Как да изчислим електрическите товари. Как да изчислим правилно напречното сечение на кабела според натоварването
Въпросът за избора на кабелна секция за окабеляване в къща или апартамент е много сериозен. Ако този индикатор не съответства на натоварването във веригата, тогава изолацията на проводника просто ще започне да се прегрява, след което ще се стопи и ще изгори. Крайният резултат е късо съединение. Работата е там, че товарът създава определена плътност на тока. И ако напречното сечение на кабела е малко, тогава плътността на тока в него ще бъде голяма. Ето защо, преди закупуване, е необходимо да се изчисли напречното сечение на кабела според натоварването.
Разбира се, не трябва произволно да избирате проводник с по-голямо напречно сечение. Това първо ще удари бюджета ви. С по-малко напречно сечение кабелът може да не издържи натоварването и бързо ще се провали. Ето защо е най-добре да започнете с въпроса как да изчислите натоварването на кабела? И едва след това, според този индикатор, изберете самия електрически проводник.
Изчисляване на мощността
Най-лесният начин е да се изчисли общата мощност, която ще консумира къща или апартамент. Това изчисление ще се използва за избор на сечението на проводника от стълба на електропровода до уводна машинадо вилата или от алеята до апартамента до първата разклонителна кутия. По същия начин се изчисляват проводниците за контури или стаи. Ясно е, че входният кабел ще бъде с най-голяма секция. И колкото по-далеч от първия разклонителна кутия, цифрата ще намалее.
Но обратно към изчисленията. Така че, на първо място, е необходимо да се определи общата мощност на потребителите. За всеки от тях (домакински уреди и осветителни лампи) този индикатор е посочен на кутията. Ако не го намерите, погледнете в паспорта или в инструкциите.
След това трябва да се добавят всички правомощия. Това е общата мощност на къщата или апартамента. Точно същото изчисление трябва да се направи по контурите. Но тук има една спорна точка. Някои експерти препоръчват умножаване на общата сума с коефициент на намаляване от 0,8, като се придържат към правилото, че не всички устройства ще бъдат свързани към веригата едновременно. Други, напротив, предлагат умножаване с коефициент на умножение 1,2, като по този начин създават определен марж за бъдещето, поради факта, че има голяма вероятност в къща или апартамент да се появят допълнителни домакински уреди. Според нас вторият вариант е най-добрият.
Избор на кабел
Сега, знаейки индикатора за обща мощност, можете да изберете секцията за окабеляване. PUE има таблици, които улесняват този избор. Ето няколко примера за електрическа линия, захранвана с 220 волта.
- Ако общата мощност е 4 kW, тогава напречното сечение на проводника ще бъде 1,5 mm².
- Мощност 6 kW, сечение 2,5 mm².
- Мощност 10 kW - сечение 6 mm².
Същата таблица съществува за електрическа мрежанапрежение 380 волта.
Изчисляване на текущото натоварване
Това е най-точната стойност на изчислението, извършено върху текущия товар. За целта се използва формулата:
I=P/U cos φ, където
- I е силата на тока;
- P е общата мощност;
- U - напрежение в мрежата (в този случай 220 V);
- cos φ е факторът на мощността.
Има формула за трифазна електрическа мрежа:
I=P/(U cos φ)*√3.
Чрез индикатора за сила на тока напречното сечение на кабела се определя съгласно същите таблици в PUE. Отново, ето няколко примера.
- Сила на тока 19 A - сечение на кабела 1,5 mm².
- 27 A - 2,5 mm².
- 46 A - 6 mm².
Както в случая на определяне на напречното сечение по мощност, тук също е най-добре да умножите индикатора за сила на тока с коефициент на умножение 1,5.
Коефициенти
Има определени условия, при които токът в окабеляването може да се увеличи или намали. Например, при отворено електрическо окабеляване, когато проводниците са положени по стените или тавана, силата на тока ще се увеличи, отколкото в затворена верига. Тя е пряко свързана с температурата. околен свят. Колкото по-голям е, толкова по-голям ток може да премине този кабел.
внимание! Всички горни таблици на PUE се изчисляват при условие, че проводниците работят при температура от + 25 ° C, като температурата на самите кабели не надвишава + 65 ° C.
Тоест, оказва се, че ако няколко проводника са положени в една тава, гофриране или тръба наведнъж, тогава температурата вътре в окабеляването ще се повиши поради нагряването на самите кабели. Това води до факта, че допустимото текущо натоварване се намалява с 10-30 процента. Същото важи и за отворено окабеляванев отопляеми помещения. Следователно можем да заключим: при изчисляване на напречното сечение на кабела, в зависимост от текущото натоварване при повишени работни температури, можете да изберете проводници с по-малка площ. Това, разбира се, е добра икономия. Между другото, в PUE има и таблици с коефициенти на намаляване.
Има още един момент, който се отнася до дължината на използвания електрически кабел. Колкото по-дълго е окабеляването, толкова по-голяма е загубата на напрежение в секциите. Във всички изчисления се използват загуби, равни на 5%. Тоест това е максимумът. Ако има повече загуби дадена стойност, ще трябва да увеличите напречното сечение на кабела. Между другото, не е трудно да се изчислят независимо текущите загуби, ако знаете съпротивлението на окабеляването и текущото натоварване. Въпреки че най-добрият вариант е да се използва таблицата PUE, в която се установява зависимостта на момента на натоварване и загубите. В този случай моментът на натоварване е произведението на консумираната мощност в киловати и дължината на самия кабел в метри.
