Разработка схемы освещения литейного цеха

1. Светотехнический раздел

1.1 Выбор системы освещения

1.2 Выбор нормируемой освещенности

1.3 Выбор источников света

1.4 Выбор светильников и их размещение

1.5 Расчёт электрического освещения

2. Электротехнический раздел

2.1 Выбор напряжения питания

2.2 Выбор схемы питания

2.3 Выбор марки проводника и способа прокладки

2.4 Расчёт сечения проводников и по нагреву и потере напряжения

2.5 Выбор защитно-коммутационных аппаратов Заключение Список используемых источников

ВВЕДЕНИЕ

Под проектированием понимают процесс выработки и фиксации определенного минимума данных, подробно характеризующих некоторый объект, в котором максимально используется стандартизированные элементы.

С процессом проектирования непосредственно связано также понятие инженерного проекта. Среди требований, предъявляемых к оптимальному проекту, можно выделить:

· минимальные затраты на его реализацию;

· максимальное удобство эксплуатации объекта;

· применение типовых стандартных узлов;

· избегание лишней детализации и повторений представления материалов.

Процесс проектирования осуществляется в два этапа. Отправной точкой является — техническое задание. Техническое задание — совокупность сведений о назначении объекта, основных требованиях, предъявляемых к проекту, основных показателях и характеристиках объекта. В данном курсовом проекте рассматриваются вопросы проектирования одной из систем электроснабжения промышленных предприятий.

В качестве исходных данных для проектирования систем электроснабжения могут задаваться: краткая характеристика источника питания; мощность; степень обеспечения электроэнергией; нормальное эксплуатационное напряжение, количество питающих линий, которые могут быть выделены для питания проектируемого предприятия; технические условия энергоснабжающей организации на присоединение предприятия к питающей сети; токи короткого замыкания в питающей сети.

Высокий технический уровень проектных решений и хорошее качество проектов электрического освещения в значительной степени зависят от организации светотехнического проектирования. Специфика осветительных установок обуславливает целесообразность выполнения проектов освещения специализированными проектными подразделениями.

Для проектирования внутреннего освещения необходима следующая первичная документация: архитектурно-строительные планы и разрезы зданий с указанием назначения отдельных помещений, чертежи металлических конструкций, технологические планы и разрезы, чертежи санитарно-технических коммуникаций, сведения о характере среды в помещениях, данные об особенностях технологического процесса и другие требования.

Проектирование осветительных установок регламентировано СНиП 23−05−95 «Естественное и искусственное освещение», отраслевыми нормами искусственного освещения, инструкциями по проектированию, а также ПУЭ, ГОСТами и другими нормативными документами, которые используются в данном курсовом проекте.

Исходные данные:

1. Номер варианта = № 1.

2. Объект освещения — литейный цех.

3. Характеристика помещения — жаркое, пыльное.

4. Коэффициенты отражения: потолка = 0,3; стен = 0,1; пола = 0,1.

5. Разряд зрительной работы — VII.

6. Строительные размеры: длина = 18 м; ширина = 18 м; высота = 16 м.

7. Строительный модуль = 6×18.

Задание на проектирование:

Разработать схему освещения литейного цеха, которая включает в себя: выбор и размещения источников света, выбор напряжения питания, выбор марки проводников, способа прокладки и выбор устройств защиты.

1. СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

1.1 Выбор системы освещения

1.1.1 Параметры световой энергии Любое тело, температура которого выше абсолютно нуля, излучает в окружающее пространство лучистую энергию. Энергию излучения принято измерять в джоулях (Дж). Мощность излучения, характеризующая количество энергии, излучаемой в единицу времени, называется потоком излучения или лучистым потоком. Единицей лучистого потока служит 1 Ватт (Вт).

В светотехнике, где основным приемником является глаз человека, для оценки эффективности действия лучистого потока принята система световых величин и единиц. Одним из основных понятий в этой системе является световой поток — это та часть лучистого потока, которая воспринимается зрением человека как свет и измеряется в люменах (лм).

Единица силы света — кандела (кд) — это световой поток в люменах (лм), испускаемый точечным источником в телесном угле 1 ср (лм/ср).

Для количественной оценки освещения какой-либо поверхности пользуются понятием освещенности Е, т. е. отношением светового потока, падающего на поверхность, к площади этой поверхности:

. (1.1)

Единица освещенности — люкс (лк) — это освещенность поверхности площадью 1 м² световым потоком 1 лм (лм/м²).

В расчётах для характеристики светящихся поверхностей, в том числе и источников света, пользуются светимостью М, которая оценивает плотность светового потока, излучаемого светящей поверхностью:

. (1.2)

Единицей светимости служит люмен на квадратный метр (лм/м²) светящей поверхности, что соответствует плоской поверхности площадью 1 м², равномерно излучающей (в одну сторону) световой поток в 1 лм.

Условия видения объектов, имеющих различные свойства, количественно характеризуются величиной яркости L. Яркостью называется отношение силы света, излучаемого поверхностью в данном направлении к величине этой поверхности:

. (1.3)

Единицей яркости служит кандела на квадратный метр (кд/м²).

1.1.2 Виды и системы освещения

В производственных помещениях используется три типа освещения:

· Естественное — освещение помещений светом неба (прямым или отраженным), проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях.

· Искусственное — освещение помещений искусственным светом с помощью электрических ламп — газоразрядных или накаливания.

· Совмещенное или смешанное — освещение, при котором недостаточное естественное освещение дополняется искусственным.

В практике проектирования осветительных установок промышленных зданий используются две отличные друг от друга системы освещения.

