Avant de construire une maison, il est important de concevoir correctement ses structures porteuses. Le calcul de la charge sur les fondations garantira la fiabilité des supports sous le bâtiment. Elle est réalisée avant le choix de la fondation après avoir déterminé les caractéristiques du sol.
Le document le plus important pour déterminer le poids des structures de la maison est le SP « Charges et impacts ». C'est lui qui réglemente les charges qui tombent sur les fondations et comment les déterminer. Selon ce document, les charges peuvent être divisées dans les types suivants :
- permanent;
- temporaire.
Les temporaires, quant à eux, sont divisés en long terme et court terme. Les constantes comprennent celles qui ne disparaissent pas lors de l'exploitation de la maison (le poids des murs, cloisons, sols, toitures, fondations). Le temporaire à long terme est la masse de meubles et d'équipements, le court terme est la neige et le vent.
Charges permanentes
- les dimensions des éléments de la maison ;
- le matériau à partir duquel ils sont fabriqués ;
- facteurs de sécurité de charge.
| Type de construction | Poids |
| Des murs | |
| En briques pleines de céramique et de silicate de 380 mm d'épaisseur (1,5 brique) | 684kg/m2 |
| La même épaisseur 510 mm (2 briques) | 918kg/m2 |
| La même épaisseur de 640 mm (2,5 briques) | 1152kg/m2 |
| La même épaisseur 770 mm (3 briques) | 1386kg/m2 |
| Fabriqué en briques creuses en céramique de 380 mm d'épaisseur | 532kg/m2 |
| Le même 510 mm | 714kg/m2 |
| Le même 640 mm | 896kg/m2 |
| Le même 770 mm | 1078kg/m2 |
| En brique creuse silicatée de 380 mm d'épaisseur | 608kg/m2 |
| Le même 510 mm | 816kg/m2 |
| Le même 640 mm | 1024kg/m2 |
| Le même 770 mm | 1232kg/m2 |
| A partir d'une barre (pin) de 200 mm d'épaisseur | 104kg/m2 |
| Même épaisseur 300mm | 156kg/m2 |
| Cadre avec isolation de 150 mm d'épaisseur | 50kg/m2 |
| Cloisons et murs intérieurs | |
| Fabriqué en briques de céramique et de silicate (solides) de 120 mm d'épaisseur | 216kg/m2 |
| Même épaisseur 250mm | 450kg/m2 |
| Depuis brique en céramiqueépaisseur creuse 120 mm (250 mm) | 168 (350) kg/m2 |
| En brique de silicate creuse de 120 mm d'épaisseur (250 mm) | 192 (400) kg/m2 |
| De cloison sèche 80 mm sans isolation | 28kg/m2 |
| De cloison sèche 80 mm avec isolation | 34kg/m2 |
| Chevauchements | |
| Béton armé massif épaisseur 220 mm avec chape ciment-sable 30 mm | 625kg/m2 |
| Béton armé à partir de dalles alvéolées 220 mm avec chape 30 mm | 430kg/m2 |
| Bois sur poutres de 200 mm de haut avec la condition de pose d'isolant d'une densité ne dépassant pas 100 kg / m 3 (à des valeurs inférieures, une marge de sécurité est prévue, car les calculs indépendants n'ont pas une grande précision) avec une pose comme revêtement de sol parquet, stratifié, linoléum ou moquette | 160kg/m2 |
| Toit | |
| Enduit de carreaux de céramique | 120kg/m2 |
| Des tuiles bitumineuses | 70kg/m2 |
| Des tuiles métalliques | 60kg/m2 |
- profondeur de congélation du sol;
- niveau d'emplacement eaux souterraines;
- la présence d'un sous-sol.
Lorsque vous êtes sur un site de sols grossiers et sableux (moyens, grands), vous ne pouvez pas approfondir la semelle de la maison en raison du gel. Pour les argiles, limons, loams sableux et autres bases instables, il est nécessaire de marquer la profondeur de gel du sol dans période hivernale. Il peut être déterminé par la formule de la Joint Venture « Fondations et Fondations » ou par les cartes du SNiP « Construction Climatologie » (ce document est désormais annulé, mais dans la construction privée, il peut être utilisé à des fins informatives).
Lors de la détermination de l'emplacement de la semelle des fondations de la maison, il est important de contrôler qu'elle se trouve à une distance d'au moins 50 cm du niveau de la nappe phréatique. Si le bâtiment a un sous-sol, la marque de base est prise 30 à 50 cm en dessous de la marque au sol de la pièce.
Après avoir décidé de la profondeur de gel, vous devrez choisir la largeur de la fondation. Pour le ruban et les colonnes, il est pris en fonction de l'épaisseur du mur du bâtiment et de la charge. Pour les dalles, elles sont attribuées de manière à ce que la partie porteuse dépasse de 10 cm les murs extérieurs. Pour les pieux, la section est attribuée par calcul, et le grillage est choisi en fonction de la charge et de l'épaisseur des murs. Vous pouvez utiliser les recommandations de définition du tableau ci-dessous.
| type de fondation | Méthode de détermination du poids |
| Béton armé en ruban | Multipliez la largeur du ruban par sa hauteur et sa longueur. Le volume obtenu doit être multiplié par la densité du béton armé - 2500 kg/m 3. Recommandé: . |
| Dalle en béton armé | La largeur et la longueur du bâtiment sont multipliées (20 cm sont ajoutés à chaque taille pour les saillies sur les limites des murs extérieurs), puis la multiplication est effectuée par l'épaisseur et la densité du béton armé. Recommandé: . |
| Béton armé en colonnes | La surface de la section transversale est multipliée par la hauteur et la densité du béton armé. La valeur obtenue doit être multipliée par le nombre de supports. Dans ce cas, la masse du grillage est calculée. Si les éléments de fondation présentent un élargissement, celui-ci doit également être pris en compte dans les calculs de volume. Recommandé: . |
| pieu foré | Comme dans le paragraphe précédent, mais il faut prendre en compte la masse du grillage. Si le grillage est en béton armé, alors son volume est multiplié par 2500 kg/m 3, s'il est en bois (pin), puis par 520 kg/m 3. Lors de la fabrication d'un grillage en métal laminé, vous devrez vous familiariser avec l'assortiment ou le passeport des produits, qui indiquent la masse d'un mètre linéaire. Recommandé: . |
| Vis à pieux | Pour chaque pieu, le fabricant précise le poids. Il faut multiplier par le nombre d'éléments et ajouter la masse du grillage (voir paragraphe précédent). Recommandé: . |
Le calcul de la charge sur les fondations ne s'arrête pas là. Pour chaque structure dans la masse, il est nécessaire de prendre en compte le facteur de sécurité des charges. Sa signification pour divers matériaux donné dans le SP "Charges et impacts". Pour le métal, il sera égal à 1,05, pour le bois - 1,1, pour les structures en béton armé et en pierre armée de production en usine - 1,2, pour le béton armé fabriqué directement sur le chantier - 1,3.
