4.2 Расчет электрических нагрузок электроосвещения

Проект освещения для крупных промышленных предприятий разрабатывается в две стадии – это технический проект и рабочие чертежи. Разработку техпроекта и чертежей производят в соответствии с условиями среды в помещениях, в полном соответствии с ПУЭ устанавливаются группы и категории среды, данные об источниках питания осветительных установок.

Расчет сечения проводов и кабелей осветительной сети цеха производится по допустимому току и механической прочности, значение тока определяется в зависимости от схемы сети и рода тока [24].

На планах питающей сети упрощенно показывается строительная часть зданий, изображаются щитки, у которых указываются номер и установленная мощность, наносятся линии сети с указанием марок и сечений кабелей и проводов. На планах основных помещений фрагментарно намечаются места установки светильников и щитков. Светильники, щитки и различное оборудование подсчитываются по планам и таблице показателей [14].

При разработке планов необходимо использовать комплекс условных обозначений и требований по выполнению надписей и цифр, указанных в ГОСТ 21-614-88 [1]. На планы наносят светильники, магистральные пункты, групповые щитки, понижающие трансформаторы, питающие и групповые сети, выключатели, штепсельные розетки, указывают обязательно названия помещений, нормируемую освещенность от общего освещения, класс пожаро- и взрывоопасных помещений, типы, высоту установки светильников и мощность ламп, способы проводки и сечения проводов и кабелей осветительных сетей (рисунок 4.2 а,б,в). Привязочные размеры мест установки светильников, щитков, отметки мест прокладки осветительных сетей указываются в случаях, когда необходимо точное фиксирование этих мест.

При проектировании зданий, ряд помещений которых имеет одинаковые светотехнические решения: светильники, осветительную сеть и другие одинаковые элементы - рекомендуется все решения наносить только для одного помещения, для других делают соответствующую ссылку на него. На общем плане этажа показывают только вводы в такие помещения.

Питающие и групповые сети на планах помещений наносят более толстыми линиями, чем строительные элементы здания и оборудования, число проводов в групповых линиях обозначают числом засечек, наносимых под углом 45 к линии сети.

Р исунок 4.2

В осветительных установках различают два вида освещения рабочее, аварийное и охранное. Рабочее освещение служит для обеспечения нормальных условий работы на каждом рабочем месте. Аварийное освещение может быть двух видов - для эвакуации и для про­должения работы.

При необходимости часть светильников того или иного вида освещения может использоваться для дежурного освещения (освещение в нерабочее время). Искусственное освещение проектируется двух систем: общее и комбинированное, когда к общему освещению добавляется местное (освещение рабочих мест). Рабочее освещение следует устраивать во всех помещениях зданий, а также для участков территорий, где производятся работы, движется транспорт [14].

Светотехническая часть проекта включает в себя выбор источников света, нормированной освещенности, вида и системы освещения, типа светильников, коэффициентов запаса и добавочной освещенности; расчет размещения светильников (определение высоты подвеса, расстояния от стен и между светильниками, числа светильников), светового потока и мощности лампы.

X

X

X

XX

-

X

XX

-

XXX

-

XX

Буква, означающая источник света (лампу): Н - накаливания общего назначения; С - лампы-светильники (зеркальные и диффузные); И - кварцевые галогенные (накаливания); Л - прямые трубчатые люминесцентные; Ф - фигурные люминесцентные; Э - эритемные люминесцентные; Р - ртутные типа ДРЛ; Г - ртутные типа ДРИ, ДРИШ; Ж - натриевые типа ДНаТ; Б - бактерицидные; К - ксеноновые трубчатые;

Буква, означающая способ установки светильника: С - подвесные; П - потолочные; В - встраиваемые; Д - пристраиваемые; Б - настенные; Н - настольные, опорные; Т - напольные, венчающие; К - консольные, торцевые; Р - ручные; Г - головные

Буква, означающая основное назначение светильника: П - для промышленных и производственных зданий; О - для общественных зданий; Б - для жилых (бытовых) помещений; У - для наружного освещения; Р - для рудников и шахт; Т - для кинематографических и телевизионных студий

Двузначное число (01-99), означающее номер cерии

Цифра (цифры), означающая количество ламп в светильнике

Цифры, означающие мощность ламп в Вт;

Трехзначная цифра (001-999), означающая номер модификации;

Буква и цифра, означающие климатическое исполнение и категорию размещения светильников по ГОСТ 15150-69

Рисунок 4.3

Электрическая часть проекта содержит: выбор мест расположения магистральных и групповых щитков, составления схемы питания и управления освещением, вида проводки и способа ее прокладки; расчет осветительной сети по допустимой потере напряжения с последующей проверкой сечения по длительному току и по механической прочности, защиты осветительной сети; рекомендации по монтажу осветительной установки; меры защиты от поражения электрическим током [14].

