Dimensionarea elementelor instalaţiei electrice de lumină şi prize (metodologie de calcul)

Dimensionarea elementelor instalaţiei de iluminat şi prize implică determinarae secţiunii conductoarelor electice, a tuburilor de protecţie şi aparatelor necesare pentru acţionare, protecţie sau măsură, pentru:

� circuitele dintre tablourile electrice secundare şi receptoare;

� coloanele secundare dintre tabloul general de lumină (TGL) şi tablourile secundare;

� coloana generală dintre cofretul de branşament (sau un post de transformare) şi TGL.

Pentru exemplificarea modului de calcul se consideră schema secundară

de distribuţie a tabloului de lumină de la un nivel al unei clădiri (TL) care poate fi chiar nivelul birourilor de la întrepriderea la care se efectuează stagiul de practică. DATE DE INTRARE: � schema generală de distibuţie pentru clădirea respectivă care cuprinde

• schema de principiu în care sunt evidenţiate poziţia tablourilor secundare (TL), a tabloului general (TGL) şi a cofretului la branşament (CB), precum şi modalitatea de alimentare a tablourilor (de la cofret la TGL printr-o coloană generală şi de la TGL la tablourile secundare prin coloane individuale);

• schema detaliată a tabloului general TGL în care sunt evidenţiate destinaţia coloanelor, puterea instalată pe fiecare coloană şi repartizarea ei pe cele trei faze, puterea instalată pe coloana generală şi reprtizarea ei pe faze, aparatele prevăzute pe TGL şi în cofretul de branşament.

Schema generală de distribuţie: schema de principiu

CB

TL1

TL2

TL3

TL4

Rez.

TGL

Schema tabloului general de lumină

Nr. coloană

Nr. tablou P1 [W] L1 [W] L2 [W] L3 [W]

C1 TL1 9 600 3 200 3 200 3 200 C2 TL2 9 000 3 000 3 060 3 000 C3 TL3 7 900 2 620 2 620 2 660 C4 TL4 6 500 2 200 2 000 2 100

C5 Rez 3 000 1 000 1 000 1 000 Total 36 000 12 020 12 020 11 960

Pentru fiecare coloană se indicănumărul circuitelor, distribuţia lor pe fazele

sistemului trifazat al reţelei, puterea instalată şi factorul de putere. De exemplu, tabloul TL4:

o are 11 circuite (C1-C11), distribuite pe cele trei faze R,S,T ale reţelei, astfel încât puterea pe fiecare fază să fie aproximativ aceeaşi şi tabloul să poată fi considerat, în calcul, ca un receptor trifazat echilibrat;

kWh

LFi 100/80 A

CV

V

LFi 63/50 A

AFY(3x35+16 mm2)

FY 10 mm2/PEL 42

A

3(0-5A)

3CiS 3CiS 50/5A

0-400 V

C1

C2

C3

C4

C5

LFi 25/25 A

AFY 4x10+FY 6mm2

IPY 32

Pi=36 kW

cosφ=0,95

cs=0,8

LFi 25/5 A

IP 63 A

CA 43

LFi 63/50 A

Curentul

nominal al

soclului

Curentul

nominal al

patronului

o are puterea instalată de 7,9 kW; o are factorul de putere cosφ>=0,95, corpurile de iluminat fiind predominant

fluorescente. Circuitele de iluminat şi prize:

� asigură alimentarea corpurilor de iluminat şi prizelor din încăperile de pe nivel (P1-P12), inclusiv holul şi casa scării;

� includ un circuit d erezervă (C11) cu puterea de 840 W; � pot fi identificate şi urmărite pe baza schemei TL3, cu toate elementele

caracteristice; de exemplu, în încăperea P7, există şase corpuri de iluminat (CI) de tip FIAG-240/2, acţionate de la întreruptorul dubluI, cu o putere toatală de 600 W şi repartizate pe faza S, alimentate prin circuitul C1 şi o priză (P) alimentată prin circuitul C9, împreună cu alte 10 prize, repartizate pe faza R, astfel încât puterea instalată să fie de 800 W.