Первая система — система общего освещения — это освещение, при котором светильники размещаются в верхней зоне помещения. Его назначение состоит не только в освещении рабочих поверхностей, но и всего помещения в целом, поскольку светильники общего освещения обычно размещаются под потолком помещения на достаточно большом расстоянии от рабочих поверхностей.

В системе общего освещения принято различать два способа размещения светильников: равномерное и локализованное. В системе общего равномерного освещения расстояния между светильниками в каждом ряду и расстояния между рядами выдерживаются неизменными. В системе общего локализованного освещения положение каждого светильника определяется соображениями выбора наивыгоднейшего направления светового потока и устранения теней на освещаемом рабочем месте, т. е. целиком зависит от расположения оборудования.

Вторая система — система комбинированного освещения — освещение, при котором к общему освещению добавляется местное. Данная система включает в себя как светильники, расположенные непосредственно у рабочего места и предназначенные для освещения только лишь рабочей поверхности (местное освещение), так и светильники общего освещения, предназначенные для выравнивания распределения яркости в поле зрения и создания необходимой освещенности по проходам помещения. Система комбинированного освещения обычно характеризуется повышенными первоначальными затратами на оборудование по сравнению с системой общего освещения, но так как светильники местного освещения расположены у рабочих мест, то значительно упрощаются их чистка, смена перегоревших ламп, а также систематический надзор и текущий ремонт осветительной установки. Местное освещение на рабочих местах, на которых в данный момент работа не производится, может быть выключено, что обеспечивает большую гибкость в эксплуатации освещения, исключая непроизводительный расход электроэнергии.

Кроме систем общего освещения в любом производственном помещении необходимо предусмотреть кроме рабочего ещё аварийное, охранное и дежурное. Рабочее освещение — освещение, обеспечивающее нормируемую освещенность в помещениях — применяется во всех без исключения помещениях.

Аварийное освещение — освещение, обеспечивающее минимальную допустимую освещенность при отключении рабочего освещения. При этом различают освещение безопасности (для продолжения работы при аварийном отключении рабочего освещения) и эвакуационное освещение (для осуществления эвакуации при аварийном отключении рабочего освещения). Охранное освещение — освещение вдоль границ территорий, охраняемых в ночное время. Освещенность, создаваемая при этом, должна быть не менее 0,5 лк. Дежурное освещение — освещение в нерабочее время. Область применения, величины освещенности, равномерность и требования к качеству для дежурного освещения не нормируются.

В результате анализа преимуществ и недостатков систем освещения выбираю систему рабочего освещения в литейном цехе — это совмещённая (естественная + искусственная) и комбинированная (общая + местное). Выбранная система соответствует производственным помещениям, в которых выполняются работы со светящимися материалами и изделиями, относящиеся к разряду VII по СНиП 23−05−95. Одним из факторов выбора системы освещения, является характеристика зрительной работы. В проектируемом цехе разряд зрительной работы соответствует IV, т. е при котором минимальный размер объекта различения более 0,5 мм связан с грубой точностью выполняемой работы.

производственное освещение проводник

1.2. Выбор нормируемой освещённости Согласно СНиП 23 — 05 — 95 пунктам 5, 6, 7 в производственных помещениях со зрительной работой VII разряда следует устраивать совмещенное освещение. Допускается применение верхнего естественного освещения в крупнопролётных сборочных цехах или литейных цехах.

В соответствии с техническим заданием выбираю нормы на параметры освещённости литейного цеха. Требования к освещению помещений промышленных предприятий (КЕО, нормируемая освещенность, допустимые сочетания показателей ослепленности и коэффициента пульсации освещенности) принимаю по таблице 1.1 с учетом требований пп. 7.5 и 7.6.

Коэффициент запаса К_з при проектировании естественного, искусственного и совмещенного освещения следует принимать по таблице 1.2.

Нормы проектируемого литейного цеха следующие:

1. Группа Административного района (Новосибирская область) по ресурсам светового климата = № 1.

2. Коэффициент светового климата m = 1.

3. Значение искусственной освещённости от общей Е = 200 лк.

4. Коэффициент естественного освещения КЕО е_н = 3%.

5. Показатель ослеплённости Р = 40.

6. Коэффициент пульсаций Кп = 20%.

7. Коэффициент запаса Кз = 2,0.

Таблица 1.1

Таблица 1.2.

Неравномерность естественного освещения не нормируется для помещений с боковым освещением для производственных помещений, в которых выполняются работы VII и VIII разрядов.

Отношение максимальной освещенности к минимальной не должно превышать для работ разрядов IVVII —1,5 при люминесцентных лампах и 2,0 при других источниках света.

1.3 Выбор источников света К числу источников искусственного света массового применения, выпускаемых нашей промышленностью, относятся лампы накаливания, люминесцентные лампы и дуговые разрядные лампы.

Лампы накаливания. Действие ламп накаливания основано на принципе теплового излучения. Свечение в этих лампах возникает в результате нагрева вольфрамовой нити до высокой температуры. Промышленность выпускает различные типы ламп накаливания: вакуумные (В), газонаполненные (Г) (наполнитель — смесь аргона и азота), биспиральные (Б), с криптоновым наполнением (К).

Газоразрядные лампы излучают свет в результате электрических разрядов в парах газа. На внутреннюю поверхность колбы нанесен слой светящегося вещества — люминофора, трансформирующего электрические разряды в видимый свет. Различают газоразрядные лампы низкого (люминесцентные) и высокого давления (ДРЛ).

