Как рассчитать необходимую мощность электрического щита
Зачем это нужно?
Расчёт мощности щитка необходимо выполнить для:
- оптимального распределения нагрузки в существующих однофазных сетях с учётом сечения кабеля;
- равномерного распределения нагрузки по фазам в трехфазной сети;
- обнаружения «узких мест» сети для последующей модернизации;
- подбора кабеля нужного диаметра для прокладки новой проводки;
- подбора защитного оборудования;
- определения уровня затрат на электроэнергию.
Как видно из перечня, расчёт мощности является основополагающим при построении электросети и сборке электрощита.
Теоретическая основа расчётов
Номинальная мощность электроприборов обычно указывается на шильдике на приборе или же в паспорте к нему. Если же мощность не указана, но есть показатель тока, то для расчёта применяется следующая формула:
P=I∙U, Вт
где I – сила тока, А
U – напряжение в сети, В
Для определения суммарной мощности группы потребителей на одной линии применяется следующая формула:
Ррасч=Кс(Р1+Р2+Р3+…+Рn), Вт
Где с — коэффициент спроса,
Р1, Р2, Р3, Рn— номинальные мощности отдельных приборов, Вт
Коэффициент спроса указывает на возможность одновременного включения всех приборов линии. При одновременном включении всех устройств Кс=1. На практике это происходит редко, поэтому для жилых помещений коэффициент спроса принят на уровне 0,8 для 2х потребителей, 0,75 для 3х и 0,7 – 5 и более.
Также при расчётах мощности нужно учитывать соотношение реактивной и активной составляющих сопротивления нагрузки (cos φ, Вт / ВА).
Поэтому формула полной расчетной мощности будет выглядеть так:
Sp=Ррасч / cos φ , ВА
Где cos φ — коэффициент мощности.
При расчёте мощности для жилого помещения этот коэффициент принимают равным 0,95 – 0,98. Если же планируется подключение приборов с большим индуктивным сопротивлением (например, компрессор, насос, электродрель, перфоратор), то в расчет нужно закладывать cos φ равный 0,8.
Именно этот показатель нужно использовать при построении сети, распределении нагрузки на фазы. Также на основании полученных данных производится вычисление расчётной величины силы тока:
Iрасч=SР / U, А
На основании этого показателя происходит подбор сечения кабеля для проводки, а также защитной автоматики для установки в щиток.
Пример расчёта мощности электрощита
Разберём подробнее расчёт на следующем примере.
Допустим, нужно подключить к щиту кухню, на которой предполагается использовать следующие приборы:
- электропечь с духовкой, 8800 Вт;
- микроволновка, 2200 Вт;
- чайник, 2000 Вт;
- мультиварка, 1000 Вт;
- тостер, 750 Вт;
- вытяжка, 400 Вт;
- холодильник, 250 Вт.
Произведём расчёт общей мощности помещения. Для этого складываем показатели мощности всех приборов:
Робщ=8800+2200+2000+1000+750+400+250=15400 (Вт)
К линии планируется подключать все приборы, поэтому коэффициент спроса примем Кс=0,7. Расчётная мощность составит:
Ррасч=15400∙0,7=10780 (Вт)
Из перечня электроприборов видно, что в их числе нет устройств с большим индуктивным сопротивлением. Поэтому cos φ можно взять одинаковый для всех – 0,98. Уточнить этот показатель для каждого прибора можно по справочным таблицам. Полная расчётная мощность с учётом cos φ составит:
SР=10780 / 0,98=11000 (ВА)
Также необходимо сделать вычисление силы тока:
Iрасч=11000 / 220=50 (А)
Вычисленные показатели используются для определения входящей мощности электрического щита, а также для определения параметров для вводного автомата и защитных устройств на вводе.
Также нужно сделать вычисления по каждому отдельному потребителю. Это потребуется для равномерного распределения всех потребителей по фазам, определения нагрузки на каждую отдельную линию и подбор защитной автоматики для каждой из линий. Это удобно сделать в табличном документе Excel.
