A36 Методика комплексного решения задач по выбору сечения проводников осветительной сети

Вайнштейн В.Б., ООО «Томский Нефтехим»; Никитин В.Д., ТПУ; г. Томск

Скачать доклад в .pdf | Читать комментарии и вопросы

1.   Расчёт сечения проводников является центральной, ответственной и массовой  операцией, определяющей «электротехнический пейзаж» осветительной установки. Расчёт усложняется многокритериальным характером выбора значения сечения.

Анализ областей S=S(P,I,L,e) для каждого участка сети выделяет как определяющий (критический) расчёт по току нагрева I,  потере напряжения e, механической прочности МП и дан принципиально на рис.3.1.1 в [1]. Целью данной работы является решение задачи выбора сечения (решение системы неравенств) в поле I/ε//МП с достаточной для технических целей точностью.

               S ≥ S(МП) - выбор (расчёт) по механической прочности;

               S ≥ S(IР) - выбор (расчёт) по току нагрева;

               S ≥ S(P,L,ε) - выбор (расчёт) по потере напряжения.

В 70-е годы в ж. «Светотехника» были опубликованы (довольно «рыхлые») номограммы Полторака для расчёта сетей по потере напряжения. Большое количество номограмм для различных случаев, необходимость запоминать промежуточные данные для дальнейшей работы заметно затрудняли использование этих номограмм.

Для решения этой задачи нами предлагается графический метод (см. рис. 1).

Допустимое минимальное сечение по току однозначно определяется материалом проводника, мощностью нагрузки Р, коэффициентом мощности cosj, температурными условиями окружающей среды и коэффициентом теплопередачи. Способы прокладки, при которых допустимые токи отличаются друг от друга менее технической точности (2 %), объединены.

Принципиальный характер выбора сечения приведён в [1]. В данной номограмме предлагается количественное решение этой задачи.

На поле номограммы S(P) наложено поле e(М=РL), что позволяет сравнить реальную потерю напряжения на участке с допустимой и при необходимости скорректировать значение сечения. Математический (номографический) анализ предлагаемого чертежа содержится в [2].

2.   Особенности построения номограммы:

1) Расчёт сечения по току до какой-то степени противоположен обычному расчету, который идёт по пути I = P U-1 cosj-1 и сравнения полученного тока с табличными значениями S(Iд)\Iд(S) для данного способа прокладки.

Поскольку допустимые токи для каждого способа прокладки получены умножением значения соответствующего исходного тока на некий коэффициент К1, определяемый выбранным способом прокладки, то в номограмме принят Iусл. = P/(К1 cosj), что позволяет пропорционально сдвинуть шкалу «cosj» и сохранить единственную шкалу S(I) для каждого материала проводника, а затем, сохраняя поле S, сдвинуть группы шкал cosj для различных способов прокладки и материалов жил соответственно с различием их сопротивлений и условий охлаждения. Дискретность шкалы сечений, применяемых в практике проектирования и эксплуатации электрических сетей, упрощает задачу построения этой номограммы, ограничившись заранее заданными значениями, приведенными в нормативных материалах [3].

2) Потеря напряжения e = К2МS-1, что позволяет построить гладкую шкалу потерь e вдоль каждой линии S.

Для удобства пользования номограммой точки равных значений e в поле номограммы соединены непрерывной линией, хотя дискретность шкалы S позволяет говорить о непрерывности линий равных e только условно: между номинальными сечениями нет и не может быть реального значения потерь ввиду отсутствия табличных значений для них допустимых токов и, следовательно, положения этих сечений в поле номограммы.

Биение этих линий при сечениях 6 и 10 мм2 вызвано недостаточной обоснованностью значений допустимых токов, принятых для этих сечений нормативными документами [4] и не является недоработкой авторов.


Рисунок 1. Номограмма для расчёта сечения

Шкалы расчётных длин участков и коэффициентов мощности расположены:

  • для медных жил - в левой части номограммы;
  • для алюминиевых жил - в правой её части.

Шкалы коэффициентов мощности параллельны шкалам длин, а равные значения коэффициентов мощности на этих шкалах соединены между собой сплошными линиями для удобства пользования номограммой.

Способы прокладки для шкал коэффициентов мощности промаркированы:

  • А - открытая проводка;
  • В - 2 одножильных провода в трубе или один 2-жильный открыто;
  • С - 3 одножильных провода или один 2-жильный в трубе или один 3-жильный открыто;
  • D - 4 одножильных провода в трубе;
  • Е - один 3-жильный провод в трубе.

Условия охлаждения проводов и кабелей равных сечений согласно нормативным документам приняты одинаковыми.

Номограмма построена для трёхфазной сети 380/220 В. Верхние значения (1 фаза)  шкалы мощностей Р соответствуют: при неравномерно загруженной много- или однофазной сети при определении сечения по току - мощности наиболее загруженной фазы, а по потере напряжения - условной мощности Рε [5]. Нижние значения (3 фазы) шкалы мощностей соответствуют мощности 3-фазной равномерно загруженной сети.

Цифры на поле номограммы: между нижними синими линиями - сечение жилы; следующий ряд между второй и третьей синими линиями - допустимый ток для медных жил при открытой прокладке; между третьей и четвёртой линиями - то же для алюминиевых жил.

