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	17 25,6	46 15,5
Двухфазная с нулевым проводом	380/220 220/127	34 11,4	20 6,9
Двухпроводная переменного или постоянного тока	220 127 120 110 36 24 12	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	120	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, м², 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:

 

Нет части текста

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	15	6, 10, 15	Трубчатый, с закрытым разборным патроном, без наполнителя, токо- ограничивающий
	60	15, 20, 25, 35, 45, 60
	100	60, 80, 100
	350	200, 225, 260, 300, 350
	600	350, 430, 500, 600
	1000	600, 700, 850, 1000
НПН-2	15	6, 10, 15	Трубчатый, с закрытым неразборным патро- ном, с наполнителем, безынерционный
	60	15, 20, 25, 35, 45, 60
ПН-2	100	30, 40, 50, 60, 80, 100	Трубчатый, с разбор- ным патроном, с на- полнителем безынерци- онный
	400	200, 250, 300, 350, 400
	600	300, 400, 500, 600
	1000	500, 600, 750, 800, 1000
ПНБ-3	100	63, 100	Трубчатый, с закрытым патроном, с наполни- телем, быстродейству- ющий
	300	250, 300
	500	400, 500
ПНБ-5	100	40, 63, 100	Тоже
	250	160, 250
	400	300, 400
	600	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 < 200 А будет обеспечена, если номинальный ток каждой последующей (по направлению тока) 118

Таблица 5.3. Основные технические характеристики автоматов

Серия автомата	Номинальное напряжение, В	Число полюсов	Номинальный ток автомата, А	Номинальные токи расцепителя, А
АП50	220 500	2 2;3	50	1,6; 2,5;4; 6,4; 10; 16; 25; 40; 50
А3710	440 380, 660	2 2;3	160	16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; ПО; 125; 160
А3720	440 380, 660	2 2; 3	250	160; 200; 250
А3730	440 380	2 2;3	400	160...400
А3740	440 380, 660	2 2;3	630	250...630
АЕ1000	240	1	25	6; 10; 16; 25
АЕ2030	100, 220 220, 380, 500	1;2 3	25	0,6; 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25
АЕ2040	ПО, 220 220, 500	1;2 3	63	10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63
АЕ2050	110, 220 220, 380, 500	1;2 3	100	16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100
АВМ4	230, 440 440, 660	2 3	400	120; 150; 200; 250
АВМ10	230, 440 440, 660	2 3	750, 800, 1000	500; 600; 800; 1000,
АВМ 15	230, 440 660	2 3	1500	800; 1000; 1200; 1500
АВМ20	230, 440 440, 660	2 3	2000	1000; 1200; 1500; 2000

вставки будет отличаться от номинального тока предыдущей встав­ки не менее чем на две ступени.

Таблица 5.4. Технические характеристики асинхронных короткозамкнутых электродвигателей, рассматриваемых в примере 5.4

 

Показатель	Электродвигатель (см. рис. 5.11)
	М1	М2	M3
Мощность PН, кВт  Кратность пускового тока К i, Коэффициент полезного действия  Коэффициент мощности соsф Коэффициент нагрузки	1 5,5 0,82  0,9 1	14 5  0,85 0,88 0,8	10 5,5 0,87 0,92 0,9

Номинальный ток электродвигателя М2

Ток плавкой вставки предохранителя FU 5

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

С учетом коэффициента нагрузки 0,8 потребляемый ток I_потр =  0,8 • 28,4 = 22,7 А. По I_потр с помощью справочных таблиц опреде­ляем, что требуемая площадь сечения медного изолированного провода марки ПР составляет 2,5 мм². Для F = 2,5 мм² 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 FU 6

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

 Потребляемый ток

По этим данным с помощью справочных таблиц выбираем F = 1,5 мм², 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 мм²;I_доп = 36 А. Проверяем выбранное сечение на ток короткого замыкания:

Для нейтрального провода осветительной линии / выбираем площадь сечения 2,5 мм².

Расчетный ток в осветительной линии //

Ближайшая стандартная плавкая вставка, требующаяся для предохранителя FU 7, рассчитана на ток I_в = 60 А.

С помощью справочных таблиц выбираем F = 6 мм²; I_доп = 46 А. Проверяем выбранное сечение на ток короткого замыкания:  

Для нейтрального провода осветительной линии // выбираем площадь сечения 4 мм².

Кратковременный максимальный ток в данной сети определя­ется, согласно формуле (5.49), как сумма пускового тока I_пуск = = I _Н К _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 мм².

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:

Контрольные вопросы

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?

ГЛАВА 6