Charges vives
La façon la plus simple de gérer l'utile ici. Pour les immeubles d'habitation, elle est de 150 kg/m2 (déterminée en fonction de la surface au sol). Le coefficient de fiabilité dans ce cas sera égal à 1,2.
La neige dépend de la zone de construction. Pour déterminer la zone enneigée, la Joint Venture Climatologie Construction sera nécessaire. De plus, par le numéro de district, l'ampleur de la charge se retrouve dans la coentreprise « Charges et impacts ». Le facteur de fiabilité est de 1,4. Si la pente du toit est supérieure à 60 degrés, la charge de neige n'est pas prise en compte.
Détermination de la valeur pour le calcul
Lors du calcul des fondations d'une maison, ce n'est pas sa masse totale qui sera requise, mais la charge qui tombe sur une certaine zone. Les actions ici dépendent du type de structure de support du bâtiment.
| type de fondation | Actions dans le calcul |
| Ruban adhésif | Pour calculer la fondation en bande en termes de capacité portante, vous avez besoin d'une charge par mètre linéaire, sur cette base, la surface de la semelle est calculée pour le transfert normal de la masse de la maison à la base, sur la base sur la capacité portante du sol (la valeur exacte de la capacité portante du sol ne peut être trouvée qu'à l'aide d'études géologiques). La masse obtenue lors de la collecte des charges doit être divisée par la longueur du ruban. Dans le même temps, les fondations des murs porteurs internes sont également prises en compte. C'est le moyen le plus simple. Pour un calcul plus détaillé, vous devrez utiliser la méthode des zones de chargement. Pour ce faire, déterminez la zone à partir de laquelle la charge est transférée vers une certaine zone. Il s'agit d'une option qui prend du temps, donc lors de la construction d'une maison privée, vous pouvez utiliser la première méthode, la plus simple. |
| dalle | Nous devons trouver la masse de chacun mètre carré assiettes. La charge trouvée est divisée par la surface de la fondation. |
| Colonne et pieu | Habituellement, dans la construction de logements privés, la section des pieux est prédéterminée puis leur nombre est sélectionné. Pour calculer la distance entre les supports, en tenant compte de la section sélectionnée et de la capacité portante du sol, il faut trouver la charge, comme dans le cas de fondation en bande. Divisez la masse de la maison par la longueur des murs porteurs sous lesquels les pieux seront installés. Si le pas des fondations s'avère trop grand ou trop petit, la section transversale des supports est modifiée et le calcul est refait. |
Exemple de calcul
Il est plus pratique de collecter les charges sur les fondations d'une maison sous forme tabulaire. L'exemple est considéré pour les données initiales suivantes :
- la maison est à deux étages, la hauteur au sol est de 3 m, les dimensions dans le plan sont de 6 mètres sur 6 ;
- ruban de fondation en béton armé monolithique de 600 mm de large et 2000 mm de haut ;
- murs en briques pleines de 510 mm d'épaisseur ;
- sols monolithiques en béton armé de 220 mm d'épaisseur avec chape ciment-sable de 30 mm d'épaisseur ;
- toit en croupe (4 pentes, ce qui signifie que les murs extérieurs de tous les côtés de la maison auront la même hauteur) recouvert de tuiles métalliques avec une pente de 45 degrés ;
- un mur intérieur au milieu de la maison en briques de 250 mm d'épaisseur ;
- la longueur totale des cloisons sèches sans isolation d'une épaisseur de 80 mm est de 10 mètres.
- zone de construction de neige ll, charge sur le toit 120 kg/m2.
| Définition de la charge | Facteur de fiabilité | Valeur estimée, tonnes |
| Fondation 0,6 m * 2 m * (6 m * 4 + 6 m) = 36 m 3 - volume de fondation 36 m 3 * 2500 kg / m 3 = 90 000 kg = 90 tonnes |
1,3 | 117 |
| Murs extérieurs 6 m * 4 pièces = 24 m - la longueur des murs 24 m * 3 m = 72 m 2 - superficie sur un étage (72 m 2 * 2) * 918 kg / m 2 - 132192 kg = 133 tonnes - la masse des murs de deux étages |
1,2 | 159,6 |
| Murs intérieurs 6 m * 2 pièces * 3 m = 36 m 2 de surface murale sur deux étages 36 m 2 * 450 kg / m 2 = 16 200 kg = 16,2 tonnes - poids |
1,2 | 19,4 |
| Chevauchements 6 m * 6 m = 36 m 2 - surface au sol 36 m 2 * 625 kg / m 2 = 22 500 kg = 22,5 tonnes - poids d'un étage 22,5 t * 3 = 67,5 tonnes - la masse des étages du sous-sol, des étages et du grenier |
1,2 | 81 |
| Cloisons 10 m * 2,7 m (ici, on ne prend pas la hauteur du sol, mais la hauteur de la pièce) = 27 m 2 - superficie 27 m 2 * 28 kg / m 2 = 756 kg = 0,76 tonne |
1,2 | 0,9 |
| Toit (6 m * 6 m) / cos 45ᵒ (angle de pente du toit) = (6 * 6) / 0,7 = 51,5 m 2 - surface du toit 51,5 m 2 * 60 kg/m 2 = 3090 kg - 3,1 tonnes - poids |
1,2 | 3,7 |
| Charge utile 36m 2 * 150 kg / m 2 * 3 \u003d 16200 kg \u003d 16,2 tonnes (la surface au sol et leur nombre sont issus des calculs précédents) |
1,2 | 19,4 |
| neigeux 51,5 m 2 * 120 kg / m 2 \u003d 6180 kg \u003d 6,18 tonnes (surface du toit issue des calculs précédents) |
1,4 | 8,7 |
Pour comprendre l'exemple, ce tableau doit être mis en relation avec celui dans lequel sont données les masses des structures.
