Расчетная схема сети

Для выбора сечения отдельных участков электрической сети по условиям нагрева и экономической плотности тока достаточно знать токовые нагрузки этих участков сети.

Расчет сети по потере напряжения может быть выполнен только в том случае, если известны не только нагрузки, но и длины всех участков сети.

В связи с этим, приступая к расчету сети, необходимо прежде всего составить ее расчетную схему, на которой должны быть указаны нагрузки и длины всех участков.

При расчетах трехфазных сетей нагрузки всех трехфазных проводов принимаются одинаковыми. В действительности это условие строго выполняется лишь для силовых сетей с трехфазными электродвигателями. Для сетей с однофазными электроприемниками, например для городских сетей с осветительными лампами и бытовыми приборами, всегда имеется некоторая неравномерность распределения нагрузки по фазам линии. При практических расчетах сетей с однофазными приемниками условно также принимают распределение нагрузок по фазам равномерным.

При условии равномерной нагрузки фаз линии в расчетной схеме нет необходимости указывать все провода сети, как выполнено на рисунке. Достаточно представить однолинейную схему с указанием всех присоединенных к сети нагрузок и длин всех участков сети. На схеме также должны быть указаны места установки плавких предохранителей и других защитных аппаратов.

При составлении расчетной схемы электропроводки внутри помещения следует пользоваться планами и разрезами здания, на которых должны быть нанесена электропроводка с указанием точек присоединения электроприемников. Расчетная схема наружной сети составляется по плану поселка или промышленного предприятия, но котором также должна быть нанесена сеть и указаны точки присоединения групп электроприемников (домов или отдельных зданий промышленного предприятия).

Длины всех участков сети измеряют по чертежу с учетом масштаба, в котором он вычерчен. При отсутствии чертежа длины всех участков сети должны быть измерены в натуре.

При составлении расчетной схемы сети соблюдение масштаба для участков сети не требуется. Следует лишь соблюдать правильную последовательность соединения отдельных участков сети между собой.

На следующем рисунке представлен пример расчетной схемы линии наружной сети поселка. Длины участков сети на схеме указаны сверху и слева в метрах, снизу и справа нагрузки представлены стрелками, у которых указаны расчетные мощности в киловаттах. Линия АБВ называется магистралью, участки БД, ВЕ и ВГ — ответвлениями. как видно из рисунка, отдельные участки сети представлены без масштаба что не мешает точности расчета, если длина участков указана правильно.

Определение расчетных нагрузок (мощностей) является значительно более сложной задачей. Осветительная лампа, нагревательный прибор или телевизор при нормальном напряжении на зажимах потребляет определенную номинальную мощность, которая может быть принята за расчетную мощность этого приемника.

Сложнее обстоит дело с электродвигателем, для которого потребляемая из сети мощность зависит от момента вращения связанного с двигателем механизма — станка, вентилятора, транспортера и т.п. На табличке, прикрепленной к корпусу двигателя, указывается его номинальная мощность. Фактическая мощность, потребляемая двигателем из сети, отличается от номинальной. Например, нагрузка двигателя токарного станка будет меняться в зависимости от размера обрабатываемой детали, толщины снимаемой стружки и т.п. Двигатель выбирается по наиболее тяжелым условиям работы станка, в связи с чем при других режимах работы двигатель будет недогружен. Таким образом, расчетная мощность двигателя, как правило, меньше его номинальной мощности.

Определение расчетной мощности для группы электроприемников еще более усложняется, так как в этом случае приходится учитывать возможное число включенных приемников. Представим себе, что нужно определить расчетную нагрузку для линии, питающей мастерскую, в которой  установлено 30 электродвигателей. Из них только некоторые будут работать непрерывно. Двигатели станков работают с перерывами на время установки новой детали для обработки. Часть двигателей может работать с неполной  нагрузкой или на холостом ходу. При этом нагрузки линий, питающих мастерскую, не будут оставаться постоянными. Понятно, что за расчетную нагрузку линии следует принять наибольшую возможную нагрузку, как наиболее тяжелую для проводников линии. Под наибольшей нагрузкой понимается не кратковременный ее толчок, а наибольшее среднее значение за получасовой период времени.

