Все расчеты приводятся в курсовой работе.

В частном коттедже планируется установить следующие электроприборы (см. ниже), распределенные вдоль двухпроводной линии электрообеспечения на различном расстоянии L (в метрах) рис.1,причем L1 соответствует участку с током I1, L2 соответствует участку с током I2, и т. д. Определить расчетную максимальную мощность (Pмах) системы электроснабжения частного коттеджа. Сделать выбор сечения подводящих проводов и по ней указать марку провода для электрообеспечения на каждом участке электрической цепи. В заключение расчетной части необходимо сделать вывод, какой из вариантов электрической сети имеет наилучшие технико-экономические показатели (параметры) и какой вариант рекомендуется к практическому исполнению.

Для расчетов взять провода медные.

Электроприборы:

Электролампочки – L1

Электрокамин- L2

Кондиционер- L3

Электроплита, Электродуховка,Электрочайник (самовар) - L4

Посудомоечная машина- L5

Телевизор, Компьютер, - L6

Электроинструмент (рубанок, пила, лобзик) – L7

Пылесос (моющий или с паром),Утюг- L8

Микроволновая печь, Кухонный комбайн, Кухонная вытяжка, Холодильник- L9

Стиральная машина- L10

Душевая кабина (с парогенератором) – L11

В А Р И А Н Т	L1	L2	L3	L4	L5	L6	L7	L8	L9	L10	L11

Технический расчет.

1.Определение сечения провода электрической сети

по допустимому падению напряжения.

Расчет линии на потерю напряжения сводится к определению сечения провода S при заданном токе нагрузке I, длине линии , при которой потеря напряжения в линии не превосходит допустимого значения U_доп:

ΔU_п ≤ ΔU_доп, (1)

где ΔU_п - потеря напряжения в линии при заданной нагрузке, В;

ΔU_доп - допустимая потеря напряжения в линии из задания (принять равной 10 В).

Потеря напряжения в линии равна:

, (2)

где - потери напряжения на сопротивлении проводов линии;

- потери напряжения на контактных сопротивлениях;

При небольших нагрузках сопротивлением контактов можно пренебречь (болтовое соединение – 0,0001 Ом, штепсельный разъем – 0, 0003 Ом, контакты реле, выключателей и кнопок – 0,0008 Ом, контакты контакторов – 0,0004 Ом), т.е. сечения проводов при этом небольшие и сопротивление их велико по сравнению с переходным сопротивлением.

Данные по удельной проводимости материалов даны в таблице 1.

Т а б л и ц а 1

Основные технические данные проводниковых материалов

Материал	Удельная проводимость при 20^○С, м/Ом·мм^2	Удельный вес,     г/см^3	Удельное сопротивление,   Ом·мм^2/м
Медь		8,9	0,0175
Алюминий		2,7	0,029

Обычно при практических расчетах для многожильных проводов удельную проводимость принимают равной 54 м/Ом·мм², чтобы учесть некоторое увеличение действительной длины провода вследствие скрутки жил токоведущего провода.

Существует метод расчета радиальной разветвленной сети по заданному падению напряжения вдоль линии на минимум проводникового материала, такая линия наиболее целесообразна, так как на пути от источника к потребителю сечения проводов отдельных участков линии уменьшаются, а суммарное падение напряжения в линии не превышает допустимого значения.

Расход меди будет минимальным, если соотношения между линейными токами на отдельных участках и сечениями этих участков будет удовлетворять условию:

² (3)

тогда

; ; (4)

Величину коэффициента K можно найти по значениям тока в линии и заданному падению напряжения:

(5)

Омическое сопротивление провода, т.е. его сопротивление постоянному току, можно подсчитать по формуле:

, (6)

где - длина провода, м;

(В курсовой работе двухпроводная линия, поэтому =2L)

S - площадь поперечного сечения токоведущей части, мм²;

γ - удельная электрическая проводимость, м/Ом·мм².

Формула (5) примет вид:

, (7)

но ,

откуда (8)

Для n нагрузок и n участков электрической сети формула (8) будет иметь вид:

(9)

На рис. 1 показана схема разветвленной сети: ответвления присоединены к точкам А и В, источник электрической энергии подсоединен к точке О.

