Расчёт сечения проводов по допустимой длительной токовой нагрузке и допустимой потере напряжения в электроустановках напряжением до 1000 В

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчёт сечения проводов по допустимой длительной токовой нагрузке и допустимой потере напряжения в электроустановках напряжением до 1000 В

План

1. Общие сведения о выборе сечения проводов в электроустановках напряжением до 1000 В

2. Расчёт сечения и выбор проводов по длительной токовой нагрузке

2.1 Определение расчётной мощности

2.2 Определение расчётного тока и выбор сечения проводов для цепей постоянного тока и цепей однофазного и трёхфазного тока с осветительной нагрузкой

2.3 Определение расчётного тока и выбор сечения проводов для цепи трёхфазного двигателя

2.4 Проверка выбранного сечения провода по допустимой потере напряжения

3. Последовательность действий при расчёте сечения проводов по длительной токовой нагрузке и допустимой потере напряжения с последующим выбором сечения проводов

3.1 Пример расчёта и выбора сечения проводов для трёхфазного асинхронного двигателя

4. Расчёт сечения проводов при распределённой нагрузке методов моментов

4.1 Пример расчёта и выбора сечения проводов при распределённой осветительной нагрузке

5. О различии понятий "падение напряжения" и "потеря напряжения"

6. Задания для самостоятельной работы студентов

Приложения

Литература

1. Общие сведения о выборе сечения проводов в электроустановках напряжением до 1000 В

При длительном протекании тока в проводниках температура токоведущих жил не должна превышать значений, опасных для изоляции. Поэтому выбор сечения проводов производят по допустимой длительной нагрузке на проводники.

Согласно ПУЭ снижение напряжения у наиболее удалённых ламп внутреннего рабочего освещения промышленных предприятий и общественных зданий, а также прожекторных установок наружного освещения должно составлять не более 2,5%, а для освещения жилых зданий, аварийного и наружного освещения - не более 5%. Наибольшее напряжение у ламп должно быть не более 105% от номинального. В противном случае лампы очень скоро выйдут из строя. Для силовых сетей отклонение напряжения от номинального должно составлять не более ±5% .

Поэтому провода, выбранные по условию длительного нагрева, при достаточной их протяжённости проверяются на потерю напряжения.

2. Расчёт сечения и выбор проводов по длительной токовой нагрузке

Для выбора проводов необходимо знать величину тока, протекающего по этим проводам. Исходными величинами для его определения являются номинальные данные приёмника электроэнергии: мощность, напряжение, коэффициент мощности.

2.1 Определение расчётной мощности

Если установлено несколько электродвигателей (или ламп), но одновременно все они не работают, то очевидно, нецелесообразно выбирать сечение магистральных проводов исходя из суммарной мощности установленных электродвигателей (или ламп):

,

где - номинальная мощность каждого потребителя.

В данном случае провода рассчитывают исходя из расчётной мощности Рр:

,

где - коэффициент спроса каждого потребителя.

Величина для различных нагрузок приводится в приложении 1.

2.2 Определение расчётного тока и выбор сечения проводов для цепей постоянного тока и цепей однофазного и трёхфазного тока с осветительной нагрузкой

Величина расчётного тока определяется по формулам:

а) для однофазных потребителей:

;

б) для трёхфазных потребителей:

,

где - расчётная мощность, Вт;

- номинальное напряжение, В;

- коэффициент мощности.

Для ламп накаливания и нагревательных приборов .

В цепях постоянного тока расчётный ток будет равен:

.

2.3 Определение расчётного тока и выбор сечения проводов для цепи трёхфазного двигателя

Для электродвигателей в паспорте указывается номинальная мощность на валу двигателя. Потребляемая двигателем мощность из сети будет равна:

,

где - номинальная мощность электродвигателя, кВт;

- номинальный коэффициент полезного действия;

- потребляемая мощность из сети, кВт.

Поэтому номинальный ток, потребляемый трёхфазным электродвигателем из сети, равен:

.

После определения расчётного тока то таблице приложения 2 выбирают провода необходимого сечения.

