Расчет сечения жилы провода в распределенных системах оповещения и звуковой трансляции. Кабель огнестойкий для опс и систем оповещения соуэ Как рассчитать сечение кабеля
Системы оповещения широко применяются в различных сферах человеческой деятельности, например, системы оповещения и управления эвакуацией СОУЭ, системы оповещения о чрезвычайных ситуациях (локальные ЛСО и централизованные ЦСО системы оповещения). Основное назначение системы оповещения – оповещение людей о той или иной угрозе, донесение до них информации, касающейся их личной безопасности в случае каких-либо экстренных ситуаций: пожаров, техногенных катастроф, террористических угрозах. Системы оповещения являются обязательной составляющей практически любой системы безопасности, в которой являются конечным исполнительным элементом – посредником между техническими средствами и человеком. Достоверность передачи информации в системе оповещения подтверждается электроакустическим расчетом, частью которого является расчет оптимального сечения токопроводящей жилы провода, минимизирующего потери .
Системы оповещения, в зависимости от условий применения и способа передачи, можно разделить на беспроводные и проводные. Проводные системы, транслирующие звуковую или речевую информацию называются трансляционными системами.
Трансляционные системы, в зависимости от принципа построения, можно разделить на локальные и распределенные. В распределенных системах звуковой трансляции используется принцип трансформаторного согласования, в котором к трансляционным усилителям – усилителям с трансформаторным выходным каскадом, подключаются специализированные трансформаторные громкоговорители. При построении распределенных систем громкоговорители, являющиеся нагрузкой, подключаются к соединительной линии параллельно и распределяются вдоль нее. При трансформаторном согласовании звуковая информация передается на повышенном напряжении, что позволяет снизить токи, а следовательно, и нагрузку на провода, увеличить длину соединительной линии и дальность передачи сигнала. Протяженные трансляционные линии строятся следующим образом: вначале прокладывается основная линия, к которой через распределительные коробки подключается нагрузка.
В трансляционных линиях неизбежно возникают потери вызванные наличием собственного сопротивления токопроводящей жилы. Большие потери могут привести к снижению уровня и качества передаваемого сигнала, поэтому не маловажной является задача расчета потерь на проводах и сопряженная с ней задача расчета оптимального сечения токопроводящей жилы провода соединительной линии.
2. Краткие сведения о проводах
Соединительные линии систем противопожарной защиты должны выполняться огнестойкими кабелями с медными жилами с круглым поперечным сечением. Для жил сечением менее 0,5мм 2 указывается диаметр. Для перехода от сечения (S, мм 2) жилы к диаметру (d, мм) и обратно используется зависимость: S = πd 2 / 4, где S - сечение токопроводящей жилы, мм 2 , d - диаметр провода, мм, π - константа 3,1415.
Сечение токопроводящей жилы провода для случая, когда вся нагрузка (например, громкоговорители) подключена непосредственно к источнику (усилителю мощности, коммутатору), можно воспользоваться следующей зависимостью:
Подставляя в формулу (1) норму нагрузки для меди D = 2А/мм 2 , получим широко применяемое на практике соотношение:
Формула (2) используется для оценки и не учитывает протяженность и распределение нагрузки в линии.
3. Расчет сопротивления токопроводящей жилы провода в зависимости от длины и температуры
Для определения сопротивления жилы провода воспользуемся известным соотношением: сопротивление жилы провода прямо пропорционально длине и обратно пропорционально сечению жилы провода :
В большинстве ссылок приводится значение удельного сопротивления токопроводящей жилы провода для меди r = 0,0175 Ом*мм 2 /м. Эта величина соответствует температуре t=0°С. С увеличением температуры удельное сопротивление жилы провода заметно увеличивается, что нельзя не учитывать при расчетах.
Зависимость удельного сопротивления жилы провода от температуры:
ВНИМАНИЕ: Формулы (3) и (4) можно использовать, только в том случае, если характеристики применяемого кабеля отсутствуют.
Пример: для огнестойкого кабеля UTP-3нг(А)-FRLS Nx2x0,52 на сайте производителя приводятся следующие характеристики (см. рис.1):
Рис. 1 - Электрические параметры огнестойкого кабеля UTP-3нг(А)-FRLS Nx2x0,52
4. Расчет сечения жилы провода в зависимости от длины и нагрузки в линии
В любой линии связи возникают потери. Линия – жила медного провода имеет определенное сопротивление, зависящее от длины, и, следовательно, по закону Кирхгофа на ней должно упасть напряжение и выделиться определенная мощность. В трансляционных системах в качестве нагрузки используются трансформаторные громкоговорители. Импеданс трансформаторного громкоговорителя Z – сопротивление первичной обмотки трансформатора на частоте 1кГц. Сопротивление нагрузки, линии является частотно зависимой (комплексной) величиной, поэтому в этом случае выполняют элементарный оценочный расчет, для среднегеометрической частоты всего частотного диапазона (большинство производителей импеданс трансформаторного громкоговорителя указывают для частоты 1кГц, что соответствует середине нормативного частотного диапазона 0,2 – 5кГц).
