Расчёт электрооборудования жилого здания

СПбГАСУ

Кафедра электроэнергетики и электротехники

Методические указания

для выполнения курсовой работы по дисциплине

«Электрооборудование зданий»

на тему: «Расчёт электрооборудования жилого здания»

Разработал: Воронков Б.Н.

Оформление: Паршуков А.А.

Софронов А.Н.

Санкт–Петербург

2015

Введение.

Высокие темпы строительства в России и большой объём ежегодно вводимых жилых зданий предъявляют серьезные требования к качеству работы инженерных сетей и оборудования, в том числе электрооборудования зданий. В связи с этим, инженер по специальности «Электрооборудование и электроснабжение строительства» должен обладать не только знанием, но и умением применять новейшее электрооборудование для конкретных объектов строительства, используя современные методики и правила, а также действующую Нормативную документацию.

Данные методические указания содержат базовые сведения для проектирования электрооборудования зданий: определение расчётных мощностей электрооборудования жилых зданий, расчёт сечений электропроводящих жил кабелей и проводов по значениям расчётных мощностей и токов, выбор вида и типов аппаратов защиты электрических сетей.

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Электроэнергетика и электротехника».

Исходные данные приведены в таблице вариантов курсовых работ. Для пояснения вопросов размещения электрических устройств и связей между ними приведен пример схемы электроснабжения жилого здания. С целью углублённого ознакомления с предложенным в методических указаниях материалом дан список литературных источников.


Варианты курсовых работ

Варианта

Количество

этажей

здания

Количество секций в здании

Количество квартир в секции

Площадь квартир в одной секции

Вид плиты

и мощность

Вид силового эл. оборудования; лифт пассажир. (л.п.), грузовой(л.г.), насос пожар.(н.п.)и мощность, кВт

Коэф. мощности

Допустимая

потеря напряжения

Расстояние от ГРЩ до дальних стояков, м

м

м

Cos квартир

Cos сил. оборуд-я.

