздо ниже, и составляют 4-6%). И в результате перерасход, создаваемый при потере, бременем ложится на плечи конечных потребителей.
Вы спросите, а зачем нужны все эти расчёты, особенно для объектов с невысокими уровнями потребления? Укажем основные причины, почему необходимо делать предварительный расчет мощности (напряжения) для будущей линии освещения:
Во-первых – на основании полученной суммарной мощности потребления определяются оптимальные токи с допустимой нагрузкой на все освещения элементы в цепи.
Во-вторых –исходя из степени нагрева проводников под воздействием рассчитанных, предельно допустимых токов, выбирается оптимальное сечение силовых кабелей и проводов для освещения.
В-третьих – отталкиваясь от полученного значения сечения силовых кабелей (проводов) и от выдерживаемой ими длительной максимальной нагрузки выполняется подбор подходящей защитной аппаратуры автоматического отключения.
В-четвёртых — любые расчёты просто необходимы для получения разрешений и техусловий от местных электрораспределительных организаций. На их основании техкомиссией будет приниматься решение о подключении объекта к линии, соответствующей по мощности и с допустимой нагрузкой.
Несмотря на кажущуюся незначительность (либо недостаточную точность) подобных усреднённых расчётов, они — это необходимое условие дальнейшей безопасной эксплуатации линии, т.к. изначально будут подобраны оптимальные элементы. В результате такие линии будут максимально равномерно распределять токи между всеми потребителями. Попутно будут уменьшаться потери напряжения от нерационально распределенной нагрузки.
Стоит отметить, что в линиях с равномерно распределенной нагрузкой (тех же уличных светильниках, например) потери будут гораздо меньшими, чем в линиях, распределённых не равномерно. В данном случае, вкупе с дополнительной индуктивной нагрузкой, потери могут оказаться вдвое большими. Поэтому приведённый расчет может дать погрешность.
Первым делом при проектировании необходимо выяснить, какой нагрузкой на сети будет обладать будущий объект. Для этого сначала необходимо выполнить расчет суммарной мощности всех осветительных приборов, которые будут запитываться на конкретном участке линии. Имея эти данные можно определить расчётные нагрузки (Рн) освещения питающей сети, а также вводов в жилые (либо производственные) постройки.
Перед этим нужно определить мощности всех ламп в сети. Расчет производится по следующей формуле:
В данном расчёте Мс. – это мощность ламп, Вт, а Кл. – количество ламп, шт.
Полученный по предыдущей формуле результат в дальнейшем используется для определения нагрузок запитывающей осветительной линии.
Расчет выполняется по формуле:
где, Мл. – это установленная расчётная мощность всех ламп;
Кспр. – коэффициент спроса, отображающий, как часто используется осветительное электрооборудование. Он служит в качестве поправки, обязательно вносимой в расчёты, т.к. на практике маловероятно, что все электроприборы будут включены одновременно и на полную мощность.
Данный коэффициент можно определять эмпирическим путём — для каждого отдельного объекта, или принимать подходящее значение из таблицы, приведённой ниже:
Оптимальный вариант принимать значение Кспр. за 0,95.
Кп. – коэффициент потерь в пускорегулирующей аппаратуре ламп. (Для ртутных газоразрядных ламп он составляет 1,1, для люминесцентных – 1,2)
В случаях, когда от будущих линий планируется осуществлять смешанную запитку объекта – и для освещения, и для силовых нагрузок (тех же розеток, например) – тогда оба вида нагрузок нужно суммировать.
Расчетдля смешанных нагрузок выглядит так:
где, Нобщ. – расчётная общая нагрузка, в кВт;
Но – расчётная нагрузка осветительных линий, в кВт;
Нс – нагрузка силовая, расчётная в кВт.
Чтобы определить предельно допустимые сечения проводов, которые будут использоваться в линиях, нужно рассчитать, какие токи будут по ним проходить.
