Метою проведення теплового розрахунку електричних силових і освітлювальних мереж є визначення відповідності номінальних параметрів апаратів захисту площі перерізу жил провідників електричної мережі одне одному.
Тепловий розрахунок виконується в таких випадках:
- на стадії проектування електричної мережі житлових, громадських або промислових будинків у проектній організації; при проведенні пожежно-технічної експертизи електротехнічної частини проекту при виконанні нормативно-технічної роботи;
- при проведенні розслідування причини пожежі для визначення можливості виникнення пожежі від перевантажень або коротких замикань в електромережі.
Дана задача вирішується в такій послідовності:
- визначається розрахункова потужність навантаження;
- визначається розрахунковий струм навантаження;
- за розрахунковим струмом обираються номінальні параметри апаратів захисту електромережі від КЗ і струмового перевантаження;
- за номінальними параметрами апаратів захисту вибирається площа поперечного перерізу жил провідників, якими підключається навантаження в мережу;
- для тих мереж, де це необхідно, виконується перевірочний розрахунок на надійність відключення від джерел електроживлення при виникненні однофазного КЗ наприкінці лінії, що захищається.
Визначення розрахункової потужності. Розрахункова потужність - це потужність одного або декількох споживачів електроенергії, відносно якої проводиться визначення необхідної (пожежобезпечної) площі поперечного перерізу жил провідників, котрими ці споживачі будуть підключатися до мережі, а також необхідні параметри апаратів захисту мережі від КЗ і перевантаження.
Для одиночного споживача:
, (9.1)
де Рн - номінальна (паспортна) потужність, кВт.
Для групи або декількох груп споживачів:
, (9.2)
де КС - коефіцієнт попиту (відношення розрахункового навантаження до номінального);
- номінальна потужність і-го споживача, кВт.
При розрахунку силових мереж розмір КС залежить від специфіки виробництва і від кількості споживачів, що підключені до мережі даною лінією.
Визначення розрахункового струму навантаження. Розрахунковий струм для різноманітних видів електропроводки визначається за різними формулами.
Для двигунів розрахунковий струм 
, що протікає по провідниках відгалуження при роботі двигуна в номінальному режимі, визначається за формулою:
(9.3)
де 
- лінійна напруга, В (як правило 380В);
- коефіцієнт потужності, в частках одиниці;
- коефіцієнт корисної дії, в частках одиниці.
Для двопровідної однофазної, наприклад, освітлювальної мережі:
, (9.4)
де Uф - фазна напруга мережі, В;
- коефіцієнт потужності мережі; значення коефіцієнта потужності мережі для світильників із лампами розжарювання дорівнює одиниці, для світильників із газорозрядними лампами - менше одиниці і залежить від конкретного типу лампи.
Вибір апаратів захисту електромережі. Всі електричні мережі повинні мати захист від струмів КЗ і у ряді випадків захист від струмових перевантажень. Захист від КЗ виконують за допомогою будь-яких апаратів захисту, а від струмових перевантажень - всіма апаратами, крім автоматичних вимикачів, що мають тільки один розчеплювач - електромагнітний.
Розрахунок для відгалужень силової мережі виконується окремо для кожного електродвигуна, що мають різну потужність.
Номінальні параметри електромагнітних розчеплювачів автоматичних вимикачів, що захищають електродвигуни від КЗ, визначаються за умови:
, (9.5)
де 
- струм спрацьовування електромагнітного розчеплювача автоматичного вимикача, А;
- номінальний струм розчеплювача, А;
- найбільший струм короткочасного перевантаження в мережі, що виникає при запуску двигуна, А;
- кратність пускового струму двигуна.
За умов використання безінерційних запобіжників вибір номінального струму плавкої вставки (
) виконується за таких умов:
а) 
- якщо захищається двигун з рідкими пусками та з пусковим періодом не довше 5 с;
б) 
- якщо захищається двигун з частими пусками (кранові двигуни) або двигуни з тривалим пусковим періодом; якщо захищається двигун з невідомими умовами пуску.
Захисту від перевантаження підлягають такі електричні мережі:
- виконані усередині приміщень відкрито прокладеними провідниками з горючим зовнішнім покриттям;
- незалежно від способу прокладки і конструкції провідників освітлювальної мережі в житлових, громадських і торгових будівлях, службово-побутових приміщеннях промислових підприємств, а також у пожежонебезпечних зонах;
- силові мережі в перерахованих вище видах будівель - тільки в тих випадках, коли за умовами роботи мережі може відбуватися тривале перевантаження провідників;
- мережі усіх видів у вибухонебезпечних зонах.
Номінальні струми термальних елементів реле магнітних пускачів, що захищають електродвигуни від перевантаження, визначаються за наступною умови:
(9.6)
Для магістральної лінії (живить групу споживачів) найбільший струм короткочасного перевантаження визначається за формулою:
(9.7)
де 
- розрахунковий струм в i-му відгалуженні щита, А;
- найбільший пусковий струм електродвигуна, підключеного від одного силового щита, А.