Мощных потребителей нужно выводить отдельной линией соответствующего сечения кабеля и установкой на неё специальной силовой розетки и автомата подходящего по номиналу. Обычно для подключения розеток используется кабель сечением 2,5 мм2 и устанавливаются автоматические выключатели на 16 А. Поэтому нагрузку на розеточные линии следует распределить так, чтобы не превышать эти значения. В противном случае будет происходить постоянное срабатывание защитного автомата. При установке автомата большим номиналом будет происходить перегрузка проводки, что приведет к её перегреву и опасно возгоранием.
В таблице цветами выделены отдельные линии, которые нужно предусмотреть при проектировании щита для подключения всех потребителей.
Расчёт мощности щитка должен в обязательном порядке выполняться при проектировании проводки и самого щита. Без этих вычислений высока вероятность неэффективного использования или перегрузки линий электросети.
Оцените новость:
Поделиться:
Современная концепция активной и неактивной мощности | Публикации
Анонс: Основные причины низких коэффициентов cosϕ при максимально полной компенсации реактивной мощности в силовой потребительской сети. Параллелепипед мощности для расчета баланса в электросети объекта. Источники искажений в тока, напряжения силовых потребительских сетях.
Интеграция в силовые сети объектов разного назначения все больших объемов сложной нагрузки с нелинейными вольтамперными характеристиками привела к тому, что даже при (условно) полной компенсации потребности в реактивной энергии на фундаментальной частоте (синхронными машинами, установками компенсации реактивной мощности и т. д.) выйти на cosϕ около 1, т. е. когда полная мощность близка активной и потерь в сети мало не удается.
Это происходит по причине искажений кривых тока и напряжения самой нелинейной нагрузкой не только на фундаментальной (основной) частоте 50 Гц, но и других частотах, названных гармоническими (кратных основной частоте — n*f1, где n-номер гармоники, f1 — фундаментальная первая частота).
Ток основной частоты и токи гармоник в сетях с нелинейной нагрузкойУпрощенно складывается ситуация, когда мгновенные значения напряжения и тока на выводах не соответствуют закону Ома, как из-за фазового сдвига синусоид тока, напряжения, так и искажения формы сигнала тока по отношению к формам сигнала напряжения.
Еще в 1927 году К. Будяну (с румын. С. Budeanu) в своей теории мощности (Puissances réactives et fictives) определил реактивную мощность, как сумму реактивных мощностей всех гармоник тока и напряжения со своим фазовым сдвигом:
А IEEE 1459-2010 (IEEE Standard Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities Under Sinusoidal, Non sinusoidal, Balanced, or Unbalanced Conditions) после селекции целого пакета теорий баланса мощностей и формализовал для расчетов термины и зависимости, а также не традиционный треугольник, а параллелепипед мощности.
Расчетные формулыЗначения в формуле:
- Р1 — fundamental active power (фундаментальная активная мощность на основной частоте),
- Q1 — fundamental reactive power(фундаментальная реактивная мощность на основной частоте),
- S1 — fundamental apparent power (основная, фундаментальная мощность частоты 50 Гц у нас, в ЕС и Америке — 60 Гц),
- SN — non fundamental apparent power (мощность на частотах гармоник — нефундаментальная),
- PН harmonics active power (активная мощность гармоник),
- SH — harmonic apparent power (полная мощность гармоник),
- DI — current distortion power(мощность искажений тока),
- DU — voltage distortion power(мощность искажений напряжения),
- N — non active power(неактивная мощность),
- THDU — voltage total harmonic distortion (общий коэффициент гармонических искажений напряжения),
- THDI — current total harmonic distortion (общий коэффициент гармонических искажений тока).
Т. е. по факту гармоники были наиболее мешающим искажением в электрических системах уже в первой половине прошлого века, их проблема до сих пор не решена и усиливается, а интерес к искажениям тока, напряжения скачкообразно вырос со стартом Industry 4.0 за рубежом и цифровизацией экономики в нашей стране (см. более детально об Industry 4.0 и отечественной»цифровизации» в публикации генерального директора завода «МИРКОН» Чудакова А. Ю. в шестом выпуске журнала «Главный энергетик»).