Люминесцентные лампы создают в производственных и других помещениях искусственный свет, приближающийся к естественному, более экономичны в сравнении с другими лампами и создают освещение более благоприятное с гигиенической точки зрения. В зависимости от состава люминофора и особенностей конструкции различают несколько типов люминесцентных ламп: ЛБ — лампы белого света, ЛД — лампы дневного света, ЛТБ — лампы тепло-белого света, ЛХБ — лампы холодного света, ЛДЦ — лампы дневного света правильной цветопередачи. К преимуществам люминесцентных ламп относятся больший срок службы и высокая световая отдача, достигающая для ламп некоторых видов 75 лм/Вт, т. е. они в 2,5 — 3 раза экономичнее ламп накаливания. Свечение происходит со всей поверхности трубки, а, следовательно, яркость и слепящее действие люминесцентных ламп значительно ниже ламп накаливания. Низкая температура поверхности колбы (около 5°С), делает лампу относительно пожаробезопасной. Люминесцентное освещение имеет недостатки: пульсация светового потока, вызывающая стробоскопический эффект (искажение зрительного восприятия объектов различения); сложная схема включения, требующая регулирующих пусковых устройств (дроссели, стартеры); чувствительность к колебаниям температуры окружающей среды (оптимальная температура 20−25°С); понижение и повышение температуры вызывает уменьшение светового потока.

Для освещения открытых пространств, высоких (более 6 м) производственных помещений большое распространение получили дуговые люминесцентные ртутные лампы высокого давления (ДРЛ). Эти лампы, в отличие от обычных люминесцентных ламп, сосредотачивают в небольшом объеме значительную мощность. Конструктивно лампа состоит из внешнего баллона, выполненного из стекла, внутри которого помещена кварцевая газоразрядная лампа, наполненная некоторым количеством ртути и инертным газом. На внутреннюю поверхность баллона нанесен слой люминофора.

Основные достоинства ламп ДРЛ состоят в устойчивости к атмосферным воздействиям (лампы работают при любой температуре внешней среды), возможности изготовления ламп большой мощности. Кроме того, их можно устанавливать в обычных светильниках взамен ламп накаливания. К недостаткам ламп относится длительное разгорание при включении (5 — 7 мин), а также способность повторно зажигаться только после охлаждения. Следует отметить, что также существенным недостатком является плохая цветопередача, позволяющая применять лампы только при отсутствии каких-либо требований к различению цветов.

Пользуясь рекомендациями СНиП 23−05−95 и ПЭУ п. 6.1.16 для искусственного освещения высоких производственных помещений выше 6 м (по заданию 16 м) наиболее экономичные разрядные лампы типа ДРЛ, ДРИ, ДРИЗ и ДНаТ (пункты 6.2.1 — 6.2.2), которые могут применяться как для общего, так и для местного освещения. Освещённость рабочей поверхности, создаваемая светильниками общего освещения в системе комбинированного, должна составлять не менее 10% нормируемой для комбинированного освещения при тех источниках света, которые применяются для местного освещения. При этом освещенность должна быть не менее 200 лк при разрядных лампах, не менее 75 лк при лампах накаливания.

Выбор источников света по цветовым характеристикам следует производить на основании приложения Е (СНиП 23−05−95). Для местного освещения рабочих мест следует использовать светильники с непросвечивающими отражателями. Яркость рабочей поверхности не должна превышать значений, указанных в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Согласно приложения Е СНиП 23−05−95 для комбинированного освещения цеха, где не предъявляют требования к цветоразличию выбираю лампы типа ДРЛ для общего и лампы типа ЛБ для местного. Последние обязательны для освещения рабочих поверхностей большой протяжённости, а также при работах с блестящими поверхностями. На рисунке 1.1 приведён внешний вид лампы ДРЛ.

Рисунок 1.1 Лампа ДРЛ

1.4 Выбор светильников и их размещение Осветительным прибором называют совокупность осветительной арматуры и помещенного в нее источника света. Осветительные приборы, предназначенные для освещения объектов, расположенных относительно близко от них, называют светильниками, а удаленных объектов — прожекторами.

Необходимость помещения лампы внутрь осветительной арматуры вызывается следующими соображениями. При горении открытая лампа излучает световой поток в пространство равномерно во все стороны. Осветительная арматура позволяет перераспределить световой поток источника света, т. е. послать его в нужном направлении.

Светильники в зависимости от заданных условий распределения светового потока между верхней и нижней полусферами делятся на следующие группы:

· Светильники прямого света (П) направляют не менее 80% всего светового потока, излучаемого лампой, в нижнюю полусферу применяются для освещения производственных помещений и наружного освещения. Их недостаток заключается в появлении довольно резких теней.

· Светильники преимущественно прямого света (Н) излучают в нижнюю полусферу от 60 до 80% всего светового потока. Такие светильники применяются в цехах с хорошо отражающими стенами и потолками.

· Светильники рассеянного света (Р) излучают световой поток во все стороны (от 40 до 60% в каждую полусферу). Эта группа является промежуточной между светильниками прямого и отраженного света и применяется в производственных помещениях, используются для освещения административных помещений, школ, библиотек и бытовых помещений при светлых тонах окраски потолков и стен.

· Светильники преимущественно отраженного света (В) направляют от 60 до 80% светового потока в верхнюю полусферу и применяются в тех случаях, когда по характеру работы, выполняемой в данном помещении, не должно быть теней (некоторые административные помещения). Излучаемый световой поток в полусферах светильников различается по распределению в пространстве. Его распределение по отдельным направлениям пространства характеризуется кривыми силы света. ГОСТ устанавливает следующие основные типы кривых силы света (рисунок 1.2): К — концентрированная; Г — глубокая; Д — косинусная; С — синусная; Л — полуширокая; Ш — широкая; М — равномерная.

Характеристикой светильников является его защитный угол. Защитным углом светильника с лампой накаливания называют угол г, образованный двумя прямыми линиями, из которых одна проходит через тело накала лампы, а другая соединяет крайнюю точку тела накала с противоположным краем отражателя (рисунок 1.3).