Ensuite, vous devez additionner toutes les valeurs obtenues. La charge totale pour cet exemple sur la fondation, compte tenu de son propre poids, est de 409,7 tonnes. Pour connaître la charge par mètre linéaire du ruban, il faut diviser la valeur obtenue par la longueur de la fondation (calculée dans la première ligne du tableau entre parenthèses) : 409,7 tonnes / 30 m = 13,66 t/m.p. Cette valeur est prise pour le calcul.
Lors de la recherche de masse à la maison, il est important de suivre attentivement les étapes. Il est préférable de consacrer suffisamment de temps à cette étape de conception. Si vous faites une erreur dans cette partie des calculs, vous devrez peut-être refaire tout le calcul de la capacité portante, ce qui représente un coût supplémentaire en temps et en efforts. Une fois la collecte des chargements terminée, il est recommandé de la revérifier pour éliminer les fautes de frappe et les inexactitudes.
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Pour vous protéger lorsque vous travaillez avec des appareils électroménagers, vous devez d'abord calculer correctement la section du câble et du câblage. Car si le câble n’est pas choisi correctement, cela peut entraîner un court-circuit, pouvant provoquer un incendie dans le bâtiment, les conséquences peuvent être catastrophiques.
Cette règle s'applique également au choix du câble pour les moteurs électriques.
Calcul de la puissance par courant et tension
Ce calcul s'effectue sur la base de la puissance, il doit être fait avant même que commence la conception de votre habitation (maison, appartement).
- Cette valeur dépend des appareils d'alimentation par câble connectés au secteur.
- Selon la formule, vous pouvez calculer l'intensité du courant, pour cela, vous devez prendre la tension secteur exacte et la charge des appareils alimentés. Sa valeur nous permet de comprendre la surface transversale des veines.
Si vous connaissez tous les appareils électriques qui devraient être alimentés par le réseau à l'avenir, vous pouvez facilement effectuer des calculs pour le schéma d'alimentation électrique. Les mêmes calculs peuvent être effectués à des fins de production.
Réseau monophasé avec une tension de 220 volts
Formule d'intensité du courant I (A - ampères) :
I = P/U
Où P est la pleine charge électrique (sa désignation doit être indiquée dans la fiche technique de cet appareil), W - watt ;
U - tension secteur, V (volts).
Le tableau montre les charges standard des appareils électriques et le courant qu'ils consomment (220 V).
| Appareil électroménager | Consommation électrique, W | Force actuelle, A |
| Machine à laver | 2000 – 2500 | 9,0 – 11,4 |
| Jacuzzi | 2000 – 2500 | 9,0 – 11,4 |
| Chauffage au sol électrique | 800 – 1400 | 3,6 – 6,4 |
| Cuisinière électrique stationnaire | 4500 – 8500 | 20,5 – 38,6 |
| four micro onde | 900 – 1300 | 4,1 – 5,9 |
| Lave-vaisselle | 2000 - 2500 | 9,0 – 11,4 |
| Congélateurs, réfrigérateurs | 140 - 300 | 0,6 – 1,4 |
| Hachoir à viande à entraînement électrique | 1100 - 1200 | 5,0 - 5,5 |
| Bouilloire électrique | 1850 – 2000 | 8,4 – 9,0 |
| Cafetière électrique | 6z0 - 1200 | 3,0 – 5,5 |
| Presse-agrumes | 240 - 360 | 1,1 – 1,6 |
| Grille-pain | 640 - 1100 | 2,9 - 5,0 |
| Mixer | 250 - 400 | 1,1 – 1,8 |
| Sèche-cheveux | 400 - 1600 | 1,8 – 7,3 |
| Fer | 900 - 1700 | 4,1 – 7,7 |
| aspirateur | 680 - 1400 | 3,1 – 6,4 |
| Ventilateur | 250 - 400 | 1,0 – 1,8 |
| la télé | 125 - 180 | 0,6 – 0,8 |
| équipement radio | 70 - 100 | 0,3 – 0,5 |
| Appareils d'éclairage | 20 - 100 | 0,1 – 0,4 |
Sur la figure, vous pouvez voir un schéma d'un dispositif d'alimentation électrique domestique avec une connexion monophasée à un réseau 220 volts.
Comme le montre la figure, tous les consommateurs doivent être connectés aux machines appropriées et à un compteur, puis à une machine commune qui supportera la charge totale de la maison. Le câble qui amènera le courant doit résister à la charge de tous les appareils électroménagers connectés.
Le tableau ci-dessous montre câblage caché avec un circuit monophasé, reliant une habitation pour la sélection des câbles à une tension de 220 volts.
| Section transversale de l'âme du fil, mm 2 | Diamètre du conducteur, mm | Conducteurs en cuivre | Conducteurs en aluminium | ||
| Courant, A | Puissance, W | Courant, A | puissance, kWt | ||
| 0,50 | 0,80 | 6 | 1300 | ||
| 0,75 | 0,98 | 10 | 2200 | ||
| 1,00 | 1,13 | 14 | 3100 | ||
| 1,50 | 1,38 | 15 | 3300 | 10 | 2200 |
| 2,00 | 1,60 | 19 | 4200 | 14 | 3100 |
| 2,50 | 1,78 | 21 | 4600 | 16 | 3500 |
| 4,00 | 2,26 | 27 | 5900 | 21 | 4600 |
| 6,00 | 2,76 | 34 | 7500 | 26 | 5700 |
| 10,00 | 3,57 | 50 | 11000 | 38 | 8400 |
| 16,00 | 4,51 | 80 | 17600 | 55 | 12100 |
| 25,00 | 5,64 | 100 | 22000 | 65 | 14300 |
Comme le montre le tableau, la section transversale des noyaux dépend également du matériau dans lequel ils sont fabriqués.
