Electrical Load Calculation Course



Comments



Description

     2013  Electrical Load Estimation Course Ali Hassan  Certified Energy Manager – AEE ‐ USA      Copyrights Reserved for www.Electrical‐Knowhow.com  About Author    Hi, I'm Ali Hassan el‐Ashmawy, I began my career from 1999  as a site electrical engineer then as area manager from 2001  then as electrical designer from 2003 then as senior  electrical designer from 2006 and up to date.  In my past experience, I designed and construct about 100  projects in different countries like Egypt, Kuwait, Indonesia, KSA, Gabon and Iraq.  My designs were approved by many international authorities like USA corps of  engineers and USA ministry of exterior – OBO Office.  I'm certified energy manger CEM from AEE – USA since 2006 and I hope to become a  well‐known designer in the field of electrical design.    To contact me please email to [email protected]      Page 2 of 41      • Perform the calculations steps of each method for electrical load estimation.com    Course Description:  This course is intended to prepare the target persons with the ability to recognize.    The target Persons:  Design engineers. new graduate engineers.  • Understand the procedures and logic of each method for electrical load  estimation. and perform preliminary electrical load calculation/estimation for any  building type by many calculation methods.    Skills Development:  On completion of this course the target person will be able to:    • Recognize different calculation method for electrical load estimation.  understand.Copyrights Reserved for www.Electrical‐Knowhow. Page 3 of 41    . under graduate engineering students. 3.1  3.5  3.2  5.4.Electrical‐Knowhow.com  Table of Contents    S/N  1  2  3  3.1  5.3      5.5.4.6    Item  Introduction  Importance of Electrical Load Estimation (Preliminary Load  Calculations)  Definition of Important terms in Load Estimation  Connected load  Demand load   Demand Interval  Maximum demand  Demand factor (in IEC.6  3.7.3.4      5.1  5.Copyrights Reserved for www.5  5.3  5.2  5. Factor of simultaneity ks)  Diversity factor  Difference between demand and diversity factor  Load factor  Methods of Electrical load estimation  Preliminary Electrical Load estimate   Difference between preliminary and final load estimate  Preliminary load calculations sub‐methods  Space‐by‐Space Method (functional area method)  Usage conditions of Space‐by‐Space Method   Area Measurement in space by space method   Method of estimation by using Space‐by‐Space Method   First Case  Second case  The Building Method Comparison between space‐by‐space and building methods  Usage conditions of Building Method Area Measurement in Building Method  Method of estimation by using Building Method First Case  Second case  Area method  Usage conditions of Area Method  Method of estimation by using Area Method   First: basic method  Second: Optional Method (Load centers method)  General notes for all methods of electrical load estimations    Page  No.7  3.1  5.3.1  3.4  5.5.2      5.4.1  5.8  4  5  5.2  5.4  3.  5  5  5  5  5  6  6  6  7  10  11  18  19  19  19  20  21  21  21  21  21  25  29  29  29  29  29  30  31  35  35  36  36  38  41  Page 4 of 41    .4.3  3. Factor of maximum utilization ku)  Coincidence factor (in IEC.2  3.3  5.  in the draft design (early design) stage.Electrical‐Knowhow. usually expressed in  watts.   • Apply to Power Company for supply. these terms are:     3.  • Review the utility’s rate structure. the main switchboard and the interconnections to  the subsidiary or secondary switchboards. The key single‐line diagram should show the sources of power e.   • Calculate initial budget for the electrical works.  generators.        2‐ Importance of Electrical Load Estimation (Preliminary Load Calculations)    Electrical Load Estimation is very important in the draft design (early design) stage  because it help to:    • Plan the connection to upstream network and MV circuit configurations.   • Develop Demand factor relationship between connected loads and the actual  demand imposed on the system.Copyrights Reserved for www.1 Connected load    It is the Sum of all the loads connected to the electrical system. utility intakes.         