Проектування електричного освітлення доріг

Проектування електричного освітлення доріг

Міністерство освіти і науки України

Харківська національна академія міського господарства

Курсовий проект

на тему

"Проектування електричного освітлення доріг"

З курсу

"Освітлення міст та спортивних споруд"

Виконав студент групи СДС-1 Козій П.О.

Провірив проф. Салтиков В.О.

Харьків 2010

Вступ

Основним завданням установок зовнішнього освітлення є створення зорових умов, при яких забезпечується рівень видимості, що дозволяє водіям механізованого транспорту вчасно виявляти й розрізняти різні перешкоди на шляху руху транспорту з відстані в кілька десятків метрів, а пішоходам розрізняти нерівності тротуару й бруківки, побачити огородження й розпізнати зустрічних людей з відстані в кілька метрів.

При проектуванні вуличних освітлювальних установок мають бути забезпечені:

а) нормовані величини середньої яскравості покриттів при оптимальних кількісних показниках установок;

б) раціональне використання електроенергії;

в) висока надійність освітлення;

г) безпека обслуговуючого персоналу та ряд інших вимог, пов'язаних з керуванням освітлювальних установок і зручністю їхнього обслуговування.

У цьому проекті потрібно вибрати основні параметри освітлювальної установки (ОУ) залежно від норми яскравості дорожнього покриття, розподілу яскравості й показника засліпленості. Залежно від ширини проїзної частини, схеми розташування, типів освітлювальних приладів (ОП) і джерел світла (ДС) визначити висоту установки ОП, крок і число світильників (опор) на 1 км дороги, встановлену потужність ОУ на 1 км вулиці.

Встановлена потужність ОУ, віднесена до 1 м² проїзної частині й одиниці норми освітлювання (яскравості, освітленості), дозволяє вибрати найраціональніший за витратою електроенергії варіант установки, що забезпечує задану середню яскравість (середню освітленість) дорожнього покриття.

На остаточний вибір варіанта установки впливають значення приведених річних витрат, розрахованих за варіантами ОУ, з урахуванням вартісних показників, затверджених (діючих) цінників.

Застосовувані в проекті електрообладнання і матеріали повинні відповідати вимогам ДБН, ТУ, ПУЕ, ПТЕ і ПТБ.

Конструкція, вид виконання, спосіб встановлення і клас ізоляції електрообладнання повинні відповідати номінальній напрузі мережі й умовам навколишнього середовища.

Рис. 9 - Схема розташування ОП однорядна

Вихідні дані для розрахунку:

 = 1,6 кд/м², = 1,5,      = 14 м, Н = 12 м, стояк НФГ-12, Z = 1000 м

Світильники: РКУ15-400-101 із ДРЛ 400,        = 22000 лм. τл = 15000 год.

ГКУ15-400-107 із ДРИ 400, = 35000 лм. . τл = 12000 год.

ЖКУ15-250-107 із ДнаТ 250,        = 28000 лм. . τл = 20000 год.

Коефіцієнти використання за яскравістю при b/Н = 1,2 втрати потужності в ПРА для джерел світла і потужності світильників рівні

РКУ15 - 400       = 0,098, ΔРПРА = 26 Вт Рсв = 426 Вт

ГКУ15 - 400 = 0,082 ΔРПРА = 26 Вт Рсв = 426 Вт

ЖКУ15 - 250      = 0,089. ΔРПРА = 20 Вт Рсв = 270 Вт

1. Розрахунок кроку світильників, питомої потужності та кількості світильників

Крок ліхтарів (опор із світильниками) розраховують за формулою

,

де D - крок ліхтарів, м;

 - нормована середня яскравість покриття, кд/м² ;

 - коефіцієнт запасу;

 - ширина проїздної частини вулиці чи дороги, м;

М - кількість рядів світильників уздовж освітлюваної смуги;

 - коефіцієнт використання за яскравістю світильників і-го ряду;

 - світловий потік світильника і-го ряду;

 - число світильників ліхтаря, що відносяться до і-го ряду

Для консольних світильників коефіцієнти використання за яскравістю приводять з урахуванням нахилу світильника під кутом 15º до обрію.

Рис. 4 - Схема відліку кутів при розташуванні світильника:

а - над смугою, що освічується, б - поза освітлюваною смугою

2. Визначення економічної ефективності ОУ за приведеними витратами

Питому встановлену потужність знаходять як потужність ОУ, віднесену до довжини, і розраховують за формулою:

 ,

де  - потужність ламп у світильнику з урахуванням втрат у ПРА, Вт;

Рсв = (рл + ΔрПРА) пл

рл - потужність однієї лампи, Вт;

ΔрПРА - величина втрат у ПРА, Вт;

 - число ламп у світильнику;

 - число світильників ліхтаря, що відносяться до одного ряду.

, , .

Таблиця 1 - Розрахунок кроку світильників, питомої потужності та кількості світильників:

2.1 Визначення питомої вартості електроенергії, замінюваних протягом року ламп і вартості обслуговування

Питомими приведеними витратами С називається сума експлуатаційних витрат на утримання установки і 15 % витрат на придбання і монтаж світильників, придбання та установку опор, віднесених до довжини вулиці.