Задачу определения сечения жилы провода будем решать в 2 этапа, используя известное представление линии и нагрузки, в виде резистивного делителя (см. рис.2).
Рис. 2 - Эквивалентная схема подключения нагрузки в конце линии
Первый этап, на котором вся нагрузка сосредоточена в конце линии, позволит упростить решение задачи и перейти ко 2 этапу, на котором будут доопределены коэффициенты, позволяющие рассчитывать сечение жилы провода в распределенной линии с произвольно задаваемыми потерями.
Входные данные для расчета:
Р н – мощность нагрузки в линии, Вт;
U вх – напряжение на входе линии, В;
L – общая протяженности линии, м.
Для определения сечения жилы провода S, воспользуемся эмпирическими соображениями. Из электроакустики известно, что для сохранения качества передаваемого звукового сигнала, величина потерь по напряжению в линии не должна превышать 10% (данная величина соответствует потерям по мощности примерно 20%, что принято считать нормой), что для резистивного делителя (см. рис. 2), можно записать как: R л ~ 0,1 R н, где R н – сопротивление нагрузки, Ом.
Подставим данное соотношение в формулу (3):
В трансляционных линиях нагрузкой являются трансформаторные громкоговорители. В этом случае в качестве сопротивления нагрузки R н можно принять значение импеданса громкоговорителя на определенной частоте. Импеданс трансформаторного громкоговорителя Z гр представляет собой частотно-зависимое (комплексное) сопротивление первичной обмотки звукового трансформатора. Большинство производителей трансформаторных громкоговорителей указывают значение импеданса для максимальной мощности на частоте 1кГц.
Импеданс трансформаторного громкоговорителя Z гр можно получить из 2-х известных формул:
- Закона Ома для участка цепи: J = U / R,
- Мощности нагрузки: P = JU.
При использовании в качестве нагрузки нескольких параллельно подключенных трансформаторных громкоговорителей суммарный импеданс Z рассчитывается по формуле:
Формула (7), определяющая проводимость всей цепи, неудобна для расчета суммарного нагрузочного импеданса, особенно, для трансляционной линии с большим количеством громкоговорителей разной мощности. Для расчета суммарного импеданса Z нескольких трансформаторных громкоговорителей удобно использовать формулу (6), в которой P гр необходимо заменить суммарной мощностью всех трансформаторных громкоговорителей P н, состоящей из суммы мощностей отдельных громкоговорителей P i:
Используя в качестве сопротивления нагрузки Rн суммарный импеданс трансформаторных громкоговорителей Z (7) и подставляя (6) в (5), получаем полезную формулу, определяющую сечение жилы провода S в зависимости от мощности нагрузки Рн, напряжения на входе Uвх и длины линии L:
Формула (9) справедлива при потерях в линии, не превышающих 10% и условии, что вся нагрузка сосредоточена в конце линии (формула 8 очень эффективна для протяженных линии (L более 150м). На коротких линиях (L менее 150м) не следует забывать о соотношении сечения и нормы тока (формула 2).
5. Расчет сечения токопроводящей жилы провода в распределенной линии
В трансляционных системах с трансформаторным согласованием громкоговорители подключаются к общей линии, всегда параллельно и распределяются вдоль нее с различной степенью равномерности (см. рис.3).
Рис. 3 - Эквивалентная схема распределенной линии
В распределенной системе трансформаторные громкоговорители (трансформаторные громкоговорители к основной линии подключаются только параллельно, как правило, через распределительные коробки (сопротивление которых мы не учитываем) подключаются к основной линии сечением S, через распределительные коробки отводами меньшего сечения S i . Для расчета сечения жилы провода отводов распределенной линии, можно использовать формулу (9): S i = 20rl i P грi / U л 2 , где l i – длина i-го отвода – расстояние от основной линии (распределительной коробки) до громкоговорителя (м), P грi – мощность i-го громкоговорителя, Вт.
