Нормирование потерь в осветительных сетях. Допустимые потери напряжения в сетях освещения

Нормирование потерь в осветительных сетях

Потери напряжения в осветительных сетях приводят к снижению светового потока у наиболее удаленных от источника питания светильников. Поэтому в процессе проектирования освещения всегда следует рассчитывать величину ожидаемых потерь, в первую очередь в наиболее протяженных и нагруженных линиях. Способы расчета потерь в зависимости от схемы групповой линии подробно изложены в статье . В данной работе рассмотрим вопросы нормирования допустимых потерь.

Выполнять электрические сети с потерями, не превышающими допустимый уровень, необходимо для обеспечения требований по отклонению напряжения от номинального значения на зажимах силовых электроприемников и наиболее удаленных светильников. Для общественных и жилых зданий в соответствии с первым абзацем пункта 7.23 Свода правил отклонения напряжения не должны превышать в нормальном режиме ±5%, а предельно допустимые в послеаварийном режиме при наибольших расчетных нагрузках - ±10%. В сетях напряжением 12-50 В (считая от источника питания, например понижающего трансформатора) отклонения напряжения разрешается принимать до 10%.

Для осветительных сетей промышленных предприятий допускают аналогичные (±5% в нормальном режиме и ±10% в послеаварийном) отклонения напряжения от номинального значения. Данные требования можно найти в нормах технологического проектирования (НТП) «Проектирование осветительных электроустановок промышленных предприятий. Внутреннее освещение. 1996. ВНИПИ «Тяжпромэлектропроект»».

Выполнить приведенные требования при проектировании освещения проектировщик может лишь при условии, что службы эксплуатации электростанций и подстанций осуществляют регулировку напряжения в соответствии с пунктом 1.2.23 ПУЭ: «Устройства регулирования напряжения должны обеспечивать поддержание напряжения на шинах напряжением 3-20 кВ электростанций и подстанций, к которым присоединены распределительные сети, в пределах не ниже 105 % номинального в период наибольших нагрузок и не выше 100% номинального в период наименьших нагрузок этих сетей».

Так как проектировщик осветительной сети не может отвечать за действия служб эксплуатации подстанций, то в проекте освещения выполняется только расчет потерь напряжения.

В России главный законодатель по проектированию освещения, по существу, отсутствует, и, как следствие, вводимые в ГОСТы требования по потерям в осветительных сетях ни с кем не согласовываются. Поэтому в действующих на сегодняшний день ГОСТах и других руководящих документах можно найти различные подходы к нормированию потерь. Особенно сложно воспринимаются ГОСТы, представляющие собой перевод на русский язык международных стандартов МЭК, которые утверждены и введены в действие в России. В силу несоответствия некоторых технических понятий и определений в разных языках такие переводы часто вызывают неоднозначность принятых в них норм.

В своде правил по проектированию и строительству СП 31-110-2003, требования которого учитывают и проектировщики, и инспекторы Ростехнадзора, в третьем абзаце пункта 7.23 установлена норма: «С учетом регламентированных отклонений от номинального значения суммарные потери напряжения от шин 0,4 кВ ТП до наиболее удаленной лампы общего освещения в жилых и общественных зданиях не должны, как правило, превышать 7,5%». Здесь словосочетание "как правило" означает, что данное требование является преобладающим, а отступление от него должно быть обосновано.

Допустимые потери в кабелях питающей сети (от шин 0,4 кВ ТП до ВРУ здания) указаны в действующей в настоящее время Инструкции по проектированию городских электрических сетей . В пункте 5.2.4. сказано: «Предварительный выбор сечений проводов и кабелей допускается производить исходя из средних значений предельных потерь напряжения в нормальном режиме: в сетях 10 (6) кВ не более 6 %, в сетях 0,38 кВ (от ТП до вводов в здания) не более 4 - 6 %.