Отношение светового потока светильника Ф_св к световому потоку источника света (лампы) Ф_л называется коэффициентом полезного действия светильника:

. (1.4)

Общее освещение может быть выполнено при равномерном или локализованном расположении светильников. Расположение светильников локализованного освещения, их мощность и высота подвеса определяются индивидуально для каждого рабочего места или участка производственного помещения.

Рис. 1.2. Типовые кривые силы света Рисунок 1.3. Защитный угол светильника При равномерном размещении светильников необходимо найти наивыгоднейшее расстояние между ними, при котором для заданных освещенностей потребляется наименьшее количество энергии. Размещение светильников чаще всего производится по углам квадрата, прямоугольника или в шахматном порядке (рисунок 1.4).

При размещении светильников необходимо учитывать величину относительного расстояния между светильниками, которое представляет собой отношение абсолютной величины расстояния между светильниками L к высоте их подвеса над рабочей поверхностью H_p (рисунок 1.5). При прямоугольном размещении светильников под L следует понимать среднегеометрическую величину из длины и ширины освещаемой поверхности. Тогда относительное расстояние будет равно:

(1.5)

где L_a, L_b — расстояния между светильниками по ширине и длине помещения.

Конструктивные группы светильников представлены в таблице 1.4 с указанием материала покрытия.

Таблица 1.4.Эксплуатационные группы светильников приложение Г [3]

Рисунок 1.4. Варианты размещения светильников Рисунок 1.5. Расположение светильников по высоте помещения Выбираю светильники для общего освещения преимущественно прямого света (Н) с глубокой кривой света Г (рисунки 1.2, 1.6); эксплуатационная группа по конструкции А1 (таблица 1.4); материал покрытия — Т (твёрдый непрозрачный) с расположением светильников по периметру цеха по углам квадрата.

Рисунок 1.6. Подвесные светильники-глубокоизлучатели

При проектировании осветительных установок возможны отступления от наивыгоднейшего отношения. Кроме расстояния между светильниками выбираю расстояние от крайнего ряда светильников до стен. Оно находится в пределах, когда у стены располагаются проходы и проезды:

. (1.6)

Светильники местного освещения должны располагаться таким образом, чтобы их светящие элементы не попадали в поле зрения работающих на освещаемом рабочем месте и на других рабочих местах. Местное освещение рабочих мест, как правило, должно быть оборудовано регуляторами освещения. По ТУ не задано количество производственных механизмов, поэтому при размещении светильников местного освещения зададимся установленной мощностью, если на каждое рабочее место приходится площадь 5 м² [4 стр.44].

По рекомендациям СНиП 23−05−95 в помещениях, где возможно возникновение стробоскопического эффекта, необходимо включение соседних ламп в 3 фазы питающего напряжения или включение их в сеть с электронными пускорегулирующими аппаратами.

Результаты выбора и расчёта размещения светильников:

· Н = 16 м — высота литейного цеха;

· Нп = 14 м — высота ферменных перекрытий;

· Нр = 13,5 м — высота подвеса верхних светильников над рабочей поверхностью;

· l, а = 2,25 м, l в = 2,25 м — расстояние между верхними крайними светильниками и стеной по ширине и длине;

· Lа = 4,5 м — расстояние между верхними светильниками по ширине.

· Lв = 4,5 м — расстояние между верхними светильниками по длине.

· Количество верхних светильников по длине Nвв = 4 рядов, по ширине

Nва = 4 ряда.

· Количество нижних светильников для стен с окнами, т. е. для местного освещения по длине Nнв = 5, по ширине Nна = 5.

В литейном цехе для общего верхнего освещения предусматриваем ферменные покрытия (для высоких цехов), где светильники типа ДРЛ устанавливаются на фермах вдоль светотехнических мостиков. Они устанавливаются на уровне настила мостиков с отклонением +0,5 м [4], так как при установке на стойках от мостиков падала бы тень на пол. Светотехнические мостики применяют для дальнейших профилактических работ, где для доступа к светильникам неэкономично пользоваться мостовыми кранами.

Для освещения нижней части цеха и обеспечения местного освещения устанавливаем лампы ЛБ на стенах на кронштейнах на высоте 3 м. Они увеличивают вертикальную освещённость на оборудовании и позволяют осветить пол или оборудование с малой высоты [4 стр.73−76], в тёмное время суток заменяют естественное освещение.

Схема расположения светильников верхнего освещения, установленных на фермах в литейном цехе изображена на рисунке 1.7 (вид сверху) в масштабе 1: 150.

Рисунок 1.7

Схема расположения светильников комбинационного освещения представлена на рисунке 1.8 (вид сбоку) в масштабе 1: 150.

Рисунок 1.8 Места установки светильников в цехе На рисунке 1.8 обозначены: 1 — ферменное покрытие; 2 — светильники верхнего освещении, 3 — мостовой кран; 4 — светильники нижнего местного освещения, подвешенные на кронштейнах.

Выполним проверку по относительному расстоянию между светильниками по формуле (1.5):

.

1.5 Расчёт электрического освещения Расчёт при проектировании осветительных установок состоит в определении мощности отдельной лампы и мощности всей установки в целом. При расчёте вначале определяется световой поток, необходимый для создания заданной освещённости, а затем по световому потоку выбираются стандартные лампы.

Светотехнические расчеты выполняются следующими методами:

· точечный метод;

· метод удельной мощности;

· метод коэффициента использования.

Точечный метод. Данный метод применим для определения освещенности любой точки на рабочей поверхности, как при равномерном, так и при локализованном расположении светильников. Также точечный метод используется для проверочных расчетов. Недостатком его является то, что он не учитывает освещенность, создаваемую отраженным световым потоком.