Нека да разгледаме пример, в който инсталиран кабел с дължина 30 mm в мрежа променлив токнапрежение от 220 волта издържа натоварване от 3 kW. В този случай моментът на натоварване ще бъде равен на 3 * 30 \u003d 90. Разглеждаме таблицата PUE, която показва, че този момент съответства на загуба от 3%. Тоест, това е по-малко от номиналната стойност от 5%. Какво е позволено. Както бе споменато по-горе, ако изчислените загуби надхвърлят петпроцентната бариера, тогава ще трябва да се закупи и инсталира по-голям кабел.
внимание! Тези загуби силно влияят на осветлението с лампи с ниско напрежение. Защото при 220 волта 1-2 V не се отразяват силно, но при 12 V веднага се вижда.
Понастоящем алуминиеви проводницирядко се използват в окабеляването. Но трябва да знаете, че тяхната устойчивост е 1,7 пъти по-голяма от тази на медните. И следователно загубите им са толкова пъти по-големи.
Що се отнася до трифазните мрежи, тук товарният момент е шест пъти по-голям. Това зависи от факта, че самият товар се разпределя на три фази и това е съответно тронно увеличение на въртящия момент. Плюс двойно увеличение поради симетричното разпределение на консумацията на енергия по фази. В този случай токът в нулевата верига трябва да бъде равен на нула. Ако разпределението на фазите е асиметрично и това води до увеличаване на загубите, тогава ще трябва да изчислите напречното сечение на кабела за товарите във всеки проводник поотделно и да го изберете според максималния изчислен размер.
Заключение по темата
Както можете да видите, за да изчислите напречното сечение на кабела според натоварването, трябва да вземете предвид различни коефициенти (намаляване и увеличаване). Сами, ако сте електротехник на ниво аматьор или начинаещ майстор, това не е лесно да се направи. Ето защо, съвет - поканете висококвалифициран специалист, оставете го да направи всички изчисления сам и да състави компетентна електрическа схема. Но инсталацията може да се извърши със собствените ви ръце.
Теория изчисляване на електрически товари, чиито основи са формирани през 30-те години на миналия век, имаше за цел да определи набор от формули, които дават недвусмислено решение за дадени електрически приемници и графики (индикатори) на електрически товари. Като цяло практиката показа ограниченията на подхода „отдолу-нагоре“, базиран на изходните данни за отделните потребители на електроенергия и техните групи. Тази теория остава важна при изчисляване на режимите на работа на малък брой приемници на енергия с известни данни, при добавяне на ограничен брой графики, при изчисляване за 2UR.
През 1980-1990 г. теорията за изчисляване на електрическите товари все повече се придържа към неформализираните методи, по-специално интегрирания метод за изчисляване на електрическите товари, чиито елементи са включени в "Указания за изчисляване на електрическите товари на захранващите системи" (RTM 36.18.32.0289 ). Вероятно работата с информационни бази данни за електрически и технологични показатели, клъстерен анализ и теория за разпознаване на образи, изграждане на вероятностни и ценологични разпределения за експертна и професионална оценка може най-накрая да реши проблема с изчисляването на електрическите товари на всички нива на захранващата система и на всички етапи от вземането на техническо или инвестиционно решение.
Формализиране на изчисляването на електрическите товарисе развива през годините в няколко посоки и води до следните методи:
- емпирични (метод на коефициента на потребление, двучленни емпирични изрази, специфична консумация на енергия и специфични плътности на натоварване, технологичен график);
- подредени диаграми, трансформирани в изчисление по изчислен фактор на активна мощност;
- всъщност статистически;
- вероятностно моделиране на кривите на натоварване.
Метод на фактора на търсенето
Методът на фактора на търсенето е най-простият, най-разпространеният и изчисляването на товарите започва с него. Състои се в използването на израза (2.20): според известната (дадена) стойност Ru и табличните стойности, дадени в референтната литература (вижте примерите в таблица 2.1):
Стойността на Kc се приема еднаква за приемници на мощност от една и съща група (работещи в същия режим), независимо от броя и мощността на отделните приемници. Физическият смисъл е частта от сумата на номиналните мощности на електрическите приемници, която статистически отразява максималния практически очакван и възникващ режим на едновременна работа и натоварване на някаква неопределена комбинация (изпълнение) на монтирани приемници.
Дадените справочни данни за Kc и Kp отговарят на максималната стойност, а не на математическото очакване. Сумирането на максималните стойности, а не средните, неизбежно надценява натоварването. Ако разгледаме която и да е група от ES на съвременната електрическа икономика (а не 1930-1960), тогава конвенционалността на понятието "хомогенна група" става очевидна. Разликите в стойността на коефициента - 1:10 (до 1:100 и повече) - са неизбежни и се обясняват с ценологичните свойства на електрическото стопанство.
В табл. 2.2 показва стойностите на LGS, характеризиращи помпите като група. При по-нататъшно проучване на KQ4, например само за помпи за сурова вода, може също да има разлика от 1:10.
По-правилно е да се научите да оценявате Kc като цяло за потребителя (секция, отдел, цех). Полезно е да се извърши анализ на изчислените и действителните стойности за всички технологични обекти от едно и също ниво на захранващата система, подобно на табл. 1.2 и 1.3. Това ще създаде лична информационна банка и ще гарантира точността на изчисленията. Методът на специфичната консумация на енергия е приложим за участъци (инсталации) 2UR (второ, трето ... Ниво на енергийната система), отдели на ZUR и цехове 4UR, където технологичните продукти са хомогенни и количествено се променят малко (увеличаването на производителността намалява, като правило, специфична консумация на електроенергия Aui).
