Расчет линий электропередачи для освещения

Реализация любого инженерного проекта, который связан с электричеством требует выполнения множества подсчетов. Один из главных, называют осветительным.
 

При проектировании комплексов необходимо исходить из возможного количества требуемой электрической энергии. Именно руководствуясь этими свойствами проектировщик подбирает характеристики кабельно-проводниковой продукции, тока и защитной арматуры.

По ходу движения электричества, проводник на его пути создает определенное сопротивление — это служит причиной утери энергии. Это становится видно, когда к одной ветвей, к примеру, обеспечивающей освещение в доме или производственном корпусе, подключено довольно много пользователей, которые включают в свой состав некоторую численность ответвлений разного типа.

В итоге получается то, что напряжение на входе и выходе отдельного участка будет существенно отличается. Предельно удаленные пользователи получат уменьшенные параметры тока чем объявлено.
 
Следует отметить и то, что разделение электроэнергии получается не одинаковым и это негативно воздействует на функционирование оборудования.
 
Это обусловлено тем, что проводники, длительное время используемые под загрузкой, превышающей запланированную, через какое-то время, начинают работать в порядке стабильно высоких перегрузок. Вследствие этого появляется шанс возникновения короткого замыкания или возгорания. Это случается потому, что инженеры или ошиблись в выборе показателей профиля жгута, или просто пренебрегли этой операцией.
 
Именно поэтому, в ходе проектирования всегда надо помнить о том, что рабочий (номинальный) электроток не должен быть больше максимально допустимого уровня параметров энергии. В противном случае автомат выключения, который устанавливают для защиты установленных приборов от перегрузок перестанет быть активной.
 

В российских ЛЭП коэффициент довольно высок, в некоторых местах он лежит в интервале от 10 до 22%, во многих других государствах он составляет всего 4 - 6%. В итоге действия таких перегрузок возникает значительный перерасход, ложащийся на плечи конечных пользователей.

Возникает резонный вопрос, для чего необходимо проводить все эти работы, а особенно для устройств с малыми уровнями потребления электричества. Существует несколько причин:

• На основании полученных результатов определяют оптимальный электроток с допустимой силой на все устройства, расположенные в осветительном контуре.
• Руководствуясь уровнем нагрева проводников из-за действия тока подбирается профиль кабельно-проводниковой продукции, предназначенной для контура.
• Исходя из сечения и от объема предельной загрузки подбирают требуемую защитную арматуру.
• Подобные подсчеты необходимы для оформления разрешений и технических условий от местных электрораспределительных предприятий. Эти подсчеты станут основанием для получения разрешительной документации на подключение объекта к ЛЭП.

Указанные выше расчеты служат основанием безопасной эксплуатации установленных приборов, т. к., все ее компоненты правильно подобраны. В итоге в таких ветвях токи будут распределиться одинаково. Заодно будут уменьшены энерго потери вольтажа от неверно разделенных сопротивлений.
 
Следует отметить то, что в контурах с равной энерго нагрузкой, потери существенно меньше. Стоит иметь в виду то, что индуктивные загрузки могут вызвать вдвое большие энерго потери.
 
Перед тем как начать выполнение проектных работ необходимо понять, какое планируется сопротивление. Для этого требуется провести определение суммарной мощности всех источников света, запитывают из сети. Эта информация проектировщик получает возможность вычислить плановое сопротивление Рн подающей сети, и вводов в помещения различного назначения, в дома или производственные корпуса. Для ее определения, проектировщик должен определить сводную мощность ламп, вмонтированных в сеть. 

Для проведения этого используют формулу:

Мл. = Мс. * Кл.,
где Мс. – это мощность установленных осветительных устройств, Вт, а Кл. – их число, шт.
 
Результат полученный из вычисления применяют при нахождении объема сопротивления запитывающей сети.

Расчет объема загрузки проводят по выражению:

Pн = Мл. *Кспр.*Кп., 
 
Где, Мл. – это планируемая мощность всех световых устройств, Кспр. – показатель потребности, показывающий, насколько эксплуатируются лампы. Его эксплуатируют в качестве коррекции, которую вносят в результаты. На самом деле существует маленькая вероятность того, что источники света будут работать одновременно и на предельную энергию.
Кп. - это показатель утери в аппаратуре управляющей источниками иллюминации.
 
Этот показатель определяют опытным путем, но можно использовать и значение из приведенной ниже таблицы.

При проведении расчетов имеет смысл использовать в качестве коэффициента значение 0,95

Если в будущей сети реализуют смешанное питание объектов, например, и для организации иллюминации, и для работы оборудования, эти характеристики допускается суммировать.
Алгоритм для смешанных нагрузок выглядит так:
 
Нобщ. = Но + Нс
 
В выражении
Нобщ. – расчётная суммарная нагрузка, кVт;
Но – расчётная нагрузка световых приборов, кVт;
Нс – нагрузка силовая, расчётная кВт.