Uдоп,%

1

5

12

4

280

230

Газовая

н.п. 125,5

0,95

0,9

1,8

80

2

8

6

6

335

3110

Электр. 34 и 310 кВт

л.п. 65 л.г. 67

0,96

0,85

1,9

40

3

9

8

4

260

240

Электр. 4,5 кВт

л.п. 84,5 л.г. 87

0,97

0,9

1,9

50

4

12

6

4

250

250

Электр. 4 кВт

л.п. 36 л.г. 38

0,98

0,85

2,0

30

5

16

4

3

140

250

Электр. 5 кВт

л.п. 25 л.г. 28

0,98

0,9

2,2

20

6

5

10

2

190

170

Газовая

н.п. 105

0,97

0,85

1,7

70

7

8

8

4

260

240

Электр. 5 кВт

л.п. 45,5 л.г. 47

0,96

0,85

1,9

40

8

9

6

2

170

180

Электр. 5 кВт

л.п. 35 л.г. 37

0,95

0,9

1,9

30

9

12

3

4

290

230

Электр. 6 кВт

л.п. 34,5 л.г. 27

0,94

0,85

2,0

30

10

16

4

5

335

2105

Электр. 33 и 39 кВт

л.п. 34,5 л.г. 37

0,95

0,9

2,2

20

11

5

8

4

280

230

Газовая

н.п. 85

0,96

0,88

1,7

55

12

8

4

4

280

240

Электр. 5 кВт

л.п. 46,5 л.г. 48

0,97

0,8

1,9

40

13

9

8

5

240

340

Электр. 4 кВт

л.п. 55 л.г. 56,5

0,97

0,85

1,9

60

14

12

4

4

270

280

Электр. 6 кВт

л.п. 34,5 л.г. 37

0,96

0,9

2,1

35

15

16

3

3

240

130

Электр. 3 кВт

л.п. 35,5 л.г. 37,5

0,95

0,9

2,4

30

16

5

6

2

1120

190

Газовая

н.п. 66

0,97

0,8

1,9

65

17

12

6

4

265

245

Электр. 4 кВт

л.п. 34,5 л.г. 38

0,96

0,85

2,0

60

18

25

8

2

190

165

Электр. 6 кВт

л.п. 46 л.г. 47

0,98

0,8

2,8

70

19

5

10

2

160

140

Газовая

н.п. 104

0,95

0,85

1,8

80

20

8

6

4

245

270

Газовая

л.п. 65 л.г. 67

0,96

0,8

1,9

45

21

9

6

6

335

3100

Электр. 34 и 39 кВт

л.п. 55 л.г. 56

0,98

0,9

2,0

50

22

12

5

4

250

270

Электр. 5 кВт

л.п. 46 л.г. 47

0,96

0,8

2,1

40

23

5

6

2

150

155

Газовая

н.п.. 63

0,96

0,8

1,8

40

24

8

4

4

290

2110

Газовая

л.п. 44,5 л.г. 46

0,96

0,85

1,9

30

25

9

7

6

380

335

Электр. 4,5 кВт

л.п. 65 л.г. 67

0,97

0,9

2,0

70

26

12

3

4

240

255

Электр. 5 кВт

л.п. 65,5 л.г. 67,5

0,97

0,85

2,1

35

27

25

3

2

170

195

Электр. 6 кВт

л.п. 35 л.г. 39

0,96

0,9

2,7

30

28

10

6

4

275

245

Газовая

л.п. 65 л.г. 67

0,96

0,9

1,9

65

29

25

4

4

265

255

Электр. 7 кВт

л.п. 25 л.г. 29

0,98

0,8

2,8

30

30

10

4

4

255

235

Электр. 4кВт

л.п. 45 л.г. 48

0,96

0,9

2,0

35


Рис. 1. Пример схемы электроснабжения жилого здания 8 этажей, 4 секции


Примечание: жилые 5-этажные здания с газовыми плитами снабжаются электроэнергией по одному кабельному вводу.

Раздел 1. Расчет мощностей, потребляемых электрооборудованием жилого здания

1.1 Расчет мощностей, расходуемой электропотребителями квартир.

Расчетная электрическая мощность на каждую квартиру привязана в инструкции РД 34.20.185-95[1] в виде так называемой удельной расчетной электрической нагрузки , величина которой зависит от площади квартиры, количество квартир в доме и других показателей.

Рассчитываем мощность, потребляемую квартирами 1-го стояка по формуле:

, (1)

где n-число квартир, подключаемых к первому стояку, т.е. первой вертикальной магистрали электроснабжения.

– удельная мощность каждой квартиры, кВт.

– определяем по таблице №1.

Удельная расчетная электрическая нагрузка электроприемников квартир жилых зданий, кВт/квартира

Таблица1

п/п

Потребители

электроэнергии

Количество квартир

1-3

6

9

12

15

18

24

40

60

100

200

400

600

1000

1

Квартиры с плитами*:

– на природном газе

– на сжиженном газе (в том числе при групповых установках) и на твердом топливе

– электрической мощностью до 8,5 кВт

4,5

6

10

2,8

3,4

5,9

2,3

2,9

4,9

2

2,5

4,3

1,8

2,2

3,9

1,65

2

3,7

1,4

1,8

3,1

1,2

1,4

2,6

1,05

1,3

2,1

0,85

1,08

1,5

0,77

1

1,36

0,71

0,92

1,27

0,69

0,84

1,23

0,67

0,76

1,19

2

Квартиры повышенной комфортности с электрическими плитами мощностью до 10,5 кВт**

14

8,1

6,7

5,9

5,3

4,9

4,2

3,3

2,8

1,95

1,83

1,72

1,67

1,62

3

Домики на участках садоводческих товариществ

4

2,3

1,7

1,4

1,2

1,1

0,9

0,76

0,69

0,61

0,58

0,54

0,51

0,46

*в заданиях по типовым

проектам

**рекомендуемые значения

Примечания:

1. Удельные расчетные нагрузки для промежуточного числа квартир определяется интерполяцией.