Для начала расчета необходимо выбрать тип светильников, установить величину нормируемой освещенности для принимаемых источников света (ламп накаливания или люминесцентных ламп), наметить их размещение. Потом следует рассчитать мощность осветительной установки и мощность применяемого источника света. Существуют следующие способы определения мощности ламп: метод удельной мощности; метод коэффициента использования; точечный метод.

Согласно ГОСТ 17677-82 условное обозначение светильника должно соответствовать указанному выше (смотри рисунок 4.3). Для производственных помещений используются чаще светильники типов ЖСП01-400 (КПД не менее 75%); РСП05 - (250-400-700 Вт) с cos =0,53; РСП08; ГСП17- (700-2000 Вт) с cos  = 0,43; ЛСП02(2х40-2х40-2х65-2х80-2х36-2х58 Вт) с cos  = 0,9; ЛСП06 (2х40-2х65-2х80 Вт) с cos  = 0,9; ЛСП13- (2х40-2х65 Вт) cos  = 0,92.

В помещениях с химически активной средой рекомендуется использовать светильники с корпусами из пластмассы и фарфора с отражателями, покрытыми силикатной эмалью, или светильники, специально предназначенные для этих условий. В пыльных помещениях целесообразно использовать амальгамные люминесцентные лампы, а также лампы меньшей мощности [14].

Таблица 4.3 – Коэффициенты спроса осветительных нагрузок

Таблица 4.4 – Удельная мощность (плотность) осветительной нагрузки, Вт/м²

Далее рассмотрим вышеназванные методы расчета мощности.

Метод расчета по удельной мощности.

Он может применяться для расчета общего равномерного освещения в помещениях площадью больше 10 м², с общим равномерным расположением светильников и одинаковой освещенностью по всему помещению, но он не применим для расчета локализованного освещения. Значения удельной мощности W, Вт/м² (мощность ламп на каждый квадратный метр площади освещаемого помещения) находятся по таблицам удельной мощности светильников.

Величина удельной мощности зависит от высоты подвеса светильников над рабочей поверхностью - с увеличением высоты удельная мощность увеличивается; размеров освещаемого помещения - с увеличением площади помещения удельная мощность уменьшается; величины нормируемой освещенности - с увеличением освещенности удельная мощность увеличивается; типа светильников; коэффициентов отражения потолка, стен и пола.

При использовании ламп накаливания расчет производят следующим образом:

1. Намечают тип и число светильников (ламп) в помещениях исходя из расчетной высоты h и расстояния между светильниками или рядами светильников L 1,5 h .

2. По таблице удельной мощности светильников (таблица 4.4) принимают значение удельной мощности W.

3. Определяют расчетную мощность одной лампы по формуле:

; (4.17)

4. По справочным таблицам выбирают ближайшую по мощности лампу.

Если мощность лампы значительно отличается от расчетной, то изменяют количество светильников или ламп.

При освещении люминесцентными лампами расчет производят в такой последовательности:

1. В зависимости от h, S, Е и типа светильника принимают значения удельной мощности W для ламп ЛБ. Удельная мощность для других ламп определяется умножением табличных данных на коэффициент: для ламп ЛХБ, ЛТБ - на 1,13; для ламп ЛД, ЛТБ80 - на 1,29; для ламп ЛДЦ - на 1,68.

2. Определяется количество люминесцентных ламп - n. Мощность одной лампы Р_Л принимается по справочным таблицам.

. (4.18)

3. По количеству ламп, устанавливаемых в одном светильнике n₁ и полному расчетному количеству их n определяется количество светильников:

. (4.19)

Намечаются места установки светильников с проверкой расстояния между светильниками и между рядами. Если расстояния оказываются больше расчетных (L=1,5h), то производят перерасчет на светильники с меньшим количеством ламп.

Расчет освещения методом коэффициента использования.

Коэффициент использования осветительной установки показывает, какая часть светового потока ламп падает на рабочую поверхность:

; (4.20)

где Ф - световой поток, падающий на рабочую поверхность, лм;

n - количество ламп;

Ф_Л - световой поток одной лампы, лм.

Величина коэффициента использования зависит от типа светильников, коэффициентов отражения потолка _П и стен _СТ, индекса помещения , учитывающего соотношение его размеров. Коэффициенты отражения чистых побеленных потолков и стен в сухих помещениях 70%, во влажных - 50%, бетонных потолков и стен, оклеенных обоями, - 30%.

, (4.21)

где А,В - длина и ширина освещаемого помещения, м;

h - расчетная высота, м.

Величину коэффициента использования определяют в процентах. В формулу расчета освещения коэффициент подставляют в долях единицы.

