CC BY
40УДК 621.311.1
Ю.В. Семенова, И.М. Парфенов
МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ЦЕХА
ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ ЗЕРКАЛ
Рассмотрена методика расчёта искусственного и естественного освещения для обеспечения равномерности распределения освещенности на рабочей поверхности.
Ключевые слова: организация освещения, виды освещения и осветительных приборов, методы расчета искусственного и естественного освещения для промышленных помещений.
Рациональное освещение рабочего места является одним из важнейших факторов, влияющих на эффективность трудовой деятельности человека, предупреждающих травматизм и профессиональные заболевания. Правильно организованное освещение создает благоприятные условия труда, повышает работоспособность и производительность труда. Освещение на рабочем месте должно быть таким, чтобы работник мог без напряжения зрения выполнять свою работу.
Осветительные электроустановки являются необходимым элементом современных жилых домов, учреждений, общественных и производственных предприятий. Они представляют собой сложные комплексы, состоящие из распределительных устройств, магистральных и групповых электросетей, различных электроустановочных приборов, осветительной арматуры, источников света, а также крепежных, поддерживающих и защитных конструкций.
Отличительной особенностью осветительных электроустановок является многообразие применяемых схем и способов исполнения электропроводок, конструкций светильников и других источников света.
В зависимости от назначения источника света различают общее, местное, комбинированное, рабочее и аварийное освещение.
Электропитание светильников общего, местного, рабочего и аварийного освещений в нормальных помещениях осуществляется с напряжением 127 и 220 В, а в помещениях с повышенной опасностью и в особо опасных — с напряжением 12, 24, 36 В.
Основным требованием, предъявляемым к освещению, является обеспечение нормируемых параметров освещенности, которые определяются условиями работы, в том числе: размерами окружающих предметов, возможностью различать их, контрастом их с фоном и коэффициентом отражения фона; наличием доступных, опасных для прикосновения предметов, а также наличием светящихся поверхностей большой яркости. Рациональное, экономное использование электрической энергии и снижение затрат на освещение, на которое расходуется 10... 12 % всей вырабатываемой электроэнергии, является большой народнохозяйственной задачей.
Расчет искусственного освещения
Целью расчета является выбор количества светильников, определение мощности источников света, расположение их в помещение цеха, а также расчет осветительной сети. Расчет искусственного освещения в помещении ведется в следующей последовательности:
1.Выбор типа источников света.
2.Выбор осветительных приборов.
3.Выбор системы освещения.
4.Выбор норм освещенности.
5.Расчет общего освещения методом коэффициента использования светового потока.
Выбор типа источника света
При выборе источника света руководствуются назначением помещения и его площадью. Также выбор типа источников освещения зависит от особенностей зрительной работы (уровня зрительного напряжения, необходимости различать цветовые оттенки, необходимости слежения за движущимися объектами и т.п.).
© Семенова Ю.В., Парфенов И.М., 2019.
Для помещений, где необходимо создать особо благоприятные условия для зрительной работы, выбираются люминесцентные лампы. Для подсобных и производственных помещений, в которых по выполняемым в них работам, требуется низкие или средние уровни освещённости выбирают лампы накаливания, которые благодаря не высокой стоимости, простоте обслуживания, незначительными размерами и независимости их работы от условий внешней среды являются источниками света массового применения.
Выбор осветительных приборов
Для надежной работы осветительной установки и ее экономности большое значение имеет правильный выбор светильников. Выбор типа светильников (источников света в сочетании с осветительной арматурой) определяется требованиями, предъявляемыми к распределению светового потока, равномерности освещения. При выборе типа светильника учитываются условия окружающей среды, в которой будет работать светильник. Осветительные приборы общего освещения рекомендуется размещать рядами, параллельно длинной стороне помещения с окнами, с раздельным включением и отключением рядов.
Обонование вида и выбор системы освещения
При устройстве осветительных установок применяются две системы освещения:
1. Система общего освещения.
2. Система комбинированного освещения.
Качество и экономичность осветительной установки во многом зависят от правильности выбора системы освещения.
Система общего освещения применяется для освещения всего помещения, в том числе рабочих поверхностей. Общее освещение может осуществляться двумя способами: равномерным размещением светильников под потолком и неравномерным. Если в освещаемом помещении имеются рабочие поверхности, требующие различный уровень освещенности, то для создания на них требуемой освещённости светильники размещают, локализовано в зависимости от расположения рабочей поверхностей или производственного оборудования.
Система комбинированного освещения уменьшает установленную мощность и расход электроэнергии (лампы местного освещения включаются только во время выполнения работ на рабочих местах).
В соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями все рабочие места с постоянным пребыванием людей должны иметь как естественное, так и искусственное освещение.
Для помещений выбираем рабочее равномерное общее освещение с равномерным расположением светильников, а также аварийное освещение.
Расчет общего освещения методом коэффицентаиспользования светового
Во всех помещениях завода должно быть общее равномерное освещение горизонтальных поверхностей. Расчет освещения произведен методом коэффициента использования светового потока. По этому методу расчётную освещённость на горизонтальной поверхности определяют с учётом светового потока падающего от светильников непосредственно на поверхность и отражённого от стен, потока и самой поверхности. Так как этот метод учитывает и долю освещённости, создаваемую отражённым световым потоком, его применяют для расчёта освещения помещений, где отражённый световой поток играет существенную роль, т.е. для помещения со светлыми стенами и потолками при светильниках рассеянного и преимущественно отражённого света.
На коэффициент использования влияют следующие факторы:
1. Тип и КПД светильника.
2. Геометрические размеры помещения.
3. Высота подвеса светильника над освещаемой поверхностью.
4. Окраска стен и потолка.
Влияние геометрических размеров помещения на величину коэффициента использования характеризуются показателем (индексом) помещения ^ определяемым для прямоугольных помещений по формуле:
._ £
1 ~ к * (А + В)
где
А и В - длина и ширина помещения, м;
8 - площадь помещения, м2;
И - высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м.
С учетом коэффициентов Кзап и Ъ получаем основное расчетное уравнение метода коэффициента использования:
Ф =
(Е * S * K * 7
(ЕНОРМ S K ЗАП 7
Л N
где
Фл - световой поток источника света, лм; Он зависит от мощности лампы.
Енорм- нормированное значение освещенности, лк;
N - число ламп в освещаемом помещении, шт;
Z - коэффициент, учитывающий равномерность освещения,
Z Еср / Еmin =1,1___1,5;
П - коэффициент использования светового потока, в долях единицы.
Коэффициент запаса Кзап принимаем равным 1,3. Коэффициент Z, учитывающий равномерность освещения, выбираем 1,2 для светильников с лампами накаливания и 1,4 для люминесцентных светильников.
При освещении помещения люминесцентными лампами по известному потоку лампы Фл определяем количество ламп по формуле:
N =
(Е * S * K * 7
(ЕНОРМ S K ЗАП 7
Фл
где
Фл - световой поток источника света, лм; Он зависит от мощности лампы. Енорм- нормированное значение освещенности, лк; N - число ламп в освещаемом помещении, шт; Z - коэффициент, учитывающий равномерность освещения,
Z ЕСр / Emin =1,1___1,5;
П - коэффициент использования светового потока, в долях единицы. Кзап -коэффицент запаса.
Например, для помещения №4 (Помещение главного инженера): S=50,1 м2 , А=10,3 м, В=4,86 м, h=2,7 м
Светильники ARS/R 4x18, в одном светильнике 4 люминесцентных лампы мощностью по 18 Вт. Световой поток лампы 1150 лм Кзап=1,3; Z=1,4
Коэффициент отражения потолка - 50%, стен - 30%, пола - 10%. Рассчитаем индекс помещения:
S „ _ _ i =-= 1.22 ,
h * (A + B)
Где
А-длинна, S- площадь,h- высота, B- ширина
Зная индекс помещения, а также коэффициенты отражения потолка, стен и пола находим коэффициент использования:
rj = 0.48
Определяем требуемое количество светильников:
(Е * S * K * 7
(ЕНОРМ S K ЗАП 7
д^ _ У НОРМ ЗАП —\3
Фл * п * 7
Где
Фл - световой поток источника света, лм; Он зависит от мощности лампы. Енорм- нормированное значение освещенности, лк; N - число ламп в освещаемом помещении, шт; Z - коэффициент, учитывающий равномерность освещения,
Z Еср / Еmin =1,1___1,5;
П - коэффициент использования светового потока, в долях единицы. Кзап -коэффицент запаса.
Требуемое количество светильников 13 шт. Для остальных помещений расчет количества светильников сведем в таблицу 3.
Светильники объединяются в группы. Каждая групповая линия должна содержать на фазе не более 20 ламп накаливания. Для групповых линий, питающих светильники с люминесцентными лампами, допускается присоединять до 50 ламп на фазу.
Аварийное освещение
Аварийное освещение служит для безопасной эвакуации людей из помещений при аварийном погасании рабочего освещения. Эвакуационное освещение должно обеспечивать освещённость основных проходов и ступеней лестниц не менее 0,5 лк.