За умов використання безінерційних запобіжників та якщо запобіжником захищається магістральна лінія мережі, через яку здійснюється електропостачання кількох силових споживачів або змішаного навантаження, вибір номінального струму плавкої вставки повинен виконуватися за умови:
. (9.8)
Номінальні параметри автоматичного вимикача або запобіжника визначаються з довідкової літератури.
Також виконується перевірка на селективність роботи апаратів захисту у відгалуженнях і в магістральній лінії:
- при захисті запобіжниками за умови 
;
- при захисті мережі автоматичними вимикачами умова селективності забезпечується, якщо номінальні струми розчеплювачів суміжних автоматів відрізняються один від одного на один східець за шкалою номінальних струмів.
Визначення перерізу провідників. Визначення необхідної мінімальної площі поперечного перерізу жил має важливе значення для попередження струмових перевантажень провідників. Метою даного розрахунку є попередження перегрівання ізоляції жил проводів і кабелів, що досягається шляхом установлення нормативних співвідношень між номінальним струмом чутливого елемента апарата захисту і припустимого струму провідника.
Вибір площі поперечного перерізу жил проводів або кабелів виконується за допустимими нормами протягом тривалого часу для даної марки провідників та способу прокладки струмом.
Припустимий струм для жили визначається за умови:
(9.9)
де 
- номінальний струм спрацьовування апарата захисту.
Коефіцієнт 1,25 вводиться для вибухонебезпечних зон. Для інших випадків він дорівнює одиниці.
Перевірка надійності вимикання апаратів захисту при виникненні однофазного КЗ наприкінці лінії. В електричних мережах напругою до 1000В з глухим заземленням нейтралі повинно бути забезпечене надійне відключення однофазного КЗ у будь-якому місці лінії. Надійність відключення споживача при КЗ буде залежати від значення співвідношення 
. Чим більше буде його значення, тим вище буде і надійність відключення.
Величина 
визначається за законом Ома:
, (9.10)
де 
- повний опір фазних і нульових провідників, по яких протікає струм КЗ (опір петлі "фаза-нуль"), Ом.
Впливати на зміну можливо шляхом зміни . Найбільше значення будуть мати за умов виникнення КЗ наприкінці лінії, що захищається (ця лінія має найбільшу довжину від трансформатора трансформаторної підстанції). Тому перевірочний розрахунок виконується саме для такого КЗ. Нормативні значення співвідношення 
надані в п.8.6.
Спрощено розраховується за формулою:
, (9.11)
де 
- сумарний опір нульових і фазних провідників лінії від трансформаторної підстанції до найбільш віддаленого споживача, Ом;
ZT - повний опір КЗ на корпус трансформатору, що знижує, Ом;
RП - активний сумарний опір жил фазного (Rф) і нульового (R0) проводів або відповідних жил кабеля;
ХП - сумарний індуктивний опір петлі проводів і (або) жил кабелю, Ом.
Тепловий розрахунок звичайно виконується на першому етапі розрахунку мережі. На другому етапі електричні мережі перевіряють за втратою напруги. При великій довжині мережі цей розрахунок є визначальним для вибору перерізу провідників.
Приклад виконання теплового розрахунку. Зробити висновок про відповідність вимогам пожежної безпеки провідників і апаратів захисту мережі для наступних вихідних даних.
В однофазній освітлювальній мережі з напругою Uф=220 В встановлені 50 світильників типу Н4Б-300 (п'ять груп по 10 світильників у кожній). Світильники з лампами розжарювання. Клас зони приміщення 2. Групові лінії виконані провідником марки ПВ2 (1´1) у сталевих трубах і захищені автоматами типу АЕ1031 з Iн. роз=10 А. Магістральна лінія від ГРЩ до ЩО довжиною 10 м, виконана кабелем АВВГ (2´25) у повітрі, захищається запобіжником ПР2-100 з Iн. пл. вст.=60 А. Магістральна лінія від трансформаторної підстанції до ГРЩ виконана кабелем ААШв (4´50) у землі, захищається автоматичним вимикачем А3710 з Iн. роз=150 А. Приведений опір трансформатора 
. Довжина магістралі 100 м. Розміри приміщення 40´20´5 м3.
Рішення:
1) Визначаємо розрахункову потужність однієї групи:
.
2) Визначаємо розрахунковий струм навантаження однієї групи, приймаючи для ламп розжарювання 
:
.
3) Перевіряємо правильність вибору апаратів захисту групових ліній. Встановлений автоматичний вимикач АЕ1031 з Iн. роз=10 А. Умова 
не виконується. Тому автоматичний вимикач обраний неправильно. З довідкових даних пропонуємо встановити автоматичний вимикач АЕ1031 з Iн. роз=16 А.