Réseau triphasé avec une tension de 380 V
Dans une alimentation triphasée, l'intensité du courant est calculée à l'aide de la formule suivante :
je = P / 1,73 U
P est la consommation électrique en watts ;
U est la tension secteur en volts.
Dans une alimentation phase 380 V, la formule est la suivante :
Je = P /657,4
Si un réseau triphasé 380 V est connecté à la maison, le schéma de connexion ressemblera à ceci.
Le tableau ci-dessous présente le schéma en coupe des conducteurs du câble d'alimentation pour différentes charges sous une tension triphasée de 380 V pour un câblage encastré.
| Section transversale de l'âme du fil, mm 2 | Diamètre du conducteur, mm | Conducteurs en cuivre | Conducteurs en aluminium | ||
| Courant, A | Puissance, W | Courant, A | puissance, kWt | ||
| 0,50 | 0,80 | 6 | 2250 | ||
| 0,75 | 0,98 | 10 | 3800 | ||
| 1,00 | 1,13 | 14 | 5300 | ||
| 1,50 | 1,38 | 15 | 5700 | 10 | 3800 |
| 2,00 | 1,60 | 19 | 7200 | 14 | 5300 |
| 2,50 | 1,78 | 21 | 7900 | 16 | 6000 |
| 4,00 | 2,26 | 27 | 10000 | 21 | 7900 |
| 6,00 | 2,76 | 34 | 12000 | 26 | 9800 |
| 10,00 | 3,57 | 50 | 19000 | 38 | 14000 |
| 16,00 | 4,51 | 80 | 30000 | 55 | 20000 |
| 25,00 | 5,64 | 100 | 38000 | 65 | 24000 |
Pour un calcul plus approfondi de l'alimentation électrique dans les circuits de charge caractérisés par une puissance apparente réactive élevée, typique de l'utilisation de l'alimentation électrique dans l'industrie :
- moteurs électriques;
- fours à induction;
- selfs d'appareils d'éclairage;
- transformateurs de soudage.
Ce phénomène doit être pris en compte dans les calculs ultérieurs. Dans les appareils électriques plus puissants, la charge est beaucoup plus importante. Par conséquent, dans les calculs, le facteur de puissance est pris à 0,8.
Lors du calcul de la charge des appareils électroménagers, la réserve de marche doit être considérée comme égale à 5 %. Pour le réseau électrique, ce pourcentage devient 20 %.
Pour un fonctionnement durable et fiable du câblage électrique, il est nécessaire de choisir la bonne section de câble. Pour ce faire, vous devez calculer la charge du réseau électrique. Lors des calculs, il ne faut pas oublier que le calcul de la charge d'un appareil électrique et d'un groupe d'appareils électriques diffère quelque peu.
Calcul de la charge actuelle pour un seul consommateur
Le choix d'un disjoncteur et le calcul de la charge pour un seul consommateur dans un réseau résidentiel 220 V sont assez simples. Pour ce faire, rappelons la loi principale du génie électrique : la loi d'Ohm. Après cela, après avoir réglé la puissance de l'appareil électrique (indiquée dans le passeport de l'appareil électrique) et compte tenu de la tension (pour les réseaux domestiques monophasés 220 V), on calcule le courant consommé par l'appareil électrique.
Par exemple, un appareil électroménager a une tension d'alimentation de 220 V et une puissance nominale de 3 kW. On applique la loi d'Ohm et on obtient I nom = P nom / U nom = 3000 W / 220 V = 13,6 A. Ainsi, pour protéger ce consommateur d'énergie électrique, il est nécessaire d'installer un disjoncteur avec un courant nominal de 14 A. Comme il n'y en a pas, on sélectionne le plus grand le plus proche, c'est-à-dire avec un courant nominal de 16 A.
Calcul de la charge actuelle pour les groupes de consommateurs
Étant donné que l'alimentation électrique des consommateurs d'électricité peut être réalisée non seulement individuellement, mais également en groupe, la question du calcul de la charge d'un groupe de consommateurs devient pertinente, puisqu'ils seront connectés à un seul disjoncteur.
Pour calculer un groupe de consommateurs, le coefficient de demande K s est introduit. Il détermine la probabilité de connexion simultanée de tous les consommateurs du groupe pendant une longue période.
La valeur de K c = 1 correspond au branchement simultané de tous les appareils électriques du groupe. Naturellement, l'inclusion de tous les consommateurs d'électricité dans un appartement en même temps est extrêmement rare, je dirais incroyable. Il existe des méthodes complètes pour calculer les coefficients de demande pour les entreprises, les maisons, les entrées, les ateliers, etc. Le facteur de demande d'un appartement variera selon les pièces, les consommateurs et dépendra également largement du mode de vie des résidents.
Par conséquent, le calcul pour un groupe de consommateurs semblera un peu plus compliqué, puisque ce coefficient doit être pris en compte.
Le tableau ci-dessous présente les facteurs de demande d'appareils électriques dans un petit appartement :
Le coefficient de demande sera égal au rapport de la puissance réduite au K total de l'appartement = 2843/8770 = 0,32.
Nous calculons le courant de charge I nom = 2843 W / 220 V = 12,92 A. Nous sélectionnons une machine automatique pour 16A.
À l'aide des formules ci-dessus, nous avons calculé le courant de fonctionnement du réseau. Vous devez maintenant sélectionner la section de câble pour chaque consommateur ou groupe de consommateurs.
Le PUE (règles pour les installations électriques) régule la section des câbles pour différents courants, tensions, puissances. Ci-dessous un tableau à partir duquel, en fonction de la puissance estimée du réseau et du courant, est sélectionnée la section de câble pour les installations électriques d'une tension de 220 V et 380 V :
Le tableau montre uniquement les sections transversales des fils de cuivre. Cela est dû au fait que le câblage en aluminium dans les bâtiments résidentiels ne sont pas posés.