.

Складовими річних експлуатаційних витрат є:

Се - питомі витрати на оплату електроенергії, споживаної установкою за рік, грн./м²;

 - питома вартість замінюваних протягом року ламп, грн/м² ;

 - питома вартість обслуговування установки за рік, грн/м²;

Значення С_е , С_Л і С_об знаходять за формулами

10

;

mM,

де  - коефіцієнт, що враховує втрати потужності в мережі, дорівнює 1,03;

Т - число годин використання ОУ за рік; год.- вартість 1 кВт/год електроенергії, грн;_л - вартість однієї лампи, грн.;

К_с - вартість одного світильника без ламп, грн.;

 - строк служби ламп, год;_об - коефіцієнт відносних витрат на обслуговування світильників, дорівнює 0,1.

Розмір питомих річних капіталовкладень на 1 м² знаходять за формулою

 ,

де      - вартість опори і її монтажу, грн.

Строк окупності , рік, порівнюваної установки визначають за формулою

,

де     , - питомі капіталовкладення за порівнюваними варіантами, грн.;

 ,  - сумарні питомі експлуатаційні витрати в рік за цими ж варіантами, грн.

Таблиця 2 - Розрахунок питомої вартості електроенергії, замінюваних протягом року ламп і вартості обслуговування

Таблиця 3 - Питомі капіталовкладення і питомі витрати за варіантами:

Питомі річні експлуатаційні витрати і витрати на придбання і монтаж світильніків та опор за вариантами є:

Таблица 4 - Сумарні показники за варіантами:

Визначимо строк окупності освітлювальної установки

τ =  = 0,1 (рік)

За сумарними показниками вибираємо 3-й варіант освітлювальної установки.

3. Розрахунок яскравості в окремих точках

Яскравість дорожнього покриття L у заданих контрольних точках при сукупній дії декількох (не менше 10) освітлювальних приладів дорівнює

,

де n - число світильників, що висвітлюють розрахункову точку;

 - яскравість точки, яку розглядають, освітлюваної i-м світильником;

,

де  - функція коефіцієнта яскравості, знаходять за графіком (рис.6)

Рис. 6 - Графік для розрахунку яскравості асфальтових покриттів

І ά, ß - сила світла і - го світильника в напрямку розрахункової точки, кд; h - висота розташування над рівнем дорожнього покриття, м.

Для світильників, що посилають світловий потік у напрямку спостерігача, значення коефіцієнта яскравості приймають рівним 0,1.

При нахилі світильника під кутом Q = 15º у розглядаючи точку будуть падати промені, що характеризуються кутами άQ=15º ,

ßQ=15º , і зв’язані з кутами ά і ß такими співвідношеннями:

Таблиця 5 - Розподіл сили світла світильника ЖКУ 15-250 -107 в поздовжній Со (β=90°) і поперечній С90 (β=0°) площинах

Рис. 10 - Криві розподілу сили світла світильника ЖКУ15-250-107 з умовною лампою (Ф_л = 1000 лм) у прямокутних координатах

Рис. 11 - Схема розташування світильників і розрахункових точок

Таблиця 6 - Розрахунок яскравості в контрольних точках А, В і С

.2 Методика розрахунку середньої яскравості і коефіцієнта використання за яскравістю

Середня яскравість дорожнього покриття являє собою суму двох складових: (Lср )1 і (Lср )2 , де (Lср )1 - середня яскравість покриття, створювана світловими потоками світильників, розташованих перед спостерігачем; (Lср )2 - те ж, створювана світильниками, розташованими за спостерігачем.

Розрахунок (Lср )2. За кривою розподілу сили світла світильника з круглосимметричним світорозподільником і з умовною лампою (Фл = 9500лм )визначають зональні потоки:

За графіком Кά = f (b / h) (рис. 9.5 [л.3 ] знаходять значення коефіцієнтів Кά для 10-ти градусних зон кутів ά.

Визначають корисний потік кожної десятиградусної зони:

Підсумовуванням корисних потоків визначають світловий потік світильника, що досягає проїжджої частини:

Усі розрахунки зводимо до таблиці

Таблиця 7- Розрахунок коефіцієнтів використання за освітленістю, яскравістю середньою яскравістю дорожнього покриття

 ,                 ;

;

 (лк);

 (кд/м²);

 (кд/м²);

 (кд/м²).

(Ен · кз = 2·1,5 = 3 кд/м²)

Таким чином, яскравість в контрольних точках дорівнює:

LA = 2.446 кд/м²; LB = 2.834 кд/м² і LC = 2,524 кд/м² , а середня яскравість - Lср = 3,21 кд/м² .

Віднощення мінімальної яскравості до середнього значення

,446/3,21 = 0,76 , що більше регламентованої величини (не менше 0,4 при нормі більше 0,6 кд/м²).

