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 Расчет потерь в кабеле. 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 СП 31-110-2003 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 РД 34.20.185-94. 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 ГОСТ Р 50571.5.52-2011 «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.
ГОСТ Р 50571.16-2007 «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 ГОСТ 32144-2013 (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 СН 541-82. 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.
Потеря напряжения до светильников
ГОСТ Р 50571.16-2007 (МЭК 60364-6:2006) обязателен для применения т.к. входит в «Перечень национальных стандартов, содержащих правила и методы исследований (испытаний) и измерений, в том числе правила отбора образцов, необходимые для применения и исполнения Федерального закона «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» и осуществления оценки соответствия» (утв. распоряжением Правительства РФ от 10 марта 2009 г. № 304-р).
«Падение напряжения в электроустановках не должно превышать 4 % номинального напряжения электроустановки».
От какой точки электрической сети считать данное падение напряжения, если конечной точкой подразумевается электроприемник?
По неточным данным, в англоязычной версии, начальной точной было главное распределительное устройство (ГРЩ) здания/сооружения. Обычно последовательность выглядит как: ПС-ТП-Каб.киоск.-ГРЩ-ЩР-электроприемник.
Если следовать точно по тексту, то начальная точка — аппараты в ТП, в точке присоединения к электрическим сетям, что очевидно будет неверным, а верным, согласно английской версии и другим нормативным документам касающимся этого вопроса — ГРЩ. Но насколько допустимо так трактовать обязательный нормативный документ?
1. Положение пункта 612.10 ГОСТ Р 50571.16-2007 «МЭК 60364-6:2006 Электроустановки низковольтные. Часть 6. Испытания», нормирующее падение напряжения в электроустановках зданий, заимствовано из пункта 525 ГОСТ Р 50571.15-97 «МЭК 364-5-52-93 Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Глава 52. Электропроводки», утратившего силу в связи с вводом в действие ГОСТ Р 50571.5.52-2011 «МЭК 60364-5-52:2009 Электроустановки низковольтные. Часть 5-52. Выбор и монтаж электрооборудования. Электропроводки».
2. В проекте новой редакции ГОСТ Р, разрабатываемом на базе модифицированного стандарта МЭК 60364-6:2016 (см. https://www.normacs.info/discussions/4041), в пункте 6.4.3.11 «Проверка падения напряжения», содержится прямая ссылка на ГОСТ Р 50571.5.52-2011, а именно первый абзац пункта 6.4.3.11 гласит:
«Если в соответствии с МЭК 60364-5-52:2009, раздел 525 требуется, то должна быть выполнена оценка падения напряжения измерением или расчетом (см. МЭК 60364-5-52:2009, приложение G)».
3. Формулировка первого абзаца приложения G ГОСТ Р 50571.5.52-2011 , а также комментарий его разработчика (см. ответ начальника ИКЦ МИЭЭ А. Шалыгина в журнале «Новости электротехники» № 6 2014 г.), допускают двоякое толкование границ отсчёта участка сети, на котором нормируется падение напряжения, так как в этой формулировке, в результате неточного перевода IEC 60364-5-52:2009, применено неконкретное понятие «источник питания», а в последующем разъяснении разработчика «источником питания» указан «распределительный щит, непосредственно питающий электроприемник» без пояснений, где этот щит установлен (подробнее см. обсуждение и информацию по адресу: https://www.proektant.org/index.php?topic=37807.75; http://www.colan.ru/forumnew/view.php?idx=113963&from=120&step=20; http://shidlovsky-denis.blogspot.com/2011/01/).
4. Примечания к таблице А.1 Приложения А.1 ГОСТ 29322-2014 «(IEC 60038:2009) Напряжения стандартные» гласят:
«1. Значения в Таблице А.1 основаны на примечании к разделу 525 [IEC 60364-5-52:2001], в котором указано: «При отсутствии других соображений, рекомендуется, чтобы на практике падение напряжения между вводом в электроустановку пользователя и электрооборудованием было не более 4% от номинального напряжения электроустановки«. Раздел 525 [IEC 60364-5-52:2001] находится на рассмотрении. В будущем значения для наименьшего используемого напряжения могут быть изменены в соответствии с пересмотром [IEC 60364-5-52:2001].
