РЕКОНСТРУКЦІЯСИСТЕМИ ЗОВНІШНЬОГО ОСВІТЛЕННЯ ТЕРИТОРІЇ ДТЕЦ
1 ЗАГАЛЬНІВІДОМОСТІ
В Україні дляпотреб зовнішнього освітлення задіяно 6,1 млн. світлових точок, із них 2,7 млн.- з лампами розжарення і 3,4 млн. — з газорозрядними лампами високого тиску,причому 70 % з них — лампи ДРЛ.
Через низькуефективність світильників і джерел світла питома вага витрат електроенергії вУкраїні в 1,7 раз вища, ніж в розвинутих країнах.
Освновнимипричинами такого стану є:
— експлуатаціястарих, фізично зношених світильників, в яких характеристики відбивачів ірозсіювачів значно знизились (ККД 25-40 %);
— використання всвітильниках малоефективних джерел світла (ламп розжарення і ламп ДРЛ);
— експлуатаціясвітильників з нераціональним розподілом світла (косину-соїдальна крива сили світлазамість широкої).
Тривалий часроботи вуличних світильників та постійне збільшення їх кількості протягом рокузумовлює постійне зростання витрат електроенергії, а відповідно, і фінансовихвитрат.
2 СУЧАСНИЙ СТАНОСВІТЛЕННЯ ДТЕЦ
Зовнішнютериторію ДТЕЦ освітлюють світильники на залізобітоних стовбах висотою 9 метрівна відстані 40 метрів один від одного. Також є охоронне освітлення, якевлаштоване на огорожі і постійних постах охорони. Охоронні світильникизмонтовані на трубчатих кронштейнах які кріпляться на висоті 4 метрів до колоногорожі на відстані 18 метрів один від одного. В світильниках для освітлюваннятериторії та охоронного освітлення вико-ристовуються газорозрядні лампивисокого тиску типу ДРЛ-250. Активна потужність одної лампи складає 250 Вт.Загальна кількість ламп складає 110 шт., з них 48 ламп припдає на світильники,які влаштовані на огорожі і постійних постах охорони. На зовнішню територіюДТЕЦ припадає 62 лампи.
3 ХАРАКТЕРИСТИКАПРОЕКТУВАННЯ
Пропонуєтьсяразглянути енергічноекономічні варианти заміни ламп типу ДРЛ на ДНаТ.
Реальноюможливістю значно зменшити енергоспоживання і підвищити рівень освітленості єзаміна світильників з лампами ДРЛ на світильники з натрієвими лампами високоготиску типу ДНаТ. Економія електроенергії досягається суттєвою різницею всвітлових віддачах ламп ДНаТ та ДРЛ. Якщо світлова віддача ламп ДРЛ — 60 лм/Вт,то максимальне значення цього параметра в лампах ДНаТ сягає 150 лм/Вт. Так,наприклад, при одних і тих же рівнях освітленості, заміна лампи ДРЛ потужністю 250Вт на лампу ДНаТ 100 Вт зменшить енергоспоживання світильника на 40 %. Щебільшу економію електроенергії (до 50 %) можна отримати при застосуванні всвітильниках з лампами ДНаТ електронних пускорегулюючих апаратів. При цьомузбільшиться в 1,5 раза термін служби ламп, стабілізується режим їх роботи приколиваннях напруги живлення від 160 до 260 В, лампи надійно запалюються,підвищується коефіцієнт потужності до 0,95 — 0,98, зменшується вагасвітильників в 2 — 2,5 рази.
4 ПЕРЕВІРКАВСТАНОВЛЕНОГО ОСВІТЛЕННЯ
Для перевіркивстановленого освітлення скористаємося кривими сили світла на рисунку 6.1 дляіснуючого джерела світла. Для світильників зовнішнього освітлення територіїмінімальна освітленість лк, світильників охорони мінімальна освітленість лк.
/>
Рисунок 1 – Кривасили світла світильника РКУ-01В-250-01
Розрахунокведеться для точки мінімальної освітленості між двома лампами у світильниках, якіпоказано на рисунку 2.
При використаннікривої сили світла світильника горизонтальна освітленість визначається виразом:
/>, (1)
дес — коефіцієнт, що враховує реальний світловий потік лампи по відношенню доумовного
/>, (2)
Іα- сила світла по кривій під кутом α;
α- кут падіннясвітла на поверхню.
Згідновиразу (6.2) />
/>
/>
Тоді/>т°, за кривою сили світла Iα=65,8°= 120 кд.
Згідновиразу (6.1) /> лк
Тоді/>о°, за кривою сили світлаIα=66,05° = 115 кд.
