Расчетные схемы электрических сетей. Расчет схем электрических

правила расчета для определения силы тока

На практике разработан ряд методов для определения и расчета схем с постоянным током, что предоставляет возможность уменьшить трудоемкий процесс вычисления трудных электрических цепей. Основными законами, с помощью которых определяются характеристики практически каждой схемы, являются постулаты Кирхгофа.

Пример сложных электрических цепей

Пути вычисления электрических схем

Расчет электрических цепей разветвляется на множество методов, используемых на практике, а именно: метод эквивалентных преобразований, прием, основанный на постулатах Ома и Кирхгофа, способ наложения, способ контурных токов, метод узловых потенциалов, метод идентичного генератора.

Процесс расчета электрической цепи состоит из нескольких обязательных этапов, позволяющих довольно быстро и точно произвести все расчеты.

Перед тем, как узнать или вычислить необходимые параметры, рассчитываемая электрическая цепь переносится схематически на бумагу, где содержатся символические обозначения входящих в ее состав элементов и порядок их соединения.

Все элементы и устройства подразделяются на три категории:

Источники электропитания. Основным признаком данного элемента является превращение неэлектрической энергии в электрическую. Эти источники энергии именуются первичными источниками энергии. Вторичные источники энергии представляют собой такие устройства, на входах и выходах которых присутствует электрическая энергия. К ним относятся выпрямительные приборы или трансформаторы напряжения;
Устройства, потребляющие электрическую энергию. Такие элементы преобразовывают электрическую энергию в любую другую, будь то свет, звук, тепло и тому подобные виды;
Вспомогательные элементы цепи, к которым относятся провода соединений, аппаратура коммутации, защиты и другие подобные элементы.

Также к основным понятиям электрической схемы относятся:

Ветвь электрической схемы – участок цепи с одним и тем же током. В состав такой ветви могут входить один или несколько последовательно соединенных элементов;
Узел электрической схемы – точка соединения трех и более ветвей схемы;
Контур электрической схемы, представляющий собой любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям.

Обозначение ветвей, узлов и контуров на схеме

Метод расчета по законам Ома и Кирхгофа

Данные законы позволяют узнать силу тока и найти взаимосвязь между значениями токов, напряжений, ЭДС всей цепи и единичных участков.

Закон Ома для участка цепи

По закону Ома соотношение тока, напряжения и сопротивления цепи выглядит как:

UR=RI.

Исходя из этой формулы, найти силу тока можно по выражению:

I=UR/R, где:

UR – напряжение или падение напряжения на резисторе;
I – ток в резисторе.

Закон Ома для полной цепи

В законе Ома для полной цепи дополнительно используется величина внутреннего сопротивления источника питания. Найти силу тока с учетом внутреннего сопротивления возможно по выражению:

I=E/Rэ = E/r0+R, где:

E – ЭДС источника питания;
rо – внутреннее сопротивление источника питания.

Поскольку сложная электрическая цепь, состоящая из нескольких ветвей и имеющая в своей структуре ряд устройств питания, не может быть описана законом Ома, то применяют 1-ый и 2-ой закон Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа

Закон Кирхгофа гласит, что сумма токов, втекающих в узел, равна сумме токов, вытекающих из него, это выглядит как:

∑mIk=0, где m – число ветвей, подведенных к узлу.

Согласно закону Кирхгофа, токи, втекающие в узел, используются со знаком «+», а токи, вытекающие из узла, – со знаком «-».

Второй закон Кирхгофа

Из второго закона Кирхгофа следует, что сумма падений напряжений на всех элементах цепи равна сумме ЭДС цепи, выглядит как:

∑nEk=∑mRkIk=∑mUk, где:

n – число источников ЭДС в контуре;
m – число элементов с сопротивлением Rk в контуре;
Uk=RkIk – напряжение или падение напряжения на k-том элементе контура.

Перед применением второго закона Кирхгофа следует проверить выполнение следующих требований:

Указать относительно положительные направления ЭДС, токов и напряжений;
Указать направление обхода контура, описываемого уравнением;
Применяя одну из трактовок 2-го закона Кирхгофа, характеристики входящие в уравнение используются со знаком «+», если их относительно положительные направления схожи с обходом контура, и с «-», если они разнонаправленные.

