Как рассчитывается нагрузка. Расчетная нагрузка. Проверка выбранного сечения по потере напряжения

От правильного выбора сечения электропроводки зависит комфорт и безопасность в доме. При перегрузке проводник перегревается, и изоляция может оплавиться, что приведет к пожару или короткому замыканию. Но сечение больше необходимого брать невыгодно, поскольку возрастает цена кабеля.

Вообще, его рассчитывают в зависимости от количества потребителей, для чего сначала определяют общую мощность, используемую квартирой, а затем умножают результат на 0,75. В ПУЭ применяется таблица нагрузок по сечению кабеля. По ней можно легко определить диаметр жил, который зависит от материала и проходящего тока. Как правило, применяются медные проводники.

Сечение жилы кабеля должно точно соответствовать расчетному - в сторону увеличения стандартного размерного ряда. Наиболее опасно, когда оно занижено. Тогда проводник постоянно перегревается, и изоляция быстро выходит из строя. А если установить соответствующий то будет происходить его частое срабатывание.

При завышении сечения провода, он обойдется дороже. Хотя определенный запас необходим, поскольку в дальнейшем, как правило, приходится подключать новое оборудование. Целесообразно применять коэффициент запаса порядка 1,5.

Расчет суммарной мощности

Общая потребляемая квартирой мощность приходится на главный ввод, который входит в распределительный щит, а после него разветвляется на линии:

освещение;
группы розеток;
отдельные мощные электроприборы.

Поэтому самое большое сечение силового кабеля - на входе. На отводящих линиях оно уменьшается, в зависимости от нагрузки. В первую очередь, определяется суммарная мощность всех нагрузок. Это несложно, так как на корпусах всех бытовых приборов и в паспортах к ним она обозначается.

Все мощности складываются. Аналогично производятся расчеты и по каждому контуру. Специалисты предлагают умножать сумму на 0,75. Это объясняется тем, что одновременно все приборы в сеть не включаются. Другие предлагают выбирать сечение большего размера. За счет этого создается резерв на последующий ввод в действие дополнительных электрических приборов, которые могут быть приобретены в будущем. Нужно отметить, что этот вариант расчета кабеля более надежен.

Как определить сечение провода?

Во всех расчетах фигурирует сечение кабеля. По диаметру его определить проще, если применять формулы:

S = π D²/4 ;
D = √(4× S /π).

Где π = 3,14.

S = N×D²/1,27.

Многожильные провода применяются там, где требуется гибкость. Более дешевые цельные проводники используются при стационарном монтаже.

Как выбрать кабель по мощности?

Для того чтобы подобрать проводку, применяется таблица нагрузок по сечению кабеля:

Если линия открытого типа находится под напряжением 220 В, а суммарная мощность составляет 4 кВт, берется медный проводник сечением 1,5 мм². Данный размер обычно применяется для проводки освещения.
При мощности 6 кВт требуются жилы большего сечения - 2,5 мм². Провод применяется для розеток, к которым подключаются бытовые приборы.
Мощность 10 кВт требует использования проводки на 6 мм². Обычно она предназначена для кухни, где подключается электрическая плита. Подвод к подобной нагрузке производится по отдельной линии.

Какие кабели лучше?

Электрикам хорошо известен кабель немецкой марки NUM для офисных и жилых помещений. В России выпускают марки кабелей, которые по характеристикам ниже, хотя могут иметь то же название. Их можно отличить по подтекам компаунда в пространстве между жилами или по его отсутствию.