3‐ Definition of Important terms in Load Estimation:    There are many important terms which must be understood before performing the  load estimation.       3.g.   • Plan the transformers substation(s) (if any) and the main switchgear room.com  1‐ Introduction    At the beginning of the project.   • Make roughly a key single‐line diagram and a set of subsidiary single‐line  diagrams.   • Review The available voltage system types/classes and levels.2 Demand load     It is the electric load at the receiving terminals averaged over a specified demand  Page 5 of 41    . the electrical  design professional should do the following:       • Make Analysis of load characteristics. 5 Demand factor (in IEC.. 30 min.Electrical‐Knowhow..  kilo‐vars. the demand factor at the service  where the maximum diversity is experienced is usually 60 to 75 percent of  the connected load. with particular attention  to electric motors. kilo‐watts.       3. even approaching 100 percent.     Page 6 of 41    . Demand may be expressed in amperes.com  interval of time.Copyrights Reserved for www.. usually 15 min. kilo‐amperes. For most building types. or 1 hour. For utility billing purposes  the period of time is generally one month.         3. or 1 hour based upon the particular utility’s  demand interval.     The demand factor is the ratio of the maximum demand on a system to the total  connected load of the system. 15 minutes.3 Demand Interval    It is the period over which the load is averaged. 30 minutes or one hour..       3. Specific portions of the system may have much higher  demand factors. 30 min.       Demand factor = Maximum demand load / Total load connected       Notes:              • This factor must be applied to each individual load. or kilo‐volt‐amperes. usually 15 min. Factor of maximum utilization ku)     In normal operating conditions the power consumption of a load is sometimes less  than that indicated as its nominal power rating. which are very rarely operated at full load.4 Maximum demand    It is the greatest of all demands that have occurred during a specified period of time  such as 5 minutes.   • Demand factors for buildings typically range between 50 and 80 percent of  the connected load. 6 Coincidence factor (in IEC. The third level service size. The apparent‐power supply.Electrical‐Knowhow.e.1):     5 storeys apartment building with 25 consumers. being supplied from a  distribution or sub‐distribution board).g.       Example#1 (see Fig. each having 6 kVA of installed  load. i.       Coincidence factor = Maximum system demand / Sum of individual maximum  demands       Notes:    • The factor ks is applied to each group of loads (e. Factor of simultaneity ks)    It is a matter of common experience that the simultaneous operation of all installed  loads of a given installation never occurs in practice.  4. to the sum of the individual maximum demands of the  subdivisions. The total installed load for the building will be the sum of the installed  loads in the (5) storeys which will be as follows:    Ground floor:  Page 7 of 41    . The main service size.     The coincidence factor is the ratio of the maximum demand of a system.Copyrights Reserved for www. there is always some degree  of diversity and this fact is taken into account for estimating purposes by the use of a  simultaneity factor (ks).        Solution:    1‐ Calculation of The total installed load.com  3.  2.    From Fig.     Calculate the following:    1. or part  under consideration.  3.1. The total installed load.  the installed loads in this storey = 6 x 6 = 36 KVA    Second Floor:  There are (5) consumers. the total installed load for the building = 24 + 36 + 30 + 24 + 36 = 150 kVA       Fig (1)  Page 8 of 41    .com  There are (4) consumers. the installed loads in this storey = 6 x 6 = 36 KVA    So.Copyrights Reserved for www. the installed loads in this storey = 4consumers x 6 KVA  installed load per consumer = 24 KVA    First Floor:  There are (6) consumers. the installed loads in this storey = 4 x 6 = 24 KVA    Forth Floor:  There are (6) consumers. the installed loads in this storey = 5 x 6 = 30 KVA    Third Floor:  There are (4) consumers.Electrical‐Knowhow. Electrical‐Knowhow. the Factor of  simultaneity ks = 0. the cross‐sectional area of the  conductors can evidently be progressively reduced from the lower floors towards the  upper floors.63  Page 9 of 41    . These changes of conductor size are conventionally spaced by at least  3‐floor intervals.46 = 69 kVA     3‐ Calculation of The main service size    The current entering the rising main at ground level (main service size) = (150 x 0. for number of downstream consumers = 10.com    Table#1: Factor of simultaneity (ks) for Apartments Block    From Table#1 in above.   