Згідновиразу (6.1) /> лк
Отриманезначення освітленості повинно складати не менше половини мінімальноїосвітленості:
/> лк
/> лк
Результатипереівірки розрахунків освітленості зведемо в таблицю 1.
Таблиця1 – Результати перевірки розрахунків освітленостіПризначення освітлення Точка
Висота
пдвісу, м Відстань між світильниками, м
Кут падіння, />°
Горизонтальна освітленість
/>, лк
Минімальна освітленість
/>, лк Териториальне А 9 40 65,8 0,46 0,5 Охоронне В 4 18 66,04 2,2 2
Перевіркапоказала, що освітлення території та охоронне освітлення ДТЕЦ збільшеноприблизно у 2 рази від норм мінімальної освітленості.
5 РОЗРАХУНОКОСВІТЛЕННЯ ТЕРИТОРІЇ ДТЕЦ
Відстань міжстовпами та висота підвісу світильників залишаються такою ж самою.
Розрахунок ведемоза кривими сили світла для світильників типу ЖКУ-01-100-012 з натрієвимилампами типу ДНаТ-100 номінальною потужністю 100 Вт і з світловим потіком 10500лм.
Розрахунокведеться для точки мінімальної освітленості між двома лампами, показано нарисунку 2.
/>
Рисунок3 – Крива сили світла світильника ЖКУ-01В-250 (100)-01
Длярозрахунку скористаємося кривими сили світла на рисунку 3 для світильників знатрієвими лампами типу ЖКУ-01В-250.
Згідновиразу (2) />
/>
/>
Тоді/>т°, за кривою сили світлаIα=65,8° = 150 кд.
Згідновиразу (6.1) /> лк
Тоді/>о°, за кривою сили світлаIα=66,05° = 115 кд.
Згідновиразу (1) /> лк
Отриманезначення освітленості повинно складати не менше половини мінімальноїосвітленості:
/> лк
/> лк
Результатипереівірки розрахунків освітленості зведемо в таблицю 2.
Таблиця6.2 – Результати перевірки розрахунків освітленостіПризначення освітлення Точка
Висота
пдвісу, м Відстань між світильниками, м
Кут падіння, />°
Горизонтальна освітленість
/>, лк
Мінімальна освітленість
/>, лк Териториальне А 9 40 65,8 0,55 0,5 Охоронне В 4 18 66,04 2,3 2
Розрахунокпоказує, що світильники типу ЖКУ-01В-100 з натрієвими лампами типу ДНаТ-100номінальною потужністю 100 Вт і з світловим потоком 10500 лм перевищуютьмінімальну освітленість більше ніж у два рази освітленість встановлену нормами,але лампа, що змонтована в цей світильник має цоколь Е40 і це мінімальнапотужність лампи з таким цоколем.
Усвітильнику типу ЖКУ-01В-100 робимо заміну цоколя Е40 на цоколь Е27,застосовуємо лампу типу ДНаТ-70 номінальною потужністю 70 Вт і з світловимпотоком 6000 лм з цоколем Е27 та перераховуємо за кривими сили світла длясвітильників типу ЖКУ-01-100-012.
6РОЗРАХУНОК ОСВІТЛЕННЯ З ЛАМПАМИ ТИПУ ДНаТ-70
Длярозрахунку скористаємося кривими сили світла на рисунку 3 для світильників знатрієвими лампами типу ЖКУ-01В-250.
Згідно(2) />
/>
/>
Тоді/>т°, закривою сили світла Iα=65,8° = 150 кд.
Згідно(1) /> лк
Тоді/>о°, закривою сили світла Iα=66,05° = 115 кд.
Згідно(1) /> лк
Отриманезначення освітленості повинно складати не менше половини мінімальноїосвітленості:
/> лк
/> лк
Результатиперевірки розрахунків освітленості зведемо в таблицю 6.3.
Таблиця3 – Результати перевірки розрахунків освітленостіПризначення освітлення Точка
Висота
пдвісу, м Відстань між світильниками, м
Кут падіння, />°
Горизонтальна освітленість
/>, лк
Мінімальна освітленість
/>, лк Териториальне А 9 40 65,8 0,3 0,5 Охоронне В 4 18 66,04 2,6 2
7. РОЗРАХУНОК ЕЛЕКТРИЧНОГОНАВАНТОЖЕННЯ СИСТЕМИ ОСВІТЛЕННЯ
Розрахунковапотужність освітлювальних установок з газорозрядними лампами з урахуваннямвтрат в ПРА визначається за виразом:
Рроз=/>/>/>,
де кn= 0,8 — коефіцієнт попиту, визначається з таблиці 5 [4];
кдод = 1,12- коефіцієнтдодаткових витрат, що складає для ламп.