Метод "максимална мощност"
В реални условия продължителната работа на потребителя не означава постоянство на товара в точката на неговото свързване за повече от високо нивозахранващи системи. Като статистическа стойност Lud, определена за някакъв предварително идентифициран обект чрез консумация на енергия A и обем L /, има известно осредняване за известен, често месечен или годишен интервал. Следователно прилагането на формула (2.30) дава не максималното, а средното натоварване. За избор на трансформатори ZUR може да се приеме Рv = Рmax. В общия случай, особено за 4UR (цех), е необходимо да се вземе предвид Kmax като T, за да се приеме действителният годишен (дневен) брой часове производствена работа с максимално използване на активна мощност.
Метод на специфичните плътности на натоварване
Методът на специфичните плътности на натоварване е близък до предишния. дадени плътност на мощността(плътност на натоварване) y и се определя от площта на строителната конструкция или секция, отдел, цех (например за машиностроителни и металообработващи цехове y = 0,12 ... 0,25 kW / m2; за магазини с кислороден конвертор y = 0,16 ... 0,32 kW/m2). За някои зони е възможно натоварване над 0,4 kW / m2, по-специално за тези, където има единични приемници на енергия с единична мощност от 1,0 ... 30,0 MW.
Метод на диаграмата на процеса
Методът на технологичния график се основава на графика на агрегата, линията или групата машини. Например, графикът на работа на дъгова пещ за топене на стомана е определен: времето за топене (27 ... 50 минути), времето за окисление (20 ... 80 минути), броят на топенето, технологичната връзка с операцията на други стоманени агрегати са посочени. Графиката ви позволява да определите общото потребление на електроенергия за топене, средно за цикъл (като се вземе предвид времето до следващото топене) и максималното натоварване за изчисляване на захранващата мрежа.
Метод на подредена диаграма
Методът на подредените диаграми, който беше приложен в директивата през 60-те - 70-те години на ХХ век. за всички нива на електроснабдителната система и на всички етапи на проектиране, през 1980-1990 г. се трансформира в изчисляване на товарите според изчисления фактор на активната мощност. Ако има данни за броя на електроприемниците, тяхната мощност, режимите на работа, препоръчително е да ги използвате за изчисляване на елементите на захранващата система 2UR, ZUR (тел, кабел, шина, оборудване за ниско напрежение), захранващи захранващ товар с напрежение до 1 kV (опростено за ефективния брой приемници на целия цех, т.е. за мрежа с напрежение 6 - 10 kV 4UR). Разликата между метода на подредените диаграми и изчисляването по номиналния коефициент на активна мощност се състои в замяната на максималния коефициент, винаги разбиран недвусмислено като съотношението Pmax / Rav (2.16), с номиналния коефициент на активна мощност Ap. Редът на изчисление за възловия елемент е следният:
Съставя се списък (брой) на електроприемниците, като се посочва тяхната номинална PHOMi (инсталирана) мощност;
Определя се работната смяна с най-висок разход на електроенергия и се съгласува характерния ден (с технолози и енергийната система);
Описани са особеностите на технологичния процес, които влияят на потреблението на енергия, разграничени са приемници на енергия с висока неравномерност на натоварването (те се разглеждат по различен начин - според максималния ефективен товар);
Следните електрически приемници са изключени от изчислението (списък): а) ниска мощност; б) резерв според условията за изчисляване на електрически товари; в) включва се спорадично;
Определят се групи m от електрически приемници с един и същи тип (режим) на работа;
От тези групи се разграничават подгрупи, които имат еднаква стойност на индивидуалния коефициент на използване a:u/;
Разпределят се електрически приемници с еднакъв режим на работа и се определя тяхната средна мощност;
Изчислява се средният реактивен товар;
Има групов коефициент на използване Kn на активна мощност;
Ефективният брой приемници на енергия в група от n приемника на енергия се изчислява:
където ефективният (намален) брой приемници на мощност е броят приемници на мощност с еднаква мощност, които са хомогенни по отношение на работа, което дава една и съща стойност на изчисления максимум P като група приемници на мощност, които са различни по мощност и начин на действие.
С броя на приемниците на енергия в група от четири или повече е позволено да се вземе pe равно на n (действителният брой приемници на енергия), при условие че съотношението на номиналната мощност на най-големия приемник на мощност Pmutm към номиналната мощност на по-малкия приемник на мощност Dom mm е по-малко от три. При определяне на стойността на p е разрешено да се изключат приемници с малка мощност, чиято обща мощност не надвишава 5% от номиналната мощност на цялата група;
Според референтните данни и времеконстантата на нагряване T0 се взема стойността на изчисления коефициент Kp;
Изчисленото максимално натоварване се определя:
Електрически натоварванияотделните възли на електрозахранващата система в мрежи с напрежение над 1 kV (разположени на 4UR, 5UR) се препоръчват да се определят по подобен начин с включването на загубите в.
Резултатите от изчислението са обобщени в таблица. Това завършва изчисляването на товарите според изчисления фактор на активната мощност.
Изчисленото максимално натоварване на група електрически приемници Рmax може да се намери по опростен начин:
където Рnom - групова номинална мощност (сумата от номиналните мощности, с изключение на резервните според изчисляването на електрическите товари); Рср.cm ~ средна активна мощност за най-натоварената смяна.