For vertical rising mains fed at ground level.     2‐ Calculation of apparent power    From Table#1. it is possible to determine the magnitude of currents in  different sections of the common main feeder supplying all floors.Copyrights Reserved for www.46  x 1000) / (400 x √3) = 100 A     4‐ Calculation of The third level service size    The current entering the third floor (the third level service size) = sum of currents  delivered to third and fourth floors   The number of consumers in the third and fourth floors = 4 + 6 =10 consumers    From Table#1. since the number of downstream consumers = 25. the apparent‐power supply required for the building = 150 KVA x 0.46  So. the Factor of  simultaneity ks = 0.      Calculate the Diversity Factor for this feeder?      Solution:    The diversity factor can be determined as follows:     Sum of total demands = 100 + 95 + 85 + 75 + 65 = 420 A    Diversity factor = Sum of total demands ÷ Maximum demand on feeder = 420 A ÷  250 A = 1.  • On Tuesday.68              Page 10 of 41    .g. user one reaches a maximum demand of 100 amps. four reaches 75 amps. being supplied  from a distribution or sub‐distribution board).       Example#2:     Consider that a feeder supplies five users with the following load conditions:    • On Monday. five reaches 65 amps. the current entering the third floor (the third level service size) = (36 + 24) x 0.  • On Friday. two reaches 95 amps.Copyrights Reserved for www.  • On Wednesday. three reaches 85 amps.63  x 1000 / (400 x √3) = 55 A       3.com    So.Electrical‐Knowhow.  • On Thursday.     Diversity factor = Sum of individual maximum demands / Maximum system  demand       Notes:    • The Diversity Factor is applied to each group of loads (e.  • The feeder’s maximum demand is 250 amps.7 Diversity factor    the diversity factor is the reciprocal of the coincidence factor.  B & C. 250 and 200 kilovolt‐amperes (kVA)  with demand factors of 95. workshops A. 80 and 75 percent respectively.5 = 866 kVA.1 Difference between demand and diversity factor:    Most of the electrical engineers confuse between the demand and diversity factors. being supplied  from a distribution or sub‐distribution board). 90. which are very rarely operated at full load. using the diversity factor of 1.g.7.300 kVA     However. 350. each workshop will  include the following loads:   Page 11 of 41    .5. don't forget that:      • The Demand factor must be applied to each individual load.  to solve this confusion.300 kVA ÷  1.   • The Diversity Factor is applied to each group of loads (e. then the size of the main feeder = 1.com  Example#3:     Calculate the size of a main feeder from substation switchgear that is supplying five  feeders with connected loads of 400.Electrical‐Knowhow.300  kVA ÷ 1.Copyrights Reserved for www. 300.       3.         Example #4:     An industrial building consists of (3) nos.00 = 1. Use a diversity  factor of 1.5. the size of the main feeder = 1. 85.300 kVA     3‐ If the feeder were sized at unity diversity.       Solution:    1‐ Calculate demand for each feeder:     Feeder#1 demand = 400 kVA × 95% = 380 kVA   Feeder#2 demand = 350 kVA × 90% = 315 kVA   Feeder#3 demand = 300 kVA × 85% = 255 kVA   Feeder#4 demand = 250 kVA × 80% = 200 kVA   Feeder#5 demand = 200 kVA × 75% = 150 kVA     2‐ Sum all of the individual demands = 380 + 315 + 255 + 200 + 150 = 1. with particular  attention to electric motors.        • Draw a key single line diagram for this building?   • Determine both the demand (utilization) factor and simultaneity factor with  the help of tables # 2 & 3 in below?   • Calculate the demand load for each level in the key single line diagram?           Table#2: Factor of simultaneity for distribution boards (IEC 60439)  Page 12 of 41    .6 KVA total.     Workshop B:   • • • One nos.   • 2 nos.       