Метод удельной мощности. Этот метод является упрощенной формой расчета освещенности методом коэффициента использования. Расчет по удельной мощности применяется для определения мощности осветительной установки при общем равномерном освещении, а также для оценки правильности произведенного светотехнического расчета. Данный способ непригоден для расчета локализованного освещения, а также для расчета помещений, затененных громоздким оборудованием.

Произведём расчёт по методу коэффициента использования.

Метод коэффициента использования. Данный метод применим, и дает достаточные для практики результаты при расчете общего равномерного освещения. При этом определяется освещенность поверхности с учетом как светового потока, падающего непосредственно на освещаемую поверхность, так и отраженного от стен, потолков и самой освещаемой поверхности.

Порядок расчёта по методу коэффициента использования следующий:

1.Выбран тип светильника преимущественно прямого света (Н) с глубокой кривой света, высота его подвеса Нп = 14 м и число светильников верхнего освещения n = 16.

2. Минимальный нормируемый уровень освещенности Е = 200 лм.

3. Определяю коэффициент использования осветительной установки. На рабочую поверхность падает не весь световой поток установленных ламп, так как некоторая часть его поглощается осветительной арматурой, стенами и потолком. Следовательно,

(1.7)

где n — число ламп, Ф_л — световой поток одной лампы.

Коэффициентом использования светового потока осветительной установки называется отношение светового потока, подающего на поверхность, равную площади помещения, к суммарному световому потоку всех источников света

. (1.8)

Коэффициент использования определяю по выражению:

(1.9)

где з_С — КПД светильника, з_П — коэффициент использования помещения, определяемый по светотехническому справочнику с учетом коэффициентов отражения с_пот = 0,3 — потолка, с_ст = 0,1 — стен, с_п = 0,1 — пола, а также индекса помещения

(1.10)

где a и b — длина и ширина помещения.

Используя таблицу 3.1 [4 стр.102] для ДРЛ ГсЛР с глубокой кривой света находим коэффициент использования: з = 0,36 (36%).

4. Коэффициент запаса Кз = 2,0.

5. Поправочный коэффициент рассчитывается по формуле:

. (1.11)

Значение z для ламп накаливания и ДРЛ, равным 1,15. Отсюда Е ср = 230 лм.

6. Рассчитываю световой поток лампы. Нормативные документы устанавливают наименьшие величины освещенности. С учетом вышесказанного получаю:

. (1.12)

Тогда выражение для определения светового потока отдельной лампы будет следующим:

(1.13)

7. По расчётному потоку подбираю стандартную лампу, поток которой не должен отличаться от требуемого расчетом более, чем на -10 и +20%. По таблице 60 справочника [5 стр.114] выбираю лампы типа ДРЛ400 с мощностью 400 Вт со световым потоком Фном = 22 000 лм. Определяю отклонение Фрасчётной от Фном = 22 000 лм Д +17,6%. Отклонение освещённости для цеха соответствуют норме, поэтому в цехе устанавливаю лампы ДРЛ 400.

8. Максимальная освещенность поверхности определяется выражением

. (1.14)

Согласно нормам максимальная освещённость не должна превышать нормативный показатель в 2,0 раза. Данное условие выполняется, значит лампы выбраны верною

9.По таблице 59 выбираю тип лампы для местного освещения со средней мощностью ЛБ80, из-за больших размеров освещаемой площади.

10. Результаты выбора светильников свожу в таблицу 1.5.

Таблица 1.5

2. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор напряжения питания Для светильников общего освещения разрешается применять напряжения:

· не выше 380/220 В переменного тока — при заземленной нейтрали;

· 220 В — при изолированной нейтрали.

Для светильников местного стационарного освещения с лампами накаливания должны применяться напряжения:

· в помещениях без повышенной опасности не выше 220 В;

· в помещениях с повышенной опасностью не выше 50 В.

Напряжение большинства выпускаемых промышленностью источников света не превышает 220 В, что соответствует требованиям электробезопасности. Для газоразрядных ламп, рассчитанных на напряжение 380 В, допускается применять линейное напряжение 380 В системы 380/220 В.

Для системы комбинированного освещения выбираю согласно ТУ для питания газоразрядных ламп ДРЛ400 и ЛБ80 напряжение питания 380/220 В с заземлённой нейтралью (номинал трансформаторов 400/231).

2.2 Выбор схемы питания Электрическая осветительная сеть состоит из следующих звеньев (рисунок 2.1): распределительное устройство трансформаторной подстанции 1, питающая сеть 2, магистральный щиток 3, щитки аварийного 4 и групповые щитки рабочего 5 освещения, групповая сеть 6, а также источники света 7. Сети освещения разделяются на питающие и групповые. К питающей сети относятся линии от трансформаторных подстанций или других точек питания до групповых щитков, к групповой сети — линии от групповых щитков до осветительных приборов.

В начале каждой питающей линии устанавливаются аппараты защиты и отключения. В начале групповой линии обязателен аппарат защиты.

Рисунок 2.1. Структура осветительной сети Магистральные осветительные щиты получают питание одной мощной линией от подстанции, а затем осуществляют распределение электроэнергии между присоединёнными к ним групповыми щитками. Групповые щитки, в которых устанавливаются аппараты защиты и управления для групповых линий, предназначены для питания непосредственно осветительных приборов.

Схемы питающих сетей могут быть как радиальные, так и магистральные. В основном при решении вопроса питания осветительных установок руководствуются компоновкой помещений. С одной стороны, при использовании большого числа радиальных линий увеличивается общая протяженность сетей. С другой стороны, при использовании магистралей могут чрезмерно возрастать сечения проводников. Выбираю схему (рисунок 2.2), где питание происходит через магистральный щиток.