Изчислението по формула (2.32) е тромаво, трудно за разбиране и прилагане и най-важното е, че често дава двойна (или повече) грешка. Методът преодолява негаусовата случайност, несигурността и непълнотата на първоначалната информация със следните допускания: приемниците на мощност със същото име имат еднакви коефициенти, резервните двигатели се изключват според условията на електрически товари, коефициентът на използване се счита за независим от броя на приемниците на енергия в групата, разграничават се приемници на мощност с почти постоянен график на натоварване, най-малките са изключени от изчислителните приемници на мощност. Методът не е диференциран за различните нива на електроснабдителната система и за различните етапи на изпълнение (координиране) на проекта. Изчисленият коефициент на максималната активна мощност Kmax се приема да клони към единица с увеличаване на броя на приемниците на мощност (всъщност това не е така - статистиката не потвърждава това. За отдел, в който има 300 ... ,2… 1,4). Внедряване пазарни отношения, което води до автоматизация, продуктово разнообразие, преместване на електрически приемници от група в група.
Статистическата дефиниция на Rav.cm за работещи предприятия се усложнява от трудността при избора на най-натоварената смяна (прехвърляне на началото на работа за различни категории работници в рамките на една смяна, работа на четири смени и др.). Появява се неопределеност в измерванията (наслагване върху административно-териториалното устройство). Ограниченията от страна на електроенергийната система водят до режими, при които максимален товар Ptx се получава в една смяна, докато консумацията на електроенергия е по-голяма в друга смяна. При определяне на Рр е необходимо да се изостави Рср.см, като се изключат междинните изчисления.
Подробно разглеждане на недостатъците на метода е причинено от необходимостта да се покаже, че изчисляването на електрическите товари, базирано на класическите идеи за електрическата верига и кривите на натоварване, теоретично не може да осигури достатъчна точност.
Статистическите методи за изчисляване на електрическите товари се защитават последователно от редица специалисти. Методът отчита, че дори за една група механизми, работещи в даден производствен район, коефициентите и показателите варират в широки граници. Например коефициентът на включване за неавтоматични металорежещи машини от същия тип варира от 0,03 до 0,95, натоварването на A3 - от 0,05 до 0,85.
Задачата за намиране на максимума на функцията Рр на определен интервал от време се усложнява от факта, че от 2УР, ЗУР, 4УР се захранват токоприемници и консуматори с различни режими на работа. Статистическият метод се основава на измерване на натоварванията на линиите, захранващи характерни групи от токоприемници, без да се отчита режимът на работа на отделните токоприемници и числените характеристики на отделните графики.
(xtypo_quote) Методът използва две интегрални характеристики: общото средно натоварване PQp и общото стандартно отклонение, където дисперсията DP се взема за същия интервал на осредняване. (/xtypo_quote)
Максималното натоварване се определя, както следва:
Стойността на p се приема за различна. В теорията на вероятностите често се използва правилото на трите сигми: Pmax = Pavg ± Za, което при нормално разпределение съответства на ограничаваща вероятност от 0,9973. Вероятността за превишаване на натоварването с 0,5% съответства на р = 2,5; за p = 1,65 се предоставя 5% вероятност за грешка.
Статистическият метод е надежден метод за изследване на натоварванията на действащо промишлено предприятие, осигуряващ относително коректна стойност на заявената индустриално предприятиемаксимален товар Pi(miiX) в часовете на максимума в електроенергийната система. В този случай е необходимо да се приеме гаусово разпределение на работата на електрически приемници (потребители).
Методът за вероятностно моделиране на графики на натоварване включва директно изследване на вероятностния характер на последователни случайни промени в общото натоварване на групи от приемници на енергия във времето и се основава на теорията на случайните процеси, която се използва за получаване на автокорелация (формула ( 2.10)), кръстосани корелационни функции и други параметри. Проучванията на работните графици на електрически приемници с голям единичен капацитет, работните графици на цеховете и предприятията определят перспективите за метода за управление на режимите на потребление на енергия и изравняване на графиците.
Определяне на максималните натоварвания по метода на фактора на потреблението
Този метод е най-простият и се свежда до изчисляване на максималното активно натоварване по формулата:
Методът на коефициента на търсене може да се използва за изчисляване на натоварванията за тези отделни групи електроприемници, работилници и предприятия като цяло, за които има данни за стойността на този коефициент (виж).
При изчисляване на натоварванията за отделни групи електрически приемници, този метод се препоръчва да се използва за тези групи, чиито електрически приемници работят с постоянно натоварване и с коефициент на превключване, равен (или близък до) единица, като електрически двигатели на помпи, фенове и др.
Според стойността на P30, получена за всяка група приемници на енергия, се определя реактивният товар:
освен това tanφ се определя от cosφ, характерен за тази група приемници на енергия.
След това активните и реактивните товари се сумират отделно и се намира общото натоварване:
Натоварванията ΣР30 и ΣQ30 са суми от максимумите за отделни групи електроприемници, докато всъщност трябва да се определи максимумът на сумата. Следователно, когато се определят натоварванията на участък от мрежата с голям брой разнородни групи приемници на енергия, трябва да се въведе коефициентът на припокриване на максимумите KΣ, т.е. да се вземе:
Стойността на KΣ е в диапазона от 0,8 до 1 и долна границаобикновено се взема при изчисляване на натоварванията в предприятието като цяло.
За висока мощност, както и за приемници на мощност, рядко или дори за първи път срещани в проектантската практика, трябва да се идентифицират факторите на търсенето чрез изясняване на действителните коефициенти на натоварване заедно с технолози.
Определяне на максималните натоварвания по метода на двучленното изразяване
Този метод е предложен от инж. D. S. Livshits първоначално за определяне на проектните натоварвания за електродвигатели на отделно задвижване на металообработващи машини, а след това беше разширено до други групи електрически приемници.
Съгласно този метод половинчасовият максимален активен товар за група приемници на енергия от един и същи режим на работа се определя от израза:
където Run е инсталираната мощност на n най-големи приемници на енергия, b, c-коефициенти, които са постоянни за определена група приемници на енергия в един и същи режим на работа.
Според физическия смисъл, първият член на формулата за изчисление определя средна мощност, а вторият - допълнителна мощност, която може да се осъществи в рамките на половин час в резултат на съвпадението на максималните натоварвания на отделните електроприемници на групата. Следователно:
От това следва, че за малки стойности на Rup в сравнение с Ru, което се случва с голям брой приемници на енергия с повече или по-малко еднаква мощност, K30 ≈KI и вторият член на формулата за изчисление може да бъде пренебрегнат в такива случаи, като P30 ≈ bRp ≈ Rav.cm. Напротив, при малък брой приемници на мощност, особено ако те се различават рязко по мощност, влиянието на втория член на формулата става много значително.
Изчисленията по този метод са по-тромави, отколкото по метода на коефициента на търсене. Следователно използването на метода на двучленно изразяване се оправдава само за групи приемници на енергия, работещи с променливо натоварване и с малки коефициенти на превключване, за които коефициентите на търсене или изобщо липсват, или могат да доведат до грешни резултати. По-специално, например, е възможно да се препоръча прилагането на този метод за електродвигатели на металообработващи машини и за електросъпротивителни пещи с малък капацитет с периодично зареждане на продукти.
Методологията за определяне на общия товар S30 с помощта на този метод е подобна на описаната за метода на фактора на потреблението.
Определяне на максималните натоварвания по метода на ефективния брой електрически приемници.
Ефективният брой приемници на мощност се разбира като такъв брой приемници, еднакви по мощност и хомогенни по режим на работа, който определя еднаква стойност на изчисления максимум като група приемници с различна мощност и режим на работа.
Ефективният брой приемници на енергия се определя от израза:
По размер n e и коефициентът на използване, съответстващ на тази група приемници на енергия, съгласно референтните таблици се определя коефициентът на максималния KM и след това половинчасовият максимален активен товар
За да се изчисли натоварването на която и да е група от приемници на енергия от един и същи режим на работа, дефиницията на pe има смисъл само ако приемниците на енергия, включени в групата, се различават значително по мощност.
Със същата мощност p на електрически приемници, включени в групата
т.е. ефективният брой електродвигатели е равен на действителния брой. Следователно, при еднакви или малко по-различни мощности на приемниците на мощност от групата, се препоръчва да се определи KM от действителния брой приемници на мощност.
При изчисляване на натоварването за няколко групи електрически приемници е необходимо да се определи средната стойност на коефициента на използване по формулата:
Методът на ефективния брой приемници на енергия е приложим за всякакви групи приемници на енергия, включително за приемници на енергия с прекъсване. В последния случай инсталираната мощност Ru се намалява до PV = 100%, т.е. до продължителна работа.
Методът на ефективния брой приемници на енергия е по-добър от другите методи, тъй като максималният коефициент, който е функция на броя на приемниците на енергия, участва в определянето на товара. С други думи, този метод изчислява максималната сума на натоварванията на отделните групи, а не сумата от максимумите, както е например при метода на фактора на търсенето.
За да се изчисли реактивният компонент на товара Q30 от намерената стойност на P30, е необходимо да се определи tanφ. За тази цел е необходимо да се изчислят средните натоварвания на смяна за всяка група приемници на енергия и да се определи tanφ от съотношението:
Връщайки се към дефиницията на pe, трябва да се отбележи, че при голям брой групи и различна мощност на отделните приемници на мощност в групи намирането на ΣРу2 се оказва практически неприемливо. Следователно се използва опростен метод за определяне на pe в зависимост от относителната стойност на афективния брой приемници на енергия p "e \u003d ne / n.
Това число се намира в референтните таблици в зависимост от съотношенията:
където n1 е броят на приемниците на енергия, всеки от които има мощност най-малко половината от мощността на най-мощния приемник на енергия, ΣРпг1 е сумата от инсталираните мощности на тези приемници на енергия, n е броят на всички приемници на енергия, ΣPу е сумата от инсталираните мощности на всички електроприемници.
Определяне на максимални натоварвания по специфични норми на потребление на електроенергия за единица продукция
Притежаване на информация за планираната производителност на предприятие, цех или технологична групаприемници и около , можете да изчислите максималния половин час активно натоварванепо израз,
където Wyd е специфичното потребление на електроенергия за тон продукти, M е годишното производство, Tm.a е годишният брой часове на използване на максималния активен товар.
В този случай общото натоварване се определя въз основа на среднопретегления годишен фактор на мощността:
Този метод на изчисление може да служи за приблизително определяне на натоварванията за предприятията като цяло или за отделни цехове, които произвеждат готова продукция. За да се изчислят натоварванията за отделни участъци от електрически мрежи, използването на този метод по правило е невъзможно.
Частни случаи на определяне на максималните натоварвания с брой електрически приемници до пет
Изчисляването на натоварването на групи с малък брой електроприемници може да се извърши по следните опростени начини.
1. Ако в групата има два или три електрически приемника, е възможно да се вземе сумата от номиналните мощности на електрическите приемници като изчислено максимално натоварване:
и съответно
За електроприемници, които са хомогенни по вид, мощност и режим на работа, е допустимо аритметично събиране на пълни мощности. Тогава,
2. Ако в групата има четири до пет електрически приемника от същия тип, мощност и режим на работа, максималното натоварване може да се изчисли въз основа на средния коефициент на натоварване и в този случай аритметичното събиране на общите мощности е позволен:
3. При същия брой различни видове приемници на енергия, изчисленото максимално натоварване трябва да се приеме като сума от продуктите на номиналната мощност на приемниците на енергия и коефициентите на натоварване, характерни за тези приемници на енергия:
и съответно:
Определяне на максималните натоварвания при наличие в групата, заедно с трифазни, също и еднофазни електрически приемници
Ако общата инсталирана мощност на стационарни и мобилни еднофазни електроприемници не надвишава 15% от общата мощност на трифазните електроприемници, тогава целият товар може да се счита за трифазен, независимо от степента на равномерност на разпределението на монофазни товари по фази.
В противен случай, т.е. ако общата инсталирана мощност на еднофазните електроприемници надвишава 15% от общата мощност на трифазните електроприемници, разпределението на еднофазните товари по фази трябва да се извърши по такъв начин, че най-голямата степен на се постига равномерност.
Когато това е възможно, товарите могат да се изчислят по обичайния начин, ако не, тогава изчислението трябва да се извърши за една от най-натоварените фази. В този случай са възможни два случая:
1. всички еднофазни електрически приемници са свързани към фазово напрежение,
2. Сред еднофазните електрически приемници има такива, които са свързани към мрежово напрежение.
В първия случай една трета от тяхната действителна мощност трябва да се приеме като инсталирана мощност за групи от трифазни приемници на енергия (ако има такива), за групи от еднофазни приемници на мощност - мощността, свързана към най-натоварената фаза.
Според получените по този начин фазови мощности се изчислява максималното натоварване на най-натоварената фаза по който и да е от методите и след това, умножавайки това натоварване по 3, се определя натоварването на трифазната линия.
Във втория случай най-натоварената фаза може да се определи само чрез изчисляване на средните мощности, за които еднофазните товари, свързани към линейното напрежение, трябва да бъдат приведени към съответните фази.
Активната мощност, намалена до фаза a на еднофазни приемници, свързани например между фази ab и ac, се определя от израза:
съответно реактивна мощносттакива приемници
тук Pab, Ras са мощностите, свързани към линейното напрежение между фазите ab и ac, съответно, p(ab)a, p(ac)a, q(ab)a, q(ac)a, са редукционните фактори на товари, свързани към мрежовото напрежение, към фаза a.
Чрез кръгова пермутация на индексите могат да се получат изрази за привеждане на мощността към всяка фаза.
Защо е необходимо да се изчисли натоварването на кабела?
Един от основните параметри, които определят цената на кабела, е неговото напречно сечение. Колкото е по-голям, толкова по-висока е цената му. Но ако закупите евтин проводник, чието напречно сечение не съответства на натоварванията във веригата, плътността на тока се увеличава. Поради това се увеличава съпротивлението и освобождаването на топлинна енергия по време на преминаването на електричество. Загубите на електроенергия нарастват, а ефективността на системата намалява. През целия период на експлоатация потребителят заплаща значителни загуби на електроенергия.
Но това не е единственият недостатък на инсталирането на кабел с неправилно избрана секция. Поради повишеното генериране на топлина, изолацията на проводниците се нагрява прекомерно - това намалява живота на проводниците и често причинява късо съединение.
Изчисляването на натоварването на кабела позволява:
- Намалете сметките за електроенергия;
- Увеличете експлоатационния живот на окабеляването;
- Намалете риска от късо съединение.
Какви загуби възникват при преминаване на електрически ток?
Когато изчислявате натоварването на кабела, трябва да вземете предвид:
1. Загуби електрически токпри преминаване през жициДвижението на електроенергия от генератора на ток към приемниците (домакински уреди, електрическо оборудване, осветителни тела) е придружено от освобождаване на топлинна енергия. Този физически процес е безполезен. Отделената топлина загрява изолационните обвивки, което води до намаляване на експлоатационния им живот. Стават по-крехки и бързо се чупят. Нарушаването на целостта на изолацията може да причини късо съединение, когато проводниците влязат в контакт един с друг, а когато са в контакт с човек, опасно нараняване.
Преобразуването на електрическа енергия в топлинна енергия възниква поради съпротивление, което се увеличава с увеличаване на плътността на преминаващия ток. Тази стойност се изчислява по формулата:
J = I/S a/mm2
- I - сила на тока;
При инсталиране на вътрешно окабеляване плътността на тока не трябва да надвишава 6 A/mm2. За други работи изчисляването на напречното сечение на кабела за ток се извършва въз основа на таблиците, съдържащи се в Правилата за устройството и техническа експлоатацияелектрически инсталации (PUE и PTEEP).
Ако изчислената стойност на плътността е по-голяма от препоръчителната, е необходимо да закупите кабел с по-голямо напречно сечение на проводника. Въпреки увеличаването на цената на окабеляването, такова решение е оправдано от икономическа гледна точка. Изборът на кабел за окабеляване с оптимален размер на напречното сечение ще увеличи живота му няколко пъти безопасна работаи намаляват загубите на електроенергия при преминаване през проводниците.
2. Загуби поради електрическо съпротивлениематериалиСъпротивлението на материалите, което възниква по време на предаването на електрически ток, води не само до освобождаване на топлинна енергия и нагряване на проводниците. Има и загуба на напрежение, което се отразява негативно на работата на електрическото оборудване, домакинските уреди и осветителните тела.