2.4 Проверка выбранного сечения провода по допустимой потере напряжения

Выбранные провода проверяют на потерю напряжения по приближённым формулам (без учёта реактивного сопротивления проводов):

а) для однофазных потребителей переменного тока:

;

или:

;

б) для трёхфазных потребителей:

;

или:

,

где - потери напряжения, В или %;

- расчётная мощность, Вт;

; - номинальное (фазное) напряжение, В;

- длина питающей линии, м;

- удельная электрическая проводимость материала провода, м/Ом•мм 2 ; сечение провод электроустановка ток

- поперечное сечение провода, мм 2.

Для линий постоянного тока справедливы формулы, по которым определяют потери напряжения в сетях однофазного переменного тока.

Если окажется, что потери напряжения превышают допустимое значение, то следует взять другое (большее) сечение провода и повторить проверку на потерю напряжения.

3. Последовательность действий при расчёте сечения проводов по длительной токовой нагрузке и допустимой потере напряжения с последующим выбором сечения проводов

Более рациональной является следующая последовательность действий при выборе сечения проводов:

1) определяют нагрузочный ток в проводах.

2) по приложению 2 выбирают допустимые сечения проводов

,…;

3) рассчитывают сечение проводов по допускаемой потере напряжения, для чего преобразую известные формулы:

a) для однофазных потребителей переменного тока:

;

б) для трёхфазных потребителей:

,

где - потери напряжения, %;

- расчётная мощность, Вт;

;- номинальное (фазное) напряжение, В;

- длина питающей линии, м;

- удельная электрическая проводимость материала провода, м/Ом•мм 2 ;

- поперечное сечение провода, мм 2;

4) подбирают стандартные сечения проводов , …;

5) из двух сечений, выбранных по допускаемой нагрузке (,…) и по допускаемой потере напряжения (,…) выбирается большее; в этом случае провода будут удовлетворять требованиям, как по нагреву, так и по потере напряжения.

3.1 Пример расчёта и выбора сечения проводов для трёхфазного асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель мощностью присоединён к источнику питания трёхфазной воздушной линии напряжением с медными проводами длиной . Коэффициент мощности электродвигателя ; коэффициент полезного действия ; коэффициент спроса . Определить сечение проводов, питающих двигатель.

Решение:

Номинальный ток двигателя:

;

.

Мощность, потребляемая двигателем из сети:

;

.

Расчётная мощность двигателя:

;

.

Стандартное сечение .

Сечение по допустимой потере напряжения:

;

Из двух значений и выбираем большее. Итак, .

4. Расчёт сечения проводов при распределённой нагрузке методов моментов

Выше приведённые формулы для определения потерь напряжения годны лишь для случая, когда нагрузка сосредоточена в конце линии. Если же нагрузка распределена по длине линии (рис 4.1), то расчёт производится методом моментов.

Рис 4.1. Определение момента нагрузки

Моментом нагрузки называется произведение:

.

Для распределённой нагрузки момент определяется:

,

где - мощность приёмников, кВт;

- длины участков линий, м.

Потери напряжения в проводах линий напряжением до 1000 В небольшой протяжённости при распределённой нагрузке определяются по формулам:

а) для однофазных потребителей переменного или постоянного тока:

;

;

или:

;

б) для трёхфазных потребителей:

;

или:

,

где - потери напряжения, В или %;

- расчётная мощность, Вт;

- длина питающей линии, м;

- удельная электрическая проводимость материала провода, м/Ом•мм 2 ;

- поперечное сечение провода, мм 2.

4.1 Пример расчёта и выбора сечения проводов при распределённой осветительной нагрузке

Выбрать магистральный провод наружного освещения для питания 25 ламп мощностью . Питание ламп производится от однофазной сети напряжением . Необходимая длина магистральной линии .

Решение:

Установленная мощность составляет:

;

.

Для наружного освещения коэффициент спроса . Поэтому расчётная мощность будет:

;

.

Расчётный ток:

;

.

По таблице выбираем алюминиевый провод, проложенный в трубе (два одножильных), сечением 6 мм 2, для которого допустимая токовая нагрузка составляет 36 А.

Потери напряжения в проводах составят (удельная электрическая проводимость алюминия ):

;

.

