Расчёт токов при выборе сечений проводов

По условиям нагревания и экономической плотности тока, при выборе сечений отдельных участков электрической сети достаточным условием является известная величина токовых нагрузок данных участков сети. Обязательным условием при выполнении электропроекта, для проведения расчета сети по потере напряжения, необходимо знать нагрузки и длины всех участков сети. Прежде чем приступить к проектированию электрики, необходимо составить расчетную схему, где указываются все нагрузки и длины участков под которые разрабатывается электропроект.

Надо учесть, что при расчетах трехфазных сетей принимаются одинаковыми нагрузки всех трехфазных проводов. На деле, данное условие актуально лишь для силовых сетей с трехфазными электродвигателями. Примером сетей с однофазными электроприемниками являются городские сети с бытовыми приборами и осветительными лампами, в них присутствует незначительная неравномерность распределения нагрузки по фазам линии. На практике, при расчетах сетей с однофазными приемниками распределение нагрузок по фазам условно принимают равномерным.

В расчетной схеме, при условии равномерного распределения нагрузки всех фаз линии, нет надобности указывать все провода, входящие в состав сети. Вполне достаточно предоставить однолинейную схему, на которой будут отражены присоединенные к сети нагрузки и длины всех участков сети и указаны места расположения плавких предохранителей/защитных аппаратов в данном проекте электрики. 

При разработке расчетной схемы электропроводки внутри помещения необходимо использовать план и разрез здания, на которых ранее была нанесена электропроводка с указанием электротоков и мощности приборов (осветительных ламп, выключателей, розеток, всех электроприемников).

Расчет тока при проектирование основывается на плане промышленного предприятия или населенного пункта. На плане должна быть нанесена вся электросеть с указанием точек присоединения групп электроприемников - отдельные здания промышленного предприятия или дома. Без этого нельзя грамотно выполнить проектирование электрики, согласование электропроекта и произвести качественные электромонтажные работы.

Необходимо помнить, что длины всех участков сети измеряются по чертежу согласно масштабу, в котором выполнен чертеж. В случае отсутствия чертежа, длины всех участков сети измеряются в реальном пространстве и наносятся на план электропроекта. Это позволит безошибочно выполнить проектирование электрики.

Соблюдение масштаба для участков сети не требуется при составлении расчетной схемы сети, потому что никоим образом не влияет на ход выполнения электропроекта. Главное, правильно соблюдать последовательность соединения участков сети между собой.

На рис.1 представлен пример расчетной схемы линии наружной сети 380/220В для некоторого поселка. На схеме длины участков сети указаны в метрах слева и сверху, нагрузки представлены стрелками справа и снизу с указанием расчетных мощностей в киловаттах. На расчетной схеме линия АБВ считают магистралью, участки BE, БД, ВГ - ответвлениями.

По рисунку видно, что отдельные участки сети представлены без масштаба и если длина участков указана верно, то это не помешает точности проведения расчета.

Определение расчетных мощностей электрической сети.

Расчет и определение расчетных мощностей (нагрузок) является сложной задачей. Каждая осветительная лампа, телевизор или нагревательный прибор потребляют определенную номинальную мощность при номинальном напряжении на зажимах, принимаемую как расчетная мощность данного электроприемника. Процесс определения расчетных мощностей электрической сети для электродвигателя несколько сложнее и зависит от крутящего момента связанного с двигателем механизма - вентилятора, станка, транспортера. На корпусе двигателя прикреплена табличка с указанием номинальной мощности. Как правило, фактическая мощность, потребляемая электродвигателем из сети, отличается от номинальной. Так, нагрузка двигателя токарного станка не постоянна, а изменяется в зависимости от толщины снимаемой с детали стружки, размера обрабатываемой детали.

Определение расчетных мощностей двигателя рассчитывается по наиболее тяжелым условиям работы станка. При других режимах работы двигатель будет работать не при полной нагрузке. Поэтому расчетная мощность двигателя меньше его номинальной мощности.

Для группы электроприемников определение расчетной мощности усложнено тем, что необходимо учитывать возможное количество включенных приемников, что является важным условием при выполнении электромонтажных работ.

Для примера произведем расчет нагрузки для линии, питающей мастерскую. В мастерской установлены тридцать электродвигателей. Некоторые из них будут работать в непрерывном режиме, например, двигатели, соединенные с вентиляторами.