Для аварийного и эвакуационного освещения разрешается использовать люминесцентные лампы и лампы накаливания. При нормальном режиме они участвуют в создании нормируемой освещённости помещения и рабочей поверхности.
Светильники аварийного и эвакуационного освещения присоединяются отдельными линиями к независимому источнику питания или переключается на него автоматически, при внезапном отключении рабочего освещения. Кроме того, они должны отличатся от светильников рабочего освещения типом, размером или специальными знаками.
В данном проекте аварийное освещение предусмотрено в коридоре. Поскольку длина коридора 12 м, устанавливаем четыре светильника ЛСП 01 2х36 Вт для обеспечения аварийного освещения. Данные светильники имеют степень защиты IP54.
Выбор розеточной сети
Выбираем число розеток, исходя из условия одна двойная розетка на каждое рабочее место. В санузлах розеток не предусмотрено.
В данном проекте используются двойные розетки с заземлением фирмы АВВ серии PLUS. Розетки установим на высоте 0,9 м от уровня пола, а в коридоре на высоте 0,3 м.
Объединяем розетки в группы, не более 20 розеток на группу. В расчетах принимаем мощность одной двойной розетки 100 Вт. План прокладки розеточной сети показан на листе 2.
Выбор типа щитка и места его расположения
Для питания осветительных установок и розеток используется напряжение 380 / 220 В. На вводе в здание расположен распределительный пункт РП-15. Он предназначен для приема электроэнергии от ТП и распределения электроэнергии по зданию завода. От него будет питаться групповой распределительный щит ЩР-1, предназначенный в свою очередь для питания осветительной и розеточной сетей.
Исходя из расположения помещений, все потребители разбиты на 8 групп: 4 осветительные группы и 4 розеточные группы. Необходимо, чтобы щит имел количество автоматов на отходящих линиях большее, чем 8 (чтобы был резерв). Выбираем щит на 12 отходящих линий марки АВВ12472. Его характеристики приведены в таблице 1.
Таблица 1
Основные характеристики группового щита
Групповые щиты должны располагаться в местах, к которым обеспечен быстрый и легкий доступ.
Марка щитка Число однофазн. групп Аппарат на входе Аппарат на отход. линиях Габариты, мм
Высота Ширина Глубина
АВВ 12472, 12 модулей 9 ВА 57-31 32 А S321R C10, DS941 C16/0.03 305 200 95
Нагрузка распределяется на 8 отходящих линий таким образом, что распределение нагрузки между фазами было равномерным. Это делается для того, чтобы избежать несимметрии трехфазной сети и тока в нейтральном проводе. Допуск по несимметрии составляет 5%.
Для нахождения расчетного значения тока в каждом присоединении воспользуемся методом коэффициента спроса:
Находим расчётную мощность: РРАСЧ = КС * РУСТ
Р
тт Т 1 РАСЧ
Далее, находим расчетное значение тока: 1РАСЧ =- ,
и * соб^
где
РРАСЧ -расчетная мощность, Кс-коэффицент спроса, Руст-установленная мощность, 1расч-расчетный ток, и-напряжение, СОБ^- косинус угла(фи)
Для осветительной сети Кс=0,8.. .1,0, для розеточной сети Кс=0,65...0,8. Расчет нагрузок по фазам приведен в таблице 1.
Выбор марки и способа пркладки кабелей
Групповые сети электроосвещения и розеточные сети выполняются 3-х проводными: фазный проводник (Ц), нулевой рабочий (К) и нулевой защитный (РЕ) проводники. При этом нулевой рабочий и нулевой защитный проводники не должны подключаться на щите под общий контактный зажим.
В здании для групповых линий применим кабель ВВГнг-LS (низкой дымности) - медный, с поли-винилхлоридной изоляцией (ПВХ). Прокладка скрытая в штробах в стене. Сечение кабеля выбираем по расчетному току. Для осветительной сети принимаем сечение 1,5 мм2, для розеточной сети - 2,5 мм2.