Таким образом, выбранное сечение провода удовлетворяет требованиям ПУЭ.

5. О различии понятий "падение напряжения" и "потеря напряжения"

Дадим определение падению напряжение и потере напряжения на примере трёхфазной линии с активно-индуктивной нагрузкой на конце (рис 5.1).

Если нагрузка, подключенная в конце линии, распределена равномерно по фазам линии, а также при одинаковом сопротивлении проводов, то потерю напряжения можно определить для одной фазы. В этом случае трёхфазную линию изображают в виде одной линии:

а) б)

Рис 5.1. Схема для определения потери напряжения в трёхфазной линии: а - с учётом линейного напряжения; б - с учётом фазного напряжения

При расчёте используют фазные напряжения в начале и конце линии, а за нагрузку принимают нагрузку одной фазы. Обозначим:

- активное сопротивление линии, Ом;

- индуктивное сопротивление линии, Ом;

- полное сопротивление линии, Ом;

- фазное напряжение в начале линии, В;

- фазное напряжение в конце линии, В;

- ток нагрузки каждого провода, А;

;- коэффициенты мощности в начале и в конце линии.

Примем, что , и известны; требуется определить напряжение и в начале линии. Для этого строим векторную диаграмму напряжений и токов для одной фазы линии.

Отложим отрезок , представляющий в некотором масштабе вектор фазного напряжения в конце линии. Под углом в сторону отставания от вектора напряжения откладываем вектор тока . От точки параллельно вектору тока отложим отрезок , представляющий собой падение напряжения в активном сопротивлении одной фазы линии. От точки перпендикулярно отрезку отложим отрезок , представляющий собой падение напряжения в индуктивном сопротивлении линии.

Из треугольника видно, что отрезок представляет собой геометрическую сумму падений напряжения в активном и индуктивном сопротивлениях одной фазы линии.

Рис. 5.1. Векторная диаграмма трёхфазной линии с активно-индуктивной нагрузкой в конце

Вектор , численно равный

,

представляет собой величину полного падения напряжения в одной фазе линии. Соединив линией точки и , найдём вектор напряжения в начале линии .

Геометрическую разность векторов напряжений в начале и конце линии называют паданием напряжения:

.

Из диаграммы видно, что вектор сдвинут относительно вектора в начале линии на угол .

При расчёте электрических сетей определяют не падение, а только потерю напряжения в линии, так как работа электроприёмников зависит от абсолютного значения напряжения на их зажимах, а не от его фазы (направление вектора). Алгебраическую разность значений напряжений в начале и конце линии называют потерей напряжения, которую можно определить как разность показаний вольтметров, включённых в начале и конце линии. Графически потеря напряжения изображается отрезком:

.

Для сетей напряжением до 10 кВ углы между и весьма малы, а следовательно мал и отрезок . Пренебрегая величиной отрезка , принимают за величину потери напряжения отрезок , который является проекцией вектора на направление вектора .

Итак: - падение напряжения; - потеря напряжения.

6. Задания для самостоятельной работы студентов

Задача № 1

От источника постоянного тока по магистральной линии длиной подаётся питание на распределительный пункт, к которому присоединены потребители , , и (рис 6.1). Магистраль и ответвления длиной , , и выполнены алюминиевыми проводами, проложенными в трубах. Номинальное напряжение потребителей , удельная электрическая проводимость алюминиевого провода , коэффициент спроса .

Определить стандартные сечения проводов магистрали и ответвлений, если потеря напряжения в магистрали не должна превышать , а в ответвлении - . Исходные данные приведены в табл. 6.1.