При инсталиране на електрическо окабеляване е необходимо също да се изчисли стойността на съпротивлението на линията (Rl). Изчислява се по формулата:
- ρ – съпротивлениематериалът, от който е направена телта;
- l е дължината на линията;
- С- напречно сечениежици.
Спадът на напрежението се определя като ΔUl = IRl, като стойността му трябва да бъде не повече от 5% от първоначалната, а за осветителни товари - не повече от 3%. Ако е по-голям, е необходимо да изберете кабел с по-голямо сечение или от различен материал, с по-ниско съпротивление. В повечето случаи както от техническа, така и от икономическа гледна точка е препоръчително да се увеличи напречното сечение на кабела.
Избор на кабелен материал
Нашият каталог кабелни продуктив Брест включва голям избор от кабели, изработени от различни материали:
- Мед
Медта има много ниско съпротивление (само златото е по-ниско), така че проводимостта медни проводницимного по-висока от алуминия. Не се окислява, което значително увеличава периода на ефективна работа. Металът е много гъвкав, кабелът може да се сгъва и навива многократно. Поради високата пластичност е възможно да се произвеждат по-тънки сърцевини (медните сърцевини са направени от 0,3 mm2, минималният размер на алуминиевата сърцевина е 2,5 mm2).
По-ниското съпротивление позволява да се намали отделянето на топлинна енергия по време на преминаването на тока, поради което е разрешено да се използват само медни проводници при полагане на вътрешно окабеляване в жилищни помещения.
- Алуминий
Специфичното съпротивление на алуминия е по-високо от това на златото, медта и среброто, но по-ниско от това на други метали и сплави.
Основно предимство алуминиев кабелпреди медта - цената й е в пъти по-ниска. Също така е много по-лек, което улеснява инсталирането на електрически мрежи. При инсталиране на ел голяма дължинатези характеристики са критични.
Алуминият не корозира, но когато е изложен на въздух, върху повърхността му се образува филм. Той предпазва метала от излагане на атмосферна влага, но практически не провежда ток. Тази функция затруднява свързването на кабели.
Основните видове изчисление на секциите
Изчисляването на натоварванията върху проводника трябва да се извърши според всички значими характеристики:
По мощност
Определя се общата мощност на всички устройства, консумиращи електроенергия в къща, апартамент, в производствен цех. Консумацията на енергия на домакинските уреди и електрическото оборудване е посочена от производителя.
Също така е необходимо да се вземе предвид консумираната електроенергия осветителни тела. Всички електрически уреди у дома рядко работят едновременно, но изчисляването на напречното сечение на кабела по мощност се извършва с марж, което прави окабеляването по-надеждно и безопасно. За промишлени съоръжения се извършва по-сложно изчисление, като се използват коефициенти на търсене и едновременност.
По напрежение
Изчисляването на напречното сечение на кабела за напрежение се основава на вида на електрическата мрежа. Тя може да бъде еднофазна (в апартаменти на многоетажни сгради и повечето индивидуални вили) и трифазна (в предприятия). Напрежение в еднофазна мрежае 220 V, в трифазен - 380 V.
Ако общата мощност на електрическите уреди в апартамента е 15 kW, тогава за еднофазно окабеляване тази цифра ще бъде 15 kW, а за трифазно окабеляване ще бъде 3 пъти по-малко - 5 kW. Но при инсталиране на трифазно окабеляване се използва кабел с по-малко напречно сечение, но съдържащ не 3, а 5 ядра.
По натоварване
Изчисляването на напречното сечение на кабела според натоварването също изисква изчисляване на общата мощност на електрическото оборудване. Желателно е тази стойност да се увеличи с 20-30%. Окабеляването се извършва дълго време и броят на домакинските уреди в апартамента или оборудването в работилницата може да се увеличи.
След това трябва да определите кое оборудване може да бъде включено едновременно. Тази цифра може да варира значително в различните къщи. някои голям бройдомакински уреди или електрическо оборудване, което се използва няколко пъти в месеца или годината. Други имат само основни, но често използвани електрически уреди в дома си.
В зависимост от стойността на коефициента на едновременност мощността може да се различава леко или няколко пъти от товара.
| Напречно сечение на проводника, mm2 | Кабели с медни проводници | Кабели с алуминиеви проводници | ||
|---|---|---|---|---|
| Напрежение 220 V | Напрежение 380 V | Напрежение 220 V | Напрежение 380 V | |
| 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 |
| Напречно сечение на проводника, mm2 | Кабели с медни проводници | Кабели с алуминиеви проводници | ||
|---|---|---|---|---|
| Напрежение 220 V | Напрежение 380 V | Напрежение 220 V | Напрежение 380 V | |
| 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 ток
За изчисление номинален токизползва се стойността на общата мощност на натоварване. Познавайки го, максимално допустимото текущо натоварване се изчислява по формулата:
- I - номинален текущ;
- P - общо. мощност;
- U - напрежение;
- cosφ - фактор на мощността.
Въз основа на получената стойност намираме оптималния размер на кабелната секция в таблиците.
| Напречно сечение на проводниците, mm | Медни проводници, жици и кабели | |
|---|---|---|
| Напрежение 220 V | Напрежение 380 V | |
| 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 |
Важни нюанси за правилното изчисляване на натоварването на кабела
При проектирането на всякакви електрически веригисе извършва изчисление на мощността. Въз основа на него изборът основни елементии се изчислява допустимото натоварване. Ако изчислението за веригата постоянен токне е трудно (в съответствие със закона на Ом е необходимо да се умножи токът по напрежението - P \u003d U * I), след това с изчисляването на мощността на променлив ток - не всичко е толкова просто. За обяснение ще трябва да се обърнете към основите на електротехниката, без да навлизаме в подробности, ще дадем кратко резюме на основните тези.