Vous trouverez également ci-dessous un tableau présentant la gamme de capacités des appareils électroménagers à calculer dans les réseaux de locaux d'habitation (à partir des normes de détermination des charges de conception des bâtiments, appartements, maisons privées, microquartiers).
Sélection typique de la taille de câble
Conformément à la section du câble, des disjoncteurs sont utilisés. Le plus souvent utilisé version classique sections de fils :
- Pour circuits d'éclairage d'une section de 1,5 mm 2 ;
- Pour les circuits de prises d'une section de 2,5 mm 2 ;
- Pour cuisinières électriques, climatiseurs, chauffe-eau - 4 mm 2 ;
Un câble de 10 mm 2 est utilisé pour entrer l'alimentation électrique dans l'appartement, bien que dans la plupart des cas, 6 mm 2 suffisent. Mais une section de 10 mm 2 est choisie avec une marge, pour ainsi dire, dans l'attente d'un plus grand nombre d'appareils électriques. De plus, un RCD commun avec un courant de déclenchement de 300 mA est installé à l'entrée - son but est l'incendie, car le courant de déclenchement est trop élevé pour protéger une personne ou un animal.
Pour protéger les personnes et les animaux, les RCD avec un courant de déclenchement de 10 mA ou 30 mA sont utilisés directement dans des pièces potentiellement dangereuses, telles qu'une cuisine, une salle de bain et parfois des groupes de prises de courant. Le réseau d'éclairage, en règle générale, n'est pas fourni avec un RCD.
Théorie calcul des charges électriques, dont les fondements ont été formés dans les années 1930, visait à déterminer un ensemble de formules donnant une solution sans ambiguïté pour des récepteurs électriques et des graphiques (indicateurs) de charges électriques donnés. D'une manière générale, la pratique a montré les limites de l'approche « ascendante », basée sur les données initiales des consommateurs d'électricité individuels et de leurs groupes. Cette théorie reste importante lors du calcul des modes de fonctionnement d'un petit nombre de récepteurs de puissance avec des données connues, lors de l'ajout d'un nombre limité de graphiques, lors du calcul de 2UR.
Dans les années 1980-1990. la théorie du calcul des charges électriques adhère de plus en plus à des méthodes non formalisées, notamment la méthode intégrée de calcul des charges électriques, dont les éléments sont repris dans les « Lignes directrices pour le calcul des charges électriques des systèmes d'alimentation » (RTM 36.18.32.0289 ). Il est probable que travailler avec des bases de données d'informations sur les indicateurs électriques et technologiques, l'analyse des clusters et la théorie de la reconnaissance de formes, la construction de distributions probabilistes et cénologiques pour une évaluation par des experts et des professionnels pourra enfin résoudre le problème du calcul des charges électriques à tous les niveaux du système d'alimentation électrique et à toutes les étapes de la prise d'une décision technique ou d'investissement.
Formalisation du calcul des charges électriques développé au fil des années dans plusieurs directions et a conduit aux méthodes suivantes :
- empirique (méthode du coefficient de demande, expressions empiriques à deux termes, consommation d'énergie spécifique et densités de charge spécifiques, calendrier technologique) ;
- des diagrammes ordonnés, transformés en calcul en fonction du facteur de puissance active calculé ;
- en fait statistique ;
- modélisation probabiliste des courbes de charge.
Méthode du facteur de demande
La méthode du facteur de demande est la plus simple, la plus répandue, et c'est avec elle que le calcul des charges a commencé. Elle consiste à utiliser l'expression (2.20) : d'après la valeur connue (donnée) Ru et les valeurs tabulaires données dans la littérature de référence (voir exemples dans le tableau 2.1) :
La valeur de Kc est supposée être la même pour les récepteurs de puissance du même groupe (fonctionnant dans le même mode), quels que soient le nombre et la puissance des récepteurs individuels. La signification physique est la fraction de la somme des puissances nominales des récepteurs électriques, reflétant statistiquement le mode maximum pratiquement attendu et se produisant de fonctionnement et de chargement simultanés d'une combinaison indéfinie (mise en œuvre) de récepteurs installés.
Les données de référence données pour Kc et Kp correspondent à la valeur maximale et non à l'espérance mathématique. En additionnant les valeurs maximales, et non les moyennes, on surestime inévitablement la charge. Si l'on considère n'importe quel groupe de SE de l'économie électrique moderne (et non les années 1930-1960), alors le caractère conventionnel du concept de « groupe homogène » devient évident. Les différences de valeur du coefficient - 1:10 (jusqu'à 1:100 et plus) - sont inévitables et s'expliquent par les propriétés cénologiques de l'économie électrique.
Dans le tableau. 2.2 montre les valeurs LGS caractérisant les pompes en tant que groupe. En approfondissant la recherche sur KQ4, par exemple uniquement pour les pompes à eau brute, il peut également y avoir un écart de 1:10.
Il est plus correct d'apprendre à évaluer Kc dans son ensemble pour le consommateur (section, service, atelier). Il est utile d'analyser les valeurs calculées et réelles pour tous les objets du même niveau technologique du même niveau du système d'alimentation, similaire au tableau. 1.2 et 1.3. Cela créera une banque de renseignements personnels et garantira l’exactitude des calculs. La méthode de consommation énergétique spécifique est applicable pour les sections (installations) 2UR (deuxième, troisième... Niveau du Système Énergétique), les départements de ZUR et les ateliers 4UR, où les produits technologiques sont homogènes et évoluent peu quantitativement (une augmentation du rendement généralement réduit la consommation unitaire d'électricité Aui).
Méthode "puissance maximale"
En conditions réelles, le fonctionnement continu du consommateur ne signifie pas la constance de la charge au point de son raccordement pendant plus de haut niveau systèmes d’alimentation électrique. En tant que valeur statistique Lud, déterminée pour un objet préalablement identifié par la consommation d'énergie A et le volume L/, il existe une moyenne sur un intervalle connu, souvent mensuel ou annuel. Par conséquent, l'application de la formule (2.30) donne non pas la charge maximale, mais la charge moyenne. Pour sélectionner les transformateurs ZUR, on peut prendre Рav = Рmax. Dans le cas général, notamment pour 4UR (atelier), il faut prendre en compte Kmax comme T pour prendre le nombre réel annuel (quotidien) d'heures de fonctionnement en production avec une utilisation maximale de la puissance active.