4) Перевіряємо правильність визначення площі поперечного перерізу жил провідників групової мережі за умови (9.9). Відповідно до табл. 1.3.4 ПУЕ-85 для проводу ПВ2 (1´1) у сталевих трубах 
. Умова не виконується. Переріз проводу обраний неправильно. Необхідно збільшити переріз, виходячи з припустимого струму 
. Обираємо провідник ПВ2 (1´2) у сталевих трубах, для якого
.
5) Визначаємо розрахунковий струм магістральної лінії ЩО, як суму струмів групових ліній:
.
6) Перевіряємо правильність вибору апаратів захисту магістралі ЩО. Встановлений запобіжник ПР2-100 з Iн.пл.вст.=60 А. Умова 
не виконується. Тому плавка вставка запобіжника обрана неправильно. З довідкових даних пропонуємо встановити запобіжник ПР2-100 з Iн.пл.вст.=80 А.
Перевіряємо на селективність роботи апарати захисту в групових лініях і в магістральній лінії ЩО. Умова селективності забезпечується, якщо номінальні струми розчеплювачів суміжних автоматів (запобіжників) відрізняються на один ступінь за шкалою номінальних струмів. Магістраль захищається запобіжник ПР2-100 з Iн.пл.вст.=80 А, групова лінія – автоматичним вимикачем АЕ1031 з Iн. роз=16 А. Умова селективності виконується.
Перевіряємо на селективність роботи апарати захисту в магістралі ТП-ГРЩ, ГРЩ-ЩО. Використовуються автоматичний вимикач А3710 з з Iн. роз=150 А та запобіжник ПР2-100 з Iн.пл.вст.=80 А. Умова селективності виконується.
7) Перевіряємо правильність визначення площі поперечного перерізу жил провідників магістральної лінії ГРЩ-ЩО за умови (9.9). Відповідно до табл. 1.3.7 ПУЕ-85, для кабелю АВВГ (2´25) у повітрі 
. Умова виконується. Переріз кабелю обраний правильно.
8) Перевіряємо надійність спрацьовування апаратів захисту при виникненні однофазного КЗ наприкінці лінії.
Значення 
визначаємо за формулою:
,
де 
- відповідно активний та індуктивний опір ділянки фазного кола, протягом якої провідник має однаковий переріз і марку;
- те ж, але для нульового провідника;
Sф та Sо, [мм2] - переріз жил фазного і нульового провідників, відповідно;
r=32 Ом×мм2/км - питомий опір матеріалу провідника (алюміній);
r=19 Ом×мм2/км - питомий опір матеріалу провідника (мідь);
, [км] - довжина ділянки з однаковим перерізом жил і однаковою маркою провідника;
а0- середнє значення індуктивного опору ділянки провідника (для кабеля а0=0,07 Ом×км, для проводу а0=0,09 Ом×км);
Rк, [Ом] - перехідний опір контактних з'єднань:
- для РЩ на підстанції;
- для вторинних розподільчих щитків, підключених від підстанції;
- для вторинних розподільчих щитків і на затискачах апаратів, підключених від первинних цехових щитків;
- для апаратури, установленої безпосередньо перед електричними приймачами (вимикачами, контакторами, пускачами), підключеної від вторинних розподільчих щитів.
Розраховуємо:
,
,
,
,
Величина дорівнюватиме:
.
Надійне відключення забезпечується, якщо виконується така умова:
.
. - умова виконується.
Таким чином, за струмом спрацьовування апарат захисту обраний правильно.
Питання для самоконтролю за темою "Пожежна профілактика силових, освітлювальних та термічних електроустановок":
1. Поняття електроприводу.
2. Конструкція, принцип дії світильників з лампами розжарювання, їх пожежна небезпека.
3. Конструкція, принцип дії світильників з люмінесцентними лампами, їх пожежна небезпека.
4. Конструкція, принцип дії світильників з лампами ДРЛ, їх пожежна небезпека.
5. Вимоги, що забезпечують пожежну безпеку світильників.
6. Електротермічні печі опору і терморадіаційні сушарки, принцип дії, пожежна небезпека.
7. Дугові електричні печі, принцип дії, пожежна небезпека.
8. Індукційні печі: принцип дії, пожежна небезпека.
9. Високочастотні печі для нагрівання провідників: принцип дії, пожежна небезпека.
10. Високочастотні печі для нагрівання діелектриків: принцип дії, пожежна небезпека.
11. Електроіскрові установки: принцип дії, пожежна небезпека.
12. Електроводонагрівачі, кормозапарювачі: принцип дії, пожежна небезпека.
13. Електрокалорифери: принцип дії, пожежна небезпека.
14. Брудери: принцип дії, пожежна небезпека.
15. Підлоги з електронагріванням: принцип дії, пожежна небезпека.
16. Побутові електронагрівальні прилади: принцип дії, пожежна небезпека.
17. Пожежна небезпека електрозварювальних робіт та протипожежні заходи при їх проведенні.
18. Мета та порядок теплового розрахунку силових та освітлювальних мереж.
| « 9.3.4 Пожежна профілактика електрозварювальних робіт. | Глава 10. Статична електрика. Блискавкозахист. » |