Schema secundară de distribuţie a tabloului de lumină TL3

Nr. circuit Nr. recept. Pi[W] L1[W] L2[W] L3[W] C1 6CI 600 600 C2 4CI 800 800

LFi 25/4 A AFY 2x2,5 mm2/IPY 16

X

LFi 25/4 A AFY 2x2,5 mm2/IPY 16

X

LFi 25/4 A AFY 2x2,5 mm2/IPY 16

X

LFi 25/4 A AFY 2x2,5 mm2/IPY 16

X

LFi 25/4 A AFY 2x2,5 mm2/IPY 16

X

LFi 25/4 A AFY 2x2,5 mm2/IPY 16

X

LFi 25/4 A AFY 2x2,5 mm2/IPY 16

X

LFi 25/4 A AFY 2x2,5 mm2/IPY 16

X

LFi 25/4 A AFY 2x2,5 mm2/IPY 16

LFi 25/4 A AFY 2x2,5 mm2/IPY 16

LFi 25

IP 25 A AFY 4x10 mm

2+FY 6 mm

2

Pi = 7,9 kW

cosφ=0,95

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9

C10

C1

C3 8CI 800 800 C4 6CI 1 200 1 200 C5 6CI 360 360 C6 8CI 700 700 C7 3CI 180 180 C8 8CI 820 820 C9 11P 800 800 C10 9P 800 800 C11 Rezervă 840 840

Coloana de alimentare 7 900 2 620 2 620 2 660

BREVIAR DE CALCUL Dimensionarea circuitelor electrice

• Curentul nominal al circuitului:

� monofazat: ϕcosf

i

nU

PI = în care:

Pi este puterea instalată pe cicuit, obţinută prin adunarea puterilor tturor receptoarelor alimentatepe circuitul respectiv; Uf = 230 V este tensiunea de fază a reţelei; cosφ este factorul de putere al circuitului.

� trifazat: ϕcos.3U

PI i

n = în care

U = 400 V este tensiunea de linie a reţelei

• Siguranţa fuzibilă pentru protecţia la suprasarcină şi scurtcircuit: � curentul fuzibilului: IF ≥ In, condiţie din care se stabileşte IF; � tipul siguranţei:

� siguranţă fuzibilă cu filet, cu legături în faţă F sau cu legături în faţă tip industrial LFi;

� siguranţă cu mare putere de rupere MPR.

• Secţiunea conductoarelor electrice � intensitatea maximă admisibilă Ima: curentul suportat de un conductor sau

un cablu electric, un timp infinit, fără încălzirea izolaţiei peste o limită admisibilă, cu valori stabilite experimental şi dependente de

� tipul conductorului sau cablului; � temperatura mediului ambiant; � secţiunea conductorului; � numărul de conductoare activ (parcurse de curent montate

împreună în tubul de protecţie; � secţiunea conductorului: cea mai mică dimensiune pentru care se

respectă relaţia:

8,0

F

ma

II ≥

• Dimensiunea tubului de protecţie pentru conductoare � natura tubului – se alege în funcţie de condiţiile d emontare;

� diametrul nominal al tubului – se alege în funcţie de numărul şi secţiunea conductoarelor care trebuie montate în el.

Dimensionarea coloanelor secundare

• Curentul nominal al coloanei secundare:

� monofazat: ϕcosf

i

nU

PI = în care:

Pi, Uf, cosφ au semnificaţii similare cu cele de la circuite;

� trifazat: ϕcos.3U

PI i

n = în care

U = 400 V este tensiunea de linie a reţelei.

• Siguranţa fuzibilă pentru protecţia la suprasarcină şi scurtcircuit: � curentul fuzibilului: IF ≥ In, condiţie din care se stabileşte IF, cu

condiţia ca acesta să fie mai mare cu cel puţin două trepte (din gama de valori IF) decât valoarea maximă IF prevăzută pe circuitele tabloului (de exemplu, dacă pe un tablou de lumină, siguranţa maximă pentru circuite este de 10 A, pe coloana acestui tablou trebuie să se prevadă o siguranţă mai mare sau cel puţin egală cu 20 A).

• Secţiunea conductoarelor electrice şi dimensiunea tubului de protecţie pentru conductoare: ca la dimensionarea circuitelor.

• Întreruptoarele electrice: � curentul nominal: Ini – curentul pe care îl poate suporta în regim

permanent fără ca părţi din întreruptor să se supraîncălzească sau să se distrugă;

� curentul de rupere: Ir – curentul pe care îl poate suporta la închidere sau deschidere (atunci când se formează un arc electric) fără să se deterioreze;

� condiţia de alegere: � în general, Ir este cu mult mai mare decât In, astfel încât

Ini ≥ In; � la întreruptoarele manuale tip pârghie, Ir<Ini şi atunci Ir ≥ In.