Провод выпускается монолитным и многопроволочным. Каждая жила, а также вся скрутка снаружи изолируется ПВХ, причем наполнитель между ними выполнен негорючим:

Так, кабель NUM применяется внутри помещений, поскольку изоляция на улице разрушается от солнечных лучей.
А в качестве внутренней и широко используется кабель марки ВВГ. Он дешев и достаточно надежен. Для прокладки в грунте его не рекомендуется применять.
Провод марки ВВГ изготавливается плоским и круглым. Между жилами наполнитель не применяется.
делают с внешней оболочкой, не поддерживающей горения. Жилы изготавливаются круглые до сечения 16 мм², а свыше - секторные.
Марки кабелей ПВС и ШВВП делаются многопроволочными и используются преимущественно для подключения бытовых приборов. Его часто применяют в качестве домашней электропроводки. На улице многопроволочные жилы использовать не рекомендуется по причине коррозии. Кроме того, изоляция при изгибе трескается при низкой температуре.
На улице под землей прокладывают бронированные и устойчивые к влаге кабели АВБШв и ВБШв. Броня изготавливается из двух стальных лент, что повышает надежность кабеля и делает его устойчивым к механическим воздействиям.

Определение нагрузки по току

Более точный результат дает расчет сечения кабеля по мощности и току, где геометрические параметры связаны с электрическими.

Для домашней проводки должна учитывается не только активная нагрузка, но и реактивная. Сила тока определяется по формуле:

I = P/(U∙cosφ).

Реактивную нагрузку создают люминесцентные лампы и двигатели электроприборов (холодильника, пылесоса, электроинструмента и др.).

Пример по току

Давайте выясним, как быть, если необходимо определить сечение медного кабеля для подключения бытовой техники суммарной мощностью 25 кВт и трехфазных станков на 10 кВт. Такое подключение производится пятижильным кабелем, проложенным в грунте. Питание дома производится от

С учетом реактивной составляющей, мощность бытовой техники и оборудования составит:

P быт. = 25/0,7 = 35,7 кВт;
P обор. = 10/0,7 = 14,3 кВт.

Определяются токи на вводе:

I быт. = 35,7×1000/220 = 162 А;
I обор. = 14,3×1000/380 = 38 А.

Если распределить однофазные нагрузки равномерно по трем фазам, на одну будет приходиться ток:

I ф = 162/3 = 54 А.

I ф = 54 + 38 = 92 А.

Вся техника одновременно не будет работать. С учетом запаса на каждую фазу приходится ток:

I ф = 92×0,75×1,5 = 103,5 А.

В пятижильном кабеле учитываются только фазные жилы. Для кабеля, проложенного в грунте, можно определить для тока 103,5 А сечение жил 16 мм² (таблица нагрузок по сечению кабеля).

Уточненный расчет по силе тока позволяет сэкономить средства, поскольку требуется меньшее сечение. При более грубом расчете кабеля по мощности, сечение жилы составит 25 мм², что обойдется дороже.

Падение напряжения на кабеле

Проводники обладают сопротивлением, которое необходимо учитывать. Особенно это важно для большой длины кабеля или при его малом сечении. Установлены нормы ПЭУ, по которым падение напряжения на кабеле не должно превышать 5 %. Расчет делается следующим образом.

Определяется сопротивление проводника: R = 2×(ρ×L)/S.
Находится падение напряжения: U пад. = I×R. По отношению к линейному в процентах оно составит: U % = (U пад. /U лин.)×100.

В формулах приняты обозначения:

ρ - удельное сопротивление, Ом×мм²/м;
S - площадь поперечного сечения, мм².

Коэффициент 2 показывает, что ток течет по двум жилам.

Пример расчета кабеля по падению напряжения

Сопротивление провода составляет: R = 2(0,0175×20)/2,5 = 0,28 Ом .
Сила тока в проводнике: I = 7000/220 =31,8 А .
Падение напряжения на переноске: U пад. = 31,8×0,28 = 8,9 В .
Процент падения напряжения: U % = (8,9/220)×100 = 4,1 %.

Переноска подходит для сварочного аппарата по требованиям правил эксплуатации электроустановок, поскольку процент падения на ней напряжения находится в пределах нормы. Однако его величина на питающем проводе остается большой, что может негативно повлиять на процесс сварки. Здесь необходима проверка нижнего допустимого предела напряжения питания для сварочного аппарата.

