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:

Р_расч=К_с(Р₁+Р₂+Р₃+…+Р_n), Вт

Где с — коэффициент спроса,

Р₁, Р₂, Р₃, Р_n— номинальные мощности отдельных приборов, Вт

Коэффициент спроса указывает на возможность одновременного включения всех приборов линии. При одновременном включении всех устройств К_с=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:

S_p=Р_расч / 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:

I_расч=S_Р / 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:

Р_общ=8800+2200+2000+1000+750+400+250=15400 (Вт)

К линии планируется подключать все приборы, поэтому коэффициент спроса примем К_с=0,7. Расчётная мощность составит:

Р_расч=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:

S_Р=10780 / 0,98=11000 (ВА)

Также необходимо сделать вычисление силы тока:

I_расч=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:

Формулы усиления и потерь мощности для определения влияния на функциональность схемы

 

Мы, люди, одержимы порядком, ранжированием и произвольным расположением вещей. С психологической точки зрения это позволяет нам количественно оценить воспринимаемую ценность или уровень важности определенных вещей, которые обычно не поддаются такому параметрическому анализу.

Эта очевидная одержимость охватывает почти каждый аспект нашей повседневной жизни. Мы ничего не можем с собой поделать, потому что в какой-то момент своего дня вы сознательно или подсознательно будете ранжировать какого-то произвольного человека, место или вещь.

Кроме того, иногда эта одержимость выходит за рамки разумного, но мы все же находим способ оправдать свой мыслительный процесс. Даже в спорте, будь то студенческий или профессиональный, у нас есть уважаемые системы ранжирования. В начале каждого сезона или недели и в конце каждого сезона или недели мы терпеливо (в основном) ждем результатов рейтинга.

Кроме того, в моем мире спорта (НФЛ) у нас есть система рейтинга силы, которая в зависимости от того, потерпела ли ваша команда поражение или выиграла, она получит преимущество в рейтинге силы или потеряет позиционный статус. Хотя это относительно простой и прямолинейный подход, он по большей части бессмысленен, например, поражение Новой Англии от Балтимора. Однако прибавка и потеря мощности в мире электроники имеют решающее значение для общего дизайна, функциональности и производительности. Кроме того, возможность точного расчета этих значений жизненно важна для функциональности и дизайна схемы; к счастью, для этого есть формула.

Определение мощности и способов ее измерения

Электрическая мощность — это скорость, с которой электрическая цепь передает электрическую энергию. Кроме того, единица измерения мощности называется ватт (один джоуль в секунду). Электрическая мощность, как и механическая мощность, также определяется как скорость выполнения работы, измеряемая в ваттах, и обозначается буквой P. Таким образом, вы можете думать о мощности как о скорости энергии, потребляемой или отдаваемой электрическим элементом в течение измеримое время. Формула мощности выглядит следующим образом:

P(мощность) = I(ток) * E(напряжение)

Кроме того, с точки зрения электронной схемы двумя основными параметрами являются напряжение и ток. Однако оценки этих двух параметров (напряжения и тока) недостаточно, чтобы в достаточной мере выразить поведение электрической цепи. Следовательно, во многих случаях более выгодно определить количество (электрической) мощности, которую может выдержать конкретная цепь, чтобы точно оценить поведение цепи.

Например, все мы когда-то были свидетелями того, как 75-ваттная лампочка излучает меньше измеримого света, чем 100-ваттная. Кроме того, что касается потребления электроэнергии этими лампочками, это связано с затратами. Изучив наш счет за коммунальные услуги более внимательно, вы заметите, что вы платите за количество энергии, используемой в течение измеримого (поведение цепи) промежутка времени. Таким образом, по сути, расчет электроэнергии есть не что иное, как анализ сети электрической цепи.

Как рассчитать усиление мощности

Все мы знаем, что при рассмотрении электрической цепи или дорожки на печатной плате всегда учитываются напряжение и ток.

Однако, когда мы говорим об усилителе, например, речь в основном идет об усилении. Кроме того, даже это не так просто, когда мы отправляемся в область высокочастотных конструкций.

Как я уверен, вы знаете, в стандартной электрической цепи усиление в основном связано с усилением по напряжению или Av. Однако в редких случаях он также может включать усиление по току, но для этого вам не требуется усилитель. Кроме того, в согласующей сети можно поменять коэффициент усиления по току на коэффициент усиления по напряжению или наоборот. Таким образом, основной функцией усилителя является усиление мощности, а не изоляция по току или напряжению.

Поэтому крайне важно иметь возможность оценить коэффициент усиления мощности усилителя в вашей схеме проектирования. Есть несколько параметров, которые мы должны уточнить, прежде чем мы сможем полностью понять, что действительно оценивает эта формула прироста мощности.

Типы определяемых коэффициентов усиления мощности

Следовательно, вы можете определять как выходную, так и входную мощность различными способами, и это также означает, что вы можете определять усиление мощности альтернативными способами.

Например:

GP = : Здесь GP представляет прирост рабочей мощности, PL обозначает мощность, подаваемую на нагрузку, а Pin обозначает мощность, подаваемую в сеть.

GT = : Здесь GT представляет коэффициент усиления преобразователя, PL обозначает мощность, подаваемую на нагрузку, а Pavs обозначает мощность, доступную от источника.

GA = : Здесь GA представляет доступное усиление, Pavn означает мощность, доступную из сети, а Pavs означает мощность, доступную от источника.

От схем до чипов необходимо знать уравнения усиления мощности и формулы потерь.

 

Что такое потеря мощности?

Когда речь идет о силе, есть положительные и отрицательные стороны, как и в жизни, но они называются приростом мощности (положительным) и потерей мощности (отрицательным). Потеря мощности в энергосистеме, электрической цепи или электронной схеме связана с множеством возможных факторов.

Это рассеивание мощности обусловлено такими факторами, как индуктивность, емкость и сопротивление. Другие факторы включают нежелательный нагрев резистивных компонентов, скин-эффект, потери из-за сердечников и обмоток в трансформаторах и магнитные потери из-за вихревых токов. Также могут иметь место потери при передаче электроэнергии (мощности), гистерезис, диэлектрические потери, а также различные другие факторные воздействия.

Как я уже говорил ранее, электронная схема должна конкурировать со многими факторами, пытаясь оставаться эффективной. Однако потеря мощности электронной схемы или компонента неизбежна. Кроме того, снижение этих потерь жизненно важно, и первым шагом в решении этой задачи является знание того, как рассчитать потери мощности.

Взгляд на расчет потерь мощности в цепи

Потери мощности в чистом виде представляют собой мощность на входе минус выходная мощность или PL = Pin — Pout. Правило для общей мощности по сравнению с индивидуальной мощностью заключается в том, что она является аддитивной для всех конфигураций цепей, будь то параллельная, последовательная или последовательно-параллельная. Кроме того, как я уверен, вы помните, мощность является мерой скорости работы, и поскольку рассеиваемая мощность должна равняться общей мощности, подаваемой источником(ами) (закон сохранения энергии), конфигурация схемы не влияет на математика.

Теперь, например, мы будем использовать диаграмму выше. Если вы заметили, схема использует 9-вольтовый источник для своего входа и понижающее напряжение (линейный регулятор) 5 В: наше желаемое напряжение. Также наша нагрузка на 5-вольтовом выходе имеет максимальный ток 1 ампер.

С этими параметрами, в чем будет заключаться наша сила при данных обстоятельствах? Ну, во-первых, наш регулятор действует как переменный резистор, который регулирует свое сопротивление в соответствии с требованиями для поддержания постоянного 5-вольтового выхода. Итак, при нашем выходе в 1 ампер мы рассчитываем мощность как P = I (1 А) * E (5 В), что означает, что мощность = 5 Вт на выходе.

Теперь сравните это со входом, P = I (1 А) * E (9 В), что означает Мощность = 9 Вт для нашего входа. Это также означает, что у нас есть падение на 4 вольта на регуляторе при 1 ампере. Используя нашу формулу для мощности, это соответствует рассеянию (потерям) 4 Вт (мощности). Наконец, когда мы используем формулу для потерь мощности, PL = Pin – Pout, мы получаем результат PL = 9 Вт – 5 Вт или PL = 4 Вт.

Проверка мощности цепи может быть выполнена задолго до создания фактической цепи.

 

Каждый дизайнер осознает факторы, связанные с потерей и приобретением мощности. Это находится в прямой зависимости от цели каждого проектировщика максимальной эффективности. В целом крайне необходимо понимать первопричины факторов, влияющих на увеличение и уменьшение мощности, а также уметь их вычислять. Оба являются жизненно важными частями при создании точных, функциональных и высокопроизводительных схемных решений.

Использование формул усиления и потерь мощности в проектах печатных плат упрощается с помощью набора инструментов Cadence для проектирования и анализа. Будь то различные инструменты системного анализа, такие как те, что есть в Sigrity, или использование передовой функциональности компоновки Allegro, ваши текущие и будущие проекты печатных плат гарантированно будут глубокими.

Если вы хотите узнать больше о том, как у Cadence есть решение для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов.

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Подпишитесь на LinkedIn Посетите вебсайт Больше контента от Cadence PCB Solutions

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Расчет статистической мощности и размера выборки

Прогнозирование статистической мощности Z-критерия

Односторонний критерий

Рабочий пример

Среднее популяционное (μ ₀ ) концентрации меди в крови лам было принято как 8,72 мкмоль/л при стандартном отклонении популяции наблюдений 1,3825. Мы спрашиваем, какова была бы вероятность того, что односторонний Z-тест правильно отклонит нулевую гипотезу при сравнении среднего размера выборки = 4, взятого из популяции со средним значением μ ₁ 9,59 мкмоль/л.

Мощность   =   P[Z > 1,6449 − (9,59 − 8,72) / (1,3825 / √4)]
 
=   P[Z > 0,3863 ]
 
= 0,3496

односторонний тест составляет всего 35%.

Двусторонний тест

Рабочий пример

Используя точно такие же параметры, как в приведенном выше примере, мы спрашиваем, какова будет вероятность того, что двусторонний Z-тест правильно отклонит нулевую гипотезу.

Мощность   =   P[ Z > 1,96 − (9,59 − 8,72) / (1,3825/√4) ]   + 1 − P[ Z > −1,96 − (9,59 − 8,72) / (1,382 )] = P[Z > 0,7014] + 1 − P[ Z > −3,2186] = 0,2415 + 1 − 0,999356 =   0,2421

Можно сделать вывод, что вероятность получения значимого результата при двустороннем тесте составляет всего 24,21%. Обратите внимание, что вероятность ошибки типа III здесь очень мала и составляет всего 0,0006, поэтому она мало влияет на расчет мощности.

Очевидно, что если бы мы взяли только четыре образца, у нашего теста было бы очень мало шансов отвергнуть нулевую гипотезу. Тогда возникает вопрос, сколько образцов потребуется, чтобы дать нам разумный шанс (скажем, 80%) отвергнуть нулевую гипотезу. Мы могли бы использовать повторные оценки мощности для разных размеров выборки, чтобы построить кривую мощности:

{ Рис. 2 }

Необходимое количество отсчетов для степени 80% можно было бы считать с графика — в этом случае нам потребуется около 20 отсчетов. Но было бы намного проще изменить уравнение и напрямую оценить необходимое количество выборок.

 

 

Оценка необходимого объема выборки для Z-теста

Односторонний тест

Рабочий пример

Если нормальная концентрация меди в крови лам составляет 8,72 при стандартном отклонении 1,3825, сколько образцов будет должны быть приняты для обнаружения уровня более чем на 10% выше этого уровня (то есть разница 0,87 или более) с мощностью 80%. Используя приведенную выше формулу:

n   =   (1,6449 + 0,8416) 2  1,3825 2   =   15,6 (9,59 − 8,72) 2

Мы можем заключить, что для получения достоверной разницы на уровне 5% при среднем значении, на 10% превышающем среднее значение популяции, нам потребуется взять образцы не менее 16 животных.

Двусторонний тест

Вычисления размера выборки для двустороннего теста идентичны, за исключением того, что вы используете значения z при α/2 вместо α.

Рабочий пример

Если нормальная концентрация меди в крови лам составляет 8,72 при стандартном отклонении 1,3825, сколько образцов нужно взять, чтобы обнаружить разницу на 10% или более выше или ниже этого уровня (т.