Из 2-го закона Кирхгофа следует выражение баланса мощностей, по которому мощность источников питания в любой момент времени равна сумме мощностей, расходуемых на всех участках цепи. Уравнение баланса мощностей имеет вид:

∑EI=∑RI2.

Метод преобразования электрической цепи

Элементы в электрических цепях могут соединяться параллельно, последовательно, смешанным способом и по схемам «звезда», «треугольник». Расчет таких схем упрощается путем замены нескольких сопротивлений на эквивалентное сопротивление, и дальнейшие вычисления уже проводятся по закону Ома либо Кирхгофа.

Последовательное и параллельное соединение элементов

Под смешанным соединением элементов подразумевается одновременное присутствие в схеме и последовательного, и параллельного соединения элементов. При этом сопротивление смешанного соединения вычисляется после преобразования схемы в эквивалентную цепь с помощью формул, приведенных на рис. выше.

Также встречается соединение элементов «звездой» и «треугольником». Для нахождения эквивалентного сопротивления необходимо первоначально преобразовать схему «треугольник» в «звезду». По картинке ниже, сопротивления равны:

R1=R12R31/R12+R31+R23,
R2=R12R23/R12+R31+R23,
R3=R31R23/R12+R31+R23.

Треугольник и звезда соединений

Дополнительные методы расчета цепей

Все дополнительные методы расчета цепей в той или иной мере являются или основаны на первом и втором законах Кирхгофа. К этим методам относятся:

Метод контурных токов – основан на введении дополнительных величин контурных токов, удовлетворяющих 1-му закону Кирхгофа;
Метод узловых потенциалов – с его помощью находят потенциалы всех узлов схемы и затем по известным потенциалам токи во всех ветвях. Метод базируется на первом законе Кирхгофа;
Метод эквивалентного генератора – этот метод предоставляет решение задачи, как найти ток только в одной или нескольких ветвях. Суть метода в том, что любую электрическую цепь по отношению к исследуемой ветви можно представить в виде эквивалентного генератора;
Метод наложения – основан на том, что ток в цепи или ветви схемы равен алгебраической сумме токов, наводимых каждым источником в отдельности.

Основная часть методов расчета направлена на упрощение процедуры определения токов в ветвях схемы. Эти мероприятия проводятся либо упрощением систем уравнений, по которым проводятся расчеты, либо упрощением самой схемы. Основываясь, в первую очередь, на постулаты Кирхгофа, любой из методов отвечает на вопрос: как определить силу тока и напряжение электрической цепи.

Видео

Оцените статью:

elquanta.ru

Расчет элементов принципиальной схемы — Мегаобучалка

Параметры УМ	Вариант
Проводимость транзисторов	«pnp» – нечетный;
Статический потенциал pn-перехода φd, В	0,6 – 0,8
Напряжение источника питания, Еп, В	12,5
Сопротивление нагрузки, Rн, Ом
Напряжение на нагрузке, Um.н, В (ампл.)	0,2
Статический коэффициент усиления по напряжению, KU
Статический коэффициент передачи тока базы b
Рабочая частота сигнала, fс, кГц
Максимальная частота полосы пропускания, fmax, кГц	(19)
Статический ток эмиттера	2,4
Напряжение питающей сети, U1, В (эфф.)
Частота питающей сети, Fc, Гц
Выпрямленное напряжение, Енест., В	(25)
Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения, Кп
Напряжение на нагрузке стабилизатора Uн. ст., В	12,5
Ток нагрузки стабилизатора, I 0.ст.	Определяется по результатам расчета УМ
Диапазон регулирования стабилизированного напряжения, D р, %

Рис.3.1 – Трехкаскадный УМ по структуре ОК – ОЭ – ОК

3.1 Расчет выходного каскада с общим коллектором

1. Расчет амплитуды тока нагрузки:

При = 0,2 В, по индивидуальному заданию.

2. Расчет эффективного значения тока нагрузки:

3. Расчет активной мощности на нагрузке:

4. Выбор тока эмиттера покоя:

5. Расчет сопротивления в цепи эмиттера и его мощности .