Рис. 1. Схема радиальной разветвленной сети

Для определения коэффициента К необходимо схему разветвленной сети преобразовать в простую линию (рис. 2)

Рис. 2. Схема радиальной сети после преобразования

Приближенный метод расчета таких сетей состоит в следующем.

Одно из направлений, например ОАВС, берут за основное, а нагрузки ответвлений присоединяют к точкам их подключений, т.е. считают, что в точке А подключена нагрузка, равная сумме нагрузок ответвлений АК:

(10)

В точке В подключена нагрузка, равная сумме нагрузок ответвлений BN:

(11)

При преобразовании радиальной разветвленной сети в простую линию необходимо соблюдать следующие условия:

1) сохранять нумерацию участков линии и токовых нагрузок;

2) за основные направления для двух вариантов принимать наиболее протяженные участки линии, имеющие большее количество нагрузок.

Для рис.1 наиболее перспективными преобразованиями будут направления ОАВС и ОАВN по расходу проводникового материала.

Определяем коэффициент К для направления ОАВС по формуле (9):

(12)

где I – линейный ток на участках электрической сети, А.

Он равен сумме нагрузок за данным участком, например:

(13)

Точность дальнейших расчетов зависит от правильности определения линейных токов. При определении линейных токов должны выполняться условия или , подтверждающие точность данных расчетов. В дальнейшем при расчетах потребуются значения , , эти величины необходимо определить и свести в таблицу 2.

Т а б л и ц а 2

Расчетные данные

Участок	S1	S2	…	Sn
	1	2
I	I 1	I 2

Точность расчетов – до двух знаков после запятой.

Сечения проводов определяются по формуле:

, (14)

где S _i – сечение участка электрической сети, мм², например:

Округляя расчетные сечения до стандартных по данным таблицы 3, на головных участках принимать равное или ближайшее большее стандартное сечение, а на остальных – равное или ближайшее меньшее стандартное сечение.

Сечения на ответвлениях линии определять по коэффициенту К, принятому для данного варианта.

Т а б л и ц а 3

Основные данные проводов марки БПВЛ

Стандартное сечение провода, мм^2	Длительная нагрузка, А	Минимально допустимое время включения при нагрузках, мин	Вес 1 км провода, кг	Условная стоимость 1 км провода, руб.
	Одиночный провод	Провода в жгутах	1,5 I	2 I	3 I
0,35			-	-	-	7,5
0,50			0,30	-	-
0,75			0,40	-	-
0,88			0,45	-	-
1,00			0,50	-	-	16,5
1,25			0,60	0,30	-
1,50			0,65	0,33	-
1,93			0,75	0,38	-
2,50			0,85	0,42	-
3,00			1,00	0,50	-
4,00			1,00	0,50	-
5,15			1,30	0,65	-
6,00			1,50	0,75	-
8,80			1,80	0,90	0,30
10,00			2,00	1,00	0,33
13,00			2,30	1,20	0,40
16,00			2,60	1,30	0,43
21,00			3,00	1,55	0,50
25,00			3,30	1,65	0,55
35,00			4,00	2,00	0,70
41,00			4,20	2,10	0,75
50,00			4,60	2,30	0,80
95,00			7,20	3,60	1,20

Значения стандартных сечений провода определить на всех участках радиальной разветвленной сети для первого и второго вариантов, затем необходимо оформить их в таблицу 4, которая наглядно показывает правильность расчетов.

Т а б л и ц а 4

Стандартные сечения проводов

Вариант	Участок
	S1	S2	…	Sn
I OABC
II OABN

Примечание. По данным таблицы 4 необходимо сделать вывод на соответствие: S_p ≤ S_ст. Если на некоторых участках данного соответствия нет, объяснить, почему принято такое сечение.

Определение фактического падения напряжения на линии производится по формуле:

(15)

где - фактическое падение напряжения на линии от источника питания до конечного потребителя, В;

- стандартные сечения на участках электрической сети, мм².

Формула (15), преобразованная из общего вида в частный вид для I варианта – направления OABC(см. рис. 2), имеет вид:

* (16)

Аналогично определяется фактическое падение напряжения на конечных направлениях OABN, OAK радиальной разветвленной сети для I и II вариантов, так как стандартные сечения по вариантам на некоторых одноименных участках не совпадают.