Осложняет решение проблемы недопонимание того, что качество электроэнергии строго зависит от конечного потребителя, а факторами, наиболее влияющими на реальные параметры сети, остаются неисправности в энергосистеме, сети, подстанции, включение и выключение нагрузок большой мощности, а также интеграция значительных объемов нелинейных нагрузок (освещение, электронные устройства, преобразователи) в непосредственной близости от мощного нелинейного электропривода.
На текущий момент условно выделяют три наиболее крупные источников искажений в силовых сетях:
- дуговые устройства — печи, сварочные аппараты и т. д.;
- устройства с электромагнитными сердечниками — трансформаторы, электродвигатели или генераторы;
- электронные и силовые электронные устройства — компьютерная техника, инверторы, конверторы, выпрямители, а также контроллеры управления на полупроводниковых ключах.
Тогда если рассматривать современное производство с претензией на цифровую трансформацию электросетей согласно планам новой «Энергетической стратегии РФ», то объект будет насыщаться частотными приводами на ШИМ-преобразователях, АСУ с программно-аппаратным комплексом на выпрямителях, оборудованием с программно-логическими контроллерами на полупроводниковых схемах в вентильными ключами, системами энергосберегающего освещения и т. д. и т. п. Т. е. нелинейной нагрузкой, генерирующей разные спектры гармонических искажений.
Вдобавок к этому гармоники тока, напряжения «перегенерируются» трансформаторами подстанций и свободно мигрируют между потребительскими и распределительными сетями, что уже привело к разработке и вводу в действие стандартов по квотам эмиссии и трансмиссии гармоник между сетью электросетевой компании и абонента с формализацией ответственности сторон.
Поэтому решать проблему искажений нужно уже сегодня, делать это придется, да и нужно самим потребителям электроэнергии, а возможные варианты технических решений с прямой или косвенной финансовой выгодой и формальной целесообразностью (в аспекте ухода от правовых коллизий с распределительной сетью) специалисты компании «МИРКОН» аккумулируют в следующих публикациях.
Какие 2 уравнения для электрической мощности?
Электрическая мощность есть произведение напряжения и силы тока. P=VXI . п знак равно V Икс я .
Запрос на удаление |
Посмотреть полный ответ на eepower.com
Каковы 2 уравнения для электрической энергии?
Электрическая энергия = электрическая мощность × время = P × t. Таким образом, формула для электрической энергии имеет вид: Электрическая энергия = P × t = V × I × t = I2 × R × t = V2t / R.
Запрос на удаление |
Посмотреть полный ответ на fire2fusion. com
Какое уравнение для электрической энергии?
Электрическая энергия = мощность x время. Общее количество потребляемой электроэнергии зависит от общей мощности, используемой всеми вашими электрическими устройствами, и общего времени их использования в вашем доме. Один киловатт-час равен 1000 ваттам мощности, используемой в течение одного часа времени.
|
Посмотреть полный ответ на edinformatics.com
Каковы 3 формулы для электроэнергии?
Формула мощности
- P = E t.
- P = Вт t.
- П = В 2 Р.
|
Посмотреть полный ответ на byjus.com
Какова формула викторины об электрической энергии?
Электрическая мощность P равна потреблению энергии E, деленному на время потребления t.
Запрос на удаление |
Просмотреть полный ответ на сайте quizlet. com
Объяснение уравнений электрической мощности за (примерно) 60 секунд
Какие два типа энергии существуют?
Существует множество форм энергии, но все они делятся на две категории:
- Потенциальная энергия.
- Кинетическая энергия.
|
Посмотреть полный ответ на eia.gov
Какова формула двухфазного питания?
Какова формула мощности в двухфазных системах? Двухфазная система представляет собой трансформатор с центральным отводом. Следовательно, мощность представляет собой сумму фазных напряжений, умноженных на линейный ток = 2 x Vфаз x Iфаз.
Запрос на удаление |
Посмотреть полный ответ на engineering.com
Какие 2 основных типа энергии определяют каждый?
Хотя существует много конкретных типов энергии, две основные формы — это кинетическая энергия и потенциальная энергия.