Расчетная нагрузка (кВт) группы электроприемников может быть определена по формуле:

P = Kc·Pу

где Кс – коэффициент спроса для режима наибольшей нагрузки, учитывающий наибольшее возможное число включенных приемников группы. Для двигателей коэффициент спроса должен учитывать также величину их загрузки; Ру – установленная мощность группы приемников, равная сумме их номинальных мощностей, кВт.

При выборе сечения проводников по условию нагрева или по экономической плотности тока необходимо определить величину расчетного тока линии.

Для трехфазного электроприемника величина расчетного тока (А) определяется по формуле:

I = (1000·P) / (1,73·Uн·cosф),

 Где P – расчетная мощность приемника, кВт;

Uн – номинальное напряжение на зажимах приемника, равное междуфазному (линейному) напряжению сети, к которой он присоединен, В; cosф – коэффициент мощности приемника.

Данную формулу можно также использовать для определения расчетного тока группы трехфазных или однофазных электроприемников при условии, что однофазные приемники присоединены поровну ко всем трем фазам линии.

Величина расчетного тока (А) для однофазного приемника или для группы приемников, присоединенных к одной фазе сети трехфазного тока, определяются по формуле:

I = (1000·Р) / (Uнф·cosф),

где Uнф – номинальное напряжение приемников, равное фазному напряжению сети, к которой они присоединяются, В.

Величина расчетного тока для группы приемников, присоединенных к линии однофазного тока как раз и определяется по этой формуле.

Для ламп накаливания и нагревательных приборов коэффициент мощности cosф = 1. В этом случае две предыдущие формулы упрощаются.

На втором рисунке , приведенном в статье, расчетные нагрузки присоединенных к линии домов указаны в киловаттах у концов соответствующих стрелок. Для выбора сечения проводов линии необходимо знать нагрузку участков. Эта нагрузка определяется на основании первого закона Кирхгофа, по которому для любой точки сети сумма приходящих токов должна быть равна сумме выходящих токов. Этот закон справедлив также для нагрузок выраженных в киловаттах.

Распределение нагрузок по участкам линии. В конце линии на участке длиной 80 м, примыкающем к точке Г, нагрузка 9 кВт равна расчетной нагрузке присоединенного к линии в точке Г дома. На участке ответвления длиной 40 м, примыкающем к точке В, нагрузка равна сумме нагрузок домов, присоединенных на участке ВГ ответвления: 9 + 6 = 15 кВт. На участке магистрали длиной 50 м, примыкающем к точке В, нагрузка составляет: 15 + 4 + 5 = 24 кВт.

Подобным же образом определяются нагрузки всех остальных участков линии. Для того чтобы не снабжать все указанные на схеме числа обозначениями соответствующих единиц (м, кВт), длины и нагрузки на схеме должны быть расположены в определенном порядке. На расчетной схеме длины участков линии указаны сверху и слева, нагрузки этих же участков – снизу и справа.

Пример по теме.

Четырехпроводная линия номинальным напряжением 380/220 В питает мастерскую, в которой установлено 30 электродвигателей, суммарная установленная мощность Ру1 = 48 кВт. Суммарная мощность ламп освещения мастерской составляет Ру2 = 2 кВт, коэффициент спроса для силовой нагрузки Кс1 = 0,35 и для осветительной нагрузки Кс2 = 0,9. Средний коэффициент мощности для всей установки cosф = 0,75. Определить расчетный ток линии.

Решение.
Расчетная нагрузка электродвигателей: Р1 = 0,35·48 = 16,8 кВт
И расчетную нагрузку освещения: Р2 = 0,9·2 = 1,8 кВт.
Суммарная расчетная нагрузка: Р = 16,8 + 1,8 = 18,6 кВт.
Расчетный ток: I = (1000·18,6) / (1,73·380·0,75) = 38 А