Добрый день уважаемые читатели. Хочу обсудить и разобрать тему, на мой взгляд одну из самых Важных при проектировании внутреннего электроснабжения того, или иного объекта строительства.
Разберем основные вопросы темы:
1. Что такое расчет электрических нагрузок и для чего он необходим?
2. Наименование и расшифровка, формулы расчета всех показателей таблицы расчета нагрузок.
3. Работа с полученными значениями.
4. Последствия неправильного расчета электрических нагрузок.
1. Что такое расчет электрических нагрузок и для чего он необходим
Итак, давайте начнем с того как выглядит расчет электрических нагрузок
Выше мы с Вами видим таблицу расчета электрических нагрузок распределительного щита мебельного магазина. Данная таблица, как не сложно догадаться, разработана в программе Excel и полностью автоматизирована для просчета того, или иного значения при меняющихся исходных данных. Основные формулы, по которым ведется расчет любого значения, должны быть отображены в пояснительной записке раздела "Расчеты", таблица же служит удобным документом, в который сводятся все значения.
Получив все расчетные данные, мы можем верно подобрать номиналы коммутационных аппаратов, а соответственно и сечение кабелей, выстроить селективность системы электроснабжения, равномерно распределить мощностную нагрузку по каждой фазе, понимать - соответствуют ли расчетные показатели выделенной на объект мощности.
Все расчетные показатели в таблице должны быть отображены на однолинейной схеме распределительного электрощита.
2. Наименование и расшифровка всех показателей таблицы расчета нагрузок.
Давайте теперь постараемся разобраться в данной таблице и в каждом ее значении. На первом этапе проектирования создается и подготавливается основа проекта (таблички, архитектурные планы), далее наносятся места расположение розеток, силового оборудования, светильников, выключателей, и т.д - это мы разберем в следующих статьях. После уже происходит расчет. Начинаем мы с того что группируем наши потребители (объединяем один, несколько и более потребителей в группу которая будет подключаться от определенного автоматического выключателя, УЗО или диф. автомата в щите. Теперь когда мы полностью сгруппировали все потребители переходим к подсчету мощностей по каждой группе и разбираем все последующие значения верхней строки таблицы.
Руст - Установленная мощность, (кВт) - это суммарная мощность всех объединенных в одной группе потребителей.
Например: Гр.1 - розетки коридора. В коридоре предусмотрено 5 бытовых розеток каждую бытовую розетку согласно СП31.110-2003 принято брать с расчетом 0,1кВт или 100Вт (при количестве розеток свыше 100 мощность розетки берется 0,06кВт), таким образом установленная мощность пяти розеток составит 0,5кВт или 500Вт.
Кс - Коэффициент спроса - это отношение совмещенного получасового максимума нагрузки электроприемников к их суммарной установленной мощности.
Другими словами - это отношение установленной мощности к расчетной Руст/Рр
Например: для розеточных групп данный коэффициент подбирается по таблице 7.6 СП31.110-2003. Соответственно Кс = 1
Данный коэффициент следует подбирать в зависимости от вида оборудования (для каждого вида и типа он имеет разное значение) и подбирается в соответствии с разделом 7 "Расчетные электрические нагрузки" СП31.110-2003
сosφ - это расчетный коэффициент мощности потребителя, характеризующий наличие в нагрузке реактивной составляющей
Для каждого вида и типа оборудования коэффициент мощности принимается разным. Например для кондиционеров и насосов сosφ= 0,75
tg φ - расчетный коэффициент характеризующий расход реактивной энергии на расход активной энергии
tg φ = (√(1-cos²φ))/cosφ, а также tg φ= Qр/Рр
Рр - расчетная (активная) мощность, кВт - характеризует наличие в нагрузке только активной составляющей и рассчитывается как
Рр = Руст*К с.
Qр - расчетная (реактивная) мощность, квар - мощностная составляющая, которая не была передана в нагрузку, а привела к потерям на нагрев и излучение
Qр = Рр*tg φ.
Sпол. = полная мощность, кВА - это физическая величина, равная произведению действующих элементов периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на ее зажимах.
Рассчитывается как Sпол = √(Рр² + Qр²)
И последнее самое важное значение для полного расчета группы - это расчетный ток, Iр. Здесь необходимо также понимать, что существуют потребители номиналом 220В и потребители номиналом 380В т.е однофазные и трехфазные, соответственно и формула расчета тока будет для каждого номинала напряжения своя
Формула расчета однофазного тока: Iр = Рр*1000/(220*cosφ)
Формула расчета трёхфазного тока: Iр = Рр*1000/(1,731*380*cosφ)
Когда произведен расчет по каждой группе потребителей, мы с Вами переходим на самую последнюю итоговую строку, чтобы узнать расчетные показатели в нашей системе электроснабжения.
Руст.общ - Установленная мощность общая, (кВт) - это сумма мощностей всех групп электроснабжения. Например:
Руст.суммарная = Руст.гр1+Руст.гр2+Руст.гр3+Руст.гр4+Руст.гр5
Кс.общ - Коэффициент спроса общий- среднее значение суммы всех Кс групп электроснабжения.
Например: Кс.общ = (Кс.гр1+Кс.гр2+Кс.гр3+Кс.гр4+Кс.гр5)/5
сosφ.общ - Коэффициент мощности общий - среднее значение суммы всех cosφ групп электроснабжения
Например: сosφ.общ = сosφ.общ= ΣPрасч/ ΣS
tg φ.общ - Расчетный коэффициент общий- среднее значение суммы всех tg φ групп электроснабжения
Например: tg φ = (tg φ.гр1+tg φ.гр2+tg φ.гр3+tg φ.гр4+tg φ.гр5)/5
Рр.общ - расчетная (активная) мощность общая, кВт - рассчитывается как:
Рр.общ = Руст.общ*Cosφ.общ
Qр.общ - расчетная (реактивная) мощность общая, квар - рассчитывается как: Qр.общ = Рр.общ*tg φ.общ
Sпол.общ = полная мощность общая, кВА - рассчитывается как:
Sпол.общ = √(Рр.общ² + Qр.общ²)
Для определения полного расчетного тока нам необходимо значение номинального напряжения в сети и как в предыдущем случае рассчитывается как:
Формула расчета однофазного тока:
Iр.пол = Рр.пол*1000/(220*cosφ.пол)
Формула расчета трёхфазного тока:
Iр.пол = Рр.пол*1000/(1,731*380*cosφ.пол)
3. Работа с полученными значениями.
Осуществив полный расчет всех нагрузок и тока сети мы делаем следующие действия:
- Распределяем отходящие группы по фазам, таким образом, чтобы неравномерность по расчетной нагрузке или расчетному току не превышала между самой перегруженной и самой менее загруженной фазой 15% в соответствии с требованиями СП31.110-2003. В случае если изначальное распределение не дало необходимых показателей, мы перераспределяем нагрузку по фазам до необходимых нам параметров.
- В соответствии с полученными значениями тока, по каждой группе осуществляем выбор номинала коммутационного оборудования. Главное правило - расчетный ток группы не должен превышать номинальный ток коммутационного аппарата. Чаще данное значение необходимо даже брать с запасом. Например при расчетном токе 15,6А лучше выбрать автоматический выключатель на номинал 20А, при расчетном токе 10-14А можно выбирать номинал 16А.
- Когда мы закончили подбор номинальных значений коммутационных аппаратов мы приступаем к выбору сечения кабеля для нашей группы. Например для 1-фазного автоматического выключателя на 10А достаточно медного кабеля сечением 3х1,5мм2
Главное в подборе сечения придеживаться правила, что пропускная токовая способность кабеля должна быть выше, чем пропускная токовая способность автоматического выключателя умноженная на значение 1,25
т.е Iк>Iавт.выкл*1,25
Например: мы выбрали однофазный автоматический выключатель на 16А, для него подойдет медный кабель сечением 3х2,5 пропускная способность которого 27А.
Теперь проверим это выражение: 27>16*1,25 = 27>20 - Равенство верное. Расчет кабеля выполнен верно.
- Завершаем наши расчеты подбором вводного выключателя. Значение его номинала должно быть в соответствии с значением мощности выделенной на данный объект. Например: для 15кВт выделенной мощности на квартиру/дом и напряжении 380В - равен трехфазный автоматический выключатель номиналом 25А. Из этого следует, что отходящие однофазные выключатели на группы не должны превышать значения 20А, также как и трехфазные автоматические выключатели. При таких условиях полностью выполняется селективность управления нагрузкой.
Все расчетные показатели, такие как: Руст, Рр, сosφ, Кс, Sр, Iр. - необходимо в обязательном порядке отобразить в однолинейной схеме распределительного щита. Также распределение нагрузок по фазам в процентном отношении тоже необходимо отобразить в однолинейной схеме.
4. Последствия неправильного расчета электрических нагрузок.
Теперь давайте обсудим заключительный вопрос нашей темы - какие следуют последствия при неверных расчетах?
-При неравномерной нагрузке по фазам некоторое оборудование может работать с отклонением от заданных номинальных параметрах, что приводит к их значительному снижению ресурса и ранней поломке. Например этому более подвержены трехфазные электродвигатели.
-При неправленом подборе номинала автоматического выключателя, потребитель может работать с постоянными перерывами, или вовсе не осуществлять запуск. Также мы не разобрали вопрос подбора характеристик автоматического выключателя, об этом мы поговорим в следующих статьях, это отдельная тема требующая внимания.
-При неправильном подборе сечения кабеля (например токовая пропускная способность сечения меньше чем токовая пропускная способность коммутационного аппарата) есть риски его выхода из строя, а также поломке коммутационно аппарата, т.к такой кабель будет подвержен постоянному нагреву, которое проявляется больше всего в месте соединения с коммутационным аппаратом. При этом не исключается возможность дальнейшего возгорания с переходом в пожар.
- При неправильной селективности коммутационных аппаратов возможна некорректная работа электроснабжения. Например при перегрузке или коротком замыкании будет выключаться не групповой автоматический выключатель, а вводной, тем самым обесточивая все отходящие группы.
Уважаемые читатели возможно какие-то моменты по ходу разбора я упустил, какие-то требуют отдельного внимания и разбора, прошу не судить строго. К вопросам проектирования и монтажа систем электроснабжения необходимо относиться с огромной ответственностью.
В следующей статье мы постараемся разобрать не менее важные вопросы расчетов, монтажа и проектирования электроснабжения.