Заключение

Чтобы надежно защитить электропроводку от перегрева при длительном превышении номинального тока, сечения кабелей рассчитывают по длительно допустимым токам. Расчет упрощается, если применяется таблица нагрузок по сечению кабеля. Более точный результат получается, если вычисление производится по максимальной токовой нагрузке. А для стабильной и долговременной работы в цепи электропроводки устанавливают автоматический выключатель.

Расчет нагрузки на фундамент необходим для правильного выбора его геометрических размеров и площади подошвы фундамента. В конечном итоге, от правильного расчета фундамента зависит прочность и долговечность всего здания. Расчет сводится к определению нагрузки на квадратный метр грунта и сравнению его с допустимыми значениями.

Для расчета необходимо знать:

Регион, в котором строится здание;
Тип почвы и глубину залегания грунтовых вод;
Материал, из которого будут выполнены конструктивные элементы здания;
Планировку здания, этажность, тип кровли.

Исходя из требуемых данных, расчет фундамента или его окончательная проверка производится после проектирования строения.

Попробуем рассчитать нагрузку на фундамент для одноэтажного дома, выполненного из полнотелого кирпича сплошной кладки, с толщиной стен 40 см. Габариты дома – 10х8 метров. Перекрытие подвального помещения – железобетонные плиты, перекрытие 1 этажа – деревянное по стальным балкам. Крыша двускатная, покрытая металлочерепицей, с уклоном 25 градусов. Регион – Подмосковье, тип грунта – влажные суглинки с коэффициентом пористости 0,5. Фундамент выполняется из мелкозернистого бетона, толщина стенки фундамента для расчета равна толщине стены.

Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения зависит от глубины промерзания и типа грунта. В таблице приведены справочные величины глубины промерзания грунта в различных регионах.

Таблица 1 – Справочные данные о глубине промерзания грунта

Справочная таблица для определения глубины заложения фундамента по регионам

Глубина заложения фундамента в общем случае должна быть больше глубины промерзания, но есть исключения, обусловленные типом грунта, они указаны в таблице 2.

Таблица 2 – Зависимость глубины заложения фундамента от типа грунта

Глубина заложения фундамента необходима для последующего расчета нагрузки на почву и определения его размеров.

Определяем глубину промерзания грунта по таблице 1. Для Москвы она составляет 140 см. По таблице 2 находим тип почвы – суглинки. Глубина заложения должна быть не менее расчетной глубины промерзания. Исходя из этого глубина заложения фундамента для дома выбирается 1,4 метра.

Расчет нагрузки кровли

Нагрузка кровли распределяется между теми сторонами фундамента, на которые через стены опирается стропильная система. Для обычной двускатной крыши это обычно две противоположные стороны фундамента, для четырехскатной – все четыре стороны. Распределенная нагрузка кровли определяется по площади проекции крыши, отнесенной к площади нагруженных сторон фундамента, и умноженной на удельный вес материала.

Таблица 3 – Удельный вес разных видов кровли

Справочная таблица — Удельный вес разных видов кровли

Определяем площадь проекции кровли. Габариты дома – 10х8 метров, площадь проекции двускатной крыши равна площади дома: 10·8=80 м 2 .
Длина фундамента равна сумме двух длинных его сторон, так как двускатная крыша опирается на две длинные противоположные стороны. Поэтому длину нагруженного фундамента определяем как 10·2=20 м.
Площадь нагруженного кровлей фундамента толщиной 0,4 м: 20·0,4=8 м 2 .
Тип покрытия – металлочерепица, угол уклона – 25 градусов, значит расчетная нагрузка по таблице 3 равна 30 кг/м 2 .
Нагрузка кровли на фундамент равна 80/8·30 = 300 кг/м 2 .

Расчет снеговой нагрузки

Снеговая нагрузка передается на фундамент через кровлю и стены, поэтому нагружены оказываются те же стороны фундамента, что и при расчете крыши. Вычисляется площадь снежного покрова, равная площади крыши. Полученное значение делят на площадь нагруженных сторон фундамента и умножают на удельную снеговую нагрузку, определенную по карте.