Большие значения относятся к линиям, питающим здания с меньшей потерей напряжения во внутридомовых сетях (малоэтажные и односекционные здания), меньшие значения - к линиям, питающим здания с большей потерей напряжения во внутридомовых сетях (многоэтажные многосекционные жилые здания, крупные общественные здания и учреждения)».

Чтобы одновременно выполнить требования СП 31-110-2003 и РД 34.20.185-94 может потребоваться обеспечить суммарные потери в кабеле от ВРУ до щита освещения и в кабелях групповых линий не более 1,5% в малоэтажных и односекционных зданиях, и не более 2,5% в многоэтажных и многосекционных зданиях.

Во всех случаях расчет потерь должен начинаться со сбора информации о всех кабельных линиях (сечение жил, материал жил, длина) от ТП до щита освещения. Расчет возможных потерь в этих кабелях иногда позволяет увеличить допустимые потери в групповых линиях и этим снизить стоимость осветительной сети здания.

С 1 января 2013 года введен в действие «Электроустановки низковольтные. Часть 5-52. Выбор и монтаж электрооборудования. Электропроводки», который является аутентичным переводом международного стандарта IEC 60364-5-52:2009. В нем в справочном приложении G «Падение напряжения в установках потребителей. Максимальное значение падения напряжения» приведены нормы падения напряжения между источником питания и любой точкой нагрузки: «Для установок низкого напряжения, питающихся непосредственно от общей системы электроснабжения низкого напряжения, допускаются потери 3% для освещения и 5% для других пользователей». При этом «когда длина электропроводки более чем 100 м, эти падения напряжения могут быть увеличены на 0,005% на метр электропроводки вне 100 м, но не более, чем на 0,5%». К сожалению, в данном ГОСТ нет конкретного указания, на что распространяются указанные потери: только от ВРУ здания до наиболее удаленного светильника, или от шин 0,4 кВ ТП до наиболее удаленного светильника. Но, по видимому, речь идет о потерях, начиная от ВРУ здания. Иначе ГОСТ входит в сильное противоречие с СП 31-110-2003 и РД 34.20.185-94. Также нет четкого указания, в каком случае можно увеличивать потери на 0,005% на метр электропроводки: с учетом длины кабеля от ВРУ до щита освещения или нет. В соответствии с пунктом 520.3.1 ГОСТ Р 50571.5.52-2011 электропроводкой называется «Совокупность из голых или изолированных проводников или кабелей или шин и частей, которые их защищают и в случае необходимости заключают в себе кабели или шины». Данное определение не проясняет возникающие вопросы.

«Электроустановки низковольтные. Часть 6. Испытания» допускает падение напряжения до 4% (п. 612.10). Именно этим стандартом руководствуются электроиспытательные лаборатории во время испытаний электроустановок. Но, при больших потерях напряжения в питающих линиях, напряжение на зажимах наиболее удаленных светильников может оказаться недостаточным для их нормальной работы. Хотя инженеры электроиспытательной лаборатории могут и не сделать замечаний. А если учесть, что в соответствие с (до 1 июля 2014 г. действовал ГОСТ Р 54149-2010) «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» отклонение напряжения в точке передачи электрической энергии не должны превышать 10 % номинального значения (п. 4.2.2), то может возникнуть ситуация, что наиболее удаленные светильники не включатся. Хотя при этом все требования стандартов будут соблюдены.

Исходя из рассмотренных в статье требований к нормированию потерь в электрических сетях, можно сделать вывод: для установок внутреннего освещения следует нормировать потери от ВРУ здания до наиболее удаленного светильника не более 2,5-3%, если потери от шин 0,4 кВ ТП до ВРУ менее 4,5%.

При увеличении потерь питающей линии потери напряжения внутри здания следует уменьшать. Но, так как требование третьего абзаца пункта 7.23 в СП 31-110-2003 имеет рекомендательный характер, в ряде случаев можно обосновать увеличение потерь до 8-8,5% от шин 0,4 кВ ТП до наиболее удаленного светильника. Например, при использовании люминесцентных светильников с электронными ПРА, которые устойчиво работают при пониженных напряжениях. В этом случае необходимо к обоснованию приложить паспорт на светильник, в котором должны быть указаны предельные режимы его работы.

