Barion Pixel

Villanyszerelők Lapja

Nem csak villanyszerelőknek

Létesítmények, lakások teljesítmény igényének meghatározása

2012/4. lapszám | Memon Katalin Malmos Attila |  31 512 |

Figylem! Ez a cikk 10 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Rövid írásunkban a lakások teljesítményigényének meghatározásához kívánunk némi segítséget nyújtani az érdeklődő szakembereknek – a téma összetettsége és szerteágazósága miatt csak néhány gondolat erejéig. Először is tekintsük át a különböző teljesí...

Rövid írásunkban a lakások teljesítményigényének meghatározásához kívánunk némi segítséget nyújtani az érdeklődő szakembereknek – a téma összetettsége és szerteágazósága miatt csak néhány gondolat erejéig.

Először is tekintsük át a különböző teljesítményeket az egyszerűség kedvéért egyfázisú áramkörben. Az SI mértékrendszer szerint a teljesítmény mértékegysége a watt, de a megkülönböztethetőség érdekében más jelöléseket alkalmaznak a meddő és a látszólagos teljesítményre. Váltakozó áramú áramkörben a pillanatnyi teljesítményt a pillanatnyi áramerősség és feszültség szorzata adja. Munkát a pillanatnyi teljesítménynek egy periódusra vett átlaga képes végezni. Ezt nevezzük hatásos teljesítménynek, és P-vel jelöljük, mértékegysége a watt (W). Tisztán induktív vagy kapacitív váltakozó áramú áramkörökben a pillanatnyi teljesítmény egy periódusra vett átlaga zérus a feszültség és áram közötti fáziseltérés miatt.

Ezt a teljesítményt, mivel nem végez munkát, meddő teljesítménynek nevezzük, Q-val jelöljük, mértékegységét voltamper reaktívként jelöljük (var). A meddő teljesítmény a fogyasztók működéséhez szükséges mágneses (motorok, transzformátorok stb.) és elektromos mező (kondenzátorok) létrehozásához szükséges. Látszólagos teljesítménynek nevezzük az áram és feszültség effektív értékének szorzatát, eltekintve az áram és a feszültség közti fáziseltéréstől, ez azt jelenti, hogy nincs mögötte valódi fizikai tartalom, jele az S, mértékegységét voltamperként jelöljük (VA).

A teljesítmények között az alábbi összefüggések állnak fenn: P = U x I x cos ; Q = U x I x sin ; S2 = p2 + Q2. a feszültség és áram közötti fáziseltérés. Mivel a különböző típusú fogyasztók más és más fáziseltérést hoznak létre, a teljesítmények viszonya is más és más – fogyasztói típusoktól függően. A cos -t teljesítménytényezőnek nevezzük, mivel kapcsolatot teremt a különböző teljesítmények között. A villamos tervezés alapja a fogyasztók számbavételével a teljesítményigény ismerete.

A tervdokumentációnak tartalmaznia kell az épület villamossági műszaki leírásában az épület teljesítményigényének meghatározását a különböző fogyasztói csoportoknak megfelelő bontásban. Ezen adatok alapján történik a hálózat áramkörökre bontása, az áramkörök vezeték-keresztmetszetének meghatározása, a szükséges túláram-védelmi és kapcsoló-készülékek kiválasztása stb.

Egy lakás teljesítményigényére a következő megállapításokat tehetjük.
■ A különböző fogyasztók névleges teljesítménye tág határok között mozog. A gépek, készülékek nem mindig névleges teljesítményen működnek, terhelési állapotuk változik, de névleges teljesítmény felett (túlterhelési állapotban) ritkán és rövid ideig üzemelnek, ezért a biztonság irányába tévedünk, ha a névleges teljesítménnyel vesszük őket számításba.
■ Alapvetően a nagyobb teljesítményigényű és számottevő üzemidejű fogyasztókat kell számításba venni.
■ A villamos teljesítményigény változik időben, napszaknak, évszaknak, időjárási körülményeknek stb. megfelelően. A teljesítményigény meghatározását ezért akár több terhelési állapotra is el kell végezni.
■ A villamos teljesítményigény évről évre folyamatosan nőhet. Egyre több és több villamos berendezés kerül be egy lakásba. A hálózat méretezésénél ezzel is számolni kell, hiszen a villamos hálózat hosszabb távra készül.
■ A háztartási villamos készülékek gyártói ritkán gondoskodnak fázisjavításról.
Saját méréseink szerint a kompakt fénycsövek teljesítménytényezője cos = 0,6-0,7, és televíziók, számítógépek esetében is mesz-sze van az egytől. Így a hatásos és látszólagos teljesítmény között nagy az eltérés.