Dimensionarea coloanei principale

• Curentul nominal al coloanei principale:

ϕcos3

.

U

PcI is

n = în care

Pi, U=400 V, cosφ au semnificaţii similare cu cele de la circuite cs este coeficientul de simultaneitate în funcţionare a receptoarelor de lumină şi a prizelor din clădire, care se alege în funcţie de destinaţia clădirii:

� clădiri industriale, administrative şi de învăţământ 0,8 � spitale (mai puţin grupul operator) 0,65 � creşe 0,6 � complexe comerciale 1,0

� depozite 0,5 � blocuri de locuit cu număr variabil de apartamente

2-4 5-9 10-14 15-19 peste 20 1,0 0,78 0,63 0,53 0,49

• Siguranţa fuzibilă, secţiunea conductoarelor, tubul de protecţie şi întreruptorul: se deremină la fel ca pentru coloanele secundare.

• Aparate de măsurat: se prevăd pe un tablou general de lumină (TGL) mare, din punctul de vedere al puterii instalate, numărului de coloane ce pleacă din tablou şi al importanţei construcţiei;

� voltmetru cu cheie voltmetrică – pentru măsurarea tensiunii pe fiecare fază şi între faze, protejat la scurtcircuit cu siguranţe cu IF = 6 A;

� ampermetre de 0-5 A, montate pe fiecare fază prin reductoare de curent

gama de curenţi primari (tipul CIS): 7,5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75; 100; 150; 200; 400; 600; 750; 1000; 1500; 2000; 3000 A. Curentul maxim în secundar: 5 A (în toate cazurile). � contor de energie activă (monofazat CAM-6; trifazat CA-32

sau CA-43) legate tot prin intermediul reductoarelor de curent, ca şi ampermetrele.

Verificarea instalaţiei la pierderea de tensiune

• Limitarea pierderilor de tensiune (conform normativelor în vigoare): � de la cofretul de branşament până la cel mai îndepărtat corp de

iluminat din clădire: %3% ≤∆U

� de la postul de transformare până la cel mai îndepărtat corp de iluminat din clădire.

%8% ≤∆U

MINIPROIECT Dimensionarea elementelor instalaţiei electrice de lumină şi prize (exemplu de calcul) Dimensionarea circuitelor electrice (de exemplu, circuitul C4 – vezi metodologia de calcul, cu Pi = 1 200 W) Puterea circuitului se stabileşte în funcţie de numărul corpurilor de iluminat şi a lămpilor cu care sunt echipate acestea, ţinându-se cont şi de balastul fiecărui corp de iluminat (în cazul considerat, pentru fiecare corp de iluminat fluorescent cu 4 lămpi de 40 W, balastul este de 40 W): Pi = 6corpuri iluminatx4lămpi fiecarex40 Wputerea unei lămpi+6x40 Wputerea balastului = 1 200 W

• Curentul nominal al circuitului:

AU

PI

f

i

n 49,595,0.230

1200

cos===

ϕ

• Siguranţa fuzibilă: din IF ≥ In, rezultă IF= 6 A şi se alege o siguranţă fuzibilă LFi 25/6 A

• Secţiunea conductoarelor electrice � intensitatea maximă admisibilă

AI

I F

ma 5,78,0

6

8,0==≥

� secţiunea conductoarelor: pentru conductoare din aluminiu AFY, izolate cu PVC, plasate câte două în tubul de protecţie, normativul I7-2002, prevede Ima = 18 A (cea mai apropiată valoare mai mare sau egală cu cea determinată prin calcul – anexa 6.3 [3]), căreia îi corespunde o secţiune a conductoarelor de 2,5 mm2.

� tubul de protecţie: se alege de tip IPY (pentru montaj îngropat), cu două conductoare, al cărui diametru nominal exterior se alege de 16 mm (în conformitate cu prevederile normativului I7-2002, vezi anexa 6.4.2 [3])

Observaţii. 1. Din schema secundară a tabloului de lumină se remarcă faptul că toate

celelalte circuite au puterea instalată mai mică decât C4 şi, de aceea, pentru toate se aleg conductoare AFY/2x2,5 mm2 în tub IPY 16 şi siguranţe care să respecte condiţia IF ≥ In.