Что бы не допустить использования для групповых линий кабелей больших сечений, следует подбирать сечение кабеля от ВРУ до щита освещения по допустимым потерям не более 0,5-1%. Для каждой осветительной установки выбирают оптимальное распределение потерь между всеми участками электрической сети.

Сети наружного освещения допускают потери напряжения у наиболее удаленных светильников не более 5 % номинального напряжения сети, а у наиболее удаленных прожекторов — 2,5 %. Эти требования приведены в Инструкции по проектированию наружного освещения городов, поселков и сельских населенных пунктов . Но, как правило, проектировщики стараются не выходить за пределы 3%, так как используемые для наружного освещения разрядные лампы высокого давления имеют сильную зависимость светового потока от напряжения.

К (Все статьи сайта)

Силовые сети внутри зданий по потере напряжения проверяют достаточно редко (во всяком случае я ), т.к. они имеют относительно небольшую длину, нагрузку и не так чувствительны к пониженному напряжению, а вот сети внутреннего освещения необходимо просчитывать всегда.

При проектировании внутреннего освещения перед проектировщиком встает вопрос: а какое допустимое значение потери напряжения в сетях освещения?

Для начала рассмотрим структурную схему питания светильника:

На схеме представлены 4 основных элемента:

трансформаторная подстанция;
вводно-распределительное устройство;
щит освещения;
светильник.

Между каждыми элементами цепочки передачи электроэнергии происходит падение напряжения.

Общие потери напряжения до светильника можно записать выражением:

∆U=∆U0+∆U1+∆U2

А теперь обратимся к нашим любимым СП 31-110-2003 и ТКП 45-4.04-149-2009.

7. 23 С учетом регламентированных отклонений от номинального значения суммарные потери напряжения от шин 0,4 кВ ТП до наиболее удаленной лампы общего освещения в жилых и общественных зданиях не должны, как правило, превышать 7,5%.

9.23 В нормальном режиме работы при загрузке силовых трансформаторов в ТП, не превышающей 70 % от их номинальной мощности, допустимые (располагаемые) суммарные потери напряжения от шин 0,4 кВ ТП до наиболее удаленной лампы общего освещения в жилых и общественных зданиях, учитывающие потери холостого хода трансформаторов и потери напряжения в них, приведенные ко вторичному напряжению, не должны, как правило, превышать 7,5 %. При этом потери напряжения в электроустановках внутри зданий не должны превышать 4 % от номинального напряжения, для постановочного освещения - 5 %.

Отсюда следует, что ∆U=7,5%.

Возникает еще один вопрос: как распределить эти проценты по трем участкам?

Я предлагаю следующее распределение:

В наружных сетях, т.е. от трансформаторной подстанции до вводного устройства здания закладывать не более 4%. Это самое оптимальное значение, т.к. при меньшем значении необходимо будет значительно увеличивать сечение кабельной линии. В идеале нужно стремиться, чтобы эти потери были как можно меньше. На потери напряжения внутри здания у нас остается 3,5%. При нагрузке около 1кВт и длине группы порядка 40м вполне хватает 2%, чтобы не увеличивать сечение до 2,5мм 2 . Такие потери позволяют проектировать сети освещения кабелями сечением 1,5-2,5мм 2 , что является наиболее рациональным. На потери напряжения от ВРУ до ЩО остается 1,5%. Здесь я все-таки предлагаю заложить 1,0%, а оставшиеся 0,5% предусмотреть для резерва, которые можно будет добавить на любой участок в случае необходимости.

Правильное распределение потерь напряжения позволит сэкономить на кабелях. На мой взгляд это самое оптимальное распределение. Если ВРУ и ЩО находятся рядом, то ∆U1 можно взять меньше, соответственно ∆U2 будет больше.

