Расчет... нужен для того, чтобы получить исходные данные для правильного выбора основных элементов электрических сетей и обеспечить их безопасную эксплуатацию...
Пример расчета электрических нагрузок... Коэффициент спроса нагрузки... Установленная мощность группы электроприемников... Коэффициент использования... Коэффициент мощности cosφ... Расчетный ток... Таблица нагрузок... Таблица Excel...
Сегодня мы рассмотрим, как выполняется расчет однофазных электрических нагрузок. Вначале сформулируем основные задачи, которые должны быть решены в результате расчетов.
Для чего делается расчет электрических нагрузок?
На основании расчетов электрических нагрузок производится выбор основных элементов электрической сети. В частности, расчетная мощность (расчетный ток) служит основой при выборе номинальных токов защитно-коммутационных аппаратов и сечений токопроводящих жил проводов и кабелей в распределительных и групповых сетях.
При этом под расчетной мощностью подразумевается мощность, равная ожидаемой максимальной нагрузке элемента сети за 30 минут (ПУЭ п. 1.3.2):
Это означает следующее: если фактическая нагрузка превысит расчетную максимальную нагрузку на длительное время, то проводники будут работать с перегрузкой, при которой резко возрастает риск их перегрева и возникновения пожара. Подобные нештатные ситуации нередко возникают из-за несоответствия сечения проводника номинальному току автоматического выключателя.
Отсюда следует первое правило для проектировщика электрики: номинальный ток автоматического выключателя, защищающего проводник, всегда должен быть меньше (или равен) предельно допустимого длительного тока проводника.
Если больше - то в случае превышения предельно допустимой токовой нагрузки проводника автоматический выключатель НЕ сработает! Это аварийная ситуация.
Поэтому расчет электрических нагрузок и нужен для того, чтобы получить исходные данные для правильного выбора основных элементов электрических сетей и обеспечить их безопасную эксплуатацию.
Итак, на основании расчетов электрических нагрузок решаются следующие задачи:
• определяется максимальная расчетная мощность на вводе для получения ТУ на присоединение к электрическим сетям;
• определяется максимальный расчетный ток нагрузки всех элементов сети;
• по условию нагрева максимальным расчетным током нагрузки в соответствие с ПУЭ выбираются сечения токопроводящих жил проводов и кабелей;
• по выбранному сечению провода и его длительно допустимой токовой нагрузке выбираются номинальные токи автоматических выключателей в распределительных и групповых сетях.
Пример расчета.
В качестве примера возьмем проект электрики одноэтажного жилого дома с жилой площадью 90м2. Используем табличный метод коэффициента спроса. Этот метод можно применять на этапе рабочего проектирования, когда известны точные данные электроприемников и места их расположения на объекте.
Исходные данные:
Частный жилой дом общей площадью 90м2. В доме 4 комнаты, прихожая, кухня, ванная. На участке имеется гараж. Все потребители электроэнергии - однофазные.
Исходные данные по установленному электрооборудованию с привязкой к помещениям приведены в таблице 2. Рекомендуемые величины мощностей отдельных электроприемников можно взять из таблицы 1.
Рекомендуемые величины мощностей электроприемников и расчетных коэффициентов
Таблица 1
Исходные данные к расчету Таблица 2
Расчет электрических нагрузок.
На основании исходных данных таблицы 2 составляем расчетную таблицу нагрузок.
Группируем электроприемники в группы, соблюдая следующие правила:
• объединяем в группы однотипные электроприемники (например, освещение и т. д.);
• установленные мощности однотипных электроприемников суммируем;
• объединяем потребители, равнозначные по мощности (не должно быть в группе потребителей с сильно отличающимися номинальными мощностями);
• потребители длительного режима работы повышенной мощности (например, стиральная машина и т. д.) включаются в отдельную группу;
Расчетные коэффициенты спроса и использования принимаются по таблице 1, а коэффициенты мощности – по таблице 4.
Нужно помнить, что потребители эпизодического пользования (№ 17 табл.1) учитываются в суммарной мощности розеточной сети. Соответственно, коэффициент спроса этих потребителей определяет выбор коэффициента спроса для розеточной сети.
