Особенности расчета сетей с газообразными лампами

ПРА газоразрядных ламп ведут к искажению синусоидальной формы тока и появлению высших гармоник. В свою очередь, высшие гармоники, в основном третья, приводят к наличию тока в нулевых рабочих проводах трехфазных линий.
По ГОСТ 16809-71 «Аппараты пускорегулирующие для газоразрядных ламп» величина тока в нулевом проводе трехфазных линий не должна превышать тока в фазных проводах — при компенсированных ПРА и половины этого тока — при индуктивных ПРА.
Это положение должно учитываться при выборе сечения нулевого проводника; но даже при компенсированных схемах оно не всегда приводит к равенству сечений нулевого и фазных проводников, так как последние могут быть приняты повышенного сечения по условиям ограничения потери напряжения, механической прочности и т. п.
Повышенный ток в нулевом проводе, а следовательно, и в нейтрали трансформаторов может привести к недопустимому его перегреву.
Согласно ГОСТ 11677-65 значение тока в нулевом выводе трансформатора не должно превышать 0,25 фазного тока — при схеме соединения его обмоток У/Ун и 0,75 фазного тока — при схеме D/Ун. Это должно учитываться при выборе трансформаторов.
При расчете сети, помимо мощности ламп, учитываются также и потери в ПРА, в пределах 5-40% номинальной мощности ламп.
Включение газоразрядных ламп в сеть через ПРА приводит к понижению cos φ. Для повышения cosφ до значения 0,9-0,95, как правило, используются статические конденсаторы.
Компенсация cosφ может быть индивидуальной или групповой. При индивидуальной компенсации конденсаторы устанавливаются у каждого светильника (преимущественно встраиваются в него), при групповой — присоединяются к началу каждой групповой линии или, реже, к питающим осветительным линиям или шинам подстанции.
Индивидуальная компенсация должна выполняться, как правило, заводами — изготовителями светильников.
В настоящее время светотехническая промышленность поставляет комплектно с компенсирующими конденсаторами только светильники с люминесцентными лампами и применение таких светильников без индивидуальной компенсации запрещено.
Светильники с прочими газоразрядными лампами (ДРЛ, ДРИ и др.) компенсирующими конденсаторами, как правило, не комплектуются, и в необходимых случаях в проекте предусматривается групповая компенсация реактивной мощности. Целесообразность последней выявляется технико-экономическими расчетами, в которых учитываются многие факторы, в том числе величина мощности газоразрядных ламп и ее доля в общей мощности освещения объекта, загрузка трансформаторов, характеристика электросиловых потребителей и т. д. При этом нередко оказывается, что применение конденсаторов в сетях освещения экономического эффекта не дает.
Реактивная мощность конденсаторов Qк (в киловольт-амперах реактивных), необходимая для повышения   до значения  , определяется по формуле
 (12-27)
где Р — активная мощность (номинальная мощность ламп накаливания и газоразрядных с учетом потерь в ПРА), кВт.
Для расчета сетей только с лампами ДРЛ при cosφ комплекта «лампа — ПРА» 0,5 на рис. 12-6 приведен график, позволяющий определить cosφ по заданным Р и Qк и Qк по заданным Р и cosφ.
Для определения по Р и реактивной мощности Q полной мощности S и cosφ может быть использован график на рис. 12-7.
При индивидуальной компенсации применяются конденсаторы малой мощности, основной характеристикой которых является емкость.
Емкость С (в микрофарадах) определяется по формуле
 (12-28)
где U — напряжение на зажимах конденсатора, кВ; а — частота переменного тока, Гц; Qк — мощность конденсатора, квар.
Для компенсации реактивной мощности газоразрядных ламп преимущественно используются: для индивидуальной компенсации — конденсаторы типа ЛС, для групповой на групповых линиях — конденсаторы типа КС мощностью 18 и 36 квар.
Схема компенсации на трехфазных групповых линиях с лампами ДРЛ показана на рис. 12-8.
Если в этих случаях проводники ламп и конденсатора присоединить непосредственно к автомату, то тепловыделения, обусловленные токами лампы и конденсатора и дополнительными переходными сопротивлениями в месте присоединения проводников к автомату, могут вызвать недопустимый перегрев последнего.
В отдельных случаях во избежание перегрева контактных частей автоматы выбираются на большие номинальные токи.
На участках сети с некомпенсированной реактивной мощностью на потерю напряжения влияет не только активное, но индуктивное сопротивление линий.

Рис. 12-6.

Рис. 12-7.

График для определения cosφ в установках с лампами ДРЛ
P — номинальная мощность ламп ДРЛ, включая потери в ПРА, кВт; Qк — мощность подключаемых к осветительной сети конденсаторов, квар

Рис. 12-8. Схема присоединения проводов к щитку при питании ламп ДРЛ с групповой компенсацией при нагрузке более 0,6 номинального тока автомата

Номограмма р — Q — S — cosφ

Таблица 10-2 Выбор токов аппаратов защиты с учетом пусковых токов источников света

ПОЛЕ для вставки таблицы

1 — групповой шиток; 2 — автомат; 3 — зажим; 4 — трехфазный конденсатор; 5 — разрядный резистор

Для учета индуктивного сопротивления линий при расчете сетей на потерю напряжения (см. раздел) найденные по табл. 12-11-12-19 значения моментов нагрузки умножаются на коэффициент  (табл. 12-23-12-24).
Токи высших гармоник также влияют на величину потери напряжения, но в редких случаях: в основном в предельно нагруженных воздушных линиях сечением 50 мм2 и выше и в линиях с потерями напряжения более 5-6%.
Ниже приводится пример расчета сетей с газоразрядными лампами, при наличии групповой компенсации.

Пример.
Общая мощность освещения P=18 кВт, в том числе лампы накаливания Рн = 3 кВт, cosφ = 1 и лампы ДРЛ Рд=15 кВт ( с учетом потерь в ПРА), cosφ=0,5; tgφ=1,73. Питание освещения осуществляется трехфазной четырехпроводной линией, выполненной кабелем АНРГ. Фазное напряжение сети Uф=0,22 кВ. Загрузка фаз равномерная.
Определить мощность компенсирующего конденсатора , ток автомата   на осветительном щитке, сечение (по току) фазовых   и нулевого  проводов групповой сети, ток линии .
При неисправленном коэффициенте мощности:
реактивная мощность

полная мощность

ток групповой линии

коэффициент мощности установки

необходимая мощность конденсатора, устанавливаемого в начале групповой линии (рис. 12-8) для повышения коэффициента мощности от до значения , близкого к 0,95 ,

Ориентируясь на выпускаемые промышленностью аппараты, принимаем мощность конденсатора равной 18 квар.
При исправленном коэффициенте мощности :
реактивная мощность

полная мощность

коэффициент мощности

По таблице для Iл=48 А определяем 
Ввиду отсутствия компенсации реактивной мощности на участке «автомат — лампы» увеличения до не требуется: принимаем равным 10 мм2, тогда

где — коэффициент на пусковые токи (табл. 10-2).
Принимаем автомат с расцепителем на ток 40 А.