Обща мощност и нейните компоненти
В променливотоковите вериги изчисляването на мощността се извършва, като се вземат предвид законите на синусоидалните промени в напрежението и тока. В тази връзка е въведена концепцията за обща мощност (S), която включва два компонента: реактивна (Q) и активна (P). Графично описание на тези величини може да се направи чрез триъгълника на мощността (виж фиг. 1).
Активният компонент (P) означава мощността на полезния товар (необратимо преобразуване на електроенергията в топлина, светлина и др.). Тази стойност се измерва във ватове (W), на ниво домакинство е обичайно да се изчислява в киловати (kW), в промишления сектор - мегавати (mW).
Реактивният компонент (Q) описва капацитивния и индуктивния електрически товар в AC веригата, мерната единица на тази стойност е Var.
Ориз. 1. Триъгълник на мощности (A) и напрежения (V)В съответствие с графичното представяне съотношенията в триъгълника на мощността могат да бъдат описани с помощта на елементарни тригонометрични идентичности, което прави възможно използването следните формули:
- S \u003d √P 2 +Q 2, - за пълна мощност;
- и Q = U*I*cos φ и P = U*I*sin φ за реактивните и активните компоненти.
Тези изчисления са приложими за еднофазна мрежа (например битова 220 V), за да се изчисли мощността трифазна мрежа(380 V) е необходимо да се добави множител към формулите - √3 (при симетричен товар) или да се сумират мощностите на всички фази (ако товарът е небалансиран).
За по-добро разбиране на ефекта от компонентите на пълната мощност, нека разгледаме "чистото" проявление на товара в активна, индуктивна и капацитивна форма.
Съпротивително натоварване
Нека вземем хипотетична верига, която използва "чисто" съпротивление и подходящ източник на AC напрежение. Графично описание на работата на такава схема е показано на фигура 2, която показва основните параметри за определен времеви диапазон (t).
Фигура 2. Мощност на идеален резистивен товар Можем да видим, че напрежението и токът са синхронизирани както по фаза, така и по честота, докато мощността има два пъти по-голяма честота. Имайте предвид, че посоката на тази стойност е положителна и непрекъснато нараства.
капацитивен товар
Както може да се види на фигура 3, графиката на характеристиките на капацитивния товар е малко по-различна от активния товар.
Фигура 3. Графика на идеален капацитивен товар Честотата на капацитивните колебания на мощността е два пъти по-голяма от честотата на синусоидата на промяна на напрежението. Що се отнася до общата стойност на този параметър, за един период на хармоника тя е равна на нула. В същото време не се наблюдава и увеличение на енергията (∆W). Този резултат показва, че неговото движение се извършва и в двете посоки на веригата. Тоест, когато напрежението се увеличи, има натрупване на заряд в капацитета. Когато настъпи отрицателен полупериод, натрупаният заряд се разрежда във веригата.
В процеса на натрупване на енергия в товарния капацитет и последващо разреждане не се извършва полезна работа.
Индуктивен товар
Графиката по-долу показва естеството на "чистия" индуктивен товар. Както можете да видите, само посоката на силата се е променила, що се отнася до увеличението, то е равно на нула.
Отрицателно въздействие на реактивен товар
В примерите по-горе бяха разгледани опции, при които има "чист" реактивен товар. Фактор на влияние активно съпротивлениене беше взето предвид. При такива условия реактивният ефект е нулев, което означава, че може да се пренебрегне. Както разбирате, в реални условия това е невъзможно. Дори хипотетично да съществува такова натоварване, не може да се изключи съпротивлението на медните или алуминиевите жила на кабела, необходимо за свързването му към източника на захранване.
Реактивният компонент може да се прояви под формата на нагряване на активните компоненти на веригата, например двигател, трансформатор, свързващи проводници, захранващ кабел и др. За това се изразходва известно количество енергия, което води до намаляване на основните характеристики.
Реактивната мощност действа върху веригата, както следва:
- не произвежда полезна работа;
- причинява сериозни загуби и необичайни натоварвания на електрическите уреди;
- може да причини сериозен инцидент.
Ето защо, когато се правят подходящи изчисления за електрическата верига, е невъзможно да се изключи факторът на влиянието на индуктивните и капацитивните товари и, ако е необходимо, да се предвиди използването технически системида я компенсира.
Изчисляване на консумацията на енергия
В ежедневието често трябва да се справяте с изчисляването на консумацията на енергия, например, за да проверите допустимото натоварване на окабеляването, преди да свържете ресурсоемък електрически потребител (климатик, бойлер, електрическа печка и др.). Също така в такова изчисление има нужда при избора на прекъсвачи за разпределително таблочрез който апартаментът е свързан към електрозахранването.
В такива случаи не е необходимо да се изчислява мощността по ток и напрежение, достатъчно е да се сумира консумираната енергия от всички устройства, които могат да бъдат включени едновременно. Без да се свързвате с изчисленията, можете да разберете тази стойност за всяко устройство по три начина:
При изчисляване трябва да се има предвид, че стартовата мощност на някои електрически уреди може да се различава значително от номиналната. За потребителските устройства този параметър почти никога не се посочва в техническа документация, следователно е необходимо да се обърнете към съответната таблица, която съдържа средните стойности на параметрите на началната мощност за различни устройства (препоръчително е да изберете максималната стойност).