Для обеспечения полного симметричного размаха выходного сигнала на нагрузке без искажения его формы потенциал эмиттера в режиме покоя (при отсутствии входного сигнала) выбираем из условия:

, где = 12,5 по индивидуальному заданию.

6. Расчет мощности эмиттерного резистора :

Выбираемпосправочнику: R10 = ОМЛТ-0,5- 200 Ом±5%.

7. Расчет эквивалентного сопротивления нагрузки :

8. Расчет входного сопротивления транзистора со стороны базы :

, где по индивидуальному заданию.

9. Расчет потенциала базы в режиме покоя :

по индивидуальному заданию.

10. Расчет тока базы в режиме покоя :

11. Расчет резисторов делителя напряжения в цепи базы транзистора.

Делитель напряжения , формирующий потенциал базы покоя , не должен шунтировать входное сопротивление транзистора .

Расчет резисторов делителя проводится в следующей последовательности:

· выбор резистора из условия

= ;

· расчет тока покоя через резистор

;

· расчет тока покоя через резистор

;

· расчет резистора по законам Ома и Кирхгофа

12. Расчет мощности резисторов базового делителя

( так как рекомендуется увеличить полученные значения в 10-50 раз).

Выбираемпосправочнику: R8 = ОМЛТ - 0,125-10 кОм±5%.

Выбираемпосправочнику: R9 = ОМЛТ - 0,125-9 кОм±5%.

13. Расчет эквивалентного сопротивления делителя переменному току сигнала

14. Расчет входного сопротивления выходного эмиттерного повторителя :

15. Расчет емкости разделительных конденсаторов .

, , где – рабочая частота сигнала, значение которой взято из индивидуального задания.

Для устранения частотных искажений усиливаемого сигнала рассчитанные значения емкостей увеличиваются в 10-100 раз.

Выбираемпосправочнику: С4 = К50-6-16В-200 мкФ;

Выбираемпосправочнику: С5 = К50-6-16В-500мкФ;

16. Уточнение значения коэффициента усиления для выходного каскада

Реальное значение коэффициента усиления для выходного каскада в Isis Proteus

R8	10 кОм
R9	9 кОм
R3	200 Ом
R10	200 Ом
С4	200 мкФ
С5	500 мкФ

3.2 Расчет промежуточного каскада с общим эмиттером

1. Расчет активной мощности нагрузки.

Амплитуда тока нагрузки .

Эффективный ток нагрузки .

Активная мощность нагрузки .

2. Расчет эквивалентного сопротивления нагрузки на переменном токе

При выборе емкости конденсатора в соответствии с п. 15 раздела 3.1 сопротивление нагрузки на переменном токе соответствует параллельному соединению входного сопротивления эмиттерного повторителя и коллекторного сопротивления транзистора VT2 (рис. 3.1)

3. Расчет тока коллектора транзистора VT2

Если ток эмиттера в режиме покоя не задан, в схеме с общим эмиттером выбирают = .

4. Расчет сопротивления в коллекторной цепи транзистора VT2 и его мощности.

Для симметричного усиления сигнала потенциал коллектора в режиме покоя выбирается из условия:

Расчет сопротивления в цепи коллектора и рассеиваемой мощности .

;

Выбираемпосправочнику: R6 = ОМЛТ - 0,125-4,7 кОм±5%.

5. Расчет сопротивления для температурной стабилизации режима.

Сопротивление в цепи эмиттера транзистора VT2 обеспечивает достаточную для практики температурную стабилизацию режима по постоянному току при условии: падение напряжения на сопротивлении , созданное током покоя . Таким образом, при заданном значении тока эмиттера требуемое значение сопротивления определяется по закону Ома: .

Мощность , рассеиваемая на эмиттерном резисторе :

Выбираемпосправочнику: R7 = ОМЛТ - 0,125-1 кОм±5%.

6. Расчет резистивного делителя в цепи базы транзистора VT2.

Резистивный делитель , формирует потенциал базы относительно земли. Уровень этого потенциала не должен зависеть от тока эмиттера – ток делителя должен превышать ток базы в режиме максимального сигнала .