При этом, двигатели станков на момент установки для обработки новой детали работают с перерывами. Некоторая часть двигателей работает с неполной нагрузкой. Надо учесть, что величина нагрузки линии, которая питает мастерскую, величина не постоянная. За расчетную нагрузку линии необходимо принять наибольшую возможную нагрузку, как наиболее значимую для проводников линии. Под максимальной нагрузкой принимается максимальное среднее значение за получасовой период времени. 

Расчетная нагрузка (кВт) группы электроприемников определяется формулой:

Р = Кс х Ру,

где Кс - коэффициент спроса для режима наибольшей нагрузки. Коэффициент спроса учитывает наибольшее возможное число включенных приемников группы. Для двигателей коэффициент спроса должен учитывать величину их загрузки;

Ру - установленная мощность группы приемников, по величине равная сумме их номинальных мощностей, измеряется в кВт. 

В случае необходимости, более подробно ознакомиться с методами определения расчетных нагрузок можно по специальной литературе. 

Определение расчетного тока линии для одного электроприемника и группы электроприемников

При выборе сечения проводников необходимо определить величину расчетного тока линии по экономической плотности тока или по условию нагревания. Величина расчетного тока (А) трехфазного электроприемника определяется по формуле: 

где Р - расчетная мощность приемника, кВт; Uн - номинальное напряжение на зажимах приемника, равное по величине межфазному (линейному) напряжению сети, к которой он присоединяется, В;

cos ф - коэффициент мощности приемника. 

Данная формула подходит для определения расчетного тока группы однофазных или трехфазных приемников при условии, соединения однофазных приемников поровну ко всем 3-м фазам линии. Для однофазного приемника или для группы приемников, присоединенных к одной фазе сети трехфазного тока величина расчетного тока (А), рассчитывается по формуле: 




где U н.ф - номинальное напряжение приемников, равное по величине фазному напряжению сети, к которой присоединяются приемники, В.
По данной формуле можно рассчитать величина расчетного тока для группы приемников, присоединенных к линии однофазного тока. 

Для нагревательных приборов и ламп накаливания коэффициент мощности cos ф = 1, что значительно упрощает формулу определения расчетного тока.


Определение величины тока по расчетной схеме электрической сети.

Обратимся к расчетной схеме электрической наружной сети жилого поселка, представленной ранее на рисунке 1. На данной схеме расчетные нагрузки домов, присоединенных к линии, указаны в киловаттах у концов соответствующих стрелок. Для проектирования электрики и выбора сечения проводов необходимо просчитать нагрузку всех участков. 

Данная нагрузка рассчитывается на основании I-го закона Кирхгофа. Закон гласит: для любой точки сети сумма приходящих токов должна быть равна сумме выходящих токов. Данный закон применим для нагрузок, выраженных в киловаттах. 

Рассмотрим схему электрики поселка (рисунок 1). Наша задача - найти распределение нагрузок по участкам линии. На участке длиной 80 м, в конце линии, примыкающей к точке Г, нагрузка 9 кВт равна расчетной нагрузке дома, примыкающего к линии в точке Г. На участке ответвления длиной в 40 м, примыкающем к точке В, нагрузка равна сумме нагрузок домов, примыкающих на участке ответвления ВГ: 9 + 6 = 15 кВт. На участке магистрали длиной 50 м, примыкающем к точке В, нагрузка составляет: 15 + 4 + 5 = 24 кВт. 

Аналогичным образом рассчитывают нагрузки всех остальных участков линии. Для упрощения схемы, все указанные на схеме числа и обозначения располагаются в определенном порядке. На расчетной схеме (рисунок 1) длины участков линии указаны слева и сверху, нагрузки - справа и снизу. 

Вернемся к нашему примеру с мастерской. Четырехпроводная линия, номинальным напряжением 380/220 В, подпитывает мастерскую, где установлены тридцать электродвигателей. Суммарная установленная мощность составляет Py1 = 48 кВт. 
Суммарная мощность осветительных ламп в мастерской составляет Ру2 = 2 кВт.
Коэффициент спроса для осветительной нагрузки Кс2=0,9 и для силовой нагрузки Кс1=0,35. Средний коэффициент мощности для всей установки cos ф=0,75. 
Необходимо определить расчетный ток линии. 

Решение. Подсчитываем расчетную нагрузку электродвигателей: P1 = 0,35 х 48 =16,8 кВт и расчетную нагрузку освещения Р2=0,9 х 2=1,8 кВт. 
Суммарная расчетная нагрузка Р= 16,8 + 1,8= 18,6 кВт. 
Расчетный ток определяем по формуле:

Таким образом, мы произвели приблизительный расчет, который позволит проверить проектирование электрики и электромонтажные работы.