При распределении светильников между линиями групповой сети следует руководствоваться установленными ПУЭ предельными данными по максимальному току аппаратов и числу подключенных ламп. Например, в каждую фазу групповой линии включается не более 20 ламп накаливания, ДРЛ или не более 60−100 люминесцентных ламп в зависимости от максимальной единичной мощности источника света.

Рисунок 2.2. Схема питания осветительных сетей через магистральный щиток: 1 — групповые щитки рабочего освещения, 2 — отходящие линии силовых электроприёмников, 3 — щитки аварийного освещения.

Групповые линии выполняют одно-, двухи трёхфазными. Выбираю групповые линии трёхфазными, т.к. увеличение фазности уменьшает уровень пульсаций освещенности. При построении групповых сетей для трёхфазных систем переменного тока применяются следующие схемы с глухозаземлённой нейтралью или с изолированной нейтралью.

Рисунок 2.3. Схема групповых сетей Выбираю схему построения групповых сетей четырёхпроводную трёхфазную (рисунок 2.3) с глухозаземлённой нейтралью. В качестве способа подключения осветительных приборов по фазам групповой линии предпочтительным является A-B-C-A-B-C… Данный вариант наиболее оптимален как с точки зрения снижения пульсаций освещенности, так и равномерности распределения освещенности.

Выбранные способы питания сетей соответствуют пунктам СНиП 23−05−95: 6.1.3. Питающая осветительная сеть — сеть от распределительного устройства подстанции.

6.1.4. Распределительная сеть — сеть от ВУ, ВРУ, ГРЩ до распределительных пунктов, щитков и пунктов питания наружного освещения.

6.1.5. Групповая сеть — сеть от щитков до светильников, штепсельных розеток и других электроприемников.

6.1.6. Для ламп типа ДРЛ, ДРИ, ДРИЗ, ДНаТ может применяться как групповая, так и индивидуальная компенсация реактивной мощности. При наличии технико-экономических обоснований допускается применение указанных ламп без устройства компенсации реактивной мощности. При групповой компенсации должны отключаться компенсирующие устройства одновременно с отключением ламп.

6.1.13. Для питания осветительных приборов общего внутреннего и наружного освещения, как правило, должно применяться напряжение не выше 220 В переменного или постоянного тока. В помещениях без повышенной опасности напряжение 220 В может применяться для всех стационарно установленных осветительных приборов вне зависимости от высоты их установки.

6.2.2. Питание светильников местного освещения (без понижающего трансформатора или через понижающий трансформатор) может осуществляться при помощи ответвления от силовой цепи механизма или станка, для которого предназначен светильник. При этом может не устанавливаться отдельный защитный аппарат в осветительной цепи, если защитный аппарат силовой цепи имеет ток установки не более 25 А. Ответвление к светильникам местного освещения при напряжении более 50 В в пределах рабочего места должно выполняться в выполненных из негорючих материалов трубах и коробах и других механически прочных конструкциях.

2.3 Выбор марки проводников и способа прокладки В качестве проводникового материала для выполнения сетей применяются алюминий и медь. Наибольшее распространение получили провода и кабели с алюминиевыми жилами в основном вследствие своей большей экономичности. Применение же медных проводников, обладающих несколько лучшими характеристиками (меньшее удельное сопротивление, большая механическая прочность), рекомендуется в помещениях с химически агрессивными средами, с большим уровнем вибрации, во взрывоопасных помещения, а также в жилых зданиях.

Основные рекомендации по использованию конкретных видов и марок проводников в зависимости от характеристики окружающей среды и особенностей помещения приводятся в нормативно-технической литературе. Среди наиболее распространенных видов электропроводки можно применяют следующие:

· незащищенные изолированные провода (АПРТО, АПВ, АРТВ);

· защищенные провода (АПРФ);

· кабели (АВВГ, АВРГ, АНРГ);

· осветительные шинопроводы (ШОС).

По способу выполнения электропроводки в зданиях подразделяются на открытые и скрытые. В настоящее время в общественных, административно-бытовых, инженерно-лабораторных и других подобных зданиях, должна применяться скрытая прокладка проводов. Скрытая проводка выполняется: в имеющихся каналах и пустотах строительных конструкций, в зазорах между плитами, в слое штукатурки, в специально подготовленных бороздах и т. д. При необходимости выполнения сменяемой проводки возможна прокладка проводов в полиэтиленовых или стальных трубах.

Согласно СНиП 23−05−95 пункту 6.1.31 сечение нулевых рабочих проводников трехфазных питающих и групповых линий с лампами люминесцентными, ДРЛ, ДРИ, ДРИЗ, ДНаТ при одновременном отключении всех фазных проводов линии должно выбираться:

1. Для участков сети, по которым протекает ток от ламп с компенсированными пускорегулирующими аппаратами, равным фазному независимо от сечения.

2. Для участков сети, по которым протекает ток от ламп с некомпенсированными пускорегулирующими аппаратами, равным фазному при сечении фазных проводников менее или равном 16 мм² для медных и 25 мм² для алюминиевых проводов и не менее 50% сечения фазных проводников при больших сечениях, но не менее 16 мм² для медных и 25 мм² для алюминиевых проводов.

По пункту 6.1.32 при защите трёхфазных осветительных питающих и групповых линий предохранителями или однополюсными автоматическими выключателями при любых источниках света сечение нулевых рабочих проводников следует принимать равным сечению фазных проводников.

Выбираю марку кабелей для скрытой прокладки АВВГ для напряжения до 660 В с номинальным сечением от 2,5 до 50 мм². Оптимальным сечением алюминиевого и нейтрального провода следует считать 25 мм². Выполним проверку сечения кабеля на нагрев и потерю напряжения.

