Wie werden Lastzentren, Schalttafeln und Verteilertafeln dimensioniert?

Dimensionierung von Lastzentrum, Schalttafeln, Verteilertafel und Verbrauchereinheit gemäß NEC und IEC?

Planung ist die erste und wichtigste Priorität für alle Elektroinstallationsprojekte, und eine ordnungsgemäße Schätzung und Analyse auf der Grundlage einer genauen Berechnung ist ein Muss bei der Planung und Installation eines Verteilungssystems in Wohn- oder Gewerbeanwendungen . Dies liegt daran, dass die richtig festgelegte Größe des Lastzentrums und der Schalttafeln die aktuelle sowie die zukünftige Ladung (falls vorhanden) sicher und reibungslos tragen und handhaben wird.

Auf diese Weise sollten Lastzentren und Verteilertafeln gemäß NEC und IEC oder anderen anwendbaren regionalen Codes richtig dimensioniert werden (in ähnlicher Weise Dimensionierung eines geeigneten Drahtes und Kabels, Auswahl von MCBs in der richtigen Größe oder Berechnung die Bewertung von Steckern und Steckdosen usw.). In der heutigen Schritt-für-Schritt-Anleitung zeigen wir Ihnen anhand von gelösten Beispielen, wie Sie eine geeignete Schaltschrankgröße (Lastzentrum, Verteiler oder Leistungsschalterfeld) gemäß NEC und IEC auswählen.

Schalttafel, Lastzentrum und Verteilertafel oder Verbrauchereinheit

Verschiedene Begriffe werden für dasselbe verwendet, z. B. Lastzentrum, Schalttafel, Verteiler oder Verbrauchereinheit. Kurz gesagt, eine Schalttafel oder ein Verteiler ist eine Kombination aus mehreren Schutzvorrichtungen wie Leistungsschaltern, die verwendet werden, um die elektrische Leistung sicher zu steuern und an die Lastpunkte wie Beleuchtungspunkte und Endstromkreise zu verteilen.

• In den USA verwendete Begriffe :Schalttafel, Lastzentrum, Unterbrecherkasten, Servicetafel oder Hauptschalttafel.
• In Großbritannien und der EU verwendete Begriffe :Verteilertafel (gewerblich), Verbrauchereinheit (Wohnbereich), Sicherungskasten, Hauptschalttafel usw.

Wir haben das bereits in unserem vorherigen Beitrag ausführlich besprochen, kommen wir nun zum Schritt-für-Schritt-Tutorial. Das folgende Beispiel kann auch zur Ermittlung der Belastbarkeit des Hauptschalters verwendet werden Außerdem kann es zur Berechnung der gesamten elektrischen Last in einem Haushalt verwendet werden .

Wie bemessen Sie eine Schalttafel und ein Lastzentrum? 120/240 V – NEC?

Die übliche Spannungsebene in den USA für private Anwendungen ist 120 V und 240 V einphasig. Die drei Drähte (gekennzeichnet als Hot1 als schwarze Farbe, Hot 2 als rote Farbe und Neutral als weiße Farbe) von der Sekundärseite des Split-Transformators treten in den Zählerkasten und die Hauptschalttafel (Hauptschalterunterbrecher) ein.

Auf diese Weise ist die verfügbare Spannung in einem einphasigen Verteilungssystem wie folgt:

• Spannung zwischen jedem Hot (Hot 1 oder Hot 2) und Neutral =120 V
• Spannung zwischen Hot 1 und Hot 2 =240 V

Die folgende Abbildung zeigt die Gesamtübersicht eines Verteilerkastens, die Höhe der Spannung zwischen verschiedenen Leitern und die Anzahl der Leistungsschalter.

Anmerkung 1: Das folgende Beispiel basiert auf VA (Volt x Ampere), die als Scheinleistung bekannt ist. Sie können die Wirk- oder Wirkleistung (in Watt) verwenden, die gleich Scheinleistung x Leistungsfaktor oder VA x PF ist, da der Leistungsfaktor in Wohngebäuden fast eins ist (1). In diesem Fall ist die Scheinleistung in VA gleich der Wirkleistung in W „Watt“.

Sehen Sie sich nun das folgende Beispiel an, um die geeignete Größe der Schalttafel (Lastzentrum oder Verteiler) zu bestimmen.

Anmerkung 2: Dieses Beispiel basiert auf NEC, das in Nordamerika anwendbar ist, insbesondere in den USA und Kanada, die NEC und CEC folgen. Überprüfen Sie direkt nach diesem Beispiel die anderen Beispiele für IEC und UK/EU.

Im Folgenden finden Sie eine allgemeine Übersicht über ein Hauptbedienfeld und seine verschiedenen Teile, einschließlich des Platzes für zukünftige Lastpunkte und 120-V- und 240-V-Stromkreise.

Beispiel:

Berechnen Sie die richtige Größe des Lastzentrums oder Verteilers für einen 1500 ft ² (Quadratfuß) oder 139,35 m ² (Quadratmeter) Wohnungsgrundriss mit folgenden Lastpunkten:

• Klimaanlage:240 V x 25 A =6000 VA =6 kVA
• Elektrischer Bereich:240 V x 35 A =9600 VA =8,4 kVA
• Elektroheizung:240 V x 30 A =7200 VA =7,2 kVA
• Wäschetrockner:240 V x 15 A =3600 VA =3,6 kVA
• Geschirrspüler:120 V x 10 A =1200 VA =1,2 kVA
• Müllabfuhr =120 V x 8 A =960 VA =0,96 kVA
• Zwei Kleingerätekreise in der Küche für Kühlschrank, Blende etc.
• Allgemeinbeleuchtung, Ventilatoren, Badezimmergeräte und zukünftige Lasten usw.

Lösung:

Lassen Sie uns anhand von NEC-Codes und zugehörigen Tabellen die Nennleistung für verschiedene Haushaltsgeräte basierend auf dem Grundriss ohne Keller und Garage finden und berechnen.

Allgemeine Beleuchtungslast:

Die minimale allgemeine Beleuchtungslast einschließlich Nicht-Haushaltssteckdosen für Haushaltsgeräte, z. Fernseher, Tischlicht usw.) für eine Wohnung beträgt 3 VA pro ft ² (NEC-Tabelle 220.12).

Auf diese Weise die allgemeine Beleuchtungslast für 1800 ft ² (im Beispiel angegeben):

3 VA x 1500 Fuß ² =4500 VA =4,5 kVA

Laden kleiner Haushaltsgeräte

Es sollten mindestens zwei Stromkreise für Kleingeräte mit 120 V und 20 A vorhanden sein, d. h. in der Küche für Kleingeräte wie Kaffeemaschine und Toaster usw. (NEC-Artikel 210.11(C)(1) Diese Stromkreise sollten für 1,5 kVA ausgelegt sein (NEC Artikel 220.52(A). Auf diese Weise werden die Kleingeräte in dem gegebenen Beispielhaus belastet:

2 x 1500 VA =3000 VA =3 kVA

Wäschekreislauf

Es sollte mindestens einen 120-V-20-A-Stromkreis für den Wäschebereich geben (NEC-Artikel 210.11(C)(2). Die Mindest-VA-Bewertung des Wäschestromkreises sollte 1,5 kVA betragen (NEC Artikel 220.52(B). Auf diese Weise ist die Tragfähigkeit im Waschbereich:

1500 VA =1,5 kVA

So ergibt sich die gesamte Allgemeinbeleuchtung und Kleingeräte inkl. Wäschestromkreis Bewertung:

• Allgemeinbeleuchtung =4,5 kVA
• Kleingerätelast =3 kVA
• Wäschekreislauf =1,5 kVA

Allgemeinbeleuchtung und Kleingeräte insgesamt =4,5 kVA + 3 kVA + 1,5 kVA =9 kVA

Nachfragefaktor

Wie wir wissen, sind nicht alle Elektrogeräte sofort betriebsbereit, d.h. (nur eines kann je nach Temperatur entweder als elektrische Heizung oder als Kühlschrank verwendet werden). Ebenso sind nicht alle Geräte wie Bügeleisen, Warmwasserbereiter, Beleuchtung, Ventilatoren usw. ständig eingeschaltet. Aus diesem Grund werden die ersten 3 kVA mit 100 % bewertet, während die verbleibende Last mit einem Bedarfsfaktor von 35 % bewertet werden kann ( NEC-Tabelle 220.42). Hier entlang

• Die ersten 3 kVA bei 100 % =3 kVA
• Rest 6 kVA (9 kVA – 3 kVA) bei 35 % =2,1 kVA

Nettosumme von Allgemeinbeleuchtung und Kleingeräten =  3 kVA + 2,1 kVA =5,1 kVA

Große Appliance-Lasten

Hohe Nennleistung z.B. Großgeräte mit Dauer- und nicht Dauerbetrieb sind unterschiedlich zu behandeln. Wir haben die folgenden hochleistungsfähigen Geräte im obigen Beispiel:

• Klimaanlage:240 V x 25 A =6 kVA
• Elektrischer Bereich:240 V x 35 A =8,4 kVA
• Elektroheizung:240 V x 30 A =7,2 kVA
• Wäschetrockner:240 V x 15 A =3,6 kVA

Wie wir oben bereits erwähnt haben, kann gleichzeitig eine Klimaanlage oder elektrische Heizung verwendet werden, d.h. es wird nur ein Gerät benötigt, um basierend auf der Temperatur zu arbeiten. In diesem Fall sollten Geräte mit größeren Nennwerten berücksichtigt werden (NEC® Artikel 220.82(C)). In unserem Beispiel ist die Nennleistung der elektrischen Heizung (7,2 kVA) größer als die der Klimaanlage (6 kVA), also betrachten wir dann die Heizung, d. h. 7,2 kVA

Der Rest der Geräte sollte mit 100 % bewertet werden, mit Ausnahme der elektrischen Reichweite, da sie nur für kurze Zeit verwendet wird, d. h. im Vergleich zu anderen Geräten sehr diskontinuierlich ist. Der zulässige Bedarfsfaktor für eine elektrische Heizung mit 7,2 kW beträgt 5,76 kW (NEC-Tabelle 220.55). Wir haben angenommen, dass der Leistungsfaktor Eins ist, d. h. „1“, wobei Scheinleistung =Wirkleistung ist, z. kVA =kW. Auf diese Weise;

• Elektrischer Bereich:=8,4 kVA
• Elektroheizung =5,76 kVA
• Wäschetrockner:=3,6 kVA

Nettosumme Großgeräte =8,4 kVA + 5,76 kVA + 3,6 kVA =17,76 kVA

Verschiedene Lasten

Die im Beispiel angegebenen verschiedenen Lasten sind:

• Geschirrspüler =1,2 kVA
• Müllentsorgung =0,96 kVA

Sonstige Nettolast =1,2 kVA + 0,96 kVA =2,16 kVA

Gesamtlast

Ladepunkte	kW- oder kVA-Nennwert
Allgemeinbeleuchtung, Wäsche &Kleinlast	5,1 kVA
Nettolast für große Appliances	17,76 kVA
Verschiedene Gerätelast	2,16 kVA
Gesamtlast	25,02 kVA

Benötigter Service

Die übliche Versorgungsspannung in den USA für Privathaushalte beträgt 120 V/240 V. Daher können wir den höchsten Spannungspegel verwenden, um die erforderliche Leistung (für Ampere) zu bestimmen, indem wir die folgende Formel verwenden.

I =P / V

Wo:

• I =Stromstärke in Ampere
• P =Leistung in Watt (oder kVA bei PF =1)
• V =Spannung in Volt

Werte setzen;

I =25,02 kVA / 240 V

I =104,25A

Das bedeutet, dass der erforderliche Dienst 105A ist. Aber wir müssen auch den zukünftigen Erweiterungs- und Sicherheitsfaktor hinzufügen.

Zukünftiges Laden:

Es ist wichtig, für die zukünftige Erweiterung einen Abstand von mindestens zwei Abzweigungen hinzuzufügen. Es sollten mindestens 2 Unterbrecher mit jeweils mindestens 10 A Platz hinzugefügt werden, d. h. 2 x 10 A = 20 A

Ampere insgesamt =20 A + 104,25 A = 124,25 A

Sicherheitsfaktor

Es wird empfohlen, einen Sicherheitsfaktor von 20 % zur Gesamtstromstärke hinzuzufügen, da Leistungsschalter und deren Betrieb im Lastzentrum durch den Temperaturanstieg beeinträchtigt werden. So ergibt sich der Gesamtstrom in Ampere:

Ampere netto insgesamt =20 % + 124,25 A = 149 A

Die geeignete Größe des Lastzentrums oder Verteilerfelds = 150 Ampere

Basierend auf den obigen Berechnungen, die richtige Größe des Lastschwerpunkts oder Tafel ist 150A der dem berechneten Wert am nächsten kommt.

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Wie bestimme ich einen Verteiler? 3-phasig, 400 V – IEC

Im folgenden Beispiel zeigen wir Ihnen, wie Sie die richtige Größe eines dreiphasigen 400-V-Verteilers berechnen, der hauptsächlich in Ländern anwendbar ist, die den IEC-Regeln folgen, z. UK, EU und ehemalige britische Kolonien.

Beispiel: 

Was ist die richtige Größe eines dreiphasigen Verteilers, wenn die geschätzte Gesamtlast in einem Haus 50 kVA beträgt. Die Last ist eine Kombination aus einphasigen und dreiphasigen Systemen (400 V und 230 V Wechselstrom), einschließlich Klimaanlage, Kühlschrank, Elektroherd, Wasserpumpen, Waschmaschinen und allgemeine Beleuchtungspunkte usw. Berücksichtigen Sie den Leistungsfaktor von 0,9.

Lösung:

Zunächst ermitteln wir die benötigten Ampere mithilfe der Dreiphasenstromformel.

P =√3 x V  x I x Cos Ф

I =P / √3  x V x Cos Ф

Eingabe der Werte:

I =50kW x / √3  x 400 V x 0,9

I =80.18A

Nachfrage- oder Diversitätsfaktor:

Der allgemeine Belastungsfaktor beträgt 80 % der angeschlossenen Last (siehe IEC 60439 für weitere Einzelheiten). In diesem Fall

80 % x 80,18 A =64,15 A .

Zukünftige Erweiterung:

Die allgemeine Faustregel für den Sicherheitsfaktor beträgt 20 %. Sie können es also bei Bedarf auch hinzufügen.

20 % x 64,15 A =76,98 A

Sicherheitsfaktor

Der sichere Mindestbereich des Sicherheitsfaktors beträgt 20-25 %. Also addieren wir ihn wie folgt zum berechneten Wert des Laststroms:

25 % x 76,98 A =96,22 A

Nun, die nächste verfügbare Standardleistung von MCCB soll 100A sein für den dreiphasigen 400-V-Verteiler, der die geeignete Größe hat, um eine 50-kW-Last zu handhaben.

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Wie wird eine Verbrauchereinheit dimensioniert? Einphasig, 230 V – IEC

Das folgende Beispiel zeigt Ihnen, wie Sie die richtige Größe einer einphasigen 230-V-Wechselstrom-Verbrauchereinheit oder Garageneinheit und des zugehörigen MCB/MCCB finden, um die Last im Haushalt zu handhaben.

Beispiel: 

Finden Sie die richtige Größe einer einphasigen Verbrauchereinheit, wenn die geschätzte Gesamtlast in einem Haus 12 kVA beträgt.

Lösung:

Im Allgemeinen wird der Leistungsfaktor von Wohnhäusern mit normaler Last als Einheit „1“ betrachtet. Auf diese Weise ist die Gesamtlast in kVA =kW, d.h. die Scheinleistung ist gleich der Wirkleistung in Watt, da kein Leistungsfaktor vorhanden ist.

Jetzt müssen wir zuerst den Laststrom berechnen, indem wir die allgemeine Stromformel in Ampere für einphasige Schaltungen verwenden.

Zunächst ermitteln wir die benötigten Ampere mithilfe der Dreiphasenstromformel.

P =  V  x I x Cos Ф

I =P / V x Cos Ф

Eingabe der Werte:

I =12 kW x / 230 V x 1

I =52.17A

Nachfrage- oder Diversitätsfaktor:

Der allgemeine Belastungsfaktor beträgt 80 % der angeschlossenen Last (Sie können den richtigen Prozentsatz entsprechend dem Lasttyp in IEC 60439 auswählen). In diesem Fall

80 % x 52,17 A =41,74 A

Zukünftige Erweiterung:

Die allgemeine Faustregel für den Sicherheitsfaktor beträgt 20 %. Sie können es also bei Bedarf auch hinzufügen.

20 % x 41,74 A =50 A

Sicherheitsfaktor

Der sichere Mindestbereich des Sicherheitsfaktors beträgt 20-25 %. Also addieren wir ihn wie folgt zum berechneten Wert des Laststroms:

25 % x 50 A =62,5 A

Auf diese Weise können wir den nächsten verfügbaren Standardwert für MCCB auswählen, der 63 A für die einphasige 230-V-Verbrauchereinheit beträgt. Basierend auf der Berechnung ist dies 63A MCB oder MCCB hat die richtige Größe, um eine Last von 12 kW in Wohnhäusern zu bewältigen.

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