P . S . Если сети внутреннего освещения очень маленькие, а объект находится достаточно далеко от ТП, то я считаю, что потери напряжения от ТП до ВРУ можно взять и 6%, чтобы не завышать сечение кабельной линии. Совсем недавно проектировал подобный объект. Расстояние до объекта (мойка) 450м, а нагрузка составляет 35кВт. Алюминиевый кабель 4×95мм 2 был выбран (заказчиком) по потере напряжения, как я понял с учетом 4%, я лишь отразил его в проекте. В данном случае можно смело было брать кабель на порядок ниже, т.к. сети освещения очень маленькие. Дешевле было бы даже запроектировать сети освещения сечением 2,5мм 2 , чем закладывать 450м кабеля 4×95мм 2 вместо 4×70мм 2 .

Нормативные документы

Условием выбора мощности трансформатора однотрансформаторных подстанций является их перегрузочная способность

Исходя из того, что расчетная нагрузка , то

принимаем ближайшей большей мощности трансформатор по шкале номинальных мощностей .Принимаем трансформатор ТМ-400.

Паспортные характеристики трансформатора:

S нт = 400 кВА

U к =4,5%(потеря напряжения на полном сопротивлении z трансформатора)

таблица 6.1

Номинальная мощность,	Сочетание напряжений,	Нпряжение к.з. %

7. Расчет сети 10кВ

Сечение ЛЭП выше 1 кВ рассчитываются по следующим критериям:

по допустимому току;

по экономической плотности тока.

по механической прочности

по условию короны

по допустимым потерям напряжения

Расчет сечения по допустимому току

Для реализации ВЛ-10 кВ принимаем провод марки АС, для которого на основании справочной информации из условия I доп > I р, где I доп – допустимая токовая нагрузка для соответствующего сечения. Исходя из условия (I доп) принимаем сечение с учётом механической прочности для ВЛ-10 кВ – 35 мм 2 , марка – АС-35, для которого I доп = 175 А.

Оценим сечение линии электропередач по экономической плотности тока. Принимаем для указанного потребителя электрической энергии число часов использования максимальной мощности Т м = 5000 ч в год.

Тогда в соответствии со справочной информацией принимаем значение экономической плотности тока j э = 1,1 А/мм 2 , тогда расчётное экономическое сечение определяется по формуле:

S э = I р / j э; мм 2 .

S э = 23,1/1,1 = 21 мм 2 .

Принимаем ближайшее значение. Итого на основании рассмотренных критериев принимаем большее сечение, т.е. провод марки АС-35.

8. Определение потерь напряжения в сети 10 кВ и трансформаторе.

Потери напряжения на участках линии высокого напряжения в вольтах определяются по формуле,

где Р – активная мощность участка, кВт,

Q – реактивная мощность участка, квар,

r о – удельное активное сопротивление провода, Ом/км,

х о – удельное реактивное сопротивление провода, Ом/км,

L – длина участка, км.

Потеря напряжения на участке сети высокого напряжения в процентах от номинального, определяется по ворожению,

Результаты расчетов сводятся в таблицу 8.1.

Таблица 8.1

Участок сети

Потери напряжения в трансформаторе определяются по формуле,

где S max – расчётная мощность, кВА;

S тр – мощность трансформатора, кВА;

U а – активная составляющая напряжения короткого замыкания, %;

U р – реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %.

активная составляющая напряжения короткого замыкания определяется по формуле,

где Р к.з . –потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт.

реактивная составляющая напряжения короткого замыкания определяется по формуле,

где U к.з . – напряжение короткого замыкания, %.

Коэффициент мощности определяется по формуле,

где Р р –расчётная активная мощность, кВт;

S р – расчетная полная мощность, кВА.

Правильный выбор электрооборудования, определение рациональных режимов его работы, выбор самого экономичного способа повышения коэффициента мощности дают возможность снизить потери мощности и энергии в сети и тем самым определить наиболее экономичный режим в процессе эксплуатации.

Потери мощности в линии определяются по формуле,