Поскольку ток эмиттера , ток делителя через резисторы , выбирают из условия

Таким образом, при стабильном напряжении питания и прецизионных резисторах потенциал базы .

7. Расчет потенциала базы .

Из второго закона Кирхгофа:

8. Расчет резисторов базового делителя.

Резисторы и (рис 3.1) рассчитываются по закону Ома:

;

9. Расчет мощностей и , рассеиваемых на сопротивлениях и соответственно

;

Выбираемпосправочнику: R5 = ОМЛТ - 0,125-1 кОм±5%.

Выбираемпосправочнику: R4 = ОМЛТ - 0,125-6 кОм±5%

10. Расчет эквивалентного сопротивления базового делителя переменному току.

При большой емкости конденсатора фильтра в блоке электропитания (на электрических схемах конденсатор не показан) резисторы и по переменному току соединены параллельно:

11. Расчет входного сопротивления транзистора VT2 со стороны базы

= (1 + 40)

12. Расчет входного сопротивления промежуточного каскада

13. Расчет емкости разделительного конденсатора на входе промежуточного каскада.

Для устранения частотных искажений усиливаемого сигнала рассчитанные значения емкости увеличивается в 10-100 раз.

Выбираемпосправочнику: С2 = К50-6-10В-50нФ

14. Расчет коэффициента усиления промежуточного каскада.

Для требуемого значения коэффициента усиления промежуточного каскада, известного из предварительного расчета, определяется емкость шунтирующего конденсатора в цепи эмиттера транзистора VT2 (рис.4).

. = 1,15 мкФ

Для обеспечения запаса по коэффициенту усиления расчетное значение емкости округляется (в большую сторону) до гостовского значения.

Выбираемпосправочнику: С3 = К50-6-10В-20 мкФ

Реальное значение коэффициента усиления для среднего каскада в Isis Proteus

R6	4,7 кОм
R7	1 кОм
R5	1 кОм
R4	5 кОм
С2	500 нФ
С3	200 мкФ

3.3 Расчет входного каскада с общим коллектором

1. Расчет амплитуды тока нагрузки:

2. Расчет эффективного значения тока нагрузки: = 0,00008/ = 0,000057 А

3. Расчет активной мощности на нагрузке: = (0,000057 2 = 0,00000658919 Вт = 6,6 мкВт

4. Выбор тока эмиттера покоя: = 2 = 0,000114А.

5. Расчет сопротивления в цепи эмиттера и его мощности .

= = 6,75 В;

6. Расчет мощности эмиттерного резистора : =

Выбираемпосправочнику: R3 = ОМЛТ - 0,125-412 Ом±1%.

7.Расчет эквивалентного сопротивления нагрузки :

8. Расчет входного сопротивления транзистора со стороны базы :

= Ом = 22140 Ом

9. Расчет потенциала базы в режиме покоя :

10. Расчет тока базы в режиме покоя :

= 0,0084/(40 + 1) = 0,0002 А

11. Расчет резисторов делителя напряжения в цепи базы транзистора.

Расчет резисторов делителя (рис. 3.1) проводится в следующей последовательности:

· выбор резистора из условия =

· расчет тока покоя через резистор = 7,45 /4728 = 0,0016 А

· расчет тока покоя через резистор

· расчет резистора по законам Ома и Кирхгофа = (13,5 –7,45)/0,0018 = 3361 Ом

12. Расчет мощности резисторов базового делителя

Выбираемпосправочнику: R2 = ОМЛТ - 0,125-560кОм±5%.

Выбираемпосправочнику: R1 = ОМЛТ - 0,125-3,5кОм±5%.