Наиболее актуальной, является задача расчета сечения основной жилы провода, трансляционной линии. В реальных распределенных структурах, расстояния до громкоговорителей, а также их мощность, варьируются. Подобные задачи решаются итерационными методами с применением законов Кирхгоффа, требуют специальных расчетных навыков или использования программных средств.
Предложенный ниже простой и эффективный метод, может использоваться для решения самого широкого ряда задач. Суть метода основана на очевидном и простом соображении: если большая часть нагрузки сосредоточена не в конце, а в начале линии, то и общая нагрузка на провода уменьшится.
Пример: Для ситуации, изображенной на рис.4, эквивалент мощности нагрузки P экв =P 1 +P 2 , находится где-то по середине между громкоговорителями c мощностями P 1 и P 2 .
Рис. 4 - Пример, поясняющий смысл коэффициента распределения
Введем коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки и опирающийся на уже построенную формулу (9, справедлива для случая, когда вся нагрузка сосредоточена в конце линии) , из которой видно, что сечение жилы провода прямо пропорционально двум переменным величинам: длине линии и мощности нагрузки и, следовательно, коэффициент распределения должен быть нормирован относительно этих переменных. Дадим определение:
Коэффициент распределения нагрузки К р – безразмерный коэффициент, учитывающий распределение нагрузки вдоль линии, рис.4:
В распределенных линиях, в которых используются громкоговорители одного номинала Р гр, суммарную нагрузку можно рассчитать как: Р н = n Ргр и в этом случае коэффициент распределения представить как среднее арифметическое расстояний до громкоговорителей:
В случае, когда расстояния до громкоговорителей L i не известны, коэффициент распределения К р можно представить как среднее арифметическое между двумя случаями, когда вся нагрузка расположена в начале линии (L = L / n) и в конце линии (L = L n):
Зависимость коэффициента распределения Kр (12) от количества громкоговорителей n приведена в Таблице 1 (формула 12 справедлива: так для одного громкоговорителя (n = 1), К р = 1, для большого количества n = 10, K р стремится к 0,5).
Таблица 1
Зависимость значения коэффициента распределения
от количества элементов нагрузки (громкоговорителей)
n | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
К р | 10,75 | 0,67 | 0,63 | 0,6 | 0,58 | 0,57 | 0,56 | 0,56 | 0,55 |
Наиболее распространенным, является случай, когда вся нагрузка распределена в некотором заранее известном интервале от L 1 до L, где: L – общая протяженность линии. В этом случае коэффициент распределения можно представить как результат усреднения в диапазоне от L 1 до L (среднее арифметическое между L 1 и (L - L 1) (n +1) / 2n (см. ф-лу, 12), нормировано относительно L):
Проверим справедливость формулы (13):
при L 1 стремится к 0, K р стремится к ((n+1))/2n – формула (12);
Пример: Рассчитаем величину коэффициента распределения для случая когда нагрузка (например, 10 громкоговорителей) находятся в здании, удаленном от усилителя на расстояние L 1 =300м. Общая протяженность линии L=500м: К р =(300+0,55*(500-300))/500=0,82.
Коэффициенты распределения для разных случаев удобно представить в виде таблицы:
Таблица 2
Коэффициенты распределения К р для различных случаев
Формулы для расчета К р | Условие применения |
---|---|
Данная формула используется, если известны мощности и расстояния до элементов нагрузки. | |
Данная формула используется, если мощности элементов нагрузки равны и расстояния до нагрузки известны. | |
Данная формула используется, если известны расстояние до первого громкоговорителя и общая протяженность линии, мощности элементов нагрузки не известны. | |
Данная формула используется, если мощность и расстояния до элементов нагрузки не известны. |
Введем коэффициент распределения K р, Таблица (2), в формулу (9):
6. Расчет потерь в линии
Протяженные линии имеют достаточно большое собственное сопротивление, что приводит к рассеянию (потере) на них части мощности. Данный факт нельзя не учитывать. На практике первоначально рассчитывают потери по напряжению, а уже от них переходят к потерям по мощности.
Потери по напряжению – отношение напряжения на линии Uл к общему напряжению на входе линии U вх:
По закону Кирхгофа отношение сопротивлений пропорционально отношению падающих на них напряжений, поэтому потери по напряжению П н удобнее выразить через полученные ранее сопротивление линии R л и сопротивление нагрузки R н:
Определим величину потерь по напряжению для распределенной линии. Так как коэффициент распределения К р (Таблица 2) демонстрирует словное уменьшение длины линии, а, следовательно, и ее сопротивление R л, то и потери в такой линии должны соответственно уменьшиться.
Дополним формулу (15) коэффициентом распределения К р, Таблица (2):
На практике рассчитывают не только потери по напряжению, но и потери по мощности.
Потери по мощности – отношение мощности выделенной на линии P л к общей приложенной мощности: сумме мощностей выделенной на линии и на нагрузке P н.
Потери по мощности удобно рассчитывать через потери по напряжению (16), для чего достаточно учесть, что мощность нагрузки прямо пропорциональна квадрату напряжения на нагрузке (см. формулу 6):
Пример: Из (18) видно, что при потерях по напряжению более 25% (Величина 25% по существующим нормативам является максимально-допустимой), потери по мощности (П м =(1–((100–25)/100) 2)*100=44%) приближаются к 50% (мощность уменьшается в 2 раза (уменьшение мощности в 2 раза (соответствует уменьшению звукового давления на 3дБ), что ощутимо для слушателя)), поэтому величину потерь по напряжению П н > 25% будем считать критической.
7. Расчет сечения жилы провода с учетом потерь в линии
Вернемся к расчету сечения жилы провода. Рассчитаем сечение жилы провода распределенной линии с учетом потерь по напряжению. Вспомним, что формула (9) построена на допущении, что потери по напряжению в линии не должны превышать 10%, что позволило использовать соотношение: R л / R н = 0,1. При величине потерь отличной от 10% данное соотношение изменится. Построим коэффициент, позволяющий учесть любые ожидаемые потери в линии, как К п = R н / R л.
Данный коэффициент удобно связать с потерями по напряжению и интерпретировать как ожидаемые потери. Используя формулу (15) получим:
Проверим справедливость данной формулы: При П н "стремится к" 100%, K п "стремится к" 0, R н "стремится к" 0 – все напряжение остается на линии. При П н "стремится к" 50%, K п "стремится к" 1, R л =R н – напряжение на линии и нагрузке одинаково. При П н "стремится к" 10%, K п "стремится к" 9, R л =0,11 R н – напряжение на линии примерно в 10 раз меньше чем на нагрузке. При П н "стремится к" 0%, K п "стремится к" ∞, R л стремится к 0 – напряжение на линии стремится к 0.
Дополним данным коэффициентом формулу (14):
Пример расчета
Рассчитаем звуковое давление громкоговорителя, с учетом потерь на проводах.
Звуковое давление громкоговорителя: P дб =SPL+10 lg (P гр), где: SPL – чувствительность громкоговорителя, дБ, P гр – мощность громкоговорителя, Вт.
В данную формулу удобно ввести потери по мощности (формула 18) и интерпретировать данную ф-лу как: Уровень звукового давления, рассчитанный с учетом потерь по мощности: P дб =SPL 10 lg (P гр (100-П м)/100), где П м – потери по мощности, %.
8. Алгоритмы расчета
Алгоритм №1 "Расчет сечения жилы провода для равномерно распределенной нагрузки"
- Рассчитаем коэффициент потерь, формула (19).
- Рассчитаем удельное сопротивление по меди, с учетом температуры, формула (4).
- Подставим полученные значения в формулу (20).
Алгоритм №1 "Расчет потерь по напряжению в существующей линии
- Рассчитаем сопротивление жилы провода, с учетом температуры, формулы (4), (5).
- Рассчитаем суммарную нагрузку в линии, формула (8).
- Рассчитаем сопротивление нагрузки, формула (6).
- Рассчитаем коэффициент распределения, Таблица (2).
- Рассчитаем потери по напряжению, формула (16).
9. Пример расчета
Рассчитаем необходимое сечение жилы провода для различных длин и нагрузок в линии, для чего воспользуемся возможностями программы Microsoft Exсel, рис. 5.
Рис. 5 - Расчет сечения токопроводящей жилы провода распределенной линии
На основе описанного алгоритма разработан
Потери электрической энергии в трансляционной линии приводят к уменьшению уровня звукового давления, развиваемого громкоговорителями или речевыми оповещателями и, соответственно, к уменьшению громкости звука передаваемых сигналов. Потери электрической энергии в трансляционной линии непосредственно связаны с сопротивлением проводов этой линии. Поэтому, выбранное сечение проводов сильно влияет на характеристики системы речевого оповещения и управления эвакуацией.
Закон Ома
Закон Ома позволяет нам отображать характеристики электрических цепей через взаимосвязь четырех основных компонент:
- A — ток (в Амперах)
- V — напряжение (в Вольтах)
- R — сопротивление (в Омах)
- P — мощность (в Ваттах)
Взаимосвязь этих компонент между собой показана на так называемом «классическом колесе» (смотри рисунок ниже)
Эта простая и удобная схема помогает нам понять фундаментальные взаимосвязи в электрических цепях. Электрические цепи, по которым передаются аудио-сигналы, не являются исключением.