Тоді розрахунковапотужність системи освітлення складає:
територіального Рроз=/>кВт
охоронного Рроз=/>кВт
8 ВИБІР ПЕРЕРІЗУ ЛІНІЙЖИВЛЕННЯ ОСВІТЛЮВАЛЬНОГО НАВАНТОЖЕННЯ
освітленнялінія живлення потужність
Провідникиосвітлювальної мережі повинні задовольняти вимогам у відношенні граничноприпустимого нагрівання при нормальних режимах роботи.
Отже, умовоюперевірки обраного перерізу провідника за допустимим струмом навантаження:
/>,
де Ір — розрахунковий струм, що протікає по провіднику, А.
Для проведенняпорівняння необхідно визначити максимальний розрахунковий струм кожної ділянкиосвітлювальної мережі.
Розрахунковийструм в залежності від системи виконання мережі визна-чається за виразами:
- дляоднофазних двох провідних мереж (1ф + N)
/>
- длятрифазних чотири провідних мереж (3ф + N)
/>
де Р — розрахункова потужність, кВт;
Uф — відповіднофазна і лінійна напруга, В;
сosφ = 0,85 — коефіцієнт потужності для газорозрядних ламп типу ДНаТ.
Середня довжинатрифазних чотири провідних групових ліній для системи напругою 0,22 кВ складає:
територіальне — 600 м;
охоронне — 400 м.
Для живленняосвітлювальних установок приймаємо радіальну схему живлення: кожен рядсвітильників живиться від своєї групової лінії.
Розрахунокперерізу ліній живлення освітлювального навантаження покажемо на прикладі лініїтериторіального освітлення:
Iр.т= /> А.
Кабель лінійживлення залишаємо той самий.
Результатирозрахунків перерізу кабельних ліній зовнішнього освітлення зведемо в таблицю4.
Таблиця 4 — Результати розрахунків перерізу кабельних лінійЛінія Р, кВт Iр, А Iр.ф, А Кабель Iдоп, А Териториальна 3,89 6,93 2,31 АВВГ- 4х4 24 Охоронна 3,01 5,36 1,78 АВВГ- 4х4 24
9 ПЕРЕВІРКА ВИБРАНОЇМЕРЕЖІ ЗА ВТРАТОЮ НАПРУГИ
Відповідно доГОСТ 13109-97 напруга на найбільш віддалених лампах зовнішнього освітленняпромислових підприємств повинна бути не нижча 97,5 % Uном [4].
Величинамінімально допустимої напруги на затисках лампи:
Umin= Uxx- ΔUmp-ΔUл(3)
де ΔUхх — напруга холостого ходу трансформатора (на 5 % вища за номі-нальну);
ΔUл — втратинапруги в лінії відповідного освітлення.
Втрата напруги втрансформаторі (%) визначається виразом
/> (4)
де Ua, Uр — відповідно активна і реактивна складові напруги короткого замиканнятрансформатора (Uкз), % ;
соsφ — коефіцієнт потужностінавантаження вторинного ланцюга трансформатора;
β — коефіцієнт завантаженнятрансформатора (відношення розрахункового навантаження трансформатора до йогономінальної потужності).
Активна іреактивна складові напруги короткого замикання трансформатора (%) визначаютьсявиразами:
/>; (5)
/>, (6)
де ΔPкз — втрати потужності короткого замикання трансформатора, кВт;
Sном.тр — номінальна потужністьтрансформатора, кВА.
Номінальніпараметри трансформатора типу ТМ-630/3,15/0,4 що живить територіальнеосвітлення наведені в таблиці 5.
Таблиця 5 — Номінальні параметри трансформатора ТМ-560/3,15Параметр Величина Номінальна потужність, кВА 560 Номінальна напруга обмотки ВН, кВ 3,15 Номінальна напруга обмотки НН, кВ 0,4 Uk, % 7,5
/>Pхх, кВт 1,9
/>Pкз, кВт 6,5 Iх, % 4,0
Визначаємоактивну та реактивну складові напруги короткого замикання трансформатора завиразами (5), (6):
Ua=/>%;
Up=/>%
Згідно завданнякоефіцієнт завантаження трансформаторів />=0,7. При цьому cos/>= 0,75.
Згідно виразу (4):
/> %
Втрата напруги(%) в лініях зовнішнього освітлення визначаються за виразом:
/> (7)
де Iр.ф — розрахунковийструм одної фази лінії, А;
L — довжина лінії, км;
r0, x0 — відповідно, активний тареактивний питомий опір лінії, Ом/км:
/>Ом/км;
x0 =0,08 Ом/км;
γ — провідність матеріалу жили лінії, для алюмінію γ = 32;
F — переріз жили лінії, мм2;
Uн — номінальнанапруга лінії, В.
Для лініїтериторіального освітлення:
r0 =/>Ом/км;
x0=0,08 Ом/км;
згідно виразу(6.7):
/>Uлто=/>%
Для лініїохоронного освітлення:
r0= /> Ом/км;
x0=0,08 Ом/км;
згідно виразу (6.7):
/>Uлоо=/>%
Величина напругина затисках найбільш віддаленого світильника згідно виразу (3) складає:
- дляосвітлення території:
Umin.т=105-4,03-2,19=98,78%
так як 98,78 %> 97,5 %, то умова виконується;
- дляохоронного освітлення:
Umin.о= 105-4,03-1,09=99,88%;
так як 99,88 %> 97,5 %, то умова виконується.
10 ВИБІР АПАРАТУРИУПРАВЛІННЯ ТА ЗАХИСТУ ОСВІТЛЮВАЛЬНОЇ МЕРЕЖІ
Для захисту віднадмірного нагрівання дротів і кабелів кожна ділянка електричної мережі повиннабути оснащена захисним апаратом, що забезпечує відключення аварійної ділянкипри непередбачуваному збільшенні струмового навантаження над тривало допустимим.
Як апаратурузахисту освітлювальної мережі використовують автоматичні вимикачі. Вибіравтоматичних вимикачів відбувається за розрахунковим струмом і номінальноюнапругою:
Iавт > 1,3·Iр — для захисту груповихліній;
Iавт >1,1·Ір — для захистуживильних ліній;
Uнавт>Uн.мер,
де Iавт — номінальнийструм автоматичного вимикача;
Iр — робочий струм лінії, щозахищається;
Uавт — номінальна напругаавтоматичного вимикача;
Uн.мер — номінальна напруга мережі.
Результати виборуавтоматичних вимикачів зведемо в таблицю 6.5.
Таблиця 6.5 — Результативибору автоматичних вимикачівПризначення Вимикач Тип і серія Uавт Uмер Ір, А Іавт, А Територіальне QF ВА 47-29М 400 380 6,93 10 Охоронне QF ВА 47-29М 400 380 5,36 10
11 АВТОМАТИЗАЦІЯ СИСТЕМИОСВІТЛЕННЯ
Для автоматизаціїкерування системою зовнішнього освітлення території ДТЕЦ пропонуєтьсязастосувати ящик керування освітленням ЯУО-01, який призначений дляавтоматичного та ручного керування освітлювальною мережею.
Ящик ЯУО-01забезпечує:
— включення тавідключення освітлювальних установок від сигналу фотодатчику при досягненнізаданого рівня освітленості;
— відключення тавключення освітлювальних установок в задані періоди часу;
— ручне включеннята відключення освітлювальних установок кнопками,
встановленими надверях ящика.
Елементикерування ящика складаються із:
— силової частини- автоматичний вимикач на 16 А та електромагнітний пускач;
— ланцюг керування- автоматичний вимикач (запобіжник) для захисту ланцюга керування, програматор,клемники та ін.
В схемі ЯУО-01можливо реалізувати автоматичний режим керування освітленням тільки за часом тарівнем освітленості. Вибір режимів автоматичного керування освітленнямздійснюється перемикачем, а відключення — кнопкою на дверцятах ящика.
12 ЕКОНОМІЧНАЕФЕКТИВНІСТЬ ЗАМІНИДля визначенняекономічної ефективності заміни скористаємося наступним виразом:/> (8)де Т=2600 – годовакількіть годин використання, год/рік;/> — розрахунковапотужність, кВт./> 9)
де/> — номінальна потужністьлампи, кВт;
/>=0,9 – коефіцієнтвикористання, згідно [4];
/> — коефіцієнт додатковихвитрат в ПРА, /> в ПРА для ламп типу ДРЛ дорівнює1,12, /> вПРА для ламп типу ДНаТ дорівнює 1,07;
/> — кількість ламп.
Для існуючогозовнішнього освітлення території ДТЕЦ з лампами типу ДРЛ-250 згідно виразу (9):
/> кВт
Згідно виразу (8):
/> кВт∙год/рік.
Для спроектованихсвітильників зовнішнього освітлення території ДТЕЦ з лампами типу ДНаТ-100 згідновиразу (9)
/> кВт
Згідно виразу (8):
/> кВт∙год/рік.