Méthode de densités de charge spécifiques
La méthode des densités de charges spécifiques est proche de la précédente. La puissance spécifique (densité de charge) y est définie et la superficie du bâtiment de la structure ou de la section, du département, de l'atelier est déterminée (par exemple, pour les ateliers de construction de machines et de métallurgie y = 0,12 ... 0,25 kW / m2 ; pour les ateliers de conversion d'oxygène y = = 0,16 ... 0,32 kW/m2). Une charge supérieure à 0,4 kW / m2 est possible pour certaines zones, en particulier pour celles où se trouvent des récepteurs de puissance uniques d'une puissance unitaire de 1,0 ... 30,0 MW.
Méthode du diagramme de processus
La méthode de planification technologique repose sur la planification d'une unité, d'une ligne ou d'un groupe de machines. Par exemple, le programme de fonctionnement d'un four de fusion d'acier à arc est précisé : le temps de fusion (27 ... 50 min), le temps d'oxydation (20 ... 80 min), le nombre de fusions, le lien technologique avec l'exploitation d'autres fonderies d'acier sont indiquées. Le graphique permet de déterminer la consommation totale d'électricité par fusion, la moyenne par cycle (en tenant compte du temps jusqu'à la prochaine fusion) et la charge maximale pour calculer le réseau d'alimentation.
Méthode de graphique ordonné
La méthode des diagrammes ordonnés, appliquée dans la directive dans les années 1960-1970. à tous les niveaux du système d'alimentation électrique et à toutes les étapes de conception, dans les années 1980-1990. a été transformé en calcul de charges en fonction du facteur de puissance active calculé. S'il existe des données sur le nombre de récepteurs d'énergie, leur puissance, leurs modes de fonctionnement, il est recommandé de les utiliser pour calculer les éléments du système d'alimentation 2UR, ZUR (fil, câble, jeu de barres, équipement basse tension) alimentant un charge de puissance avec une tension jusqu'à 1 kV (simplifiée pour le nombre effectif de récepteurs de l'ensemble de l'atelier, c'est-à-dire pour un réseau avec une tension de 6 à 10 kV 4UR). La différence entre la méthode des diagrammes ordonnés et le calcul par le facteur de puissance active assignée réside dans le remplacement du facteur maximum, toujours compris sans ambiguïté comme le rapport Pmax/Rav (2.16), par le facteur de puissance active assignée Ap. L'ordre de calcul pour l'élément nœud est le suivant :
Une liste (nombre) de récepteurs de puissance est établie, indiquant leur puissance nominale PHOMi (installée) ;
Le poste de travail avec la consommation électrique la plus élevée est déterminé et le jour caractéristique est convenu (avec les technologues et le système électrique) ;
Les fonctionnalités sont décrites processus technologique, affectant la consommation d'énergie, on distingue les récepteurs d'énergie présentant une inégalité de charge élevée (ils sont considérés différemment - en fonction de la charge effective maximale) ;
Les récepteurs électriques suivants sont exclus du calcul (liste) : a) faible puissance ; b) réserve selon les conditions de calcul des charges électriques ; c) inclus sporadiquement ;
Des groupes m de récepteurs électriques ayant le même type (mode) de fonctionnement sont déterminés ;
De ces groupes, on distingue des sous-groupes qui ont la même valeur du facteur d'utilisation individuel a:u/ ;
Des récepteurs électriques de même mode de fonctionnement sont attribués et leur puissance moyenne est déterminée ;
La charge réactive moyenne est calculée ;
Il existe un coefficient d'utilisation de groupe Kn de la puissance active ;
Le nombre effectif de récepteurs de puissance dans un groupe de n récepteurs de puissance est calculé :
où le nombre effectif (réduit) de récepteurs de puissance est le nombre de récepteurs de puissance de même puissance et homogènes en termes de fonctionnement, ce qui donne la même valeur du maximum calculé P qu'un groupe de récepteurs de puissance différents en puissance et mode de fonctionnement.
Avec le nombre de récepteurs de puissance dans un groupe de quatre ou plus, il est permis de prendre pe égal à n (le nombre réel de récepteurs de puissance), à condition que le rapport entre la puissance nominale du plus grand récepteur de puissance Pmutm et la puissance nominale du plus petit récepteur de puissance Dom mm est inférieur à trois. Lors de la détermination de la valeur de p, il est permis d'exclure les récepteurs de petite puissance dont la puissance totale ne dépasse pas 5 % de la puissance nominale de l'ensemble du groupe ;
En fonction des données de référence et de la constante de temps de chauffage T0, on prend la valeur du coefficient Kp calculé ;
La charge maximale calculée est déterminée :
Charges électriques Il a été recommandé que les nœuds individuels du système d'alimentation dans les réseaux avec des tensions supérieures à 1 kV (situés à 4UR, 5UR) soient déterminés de la même manière avec l'inclusion des pertes.
Les résultats des calculs sont résumés dans un tableau. Ceci termine le calcul des charges en fonction du facteur de puissance active calculé.
La charge maximale calculée d'un groupe de récepteurs électriques Рmax peut être trouvée de manière simplifiée :
où Рnom - puissance nominale du groupe (la somme des puissances nominales, à l'exception de celles de réserve selon le calcul des charges électriques) ; Рav.cm ~ puissance active moyenne pour le quart de travail le plus chargé.