Расчетная таблица нарузок Таблица 3
Коэффициенты мощности отдельных бытовых электроприемников Таблица 4
Таким образом, исходным параметром для расчетов является установленная мощность группы электроприемников Ру, а основными расчетными коэффициентами – коэффициент спроса Кс, коэффициент использования Ки и коэффициент мощности cosφ.
Коэффициент спроса нагрузки используется для корректировки номинальной нагрузки исходя из того, что в любой отдельно взятый момент времени не все электрооборудование будет потреблять энергию в соответствии с полной нагрузкой.
Под коэффициентом спроса нагрузки понимается отношение расчетной электрической
нагрузки к номинальной (установленной) мощности электроприемников:
Кс = Рр/Ру ,
где Рр – расчетная электрическая нагрузка, кВт (30-мин максимум);
Ру – установленная мощность электроприемников, кВт.
Под коэффициентом использования активной мощности нагрузки
понимается отношение фактически потребляемой мощности к номинальной мощности:
Ки = Р/Рн
Коэффициент мощности одного или группы электроприемников:
cosφ = Рр/S ; (на вводе дома cosφ = ∑Рр/ ∑S).
Расчетную активную мощность (кВт) каждой группы электроприемников определяем по формуле:
Pр = Ру ∙Кс ∙Ки
Полная мощность (кВ∙А) каждой группы электроприемников:
S = Рp/cosφ
С учетом того, что все нагрузки однофазные, расчетный ток определяем по формуле:
Iр = Рp/U∙ cosφ = S / U ; (на вводе дома Iр = ∑S/U).
Результаты расчетов Pр, S, Iр приведены в расчетной таблице нагрузок (табл. 3).
Можно сэкономить время на вычисления по приведенным выше формулам, если воспользоваться готовой таблицей Excel.
В эту таблицу вносится:
• группы нагрузки;
• установленные мощности нагрузки;
• коэффициенты спроса;
• коэффициенты мощности cosφ.
Таблица сделана в формате xls и легко меняется. Достаточно подставить новые данные - таблица сама их пересчитает. Скачать пример расчетной таблицы можно по ссылке в конце статьи.
Исходные данные для таблицы Excel подготавливаются в принципе так же, как было показано выше. Группируем электроприемники в группы, подсчитываем установленную мощность каждой группы и назначаем каждой группе потребителей коэффициент мощности cosφ. Коэффициент спроса Кс для таблицы Excel должен быть скорректирован с помощью уменьшающих коэффициентов. Можно получить Кс для вычисления расчетных нагрузок, близким к реальным, если использовать понятные и подтвержденные практикой способы. Для небольших объектов, таких как загородные дома, коттеджи, дачи, количество нагрузок которых не превышает 20-30 единиц, оптимальным является способ задания коэффициента спроса по величине нагрузки. Для объектов, установленная мощность которых не превышает 15 кВт, результаты, близкие к реальным нагрузкам, получаются при выборе Кс в соответствие с таблицей 5.
Таблица 5
Здесь коэффициент спроса нагрузки задает процентное отношение от полной номинальной нагрузки, которое будет применяться в цепи в любой заданный момент времени для каждого диапазона нагрузок.
Выполним расчеты электрических нагрузок того же объекта при помощи таблицы Excel.
Подставляем в эту таблицу группы электрических нагрузок, установленную мощность и коэффициент мощности cosφ. Коэффициенты спроса для каждой группы нагрузок назначим в соответствие с таблицей 5, руководствуясь тем, к какому диапазону нагрузок относится та или иная группа электроприемников.
Расчетная таблица Excel для однофазных нагрузок: скачать
Если статья Вам понравилась и Вы цените вложенные в этот проект усилия – у Вас есть возможность внести посильный вклад в развитие сайта на странице «Поддержка проекта».
Внимание! Всех интересующихся практической электротехникой приглашаю на страницы своего нового сайта «Электрика для дома». Он посвящен основам электротехники и электричества с акцентом на домашние электрические установки и процессы, в них происходящие.
Пример расчета электрических нагрузок... Коэффициент спроса нагрузки... Установленная мощность группы электроприемников... Коэффициент использования... Коэффициент мощности cosφ... Расчетный ток... Таблица нагрузок... Таблица Excel...