Workshop C:   • 2 nos.Copyrights Reserved for www. fluorescent lamps on one circuit with 3 KVA total. fluorescent lamps on one circuit with 1 KVA total. pedestal drill with 2 KVA each. Compressor with 15 KVA.   3 nos.   10 nos.   30 nos.Electrical‐Knowhow.   2 nos.   • 5 nos. Oven with 15 KVA each.5 KVA each. fluorescent lamps on one circuit with 2 KVA total. sockets outlets 10/16 A on one circuit with 18 KVA total. lathe with 5 KVA each.com  Workshop A:  • • • • 4 nos. ventilation fans with 2.   5 nos. sockets outlets 10/16 A on one circuit with 18 KVA total. sockets outlets 10/16 A on one circuit with 10.   • 20 nos.     fig.com  table#3: Factor of simultaneity according to circuit function      solution:      Follow the solution steps in below and in fig.2  Page 13 of 41    .Electrical‐Knowhow.Copyrights Reserved for www.2.  IEC gives Ku estimation values for  these loads as follows:   • • • For motor Ku = 0.1  No.8  4  No.Copyrights Reserved for www.6  1.4  pedestal drill  No.1  5  0.1  No.2  5 nos.6  18  3  12  10.KVA  Load Type  Load No.       Step# 4: group same type of loads on one distribution panel/box and this will be the  first Level of distribution (LEVEL 1). sockets outlets 10/16 A  30 nos.8  4  1.2  Workshop  C:  Utilization  Factor  Max.  Apparent  Power  (KVA)  Oven  No.com    Step#1: List all the loads in each workshop and write the apparent power of each  load in KVA beside it.   Step#2: write the utilization factor for each load.5  1  2.8  0.5 15 15 18 2 1  2. fluorescent  lamps    ventilation fan  No.2  5 nos. sockets outlets 10/16 A  20 nos. fluorescent lamps    Step#3: calculate the Max.5  1  15  1  15  1  18  1  2  No.1  5  2  2  18  3  15  0. Demand apparent power in KVA for each load = apparent  power X Ku for each load.8  4  No.8  4  No. sockets  outlets 10/16 A    10 nos.6  1 1  1  2.8  1  1  0.8   For socket outlets Ku = 1 (depend on the type of appliances being supplied  from the sockets concerned)   For light circuits Ku= 1     The Table of Calculation for Steps# 1&2 will be as follows:    Workshop  Name  Workshop  A:  Workshop  B:  Apparent  Power  Demand  Max.5 2. fluorescent lamps  Compressor  3 nos.Electrical‐Knowhow.2  5  0.6 1  10.8  0.   Page 14 of 41    .  lathe  No.3  5  0.  sockets  outlets 10/16 A    10 nos.4  pedestal drill  No.5  1  15  1  35  1  15  1  18  0.1  5  0. we will have (3) main distribution panel/box for the (3) workshops  and this will be the second level of distribution (LEVEL 2).3  1  1  1  1  1  2. Demand apparent power in KVA X  simultaneity factor for each distribution panel/box. sockets outlets 10/16 A  30 nos.28  5  1  2  1  2    Step# 7: group the distribution panel/box in each workshop in one main distribution  panel/box.8  1  1  0.5  1  2.6  18  3  12  10.8  0. sockets outlets 10/16 A  20 nos.Electrical‐Knowhow.8  0.8  No. write the simultaneity factor for each  distribution panel/box and from table # 3 write the simultaneity factor for each for  each separate load. fluorescent  lamps    ventilation fan  No. So.1  5  2  2  18  3  15  0.6 1  1 2.2  5 nos.75  14.  lathe  No.1  No.3  5  0.2  5  0.5 15 15 18 2 No.2  Worksho p C:  Appar Utilizat ent  ion  Power  Factor  (KVA)  Max.2  1  1  3.4  0.5 2. Demand apparent power in KVA for each distribution  panel/box = sum of all branch loads’ Max.K nd  factor  VA  Max.1  No.com    Step# 5: in level 1 and from table #2.6  1.     Step# 6: calculate the Max.  Level‐1  Appar ent  Appar Power  ent  Dema simultan Power  nd  Dema eity  Max.       Page 15 of 41    .4  4.6  0.    The Table of Calculation will be as follows:    Worksho p Name  Worksho p A:  Worksho p B:  Load Type  Load  No.K VA  4  Oven  No. fluorescent lamps  Compressor  3 nos.2  5 nos.8  4  No.6  3  12  10.8  4  1.8  4  No.Copyrights Reserved for www. fluorescent lamps  0.  sockets outlets  10/16 A  20 nos.6 1  10.8    Page 16 of 41    .9  37.8  4  No.5 15 15 18 1 15 1  18  0.  aren t  Pow er  (KVA )  Utiliz App ation  aren t  Facto Pow r  er  Max.6  1  3  1  3  15  0.5  1  35     No. KVA  Level‐2  simult App aneity  aren t  factor  simult App aneity  aren factor   t  0.2  3.1 1  2.  Dem and  Max.com  Step# 8: in level 2 and from table #2. write the simultaneity factor for each main  distribution panel/box. KVA  18.6 18  0.3 5  0.2 5  0.5 Oven  No. sockets  outlets 10/16 A  10 nos.1 1  15     No.  fluorescent  lamps  ventilation fan     1 1  1  1  1  No.9  Pow er  Dem and  Max.4  4. fluorescent  lamps   0.2 1 2.8  4  No.3  No. KVA  14. fluorescent  lamps  Compressor     2  2 18  0.     