Расчет освещения лампами накаливания заключается в определении светового потока лампы Ф_Л:

, (4.22)

где Е_Н - нормируемая минимальная освещенность, лк;

S - площадь помещения, м²;

kз - коэффициент запаса, связанный со старением лампы и

запылением светильников.

Расчет освещения методом коэффициента использования (при освещении ЛЛ) заключается в определении количества необходимых ламп для обеспечения нормируемой освещенности. Расчетная формула имеет вид:

, (4.23)

где Z=1,15 - коэффициент минимальной освещенности, равный отношению средней освещенности Е_СР к нормированной минимальной Е_Н [24].

Расчет освещения точечным методом.

Точечный метод дает возможность определить в любой точке помещения освещенность как в горизонтальной, так и в вертикальной или наклонной плоскостях. В основном он применяется при расчете локализованного и наружного освещения в случаях, когда часть светильников закрывается расположенным в помещении оборудованием, при освещении наклонных или вертикальных поверхностей, а также для расчета освещения производственных помещений с темными стенами и потолком (литейные, кузнечные цехи, большинство цехов металлургических заводов и т.п.) [14].

В основу точечного метода положено уравнение, связывающее освещенность и силу света:

, (4.24)

где I_ - сила света в направлении от источника на заданную точку

рабочей поверхности ( определяют по кривым силы света или по

таблицам выбранного типа светильника);

 - угол между нормалью к рабочей поверхности и направлением

силы света к расчетной точке;

 - коэффициент, учитывающий действие удаленных от расчетной

точки светильников и отраженного светового потока от стен,

потолка, пола, оборудования, падающего на рабочую поверхность в расчетной точке (принимают в пределах  = 1,05...1,2);

k - коэффициент запаса;

Е – освещенность, лк;

h_p - высота подвеса светильника над рабочей поверхностью [14].

Перед началом расчета необходимо вычертить в масштабе схему размещения светильников для определения геометрических соотношений и углов.

Расчет точечным методом более сложен, чем расчет по удельной мощности и методом коэффициента использования. Расчет ведется по специальным формулам, номограммам, графикам и вспомогательным таблицам. Наиболее простым является определение освещенности в горизонтальной плоскости от светильников с ЛН с помощью графиков пространственных изолюкс. Такие графики строятся для светильников каждого типа и имеются в справочных книгах по проектированию электроосвещения. «Изолюксой» называется линия, соединяющая точки с одинаковой освещенностью.

На рисунке 4.4 по вертикальной оси отложена высота установки светильника над расчетной поверхностью h (м), а по горизонтальной оси - расстояние d (м). 30, 20, 15, 10, 7 (лк) ... - у каждой кривой нанесена освещенность в люксах от светильника, имеющего лампу со световым потоком равным 1000 лм.

Чтобы определить освещенность в точке А, необходимо знать величины h и d. Предположим, что h = 4 м, d = 6 м. Проведем на рисунке 4.4 горизонтальную линию от цифры 4 на вертикальной оси и вертикальную линию от цифры 6 на горизонтальной оси. Линии пересекаются в точке, через которую проходит кривая, обозначенная числом 1. Это означает, что в точке А светильник С создает условную освещенность Е =1 лк.

С - светильник; О - проекция светильника на расчетную плоскость; А - контрольная точка

Рисунок 4.3 - К расчету освещения точечным методом

Чтобы понять назначение пространственных изолюкс и сущность расчета по ним, сделаем простой рисунок (рисунок 4.3) Пусть в помещении установлен светильник С на высоте h над расчетной поверхностью, например, над полом. Возьмем на полу точку А, в которой необходимо определить освещенность. Обозначим расстояние от проекции светильника на расчетную плоскость О до точка А через d.

Рисунок 4.4 - Пространственные изолюксы условной горизонтальной

освещенности от светильника с матированным стеклом

Рисунок 4.5 - К расчету освещенности точечным методом

Расчет освещенности точечным методом от светильников с симметричным светораспределением (рисунок 4.5) рекомендуется вести в такой последовательности:

1. По соотношению d / h_p определяют tg и, следовательно, угол  и cos³, где d - расстояние от расчетной точки до проекции оси симметрии светильника на плоскость, ей перпендикулярную и проходящую через расчетную точку.

2. По кривой силы света (или табличным данным) для выбранного типа светильников и угла  выбирают I_.

3. По формуле (4.24) подсчитывают горизонтальную освещенность от каждого светильника в расчетной точке.

4. Определяют суммарную освещенность в контрольной точке, создаваемую всеми светильниками.

5. Вычисляют расчетный световой поток (в люменах), который должен быть создан каждой лампой для получения в расчетной точке требуемой (нормированной) освещенности.

По найденному расчетному световому потоку подбирают лампу требуемой мощности [14].