2.4 Расчёт сечения проводников по нагреву и потере напряжения В зависимости от характера производства и назначения помещений часть ламп по различным причинам обычно не включена, поэтому при расчете сетей электрического освещения пользуются расчетной мощностью, которая определяется с использованием коэффициента спроса.

(2.1)

где n — количество ламп, Р — мощность одной лампы, К_с — коэффициент спроса, б — коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующей аппаратуре.

Для люминесцентных ламп при стартерных схемах включения коэффициент б равен 1,2, для ламп ДРЛ — 1,1.

Коэффициенты спроса для некоторых объектов приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1.Величины К_с для различных объектов

Рассчитываю мощность сети освещения по формуле 2.1:

Реактивная мощность осветительной установки вычисляется по формуле:

. (2.2)

При этом коэффициент реактивной мощности определяется видом источников света. Для газоразрядных ламп при использовании компенсированных схем пускорегулирующих устройств tgц равен 0,9−0,95, без компенсации реактивной мощности — 0,5−0,75.

Рассчитываю реактивную мощность осветительной установки по формуле 2.2 при использовании компенсации пусковых устройств:

.

2.4.1 Выбор сечений проводников по нагреву.

Для трёхфазной сети ток осветительной сети определяется по формуле:

(2.3)

где P_p — активная расчетная мощность нагрузки трёх фаз, cosц=0,91 — коэффициент мощности нагрузки, U_л — линейное напряжение сети.

В соответствии с расчётным током по справочной литературе определяется длительно допустимая токовая нагрузка проводника. При этом согласно ПУЭ сечение нулевых рабочих проводников трехфазных питающих и групповых линий должно выбираться:

· для участков сети, по которым протекает ток от газоразрядных ламп с компенсированными пускорегулирующими аппаратами, а также при защите трехфазных осветительных питающих и групповых линий предохранителями или однополюсными автоматическими выключателями при любых источниках света, сечение нулевых рабочих проводников следует принимать равным сечению фазных проводников;

· для участков сети, по которым протекает ток от газоразрядных ламп с некомпенсированными пускорегулирующими аппаратами — не менее половины сечения фазных проводников при больших сечениях, но не менее 16 мм² для медных и 25 мм² для алюминиевых проводов.

2.4.2 Выбор сечений проводников по потере напряжения.

Источники света, применяемые в сетях электрического освещения весьма чувствительны к потерям напряжения. Поэтому в осветительных сетях важно обеспечить допустимый уровень напряжения, указанный ПУЭ.

Общая потеря напряжения в сети до наиболее удаленного светильника

(2.4)

где ДU_д — располагаемая потеря напряжения в сети, U_хх — номинальное напряжение при холостом ходе трансформатора, U_min — допустимая величина напряжения у наиболее удаленного светильника, ДU_Т — потеря напряжения в трансформаторе.

В выражении (2.4) напряжение холостого хода трансформаторов принимается равным 105% номинального значения напряжения ламп, допускаемое снижение напряжения по ГОСТ 13 109–97 у ламп рабочего освещения промышленных зданий составляет 2,5%.

Общие потери напряжения в сети зависят от ДU_Т мощности питающего трансформатора, его загрузки и коэффициента мощности сети. Определенные по формуле (2.4) значения ДU_д с общей расчётной нагрузке трансформаторной подстанции, от которой запитаны осветительные сети.

Расчёт сечения трёхпроводной линии рассмотрим на примере определения потерь напряжения в двухпроводной сети (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4. Однолинейное изображение двухпроводной линии Потеря напряжения в двухпроводной линии равна разности абсолютных величин напряжения в начале и в конце линии. При этом для определения потери напряжения в двухпроводной сети достаточно определить потерю напряжения в одном проводе и полученный результат удвоить. Для линии с n ответвлениями

(2.5)

где I — токи в ответвлениях линии, R — сопротивления проводов от начала линии до соответствующего ответвления. Полагая сечение и материал проводов вдоль всей линии одинаковыми, получим выражение для определения потери напряжения:

(2.6)

где г — проводимость проводов, S — сечение участков линии, L — длины проводов от начала линии до соответствующего ответвления. Перейдя в выражении от токов к заданным мощностям ответвлений, получаем окончательное выражение для потери напряжения

(2.7)

где P — мощность электроприемников каждого ответвления. Все приведённые выводы справедливы и для трёхфазных сетей. Тогда с учетом выражения (2.7) сечение линии, рассчитанное по потери напряжения можно определить следующим образом:

(2.8)

где М — момент нагрузки, равный, С — коэффициент, зависящий от напряжения и материала проводника и включающий в себя в постоянные величины выражения (2.8). Возможные значения С приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 Значения коэффициента С

Отдельные участки сети могут быть выполнены проводниками разного сечения, то возникает проблема наиболее экономичного распределения потерь напряжения между отдельными звеньями сети. При этом расчет следует производить по условиям общего минимума расхода проводникового материала. В этом случае сечение каждого участка определяется с учетом приведенного момента

(2.9)

где УМ — сумма моментов данного и всех последующих участков, с тем же числом проводов в линии, Уm — сумма моментов питаемых через данный участок линий с иным числом проводов, б — коэффициент приведения моментов (таблица 2.3).

Таблица 2.3 Значения коэффициента б

С учётом вышесказанного расчёт моментов нагрузки для групповых линий по формулам (2.8, 2.9):, кВт С учётом ответвлений, площадь сечения проводника:

мм²,

где У М — сумма моментов участков с одинаковым числом проводов;

У б^.m — сумма моментов всех ответвлений, питаемых данным участком и имеющих иное число проводов в линии, чем на этом участке, б = 1,39 — коэффициент приведения моментов, зависящий от числа проводов на участке и в ответвлениях (таблица 2.3),

Кс = 44 — схемный коэффициент для трёхфазной сети с нулём 380/220 В, выполненной с помощью алюминиевого провода (таблица 2.2),

ДUp = 2,5% - допустимые потери напряжения для ламп ДРЛ.