Таблица 2
Распределение нагрузки по фазам_
№ пом. № гР. Потребитель Lnpo- вода,м № ф. Руст,кВт Кол. фаз Кс Ррасч,кВт cosf Ipac4,A
6,7,8,9,15 1 Осветительная сеть 70 L1 1,0 1 1 1,0 0,92 5,0
4,5 2 Осветительная сеть 70 L2 1,1 1 1 1,1 0,92 5,3
1,2,3,12,13 3 Осветительная сеть 100 L3 1,3 1 1 1,3 0,92 6,4
10,11,14 4 Осветительная сеть 40 L2 0,7 1 1 0,56 0,92 3,3
5,6,7 5 Розеточная сеть 60 L2 0,7 1 0,75 0,53 0,95 3,3
4 6 Розеточная сеть 85 L3 1,2 1 0,75 0,9 0,95 5,7
2,3 7 Розеточная сеть 100 L1 1,3 1 0,75 0,98 0,95 6,2
9 8 Розеточная сеть 20 L1 0,3 1 0,75 0,23 0,95 1,4
Нагрузки фаз: РLl=2,21 кВт; PL2=2,19 кВт; PL3=2,2 кВт.
Наиболее нагруженная фаза L1: РРАСЧп = 2,21 КВт
Расчет и выбор защитной и пускорегулирующей аппаратуры
Поскольку для освещения основных помещений заводоуправления используются люминесцентные лампы, необходимо провести расчет защитной и пускорегулирующей аппаратуры.
Для управления освещением в помещениях используем одноклавишные и двухклавишные выключатели. Выключатели установлены на высоте 1,5 м от уровня пола. В помещениях с влажной средой установлены выключатели, защищенные от неблагоприятных условий среды (степень защиты 1Р 44 -брызго-защищенные), в остальных помещениях обычные (степень защиты № 20). Все выключатели производства АВВ, для скрытой проводки на ток до 10А.
Для предохранения от чрезмерного нагрева и короткого замыкания проводов и кабелей каждый участок электрической сети должен быть снабжен защитным аппаратом, обеспечивающим отключение аварийного участка.
В качестве аппаратов защиты применяем автоматические выключатели, так как плавкие предохранители, несмотря на их простоту и малую стоимость, имеют ряд существенных недостатков. Они не могут защитить линию от перегрузки, так как допускают длительную перегрузку до момента плавления, при коротком замыкании в трехфазной линии возможно перегорание одного из трех предохранителей и линия остается в работе на двух фазах.
Автоматические выключатели выбираются по расчетному току, исходя из условия !р < !ном < ^л.
!р - расчетный ток защищаемой линии
I™ - номинальный ток автоматического выключателя
Im™ - ток отключения
Уставка тока отключения должна быть на 20-30% выше расчетного тока на данном участке. Поэтому выбираем однополюсные автоматические выключатели производства АВВ серии S321R с номинальными токами 10 А (осветительная сеть) и 16 А (розеточная сеть) по каталогу.
В группах со штепсельными розетками для защиты человека от прикосновения применяем УЗО -устройство защитного отключения. Выбираем УЗО с защитой от сверхтоков однополюсное+нейтраль, !ном=16А, ^=300мА фирмы АВВ серии DS941.
Таким образом, на вводе в ЩР-1 необходимо установить автоматический выключатель с номинальным током 32 А, например,
ВА 57-31, 32 А.
Заключение
В данной работе были произведены светотехнический и электрический расчеты системы освещения. В результате проведенных расчетов были подобраны экономичные светильники, которые удовлетворяют нормы освещенности. Для освещения помещений завода выбраны встраиваемые светильники с люминесцентными лампами ARS/R 4х18 Вт, подвесные светильники с люминесцентными лампами ЛСП 01 2х36 Вт и встраиваемые светильники с лампами накаливания R63 мощностью 60 Вт. Светильники скомпонованы в 4 группы.
Спроектирована розеточная сеть, состоящая из четырех групп. Выбраны типы розеток - бытовые розетки двойные с заземляющим контактом на токи до 16 А.
Также было выбрано сечение провода, способ проводки, марка и вид провода, пускозащитная аппаратура для обеспечения противопожарной безопасности и нормальной работы электросети.
Спроектирован распределительный щит ЩР-1, установленный в коридоре здания.
Библиографический список
1. Г.М. Кнорринг. - Справочная книга для проектирования электрического освещения. - Л.: «Энергия»,1976.
2. Айзенберг Ю.Б. Справочная книга по светотехнике. - М.: Энергоатомиздат, 1983.
3. Методические указания к выполнению раздела «Охрана труда» в дипломном проекте. Алматы,1995г.
4. СНиП РК 2.04-05.2002 Естественное и искусственное освещение. Государственные нормативы в области архитектуры, градостроительства и строительства.
Ю.В. СЕМЕНОВА - Рыбинский государственный авиационный технический университет им. П.А. Соловьева, Россия.
И.М. ПАРФЕНОВ - магистрант, Рыбинский государственный авиационный технический университет им. П. А. Соловьева, Россия.