.3 Для розрахунку освітлювальної установки пішохідних зон за середньою освітленістю беремо джерело світла ЖТУ15-70-107 та здійснюємо за формулою

=34 м

де D - крок світильників, м;

Ф л - світловий потік лампи ( чи ламп) світильника, м;

Е ср - нормована середня освітленість, лк;

К - коефіцієнт запасу;

B - ширина пішохідної чи дороги алеї, м;

η Е - коефіцієнт використання по освітленості

де η Е ' і η Е" - значення коефіцієнтів використання, встановлюють окремо для кожної з ділянок дороги, розташованих на обидві сторони від вертикальної площини, що проходить через лінію світлових центрів світильників у випадку їхнього розташування над дорогою (див. рис. 5, а) η Е = η Е ' - η Е" при розташуванні світильників поза освітлюваною пішохідною дорогою.

4. Розрахунок показника засліпленості

Вихідні дані для розрахунку:

Н =12 м., = 1,5м., = 12 м., = 0,9, = 9,0;

 = 70 кд.,       =0 кд,           

.,

 <

освітленість електроенергія дорожній струм

5. Вибір припустимих втрат напруги

У загальному випадку, величина втрат напруги ΔU в освітлювальній мережі залежить від:

·   роду і частоти струму;

·   потужності джерела живлення;

·   схеми електричної мережі;

·   потужності і коефіцієнта потужності приймача;

·   перетину і матеріалу провідника;

·   довжини проводів освітлювальної мережі.

Величина втрат напруги в мережі визначається:

,

де  - напруга холостого ходу = 105%,

- втрати напруги трансформатора,

- допустимі втрати = 95%.

,

Де β - коефіцієнт завантаження трансформатора,

Uакт - активна складова,

Uр - реактивна складова.

,

Де Ркз - потужність короткого замикання,

,

6. Розрахунок мереж на мінімум витрат провідникового матеріалу

Розрахунок мережі здійснюється за формулою:

,

де      S - розрахунковий переріз, мм²;

ΣM - сума моментів навантаження даної ділянки, та всіх наступних ділянок мережі з тією ж кількістю провідників, що і на даній ділянці, кВт·м;

α - коефіцієнт приведення моментів навантаження, який залежить від кількості проводів;

α = 1,85 - для однофазного відгалуження від трьохфазної чотирьохпроводної лінії;

Σm - сума моментів відгалуджень від даної ділянки мережі з числом проводів відмінним від числа проводів даної ділянки (сума моментів відгалужень);

С - коефіцієнт, який залежить від матеріалу провідника і напруги мережі,

С = 72,2 -для провідників з мідними жилами при напрузі живлення 380/220 В;

С = 44,0 -для провідників з алюмінієвими жилами при напрузі живлення 380/220 В;

С = 12,1 - провідників з мідними жилами при напрузі живлення 220 В.

ΔU% - втрати напруги від початку розрахункової ділянки до кінця лінії [5].

Рис. 3.1. Схема живлення освітлення дороги

Розраховуємо моменти ділянок навантаження:

 кВт·м.

Аналогічно знаходяться сумарні моменти всіх ділянок. Результати розрахунку приведені в зведеній таблиці 3.9.

Перетин жили кабелю розраховується за формулою (3.6).

Для ділянки АБ (від КТП до ШУ):

ΔU =7,459 ; С = 44;

 мм²;

Стандартний переріз кабелю обираємо S_АБ = 16 мм². Матеріал - алюміній, чотирижильний силовий кабель типу АВВГ-1(4×50).

 %;

%

Подальший розрахунок проводиться аналогічно, результати занесені в зведену таблицю 3.9.

7. Розрахунок мереж по тривало допустимому струму навантаження

Для того, щоб вибрати апарати захисту потрібно розрахувати робочий струм ліній, який визначається за формулами:

1)      для трьохфазної мережі

                                        (3.7)

2)      для однофазної мережі

                                              (3.8)

Робочий струм лінії повинен бути меншим за тривало допустимий струм провідника, обраного для цієї ділянки.

В іншому випадку необхідно збільшити перетин провідника, який матиме значення тривало допустимого струму більше робочого.

Значення тривало допустимого струму для провідників різного перетину та матеріалу в залежності від способу прокладки наведені в [1].

На ділянці АБ робочий струм становить:

 А.

Допустимий тривалий струм для кабелю з алюмінієвими жилами перетином 16 мм² для прокладання в землі становить 55 А.

Для інших ділянок розрахунок проводиться аналогічно. Результати занесені в зведену таблицю 3.9.

Вибір запобіжників

Вибираємо запобіжник на 60 A типу НПН2-100

Таблиця 3.9. Зведена таблиця результатів розрахунку пунктів 5 - 7.

Література

1.           Довідкова книга по світлотехніці М.:Енергоатомвид, 1995.

2.      В.В. Мєшков, М.М. Єпанєшніков. Освітлювальні установки. - М.: Енергія, 1972.

.        Г.М. Кноррінг, Н. М. Фадін, В. Н. Сідоров. Справочна книга для проектування електричного освітлення. - С-Пб: Енергоатомвид, 1992.

.        Методичні вказівки для виконання курсового і дипломного проектів

«Проектування електричного освітлення вулиць і доріг». Укладач:

доц. В.О. Салтиков. - Харків ХДАМГ 2002-30с