2. Стандарт [IEC 60364-5-52:2001] заменен стандартом [IEC 60364-5-52:2009], в Таблице G.52.1 Приложения G которого для электроустановок, подключаемых к электрическим сетям общего пользования, установлены следующие максимальные падения напряжения: для электрических светильников — 3%, для других электроприемников -5%».
5. В пункте 8.23 свода правил СП 256.1325800.2016 «Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа» (документ включён в «Перечень документов в области стандартизации, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений») содержится следующее положение:
«Суммарные потери напряжения от шин 0,4 кВ ТП до наиболее удаленного осветительного прибора общего освещения в жилых и общественных зданиях не должны, как правило, превышать 7,5 %. При этом потери напряжения от ВРУ здания до наиболее удаленных светильников должны быть не более 3 %, а до прочих потребителей — не более 4 %. При длине электропроводки от ВРУ здания до нагрузки более 100 м, эти потери напряжения допускается увеличивать на 0,005 % на каждый последующий (более 100) метр электропроводки, но не более чем на 0,5 %».
Учитывая положения документов по стандартизации, указанных в пунктах 4 и 5, начальной точкой отсчёта участка нормируемого падения напряжения, указанного в пункте 612.10 ГОСТ Р 50571.16-2007 является ВРУ здания.
Расчет потери напряжения в сети наружного освещения
На форуме подняли вопрос о расчете потери напряжения в линии наружного освещения. Сегодня рассмотрим, как посчитать потери в сети наружного освещения дороги, а главное представлю свою очередную программу, которая позволит быстро выполнить этот расчет.
Стоит задача выбрать кабель для сети наружного освещения автомобильной дороги. Опоры со светильниками расставлены, мощность и тип светильников выбрали. Осталось подобрать нужное сечение кабеля.
Зная общее число светильников и мощность ламп можно посчитать суммарный потребляемый ток всеми лампами наружного освещения. По этому току и выбираем предварительное сечение кабеля. Но одного этого условия не достаточно для правильного выбора кабеля.
Обязательным условием является проверка кабеля по потере напряжения.
Физический смысл расчета потери напряжения.
Рассчитать потери напряжения можно таким же образом как описано в статье по расчету потери напряжения воздушной линии.
Потери напряжения в сети наружного освещения
Чтобы правильно выбрать кабель, необходимо посчитать потери на каждом участке, как показано на картинке. Самые большие будут потери на первом участке – от точки подключения до первой опоры освещения, т.к. на этом участке будет самый большой ток. С каждым участком ток будет уменьшаться и соответственно потери напряжения будут уменьшаться по участкам. Это не значит, что чем дальше, тем потери будут меньше. Имейте ввиду, что минимальное напряжение будет на последнем фонаре освещения.
Расчет потери напряжения в сети освещения при помощи программы.
Есть специальные программы для проектирования наружного освещения. Возможно они позволяют это сделать… но они денег стоят и не каждый может себе это позволить. Совершенно бесплатно можно скачать мою очередную программу для расчета потери напряжения в сети освещения.
Программа очень простая и не требует установки.
Фрагмент программы для расчета потери напряжения в сети наружного освещения
Для расчета необходимо указать следующие параметры:
- I0 — расчетный ток до первой опоры освещения. Например, 30 светильников по 0,25кВт, т.е 10 светильников на одну фазу. I0=13,4А;
- I (N) — расчетный ток одной опоры I (N). Несмотря на то, что светильники однофазные, I (N) у нас трехфазный ток в зависимости от мощности одного светильника (или пары светильников на одной опоре). В нашем случае получим I (N)=0,45А;
- L0 — длина кабеля до первой опоры;
- Lх — расстояние между опорами;
- сечение кабеля, коэффициент мощности, количество опор освещения;
Единственное условие – светильники освещения должны быть одинаковой мощности и расположены равномерно.
Все программы для проектирования электроснабжения смотрите на странице: МОИ ПРОГРАММЫ.