Тариф (ТАР) за використанняелектричної енергії на власні потреби ДТЕЦ приймаємо 0,3 грн./кВт∙год.
Виплати за рікрозраховуємо за наступним виразом, грн./рік:
/> (10)
де ТАР = 0,3 –встановлений тариф на електричну енергію, грн./кВт∙год
Для завнішньогоосвітлення території ДТЕЦ з лампами типу ДРЛ-250 виплати згідно виразу (10) зарік складатимуть:
/> грн./рік
Для завнішньогоосвітлення території ДТЕЦ з лампами типу ДНаТ-100 виплати згідно виразу (10) зарік складатимуть:
/> грн./рік
Розглядаємоваріант реконструкції під світильники з натрієвими лим-пами типу ДНаТ-100 потужністю 100 Вт зцоколем типу Е40.
Матеріали нареконструкцію світильників з лампами типу ДНаТ-100 наведено у таблиці 6.
Таблиця 6 — Матеріали на реконструкцію світильників з лампами типу ДНаТ-100
Найменування
обладнання
Одиниці
вимірювання Кількість Ціна за одиницю виміру, грн. Ціна за кількість, грн. 1 2 3 4 5 ПРА шт 110 104 11440 Лампа типу ДНаТ-100 шт 110 56,44 6208,4 Фурнетура комплект 110 2 220 Разом 17868,4
Розрахуноквартості реконструкції у світильниках під лампу типу ДНаТ-100 зведемо в таблицю7.
Таблиця 7 –Розрахунок вартості реконструкції світильників під лампу типу ДНаТ-100
Найменування
обладнання
Одиниці
вимірювання Кількість Ціна за одиницю виміру, грн. Ціна за кількість, грн. 1 2 3 4 5 Демонтаж ПРА шт 110 15 1650 Монтаж ПРА шт 110 45 4950 Разом 6600
Ліквідну вартість(/>) насвітильники з лампами типу ДРЛ-250 приймаємо 40 % від вартості використаногоматеріалу у світильниках.
Матеріали наліквідну вартість світильників з лампами типу ДРЛ-250 наведено в таблиці 6.8.
Таблиця 8 –Матеріали на ліквідну вартість світильників з лампами типу ДРЛ-250
Найменування
обладнання
Одиниці
вимірювання Кількість Ціна за одиницю виміру, грн. Ціна за кількість, грн. 1 2 3 4 5 ПРА шт 110 95 10450
Лампи типу
ДРЛ-250 шт 110 19,2 2112 Разом 12562
Розглянемо виплатукоштів за спожиту електричну енергію на зовнішнє освітлення території ДТЕЦ терміном10 років:
/> (11)
де />= 10 – термін виплат,рік.
Згідно виразу (11)виплати за електричну енергію терміном на 10 років для зовнішнього освітленняДТЕЦ з лампами типу ДРЛ-250 складатимуть:
/>=21621,6∙10=216216грн.
На споживанняелектричної енергії для реконструйованого зовнішнього освітлення ДТЕЦ з лампамитипу ДНаТ-100 буде витрачатися згідно виразу (11)
/>=8262,54∙10=82625,4грн.,
сюди вносимотакож ціну на матеріали та реконструкцію, тоді приведена вартість за наступнимвиразом буде складати:
/>,
де />=17868,4 – кошти наматеріали, згідно таблиці 6.6, грн.;
/>=6600 – кошти на реконструкцію, згіднотаблиці 6.7, грн.;
/>– коефіцієнт ліквідноївартості матеріалу у світильниках з лампами типу ДРЛ-250.
/>, (12)
де />=12562 – згідно таблиці6.8, грн.
/> грн.
/> грн.
Термін окупностіварианта з лампами типу ДНаТ-100 визначемо за наступним виразом:
/>, (13)
де />=10 – термін виплат,рік;
/> - приведена вартість наспоживання електричної енергії, матеріалів та реконструкцію відповідно до />;
/> - приведена вартість наспоживання електричної енергії існуючого зовнішнього освітлення відповідно до />.
Термін окупностідля системи зовнішнього освітлення з лампами типу ДНаТ-100 згідно виразу (6.12)дорівнює:
/> 4 роки 9 місяців
Висновок: через 4роки 8 місяців світильники з лампами тпу ДНаТ-100 окупляться і почнетьсяекономія електричної енергії на зовнішнє освітлення ДТЕЦ.
За 10 років наелектричній енергії зовнішнього освітлення ДТЕЦ зекономимо кошти на суму, щопоказує наступний вираз, грн.:
/>
/> грн.