2. Удельные расчетные нагрузки квартир включают в себя нагрузку освещения общедомовых помещений (лестничных клеток, подполий, технических этажей, чердаков и т.д.)

3. Удельные расчетные нагрузки приведены для квартир средней общей площадью 70 м (квартиры от 35 до 90м) в зданиях по типовым проектам и 150м (квартиры от 100 до 300м) в зданиях по индивидуальным проектам с квартирами повышенной комфортности.

4. Допускается определить расчетную электрическую нагрузку квартир повышенной комфортности по проекту внутреннего электрооборудования квартиры (здания) в зависимости от набора устанавливаемых приборов и режима их работы, характеризующегося средней вероятностью включения (коэффициентом спроса) и несовпадения хозяйственных работ в квартире.

5. Удельные расчетные нагрузки не учитывают покомнатное расселение семей в квартире.

6. Удельные расчетные нагрузки не учитывают общедомовую силовую нагрузку, осветительную и силовую нагрузки встроенных (пристроенных) помещений общественного назначения, нагрузку рекламы, а также применение в квартирах электрического отопления, электроводонагревателей и бытовых кондиционеров (для элитных квартир нагрузка кондиционеров учитывается).

Мощность, которая подводится по линии №1 к стоякам 1 и 2, а так же мощность линии №2 к стоякам 3 и 4, рассчитывается для суммарного количества квартир двух стояков:

кВт, (2)

где ,

-удельная мощность выбирается по табл. 1 для количества квартир .

Мощности остальных стояков определяем аналогично.

Распределяем нагрузку на питающие линии в следующем порядке:

– квартиры общедомовое рабочее освещение подключаем к 1-му вводу;

– лифты и аварийное освещение дома подключаем ко 2-му вводу.

Общая нагрузка на вводе №1 от квартир:

, (3)

где – общее количество квартир в доме

– удельная мощность для числа квартир кВт, находим по

табл. 1.

1.2. Расчёт мощности общедомового рабочего освещения.

Рабочее общедомовое освещение лестничных клеток, чердака и подвала условно принимаем по 4 люминесцентных ламп по 10 Вт на этаже в каждой паре секций.

Таким образом, мощность рабочего освещения одной пары секций дома:

,

где: – количество этажей,

– количество ламп на каждой паре секций одного этажа,

– 0,01 кВт: мощность 1-ой лампы.

Общая мощность рабочего освещения всего дома:

, (4)

где: – количество пар секций дома.

1.3. Расчёт мощности аварийного освещения.

Мощность аварийного освещения принимаем в объёме 20% от рабочего:

, (5)

1.4. Расчёт мощности, потребляемой лифтами.

Мощность лифтов с учётом коэффициента спроса определяем по формуле:

, (6)

где: – коэффициент спроса, который определяется по табл. 2,

– суммарная мощность электродвигателей лифтов.

. Коэффициенты спроса для лифтов.

Таблица 2

п/п

Число лифтовых установок

для домов высотой (этажей)

До 12

12 и выше

1

2-3

0,8

0,9

2

4-5

0,7

0,8

3

6

0,65

0,75

4

10

0,5

0,6

5

20

0,4

0,5

6

25 и св.

0,35

0,4

1.5. Расчёт потребляемой мощности на вводе 1:

, (7)

где: – общая нагрузка на вводе от квартир, – коэффициент спроса, =0,6, – мощность рабочего освещения.

1.6. Расчёт потребителей мощности на вводе 2:

, (8)

где: – расчётная мощность лифтов, – мощность аварийного освещения.

1.7. Определение мощности на каждом вводе при аварии на одном из них:

Для случая питания квартир и силовых потребителей от разных вводов расчёт мощности в аварийном режиме ведем по формуле:

. (9)

В том числе, если <, принимаем

.

Раздел 2. Выбор кабелей и сечений жил проводников.

2.1 Выбор сечений жил по допустимому длительному току.

Для квартирных стояков выбираем трехжильные кабели типа АВВГ с алюминиевыми жилами или ВВГ-с медными жилами. Согласно нормативной документации (например: ПУЭ[2]), электропроводка в зданиях должна иметь медные жилы при их сечениях до 16мм. Если сечение больше 16мм, то предпочтительны алюминиевые жилы по экономическим соображениям. Выбираем кабель АВВГ.

Сечение жилы трехжильных кабелей выбираем по величине расчетного тока из таблицы 3а и 3б для прокладки в воздухе (см. ПУЭ, п.1.3.10). При этом нагреванием нулевого N и защитных проводников в пятижильных кабелях пренебрегаем.

Кабели проложены в каналах строительных конструкции (в воздухе).

Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми

жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках, бронированных и небронированных

Таблица 3а

Сечение токопроводящей жилы, мм

Ток, А, для кабелей

одножильных

двухжильных

трехжильных

при прокладке

в воздухе

в воздухе

в земле

в воздухе

в земле

2,5

23

21

34

19

29

4

31

29

42

27

38

6

38

38

55

32

46

10

60

55

80

42

70

16

75

70

105

60

90

25

105

90

135

75

115

35

130

105

160

90

140

50

165

135

205

110

175

70

210

165

245

140

210

95

250

200

295

170

255

120

295

230

340

200

295

150

340

270

390

235

335

185

390

310

440

270

385

240

465

Примечание. Допустимые длительные токи для четырехжильных кабелей с пластмассовой изоляцией на напряжение до 1 кВ могут выбираться по табл. 3а, как для трехжильных кабелей, но с коэффициентом 0,92.

Допустимый длительный ток для кабелей с медными жилами с бумажной пропитанной маслоканифольной и нестекающей массами изоляцией в свинцовой оболочке, прокладываемых в воздухе

Таблица 3б

Сечение токопроводящей жилы, мм2

Ток, А, для кабелей

одножильных до 1кВ

двухжильных до 1кВ

трехжильных напряжением, кВ

четырехжильных до 1 кВ

до 3

6

10

6

55

45

10

95

75

60

55

60

16

120

95

80

65

60

80

25

160

130

105

90

85

100

35

200

150

125

110

105

120

50

245

185

155

145

135

145

70

305

225

200

175

165

185

95

360

275

245

215

200

215

120

415

320

285

250

240

260

150

470

375

330

290

270

300

185

525

375

325

305

340

240

610

430

375

350

300

720

400

880

500

1020

625

1180

800

1400

Примечания:

1. Буквой А обозначены кабели с алюминиевыми жилами, М – с медными.

2. Для кабелей с алюминиевыми жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках, бронированных и небронированных (А), и для проводов с медными жилами с резиновой изоляцией в металлических защитных оболочках и кабелей с медными жилами с резиновой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной, найритовой или резиновой оболочке, бронированных и небронированных (М).

3. Кроме таблиц по выбору сечений жил из ПУЭ, рекомендуется пользоваться техническими условиями ВНИИ кабельной промышленности, рекомендациями заводов-изготовителей или Нормами кабельных сетей.

Расчётный ток жилы кабеля определяется по формуле:

,

где: – расчётная мощность питаемого электрооборудования в кВт,

– номинальное напряжение между фазными проводниками,

=0,96 – коэффициент мощности электрооборудования.

Примечание: КПД электрооборудования учтён в величине .

В данной курсовой работе необходимо рассчитать сечения жил следующих кабелей:

– стояков,

– линий №1 и 2,

– рабочего и аварийного освещения,

– питания лифтов (пассажирских и грузовых),

– вводов №1 и 2.

Примечание: Если величина расчётного тока превышает максимальное значение тока в таблицах 3а или 3б, следует использовать 2 или больше параллельных кабелей.

2.2. Выбор сечений жил по допустимой потере напряжения.

Рассчитанные в разделе 2.1. сечения жил кабелей проверяются по потере напряжения на каждом из участков, начиная от главного распределительного щита (ГРЩ): на стояках, участках l2 и l3 линии №1, участках l4 и l5 линии № 2, линиях питания рабочего и аварийного освещения, линиях к электродвигателям лифтов. Максимально допустимая потеря напряжения задана в процентах в разделе «Исходные данные».