Выражение для S соответствует методу расчёта проводникового материала по

наименьшему его расходу. Он последовательно применяется ко всем участкам сети, начиная с ближайшего к источнику питания (щитку).

Рассчитываю моменты нагрузки для общего освещения:

Рассчитываю моменты нагрузки для местного освещения:

Сечение проводников от магистрального щита до групповых щитков:

Подбираю ближайшее стандартное сечение равное 4 мм². По справочнику подбираю кабель марки АВВГ 4×4, у которого количество жил 4 и сечение жилы составляет 4 мм². Выбранное сечение кабеля может выдержать токовые нагрузки до 24 А (Iр = 20,7 А) [4 таблица 6−1 стр.198]. С учётом электрического запаса по току выбираю сечение 6 мм² с допустимым током 29 А. Окончательно от магистрального щитка до групповых прокладываю кабель АВВГ 6×4.

Определяю действительные потери напряжения по формуле (2.4):

.

Для группового щитка 1 (ГЩ1), питающего верхние ряды ламп:

.

Для группового щитка 2 (ГЩ2), питающего нижние ряды ламп:

.

Определяю сечение проводов на участках общего освещения:

Принимаю кабель для общего освещения АВВГ сечением жил 2,5 мм².

Определяю сечение проводов на участках местного освещения:

Принимаю кабель для местного освещения АВВГ сечением жил 2,5 мм².

Принимаю кабель АВВГ 2,5×2 на всех групповых участках.

Рисунок 2.5 Сеть комбинированного освещения На рисунке 2.5 приведена схема освещения цеха в масштабе 1: 150. Групповой щиток 1 ГЩ1 и групповой щиток ГЩ2 питаются от магистрального МЩ. На МЩ питание приходит от трансформаторной подстанции расположенной вне стен цеха. Проводка общего освещения прокладывается на фермах на высоте 14 м, а проводка местного освещения на уровне 3 м скрытной. Щитки в цехе прикрепляют на доступной для обслуживания высоте выбираю 1,5 м.

2.5. Выбор защитно-коммутационных аппаратов

2.5.1 Нормы на защиту осветительной сети Осветительные сети независимо от способа их прокладки должны быть защищены от токов короткого замыкания и перегрузки.

Защита осветительных сетей осуществляется при помощи плавких предохранителей или автоматических выключателей, установленных на щитах подстанции, магистральных и групповых щитках.

Номинальные токи аппаратов защиты выбираю наименьшими по расчетным токам соответствующих участков сети, но вместе с тем они не должны срабатывать при случайных пиках нагрузки. В осветительных сетях такие пики создаются из-за наличия у источников света пусковых токов. Наиболее неблагоприятны в этом отношении газоразрядные лампы высокого давления. С учетом этих условия следует выбирать защитный аппарат по условию:

(2.10)

где I_з.ап. — ток защитного аппарата, К — коэффициент, учитывающий пусковой ток источника света, I_р — расчетный ток линии. Коэффициент К принимает значения 1,0−1,4 в зависимости от используемых источников света.

ПУЭ устанавливают наряду с проверкой на допустимые нагрев и потерю напряжения определенные соотношения между токами защитных аппаратов и длительно допустимыми токами проводников, т. е. пропускной способностью проводов и кабелей. В соответствии с этим, в сетях, защищаемых только от токов КЗ (не требующих защиты от перегрузки) должно обеспечиваться условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам проводников аппараты защиты имели кратность не более:

· 300% для номинального тока плавкой вставки предохранителя;

· 450% для тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный расцепитель (отсечку);

· 100% для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки);

· 125% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратной зависящей от тока характеристикой.

В сетях, защищаемых от перегрузок, должно быть обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам аппараты защиты имели кратность не более:

· 80% для номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный расцепитель, — для проводников с поливинилхлоридной, резиновой изоляцией; для проводников, прокладываемых в невзрывоопасных производственных помещениях промышленных предприятий, допускается 100%;

· 100% для номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимальный расцепитель, — для кабелей с бумажной изоляцией;

· 100% для номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратно зависящей от тока характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки) — для проводников всех марок;

· 100% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратно зависящей от тока характеристикой — для проводников с поливинилхлоридной, резиновой изоляцией;

· 125% для тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратно зависящей от тока характеристикой — для кабелей с бумажной изоляцией.

В случае, когда при удовлетворении этих условий, ток не совпадает с допустимым током проводника, разрешается применять провод ближайшего меньшего сечения. Однако при этом он не должен быть меньше расчетного тока линии.

Согласно пункту СНиП 23−05−95 6.1.16 для питания светильников местного стационарного освещения с лампами накаливания применяется напряжение 220 В в помещении с повышенной опасностью. В этом случае должно быть предусмотрено или защитное отключение линии при токе утечки до 30 мА, или питание каждого светильника через разделяющий трансформатор (разделяющий трансформатор может иметь несколько электрически несвязанных вторичных обмоток). По пункту 6.1.38 защитное заземление металлических корпусов светильников общего освещения с лампами накаливания и с лампами люминесцентными, ДРЛ, ДРИ, ДРИЗ, натриевыми со встроенными внутрь светильника пускорегулирующими аппаратами следует осуществлять: в сетях с заземленной нейтралью — присоединением к заземляющему винту корпуса светильника РЕ проводника. Заземление корпуса светильника ответвлением от нулевого рабочего провода внутри светильника запрещается.