Потери электрической энергии в линии передачи обусловлены сопротивлением проводов, из которых состоит эта линия. Наиболее наглядно это можно выразить через падение напряжения. Падение напряжения определяется следующим соотношением:
Vd = AL x RL
Vd – падение напряжения (в Вольтах)
AL – ток нагрузки (в Амперах)
RL – сопротивление линии (в Омах)
Для примера рассмотрим трансляционную линию длиной 150 метров, выполненную, например, кабелем КПСВВ 1х2х0,75, предназначенную для питания нагрузки мощностью 80Вт. В большинстве линий в системах радиотрансляции и в речевых системах оповещения используется напряжение 70В, мы будем использовать его как стандартное рабочее напряжение. 80Вт – это суммарная мощность, потребляемая всеми громкоговорителями, включенными в трансляционную линию, но не номинальная выходная мощность усилителя. Посмотрим на «классическое колесо» — там мы увидим, что сила тока (в Амперах) определяется делением мощности (в Ваттах) на напряжение (в Вольтах).
A = P / V
поэтому, для рассматриваемой нами трансляционной линии:
А = 80Вт / 70В = 1,14А
Итак, нам известен ток, который потребляет нагрузка мощностью 80Вт в трансляционной линии с напряжением 70В. Сопротивление линии – это просто сопротивление медного проводника на всей длине линии. Трансляционная линия, в которую включаются громкоговорители, состоит из двух проводников: один проводник идет к нагрузке, другой – возвращается от нагрузки к усилителю. Будем считать, что в нашем случае, эти проводники имеют одинаковую длину. Таблицы удельного сопротивления проводников доступны во многих справочниках. Мы воспользуемся данными, приведенными изготовителем кабеля КПСВВ: электрическое сопротивление шлейфа (двух жил пары) при температуре 20°С составляет 50 Ом/км. Умножая эту величину на длину рассматриваемой нами линии 0.15 км (150 м), получим, что общее сопротивление проводов в линии будет равно 7,5 Ом.
Подставив полученное значение в формулу для расчета величины падения напряжения, получим:
Vd = 1,14 А х 7,5 Ом = 8,55 В
Итак, падение напряжения в нашей трансляционной линии составляет 8.55 В. Это означает, что рабочее напряжении в линии, с которым нам приходится иметь дело, составляет всего лишь 61,45 В. Заметим, что в данном примере относительное падение напряжения в линии составляет 12.2% (уполномоченные надзорные органы допускают не более 10% падения напряжения в цепях сигнализации).
Потери можно выразить в децибелах (дБ) следующим образом:
SPL = 20 * Log (Vf / Vi )
Vf – рабочее напряжение в линии с подключенной нагрузкой
Vi – исходное напряжение
Результатом является отрицательное число, выражающее потери. Таким образом, для рассматриваемой нами линии:
SPL = 20 * Log (61,45 / 70) = -1,13 дБ
Если же мы применим провод КПСВВ 1х2х1,5, то результат будет следующим:
SPL = 20 * Log (65.76 / 70) = -0,54 дБ
Потери, обусловленные сопротивлением проводов, в этом случае составляют уже менее 1дБ и это дает полностью приемлемый результат. В большинстве случаев при строительстве трансляционных линий допускаются потери порядка 0.5дБ, обусловленные сопротивлением проводов. Следует заметить, что увеличение потерь в линии на 10дБ приводит к тому, что теряется половина громкости звука.
Марка кабеля |
Сечение проводника, кв.мм |
Удельное электрическое сопротивление шлейфа, Ом/км |
Сопротивление линии, Ом |
Падение напряжения, В |
Относительное падение напряжения, % |
Потери в линии, дБ |
КПСВВ 1х2х0.5 |
||||||
КПСВВ 1х2х0.75 |
— 1.13 |
|||||
КПСВВ 1х2х1.0 |
||||||
ПРППМ 1х2х1.2 |
||||||
КПСВВ 1х2х1.5 |
— 0.54 |
Приведенные примеры в достаточно упрощенном виде показывают способы расчета трансляционной линии СОУЭ и причины потери качества и громкости оповещения в зависимости от параметров линии,
в реальной практике гораздо удобнее пользоваться соответствующей программой для автоматического расчета сетей оповещения и трансляции.