- Кинетическая энергия — это энергия движущихся объектов или масс. Примеры включают механическую энергию, электрическую энергию и т.д.
- Потенциальная энергия – это любая форма энергии, в которой хранится потенциал, который можно использовать в будущем.
|
Посмотреть полный ответ на vikaspedia.in
Каковы две единицы энергии?
1 Джоуль (Дж) — это единица энергии МКС, равная силе в один ньютон, действующей на один метр. 1 ватт — это мощность тока в 1 ампер, протекающего через 1 вольт.
Запрос на удаление| Посмотреть полный ответ на физике.
Каковы 2 наиболее важных источника энергии?
В глобальном масштабе мы получаем наибольшее количество энергии из нефти, за ней следуют уголь, газ и гидроэлектроэнергия. Как мы более подробно рассмотрим ниже — «Какая часть мировой энергии поступает из низкоуглеродных источников?» – в мировом энергетическом балансе по-прежнему преобладают ископаемые виды топлива. На их долю приходится более 80% энергопотребления.
Запрос на удаление |
Полный ответ можно найти на сайте ourworldindata.org
Каковы два основных типа викторины об энергии?
Двумя основными видами энергии являются кинетическая энергия и потенциальная энергия.
|
Посмотреть полный ответ на quizlet.com
Какие существуют 2 типа трехфазного питания?
Существуют две основные трехфазные конфигурации: звезда (Y) и треугольник (Δ). Как показано на схеме, в конфигурации треугольника для передачи требуется только три провода, а в конфигурации звезда (звезда) может быть четвертый провод. Четвертый провод, если он присутствует, используется как нейтраль и обычно заземлен.
Запрос на удаление |
Полный ответ см. на en.wikipedia.org
Какое уравнение для трехфазного питания?
3-фазные расчеты
Для 3-фазных систем мы используем следующее уравнение: кВт = (В × I × КМ × 1,732) ÷ 1000.
|
Полный ответ см. на сайте ecmweb.com
Что такое двухфазное и трехфазное питание?
Трехфазная электроэнергия требует меньшей массы проводника при том же напряжении и габаритной мощности по сравнению с двухфазной четырехпроводной схемой той же пропускной способности. Он заменил двухфазное питание для коммерческого распределения электроэнергии, но двухфазные цепи все еще встречаются в некоторых системах управления.
Запрос на удаление |
Посмотреть полный ответ на en.wikipedia.org
Что такое трехфазное и однофазное питание?
|
Посмотреть полный ответ на ukpowernetworks.co.uk
Какова формула для фазного напряжения?
1. Рассчитайте фазное напряжение, если линейное напряжение составляет 460 вольт, учитывая, что система представляет собой трехфазную сбалансированную систему, соединенную звездой. Ответ: Мы знаем, V
|
Посмотреть полный ответ на vedantu.com
Какова формула однофазной мощности?
В однофазной цепи переменного тока, такой как в наших домах, соотношение между мощностью, напряжением и током известно как закон Ватта и формулируется как: Закон Ватта: W = V x A x p.f. мощность равна напряжению, умноженному на ток, умноженному на коэффициент мощности.
Запрос на удаление |
Посмотреть полный ответ на c03.apogee.net
Что такое двухфазное электропитание?
|
Посмотреть полный ответ на ctlsys. com
Как рассчитать напряжение между 3 фазами и нейтралью?
Трехфазная мощность и ток
- , что также может быть выражено как:
- Примечание: вы можете выполнить эти уравнения либо в ВА, В и А, либо в кВА, кВ и кА, в зависимости от величины параметров, с которыми вы имеете дело. . …
- или как вариант: …
- напряжение между фазой и нейтралью В LN = 400/√3 = 230 В.
|
Посмотреть полный ответ на myelectrical.com
Каковы 2 примера источников энергии?
Основными источниками энергии в окружающей среде являются такие виды топлива, как уголь, нефть, природный газ, уран и биомасса. Все виды топлива из первичных источников, за исключением биомассы, являются невозобновляемыми. Первичные источники также включают возобновляемые источники, такие как солнечный свет, ветер, движущаяся вода и геотермальная энергия.