2. Datorită posibilităţii de alimentare a unor receptoare de putere mare (peste 800 W, care este o putere medie de calcul), pentru prize se adoptă constructiv conductoare AFY/2x4 mm2+FY 2,5 mm2 în tub IPY 18 şi siguranţe fuzibile LFi 25/16 A.

Dimensionarea coloanei secundare TL3 (tablou de lumină şi prize)

• Curentul nominal al coloanei secundare:

AU

PI i

n 01,1295,0.400.3

7900

cos.3===

ϕ

• Siguranţa fuzibilă: din IF ≥ In rezultă IF = 16 A, care este egală cu valoarea fuzibilului de pe circuitul de priză (vezi observaţia 2) anterioară), astfel încât se alege IF = 25 A (cu două trepte peste valoarea de 16 A) şi o siguranţă fuzibilă de tip LFi 25/25 A

• Intensitatea maximă admisibilă: AI

I F

ma 25,318,0

25

8,0==≥

• Secţiunea conductoarelor: pentru conductoare AFY, izolate cu PVC, plasate câte patru în tubul de protecţie, normativul I7-2002 prevede Ima = 33 A (cea mai apropiată valoare mai mare sau egală cu cea determinată prin calcul), căreia îi corespunde o secţiune a conductoarelor de 10 mm2.

• Secţiunea coloanei: AFY 4x10 mm2+FY 6 mm2. • Tubul de protecţie: pentru montaj îngropat, cu patru conductoare, se

alege IPY 32 (vezi Anexa 6.4.1 [3]) • Întreruptorul coloanei, de tip pârghie: curentul de rupere trebuie să

respecte condiţia Ir<Ini, de unde rezultă Ir ≥ In şi se alege Ir = 16 A ≥ 12,65 A = In, deci un întreruptor pârghie având curentul nominal Ini = 25 A (IP 25 A).

Dimensionarea coloanei principale a tabloului general de lumină (TGL)

• Curentul nominal al coloanei principale:

AU

PcI is

n 80,4395,0.400.3

36000.8,0

cos3

.===

ϕ

• Siguranţa fuzibilă: din IF ≥ In rezultă IF = 50 A, astfel încât se alege IF = 63 A şi o siguranţă fuzibilă de tip LFi 63/50 A, iar pe cofretul de branşament se prevăd siguranţe fuzibile cu două trepte mai mari, adică LFi 100/80 A.

• Intensitatea maximă admisibilă: AI

I F

ma 5,628,0

50

8,0==≥

• Secţiunea coloanei: AFY (3x35 mm2+16 mm2)+FY 10 mm2 (vezi Anexa 6.3 [3]).

• Tubul de protecţie: se alege PEL 44 (dimensiunea maximă a tubului IPY 40 fiind insuficientă)

• Întreruptorul coloanei, de tip pârghie: din condiţia Ir<Ini, rezultă Ir ≥ In şi se alege Ir = 48 A ≥ 46,11 A = In, deci un întreruptor pârghie având curentul nominal Ini = 63 A (IP 63 A).

• Aparate de măsurat: se prevăd peun tablou general de lumină (TGL) mare, din punctul de vedere al puterii instalate, numărului de coloane ce pleacă din tablou şi al importanţei construcţiei;

� ampermetre de 0-5 A, legate prin reductoare de curent CIS 50/5 A (50 ≥ 46,11)

� voltmetru 0-400 V legat prin cheia voltmerică CV şi protejat la scurtcircuit cu siguranţe fuzibile de tip LFi 25/6 A.

� contor de energie activă tip CA-43 legat tot prin intermediul unui reductor de curent CIS 50/5 A.

BIBLIOGRAFIE [1] Hilohi, S. ş.a., Instalaţii şi echipamente – Tehnologia meseriei. Manual pentru liceele industriale clasele IX-X – domeniile de activitate electrotehnică şi electronică, mine, petrol, metalurgie, construcţii-montaj, transporturi, gospodărirea apelor şi şcoli profesionale anii I şi II. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1993 [2] Stan, A.I., ş.a., Aparate, echipamente şi instalaţii de electronică industrială – tehnologia meseriei. Manual pentru clasele IX-X, licee industriale şi şcoli profesionale – meserii din domeniile electrotehnică şi electronică, mine, metalurgie, energetică, chimie industrială, materiale de construcţii, transporturi şi industrie alimentară. Editura Didactică şi Pedagogică R.A., Bucureşti, 1999 [3] Dromereschi, R. ş.a., Instalaţii electice. Editura M.A.S.T. Bucureşti, 2008