The Table of Calculation will be as follows:  Worksh op  Name  Works hop A:  Works hop B:   Works hop C:   Load Type  Load  App No.8  12  1  12     10.Electrical‐Knowhow.8  4  pedestal drill  No. Demand apparent power in KVA for each main  distribution panel/box = sum of all branch distribution boxes’ Max.8  4  No.6  0.6  0. sockets outlets  10/16 A  30 nos.4 5  0. Demand  apparent power in KVA X simultaneity factor for each main distribution panel/box.75  Pow er  Dem and  Max.1 5  0.6  1.     Step# 9: calculate the Max.8  0.9  0.5 2.4  1.9  15.1    No.Copyrights Reserved for www.2 2.28  5  2 1 2 1 2 5 nos.2  5 nos.8 1  3  lathe           Level‐1   3 nos. 8 1.    2  No.8  4  2 0. sockets  outlets 10/16 A     10 nos.  fluorescent  lamps        ventilation fan  Level‐1 Level‐2  App aren t  Pow er  (KVA )  Utiliz ation  Facto r  Max.6 3  1  3  1  3  simult aneity  factor   App aren t  Pow er  Dem and  Max.8  1.4  4. 6     2.8  4  5 0. Level‐3     15.3  1  1  1  1  simult aneity  factor   App aren t  Pow er  Dem and  Max.6 2  0.6  18 1 18 0. KVA  0. 2   5 nos.2 3.9  37.    3  No.5  1  35  0. fluorescent  lamps        Compressor     lathe   3 nos. sockets outlets  10/16 A  30 nos.  App aren t  Pow er  Dem and  Max. 9  0.8  12  1  12  10. write the main general distribution board  MGDB.9     No.Copyrights Reserved for www. KVA  0.8  4  5  0.8 4 5  0.    4  pedestal drill  No. 6  0. KVA  simult aneity  factor   App aren t  Pow er  Dem and  Max.9  65  0.    The Table of Calculation will be as follows:      Workshop  Name  Works hop A:     Works hop B:      Works Load Type  Load  No. Page 17 of 41    .     Step# 11: in level 3 and from table #2.  Demand apparent power in KVA X simultaneity factor for main general distribution  board MGDB. Demand apparent power in KVA for main general  distribution board MGDB = sum of the (3) workshop main distribution boxes’ Max.5 1  2. 1     No.com    Step# 10: group the (3) main distribution panel/box in one main general distribution  board MGDB and this will be the third level of distribution (LEVEL 3).9  18.75  14. 6 1 1  10.  No.     Step# 12: calculate the Max. 1  No.Electrical‐Knowhow. KVA  5  0. 4  15  0.  fluorescent  lamps   8  2.28  5  2 1 2 1 2     3.5 15 1  15  15 1 15 18 1  18  0.Copyrights Reserved for www.     Load factor = Average load / Maximum load       Free download    You can download tables for different factors listed above by clicking the following  links:    • IEEE Demand Factor Values               • Unified Facilities Criteria ‐UFC‐ Demand Factor Values   • NEC Demand Factor Values   • Demand Factor Values From Other Regulations   • Diversity Factor Values   • Unified Facilities Criteria ‐UFC‐Load Factor Values   • IEC Factor of Simultaneity Values    Page 18 of 41    . sockets outlets  10/16 A  20 nos. 2  5 nos.  usually 1 year.8 Load factor      The load factor is the ratio of the average load over a designated period of time.Electrical‐Knowhow. 1     No.com  1  hop C:      No.5 1 2. 2  Oven  No. to the maximum load occurring in that period.    3. which are:     A‐ Preliminary load calculation    This method is subdivided into (3) sub‐methods as follows:     1. Area method. because the  preliminary load estimation methods are used in the early design phase while the  other two methods are applied in the final stages of design.Electrical‐Knowhow.1 Difference between preliminary and final load estimate    before going through the calculation steps for Preliminary Electrical Loads.    C‐ Final load calculations. or/and HP  (VA/ft2) volt‐amperes per square  (horse power)  foot    Page 19 of 41    .   2. NEC load calculations and Final load calculations will be explained  later in course " EE‐3: Basic Electrical design course – Level II ”.         5‐ Preliminary Electrical Load estimate     5.     B‐ NEC load calculations. and the two  other methods.Copyrights Reserved for www. The following table shows these differences as  follows:  S/N  1  Preliminary load calculations  Final load calculations  Units of Loads will be in (W/ft2)  Units of Loads will be in KW (kilo‐watt).  