Расчет освещения люминесцентными лампами

В большинстве случаев светильники с люминесцентными лампами располагают в помещении под потолком параллельными рядами, при этом их соединяют либо в сплошную линию, либо с небольшими разрывами. Если отношение расстояния между светильниками в ряду λ к расчетной высоте их подвеса H_расч не превышает 0,5, т.е. λ/H_расч<0,5, то можно считать, что световой поток распределяется на освещаемой поверхности вдоль ряда равномерно и его можно рассматривать, как светящуюся линию. Так как протяженность светящейся линии соизмерима с расстоянием до освещаемой поверхности, формулы точечного метода, выведенные для точечных источников света (лампы накаливания и ДРЛ), в обычном виде для расчета освещения от светящейся линии с люминесцентными лампами неприменимы.

Ввиду сложности расчета освещения от световых линий или протяженных светильников по формулам, в практике широко распространен метод расчета с помощью кривых равных значений относительной освещенности (линейных изолюкс). По этим кривым, построенным для наиболее распространенных стандартных светильников, определяют горизонтальную освещенность е при расположении ламп над освещаемой поверхностью на высоте H_расч =1 м и световым потоком в 1000 лм, приходящимся на 1 м светящейся линии (плотность светового потока Ф'=1000 лм/м).

При определении относительной освещенности в точке А по линейным изолюксам предварительно необходимо найти относительные размеры

и ,

где р - расстояние от точки А до перпендикуляра, опущенного на расчетную плоскость из конца светящейся линии.

Если заданная точка не лежит против конца ряда светильников, то его делят на две части или дополняют условным отрезком, после чего относительные освещенности суммируют или вычитают, как показано на рисунке 6.

Рисунок 6 – Схема расчета освещенности для точек, не лежащих в конце светящейся полосы

При общем равномерном освещении в концах ряда освещенность имеет наименьшую величину. Если вблизи торцовых стен не производят работ, то некоторым уменьшением освещенности по сравнению с нормируемой Е_норм можно пренебречь. Если для данного помещения необходимо получить нормируемую освещенность Е_норм и в конце ряда, то либо продлевают ряд, либо в конце его удваивают число ламп. Если заданная точка освещается несколькими рядами, то значения е суммируются для всех рядов: Σе. Плотность светового потока ряда (лм/м) определяют из выражения

.

Полный световой поток ламп ряда (лм) .

Необходимую плотность светового потока ламп в ряду Ф'_ряда при заданной величине освещенности Е, коэффициента запаса k и коэффициента μ, учитывающего отражение поверхностей помещения, находят по формуле

.

Умножая Ф'_ряда на длину ряда светильников L, определяют общий необходимый поток всех ламп в ряду Ф_ряда. Делением общего потока на поток ламп в одном светильнике находят необходимое число светильников

.

Пример 4 – Для освещения производственного помещения площадью 12×6 = 72 м² применяют светильники ЛДР с двумя люминесцентными лампами ЛБ-40, подвешенные на высоте 3,6 м над освещаемой поверхностью. Предполагается расположить светильники в два ряда, как показано на рисунке 7. В пределах 2 м от каждой торцовой стены основные работы не производятся. Требуется обеспечить в пределах рабочей зоны освещенность Е=300 лк, приняв коэффициент запаса k=1,5.

Рисунок 7 – Схема к примеру 4

Из рисунка 7 определяем относительные величины

для отрезков а-б, г-д - ; ;

для отрезков б-в, д-е - ; .

По кривым равных значений относительной освещенности для светильника ЛДР находим

при р'₁ = 0,5 и L'₁ = 0,56 е₁ = 72 лк;

при р'₂ = 0,5 и L'₂ = 2,8 е₂ = 123лк.

Суммарная относительная освещенность

Σе = 2e₁ + 2е₂ = 2·72 + 2·123 = 390 лк.

Необходимая плотность светового потока с учетом μ = 1,1

.

Полный световой поток ламп в ряду Ф = Ф'L = 3776·12 = 45314 лм.