Таблица — расчет снеговой нагрузки на фундамент

Длина ската для крыши с уклоном в 25 градусов равна (8/2)/cos25° = 4,4 м.
Площадь крыши равна длине конька умноженной на длину ската (4,4·10)·2=88 м 2 .
Снеговая нагрузка для Подмосковья по карте равна 126 кг/м 2 . Умножаем ее на площадь крыши и делим на площадь нагруженной части фундамента 88·126/8=1386 кг/м 2 .

Расчет нагрузки перекрытий

Перекрытия, как и крыша, опираются обычно на две противоположные стороны фундамента, поэтому расчет ведется с учетом площади этих сторон. Площадь перекрытий равна площади здания. Для расчета нагрузки перекрытий нужно учитывать количество этажей и перекрытие подвала, то есть пол первого этажа.

Площадь каждого перекрытия умножают на удельный вес материала из таблицы 4 и делят на площадь нагруженной части фундамента.

Таблица 4 – Удельный вес перекрытий

Площадь перекрытий равна площади дома – 80 м 2 . В доме два перекрытия: одно из железобетона и одно – деревянное по стальным балкам.
Умножаем площадь железобетонного перекрытия на удельный вес из таблицы 4: 80·500=40000 кг.
Умножаем площадь деревянного перекрытия на удельный вес из таблицы 4: 80·200=16000 кг.
Суммируем их и находим нагрузку на 1 м 2 нагружаемой части фундамента: (40000+16000)/8=7000 кг/м 2 .

Расчет нагрузки стен

Нагрузка стен определяется как объем стен, умноженный на удельный вес из таблицы 5, полученный результат делят на длину всех сторон фундамента, умноженную на его толщину.

Таблица 5 – Удельный вес материалов стен

Таблица — Удельный вес стен

Площадь стен равна высоте здания, умноженной на периметр дома: 3·(10·2+8·2)=108 м 2 .
Объем стен – это площадь, умноженная на толщину, он равен 108·0,4=43,2 м 3 .
Находим вес стен, умножив объем на удельный вес материала из таблицы 5: 43,2·1800=77760 кг.
Площадь всех сторон фундамента равна периметру, умноженному на толщину: (10·2+8·2)·0,4=14,4 м 2 .
Удельная нагрузка стен на фундамент равна 77760/14,4=5400 кг.

Предварительный расчет нагрузки фундамента на грунт

Нагрузку фундамента на грунт расчитывают как произведение объема фундамента на удельную плотность материала, из которого он выполнен, разделенное на 1 м 2 площади его основания. Объем можно найти как произведение глубины заложения на толщину фундамента. Толщину фундамента принимают при предварительном расчете равной толщине стен.

Таблица 6 – Удельная плотность материалов фундамента

Таблица — удельная плотность материало для грунта

Площадь фундамента – 14,4 м 2 , глубина заложения – 1,4 м. Объем фундамента равен 14,4·1,4=20,2 м 3 .
Масса фундамента из мелкозернистого бетона равна: 20,2·1800=36360 кг.
Нагрузка на грунт: 36360/14,4=2525 кг/м 2 .

Расчет общей нагрузки на 1 м 2 грунта

Результаты предыдущих расчетов суммируются, при этом вычисляется максимальная нагрузка на фундамент, которая будет больше для тех его сторон, на которые опирается крыша.

Условное расчетное сопротивление грунта R 0 определяют по таблицам СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений».

Суммируем вес крыши, снеговую нагрузку, вес перекрытий и стен, а также фундамента на грунт: 300+1386+7000+5400+2525=16 611 кг/м 2 =17 т/м 2 .
Определяем условное расчетное сопротивление грунта по таблицам СНиП 2.02.01-83. Для влажных суглинков с коэффициентом пористости 0,5 R 0 составляет 2,5 кг/см 2 , или 25 т/м 2 .

Из расчета видно, что нагрузка на грунт находится в пределах допустимой.

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:

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

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).