Felső kép: tisztán ohmos fogyasztó, alsó kép: tisztán induktív fogyasztó, alsó képen jobbra: teljesítmények viszonya általános esetben (kékkel)

A háztartási célú fogyasztókat az alábbi módon, pl. rendeltetés szerint csoportosíthatjuk: világítás; főző-sütő berendezések (főzőlapok, tűzhelyek, mikrohullámú sütők, gyorsfőző fazekak stb.); konyhai villamos kisgépek (kávéőrlő, mixer, robotgép, mosogatógép stb.); hűtőberendezések (hűtő, fagyasztó); vízmelegítők (forróvíztároló, vízmelegítő, kávéfőző stb.); helyiségfűtő villamos készülékek (hősugárzó, hőtárolós kályha, szaunakályha stb.); helyiséghűtő berendezések (klíma); lakáskarbantartó készülékek (porszívó stb.); ruha- és textilkarbantartó készülékek (mosógép, centrifuga, vasaló, varrógép, szárítógép stb.); egészségügyi, kozmetikai berendezések (hajszárító, borotva, kézszárító stb.), egyéb (kéziszerszámok, szivattyú stb.).

A legnagyobb teljesítményt azok a fogyasztók képviselik, melyek a villamos energiát hővé alakítják: fűtés, vízmelegítés (mosógép, mosogatógép is), klíma. Ha a teljesítményigényt nem tudjuk pontosan meghatározni, mert a tervezés fázisában még nem ismert a lakás pontos felszereltsége, a fogyasztók típusa, száma tekintetében egy átlagos lakás igényeivel számolhatunk.

A teljesítményigény meghatározásához az MSZ 447:2009 Kisfeszültségű, közcélú elosztóhálózatra csatlakoztatás (2. fejezet) szabvány előírásait vehetjük alapul. „Villanytűzhelyes lakás méretezési teljesítménye 10 kW.” „Ez a teljesítmény a következő fogyasztókészülékek teljesítményigényét elégíti ki: lakás világítása, rádió, televízió, videó, magnetofon, lemezjátszó, automata mosógép, 80 l-nél kisebb térfogatú forróvíztároló, vasaló, hűtőszekrény, fagyasztószekrény, mikrohullámú sütő, mosogatógép (2 kW), porszívó, grilles villanytűzhely (10,4 kW-os), 1,5 kW-nál nem nagyobb teljesítményű és nem hőtárolós fűtőkészülék, és más, 0,4 kW-nál nem nagyobb teljesítményű készülék, összesen 2 kW egyidejű tel- jesítményben.” „A vezetékes gáztűzhelyes lakás méretezési teljesítménye 6,6 kW. A fogyasztókészülékek listája – villanytűzhely kivételével – ugyanaz.”

Több lakást tartalmazó épület villamos teljesítményigényét a következő módon határozhatjuk meg: Pe = (n×Pm) × e + (Pf + Pv). [Pe az eredő méretezési teljesítmény; Pm egy fogyasztási hely (lakás) méretezési teljesítménye; n a fogyasztási helyek (lakások) száma; e az egyidejűségi tényező; Pf a villamos fűtési teljesítmény (1,5 kW-nál nagyobb teljesítményű); Pv a vízmelegítő teljesítmény (80 literesnél nagyobb beépített teljesítményű vízmelegítő).] A Pe eredő méretezési teljesítményt külön ki kell számítani a világítási és a hőtárolós csúcsidőszakra, a méretezést a nagyobb érték alapján kell elvégezni.

A méretezés során figyelembe kell venni az ésszerű gazdaságosság szempontjait is az üzembiztonság mellett. Mivel nem minden fogyasztó működik egyszerre, ezért több fogyasztó esetén az eredő teljesítményt valószínűségi alapon határozzuk meg, ún. egyidejűségi tényező segítségével. Minél több a nem állandó üzemű fogyasztó, annál kisebb a valószínűsége, hogy mind egyszerre működik.

„Többlakásos társasház esetén a lakásokra vonatkozó egyidejűségi tényezőt a következő képlettel kell meghatározni: e = c + 1 - c/ n. Ahol e az egyidejűségi tényező; c = 0,2; n = a lakások száma. példa Egy társasház adatai a következők: 4 villanytűzhelyes lakás, villamos alapfűtés nincs. A meleg vizet lakásonként 120 l térfogatú, 1800 W névleges teljesítményű forróvíztárolók állítják elő.

Ennek alapján az eredő méretezési teljesítmény a következő. Az egyidejűségi tényező a négy lakásra: e = 0,2 + 1 - 0,2 / 4 = 0,6. Pe = (4 × 10) × 0,6 + 4× (0 + 1,8) = 31,2 kW. Ha nem vennénk figyelembe az egyidejűségi tényezőt: 47,2 kW eredő teljesítményt kaptunk volna. A vezeték feszültségesésre történő méretezését az egyszerűsített módon a hatásos teljesítmény figyelembe vételével határozzuk meg. A vezetékek terhelhetőségének meghatározásakor pedig a látszólagos teljesítményt vesszük alapul. A szabvány szerint a vezetékek terhelhetőségének megállapításánál (melegedésre való ellenőrzésnél) a teljesítménytényezőt cos = 0,7-tel kell számításba venni (a fázisjavítást figyelmen kívül kell hagyni).

2. ábra

Néhány egyéb figyelembe veendő tényező a teljesség igénye nélkül. Motoroknál fontos figyelni arra, hogy névleges teljesítményük nem a felvett villamos, hanem a tengelyen leadott mechanikai teljesítmény. A két teljesítmény között a hatásfok teremt kapcsolatot. PV = Pm/ .

Motoros fogyasztónál az alulméretezett vezeték a következő problémákat okozhatja.
■ A vezetékeken a megengedettnél nagyobb feszültségesés jön létre, ami már a készülékek normális üzemét is zavarhatja. A motoros fogyasztók nyomatéka, tengelyén leadott teljesítménye a feszültség négyzetével arányos. Pm ~ U2. Ez azt jelenti, hogy ha U = 0,9 Un-re csökken a feszültség, akkor a tengelyteljesítménye ennek a négyzete, 0,81 Pm-re csökken, ami a motor túlterhelődését, a fordulatszám csökkenését okozhatja.
■ Vezetékek káros túlmelegedése, ami tűzveszély forrása lehet.

Ha nem vesszük figyelembe a hálózat kiépítésénél a későbbi teljesítményigény-növekedést, akkor könnyen előfordulhat, hogy egy áramkör túlterhelődik. Pl. egy konyhába két dugaszolóaljzatot építenek be azonos áramkörről táplálva, amiről a tulajdonos egy mikrohullámú sütőt és egy hűtőgépet működtet. Évek múltával változik, bővül a konyha felszereltsége, bekerül egy mosogatógép, egy kenyérsütő és további kisebb-nagyobb konyhagépek.

A tulajdonos (mint azt számos példa mutatja) a két dugaszolóaljzatot fogja továbbra is használni elosztók, hosszabbítók segítségével, ami az áramkör túlterhelődéséhez vezet. Ennek eredményeként (ha túl sok eszközt használnak egyszerre, ha a hálózat öreg, ha a kötések kivitelezése és a szerelés nem megfelelő vagy csak éppen megfelelő) a túláramvédelmi készülék (kismegszakító) zavaróan sokszor működhet.

Ne felejtsük el, hogy a túlterhelt hálózat egy lakástűz okává is válhat! A fogyasztók számbavételénél figyelembe kell venni a bekapcsolási áramlökéseket, amelyek alapvetően a motoros fogyasztókra jellemzők. A motorok bekapcsolási áramlökései nem okozhatnak túl nagy, a többi fogyasztó működését számottevően zavaró feszültségesést (3%, illetve 1,5% feszültségesés) (MSZ 447:2009 8. fejezet).

A fogyasztók egymásra hatását oly módon csökkenthetjük a legjobban, ha az egyes fogyasztók, fogyasztótípusok külön áramkörre kerülnek. Ezzel csökken a bekapcsolási áramlökések hatása, javul a felharmonikus- zavarás, nem utolsó sorban szelektív lesz a túláramvédelem is. Persze ezzel a beruházási költségek növekednek.

felhasznált irodalom
Dr. Selmeczi Kálmán, Schnöller Antal: Villamoságtan II. Műszaki Könyvkiadó, Budapest 1987.
Dr. Szandtner Károly: Épületek villamos teljesítményigénye (IV. BMF energetikai konferencia, előadásvázlat); MSZ 447:1998; MSZ 447:2009