По окончании расчета данные по конечным направлениям свести в таблицу 4. Сечения проводов на участках радиальной разветвленной сети считаются выбранными правильно, если выполняется условие (1):

ΔU_ф ≤ ΔU_доп

При невыполнении этого условия необходимо на головных участках радиальной разветвленной сети принять большее стандартное сечение по данным таблицы 3 или увеличить сечения тех участков, на которых расчетные значения превышали стандартные, затем вновь определить ΔU_ф.

2. Проверка выбранных сечений проводов по условиям нагрева.

Сечение провода должно быть выбрано с таким расчетом, чтобы его температура в нормальных условиях эксплуатации не могла достигнуть той величины, при которой нарушается изоляция или возникает опасность пожара.

Для проверки нужно предварительно установить характер нагрузки, зависящий от режима работы потребителя (длительный, кратковременный), определить максимальный ток нагрузки на участках электрической сети, затем проверить выбранное сечение по таблице 3.

При этом всегда должно выполняться условие:

I_доп ≥ I_п, (17)

где I_доп – допустимый ток, значение которого берется из таблицы 3. в соответствии с сечением провода и кратным току нагрузки 1,5I, 2I, 3I.

I_п – максимальный ток нагрузки, определяемый в соответствии с учетом пусковых токов электродвигателей нагрузок ; ; ; , при их одновременном запуске.

Это условие означает, что провод, сечение которого ранее определено расчетным путем и выбрано стандартным по данным табл. 3, должен допускать нагрузку, равную фактической нагрузке I или несколько ее превышающей I_п.

Таблица 3 составлена на основании точных теоретических расчетов и результатов экспериментальных исследований для длительных нагрузок. При кратковременных импульсах тока, длящихся не более 3 с (пусковой период электродвигателей), температура проводов не успевает значительно возрасти, поэтому плотность тока в проводах может быть значительно увеличена без опасности их перегрева, допускается кратковременная нагрузка 1,5I; 2I; 3I.

Вначале необходимо определить распределение токов по отдельным линиям сети, считая ; ; ; нагрузками электродвигателей постоянного тока при условии:

(А) (18)

(с) (19)

Пример: Для радиальной разветвленной сети (см. рис. 1):

(20)

Затем определяют, какие участки электрической сети подлежат проверке для схемы (см. рис. 1). Такими участками будут 1, 2, 3, 4, 5, 9, 10, за исключением 6, 7, 8, 11, так как по данным участкам ток нагрузки не меняется.

Определение пусковых токов I_п производится при условии, что происходит одновременный запуск 4-х электродвигателей и включены все остальные нагрузки:

где - линейный ток на данном участке электрической сети, ранее определенный;

- суммарный пусковой ток электродвигателей, протекающий по данному участку электрической сети.

Пример: Для радиальной разветвленной сети (см. рис. 1):

(22)

По данным таблицы 4 проверке подлежит наименьшее сечение провода из двух вариантов для данного участка электрической сети. Допустимый ток I_доп для проверяемого участка электрической сети определяется по данным таблицы 3.

Пример:

I₁ = 190 А

= 300 А

S₁ = 35 мм²

Необходимо определить и .

Для сечения провода 35 мм² длительная нагрузка составляет =205А, которая меньше I_п = 300 А, в данном случае имеется перегрузка. Необходимо определить кратность перегрузки, обеспечивающей выполнение условия:

I_п ≤ I_доп

Применяем кратность, равную 1,5 и определяем I_доп=1,5I_н.

I_доп=1,5 =1,5·205=307,5 А.

Максимально допустимое время включения при нагрузке 1,5I для сечения 35 мм² по табл.3 равно 4 мин, откуда I_п =307,5 А; t_п = 4 мин.

Производится подстановка величин в условие проверки (17):

I_доп ≥ I_п

t_доп ≥ t_п , т.е. для примера: I_доп =307,5 А > I_п = 300 А

t_доп = 4 мин > t_п = 3 с,

т.е. условие (17) выполняется. Аналогично подлежат проверке и остальные сечения участков электрической сети для схемы (см. рис. 1).

Затем все расчетные данные необходимо оформить в таблице 5 проверки сечений на нагрев, которая наглядно показывает правильность расчетов.

Дата добавления: 2015-11-26