Для того чтобы правильно проложить электропроводку, обеспечить бесперебойную работу всей электросистемы и исключить риск возникновения пожара, необходимо перед закупкой кабеля осуществить расчет нагрузок на кабель для определения необходимого сечения.

Существует несколько видов нагрузок, и для максимально качественного монтажа электросистемы необходимо производить расчет нагрузок на кабель по всем показателям. Сечение кабеля определяется по нагрузке, мощности, току и напряжению.

Расчет сечения по мощности

Для того чтобы произвести , необходимо сложить все показатели электрооборудования, работающего в квартире. Расчет электрических нагрузок на кабель осуществляется только после этой операции.

Расчет сечения кабеля по напряжению

Расчет электрических нагрузок на провод обязательно включает в себя . Существует несколько видов электрической сети — однофазная на 220 вольт, а также трехфазная — на 380 вольт. В квартирах и жилых помещениях, как правило, используется однофазная сеть, поэтому в процессе расчета необходимо учитывать данный момент — в таблицах для расчета сечения обязательно указывается напряжение.

Расчет сечения кабеля по нагрузке

Таблица 1. Установленная мощность (кВт) для кабелей, прокладываемых открыто

Сечение жил, мм 2	Кабели с медными жилами		Кабели с алюминиевыми жилами
Сечение жил, мм 2	220 В	380 В	220 В	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

Таблица 2. Установленная мощность (кВт) для кабелей, прокладываемых в штробе или трубе

Сечение жил, мм 2	Кабели с медными жилами		Кабели с алюминиевыми жилами
Сечение жил, мм 2	220 В	380 В	220 В	380 В
0,5
0,75
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

Каждый электроприбор, установленный в доме, имеет определенную мощность — данный показатель указывается на шильдиках приборов или в техническом паспорте оборудования. Чтобы осуществить , необходимо подсчитать общую мощность. Производя расчет сечения кабеля по нагрузке, необходимо переписать все электрооборудование, а также нужно продумать, какое оборудование может добавиться в будущем. Поскольку монтаж производится на долгий срок, необходимо позаботиться о данном вопросе, чтобы резкое увеличение нагрузки не привело к аварийной ситуации.

Например, у вас получилась сумма общего напряжения 15 000 Вт. Поскольку в подавляющем большинстве жилых помещений напряжение составляет 220 В, мы рассчитаем систему электроснабжения с учетом однофазной нагрузки.

Далее необходимо продумать, какое количество оборудования может работать одновременно. В итоге у вас получится значительная цифра: 15 000 (Вт) х 0,7 (коэффициент одновременности 70 %) = 10 500 Вт (или 10,5 кВт) — на эту нагрузку должен быть рассчитан кабель.

Также вам необходимо определить, из какого материала будут выполнены жилы кабеля, поскольку разные металлы имеют разные проводящие свойства. В жилых помещениях в основном используют медный кабель, поскольку его проводящие свойства намного превышают показатели алюминия.

Стоит учитывать, что кабель обязательно должен иметь три жилы, поскольку в помещениях для системы электроснабжения требуется заземление. Кроме того, необходимо определить, какой вид монтажа вы будете использовать — открытый или скрытый (под штукатуркой или в трубах), поскольку от этого также зависит расчет сечения кабеля. После того как вы определились с нагрузкой, материалом жилы и видом монтажа, вы можете посмотреть нужное сечение кабеля в таблице.

Расчет сечения кабеля по току

Сначала необходимо осуществить расчет электрических нагрузок на кабель и выяснить мощность. Допустим, что мощность получилась 4,75 кВт, мы решили использовать медный кабель (провод) и прокладывать его в кабель-канале. производится по формуле I = W/U, где W — мощность, а U — напряжение, которое составляет 220 В. В соответствии с данной формулой, 4750/220 = 21,6 А. Далее смотрим по таблице 3, у нас получается 2,5 мм.

Таблица 3. Допустимые токовые нагрузки для кабеля с медными жилами прокладываемого скрыто

Сечение жил, мм	Медные жилы, провода и кабели
Сечение жил, мм	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