3. Порядок решения задачи «выбор сечения для данного участка сети» изложен ниже (см. табл. 1 и рис. 2 и 3). При работе с номограммой удобно пользоваться прозрачным угольником.

Таблица 1. Порядок расчёта сечения участка сети по номограмме

Выбор сечения по току (термической стойкости изоляции)     S(I)

Выбор сечения по потере напряжения на    участке или определение потери    S(e) - e(S)

По точке пересечения вертикальной линии от данной мощности и горизонтальной от данного коэффициента мощности при заданном способе прокладки определяем по красной линии (ближайшее большее) значение сечения проводника (но не менее допустимого по механической прочности!). По точке пересечения вертикальной линии от данной мощности и горизонтальной от расчётной длины участка при данном материале проводника находим немую косоугольную координату, по которой следуем до сечения, выбранного по току нагрева (см. левую колонку) или до допустимого значения потерь напряжения на участке, определяемым по синим линиям (если потери при сечении, выбранном по току, превышают допустимые).

Рисунок 2

Рисунок 3

4.   В качестве примера рассмотрим расчёт (выбор) сечения для цеховой групповой линии.

В цехе длиной 18 пролётов (108 м) групповой щиток установлен у колонны И (48 и 60 м от торцов, по 9 и 10 гнёзд светильников соответственно). Материал проводников - алюминий. Цех освещён металлогалогенными лампами Р = 700 Вт по 3 светильника в гнезде, потери в ПРА приняты 10%, итого мощность наиболее загруженных групп 3х0,7х1,1х10 = 23,1 кВт (при разбиении группы на две - 11,55 кВт). Коэффициент мощности групповой сети принят cosj=0,5. Сечение проводников по механической прочности - 6 мм2.

Таблица 2. Пример расчёта сети

Группа 23,1 кВт

Группа 11,55 кВт

через модуль

на каждый модуль

Сечение по току: пересечение горизонтали от 0,5 шкалы А и вертикали от 23,1 шкалы Р получаем значение 16 - больше 6 мм2 Сечение по току: на пересечении вертикали от значения 11,55 и горизонтали от значения 0,5 на шкале I получаем значение 6, что соответствует сечению, выбранному по механической прочности
Расчётная длина участка: L= 7+10+60:2=47м L= 7+10+30+30:2=62м
Потеря напряжения: пересечение вертикали от величины 23,1 и горизонтали от правой шкалы L 47 м - немаркированные прямые (наклон вправо), и по ней идём к сечению 16. Читаем e= 1,5 %. Потеря напряжения: на пересечении вертикали от значения 11,55 и горизонтали от правой шкалы L 47 - на немаркированную прямые (наклон вправо), и по ней идём к сечению 6.   e = 1,7 %. Потеря напряжения: на пересечении вертикали от значения 11,55 и горизонтали от правой шкалы L 62 - немаркированные прямые (наклон вправо), и по ней идём к сечению 6.  e = 3,0 %.

Итоговые данные: условный расход (мм2м) проводникового материала по вариантам

16х4х(7+10+60)=4928

6х4х2х(7+10+60)=3696

6х4х(7+10+60)+

+6х4х(7+10+30)=2496

Выбор проектировщиком одного из этих вариантов или переход к иным (например, дальнейшее разбиение групп либо увеличение сечения) зависит от задания на проектирование.

Выводы:

  • в отличие от предшествующих решений данный чертёж позволяет быстро и в комплексе выбрать сечение по единственному чертежу и выполнить проверку по допустимому току;
  • избавляет от необходимости пользоваться табл. 1.3.4÷7 в [3] и большинством табл. 12.6÷62 в [6].

Литература:

  1. Вайнштейн В.Б., Никитин В.Д.  Электрическая часть осветительных установок. Томск; изд. ТПУ, 1984 г., 94 с.
  2. Вайнштейн В.Б., Никитин В.Д.  Инженерное решение задач на определение сечения осветительных сетей. Вестник КрасГАУ, Красноярск; издание КрасГАУ, в печати.
  3. Правила устройства электроустановок (ПУЭ), 6-ое изд., М.; Энергоатомиздат, 2006, 648 с.
  4. Буянова Л.П., Никитин В.Д., Пашник К.П.  К вопросу о допустимых токах в проводах и кабелях сечением 6 и 10 мм2. Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города. Материалы IX Всероссийской научно-практической конференции. Стр. 127÷129. Красноярск; изд. КрасГАУ, 2008.
  5. Вайнштейн В.Б., Никитин В.Д., Трубач А.В.  Расчеты осветительных сетей по потере напряжения при неравномерной нагрузке фаз. Известия ТПУ. Томск; изд. ТПУ, в печати.
  6. Кнорринг Г.М., Фадин И.М., Сидоров В.Н.  Справочная книга для проектирования электрического освещения. Л. Энергоатомиздат, 1992.

Тематика:

Возможность добавлять комментарии отключена в связи с окончанием конференции.

 

Российская светотехническая интернет-конференция, 2009 г.
© Межрегиональное светотехническое общество
© Коллектив авторов
22 queries. 0.089 seconds.