Так для однофазных линий, состоящих из двух проводов,расчет производится по формуле:
Для двухфазных линий, состоящих из трёх проводов (двух фаз и нуля)решение будет выглядеть так:
В случае прокладки трёхфазных линий, состоящих из четырёх проводов (трёх фаз и нуля) сечение определяется путём такого расчёта:
Как уже упоминалось, в любых линиях потерь не избежать– это распространённое и можно сказать нормальное явление. Мало того, то они происходят при транспортировке энергии от поставщика до нужного участка, так ещё и на точках её распределения между несколькими потребителями они нарастают.
Наша задача заключается в том, чтобы подобрать оптимальное сечение проводов, чтобы как можно больше снизить процент потерь распределенной энергии — до нормируемых ПУЭ интервалов: от 2,5 до 5 %. Также желательно сделать так, чтобы нагрузки на сети распределялись равномерно.
Базовый расчет потерь производится так: 
Значение активного сопротивления (r0) можно рассчитать по формуле (она справедлива для алюминиевого или стального провода):
При планировании линий, протяжённостью в несколько километров, обязательно должно учитываться индуктивное сопротивление проводов (ИСП),непосредственно влияющее на потери напряжения в сетях. Так как при настолько больших дистанциях, энергия просто не может распределяться равномерно и без потерь.
По опыту работ — можно брать ИСП(в нашем расчёте помеченное как x0)алюминиевых (либо медных) проводов, сечением более чем 95 мм2, в размере 0,32 Ом на 1 километр. Это значение будет корректным в том случае, когда расстояние между проводами относительно небольшое (до 6,0 см). Для проводов сечением 10-25 мм2 используется коэффициент индуктивного сопротивления, равный 0,44 Ом/км. В этом случае допускается более внушительное расстояние между проводами – 10,0 см.
Как показывает практика, в низковольтных линиях, используемых преимущественно для освещения, достаточно сложно добиться равномерно распределенной нагрузки. Поэтому в данном случае лучше использовать четыре жилы проводов (т.е. монтировать трёхфазную линию). И тогда, перераспределяя нагрузки от освещения на фазные и нулевые провода, и силовые — на линейные, удаётся более равномерно разделить нагрузки между всеми фазами.
Для трёхфазных линий расчет потерь, происходящих в каждом проводе, будет выполняться по представленному ниже алгоритму, в котором первый блок — характеризует активные потери напряжения, а второй блок – реактивные.
Давайте для примера просчитаем линию освещения для гипотетического объекта. Заданные параметры приведены на схеме.
В нашем случае установлены однотипные светильники (N=12 шт.), мощностью 400 Вт, через одинаковые интервалы (Инт.=6м).
Рассчитаем расстояние (Р) до центра приложения нагрузок для каждой сети^
где Р1 – это расстояние от щитка до первой лампочки в сети.
Подставляем значения для проведения расчётов:
Р1 = 15,7 + (6 + ((12-1)/2) = 48,7 метров
Р2 = 21,4 + (6 + ((12-1)/2) = 54,4 метров
Р3 = 23,5 + (6 + ((12-1)/2) = 56,5 метров
Р4 = 27,3 + (6 + ((12-1)/2) = 60,3 метров
Определим расчётные нагрузки, описанные во втором разделе (формулы 1 и 2):
Поскольку группы электроприборов у нас однотипные, значение будет одинаковым для всех линий:
Рн = (12шт*0,4 кВт) *1,1*1 = 5, 28 кВт
И тогда мощность питающей сети составит: 5,28*0,95*4 = 20,1 кВт
Теперь можно определить моменты нагрузки(МН) для каждой сети, рассчитываются они так :
где Рн – расчётные нагрузки, Р – расстояние.
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 нагрузок для питающей сети (расстояние до щитка I=25 м):
Итого сборный (или приведённый) момент нагрузки (МНс) по всем линиям равен:
МНс = 502,5+257,1+287,2+298,3+318,4 = 1663,5 кВт/м.
Определим теперь,какие будут потери напряжения для наших линий:
где, Нп — номинальное напряжение, создаваемое при холостой работе трансформатора(принимаем на 105%).
Нмд — минимально допустимое напряжение самых удаленных по сети лампочек(берём 95%);
ПНс — потери напряжения суммарные — до рассматриваемой сети, %(принимаем 3,56% и 3,64%).
Итак Пн = 105 – 95-(3,56-3,64) = 2,8 %
Рассчитаем, наконец, сечение подходящего для наших линий провода:
Находим, какие токи будут проходить по нашим сетям:
Определяем процент потерь напряжения для каждой сети:
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%
Как видим, прогнозируемый процент потери во всех случаях вписывается в нормы (до 5%).
На основании полученных данных можно подобрать наиболее подходящие по сечению и токам провода, пуско-регулирующее оборудование, корректировать мощности ламп и т.п. Для облегчения расчётного процесса придумано много полезных приложений, учитывающих все описанные величины. Они позволят не пересчитывать каждый раз всё вручную при замене какой-либо составляющей светотехнического проекта.
При создании проекта линий под осветительные сети нужно добиваться, чтобы напряжения нагрузки по ним распределялись максимально равномерно. Тогда проводники будут меньше нагреваться, снизится процент потерь и убытков, уменьшится риск возникновения аварий.
Источник
Расчет потери напряжения в сети наружного освещения
На форуме подняли вопрос о расчете потери напряжения в линии наружного освещения. Сегодня рассмотрим, как посчитать потери в сети наружного освещения дороги, а главное представлю свою очередную программу, которая позволит быстро выполнить этот расчет.
Стоит задача выбрать кабель для сети наружного освещения автомобильной дороги. Опоры со светильниками расставлены, мощность и тип светильников выбрали. Осталось подобрать нужное сечение кабеля.
Зная общее число светильников и мощность ламп можно посчитать суммарный потребляемый ток всеми лампами наружного освещения. По этому току и выбираем предварительное сечение кабеля. Но одного этого условия не достаточно для правильного выбора кабеля.
Обязательным условием является проверка кабеля по потере напряжения.
Физический смысл расчета потери напряжения.
Рассчитать потери напряжения можно таким же образом как описано в статье по расчету потери напряжения воздушной линии.
Потери напряжения в сети наружного освещения
Чтобы правильно выбрать кабель, необходимо посчитать потери на каждом участке, как показано на картинке. Самые большие будут потери на первом участке – от точки подключения до первой опоры освещения, т.к. на этом участке будет самый большой ток. С каждым участком ток будет уменьшаться и соответственно потери напряжения будут уменьшаться по участкам. Это не значит, что чем дальше, тем потери будут меньше. Имейте ввиду, что минимальное напряжение будет на последнем фонаре освещения.
Расчет потери напряжения в сети освещения при помощи программы.
Есть специальные программы для проектирования наружного освещения. Возможно они позволяют это сделать… но они денег стоят и не каждый может себе это позволить. Совершенно бесплатно можно скачать мою очередную программу для расчета потери напряжения в сети освещения.
Программа очень простая и не требует установки.
Фрагмент программы для расчета потери напряжения в сети наружного освещения
Для расчета необходимо указать следующие параметры:
- I0 — расчетный ток до первой опоры освещения. Например, 30 светильников по 0,25кВт, т.е 10 светильников на одну фазу. I0=13,4А;
- I (N) — расчетный ток одной опоры I (N). Несмотря на то, что светильники однофазные, I (N) у нас трехфазный ток в зависимости от мощности одного светильника (или пары светильников на одной опоре). В нашем случае получим I (N)=0,45А;
- L0 — длина кабеля до первой опоры;
- Lх — расстояние между опорами;
- сечение кабеля, коэффициент мощности, количество опор освещения;
Единственное условие – светильники освещения должны быть одинаковой мощности и расположены равномерно.
Все программы для проектирования электроснабжения смотрите на странице: МОИ ПРОГРАММЫ.
Источник