Следует иметь ввиду, что потери напряжения на каждом участке, включенном в общую последовательную цепь (например, участок l3, участок l2 и стояк 1), должны быть просуммированы, и эта сумма не должна превышать допустимую потерю напряжения. Если есть превышение, надо увеличить сечение жилы на одном или всех участках цепи.

Потеря напряжения в кабеле с алюминиевыми жилами рассчитывается по формуле:

,

а при медных жилах:

где: l – длина кабеля в м, – расчётная мощность питаемых электропотребителей в кВт, s – сечение жилы в мм2.

Из значений сечений жил кабеля, рассчитанных по потере напряжения и по длительному допустимому току, выбирается большее.

2.3. Выбор аппаратов защиты электрических сетей от коротких замыканий и перегрузок.

В качестве аппаратов защиты применим автоматические выключатели с комбинированными, т.е. тепловыми и электромагнитными расцепителями. Выбор уставок тока Iт.р. тепловых и Iэ.р. электромагнитных расцепителей производим по табл.4. Уставки рассчитываем для всех автоматических выключателей QF, показанных на схеме электроснабжения жилого здания.

Расчетные формулы для выбора защитных аппаратов в осветительных и силовых сетях.

Таблица 4

п

/

п

Защитный аппарат

Расчетные формулы

Осветительные сети

Силовые сети

Лампы

накалива-ния

Люминес-центные

лампы

Лампы ДРЛ, ДРИ, ДнаТ

Линии к одиночным электроприемникам

Линии к группам электроприемников

1

2

3

4

5

6

7

1

Предохранитель

(плавкая вставка)

2

Автоматический выключатель с комбинированным расцепителем

В таблице 4 приняты следующие обозначения:

- номинальный ток плавкой вставки предохранителя, А;

- номинальный ток или установка номинального тока теплового расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой или регулируемой обратно зависимой от тока характеристикой, А;

- ток уставки электромагнитного расцепителя (отсечки), А;

- расчетный ток нагрузки, А;

- пусковой ток электроприемника, А;

- наибольший пусковой ток одного электроприемника в данной группе (при одновременном запуске группы электродвигателей – суммарный пусковой ток этой группы), А;

- суммарный расчетный номинальный ток остальных электроприемников группы, работающих в длительном режиме, А;

– коэффициент, зависящий от условий и длительности пускового периода, равный 2,5 , за исключением линий к электродвигателям с длительностью пуска не более 2с (крупные вентиляторы с большими маховыми массами, лифты, краны, дробилки и т.п.). В этих случаях принимается d=1,6.

Примечания к табл. 4:

1. Поз.2, ст. 6,7 – при установке автоматических выключателей в шкафу повышающие коэффициенты для токов тепловых расцепителей не вводятся, так как формулы справедливы для температуры окружающей среды 40С.

2. Поз.2, ст. 6,7 – при установке автоматических выключателей на линиях к силовым электроприемникам, не имеющим в своем составе электродвигатели, коэффициенты 1,25 и 1,1 для расчета тока уставки теплового расцепителя не вводятся.

Отметим также, что тепловые реле, встраиваемые в магнитные пускатели, выбирают по формулам, приведенным в таблице 4, для расчета токов уставки тепловых расцепителей.

Автоматические выключатели и предохранители с плавкими ставками служат в основном для защиты электрических сетей. Защиту человека от электрического напряжения выполняет устройство защитного отключения.

По рассчитанным уставкам выбираем типы автоматических выключателей из табл. 5.

Автоматические выключатели

Таблица 5

Тип автоматического выключателя

Ток номинальный, А автоматического выключателя

Ток номинальный, А расцепителей тока

ВА-101

63

1,2,3,4,5,6,10,16,20,25,32,40,50,63

ВА-201

100

63,80,100

ВА-303

225

125,160,200,225

Тип автоматического выключателя

Ток номинальный, А автоматического выключателя

Ток номинальный, А расцепителей тока

Tmax-T1

160

16…160

Tmax-T3

250

63…250

Tmax-T7

1600

200…1600

В столбце 2 таблицы 5 указаны номинальные токи выключателей, на которые рассчитаны размыкающие контакты, винты для зажима жил кабелей и другие конструктивные элементы. Выбор тока уставки теплового расцепителя из столбца 3 производится по величине расчетного тока электроприемника с использованием формул таблицы 4. Номинальный ток и ток установки теплового расцепителя указываются в обозначении типа автоматического выключателя. Например, для расчетного тока нагрузки выбираем автоматический выключатель типа ВА-303-225/200 или .

Типы выключателей следует указать на схеме электроснабжения здания рядом с условным изображением этого аппарата.

Сводная таблица.

Таблица 6

№ п/п

Наименование потребителей энергии

Мощность, кВт

Коэф. мощн. сos

Расчет, ток, А

Сечение жилы, мм2

Допуст. ток жилы, А

Потеря напряж., %

Тип защит. аппарата

1

Квартиры, подключенные к одному из стояков

2

Квартиры группы стояков, подключенные к одной питающей линии

3

Все квартиры здания

4

Лифты

5

Пожарные насосы

6

Рабочее общедомовое освещение

7

Аварийное освещение

8

Ввод №1

9

Ввод №2

Раздел 3. Выполнение и оформление курсовой работы.

В курсовой работе следует привести исходные данные по своему варианту задания. Выполняемые расчеты должны сопровождаться пояснениями, приведенными в методических указаниях. Схема электроснабжения должна соответствовать зданию и виду электрооборудования для полученного варианта курсовой работы.

Результаты расчетов необходимо внести в сводную таблицу 6. На схеме электроснабжения для каждого участка следует указать расчетную мощность, расчетный ток, коэффициент мощности, потерю напряжения, марку и сечения проводников.

Работа выполняется на листах формата А4, которые надо скрепить вместе. Объем – около 10 страниц, включая титульный лист, оглавление, введение, расчеты, графический материал, пояснительный текст, выводы и список литературы.

В качестве вывода к работе можно указать, что расчет мощностей электрооборудования жилого здания, выбор сечений жил кабелей для электроснабжения оборудования, а также аппаратов защиты от коротких замыканий и перегрузок, произведен по действующим нормативным документам, что является основой работоспособности и надежной эксплуатацией электрической сети здания в течении гарантийного срока службы.

Литература:

1. Инструкция по проектированию городских электрических сетей РД 34.20.185-94 (с изменениями от 1999г. №213). М. Энергоатом издат. 1995г.

2. Правила устройства электроустановок. 6-е и 7-е издания. М. 2014г.

3. Воронков Б.Н. Конспект лекций по дисциплине “Электрооборудование зданий”. 2015г.

Оглавление:

Введение…………………………………………………………………………………стр.2

Варианты курсовых работ……………………………………………………………..........3

Пример схемы электроснабжения………………………………………………………….4

Раздел 1. Расчет мощностей, потребляемых электрооборудованием жилого здания….5

1.1 Расчет мощностей, расходуемой электропотребителями квартир…………………..5

1.2. Расчёт мощности общедомового рабочего освещения………………………………7

1.3. Расчёт мощности аварийного освещения……………………………………………..7

1.4. Расчёт мощности, потребляемой лифтами……………………………………………7

1.5. Расчёт потребляемой мощности на вводе 1…………………………………………..7

1.6. Расчёт потребителей мощности на вводе 2…………………………………………...8

1.7. Определение мощности на каждом вводе при аварии на одном из них…………….8

Раздел 2. Выбор кабелей и сечений жил проводников…………………………………....8

2.1 Выбор сечений жил по допустимому длительному току…………………………..…8

2.2. Выбор сечений жил по допустимой потере напряжения…………………………...12

2.3. Выбор аппаратов защиты электрических сетей от коротких

замыканий и перегрузок…………………………………………………………………...12

Раздел 3. Выполнение и оформление курсовой работы…………………………………15

Литература………………………………………………………………………………….16


PAGE 5

Расчёт электрооборудования жилого здания