Световой поток двух ламп в одном светильнике Ф_св = 2·2850 = 5700 лм.

Число светильников в одном ряду n_св = Ф/Ф_св = 45314/5700 = 8.

Светильники размещаются в ряд с разрывами в 30 см.

3 Электрический расчет осветительных установок

3.1 Источники питания, схемы электрических осветительных сетей, управление осветительными установками

ОУ, как правило, запитываются от тех же трансформаторов цеховых ТП, что и силовые ЭП данного цеха.

Наиболее жесткие требования к надежности электроснабжения предъявляются к ОУ аварийного освещения зданий и установок без естественного освещения. В этом случае аварийное освещение должно запитываться от независимых ИП или автоматически переключаться на них при прекращении питания рабочего освещения. Более того, для зданий без естественного освещения независимо от наличия, от отсутствия аварийного освещения для продолжения работы необходимо устройство эвакуационного освещения, которое запитывается от независимого ИП и автоматически переключается на независимый ИП (аккумуляторную батарею, дизель-генераторную установку) при отключении ИП, питающего его в нормальном режиме.

В остальных помещениях для питания эвакуационного освещения не требуется независимого ИП, оно должно питаться по самостоятельным сетям, начиная со щита ТП, а для зданий, имеющих один ввод, начиная от этого ввода, т. е. рабочее и эвакуационно-аварийное освещение может питаться от одного трансформатора.

Для предприятий с круглосуточным режимом работы при питании рабочего освещения от нескольких ИП и выполнении его ЛН или ЛЛ разрешается не выделять отдельно рабочее и аварийное освещение. Ряды светильников, запитываемых от различных ИП, чередуются, и условно часть светильников относится к рабочему, а часть к аварийному освещению. Для аналогичных условий, но если предприятие не работает круглосуточно, необходимо выделить небольшую группу светильников для аварийного эвакуационного освещения, которое будет одновременно выполнять функции дежурного освещения.

Наиболее распространено напряжение питания рабочего освещения 220 В, реже (в ряде действующих ОУ) 127 В. В последнее время стало применяться напряжение 380 В (лампы ДРЛ мощностью более 2 кВт).

Для светильников с лампами накаливания, ДРЛ при напряжении 127 В и 220 В, устанавливаемых в помещениях особо опасных при высоте установки менее 2,5 м, конструкция их должна исключать возможность доступа к лампе без применения какого-либо приспособления или специального инструмента.

Для питания светильников местного стационарного освещения и ручных переносных светильников в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных применяется напряжение 12 В.

Осветительные сети делятся на питающие и групповые. В начале питающей линии необходимо устанавливать аппарат защиты и аппарат отключения; в начале групповой линии установка аппарата защиты обязательна, а аппарата отключения нет, если такие аппараты устанавливаются по длине линии.

Как правило, для питающей сети ОУ применяется магистральная схема, выполненная кабелем или специальным шинопроводом. Рекомендуется питание от одной линии не более 4-5 групповых щитов, при этом если к линии подключено более 3-х щитков, на каждом из них необходимо предусматривать отключающий аппарат.

Схемы групповой сети радиальные. При 3-фазной системе с нулевым проводом осветительные сети могут быть 2- ,3- , 4-проводными.

Количество и мощность светильников, питаемых от одной групповой линии, ограничиваются условиями: автоматы и предохранители, устанавливаемые на осветительных щитках, должны быть с номинальным током не более 25 А, а групповые линии, питающие газоразрядные лампы мощностью 125 Вт и выше и лампы накаливания мощностью 500 Вт и выше на номинальный ток, не более 63 А.

Трехфазные групповые сети применяются в помещениях со значительной площадью, с большой суммарной мощностью светильников, а однофазные группы применяются для небольших помещений, где устанавливаются светильники небольшой мощности.

В производственных зданиях применяются следующие способы управления общим освещением: местное, централизованное (для крупных), дистанционное (для очень крупных) и автоматическое (очень редко).

Для защиты электроосветительных установок производственных зданий применяются, как правило, автоматы.

Кратности токов защитных аппаратов к расчетным нагрузкам и допустимым нагрузкам на проводники в зависимости от марки проводников, способов их прокладки для различных видов защит (от ТКЗ и перегрузки) приведены в [4].

3.2 Выбор сечений проводников осветительной сети

Расчетная электрическая мощность ОУ определяется из выражения

,

где P_ni - номинальная мощность ламп ОУ;

К_п - коэффициент, учитывающий потери в пусковой аппаратуре ОУ;

n- число ламп в ОУ;

К_со - коэффициент спроса.

Коэффициент спроса для расчетов групповой сети освещения и всех звеньев аварийного освещения принимается равным 1. Для питающих линий рекомендуются следующие значения К_со:

Коэффициент потерь мощности К_п в пускорегулирующей аппаратуре ПРА ОУ с газоразрядными лампами РЛ принимается равным: для газоразрядных ламп высокого давления К_п = 1,1 , для люминесцентных ламп ЛЛ со стартерными схемами К_п = 1,2; для ЛЛ с бесстартерными схемами К_п =1,3. При определении расчетного тока в электрической сети с ГРЛ необходимо всегда учитывать cos φ, который: для ГРЛВД cos φ = 0,5; для ЛЛ cos φ = 0,9.

В случае применения РЛВД для повышения cos φ с 0,5 до 0,9, необходимая мощность конденсаторов выбирается 1,2 квар на 1 кВт суммарной мощности ОУ. Для КРМ в ОУ используются специальные комплектные конденсаторные установки типа УК 0,38 мощностью 18, 25, 36, 50 квар. ККУ включаются, как правило, в групповую трехфазную сеть. Устройство компенсации является неоправданным, если мощность присоединенных к трансформатору ОУ с лампами ДРЛ и ДРИ не превышает 1 0 % его номинальной мощности.

Электрический расчет и выбор сечения проводников для ОУ производится по тем же правилам, что и для силовых установок, только для осветительной сети обычно основным является расчет по ΔU, а затем выбранный проводник проверяют по длительному нагреву током нагрузки.

Для определения сечений осветительных сетей, если освещение выполнено лампами накаливания, часто применяют формулу

,

где М - момент нагрузки;

С - коэффициент, учитывающий величину напряжения, систему питания (2-, 3-, 4-проводная) и материал провода (таблица 16).

При расчете сетей по потере напряжения допускается пренебрегать реактивным сопротивлением линий и пользоваться таблицами моментов нагрузки кВт·м в случаях:

- при cos φ = 1 (ЛН);

- при cos φ = 0,9 (газоразрядные лампы с компенсацией реактивной мощности);

- при проводке, выполненной кабелем, проводами в трубах или многожильными проводами сечением до 70 (120) мм² включительно, а при проводке на изолирующих опорах - до 16 (25) мм² включительно;

- при cos φ = 0,5 - 0,6 (газоразрядные лампы без компенсации), если проводка выполнена кабелем, проводом в трубах или многожильными проводами сечением до 16 (25) мм включительно (в скобках приведены сечения алюминиевых проводов).

Таблица 16 - Значения коэффициентов С, входящих в формулы для расчета сетей по потере напряжения

В остальных случаях реактивное сопротивление линий должно учитываться, и расчет следует проводить по токовым моментам или по моментам нагрузки с введением соответствующих коэффициентов.

При расчете разветвленной питающей сети и при одновременном расчете питающей и групповой сетей распределение потери напряжения ΔU_доп между участками сети производят по условиям общего минимума расхода проводникового металла. Сечение каждого участка сети определяется по ΔU_доп, располагаемой от начала данного участка до конца сети, и приведенному моменту М_п, определяемому по формуле

,

где М – момент нагрузки для участков питающей сети;

m - момент нагрузки для линий групповой сети;

α - коэффициент приведения моментов, численно равный корню квадратному из отношения массы проводникового металла в этих линиях к массе металла в трехфазных линиях, при равенстве нагрузок и потерь напряжения. Значения коэффициентов приведения моментов α представлены в таблице 17.

Таблица 17 - Коэффициенты приведения моментов α

В таблице 18 представлены технические характеристики предохранителей типа ПН2, применяемых для защиты осветительных сетей.

Таблица 18 - Технические характеристики предохранителей типа ПН2

Определив по М_п и ΔU сечение q данного участка (принимается ближайшее большее сечение), по q и фактическому моменту участка сети находим действительное значение ΔU. Последующие участки рассчитываются аналогично на оставшуюся потерю напряжения.

3.3 Компенсация реактивной мощности

Температурные источники света (чисто активное сопротивление) имеют cos φ = 1. Светильники с люминесцентными лампами работают только с пускорегулирующей аппаратурой (ПРА), в которой устанавливаются конденсаторы для компенсации реактивной мощности, поэтому их коэффициент мощности близок к 1. Светильники с разрядными лампами высокого давления (ДРЛ, ДРИ, ДНаТ) имеют отдельно устанавливаемые или встроенные в светильник ПРА без конденсаторов. Коэффициент мощности у комплекта лампы ПРА составляет 0,5 при питании напряжением 220В.

Как правило, в сетях напряжением 380/220 В используется групповая компенсация реактивной мощности, т.е. трехфазный конденсатор подключается к каждой трехфазной групповой линии.

Величину реактивной мощности, необходимой для повышения cos φ₁ до значения cos φ₂, определяют по формуле

,

где Р_ро - расчетная активная мощность осветительной установки.

Для групповой компенсации используют комплектные конденсаторные установки типа УК с разным количеством трехфазных конденсаторов мощностью 20 и 25 квар, которые устанавливаются совместно с групповыми щитками. Вместо групповых щитков можно использовать распределительные пункты серии ПР41 с автоматами и встроенными в пункты трехфазными конденсаторами.

3.4 Защита осветительных сетей

В осветительных сетях предусматривают защиту от токов КЗ. Защиту от перегрузки используют в случаях:

- для осветительных сетей жилых и общественных зданий;

- для сетей в пожароопасных помещениях и зонах;

- для сетей взрывоопасных помещений и взрывоопасных наружных установок;

- для сетей внутри помещений, выполненных открыто проложенными изолированными проводами с горючей оболочкой.

В качестве защитных аппаратов используются плавкие предохранители и автоматические выключатели. Наиболее распространенными типами предохранителей, применяемых в осветительных установках и сетях, являются предохранители типов ПР-2 и ПН-2.

При выборе защитных аппаратов в осветительных сетях необходимо учитывать наличие пусковых токов при включении мощных ламп накаливания (500 Вт и более) и ламп типа ДРЛ, ДРИ, ДНаТ (250 Вт и более). В момент включения этих ламп возникают переходные процессы, обусловленные разными значениями сопротивлений спирали ламп накаливания в холодном и нагретом состояниях и нестабильностью разряда в момент включения разрядных ламп высокого давления, что усугубляется действием ПРА.

Пусковой ток мощных ламп накаливания в 12 - 14 раз превышает их номинальный ток, а его длительность составляет 0,2 - 0,5 с. Для ламп ДРЛ пусковой ток в 2,5 - 3 раза превышает их номинальный ток, а его длительность 60 - 90 с. Для люминесцентных ламп пусковой ток превышает номинальный вдвое, а его длительность составляет 5 - 10 с. Однако из-за разновременности включения отдельных ламп повышенный пусковой ток в сети, питающей люминесцентные лампы, не наблюдается.

Условия выбора предохранителей

;

.

Для ламп накаливания мощностью менее 500 Вт и люминесцентных ламп

.

Для мощных ламп накаливания

.

Для разрядных ламп

;

.

В этих формулах U_н.пр и U_c - номинальные напряжения предохранителя и питающей сети; I_н.пр и I_н.вст - номинальные токи предохранителя и плавкой вставки; I_рo - расчетный ток осветительной сети; I_к⁽³⁾ - максимальный ожидаемый ток КЗ в месте установки предохранителя; I_п.отк -предельно отключаемый ток (т.е. значение тока КЗ, после отключения которого предохранитель не выходит из строя).

Выбранная плавкая вставка должна быть проверена на чувствительность к минимальному току КЗ

- в невзрывоопасных помещениях;

- во взрывоопасных помещениях,

где I_Kmin- ток однофазного КЗ в сетях с глухо заземленной нейтралью и ток двухфазного КЗ в сетях с изолированной нейтралью.

Условия выбора автоматических выключателей

;

;

;

или ПКС ,

где U_н.ав, U_c - номинальные напряжения автомата и сети;

I_н.ав, I_н.р - номинальный ток автомата и теплового расцепителя;

I_рo - расчетный ток осветительной сети;

I_дин - ток динамической стойкости автомата (максимальный ток КЗ, который способен пропустить автомат без остаточных деформаций деталей или недопустимого отброса контактов, приводящего к непригодности автомата); ПКС - максимальное значение тока КЗ, которое выключатель способен включить и отключить несколько раз, оставаясь в исправном состоянии;

i_уд - ударный ток КЗ (максимальное мгновенное значение полного тока трехфазного КЗ, наступающее обычно через 0,01 с после начала процесса КЗ).

Выбранный автоматический выключатель проверяется по чувствительности к минимальному току КЗ

или - для невзрывоопасной среды,

- для взрывоопасной среды,

где I_Kmin - имеет то же значение, что и для предохранителей;

I_со - номинальный ток расцепителей, реагирующих на токи КЗ (ток отсечки электромагнитного расцепителя);

I_ср - номинальный ток расцепителя, реагирующий на перегрузки (теплового расцепителя).

Токи срабатывания выбранных защитных аппаратов должны быть согласованы с длительно допустимым током провода или кабеля по условию:

,

где К_ср - поправочный коэффициент, учитывающий отличие температуры среды, в которой прокладывается провод или кабель, от температуры, нормируемой ПУЭ для заданного провода или кабеля;

I_доп - длительный допустимый ток провода или кабеля;

К_защ - коэффициент защиты (справочная величина);

I_з - параметр защитного аппарата (I_н.вст - для предохранителя и I_с.р – расцепителя, защищающего от перегрузки).

Аппараты защиты устанавливают в местах присоединения сети к источникам питания (шины подстанций, распределительные пункты и т.п.), на вводах в здания при питании от отдельно стоящих подстанций, на групповых щитках и начале групповых линий.

Приложение А

Таблица А1 - Светотехническая ведомость расчета освещения

Наименование помещения

Длина помещения, м

Ширина помещения, м

Высота помещения, м

Высота рабочей поверхности, м

Вид и система освещения

Тип источника света

Тип светильника

Высота подвеса светильника, м

Число светильников

Коэффициент запаса

Коэффициент отражения рабочей поверхности

Коэффициент отражения потолка

Коэффициент отражения стен

Нормируемая освещенность, лк

Коэффициент использования светового потока

Световой поток лампы, лм

Мощность лампы, Вт

Удельная мощность (по методу коэффициента использования), Вт/м2

Удельная мощность (по методу удельной мощности), Вт/м2

Освещенность в помещении, проверенная по точечному методу, лк

Суммарная установленная мощность осветительной установки помещения, Вт

Приложение Б

Таблица Б1 – Высота помещений цехов

№ № вариантов

Высота помещений в пролетах, м

№ № вариантов

Высота помещений в пролетах, м

№ № вариантов

Высота помещений в пролетах, м

№ № вариантов

Высота помещений в пролетах, м

а-в

в-г

г-е

а-в

в-г

г-е

а-в

в-г

г-е

а-в

в-г

г-е

12

Поиск по сайту: