Как сделать расчет электрических нагрузок. Как правильно провести расчет сечения кабеля по нагрузке

Вопрос выбора сечения кабеля для монтажа электропроводки в доме или квартире очень серьезный. Если данный показатель не будет соответствовать нагрузке в контуре, то изоляция провода просто начнет перегреваться, затем плавится и гореть. Конечный итог – короткое замыкание. Все дело в том, что нагрузка создает определенную плотность тока. И если сечение кабеля будет небольшим, то плотность тока в нем будет большой. Поэтому перед покупкой необходимо провести расчет сечения кабеля по нагрузке.

Конечно, не стоит просто так наугад выбирать провод большего сечения. Это в первую очередь ударит по вашему бюджету. С меньшим сечением кабель может не выдержать нагрузку и быстро выйдет из строя. Поэтому лучше всего начать с вопроса, как рассчитать нагрузку на кабель? А уже потом по этому показателю подбирать и сам электрический провод.

Расчет мощности

Самый простой способ – это рассчитать суммарную мощность, которую будет потреблять дом или квартира. Этот расчет будет использован для подбора сечения провода от столба ЛЭП до вводного автомата в коттедж или от подъездного щита в квартиру на первую распределительную коробку. Точно так же рассчитываются провода по шлейфам или комнатам. Понятно, что входной кабель будет иметь самое большое сечение. И чем дальше от первой распределительной коробки, тем данный показатель будет уменьшаться.

Но вернемся к расчетам. Итак, в первую очередь необходимо определить суммарную мощность потребителей. У каждого из них (бытовые приборы и лампы освещения) на корпусе этот показатель обозначен. Если не нашли, смотрите в паспорте или в инструкции.


После чего все мощности необходимо сложить. Это и есть суммарная мощность дома или квартиры. Точно такой же расчет необходимо сделать и по контурам. Но тут есть один спорный момент. Некоторые специалисты рекомендуют умножить суммарный показатель на понижающий коэффициент 0,8, придерживаясь того правила, что не все приборы будут одновременно включаться в цепь. Другие же, наоборот, предлагают умножить на повышающий коэффициент 1,2, тем самым создавая некий запас на будущее, ввиду того, что есть большая вероятность появления в доме или квартире дополнительных бытовых приборов. По нашему мнению второй вариант – оптимальный.

Выбор кабеля

Теперь, зная суммарный показатель мощности, можно выбрать и сечение проводки. В ПУЭ установлены таблицы, по которым легко сделать этот выбор. Приведем несколько примеров для электрической линии, находящейся под напряжением 220 вольт.

  • Если суммарная мощность составила 4 кВт, то сечение провода будет 1,5 мм².
  • Мощность 6 кВт, сечение 2,5 мм².
  • Мощность 10 кВт – сечение 6 мм².


Точно такая же таблица есть и для электрической сети напряжением 380 вольт.

Расчет токовой нагрузки

Это самое точное значение вычисления, проводимого по нагрузке тока. Для этого используется формула:

I=P/U cos φ, где

  • I – это сила тока;
  • P – суммарная мощность;
  • U – напряжение в сети (в данном случае 220 В);
  • cos φ – коэффициент мощности.

Есть формула и для трехфазной электрической сети:

I=P/(U cos φ)*√3.

Именно по показателю силы тока определяется сечение кабеля по тем же таблицам в ПУЭ. И опять приведем несколько примеров.

  • Сила тока 19 А – сечение кабеля 1,5 мм².
  • 27 А – 2,5 мм².
  • 46 А – 6 мм².

Как и в случае определения сечения по мощности, здесь также лучше всего умножить показатель силы тока на повышающий коэффициент 1,5.

Коэффициенты

Существуют определенные условия, при которых сила тока внутри проводки может повышаться или понижаться. К примеру, в открытой электрической проводке, когда провода укладываются по стенам или потолку, сила тока будет повышенной, чем в закрытой схеме. Это связано напрямую с температурой окружающей среды. Чем она больше, тем большей силы тока может данный кабель пропускать.

Внимание! Все выше перечисленные таблицы ПУЭ рассчитаны при условии эксплуатации проводов при температуре +25С с температурой самих кабелей не больше +65С.

То есть, получается так, что если в один лоток, гофру или трубу укладываются сразу несколько проводов, то внутри проводки температура будет повышенной за счет нагрева самих кабелей. Это приводит к тому, что допустимая нагрузка тока снижается на 10-30 процентов. То же самое касается и открытой проводки внутри отапливаемых помещений. Поэтому можно сделать вывод: при проведении расчета сечения кабеля в зависимости от нагрузки тока при повышенных температурах эксплуатации можно выбирать провода меньшей площади. Это, конечно, неплохая экономия. Кстати, таблицы снижающих коэффициентов в ПУЭ тоже есть.

Есть еще один момент, который касается длины используемого электрического кабеля. Чем длиннее разводка, тем больше потери напряжения на участках. В любых расчетах используются потери, равные 5%. То есть, это максимум. Если потери будут больше данного значения, то придется увеличивать сечение кабеля. Кстати, самостоятельно рассчитать токовые потери несложно, если знать сопротивление проводки и токовую нагрузку. Хотя оптимальный вариант – использовать таблицу ПУЭ, в которых установлена зависимость момента нагрузки и потерь. В данном случае момент нагрузки – это произведение мощности потребления в киловаттах и длины самого кабеля в метрах.

Разберем пример, в котором установленный кабель длиною 30 мм в сети переменного тока напряжением 220 вольт выдерживает нагрузку 3 кВт. При этом момент нагрузки будет равен 3*30=90. Смотрим в таблицу ПУЭ, где показано, что этому моменту соответствуют потери 3%. То есть, это меньше номинала в 5%. Что допустимо. Как уже было сказано выше, если расчетные потери превысили бы пятипроцентный барьер, то пришлось бы приобретать и устанавливать кабель большего сечения.

Внимание! Данные потери сильно сказываются на освещении с низковольтными лампами. Потому что на 220 вольтах 1-2 В не сильно отражаются, а вот на 12 В видно сразу.

В настоящее время алюминиевые провода в разводках используются редко. Но необходимо знать, что их сопротивление больше, чем у медных, в 1,7 раза. А, значит, и потери у них во столько же раз больше.

Что касается трехфазных сетей, то здесь момент нагрузки больше в шесть раз. Это зависит от того, что сама нагрузка распределяется по трем фазам, а это соответственно тронное увеличение момента. Плюс двоенное увеличение за счет симметричного распределения потребляемой мощности по фазам. При этом в нулевом контуре ток должен быть равен нулю. Если распределение по фазам несимметричное, а это приводит к увеличению и потерь, то придется рассчитывать сечение кабеля по нагрузкам в каждом проводе по отдельности и выбирать его по максимальному расчетному размеру.

Заключение по теме

Как видите, для проведения расчета сечения кабеля по нагрузкам, приходится учитывать различные коэффициенты (понижающие и повышающие). Самостоятельно, если вы в электрике разбираетесь на уровне любителя или начинающего мастера, сделать это непросто. Поэтому совет – пригласите высококвалифицированного специалиста, пусть он сам сделает все расчеты и составит грамотно схему проводки. А вот монтаж можно провести и своими руками.

Теория расчета электрических нагрузок , основы которой сформировалась в 1930е годы, ставила целью определить набор формул, дающих однозначное решение при заданных электроприемниках и графиках (показателях) электрических нагрузок. В целом практика показала ограниченность подхода «снизу вверх», опирающегося на исходные данные по отдельным электроприемникам и их группам. Эта теория сохраняет значение при расчете режимов работы небольшого числа электроприемников с известными данными, при сложении ограниченного числа графиков, при расчетах для 2УР.

В 1980-1990е гг. теория расчета электрических нагрузок все в большей степени придерживается неформализованных методов, в частности, комплексного метода расчета электрических нагрузок, элементы которого вошли в «Указания по расчету электрических нагрузок систем электроснабжения» (РТМ 36.18.32.0289). Вероятно, работа с информационными базами данных по электрическим и Технологическим показателям, кластеранализ и теория распознавания образов, построение вероятностных и ценологических распределений для экспертной и профессиональнологической оценки могут решить окончательно проблему расчета электрических нагрузок на всех уровнях системы электроснабжения и на всех стадиях принятия технического или инвестиционного решения.

Формализация расчета электрических нагрузок развивалась все годы в нескольких направлениях и привела к следующим методам:

  1. эмпирический (метод коэффициента спроса, двухчленных эмпирических выражений, удельного расхода электроэнергии и удельных плотностей нагрузки, технологического графика);
  2. упорядоченных диаграмм, трансформировавшийся в расчет по коэффициенту расчетной активной мощности;
  3. собственно статистический;
  4. вероятностного моделирования графиков нагрузки.

Метод коэффициента спроса

Метод коэффициента спроса наиболее прост, широко распространен, с него начался расчет нагрузок. Он заключается в использовании выражения (2.20): по известной (задаваемой) величине Ру и табличным значениям, приводимым в справочной литературе (примеры см. в табл. 2.1):


Величина Кс принимается одинаковой для электроприемников одной группы (работающих в одном режиме) независимо от числа и мощности отдельных приемников. Физический смысл - это доля суммы номинальных мощностей электроприемников, статистическиотражающая максимальный практически ожидаемый и встречающийся режим одновременной работы и загрузки некоторого неопределенного сочетания (реализации) установленных приемников.

Приводимые справочные данные по Кс и Кп соответствуют максимальному значению, а не математическому ожиданию. Суммирование максимальных значений, а не средних неизбежно завышает нагрузку. Если рассматривать любую группу ЭП современного электрического хозяйства (а не 1930- 1960х гг.), то становится очевидной условность понятия «однородная группа». Различия в значении коэффициента - 1:10 (до 1:100 и выше) - неизбежны и объясняются ценологически ми свойствами электрического хозяйства.

В табл. 2.2 приведены значения ЛГС, характеризующие насосы как группу. При углублении исследований KQ4 например только для насосов сырой воды, также может быть разброс 1:10.


Правильнее учиться оценивать Кс в целом по потребителю (участку, отделению, цеху). Полезно выполнять анализ расчетных и действительных величин для всех близких по технологии объектов одного и того же уровня системы электроснабжения, аналогичной табл. 1.2 и 1.3. Это позволит создать личный информационный банк и обеспечить точность расчетов. Метод удельного расхода электроэнергии применим для участков (установок) 2УР (второый, третий… Уровень Энергосистемы), отделений ЗУР и цехов 4УР, где технологическая продукция однородная и количественно меняется мало (увеличение выпуска снижает, как правило, удельные расходы электроэнергии Ауй).

Метод «максимальная мощность»

В реальных условиях продолжительная работа потребителя не означает постоянство нагрузки в точке ее присоединения на более высоком уровне системы электроснабжения. Как статистическая величина Луд, определяемая для какогото ранее выделенного объекта по электропотреблению А и объему Л/, есть некоторое усреднение на известном, чаще месячном или годовом, интервале. Поэтому применение формулы (2.30) дает не максимальную, а среднюю нагрузку. Для выбора трансформаторов ЗУР можно принять Рср = Рмах. В общем случае, особенно для 4УР (цеха), необходимо учитывать Кмах в качестве Т принимать действительное годовое (суточное) число часов работы производства с максимумом использования активной мощности.


Метод удельных плотностей нагрузок

Метод удельных плотностей нагрузок близок к предыдущему. Задается удельная мощность (плотность нагрузки) у и определяется площадь здания сооружения или участка, отделения, цеха (например, для машиностроительных и металлообрабатывающих цехов у = 0,12…0,25 кВт/м2; для кислородноконвертерных цехов у = = 0,16…0,32 кВт/м2). Нагрузка, превышающая 0,4 кВт/м2, возможна для некоторых участков, в частности, для тех, где имеются единичные электроприемники единичной мощности 1,0…30,0 МВт.

Метод технологического графика

Метод технологического графика опирается на график работы агрегата, линии или группы машин. Например, график работы дуговой сталеплавильной печи конкретизируется: указывается время расплавления (27…50 мин), время окисления (20…80 мин), число плавок, технологическая увязка с работой других сталеплавильных агрегатов. График позволяет определить общий расход электроэнергии за плавку, среднюю за цикл (с учетом времени до начала следующей плавки), и максимальную нагрузку для расчета питающей сети.

Метод упорядоченных диаграмм

Метод упорядоченных диаграмм, директивно применявшийся в 1960 - 1970е гг. для всех уровней системы электроснабжения и навсех стадиях проектирования, в 1980- 1990е гг. трансформировался в расчет нагрузок по коэффициенту расчетной активной мощности. При наличии данных о числе электроприемников, их мощности, режимах работы его рекомендуют применять для расчета элементов системы электроснабжения 2УР, ЗУР (провод, кабель, шинопровод, низковольтная аппаратура), питающих силовую нагрузку напряжением до 1 кВ (упрощенно для эффективного числа приемников всего цеха, т.е. для сети напряжением 6 - 10 кВ 4УР). Различие метода упорядоченных диаграмм и расчета по коэффициенту расчетной активной мощности заключается в замене коэффициента максимума,всегда понимаемого однозначно как отношение Рмах/Рср (2.16), коэффициентом расчетной активной мощности Ар. Порядок расчета для элемента узла следующий:

Составляется перечень (число) силовых электроприемников с указанием их номинальной PHOMi (установленной) мощности;

Определяется рабочая смена с наибольшим потреблением электроэнергии и согласовываются (с технологами и энергосистемой) характерные сутки;

Описываются особенности технологического процесса, влияющие на электропотребление, выделяются электроприемники с высокой неравномерностью нагрузки (они считаются подругому - по максимуму эффективной нагрузки);

Исключаются из расчета (перечня) электроприемники: а) малой мощности; б) резервные по условиям расчета электрических нагрузок; в) включаемые эпизодически;

Определяются группы т электроприемников, имеющих одинаковый тип (режим) работы;

Из этих групп выделяютсяуе подгруппы, имеющие одинаковую величину индивидуального коэффициента использования а:и/;

Выделяются электроприемники одинакового режима работы и определяется их средняя мощность;

Вычисляется средняя реактивная нагрузка;

Находится групповой коэффициент использования Кн активноймощности;

Рассчитывается эффективное число электроприемников в груп пе из п электроприемников:

где эффективное (приведенное) число электроприемников - это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного максимума Р, что и группа электроприемников, различных по мощности и режиму работы.

При числе электроприемнйков в группе четыре и более допускается принимать пэ равным п (действительному числу электроприемников) при условии, что отношение номинальной мощности наибольшего электроприемника Pmutm к номинальной мощности меньшего электроприемника Дом mm меньше трех. При определении значения п допускается исключать мелкие электроприемники, суммарная мощность которых не превышает 5 % от номинальной мощности всей группы;

По справочным данным и постоянной времени нагрева Т0 принимается величина расчетного коэффициента Кр;

Определяется расчетный максимум нагрузки:

Электрические нагрузки отдельных узлов системы электроснабжения в сетях напряжением выше 1 кВ (находящиеся на 4УР, 5УР) рекомендовалось определять аналогично с включением потерь в .

Результаты расчетов сводят в таблицу. Этим исчерпывается расчет нагрузок по коэффициенту расчетной активной мощности.

Расчетная максимальная нагрузка группы электроприемников Ртах может быть найдена упрощенно:

где Рном - групповая номинальная мощность (сумма номинальных мощностей, за исключением резервных по расчету электрических нагрузок); Рср.см ~ средняя активная мощность за наиболее загруженную смену.

Расчет по формуле (2.32) громоздок, труден для понимания и применения, а главное, он нередко дает двукратную (и более) ошибку. Негауссову случайность, неопределенность и неполноту исходной информации метод преодолевает допущениями: электроприемники одного названия имеют одинаковые коэффициенты, исключаются резервные двигатели по условиям электрических нагрузок, коэффициент использования считается независимым от числа электроприемников в группе, выделяются электроприемники с практически постоянным графиком нагрузки, исключаются из расчета наименьшие по мощности электроприемники. Метод не дифференцирован для различных уровней системы электроснабжения и для различных стадий выполнения (согласования) проекта. Расчетный коэффициент максимума Ктах активной мощности принимается стремящимся к единице при увеличении числа электроприемников (фактически это не так - статистика этого не подтверждает. Для отделения, где двигателей 300… 1000 шт., и цеха, где их до 6000 шт., коэффициент может составлять 1,2… 1,4). Внедрение рыночных отношений, ведущих к автоматизации, разнообразию выпуска продукции, перемещает электроприемники из группы в группу.

Статистическое определение ЯСр.см для действующих предприятий осложняется трудностью выбора наиболее загруженной смены (перенос начала работы разных категорий работников в пределах смены, четырехсменная работа и др.). Проявляется неопределенность при измерениях (наложение на административнотерриториальную структуру). Ограничения со стороны энергосистемы ведут к режимам, когда максимум нагрузки Ртгх встречается в одной смене, в то время как расход электроэнергии больше в другой смене. При определении Рр нужно отказаться от Рср.см исключив промежуточные расчеты.

Подробное рассмотрение недостатков метода вызвано необходимостью показать, что расчет электрических нагрузок, опирающийся на классические представления об электрической цепи и графиках нагрузки, теоретически не может обеспечить достаточную точность.

Статистические методы расчета электрических нагрузок устойчиво отстаиваются рядом специалистов. Методом учитывается, что даже для одной группы механизмов, работающих на данном участке производства, коэффициенты и показатели меняются в широких пределах. Например, коэффициент включения для неавтоматических однотипных металлорежущих станков меняется от 0,03 до 0,95, загрузки A3 - от 0,05 до 0,85.

Задача нахождения максимума функции Рр на некотором интервале времени осложняется тем, что от 2УР, ЗУР, 4УР питаются электроприемники и потребители с различным режимом работы. Статистический метод основывается на измерении нагрузок линий, питающих характерные группы электроприемников, без обращения к режиму работы отдельных электроприемников и числовым характеристикам индивидуальных графиков.

{xtypo_quote}Метод использует две интегральные характеристики: генеральную среднюю нагрузку PQp и генеральное среднее квадратичное отклонение, где дисперсия DP берется для того же интервала осреднения. {/xtypo_quote}

Максимум нагрузки определяется следующим образом:



Значение р принимается различным. В теории вероятности часто используется правило трех сигм: Ртах = Рср ± За, что при нормальном распределении соответствует предельной вероятности 0,9973. Вероятности превышения нагрузки на 0,5 % соответствует р = 2,5; для р = 1,65 обеспечивается 5%я вероятность ошибки.

Статистический метод является надежным методом изучения нагрузок действующего промышленного предприятия, обеспечивающим относительно верное значение заявляемого промышленным предприятием максимума нагрузки Pi(miiX) в часы прохождения максимума в энергосистеме. При этом приходится допускать гауссово распределение работы электроприемников (потребителей).

Метод вероятностного моделирования графиков нагрузки предполагает непосредственное изучение вероятностного характера последовательных случайных изменений суммарной нагрузки групп электроприемников во времени и основан на теории случайных процессов, с помощью которой получают автокорреляционную (формула (2.10)), взаимно корреляционную функции и другие параметры. Исследования графиков работы электроприемников большой единичной мощности, графиков работы цехов и предприятий обусловливают перспективность метода управления режимами электропотребления и выравнивания графиков.

Определение максимальных нагрузок методом коэффициента спроса

Этот метод является наиболее простым и сводится к подсчету максимальной активной нагрузки по формуле:

Метод коэффициента спроса может применяться для подсчета нагрузок по тем отдельным группам электроприемников, цехам и предприятиям в целом, для которых имеются данные о величине этого коэффициента (см. ).

При подсчете нагрузок по отдельным группам электроприемников этот метод рекомендуется применять для тех групп, электроприемники которых работают с постоянной загрузкой и с коэффициентом включения, равным (или близким) единице, как, например, электродвигатели насосов, вентиляторов и т. п.

По полученному для каждой группы электроприемников значению Р30 определяется реактивная нагрузка:

причем tanφ определяется по cosφ, характерному для данной группы электроприемников.

Затем производится раздельное суммирование активных и реактивных нагрузок и нахождение полной нагрузки:

Нагрузки ΣР30 и ΣQ30 представляют собой суммы максимумов по отдельным группам электроприемников, в то время как фактически следовало бы определять максимум суммы. Поэтому при определении нагрузок на участок сети с большим количеством разнородных групп электроприемников следует вводить коэффициент совмещения максимумов КΣ, т. е. принимать:

Величина КΣ лежит в пределах от 0,8 до 1, причем нижний предел принимается обычно при подсчетах нагрузок по всему предприятию в целом.

Для большой мощности, а также для электроприемников, редко или даже впервые встречающихся в проектной практике, коэффициенты спроса должны выявляться путем уточнения совместно с технологами фактических коэффициентов загрузки.

Определение максимальных нагрузок методом двухчленного выражения

Этот метод был предложен инж. Д. С. Лившицем первоначально для определения расчетных нагрузок для электродвигателей индивидуального привода металлообрабатывающих станков, а затем был распространен и на другие группы электроприемников.

По этому методу получасовой максимум активной нагрузки для группы электроприемников одинакового режима работы определяется из выражения:

где Руn - установленная мощность n наибольших по мощности электроприемников, b, с-коэффициенты, постоянные для той или иной группы электроприемников одинакового режима работы.

По физическому смыслу первый член расчетной формулы определяет среднюю мощность, а второй - дополнительную мощность, которая может иметь место в течение получаса в результате совпадения максимумов нагрузки отдельных электроприемников группы. Следовательно:

Отсюда следует, что при малых значениях Руп по сравнению с Ру, что имеет место при большом числе электроприемников более или менее одинаковой мощности, К30 ≈КИ, и вторым членом расчетной формулы можно в таких случаях пренебречь, приняв Р30 ≈ bРп ≈ Рср.см. Наоборот, при небольшом количестве электроприемников, особенно в том случае, если они резко различаются по мощности, влияние второго члена формулы становится весьма существенным.

Подсчеты по этому методу более громоздки, чем по методу коэффициента спроса. Поэтому применение метода двухчленного выражения оправдывает себя лишь для групп электроприемников, работающих с переменной загрузкой и с малыми коэффициентами включения, для которых коэффициенты спроса либо вообще отсутствуют, либо могут привести к ошибочным результатам. В частности, например, можно рекомендовать применение этого метода для электродвигателей металлообрабатывающих станков и для электропечей сопротивления небольших мощностей с периодической загрузкой изделий.

Методика определения по этому методу полной нагрузки S30 аналогична изложенной для метода коэффициента спроса.

Определение максимальных нагрузок методом эффективного числа электроприемников.

Под эффективным числом электроприемников понимается такое число приемников, равновеликих по мощности и однородных по режиму работы, которое обуславливает ту же величину расчетного максимума, что и группа приемников различных по мощности и режиму работы.

Эффективное число электроприемников определяется из выражения:

По величине n э и коэффициенту использования, соответствующему данной группе электроприемников, по справочным таблицам определяется коэффициент максимума КМ а затем и получасовой максимум активной нагрузки

Для подсчета нагрузки какой-либо одной группы электроприемников одинакового режима работы определение пэ имеет смысл только в том случае, если электроприемники, входящие в группу, значительно разняться по мощности.

При одинаковой мощности р электроприемников, входящих в группу

т. е. эффективное число электродвигателей равно фактическому. Поэтому при одинаковых или мало отличающихся мощностях электроприемников группы определение КМ рекомендуется производить по фактическому числу электроприемников.

При подсчете нагрузки для нескольких групп электроприемников приходится определять среднее значение коэффициента использования по формуле:

Метод эффективного числа электроприемников применим для любых групп электроприемников, в том числе и для электроприемников повторно-кратковременного режима работы. В последнем случае установленная мощность Ру приводится к ПВ= 100%, т. е. к длительному режиму работы.

Метод эффективного числа электроприемников лучше других методов тем, что в определении нагрузки участвует коэффициент максимума, являющийся функцией числа электроприемников. Иначе говоря, этим методом подсчитывается максимум суммы нагрузок отдельных групп, а не сумма максимумов, как это имеет место, например, при методе коэффициента спроса.

Чтобы подсчитать реактивную составляющую нагрузки Q30 по найденному значению Р30, необходимо определить tanφ. Для этой цели приходится подсчитывать среднесменные нагрузки по каждой группе электроприемников и определять tanφ из соотношения:

Возвращаясь к определению пэ, следует отметить, что при большом числе групп и различной мощности отдельных электроприемников в группах нахождение ΣРу2 оказывается практически неприемлемым. Поэтому применяют упрощенный метод определения пэ в зависимости от относительного значения аффективного числа электроприемников п"э = nэ/n.

Это число находят по справочным таблицам в зависимости от соотношений:

где n1 - число электроприемников, каждый из которых обладает мощностью, не меньшей половины мощности наиболее мощного электроприемника, ΣРупг1 - сумма установленных мощностей этих электроприемников, n - число всех электроприемников, ΣPу-сумма установленных мощностей всех электроприемников.

Определение максимальных нагрузок по удельным нормам расхода электроэнергии на единицу выпускаемой продукции

Располагая сведениями о плановой производительности предприятия, цеха или технологической группы приемников и об , можно подсчитать максимальную получасовую активную нагрузку по выражению,

где Wyд-удельный расход электроэнергии на тонну продукции, М- годовой выпуск продукции, Тм.а- годовое число часов использования максимума активной нагрузки.

При этом полную нагрузку определяют, исходя из средневзвешенного годового коэффициента мощности:

Этот метод подсчета может служить для ориентировочного определения нагрузок по предприятиям в целом или отдельным цехам, выпускающим законченную продукцию. Для подсчета нагрузок по отдельным участкам электрических сетей применение этого метода, как правило, оказывается невозможным.

Частные случаи определения максимальных нагрузок при числе электроприемников до пяти

Подсчет нагрузок групп с малым количеством электроприемников можно производить следующими упрощенными способами.

1. При наличии в группе двух или трех электроприемников можно за расчетную максимальную нагрузку принимать сумму номинальных мощностей электроприемников:

и, соответственно

Для электроприемников, однородных по типу, мощности и режиму работы, допустимо арифметическое сложение полных мощностей. Тогда,

2. При наличии в группе четырех - пяти однородных по типу, мощности и режиму работы электроприемников подсчет максимальной нагрузки можно производить, исходя из среднего коэффициента загрузки, и допускать в этом случае арифметическое сложение полных мощностей:

3. При том же числе разнотипных электроприемников за расчетную максимальную нагрузку следует принимать сумму произведений номинальных мощностей электроприемников и коэффициентов загрузки, характерных для этих электроприемников:

и, соответственно:

Определение максимальных нагрузок при наличии в группе, наряду с трехфазными, также однофазных электроприемников

Если суммарная установленная мощность стационарных и передвижных однофазных электроприемников не превышает 15% суммарной мощности трехфазных электроприемников, то всю нагрузку можно считать трехфазной, независимо от степени равномерности распределения однофазных нагрузок по фазам.

В противном случае, т. е. если суммарная установленная мощность однофазных электроприемников превышает 15% суммарной мощности трехфазных электроприемников, распределение однофазных нагрузок по фазам следует производить с таким расчетом, чтобы достигалась наибольшая степень равномерности.

Когда это удается, подсчет нагрузок можно производить обычным способом, если же нет, то подсчет следует вести для одной наиболее загруженной фазы. При этом возможны два случая:

1. все однофазные электроприемники включены на фазное напряжение,

2. в числе однофазных электроприемников имеются и такие, которые включены на линейное напряжение.

В первом случае за установленные мощности следует принимать у групп трехфазных электроприемников (если они имеются) одну треть их фактической мощности, у групп однофазных электроприемников - мощность, подключенную к наиболее загруженной фазе.

По полученным таким путем фазным мощностям подсчитывают любым из способов максимальную нагрузку наиболее загруженной фазы, а затем, умножая эту нагрузку на 3, определяют нагрузку трехфазной линии.

Во втором случае наиболее загруженную фазу можно определить только путем подсчета средних мощностей, для чего однофазные нагрузки, включенные на линейное напряжение, необходимо привести к соответствующим фазам.

Приведенную к фазе а активную мощность однофазных приемников, включенных, например, между фазами ab и ас, определяют по выражению:

Соответственно, реактивная мощность таких приемников

здесь Рab, Рас - мощности, присоединенные на линейное напряжение соответственно между фазами ab и ас, p(ab)a, p(ac)a, q(ab)a, q(ac)a, - коэффициенты приведения нагрузок, включенных на линейное напряжение, к фазе а.

Путем круговой перестановки индексов могут быть получены выражения для приведения мощности к любой фазе.

Для чего необходимо проводить расчет нагрузки на кабель?

Один из основных параметров, определяющих стоимость кабеля – его сечение. Чем оно больше, тем выше его цена. Но если купить недорогой провод, сечение которого не соответствует нагрузкам в контуре, повышается плотность тока. Из-за этого увеличивается сопротивление и выделение тепловой энергии при прохождении электричества. Потери же электроэнергии возрастают, а эффективность системы снижается. На протяжении всего срока эксплуатации потребитель оплачивает значительные потери электроэнергии.

Но это не единственный минус установки кабеля с неправильно выбранным сечением. Из-за повышенного выделения тепла чрезмерно нагревается изоляция проводов – это сокращает срок использования проводов и нередко становится причиной короткого замыкания.

Расчет нагрузки на кабель позволяет:

  • Уменьшить счета за электроэнергию;
  • Увеличить срок службы проводки;
  • Снизить риск возникновения короткого замыкания.

Какие потери возникают при прохождении электрического тока?

При выполнении расчета нагрузки на кабель нужно учитывать:

1. Потери электрического тока при прохождении по проводам

Перемещение электричества от генератора тока к приемникам (бытовой технике, электрооборудованию, осветительным приборам) сопровождается высвобождением тепловой энергии. Этот физический процесс не приносит пользы. Выделяющееся тепло нагревает изоляционные оболочки, что приводит к сокращению срока их службы. Они становятся более хрупкими и быстро разрушаются. Нарушение целостности изоляции может стать причиной короткого замыкания при соприкосновении проводов друг с другом, а при контакте с человеком – опасной травмы.

Превращение электрической энергии в тепловую происходит из-за сопротивления, которое увеличивается по мере роста плотности проходящего тока. Эта величина рассчитывается по формуле:

Ј = I/S а/мм2

  • I – сила тока;

При монтаже внутренней электропроводки плотность тока должна быть не выше 6 А/мм2. Для других работ расчет сечения кабеля по току производится на основании таблиц, содержащихся в Правилах устройства и технической эксплуатации электроустановок (ПУЭ и ПТЭЭП).

Если рассчитанное значение плотности больше рекомендованного необходимо купить кабель с большим сечением провода. Несмотря на увеличение стоимости проводки, такое решение оправдано с экономической точки зрения. Выбор кабеля для проводки с оптимальным размером сечения в несколько раз увеличит ее срок безопасной эксплуатации и сократит потери электричества при прохождении по проводам.

2. Потери, возникающие из-за электрического сопротивления материалов

Сопротивление материалов, возникающее в процессе передачи электрического тока, приводит не только к выделению тепловой энергии и нагреву проводов. Также происходят потеря напряжения, что негативно сказывается на работе электрооборудования, бытовой техники и осветительных приборов.

При монтаже электропроводки необходимо рассчитать и величину сопротивления линии (Rл). Она рассчитывается по формуле:

Падение напряжения определяется как ΔUл = IRл, и его величина должна составлять не более 5% от исходного, а для осветительных нагрузок – не более 3%. Если же она больше, необходимо выбрать кабель с большим сечением или изготовленный из другого материала, с меньшим удельным сопротивлением. В большинстве случаев и с технической, и с экономической точки зрения целесообразно увеличить площадь сечения кабеля.

Выбор материала кабеля

Наш каталог кабельной продукции в Бресте включает большой выбор кабелей, изготовленных из различных материалов:

  • Медные

Медь имеет очень низкое удельное сопротивление (ниже только у золота), поэтому проводимость медных проводов значительно выше, чем у алюминиевых. Она не окисляется, что существенно увеличивает срок эффективной эксплуатации. Металл очень гибкий , кабель можно многократно складывать и сворачивать. Благодаря высокой пластичности возможно изготовление более тонких жил (изготавливаются медные жилы й от 0,3 мм2, минимальный размер алюминиевой жилы – 2,5 мм2).

Более низкое удельное сопротивление позволяет уменьшить выделение тепловой энергии при прохождении тока, поэтому при прокладке внутренней проводки в жилых помещениях разрешается использовать только медные провода.

  • Алюминиевые

Удельное сопротивление алюминия выше, чем у золота, меди и серебра, но ниже, чем у других металлов и сплавов.

Главное преимущество алюминиевого кабеля перед медным – его цена в несколько раз ниже. Также он значительно легче, что облегчает монтаж электросетей. При монтаже электросетей большой протяженностью эти характеристики имеют решающее значение.

Алюминий не подвержен коррозии, но при контакте с воздухом на его поверхности образовывается пленка. Она защищает металл от воздействия атмосферной влаги, но практически не проводит ток. Эта особенность осложняет соединение кабелей.

Основные виды расчета сечения

Расчет нагрузок на провод должен быть выполнен по всем значимым характеристикам:

По мощности

Определяется суммарная мощность всех приборов, потребляющих электроэнергию в доме, квартире, в производственном цеху. Потребляемая мощность бытовой техники и электрооборудования указывается производителем.

Также необходимо учесть электроэнергию, потребляемую осветительными приборами. Все электроприборы в домашних условиях редко работают одновременно, но расчет сечения кабеля по мощности выполняется с запасом, что позволяет сделать электропроводку более надежной и безопасной. Для промышленных объектов выполняется более сложный расчет с использованием коэффициентов спроса и одновременности.

По напряжению

Расчет сечения кабеля по напряжению производится исходя из вида электрической сети. Она может быть однофазной (в квартирах многоэтажных домов и большинстве индивидуальных коттеджей) и трехфазной (на предприятиях). Напряжение в однофазной сети составляет 220 В, в трехфазной – 380 В.

Если суммарная мощность электроприборов в квартире равна 15 кВт, то для однофазной проводки этот показатель и будет равен 15кВт, а для трехфазной он будет в 3 раза меньше – 5 кВт. Но при монтаже трехфазной проводки используется кабель с меньшим сечением, но содержащий не 3, а 5 жил.

По нагрузке

Расчет сечения кабеля по нагрузке также требует подсчета суммарной мощности электрооборудования . Желательно увеличить эту величину на 20-30%. Проводка выполняется на длительный срок, а количество бытовой техники в квартире или оборудования в цеху может увеличиться.

Затем следует определить, какое оборудование может быть включено одновременно. Этот показатель может существенно отличаться в разных домах. У одних большое количество бытовой техники или электрооборудования, которым пользуются несколько раз в месяц или в год. У других в доме – только необходимые, но часто используемые электроприборы.

В зависимости от величины коэффициента одновременности мощность может как незначительно, так и в несколько раз отличаться от нагрузки.

Установленная мощность (кВт) для кабелей, прокладываемых открыто
Сечение жил, мм2 Кабели с медными жилами Кабели с алюминиевыми жилами
Напряжение 220 В Напряжение 380 В Напряжение 220 В Напряжение 380 В
0,5 2,4 - - -
0,75 3,3 - - -
1 3,7 6,4 - -
1,5 5 8,7 - -
2 5,7 9,8 4,6 7,9
2,5 6,6 11 5,2 9,1
4 9 15 7 12
5 11 19 8,5 14
10 17 30 13 22
16 22 38 16 28
25 30 53 23 39
35 37 64 28 49
Установленная мощность (кВт) для кабелей, прокладываемых в штробе или трубе
Сечение жил, мм2 Кабели с медными жилами Кабели с алюминиевыми жилами
Напряжение 220 В Напряжение 380 В Напряжение 220 В Напряжение 380 В
1 3 5,3 - -
1,5 3,3 5,7 - -
2 4,1 7,2 3 5,3
2,5 4,6 7,9 3,5 6
4 5,9 10 4,6 7,9
5 7,4 12 5,7 9,8
10 11 19 8,3 14
16 17 30 12 20
25 22 38 14 24
35 29 51 16 -

По току

Для расчета номинального тока используется величина суммарной мощности нагрузки. Зная ее, максимально разрешенную нагрузку по току рассчитывают по формуле:

  • I – номинальн. ток;
  • P – суммарн. мощность;
  • U – напряжение;
  • cosφ – коэфф-т мощности.

На основании полученной величины находим оптимальный размер сечение кабеля в таблицах.

Допустимые токовые нагрузки для кабеля с медными жилами прокладываемого скрыто
Сечение жил, мм Медные жилы, провода и кабели
Напряжение 220 В Напряжение 380 В
1,5 19 16
2,5 27 25
4 38 30
6 46 40
10 70 50
16 85 75
25 115 90
35 135 115
50 175 145
70 215 180
95 260 220
120 300 260

Важные нюансы для правильного расчета нагрузки на кабель

При проектировании любых электрических цепей выполняется расчет мощности. На его основе производится выбор основных элементов и вычисляется допустимая нагрузка. Если расчет для цепи постоянного тока не представляет сложности (в соответствии с законом Ома, необходимо умножить силу тока на напряжение — Р=U*I), то с вычислением мощности переменного тока — не все так просто. Для объяснения потребуется обратиться к основам электротехники, не вдаваясь в подробности, приведем краткое изложение основных тезисов.

Полная мощность и ее составляющие

В цепях переменного тока расчет мощности ведется с учетом законов синусоидальных изменений напряжения и тока. В связи с этим введено понятие полной мощности (S), которая включает в себя две составляющие: реактивную (Q) и активную (P). Графическое описание этих величин можно сделать через треугольник мощностей (см. рис.1).

Под активной составляющей (Р) подразумевается мощность полезной нагрузки (безвозвратное преобразование электроэнергии в тепло, свет и т.д.). Измеряется данная величина в ваттах (Вт), на бытовом уровне принято вести расчет в киловаттах (кВт), в производственной сфере – мегаваттах (мВт).

Реактивная составляющая (Q) описывает емкостную и индуктивную электронагрузку в цепи переменного тока, единица измерения этой величины Вар.

Рис. 1. Треугольник мощностей (А) и напряжений (В)

В соответствии с графическим представлением, соотношения в треугольнике мощностей можно описать с применением элементарных тригонометрических тождеств, что дает возможность использовать следующие формулы :

  • S = √P 2 +Q 2 , — для полной мощности;
  • и Q = U*I*cos⁡ φ , и P = U*I*sin φ — для реактивной и активной составляющих.

Эти расчеты применимы для однофазной сети (например, бытовой 220 В), для вычисления мощности трехфазной сети (380 В) в формулы необходимо добавить множитель – √3 (при симметричной нагрузке) или суммировать мощности всех фаз (если нагрузка несимметрична).

Для лучшего понимания процесса воздействия составляющих полной мощности давайте рассмотрим «чистое» проявление нагрузки в активном, индуктивном и емкостном виде.

Активная нагрузка

Возьмем гипотетическую схему, в которой используется «чистое» активное сопротивление и соответствующий источник переменного напряжения. Графическое описание работы такой цепи продемонстрировано на рисунке 2, где отображаются основные параметры для определенного временного диапазона (t).


 Рисунок 2. Мощность идеальной активной нагрузки

Мы можем увидеть, что напряжение и ток синхронизированы как по фазе, так и частоте, мощность же имеет удвоенную частоту. Обратите внимание, что направление этой величины положительное, и она постоянно возрастает.

Емкостная нагрузка

Как видно на рисунке 3, график характеристик емкостной нагрузки несколько отличается от активной.


 Рисунок 3. График идеальной емкостной нагрузки

Частота колебаний емкостной мощности вдвое превосходит частоту синусоиды изменения напряжения. Что касается суммарного значения этого параметра, в течение одного периода гармоники оно равно нулю. При этом увеличения энергии (∆W) также не наблюдается. Такой результат указывает, что ее перемещение происходит в обоих направлениях цепи. То есть, когда увеличивается напряжение, происходит накопление заряда в емкости. При наступлении отрицательного полупериода накопленный заряд разряжается в контур цепи.

В процессе накопления энергии в емкости нагрузки и последующего разряда не производится полезной работы.

Индуктивная нагрузка

Представленный ниже график демонстрирует характер «чистой» индуктивной нагрузки. Как видим, изменилось только направление мощности, что касается наращения, оно равно нулю.


Негативное воздействие реактивной нагрузки

В приведенных выше примерах рассматривались варианты, где присутствует «чистая» реактивная нагрузка. Фактор воздействия активного сопротивления в расчет не принимался. В таких условиях реактивное воздействие равно нулю, а значит, можно не принимать его во внимание. Как вы понимаете, в реальных условиях такое невозможно. Даже, если гипотетически такая нагрузка бы существовала, нельзя исключать сопротивление медных или алюминиевых жил кабеля, необходимого для ее подключения к источнику питания.

Реактивная составляющая может проявляться в виде нагрева активных компонентов цепи, например, двигателя, трансформатора, соединительных проводов, питающего кабеля и т.д. На это тратится определенное количество энергии, что приводит к снижению основных характеристик.

Реактивная мощность воздействует на цепь следующим образом:

  • не производит ни какой полезной работы;
  • вызывает серьезные потери и нештатные нагрузки на электроприборы;
  • может спровоцировать возникновение серьезной аварии.

Именно по этому, производя соответствующие вычисления для электроцепи, нельзя исключать фактор влияния индуктивной и емкостной нагрузки и, если необходимо, предусматривать использование технических систем для ее компенсации.

Расчет потребляемой мощности

В быту часто приходится сталкиваться с вычислением потребляемой мощности, например, для проверки допустимой нагрузки на проводку перед подключением ресурсоемкого электропотребителя (кондиционера, бойлера, электрической плиты и т.д.). Также в таком расчете есть необходимость при выборе защитных автоматов для распределительного щита, через который выполняется подключение квартиры к электроснабжению.

В таких случаях расчет мощности по току и напряжению делать не обязательно, достаточно просуммировать потребляемую энергию всех приборов, которые могут быть включены одновременно. Не связываясь с расчетами, узнать эту величину для каждого устройства можно тремя способами:



При расчетах следует учитывать, что пусковая мощность некоторых электроприборов может существенно отличаться от номинальной. Для бытовых устройств этот параметр практически никогда не указывается в технической документации, поэтому необходимо обратиться к соответствующей таблице, где содержатся средние значения параметров стартовой мощности для различных приборов (желательно выбирать максимальную величину).

Рекомендуем почитать