Сегодня мы рассмотрим, как выполняется расчет однофазных электрических нагрузок. Вначале сформулируем основные задачи, которые должны быть решены в результате расчетов.Для чего делается расчет электрических нагрузок?
На основании расчетов электрических нагрузок производится выбор основных элементов электрической сети. В частности, расчетная мощность (расчетный ток) служит основой при выборе номинальных токов защитно-коммутационных аппаратов и сечений токопроводящих жил проводов и кабелей в распределительных и групповых сетях.
При этом под расчетной мощностью подразумевается мощность, равная ожидаемой максимальной нагрузке элемента сети за 30 минут (ПУЭ п. 1.3.2):
1.3.2. Проводники любого назначения должны удовлетворять требованиям в отношении предельно допустимого нагрева с учетом не только нормальных, но и послеаварийных режимов, а также режимов в период ремонта и возможных неравномерностей распределения токов между линиями, секциями шин и т. п. При проверке на нагрев принимается получасовой максимум тока, наибольший из средних получасовых токов данного элемента сети.
|
Это означает следующее: если фактическая нагрузка превысит расчетную максимальную нагрузку на длительное время, то проводники будут работать с перегрузкой, при которой резко возрастает риск их перегрева и возникновения пожара. Подобные нештатные ситуации нередко возникают из-за несоответствия сечения проводника номинальному току автоматического выключателя.
Отсюда следует первое правило для проектировщика электрики: номинальный ток автоматического выключателя, защищающего проводник, всегда должен быть меньше (или равен) предельно допустимого длительного тока проводника.
Если больше - то в случае превышения предельно допустимой токовой нагрузки проводника автоматический выключатель НЕ сработает! Это аварийная ситуация.
Поэтому расчет электрических нагрузок и нужен для того, чтобы получить исходные данные для правильного выбора основных элементов электрических сетей и обеспечить их безопасную эксплуатацию.
Итак, на основании расчетов электрических нагрузок решаются следующие задачи:
• определяется максимальная расчетная мощность на вводе для получения ТУ на присоединение к электрическим сетям;
• определяется максимальный расчетный ток нагрузки всех элементов сети;
• по условию нагрева максимальным расчетным током нагрузки в соответствие с ПУЭ выбираются сечения токопроводящих жил проводов и кабелей;
• по выбранному сечению провода и его длительно допустимой токовой нагрузке выбираются номинальные токи автоматических выключателей в распределительных и групповых сетях.
Пример расчета.
В качестве примера возьмем проект электрики одноэтажного жилого дома с жилой площадью 90м2. Используем табличный метод коэффициента спроса. Этот метод можно применять на этапе рабочего проектирования, когда известны точные данные электроприемников и места их расположения на объекте.
Исходные данные:
Частный жилой дом общей площадью 90м2. В доме 4 комнаты, прихожая, кухня, ванная. На участке имеется гараж. Все потребители электроэнергии - однофазные.
Исходные данные по установленному электрооборудованию с привязкой к помещениям приведены в таблице 2. Рекомендуемые величины мощностей отдельных электроприемников можно взять из таблицы 1.
Рекомендуемые величины мощностей электроприемников и расчетных коэффициентов
Таблица 1
№ п/п
|
Наименование
электроприемников
|
Номинальная
или установленная мощность
|
Расчетные
коэффициенты
|
Примечание
| |
спроса КС
|
использования КИ
| ||||
1
|
Электрическое освещение гостиных
|
35-40 Вт/м2
|
0,8
|
0,8
|
Светильники с лампами накаливания
|
2
|
Электрическое освещение жилых комнат (спален)
|
25-30 Вт/м2
|
0,6
|
0,6
| |
3
|
Электрическое освещение кабинетов, библиотек, игровых и т. п.
|
30-35 Вт/м2
|
0,6
|
0,8
| |
4
|
Электрическое освещение кухонь
|
25-30 Вт/м2
|
1,0
|
0,8
| |
5
|
Электрическое освещение холлов, коридоров и т. п.
|
20-25 Вт/м2
|
0,8
|
0,8
| |
6
|
Бытовая розеточная сеть (телерадиоаппаратура, холодильники, пылесосы, утюги, бра, торшеры и пр.)
|
100 Вт/розетку
|
-
|
0,7 - 1,0
|
1 розетка на 6 м2 общей площади
КИ =0,7 – при числе розеток более 50;
КИ =0,8 – при числе розеток от 20 до 50;
КИ =0,9 – при числе розеток от 10 до 20;
КИ =1,0 – при числе розеток до 10
|
7
|
Электроплита
|
10,5 кВт/плита
|
0,8
|
1,0
| |
8
|
Стиральная машина
|
2,2 кВт
|
1,0
|
0,6
| |
9
|
Посудомоечная машина
|
2,2 кВт
|
0,8
|
0,8
| |
10
|
Сауна
|
4-12 кВт
|
0,8
|
0,8
| |
11
|
Джакузи с подогревом
|
2,5 кВт
|
0,8
|
0,8
| |
12
|
Душевая кабина с подогревом
|
3,0 кВт
|
0,6
|
0,8
| |
13
|
Водонагреватели аккумуляционные
|
1,5 – 2 кВт
|
0,6
|
0,8
| |
14
|
Водонагреватели проточные
|
5 – 18 кВт
|
0,4
|
1,0
| |
15
|
Кондиционеры
|
1,5 - 4 кВт
|
0,7
|
0,8
| |
16
|
Электрокамины
|
1 – 2 кВт
|
0,4
|
1,0
| |
17
|
Кухонные комбайны, кофеварки, электрочайники и т. п. (суммарно)
|
4-5 кВт на квартиру
|
0,3
|
1,0
| |
18
|
Теплый пол в комнате, кухне, прихожей
|
60 Вт/м2
|
0,5
|
1,0
| |
19
|
Теплый пол в ванной, сауне, детской
|
80 Вт/м2
|
0,3
|
1,0
| |
20
|
Электрические отопительные котлы
|
4 – 24 кВт
|
0,8
|
0,9
| |
21
|
Приборы электроотопления
|
70 - 100 Вт/м2
|
0,8
|
1,0
| |
22
|
Тепловентиляторы
|
1,5 – 2 кВт
|
0,9
|
0,9
| |
23
|
Электрокалориферы
|
3 – 6 кВт
|
0,4
|
0,9
| |
24
|
Газонокосилки
|
1,5 – 1,8 кВт
|
0,4
|
0,8
| |
25
|
Погружные насосы
|
0,75 – 1,5 кВт
|
0,8
|
0,9
| |
26
|
Персональные компьютеры
|
0,4 – 0,5 кВт
|
0,6
|
1,0
| |
Исходные данные к расчету Таблица 2
Помещения
|
Площадь,
м2
|
Установленные электробытовые приборы
|
Номинальная (установленная) мощность, кВт
|
Примечание
|
Кухня
|
15
|
Электрическое освещение
|
0,36
|
Табл. 1 п. 4
|
2 розетки на ток 10А,
1 розетка на ток 16А
|
0,3
|
Табл. 1 п. 6
| ||
Прихожая
|
10
|
Электрическое освещение
|
0,25
|
Табл. 1 п. 5
|
1 розетка на ток 10А,
1 розетка на ток 16А
|
0,2
|
Табл. 1 п. 6
| ||
Ванная
|
8
|
Электрическое освещение
|
0,2
|
Табл. 1 п. 5
|
2 розетки на ток 10А
|
0,2
|
Табл. 1 п. 6
| ||
Вентилятор
|
0,3
|
По паспортным данным
| ||
Стиральная машина
|
2,2
|
Табл. 1 п. 8
| ||
Гостиная
|
20
|
Электрическое освещение
|
0,8
|
Табл. 1 п. 1
|
4 розетки на ток 10А
|
0,4
|
Табл. 1 п. 6
| ||
Телевизор
|
0,3
|
По паспортным данным
| ||
Столовая
|
14
|
Электрическое освещение
|
0,42
|
Табл. 1 п. 4
|
2 розетки на ток 10А
|
0,2
|
Табл. 1 п. 6
| ||
1 розетка на ток 16А
|
2,0
|
Табл. 1 п. 17
| ||
Холодильник
|
0,6
|
По паспортным данным
| ||
Кабинет
|
10
|
Электрическое освещение
|
0,35
|
Табл. 1 п. 3
|
2 розетки на ток 10А
|
0,2
|
Табл. 1 п. 6
| ||
Персональный компьютер
|
0,5
|
Табл. 1 п. 26
| ||
Спальня
|
16
|
Электрическое освещение
|
0,4
|
Табл. 1 п. 2
|
3 розетки на ток 10А
|
0,3
|
Табл. 1 п. 6
| ||
Гараж
|
24
|
Электрическое освещение
|
0,5
| |
2 розетки на ток 10А
|
0,2
|
Табл. 1 п. 6
| ||
11,09
|
Расчет электрических нагрузок.
На основании исходных данных таблицы 2 составляем расчетную таблицу нагрузок.
Группируем электроприемники в группы, соблюдая следующие правила:
• объединяем в группы однотипные электроприемники (например, освещение и т. д.);
• установленные мощности однотипных электроприемников суммируем;
• объединяем потребители, равнозначные по мощности (не должно быть в группе потребителей с сильно отличающимися номинальными мощностями);
• потребители длительного режима работы повышенной мощности (например, стиральная машина и т. д.) включаются в отдельную группу;
Расчетные коэффициенты спроса и использования принимаются по таблице 1, а коэффициенты мощности – по таблице 4.
Нужно помнить, что потребители эпизодического пользования (№ 17 табл.1) учитываются в суммарной мощности розеточной сети. Соответственно, коэффициент спроса этих потребителей определяет выбор коэффициента спроса для розеточной сети.
Расчетная таблица нарузок Таблица 3
|
Группа
|
Наименование групп потребителей
|
Установленная мощность Ру, кВт
|
Расчетные коэффициенты
|
Расчетная мощность
|
Расчетный ток Ip, А
| |||
|
спроса КС
|
использования КИ
|
мощности cosφ/ tgφ
|
активная Рр, кВт
|
полная S, кВА
| ||||
|
гр.1
|
Освещение
|
2,13
|
0,7
|
0,8
|
1,0/0
|
1,19
|
1,19
|
5,4
|
|
гр.2
|
Розеточная сеть
|
4,7
|
0,3
|
0,8
|
0,8/0,75
|
1,13
|
1,4
|
6,4
|
|
гр.3
|
Освещение кухня
|
0,36
|
1,0
|
0,8
|
1,0/0
|
0,29
|
0,29
|
1,3
|
|
гр.4
|
Освещение ванная
|
0,2
|
0,8
|
0,8
|
1,0/0
|
0,13
|
0,13
|
0,6
|
|
гр.5
|
Розетки кухня
|
0,3
|
-
|
1,0
|
0,9/0,48
|
0,3
|
0,33
|
1,5
|
|
гр.6
|
Розетки ванная
|
0,5
|
-
|
1,0
|
0,9/0,48
|
0,5
|
0,55
|
2,5
|
|
гр.7
|
Стиральная машина
|
2,2
|
1,0
|
0,6
|
0,8/0,75
|
1,3
|
1,6
|
7,2
|
|
гр.8
|
Освещение гараж
|
0,5
|
0,8
|
0,9
|
1,0/0
|
0,36
|
0,36
|
1,6
|
|
гр.9
|
Розетки гараж
|
0,2
|
-
|
0,9
|
0,9/0,48
|
0,18
|
0,2
|
0,9
|
| |
Итого:
|
11,09
| | |
0,88/0,54
|
5,38
|
6,05
|
27,5
|
Коэффициенты мощности отдельных бытовых электроприемников Таблица 4
Типы потребителей
|
cos ϕ / tg ϕ
|
Лампы накаливания
|
1,0/0
|
Люминесцентные лампы
|
0,92/0,426
|
Холодильники
|
0,65/1,168
|
Насосы, вентиляторы, кондиционеры до 4 кВт
|
0,75/0,882
|
То же, при мощности двигателя свыше 4 кВт
|
0,85/0,62
|
Телерадиоаппаратура
|
0,65/1,168
|
Водонагреватели, электроотопители
|
1,0/0
|
Сауны
|
1,0/0
|
Джакузи
|
0,8/0,75
|
Персональные компьютеры
|
0,65/1,168
|
Таким образом, исходным параметром для расчетов является установленная мощность группы электроприемников Ру, а основными расчетными коэффициентами – коэффициент спроса Кс, коэффициент использования Ки и коэффициент мощности cosφ.
Коэффициент спроса нагрузки используется для корректировки номинальной нагрузки исходя из того, что в любой отдельно взятый момент времени не все электрооборудование будет потреблять энергию в соответствии с полной нагрузкой.
Под коэффициентом спроса нагрузки понимается отношение расчетной электрической
нагрузки к номинальной (установленной) мощности электроприемников:
Кс = Рр/Ру ,
где Рр – расчетная электрическая нагрузка, кВт (30-мин максимум);
Ру – установленная мощность электроприемников, кВт.
Под коэффициентом использования активной мощности нагрузки
понимается отношение фактически потребляемой мощности к номинальной мощности:
Ки = Р/Рн
Коэффициент мощности одного или группы электроприемников:
cosφ = Рр/S ; (на вводе дома cosφ = ∑Рр/ ∑S).
Расчетную активную мощность (кВт) каждой группы электроприемников определяем по формуле:
Pр = Ру ∙Кс ∙Ки
Полная мощность (кВ∙А) каждой группы электроприемников:
S = Рp/cosφ
С учетом того, что все нагрузки однофазные, расчетный ток определяем по формуле:
Iр = Рp/U∙ cosφ = S / U ; (на вводе дома Iр = ∑S/U).
Результаты расчетов Pр, S, Iр приведены в расчетной таблице нагрузок (табл. 3).
Можно сэкономить время на вычисления по приведенным выше формулам, если воспользоваться готовой таблицей Excel.
В эту таблицу вносится:
• группы нагрузки;
• установленные мощности нагрузки;
• коэффициенты спроса;
• коэффициенты мощности cosφ.
Таблица сделана в формате xls и легко меняется. Достаточно подставить новые данные - таблица сама их пересчитает. Скачать пример расчетной таблицы можно по ссылке в конце статьи.
Исходные данные для таблицы Excel подготавливаются в принципе так же, как было показано выше. Группируем электроприемники в группы, подсчитываем установленную мощность каждой группы и назначаем каждой группе потребителей коэффициент мощности cosφ. Коэффициент спроса Кс для таблицы Excel должен быть скорректирован с помощью уменьшающих коэффициентов. Можно получить Кс для вычисления расчетных нагрузок, близким к реальным, если использовать понятные и подтвержденные практикой способы. Для небольших объектов, таких как загородные дома, коттеджи, дачи, количество нагрузок которых не превышает 20-30 единиц, оптимальным является способ задания коэффициента спроса по величине нагрузки. Для объектов, установленная мощность которых не превышает 15 кВт, результаты, близкие к реальным нагрузкам, получаются при выборе Кс в соответствие с таблицей 5.
Таблица 5
Больше
|
Меньше или равно
|
Коэффициент спроса
|
0
|
1000 В∙А
|
100%
|
1000 ВА
|
3000 В∙А
|
60%
|
3000
|
15000 В∙А
|
30%
|
Здесь коэффициент спроса нагрузки задает процентное отношение от полной номинальной нагрузки, которое будет применяться в цепи в любой заданный момент времени для каждого диапазона нагрузок.
Выполним расчеты электрических нагрузок того же объекта при помощи таблицы Excel.
Подставляем в эту таблицу группы электрических нагрузок, установленную мощность и коэффициент мощности cosφ. Коэффициенты спроса для каждой группы нагрузок назначим в соответствие с таблицей 5, руководствуясь тем, к какому диапазону нагрузок относится та или иная группа электроприемников.
Расчетная таблица Excel для однофазных нагрузок: скачать
Если статья Вам понравилась и Вы цените вложенные в этот проект усилия – у Вас есть возможность внести посильный вклад в развитие сайта на странице «Поддержка проекта».
Внимание! Всех интересующихся практической электротехникой приглашаю на страницы своего нового сайта «Электрика для дома». Он посвящен основам электротехники и электричества с акцентом на домашние электрические установки и процессы, в них происходящие.
"• по выбранному сечению провода и его длительно допустимой токовой нагрузке выбираются номинальные токи автоматических выключателей в распределительных и групповых сетях." -А как подбираются автоматы? Вот здесь самое интересное!
ОтветитьУдалитьПростите за невнимательность, сразу не увидел, что есть подробная статья на эту тему, тему подбора автоматов
ОтветитьУдалить