watts per square foot or/and  or/and KVA (kilo‐volt‐ampere). I will explain the preliminary load estimation methods. Space by space (functional area method). we need  to highlight the main differences between the load estimation or calculation by the  preliminary and final methods. Building method.com  4‐ Methods of Electrical load estimation      There are (5) methods for Electrical Load Estimation.         Note:      In this course. Area method.  Demand and load factors values  are Real  values that will document and reflect the  number. Hp  will be converted to kVA. and the  diversity of operation of equipment  served by the common source.       Note:    A particular design may use one Preliminary load estimate method or a combination  from two or even the three methods. and varying). intermittent.Copyrights Reserved for www. the type. the duty rating  (continuous. cost effective calculations  insuring that items of equipment and  materials are adequate to serve existing.2 Preliminary load calculations sub‐methods:    As I indicated before.  5  The connected load will be  estimated based on area or  population  6  Easy and Fast calculations  Units can’t used interchangeably.com  2  units are used interchangeably  because unity power factor is  assumed  3  Unity power factor is assumed  4  Demand and load factors values  will be selected from tables  based on the designer estimation  and they will be Used to  calculate the transformer and  service size. periodic.   3. and kVA may be  multiplied by the estimated power factor  to obtain kW if required    Different values of power factors  according to load types. Building method. short  time. and future load demands        5.    Actual demand load will be calculated  based on summation of individual  building connected loads modified by  suitable demand and diversity factors  economical.   2.Electrical‐Knowhow. this method is subdivided into (3) sub‐methods as follows:     1.           Page 20 of 41    . So.  new. Space by space (functional area method). and the wattage or  volt‐ampere rating of equipment supplied  by a common source of power. Copyrights Reserved for www. workshops and etc. conference halls.         5.  these load densities in addition to spaces area will be used to estimate the  preliminary electrical load of this building as described in below. shops.  parking areas.3. corridors and lobbies.  Page 21 of 41    .2 Area Measurement in space by space method     The square footage is measured from the outside surface of exterior walls to the  centerline of walls between interior partitions of the spaces.       5.   And the sum of the Gross Interior Area equals the total Gross Area of the building.  Second case: availability of individual load density (i. office.   The Load density in (W/ft2) or/and (VA/ft2) is prescribed for these different spaces.e.com  5.Electrical‐Knowhow.   The Space‐by‐Space Method may be used for any building or portion of a  building.3 Method of estimation by using Space‐by‐Space Method     in this method.3.3.3 Space‐by‐Space Method (functional area method)    In the Space‐by‐Space Method.1 Usage conditions of Space‐by‐Space Method     • • The Space‐by‐Space Method is used only for individual spaces in the building. we have two cases as follows:     • • First case: availability of grouped load density (i.       5. general power and power loads) in (W/ft2) or/and (VA/ft2) for each  space. one value covering all  lighting. general power and power loads) in (W/ft2) or/and (VA/ft2) for each  space.e. individual values for  lighting.        First case:    Method of estimation by using Space‐by‐Space Method will be as follows:     1‐ Divide the building into different space based on its function (for example. the building will be divided into different space  based on its function like offices. above the images of our members. After finishing your registration.     .To download your complete copy of this course. asking for your password and I will send it with email reply.com. you must be a member and to be a member you must register by click on the phrase “Join this site" in left bottom side of any page. you will need to enter your password to open the file. After downloading.electrical‐ knowhow.html    You can download the Course by just click on its name. send email to [email protected]/2012/12/electrical‐pdf‐courses. To get your password. please  Visit the following link:    http://www.
Copyright © 2024 DOKUMEN.SITE Inc.