13. Расчет эквивалентного сопротивления делителя переменному току сигнала

14. Расчет входного сопротивления выходного эмиттерного повторителя :

15. Расчет емкости разделительного конденсатора

Выбираемпосправочнику: С1 = К50-6-10В-16 нФ

Реальное значение коэффициента усиления для выходного каскада в Isis Proteus

R3	416 Ом
R2	560 кОм
R1	3,5 кОм
С1	160 нФ

Рис.3.2 – Трехкаскадный УМ по структуре ОК – ОЭ – ОК, спроектированный в Proteus c учетом расчитанных параметров

3.4 Расчет параметров входного сигнала

1. Расчет номинальной амплитуды входного напряжения

= 0,2/40 = 5 мВ

2. Расчет номинальной амплитуды входного тока

= 5 мВ/5,3 кОм = 0,94 мкА

3. Расчет коэффициента усиления по току усилителя мощности

= 10 мА/0,94 мкА = 10,6 103

4. Расчет коэффициента усиления по мощности усилителя мощности

megaobuchalka.ru

Расчетные схемы электрических сетей

Режим электрической сети рассчитывается применительно к схеме замещения.

Схема получается в результате объединения схем замещения отдельных элементов сети.

В расчетной практике выделяют два вида электрических сетей и соответствующих им расчетных схем:

n разомкнутые;

n замкнутые.

Рис. 1

Принципиальные схемы этих сетей показаны на рис. 1а, 2а.

Схемы замещения при напряжении 110кВ и выше приведены на рис. 1б и 2б.

Схемы замещения местных сетей (U<=35кВ) - на рис. 1в и 2в.

Рис 2

К числу простейших замкнутых относятся кольцевые сети рис. 2, а также сети и отдельные электропередачи с двухсторонним питанием, связывающие друг другом независимые источники мощности рис. 3.

Рис. 3

Для упрощения расчетных схем с номинальным напряжением <=220кВ при упрощенных расчетах вводят понятие расчетной нагрузки.

Возможность упрощения расчетной схемы посмотрим на примере (рис.4).

Рис. 4 а

В этой схеме к шинам подстанции 1, на которой установлен трансформатор Т1, подходят две линии районной эл.сети.

На рис. 4б показана схема замещения, характеризующая распределение мощностей в ветвях, связанных с узловой точкой 1.

Рис. 4 б

В этой схеме суммарная мощность, приходящая от линии к узлу 1 (проходящая по сопротивлениям

, причем мощность отличается от мощности нагрузки на величину потерь в обмотках трансформатора (в сопротивлении Zт) и его потерь холостого хода, т.е. .

Если перед расчетом режима всей сети предварительно определить мощность (Sрас1), то она отразит влияние и емкостной проводимости (зарядной мощности линий) и потерь мощности в трансформаторе на режим ветвей расчетной схемы, примыкающей к т.1 и на режим всей рассчитываемой сети. В этом случае схема замещения упрощается и принимает вид (рис. 4в).

Рис. 4 в

- называется расчетной мощностью подстанции.

Вычисление расчетной мощности подстанции предшествует расчету режима сети

Т.к. напряжение в узловых точках схемы замещения пока неизвестны, то слагающие расчетной мощности должны определяться по номинальному напряжению сети:

; ; - зарядные мощности линий.

Потери в трансформаторах:

;

Расчет по номинальному напряжению обуславливает меньшую точность.

Расчетные схемы электрических сетей

Режим электрической сети рассчитывается применительно к схеме замещения.

Схема получается в результате объединения схем замещения отдельных элементов сети.

В расчетной практике выделяют два вида электрических сетей и соответствующих им расчетных схем:

разомкнутые;
замкнутые.

Рис. 1

Принципиальные схемы этих сетей показаны на рис. 1а, 2а.

Схемы замещения при напряжении 110кВ и выше приведены на рис. 1б и 2б.

Схемы замещения местных сетей (U<=35кВ) - на рис. 1в и 2в.

Рис 2

Рис. 3

1.3. Понятие расчетной нагрузки

Возможность упрощения расчетной схемы посмотрим на примере (рис.4).

Рис. 4 а

Рис. 4 б

В этой схеме суммарная мощность, приходящая от линии к узлу 1 (проходящая по сопротивлениям ) равна

, причем мощность отличается от мощности нагрузкина величину потерь в обмотках трансформатора (в сопротивленииZт) и его потерь холостого хода, т.е..

Рис. 4 в

- называется расчетной мощностью подстанции.