Кроме этого, согласно новых требований ныне действующих нормативных документов при открытой прокладке кабелей систем оповещения и управления эвакуацией следует применять огнестойкие кабели, соответствующие требованиям пожарной безопасности по нераспространению горения при пучковой прокладке, а также требованиям по огнестойкости, например, кабели марки КПСЭСнг-FRLS (FRHF) и др. Кабели марки КПСВВ и КПСВЭВ не поддерживают горение при единичной прокладке, кабели повышенной пожаробезопасности марки КПСВВнг и КПСВЭВнг – также не поддерживают горение при прокладке пучком.
В обоснованных случаях допускается прокладка обычных кабелей в пустотах строительных конструкций класса К0 или кабелями и проводами, прокладываемыми с использованием негорючих коробов и кабельных каналов.
Более подробная информация по вопросам проектирования СОУЭ представлена в разделе "Оповещение и эвакуация".
Скачать:
1. Программа по расчету длины трансляционной линии речевого оповещения – Пожалуйста или для доступа к этому контенту
2. Программа расчета сечения провода для линий оповещения — Пожалуйста или для доступа к этому контенту.
Проектируемое здание нужно оборудовать устройствами оповещения людей о пожаре по 2 типу.
Для оповещения людей о пожаре будут использоваться оповещатели типа «Маяк-12-3М» (ООО «Электротехника и Автоматика», Россия, г. Омск) и световые оповещатели «ТС-2 СВТ1048.11.110» (табло «Выход») подключенные к прибору С2000-4 (ЗАО НВП «Болид»).
Для сети оповещения при пожаре применяется огнестойкий кабель КПСЭнг(А)-FRLS-1х2х0,5.
Для эл. питания оборудования по напряжению U=12 В применяется источник резервированного эл. питания «РИП-12» исп.01 с аккумуляторной батареей емк. 7 А ч. Аккумуляторные батареи источника эл. питания обеспечивают работу оборудования в течение не менее 24 часов в дежурном режиме и 1 час в режиме «Пожар» при отключении основного источника эл.питания.
Основные требования к СОУЭ изложены в НПБ 104-03 «Системы оповещения и управления эвакуацией людей при пожарах в зданиях и сооружениях»:
3. Принятые расчетные допущения
Исходя из геометрических размеров помещений, все помещения делятся только на три типа:
- «Коридор» -длина превышает ширину в 2 и более раз;
- «Зал» — площадь более 40 кв.м. (в данном расчете не применяется).
В помещении типа «Комната» размещаем один оповещатель.
4. Таблица значений ослабления звукового сигнала
В воздушной среде звуковые волны затухают вследствие вязкости воздуха и молекулярного затухания. Звуковое давление ослабевает пропорционально логарифму расстояния (R) от оповещателя: F (R) = 20 lg (1/R). На рис.1 показан график ослабления звукового давления в зависимости от расстояния до источника звука F (R) =20 lg (1/R).
Рис. 1 — График ослабления звукового давления в зависимости от расстояния до источника звука F (R) =20 lg (1/R)
Для упрощения расчетов ниже приведена таблица реальных значений уровней звукового давления от оповещателя «Маяк-12-3М» на различных расстояниях.
Таблица — Звуковое давление, создаваемое одиночным оповещателем, при его включении на 12В на различном расстоянии от оповещателя.
5. Выбор количества оповещателей в конкретном типе помещений
На поэтажных планах обозначены геометрические размеры и площадь каждого помещения.
В соответствии с принятым ранее допущением, делим их на два типа:
- «Комната» — площадь до 40 кв.м;
- «Коридор» — длина превышает ширину в 2 и более раз.
- противопожарные -30 дБ(А);
- стандартные -20 дБ(А)
- Н под. – высота подвеса оповещателя от пола;
- 1,5м — уровень 1,5 метра от пола, на этом уровне находится плоскость озвучивания;
- h1 — превышение над уровнем 1,5 м до точки подвеса;
- Ш — ширина помещения;
- Д — длина помещения;
- R — расстояние от оповещателя до «расчётной точки»;
- L — проекция R (расстояние от оповещателя до уровня 1,5 м на противоположной стене);
- S — площадь озвучивания.
- Д – длина комнаты, в соответствии с планом равна 6,055 м;
- Ш – ширина комнаты, в соответствии с планом равна 2,435 м;
- Если оповещатель будет размещаться выше 2,3 м, то вместо 0,8 м, нужно взять размер h1 превышающий высоту подвеса над уровнем 1,5 м.
- Pдб – звуковое давление громкоговорителя, согласно тех. информации на оповещатель «Маяк-12-3М» равнo 105 дБ;
- F (R) – зависимость звукового давления от расстояния, равна -15,8 дБ в соответствии с рис.1 когда R=6,22 м.
- Д – длина коридора, в соответствии с планом равна 26,78 м;
- Ш – ширина коридора, в соответствии с планом равна 2,435 м.
- Pдб – звуковое давление громкоговорителя, согласно тех. информации на оповещатель «Маяк-12-3М» равно 105 дБ;
- F (R) – зависимость звукового давления от расстояния, равна -14,8 дБ в соответствии с рис.1 когда R=5,5 м.
- N – допустимый уровень звука постоянного шума, для общежитий равна 75 дБ;
- ЗД – запас звукового давления, равный 15 дБ.
В помещении типа «Комната» допускается размещение одного оповещателя.
В помещении типа «Коридор» – будут размещаться несколько оповещателей, равномерно расположенные по помещению.
Как результат – определение количества оповещателей в конкретном помещении.
Выбор «расчётной точки» — точки на плоскости озвучивания в данном помещении, максимально удалённой от оповещателя, в которой необходимо обеспечить уровень звука не менее чем на 15 дБА выше допустимого уровня звука постоянного шума.
Как результат – определение длины прямой, соединяющей точку крепления оповещателя с «расчётной точкой».
Расчетная точка — точка на плоскости озвучивания в данном помещении, максимально удалённой от оповещателя, в которой необходимо обеспечить уровень звука не менее чем на 15 дБА выше допустимого уровня звука постоянного шума, согласно НПБ 104-03 п.3.15.
На основании СНИП 23-03-2003 пункта 6 «Нормы допустимого шума» и приведённой там же «Таблицы 1» выводим значения допустимого уровня шума для общежития рабочих специалистов равно 60 дБ.
При расчетах следует учитывать ослабление сигнала при прохождении через двери:
Условные обозначения
Примем следующие условные обозначения:
5.1 Расчет для помещения типа «Комната»
Определим «расчётную точку» — точку, максимально удалённую от оповещателя.
Для подвеса выбираются «меньшие» стены, противостоящие по длине помещения, в соответствии с НПБ 104-03 в п. 3.17.
Рис. 2 — Вертикальная проекция крепления настенного оповещателя по НПБ
Оповещатель располагаем по середине «Комнаты» — по центру короткой стороны, как изображено на рис.3
Рис. 3 — Расположение оповещателя по середине «Комнаты»
Для того, чтобы вычислить размер R, необходимо применить теорему Пифагора:
5.1.1 Определяем уровень звукового давления в расчетной точке:
Р = Рдб + F (R)=105+(-15,8)=89,2 (дБ)
5.1.2 Определяем величину звукового давления, в соответствии с НПБ 104-03 п.3.15:
5.1.3 Проверка правильности расчета:
Р =89,2 > Р р.т.=75 (условие выполняется)
СОУЭ
в защищаемом помещении.
5.2 Расчет для помещения типа «Коридор»
Оповещатели размещаются на одной стене коридора с интервалом в 4-ре ширины. Первый размещаются на расстоянии ширины от входа. Общее количество оповещателей исчисляется по формуле:
N = 1 + (Д – 2*Ш) / 3*Ш= 1+(26,78-2*2,435)/3*2,435=4 (шт.)
Количество округляется до целого значения в большую сторону. Размещение оповещателей представлено на рис. 4.
Рис.4 — Размещение оповещателей в помещении типа «Коридор» при ширине менее 3-х метров и расстояние «до расчётной точки»
5.2.1 Определяем расчётные точки:
«Расчётная точка», находится на противоположной стене на удалении в две ширины от оси оповещателя».
5.2.2 Определяем уровень звукового давления в расчетной точке:
Р = Рдб + F (R)=105+(-14,8)=90,2 (дБ)
5.2.3 Определяем величину звукового давления, в соответствии с НПБ 104-03 п.3.15:
Р р.т. = N + ЗД =60+15=75 (дБ)
5.2.4 Проверка правильности расчета:
Р=90,2 > Р р.т=75 (условие выполняется)
Таким образом, в результате расчетов, выбранный тип оповещателя «Маяк-12-3М» обеспечивает и превышает значение звукового давления, тем самым обеспечивая четкую слышимость звуковых сигналов СОУЭ в защищаемом помещении.
В соответствии с расчетом, выполним расстановку звуковых оповещателей см. рис.5.
Рис.5 — План размещения оповещателей на отм. 0.000
При проектировании и монтаже систем оповещения и управления эвакуацией (СОУЭ) требуется выдержать норматив по максимальному падению напряжения на оповещателях. Ввиду того, что линии питания таких систем часто представляют собой сложную разветвлённую древообразную структуру, расчёт падения напряжения в линии является довольно трудоёмкой задачей.
Методика расчёта
Расчёт производится в следующей последовательности:
- Зная длину и диаметр кабеля, сопротивление оповещателей, начиная с конечных элементов «дерева» последовательно поднимаясь вверх рассчитать сопротивление в каждом узле (распределительной коробке) и перед каждым оповещателем, что по сути тоже можно рассматривать как узел.
- Действуя таким образом можно рассчитать общее сопротивление нашего «дерева» в точке подключения к источнику напряжения.
- Теперь, зная общее сопротивление и напряжение источника, опускаясь последовательно вниз до конечных элементов «дерева», можно рассчитать силу тока и напряжение в каждом узле.
Пример расчёта
Рассмотрим пример. Для упрощения возьмем оповещатели одинакового сопротивления R ОП и все участки линии равных длин и сечений (Рис. 1). Таким образом, сопротивление каждого участка провода будет равно:
В узлах В 1.2 и В 2.1 параллельно оповещателям BIAS 1.3 и BIAS 2.2 подсоединяются последовательно соединенные оповещатель с двумя проводами. Тогда сопротивление нагрузки в узлах В 1.2 и В 2.1 будет равно:
Теперь, зная общее сопротивление R и напряжение источника U , можно рассчитать силу тока, напряжение и падение напряжения в каждом узле.
(7) | |
I A =I | (8) |
U A =I A ·R A | (9) |
(10) | |
(11) | |
(12) | |
(13) | |
(14) | |
(15) | |
(16) | |
(17) | |
(18) | |
(19) | |
(20) |
Сила тока на каждом оповещателе находится делением напряжения на соответствующем узле на сопротивление оповещателя:
(21) |
Примем напряжение источника U=12 В, сопротивление оповещателей R ОП = 133 Ом, длина участков линии 10 м, сечение провода 1 мм 2 . Последовательно выполняя вычисления, мы получаем следующие результаты:
R п = 0,172 Ом; R 1.3 = R 2.2 = 133 Ом; R 1.2 = R 2.1 = 66,586 Ом; R 1.1 = 44,524 Ом; R А = 26,861 Ом; R = 27,205 Ом; I = I A = 0,441 A; I 1.1 = 0,264 A; |
U 1.1 = 11,757 B; ΔU 1.1 = 2,022 %; I ОП1.1 = 0,0884 А; I 1.2 = 0,176 A; U 1.2 = 11,697 B; ΔU 1.2 = 2,525 %; I ОП1.2 = 0,0879 А; I 1.3 = 0,088 A; U 1.3 = 11,667 B; ΔU 1.3 = 2,777 %; |
I ОП1.3 = 0,0877 А; I 2.1 = 0,177 A; U 2.1 = 11,787 B; ΔU 2.1 = 1,772 %; I ОП2.2 = 0,0886 А; I 2.2 = 0,088 A; U 2.2 = 11,757 B ΔU 2.2 = 2,025 %; I ОП2.2 = 0,0884 А. |
Результаты расчёта
Результаты расчёта показывают, что максимальное падение напряжения будет на оповещателе BIAS 1.3 и составит 0,333 вольта или 2,777 %.
Как видно из этого примера, даже в такой простой конфигурации из пяти оповещателей с одинаковыми длинами и сечениями кабелей, расчёт падения напряжения получается довольно сложным и громоздким. Поэтому мало кто из проектировщиков производит такие расчёты, сечения кабелей зачастую меньше необходимых, а ошибки проектирования обычно выявляются на этапе пуско-наладочных работ и ложатся в итоге на плечи монтажных организаций.
Автоматизация расчёта
Для ускорения и упрощения расчётов нами разработана программа, которая позволяет производить расчёты падения напряжения в линии оповещения с любой конфигурацией и любым количеством оповещателей, которая доступна для скачивания .
Она позволит проектировщикам произвести расчёты на этапе разработки, а монтажникам самостоятельно оценить падение напряжения на оповещателях до начала монтажа и, если необходимо, вовремя скорректировать проект. Расчёт производится при температуре кабеля 20 ºС, сопротивление меди — 0,0172 ом/м/мм².
Уронов Л.Г.
Виноградова И.Ю.
ООО «ТехноСфера», 2016 г.