Le calcul selon la formule (2.32) est fastidieux, difficile à comprendre et à appliquer, et surtout, il donne souvent une erreur double (ou plus). La méthode s'affranchit du caractère aléatoire non gaussien, de l'incertitude et du caractère incomplet de l'information initiale avec les hypothèses suivantes : les récepteurs de puissance du même nom ont les mêmes coefficients, les moteurs de secours sont exclus en fonction des conditions des charges électriques, le facteur d'utilisation est considéré comme indépendant de le nombre de récepteurs de puissance dans le groupe, on distingue les récepteurs de puissance avec un programme de charge presque constant, les plus petits sont exclus du calcul des récepteurs de puissance. La méthode n'est pas différenciée pour les différents niveaux du système d'alimentation électrique et pour les différentes étapes de mise en œuvre (coordination) du projet. Le coefficient calculé de la puissance active maximale Kmax est supposé tendre vers l'unité avec une augmentation du nombre de récepteurs électriques (en fait, ce n'est pas le cas - les statistiques ne le confirment pas. Pour un département où il y en a 300... ,2…1.4). L'introduction de relations de marché, conduisant à l'automatisation et à une variété de production, déplace les récepteurs électriques d'un groupe à l'autre.
La définition statistique de Rav.cm pour les entreprises en activité est compliquée par la difficulté de choisir l'équipe la plus chargée (transfert du début de travail pour différentes catégories de travailleurs au sein d'une équipe, travail en quatre équipes, etc.). Une incertitude apparaît dans les mesures (superposition à la structure administrative-territoriale). Les restrictions du système électrique conduisent à des régimes dans lesquels la charge maximale Ptx se produit dans une équipe, tandis que la consommation d'électricité est plus élevée dans une autre équipe. Lors de la détermination de Рр, il est nécessaire d'abandonner Рср.см, à l'exclusion des calculs intermédiaires.
Un examen détaillé des inconvénients de la méthode est motivé par la nécessité de montrer que le calcul des charges électriques, basé sur les idées classiques sur le circuit électrique et les courbes de charge, ne peut théoriquement pas fournir une précision suffisante.
Les méthodes statistiques de calcul des charges électriques sont systématiquement défendues par un certain nombre de spécialistes. La méthode prend en compte que même pour un groupe de mécanismes opérant dans une zone de production donnée, les coefficients et indicateurs varient considérablement. Par exemple, le facteur d'inclusion pour les machines-outils non automatiques du même type varie de 0,03 à 0,95, le chargement A3 - de 0,05 à 0,85.
La tâche consistant à trouver le maximum de la fonction Рр sur un certain intervalle de temps est compliquée par le fait que les récepteurs de puissance et les consommateurs avec différents modes de fonctionnement sont alimentés à partir de 2UR, ZUR, 4UR. La méthode statistique est basée sur la mesure des charges des lignes alimentant des groupes caractéristiques de récepteurs de puissance, sans se référer au mode de fonctionnement des récepteurs de puissance individuels et aux caractéristiques numériques des graphiques individuels.
(xtypo_quote) La méthode utilise deux caractéristiques intégrales : la moyenne générale de la charge PQp et l'écart type général, où la dispersion DP est prise pour le même intervalle de moyenne. (/xtypo_quote)
La charge maximale est déterminée comme suit :
La valeur de p est considérée comme différente. En théorie des probabilités, la règle des trois sigma est souvent utilisée : Pmax = Pavg ± Za, ce qui, avec une distribution normale, correspond à une probabilité limite de 0,9973. La probabilité de dépasser la charge de 0,5 % correspond à р = 2,5 ; pour p = 1,65, une probabilité d’erreur de 5 % est fournie.
La méthode statistique est une méthode fiable pour étudier les charges d'une entreprise industrielle en exploitation, fournissant une valeur relativement correcte de la charge maximale Pi (miiX) déclarée par une entreprise industrielle pendant les heures de maximum dans le système électrique. Dans ce cas, il faut supposer une distribution gaussienne du fonctionnement des récepteurs électriques (consommateurs).
La méthode de modélisation probabiliste des graphiques de charge implique une étude directe de la nature probabiliste des changements aléatoires successifs de la charge totale des groupes de récepteurs de puissance au fil du temps et est basée sur la théorie des processus aléatoires, à l'aide de laquelle l'autocorrélation (formule ( 2.10)), des fonctions de corrélation croisée et d'autres paramètres sont obtenus. Les études des horaires de travail des récepteurs électriques de grande capacité unitaire, des horaires de travail des ateliers et des entreprises déterminent les perspectives du mode de contrôle des modes de consommation électrique et de nivellement des horaires.
Calculateur de poids-à la maison-en ligne v.1.0
Calcul du poids de la maison en tenant compte de la neige et de la charge d'exploitation sur les sols (calcul des charges verticales sur les fondations). Le calculateur est implémenté sur la base du SP 20.13330.2011 Charges et impacts (version actuelle du SNiP 2.01.07-85).
Exemple de calcul
La maison en béton cellulaire mesurant 10x12m est de plain-pied avec un grenier résidentiel.
Des données d'entrée
- Schéma structurel du bâtiment : à cinq murs (avec un mur porteur interne le long du côté long de la maison)
- Taille de la maison : 10x12m
- Nombre d'étages : 1 étage + grenier
- Région de neige de la Fédération de Russie (pour déterminer la charge de neige) : Saint-Pétersbourg - 3ème région
- Matériau du toit : tuile métallique
- Pente du toit : 30⁰
- Schéma structurel : schéma 1 (grenier)
- Hauteur des murs du grenier : 1,2 m
- Décoration façade grenier : brique façade texturée 250x60x65
- Matériau des murs extérieurs du grenier : béton cellulaire D500, 400mm
- Matériau des parois intérieures du grenier : non concerné (le faîte est soutenu par des colonnes qui ne sont pas incluses dans le calcul en raison de leur faible poids)
- Charge d'exploitation aux étages : 195kg/m2 - combles résidentiels
- Hauteur rez-de-chaussée : 3m
- Décoration façade du 1er étage : brique de façade texturée 250x60x65
- Matériau des murs extérieurs du 1er étage : béton cellulaire D500, 400mm
- Matériau des parois intérieures du sol : béton cellulaire D500, 300 mm
- Hauteur du socle : 0,4m
- Matériau du socle : brique pleine (maçonnerie en 2 briques), 510 mm
Dimensions de la maison
Longueur du mur extérieur : 2 * (10 + 12) = 44 m
Longueur du mur intérieur : 12 m
Longueur totale du mur : 44 + 12 = 56 m
La hauteur de la maison en tenant compte du sous-sol = La hauteur des murs du sous-sol + La hauteur des murs du 1er étage + La hauteur des murs du grenier + La hauteur des pignons = 0,4 + 3 + 1,2 + 2,9 = 7,5 m
Pour connaître la hauteur des pignons et la surface du toit, on utilise les formules de la trigonométrie.
ABC est un triangle isocèle
AB=Soleil - inconnu
AC = 10 m (dans le calculateur, la distance entre les axes de l'AG)
Angle BAC = Angle BCA = 30⁰
BC = AC * ½ * 1/ cos(30⁰) = 10 * 1/2 * 1/0,87 = 5,7 m
BD = BC * sin(30⁰) = 5,7 * 0,5 = 2,9 m (hauteur du fronton)
Aire du triangle ABC (zone du pignon) = ½ * BC * AC * sin(30⁰) = ½ * 5,7 * 10 * 0,5 = 14
Surface du toit = 2 * BC * 12 (dans la calculatrice, la distance entre les axes est de 12) = 2 * 5,7 * 12 = 139 m2
La superficie des murs extérieurs = (Hauteur du sous-sol + Hauteur du 1er étage + Hauteur des murs du grenier) * Longueur des murs extérieurs + Superficie de deux pignons = (0,4 + 3 + 1,2) * 44 + 2 * 14 = 230 m2
Superficie des murs intérieurs = (Hauteur du sous-sol + Hauteur du 1er étage) * Longueur des murs intérieurs = (0,4 + 3) * 12 = 41m2 .
Superficie totale = Longueur de la maison * Largeur de la maison * (Nombre d'étages + 1) = 10 * 12 * (1 + 1) = 240 m2
Calcul de charge
Toit
Ville du bâtiment : Saint-Pétersbourg
Selon la carte des régions enneigées de la Fédération de Russie, la ville de Saint-Pétersbourg appartient au 3ème arrondissement. La charge de neige estimée pour cette zone est de 180 kg/m2.
Charge de neige sur le toit = Charge de neige estimée * Surface du toit * Coefficient (en fonction de la pente du toit) = 180 * 139 * 1 = 25 020 kg = 25 t
(coefficient en fonction de la pente du toit. À 60 degrés, la charge de neige n'est pas prise en compte. Jusqu'à 30 degrés, coefficient = 1, de 31 à 59 degrés, le coefficient est calculé par interpolation)
Masse du toit = Surface du toit * Masse du matériau du toit = 139 * 30 = 4 170 kg = 4 t
Charge totale des murs du grenier = Charge de neige sur le toit + Poids du toit = 25 + 4 = 29 t
Important!Les charges matérielles sont indiquées à la fin de cet exemple.
Grenier (loft)
Masse des murs extérieurs = (Superficie des murs du grenier + Superficie des murs pignons) * (Masse du matériau des murs extérieurs + Masse du matériau de la façade) = (1,2 * 44 + 28) * (210 + 130) = 27 472 kg = 27 tonnes
Poids des murs intérieurs = 0
Masse du plancher du grenier = Surface du plancher du grenier * Masse du matériau du plancher = 10 * 12 * 350 = 42 000 kg = 42 tonnes
Charge totale sur les murs du 1er étage = Charge totale sur les murs du grenier + Masse des murs extérieurs du grenier + Masse du plancher du grenier + Charge opérationnelle du plancher = 29 + 27 + 42 + 23 = 121 t
1er étage
Masse des murs extérieurs du 1er étage = Superficie des murs extérieurs * (Masse du matériau du mur extérieur + Masse du matériau de la façade) = 3 * 44 * (210 + 130) = 44 880 kg = 45 tonnes
Masse des murs intérieurs du 1er étage = Superficie des murs intérieurs * Masse de matériau des murs intérieurs = 3 * 12 * 160 = 5 760 kg = 6 tonnes
Masse du plancher du socle = Surface au sol * Poids du matériau du sol = 10 * 12 * 350 = 42 000 kg = 42 tonnes
Charge de service au plafond = Charge de service de conception * Surface au sol = 195 * 120 = 23 400 kg = 23 t
Charge totale sur les murs du 1er étage = Charge totale sur les murs du 1er étage + Masse des murs extérieurs du 1er étage + Masse des murs intérieurs du 1er étage + Poids du sous-sol + Charge opérationnelle du étage = 121 + 45 + 6 + 42 + 23 = 237 t
socle
Masse du socle = Surface du socle * Masse du matériau du socle = 0,4 * (44 + 12) * 1330 = 29 792 kg = 30 t
Charge totale sur les fondations = Charge totale sur les murs du 1er étage + Masse du socle = 237 + 30 = 267 t
Le poids de la maison, compte tenu des charges
La charge totale sur la fondation, compte tenu du facteur de sécurité = 267 * 1,3 = 347 t
Poids linéaire de la maison avec une charge uniformément répartie sur les fondations = Charge totale sur les fondations, en tenant compte du facteur de sécurité / Longueur totale des murs = 347 / 56 = 6,2 t / m.p. = 62 kN/m
Lors du choix de calculer les charges sur les murs porteurs (cinq murs - 2 porteurs externes + 1 porteur interne), les résultats suivants ont été obtenus :
Poids linéaire des murs porteurs extérieurs (axes A et D dans le calculateur) = Aire du 1er mur porteur extérieur du socle * Masse du matériau du mur du sous-sol + Aire du 1er mur porteur extérieur mur * (Masse du matériau du mur + Masse du matériau de la façade) + ¼ * Charge totale des murs du grenier + ¼ * (Poids du matériau du plancher du grenier + Charge de service du plancher du grenier) + ¼ * Charge totale des murs du grenier + ¼ * (Matériau du plancher du socle masse + charge de service du sous-sol) = (0,4 * 12 * 1,33) + (3 + 1,2) * 12 * (0,210 + 0,130) + ¼ * 29 + ¼ * (42 + 23) + + ¼ * (42 + 23) = 6,4 + 17,2 + 7,25 + 16,25 + 16,25 = 63t = 5,2 t/m. P. = 52 kN