Вычисление расчетной мощности подстанции предшествует расчету режима сети

; ; - зарядные мощности линий.

Потери в трансформаторах:

;

Расчет по номинальному напряжению обуславливает меньшую точность.

Лекция 11. Расчет режимов электрических сетей с n-нагрузками. Расчет режимов кольцевых сетей.

Расчет режимов электрических сетей с n-нагрузками «по данным конца», когда известны расчетные нагрузки в узлах и напряжение в конце сети; и «по данным начала», когда известны расчетные нагрузки в узлах и напряжение в начале сети. Расчеты установившихся режимов линий с двухсторонним питанием и замкнутых сетей простейшей конфигурации.

Расчет режимов кольцевых сетей

На рисунке а) показана схема сети с несколькими нагрузками. Головные участки включены на шины питающего пункта А – это или системная п/ст или эл.станция. Если эту схему представить разрезанной по питающему пункту и развернутой, то она будет иметь вид линии с двусторонним питанием, у которой напряжения по концам равны по величине и фазе ( рис.б )

На рисунке в) приведена расчетная схема этой сети:

Здесь S1, S2 , S3 – расчетные нагрузки п/ст, включающие саму нагрузку узлов, зарядные мощности 0.5 линий и потери мощности в трансформаторах.

Направление потоков мощности на отдельных участках схемы принимается условно. Действительные направления определяются в результате расчета.

Известными для расчета являются:

Напряжение в точке питания
Мощность нагрузок

Расчет должен выполняться методом последовательных приближений.

Первое приближение – равенство напряжений вдоль линии,это напряжение принимают равным номинальному напряжению линии.

Второе приближение - отсутствие потерь мощности.

При этих допущениях ,токи, протекающие по отдельным участкам схемы определяются соотношением:

Условие равенства напряжений по концам линии означает равенство нулю падения напряжения в схеме.

Условие равенства нулю падения напряжения на основании 2-го закона Кирхгофа может быть записано следующим образом:

или ,если сократить во всех членах 3Uном

Выразим входящие в это уравнение мощности участков II, III, IV через мощность SI и известные мощности нагрузок S1, S2, S3:

Откуда:

Кроме того, на основании 1-го закона Кирхгофа имеем:

Подставив (2)-(5) в исходное уравнение (1):

После преобразования получим:

откуда, c учетом обозначений рис.в) следует,что

или

Подставив формулы (2)-(5) в уравнение (1) для SIV после аналогичных преобразований получим:

или

В общем случае при «n» нагрузках на кольцевой линии:

где ZmAи ZmA– сопротивления от точки m , в которой включена промежуточная нагрузка Sm до точки питания A и A соответственно.

После определения мощностей, протекающих по головным участкам сети, можно найти мощности на остальных участках с помощью закона Кирхгофа, последовательно примененного для каждой точки включения нагрузки. Определение потоков мощности является первым этапом расчета.

На втором этапе определяются потери мощности, а также напряжения в узловых точках схемы.

Допустим , что в результате I этапа найдено распределение мощностей показанное на рис.а)

К точке 2 мощность поступает с двух сторон. Такая точка называется точкой потокораздела. Обычно изображается зачерненным треугольником.

Если исходную схему мысленно разрезать по точке потокораздела, то получим схему, изображенную на рисунке б).

Такая операция не изменит распределение мощностей во всей сети в целом, если считать в точке 2 включенной нагрузку с потребляемой мощностью SII , а в точке 2 – нагрузку с мощностью SIII.

Схема , изображенная на рисунке б), состоит из двух независимых частей, каждая из которых характеризует разомкнутую сеть с заданными нагрузками S1,SII и S3,SIIIи напряжениями

UA = UA на шинах источника питания. Дальнейший расчет осуществляется также как для разомкнутых сетей «по данным начала». При этом, должны быть найдены уточненные значения мощностей, учитывающие потери мощности на участках схемы, начиная с концов

при допущении, что U = Uном, а затем должны быть вычислены напряжения в узловых точках, начиная с точек A и A .

Иногда может выявиться две точки потокораздела – одна для активной, другая для реактивной мощности.

Такой случай иллюстрируется на рисунке 2, где точка 2 является точкой потокораздела для активной, а точка 3 – для реактивной мощности.

Кольцевая сеть разделяется на две разомкнутые. Предварительно вычисляют потери мощности на участке между точками потокораздела:

Если принять, что в точке 2 включена нагрузка

а в точке 3 нагрузка

то можно вместо кольцевой схемы рассматривать две разомкнутые линии, показанные на последнем рисунке.

studfiles.net

Электрические схемы

Построение расчетной схемы сети

Для выбора сечений отдельных участков электрической сети но условиям нагревания и экономической плотности тока достаточно знать только 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 трех фазных 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. 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 или других защитных аппаратов.

При составлении расчетной схемы электропроводки внутри помещения следует пользоваться планами и разрезами здания, на которых должна быть нанесена электропроводка с указанием точек присоединения электроприемников.

Расчетная схема наружной сети составляется по плану поселка или промышленного предприятия, на котором также должна быть нанесена сеть и указаны точки присоединения групп электроприемников (домов или отдельных зданий промышленного предприятия).

Длины всех участков сети измеряются 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 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, BE и ВГ — ответвлениями.

Как видно из рисунка, отдельные участки сети представлены без масштаба, что не мешает точности расчета, если длина участков указана правильно.

Расчетная схема участка наружной сети 380/220 В жилого поселка.

Определение расчетных нагрузок электрической сети

Определение расчетных нагрузок (мощностей) является значительно более сложной задачей. Осветительная лампа, нагревательный прибор или телевизор при номинальном 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 (например, двигатели, соединенные с вентиляторами).

Двигатели станков работают с перерывами на время установки новой детали для обработки. Часть двигателей может работать с неполной нагрузкой или вхолостую и т. д. При этом нагрузка линии, питающей мастерскую, не будет оставаться постоянной. 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

Р = Кс х Ру,

где Кс - коэффициент спроса для режима наибольшей нагрузки, учитывающий наибольшее возможное число включенных приемников группы. Для двигателей коэффициент слроса должен учитывать также величину их загрузки;

Ру - установленная мощность группы приемников, равная сумме их номинальных мощностей, кВт. Вы всегда можете более подробно ознакомиться с методами определения расчетных нагрузок по специальной литературе.

Определение расчетного тока линии для одного электроприемника и группы электроприемников

При выборе сечения проводников по условию нагревания или по экономической плотности тока необходимо определить величину расчетного тока линии. Для трехфазного электроприемника величина расчетного тока (А) определяется по формуле

где Р - расчетная мощность приемника, кВт; Uн - номинальное напряжение на зажимах приемника, равное междуфазному (линейному) напряжению сети, к которой он присоединяется, В; cos ф - коэффициент мощности приемника.

Этой формулой можно также пользоваться для определения расчетного тока группы трехфазных или однофазных приемников 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, определяется по формуле

где U н.ф - номинальное напряжение приемников, равное фазному напряжению сети, к которой они присоединяются, В.

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

Для ламп накаливания и нагревательных приборов коэффициент мощности cosфи = 1. В этом случае формулы для определения расчетного тока соответственно упрощаются.

Определение тока по расчетной схеме электрической сети

Вернемся к расчетной схеме наружной сети жилого поселка, представленной на рисунке. На этой схеме расчетные нагрузки присоединенных к линии домов указаны в киловаттах у концов соответствующих стрелок. Для выбора сечения проводов линии необходимо знать нагрузку всех 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.

Найдем 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 рисунка длины участков линии указаны сверху и слева, нагрузки этих же участков — снизу и справа.

Пример. Четырехпроводная линия номинальным напряжением 380/220 В питает мастерскую, в которой установлено 30 электродвигателей, суммарная установленная мощность Py1 = 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 cos ф=0,75. Определить расчетный ток линии.

Решение. Определяем расчетную нагрузку электродвигателей: P1 = 0,35 х 48 =16,8 кВт и расчетную нагрузку освещения Р2=0,9 х 2=1,8 кВт. Суммарная расчетная нагрузка Р= 16,8 + 1,8= 18,6 кВт.Определяем расчетный ток: