Реконструкція системи зовнішнього освітлення території ДТЕЦ

РЕКОНСТРУКЦІЯ СИСТЕМИ ЗОВНІШНЬОГО ОСВІТЛЕННЯ ТЕРИТОРІЇ ДТЕЦ




1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ



В Україні для потреб 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 низьку ефективність світильників і джерел світла питома вага витрат електроенергії в Україні в 1,7 раз вища, ніж в розвинутих країнах. 

Освновними причинами такого стану є: 

- експлуатація старих, фізично зношених світильників, в яких характеристики відбивачів і розсіювачів значно знизились (ККД 25-40 %); 

- використання в світильниках малоефективних джерел світла (ламп розжарення і ламп ДРЛ); 

- експлуатація світильників з нераціональним розподілом світла (косину-соїдальна крива сили світла замість широкої). 

Тривалий час роботи вуличних світильників та постійне збільшення їх кількості протягом року зумовлює постійне зростання витрат електроенергії, а відповідно, і фінансових витрат.



	2 СУЧАСНИЙ СТАН ОСВІТЛЕННЯ ДТЕЦ



Зовнішню територію ДТЕЦ освітлюють світильники на залізобітоних стовбах висотою 9 метрів на відстані 40 метрів один від одного. Також є охоронне освітлення, яке влаштоване на огорожі і постійних постах охорони. Охоронні світильники змонтовані на трубчатих кронштейнах які кріпляться на висоті 4 метрів до колон огорожі на відстані 18 метрів один від одного. В світильниках для освітлювання території та охоронного освітлення вико-ристовуються газорозрядні лампи високого 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 територію ДТЕЦ припадає 62 лампи.



3 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЕКТУВАННЯ



Пропонується разглянути енергічноекономічні варианти заміни ламп типу ДРЛ на ДНаТ.

Реальною можливістю значно зменшити енергоспоживання і підвищити рівень освітленості є заміна світильників з лампами ДРЛ на світильники з натрієвими лампами високого тиску типу ДНаТ. Економія електроенергії досягається суттєвою різницею в світлових 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 250 Вт на лампу ДНаТ 100 Вт зменшить енергоспоживання світильника на 40 %. Ще більшу економію електроенергії (до 50 %) можна отримати при застосуванні в світильниках з лампами ДНаТ електронних пускорегулюючих апаратів. При цьому збільшиться в 1,5 раза термін служби ламп, стабілізується режим їх роботи при коливаннях напруги живлення від 160 до 260 В, лампи надійно запалюються, підвищується коефіцієнт потужності до 0,95 - 0,98, зменшується вага світильників в 2 - 2,5 рази.



4 ПЕРЕВІРКА ВСТАНОВЛЕНОГО ОСВІТЛЕННЯ 



Для перевірки встановленого освітлення скористаємося кривими сили світла на рисунку 6.1 для існуючого джерела світла. Для світильників зовнішнього освітлення території мінімальна освітленість  лк, світильників охорони мінімальна освітленість  лк.




Рисунок 1 – Крива сили світла світильника РКУ-01В-250-01



Розрахунок ведеться для точки мінімальної освітленості між двома лампами у світильниках, які показано на рисунку 2.

При використанні кривої сили світла світильника горизонтальна освітленість визначається виразом:



, (1)



де с - коефіцієнт, що враховує реальний світловий потік лампи по відношенню до умовного



, (2)



Іα - сила світла по кривій під кутом α;

α - кут падіння світла на поверхню. 

Згідно виразу (6.2) 









Тоді т°, за кривою сили світла Iα=65,8° = 120 кд.



Згідно виразу (6.1)  лк



Тоді о°, за кривою сили світла Iα=66,05° = 115 кд.



Згідно виразу (6.1)  лк



Отримане значення освітленості повинно складати не менше половини мінімальної освітленості:



 лк

 лк



Результати переівірки розрахунків освітленості зведемо в таблицю 1.


Таблиця 1 – Результати перевірки розрахунків освітленості

Призначення 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



Перевірка показала, що освітлення території та охоронне освітлення ДТЕЦ збільшено приблизно у 2 рази від норм мінімальної освітленості.



5 РОЗРАХУНОК ОСВІТЛЕННЯ ТЕРИТОРІЇ ДТЕЦ



Відстань між стовпами та висота підвісу світильників залишаються такою ж самою.

Розрахунок ведемо за кривими сили світла для світильників типу ЖКУ-01-100-012 з натрієвими лампами типу ДНаТ-100 номінальною потужністю 100 Вт і з світловим потіком 10500 лм. 

Розрахунок ведеться для точки мінімальної освітленості між двома лампами, показано на рисунку 2.




Рисунок 3 – Крива сили світла світильника ЖКУ-01В-250 (100)-01



Для розрахунку скористаємося кривими сили світла на рисунку 3 для світильників з натрієвими лампами типу ЖКУ-01В-250.



Згідно виразу (2) 





Тоді т°, за кривою сили світла Iα=65,8° = 150 кд.

Згідно виразу (6.1)  лк

Тоді о°, за кривою сили світла Iα=66,05° = 115 кд.

Згідно виразу (1)  лк



Отримане значення освітленості повинно складати не менше половини мінімальної освітленості:



 лк

 лк



Результати переівірки розрахунків освітленості зведемо в таблицю 2.



Таблиця 6.2 – Результати перевірки розрахунків освітленості

Призначення 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



Розрахунок показує, що світильники типу ЖКУ-01В-100 з натрієвими лампами типу ДНаТ-100 номінальною потужністю 100 Вт і з світловим потоком 10500 лм перевищують мінімальну освітленість більше ніж у два рази освітленість встановлену нормами, але лампа, що змонтована в цей світильник має цоколь Е40 і це мінімальна потужність лампи з таким цоколем.

У світильнику типу ЖКУ-01В-100 робимо заміну цоколя Е40 на цоколь Е27, застосовуємо лампу типу ДНаТ-70 номінальною потужністю 70 Вт і з світловим потоком 6000 лм з цоколем Е27 та перераховуємо за кривими сили світла для світильників типу ЖКУ-01-100-012.



6 РОЗРАХУНОК ОСВІТЛЕННЯ З ЛАМПАМИ ТИПУ ДНаТ-70



Для розрахунку скористаємося кривими сили світла на рисунку 3 для світильників з натрієвими лампами типу ЖКУ-01В-250.

Згідно (2) 







Тоді т°, за кривою сили світла Iα=65,8° = 150 кд.



Згідно (1)  лк



Тоді о°, за кривою сили світла Iα=66,05° = 115 кд.



Згідно (1)  лк



Отримане значення освітленості повинно складати не менше половини мінімальної освітленості:



 лк

 лк



Результати перевірки розрахунків освітленості зведемо в таблицю 6.3.



Таблиця 3 – Результати перевірки розрахунків освітленості

Призначення 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 ЕЛЕКТРИЧНОГО НАВАНТОЖЕННЯ СИСТЕМИ ОСВІТЛЕННЯ



Розрахункова потужність освітлювальних установок з газорозрядними лампами з урахуванням втрат в ПРА визначається за виразом:



Рроз=,



де кn= 0,8 - коефіцієнт попиту, визначається з таблиці 5 [4];

кдод = 1,12- коефіцієнт додаткових витрат, що складає для ламп.

Тоді розрахункова потужність системи освітлення складає:

територіального Рроз= кВт

охоронного Рроз= кВт



8 ВИБІР ПЕРЕРІЗУ ЛІНІЙ ЖИВЛЕННЯ ОСВІТЛЮВАЛЬНОГО НАВАНТОЖЕННЯ

освітлення лінія живлення потужність

Провідники освітлювальної мережі повинні задовольняти вимогам у відношенні гранично припустимого нагрівання при нормальних режимах роботи.

Отже, умовою перевірки обраного перерізу провідника за допустимим струмом навантаження:



,



де Ір - розрахунковий струм, що протікає по провіднику, А.

Для проведення порівняння необхідно визначити максимальний розрахунковий струм кожної ділянки освітлювальної мережі.

Розрахунковий струм в залежності від системи виконання мережі визна-чається за виразами:

для однофазних двох провідних мереж (1ф + N)







для трифазних чотири провідних мереж (3ф + N)







де Р - розрахункова потужність, кВт;

Uф - відповідно фазна і лінійна напруга, В;

сosφ = 0,85 - коефіцієнт потужності для газорозрядних ламп типу ДНаТ.

Середня довжина трифазних чотири провідних групових ліній для системи напругою 0,22 кВ складає:

територіальне - 600 м;

охоронне - 400 м.

Для живлення освітлювальних установок приймаємо радіальну схему живлення: кожен ряд світильників живиться від своєї групової лінії.

Розрахунок перерізу ліній живлення освітлювального навантаження покажемо на прикладі лінії територіального освітлення:

Iр.т=  А.

Кабель ліній живлення залишаємо той самий. 

Результати розрахунків перерізу кабельних ліній зовнішнього освітлення зведемо в таблицю 4.


Таблиця 4 - Результати розрахунків перерізу кабельних ліній

Лінія

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 ВИБРАНОЇ МЕРЕЖІ ЗА ВТРАТОЮ НАПРУГИ



Відповідно до ГОСТ 13109-97 напруга на найбільш віддалених лампах зовнішнього освітлення промислових підприємств повинна бути не нижча 97,5 % Uном [4].

Величина мінімально допустимої напруги на затисках лампи:



Umin= Uxx- ΔUmp-ΔUл (3)



де ΔUхх - напруга холостого ходу трансформатора (на 5 % вища за номі-нальну);

ΔUл - втрати напруги в лінії відповідного освітлення. 

Втрата напруги в трансформаторі (%) визначається виразом



 (4)



де Ua, Uр - відповідно активна і реактивна складові напруги короткого замикання трансформатора (Uкз), % ;

соsφ - коефіцієнт потужності навантаження вторинного ланцюга трансформатора;

β - коефіцієнт завантаження трансформатора (відношення розрахункового навантаження трансформатора до його номінальної потужності).

Активна і реактивна складові напруги короткого замикання трансформатора (%) визначаються виразами:


; (5)

, (6)



де ΔPкз - втрати потужності короткого замикання трансформатора, кВт;

Sном.тр - номінальна потужність трансформатора, кВА.

Номінальні параметри трансформатора типу ТМ-630/3,15/0,4 що живить територіальне освітлення наведені в таблиці 5.



Таблиця 5 - Номінальні параметри трансформатора ТМ-560/3,15

Параметр

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



Визначаємо активну та реактивну складові напруги короткого замикання трансформатора за виразами (5), (6):



Ua= %;

Up= %



Згідно завдання коефіцієнт 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 - розрахунковий струм одної фази лінії, А;

L - довжина лінії, км;

r0, x0 - відповідно, активний та реактивний 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 - номінальна напруга лінії, В.

Для лінії територіального освітлення:

r0 = Ом/км;

x0=0,08 Ом/км;

згідно виразу (6.7):

Uлто= %

Для лінії охоронного освітлення:

r0=  Ом/км;

x0=0,08 Ом/км;

згідно виразу (6.7):

Uлоо= %

Величина напруги на затисках найбільш віддаленого світильника згідно виразу (3) складає:

для освітлення території:

Umin.т=105-4,03-2,19=98,78 %

так як 98,78 % > 97,5 %, то умова виконується;

для охоронного освітлення:

Umin.о= 105-4,03-1,09=99,88 %;

так як 99,88 % > 97,5 %, то умова виконується.



10 ВИБІР АПАРАТУРИ УПРАВЛІННЯ ТА ЗАХИСТУ ОСВІТЛЮВАЛЬНОЇ МЕРЕЖІ



Для захисту від надмірного нагрівання дротів і кабелів кожна ділянка електричної мережі повинна бути оснащена захисним апаратом, що забезпечує відключення аварійної ділянки при непередбачуваному збільшенні струмового навантаження над тривало допустимим.

Як апаратуру захисту освітлювальної мережі використовують автоматичні вимикачі. Вибір автоматичних вимикачів відбувається за розрахунковим струмом і номінальною напругою:

Iавт > 1,3·Iр - для захисту групових ліній;

Iавт >1,1·Ір - для захисту живильних ліній;

Uнавт>Uн.мер,

де Iавт - номінальний струм автоматичного вимикача;

Iр - робочий струм лінії, що захищається;

Uавт - номінальна напруга автоматичного вимикача;

Uн.мер - номінальна напруга мережі.

Результати вибору автоматичних вимикачів зведемо в таблицю 6.5.


Таблиця 6.5 - Результати вибору автоматичних вимикачів

Призначення

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 СИСТЕМИ ОСВІТЛЕННЯ



Для автоматизації керування системою зовнішнього освітлення території ДТЕЦ пропонується застосувати ящик керування освітленням ЯУО-01, який призначений для автоматичного та ручного керування освітлювальною мережею.

Ящик ЯУО-01 забезпечує:

- включення та відключення освітлювальних установок від сигналу фотодатчику при досягненні заданого рівня освітленості;

- відключення та включення освітлювальних установок в задані періоди часу;

- ручне включення та відключення освітлювальних установок кнопками,

встановленими на дверях ящика.

Елементи керування 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-01 можливо реалізувати автоматичний режим керування освітленням тільки за часом та рівнем освітленості. Вибір режимів автоматичного керування освітленням здійснюється перемикачем, а відключення - кнопкою на дверцятах ящика.




12 ЕКОНОМІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ЗАМІНИ



Для визначення економічної ефективності заміни скористаємося наступним виразом:



 (8)



де Т=2600 – годова кількіть годин використання, год/рік;

- розрахункова потужність, кВт.



 9)



де- номінальна потужність лампи, кВт;

=0,9 – коефіцієнт використання, згідно [4];

- коефіцієнт додаткових витрат в ПРА,  в ПРА для ламп типу ДРЛ дорівнює 1,12,  в ПРА для ламп типу ДНаТ дорівнює 1,07;

- кількість ламп.

Для існуючого зовнішнього освітлення території ДТЕЦ з лампами типу ДРЛ-250 згідно виразу (9):

 кВт

Згідно виразу (8):

 кВт∙год/рік.

Для спроектованих світильників зовнішнього освітлення території ДТЕЦ з лампами типу ДНаТ-100 згідно виразу (9)

 кВт

Згідно виразу (8):

 кВт∙год/рік.

Тариф (ТАР) за використання електричної енергії на власні потреби ДТЕЦ приймаємо 0,3 грн./кВт∙год.

Виплати за рік розраховуємо за наступним виразом, грн./рік:



 (10)



де ТАР = 0,3 – встановлений тариф на електричну енергію, грн./кВт∙год

Для завнішнього освітлення території ДТЕЦ з лампами типу ДРЛ-250 виплати згідно виразу (10) за рік складатимуть:

 грн./рік

Для завнішнього освітлення території ДТЕЦ з лампами типу ДНаТ-100 виплати згідно виразу (10) за рік складатимуть:

 грн./рік

Розглядаємо варіант реконструкції під світильники з натрієвими лим-пами типу ДНаТ-100 потужністю 100 Вт з цоколем типу Е40.



Матеріали на реконструкцію 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


Розрахунок вартості реконструкції у світильниках під лампу типу ДНаТ-100 зведемо в таблицю 7.



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 () на світильники з лампами типу ДРЛ-250 приймаємо 40 % від вартості використаного матеріалу у світильниках.

Матеріали на ліквідну 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 виплату коштів за спожиту електричну енергію на зовнішнє освітлення території ДТЕЦ терміном 10 років:



 (11)


де = 10 – термін виплат, рік.

Згідно виразу (11) виплати за електричну енергію терміном на 10 років для зовнішнього освітлення ДТЕЦ з лампами типу ДРЛ-250 складатимуть:

=21621,6∙10=216216 грн.

На споживання електричної енергії для реконструйованого зовнішнього освітлення ДТЕЦ з лампами типу ДНаТ-100 буде витрачатися згідно виразу (11)

=8262,54∙10=82625,4 грн.,

сюди вносимо також ціну на матеріали та реконструкцію, тоді приведена вартість за наступним виразом буде складати:



,



де =17868,4 – кошти на матеріали, згідно таблиці 6.6, грн.;

	=6600 – кошти на реконструкцію, згідно таблиці 6.7, грн.;

	– коефіцієнт ліквідної вартості матеріалу у світильниках з лампами типу ДРЛ-250.

	

	, (12)

	

	де =12562 – згідно таблиці 6.8, грн.

	 грн.

	 грн.

	Термін окупності варианта з лампами типу ДНаТ-100 визначемо за наступним виразом:

	

	, (13)

	де =10 – термін виплат, рік;

	 - приведена вартість на споживання електричної енергії, матеріалів та реконструкцію відповідно до ;

	 - приведена вартість на споживання електричної енергії існуючого зовнішнього освітлення відповідно до .

	Термін окупності для системи зовнішнього освітлення з лампами типу ДНаТ-100 згідно виразу (6.12) дорівнює:

	 4 роки 9 місяців

	Висновок: через 4 роки 8 місяців світильники з лампами тпу ДНаТ-100 окупляться і почнеться економія електричної енергії на зовнішнє освітлення ДТЕЦ.

	За 10 років на електричній енергії зовнішнього освітлення ДТЕЦ зекономимо кошти на суму, що показує наступний вираз, грн.:

	

	

	

	 грн.