Запрос на удаление |
Посмотреть полный ответ на cleanet.org
Каковы 3 основных источника энергии?
Три основных источника чистой энергии – это энергия ветра, солнечная энергия и гидроэлектроэнергия.
Запрос на удаление |
Посмотреть полный ответ на starenergypartners.com
Какие 2 альтернативных источника энергии?
Примеры возобновляемых источников энергии включают энергию ветра, солнечную энергию, биоэнергию (органические вещества, сжигаемые в качестве топлива) и гидроэнергетику, включая энергию приливов и отливов.
Запрос на удаление |
Посмотреть полный ответ на сайте nationalgrid.com
Что является основным источником энергии?
Одним из важнейших источников энергии является солнце. Энергия солнца является первоначальным источником большей части энергии на Земле.
|
Посмотреть полный ответ на dnr.louisiana.gov
Какой источник электроэнергии является лучшим?
Ядерная энергия имеет самый высокий коэффициент мощности
Как видите, ядерная энергия имеет самый высокий коэффициент мощности среди всех других источников энергии.
Запрос на удаление |
Посмотреть полный ответ на energy.gov
← Предыдущий вопрос
Все ли тела падают с одинаковой скоростью?
Следующий вопрос →
Кайя пират?
Расчет вращательной и электрической мощности
Научный закон сохранения энергии гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, но ее можно преобразовать. Другими словами, энергия, которая используется в какой-то данной ситуации, должна поступать из другого источника энергии. Оно не может появиться из «пустого воздуха». Однако энергия бывает разных форм и может переходить из одной формы в другую (например, химическая, тепловая, гравитационная и многие другие).
Аналогичным образом, механическая мощность вращения, выдаваемая двигателем, должна приводиться в действие соответствующим количеством электроэнергии, обеспечиваемой приводом. Как и в примере с энергией, вращательная мощность обеспечивается входной электрической мощностью, и, как и в случае с энергией, вращательная мощность не может превышать электрическую. Поэтому важно проверить мощность во всей системе от источника питания до выходного вала двигателя или редуктора.
Обратите внимание, что в этой статье предполагается, что читатель имеет базовое представление о законе Ома (V=IR), сохранении энергии и алгебраических операциях.
ФУНДАМЕНТ
Основные уравнения мощности следующие:
Где P e — электрическая мощность, а P r — вращательная мощность, V — напряжение, I — ток, τ — крутящий момент в Нм, а ω — скорость в об/мин.
ВРАЩАЮЩАЯСЯ МОЩНОСТЬ
Механическая сила – это сила, действующая на расстоянии в течение некоторого периода времени. Вращательная версия представляет собой крутящий момент, прилагаемый под некоторым углом в течение некоторого периода времени. Следовательно, умножение крутящего момента на скорость и дополнительный коэффициент преобразования дает механическую вращательную мощность P р .
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ
Электрическая мощность, P e , представляет собой произведение напряжения на силу тока; однако из-за изменчивой природы электричества это обычно не так просто. Существует три вида электроэнергии, на которые можно классифицировать ваше приложение.
1.) ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Это самый простой вид электричества, расчет относительно прост. Термин напряжения в уравнении мощности — это просто значение входного напряжения постоянного тока.
На привод подается постоянный ток, но ток преобразуется в синусоидальную волну для привода двигателя. К сожалению, существуют разные методы обработки этого сигнала, и поэтому на этом шаге необходимо изучить тип номинального тока, который использует привод. Найдите предел непрерывного тока для привода и является ли он пиковым или среднеквадратичным. Уравнение мощности выражается в терминах пика синуса, поэтому, если значение тока выражено в среднеквадратичных значениях, вам нужно будет умножить его на квадратный корень из 2.
Умножьте V DC на номинальный ток с точки зрения пика синуса, чтобы найти электрическую мощность, на которую способен привод.
2.A.) ПИТАНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (В ФАЗЕ)
Основное уравнение электрической мощности для переменного тока является более сложным из-за «переменного» характера тока. Самая упрощенная формула мощности переменного тока выглядит следующим образом:
И это уравнение связано с графиком ниже: колебания силы тока синхронизированы с колебаниями напряжения.
Напряжение и ток определяются как среднеквадратичное значение, но что, если ваш привод определяется с точки зрения пика синуса? Разделите пиковое значение синуса на квадратный корень из 2, чтобы найти эквивалентное среднеквадратичное значение, как показано в предыдущем разделе.
2.B.) ПИТАНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (СО СМЕЩЕНИЕМ ФАЗЫ)
Однако иногда напряжение и ток не синхронизированы, как показано в предыдущем разделе. Это может произойти, когда стандартный трансформатор используется для выпрямления переменного тока, подводимого к приводу. Ниже приведен пример традиционного трансформатора.
Чтобы дать некоторую информацию о трансформаторах, они бывают разных форм и размеров, но в основном используют спиральную медь для изменения или «преобразования» сигнала питания. К сожалению, из-за характера тока, протекающего через спиральный провод, и свойства индуктивности возникает фазовый сдвиг.
Когда напряжение и сила тока не совпадают по фазе, доступная мощность уменьшается на косинус угла фазового сдвига. Таким образом, уравнение мощности принимает следующий вид:
Обратите внимание, что это применимо только при наличии фазового сдвига между напряжением и током! Если фазы напряжения и тока выровнены (т. е. нулевой фазовый сдвиг), то косинусный член становится равным 1.
На следующем графике графически показано, как будет выглядеть фазовый сдвиг.
К сожалению, влияние фазового сдвига на систему можно измерить только эмпирически, путем экспериментов. Предсказание фазового сдвига выходит далеко за рамки этой статьи, и поэтому эта тема упоминается только для того, чтобы читатель узнал о ее существовании и влиянии на систему.
График ниже сравнивает мгновенную и среднюю мощность в синфазном и противофазном состоянии. Нетрудно заметить, что сдвинутая по фазе средняя мощность меньше.
БАЛАНС МОЩНОСТИ
Теперь мы можем посмотреть на эффективность системы. Вспомните, что законы природы требуют, чтобы выходная мощность не была больше, чем входная. Поскольку они также диктуют, что система не может быть совершенно эффективной, должен быть введен некоторый термин, объясняющий эту потерю эффективности.
Приведенное выше общее уравнение учитывает потери в приводе, включая фазовый сдвиг, резистивные потери в проводке, а также электрические и механические потери в двигателе. Таким образом, E — это не просто номер; общая эффективность системы является продуктом эффективности каждого компонента.
Типовой КПД каждого компонента:
- η привод : около 95 %
- η провода : обычно игнорируется
- η двигатель : широко варьируется от 0 до 90% и зависит от скорости двигателя, крутящего момента и параметров обмотки
Таким образом, общая доступная выходная мощность вращения равна произведению входной электрической мощности на общий КПД. Имейте в виду, что эта доступная выходная мощность является наилучшим сценарием, поскольку другие небольшие потери не учитывались.
ГДЕ НАЙТИ ДАННЫЕ ПО ЭФФЕКТИВНОСТИ
Эффективность приводов и редукторов часто публикуется в каталогах и спецификациях. Приводы находятся в пределах 95%, в то время как большинство всех планетарных редукторов выше 9.0%.
Двигатели имеют широкий диапазон КПД, который зависит от множества переменных, включая характеристики обмотки, рабочую скорость и крутящий момент, а также температуру окружающей среды. Документация по рабочим характеристикам двигателя иногда будет включать это.
Потери при фазовом сдвиге будут полностью определяться электрическими компонентами, используемыми в конструкции привода. Величину фазового сдвига в любом данном приводе можно определить только эмпирически путем экспериментов. Дальнейшие подробности эффектов фазового сдвига выходят далеко за рамки этой статьи.
ПРОТЯЖЕНИЕ ЗА ДВИГАТЕЛЕМ
ДОБАВЛЕНИЕ РЕДУКТОРОВ В УРАВНЕНИЕ
Редукторы обычно прикрепляются к двигателям по многим причинам, а именно для получения механических преимуществ или уменьшения эффекта зубчатого зацепления.