При определении сечения проводов, требуется рассчитать токи, по ним проходящие. Для комплексов из единственной фазы, состоящей из двух жил (силовой и ноля) используют уравнение:

Для линий в чей состав входят три жилы (две фазы и ноль) уравнение имеет вид:

При прокладке линий, в состав которых входят четыре жилы (трех фаз и ноля) задействуют выражение:

 
Как уже говорилось выше, ни в одной систем подачи мощности, утерь избежать не удается, другими словами это весьма распространенное и рядовое явление. Они происходят при передаче мощности до потребителя, так они растут и в местах ее разделения.
 
Подбор оптимального размера сечения кабельно проводниковой продукции позволит уменьшить долю снижения энергии до определенных в Правилах установки электрооборудования от 2,5 до 5 %.
 
Для проведения ключевого вычисления потерь вольтажа используют формулу:

Величина активного сопротивления определяется с использованием следующей формулы, она применима для жил из алюминия или стали:

При проектировании сетей, которые имеют протяженность в несколько километров, требуется учесть индуктивное сопротивление в проводах (ИСП). Оно оказывает серьезное влияние на размер потерь в линиях электропередачи. Опыт работы говорит о том, что при проведении аналогичных расчетов допустимо принимать ИСП, как 0,32 Ом на 1 км. Но этот параметр будет корректен только тогда, когда расстояние между жилами составляет не более 60 мм. Для жил с размером сечения 10 - 25 кв. мм. Применяют ИСП который равен 0,44 Ом/км. В таком допускается, то, что дистанция между проводами не будет превышать 100 мм.
 
Практика говорит о том, что в линиях с низким вольтажом, а именно их применяют для осветительных сетей довольно сложно получить равномерное распределение нагрузки. Именно, поэтому целесообразно использовать трехфазную линию. Таким образом появляется возможность равномерного распределения нагрузок, создаваемых источниками освещения.
 
Расчет потерь в трехфазных сетях производят по отдельной жиле, по алгоритму изложенному ниже. Он состоит из двух блоков. Первый показывает активные потери, второй реактивные.

 
В качестве примера рассмотрим расчет осветительной сети для теоретического объекта. Условия задачи показаны на схеме.

В этом случает в систему вмонтированы типовые светильники, в количестве 12 шт. И мощностью 400 Вт. Дистанция между ними составляет 6 м. Можно рассчитать дистанцию до центра в котором приложены нагрузки для каждой линии.P = P1 + (( Инт.*(N – 1)/2) 
Р1 - дистанция от распредщитка до первого источника света.
 
Для проведения расчета требуется поставить числовое значение размера от ламп до щитка.
P1 = 15,7 + (6 + ((12-1)/2) = 48,7 m
P2 = 21,4 + (6 + ((12-1)/2) = 54,4 m
P3 = 23,5 + (6 + ((12-1)/2) = 56,5 m
P4 = 27,3 + (6 + ((12-1)/2) = 60,3 m

После этого определяют расчетные нагрузки, они описаны во следующей части.
Рн = Мл. *Кспр.*Кп.
 
Так как электрические приборы однотипные, то искомое значение будет равным для всех линий подачи электроэнергии.
Рн = (12шт*0,4 кВт) *1,1*1 = 5, 28 кВт
 
В этом случае мощность подающей системы составляет - 5,28*0,95*4 = 20,1 кВт
Потом вычисляют момент нагрузки для каждой из систем. При определении характеристики применяют формулу
МН = Рн*Р
где Рн – расчётные энерго нагрузки, Р – расстояние.
 
Для каждой линии следует применять формулы:
МН1 = 5,28*48,7=257,1 kVt/m
МН2 = 5,28*54,4=287,2 kVt/m
МН3 = 5,28*56,5=298,3 kVt/m
МН4 = 5,28*60,3=318,4 kVt/m
 
Момент нагрузки подающей системы, при расстоянии до щитка в 1,25 м составит - МНс = 20,1 * 25 = 502,5 кВт/м. суммарный момент составит
МНс = 502,5+257,1+287,2+298,3+318,4 = 1663,5 кВт/м.
 
Теперь можно определить и объем потерь
Пн = Нн- Нмд-ПНс
где, Нп — номинальное напряжение, создаваемое при холостой работе трансформатора(принимаем на 105%).
Нмд — минимально допустимое напряжение самых отделенных по системе ламп(берём 95%);
ПНс — потери напряжения суммарные — до изучаемой сети, %(принимаем 3,56% и 3,64%).
 
Итак Пн = 105 – 95-(3,56-3,64) = 2,8 %
Рассчитаем, наконец, размер подходящего провода:
Сп = МНс/(К*Пн)
Сп = 1663,5 / (44*2,8) =13,5 мм2
Находим, какие токи будут проходить по сетям:

 
I = (20,1*103)/ (3*220*0,6) = 50,76 А
 
Определяем долю потерь напряжения сетей по отдельности.
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%
 
Из показанных вычислений видно, что прогноз потерь соответствует нормативам, т. е. меньше 5%.