Рис 6.1. Схема к задаче №1

Исходные данные к задаче №1 Таблица 6.1

Варианты	Величина
	Р 1,Вт	Р 2,Вт	Р 3,Вт	Р 4, Вт	lм, м	l1,м	l2,м	l3,м	l4,м	Uн,В
1	10000	0	4000	2000	10	6	0	8	12	220
2	5000	5000	2000	0	15	4	6	5	0	110
3	6000	2500	0	1000	20	10	5	0	8	220
4	0	2000	4000	2000	10	0	8	10	6	110
5	4000	1000	6000	0	25	12	5	6	0	220
6	2500	1500	0	4500	4	5	10	0	8	110
7	0	8000	2000	5000	10	0	15	8	6	220
8	1500	0	2500	3000	8	3	0	6	10	110
9	3500	4000	5500	0	18	5	10	4	0	220
10	1000	0	3000	2000	10	6	0	8	5	110

Задача № 2

К распределительному пункту присоединены три асинхронных двигателя с короткозамкнутым ротором (рис. 6.2). Сведения о двигателях питающей сети приведены в табл. 2. Все двигатели могут работать одновременно с полной нагрузкой. Номинальное напряжение .

Определить сечения алюминиевых проводов магистрали и каждого ответвления к двигателю, проложенных открыто. Удельная электрическая проводимость алюминиевого провода .

Допускаемая потеря напряжения в магистрали 2%, а в ответвлении 3%. Исходные данные приведены в табл. 6.2. Коэффициент спроса .

Рис 6.2. Схема к задаче №2

Исходные данные к задаче № 2 Таблица 6.2

Вариант	Номинальная мощность, кВт	Коэффициент полезного действия	Коэффициент мощности	Длины участков, м
	P1	P2	P3	з1	з2	з3	сosц1	сosц2	сosц3	lм	l1	l2	l3
1	4,0	5,5	7,5	0,86	0,87	0,87	0,89	0,91	0,88	30	10	15	5
2	1,1	2,2	3,0	0,75	0,8	0,82	0,81	0,83	0,83	20	15	5	12
3	5,5	11	15	0,87	0,87	0,865	0,91	0,87	0,83	40	10	15	15
4	11	2,2	5,5	0,87	0,8	0,87	0,87	0,83	0,91	25	8	10	7
5	15	3,0	7,5	0,865	0,82	0,87	0,83	0,83	0,88	32	2	10	8
6	4,0	2,2	15	0,86	0,8	0,865	0,89	0,83	0,83	42	10	16	5
7	11	4,0	1,1	0,87	0,86	0,75	0,87	0,89	0,81	24	4	10	16
8	5,5	2,2	3,0	0,87	0,87	0,82	0,91	0,83	0,83	28	8	10	5
9	15	7,5	2,2	0,865	0,87	0,87	0,83	0,88	0,83	36	6	12	10
10	3,0	4,0	7,5	0,82	0,86	0,87	0,83	0,89	0,88	24	10	10	5

Приложение 1

Коэффициенты спроса для некоторых потребителей электроэнергии

Наименование помещений и зданий, в которых прокладываются провода и кабели	Коэффициент спроса Кс
Жилые дома, торговые помещения, мелкие мастерские, наружное и аварийное освещение Библиотеки, столовые, административные здания Лечебные, детские, учебные заведения, конторы Большие производственные объекты Средние производственные объекты Подстанции Склады, подвалы	1 0,9 0,8 0,95 0,85 0,6 0,6

Приложение 2

Длительно допустимые токовые нагрузки, А, на провода с поливинилхлоридной изоляцией

Сечение токопроводящей жилы, мм 2	Провода, проложенные открыто	Провода, проложенные в одной трубе
		два провода	три провода
	медные	алюми-ниевые	медные	алюми-ниевые	медные	алюми-ниевые
0,75 1 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 30	15 17 23 30 41 50 80 100 140 170 215	- - - 24 32 39 68 80 105 130 165	- 16 19 27 33 46 70 85 115 135 185	- - - 20 28 36 50 60 85 100 140	- 15 17 25 35 42 60 80 100 120 170	- - - 19 28 32 47 60 80 95 130

Литература

1. Правила устройства электроустановок. М.: Энергия 1966.

2. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М.: Высшая школа 1975.

3. Атабеков В.А. Монтаж электрических сетей и силового электрооборудования. М.: Высшая школа 1985.

4. Цигельман И.Е. Электроснабжение гражданских зданий и коммунальных предприятий. М.: Высшая школа 1988.

5. Семёнов В.А. Лабораторно-практические работы по специальной технологии для электромонтажников. М.: Высшая школа 1988 г.

Размещено на Allbest.ru