Расчет нагрузки электрических сетей кратко
Обновлено: 04.07.2024
Определение электрической нагрузки в элементах силовой сети как решающий фактор при проектировании и эксплуатации электрических сетей. Применение метода упорядоченных диаграмм. Расчет активной, реактивной, полной мощностей, а также максимального тока.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 01.02.2014 |
| Размер файла | 56,8 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
1. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1. Расчет электрических нагрузок
При расчете силовых нагрузок важное значение имеет правильное определение электрической нагрузки во всех элементах силовой сети. Завышение нагрузки может привести к перерасходу проводникового материала, удорожанию строительства; занижение нагрузки к уменьшению пропускной способности электрической сети и невозможности обеспе6чения нормальной работы силовых электроприемников.
Потому правильное определение электрических нагрузок является решающим фактором при проектировании и эксплуатации электрических сетей.
Существует три метода расчета электрических нагрузок:
- метод коэффициента спроса;
- метод упорядоченных диаграмм (метод коэффициента максимума);
- метод удельного потребления электрической энергии на единицу выпускаемой продукции.
Расчет электрических нагрузок ведем методом упорядоченных диаграмм, так как для определения электрических сетей и установок необходимо знать кроме средних нагрузок также максимальные нагрузки для выбора электросетей, электрооборудования и защиты. Так же в электромеханическом цехе установлены разные по режиму работы по режиму работы и по мощности электрические потребители и влиянием отдельного потребителя на общую нагрузку пренебречь нельзя.
Коэффициент максимума Кмакс, служит для перехода от средней мощности нагрузки за наиболее загруженную смену.
Для удобства расчета составляем таблицу 1.1, в которую вносим электрические потребители по распределительным пунктам. В нашем случае имеется пять распределительных пунктов и мы отдельно для каждого рассчитываем активную, реактивную и полную мощности, а также максимальный ток. Произведем расчет по РП-1, а остальные распределительные пункты рассчитываются аналогично.
Определяем среднюю активную мощность за наиболее загруженную смену: электрическая нагрузка сеть ток
где Ки - коэффициент использования, который показывает, как используется активная мощность за смену и cos ц;
?Рном - суммарная мощность, кВт.
Рср1 = 0,1 36 = 3,6 кВт
Рср2 = 0,1 2 3,2 = 0,64 кВт
Рср3 = 0,14 2 = 0,28 кВт
Рср4 = 0,14 4,4 = 0,62 кВт
Рср5 = 0,14 20 = 2,8 кВт
Определим среднюю реактивную мощность за наиболее загруженную смену:
где Рср - средняя активная мощность, кВт
Qср1 = 3,6 · 1,73 = 6,23 кВАр
Qср2 = 0,64 · 1,73 = 1,11 кВАр
Qср3 = 0,28 · 1,73 = 0,48 кВАр
Qср4 = 0,62 · 1,73 = 1,07 кВАр
Qср5 =2,8 · 1,73 = 4,84 кВАр
Определяем сумму активной и реактивной мощности:
?Рср = 3,6 + 0,64 + 0,28 + 0,62 + 2,8 = 7,94
?Qср = 6,23 + 1,11 + 0,48 + 1,07 + 4,84 = 13,73
Определяем среднее значение коэффициента использования:
где ?Рср - сумма активной мощности, кВт
?Рном - общая мощность по РП-1, кВт
КиРП-1 = 7,94 / 68,8 = 0,12
Определяем модуль силового распределительного пункта m по формуле:
где Рмакс - номинальная мощность наибольшего электроприемника, кВт;
Рмин - номинальная мощность наименьшего электроприемника, кВт;
Определяем эффективное число электроприемников - это число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного максимума, что и группа электроприемников, различных по мощности и режиму работы.
n* = n1 / n = 7 / 8 = 0.875
Определяем коэффициент максимума активной мощности в зависимости от эффективного числа и общего коэффициента использования для РП-1
где Кмакс - коэффициент максимума;
?Рср - сумма активной мощности, кВт
Рмакс = 3,22 7,94 = 25,6 кВт
Определяем максимальную реактивную мощность
В соответствии с практикой проектирования принимают:
где ?Qср - сумма реактивной мощности, кВАр
Определяем полную максимальную мощность:
где Рмакс - максимальная мощность в, кВт;
Qмакс - максимальная реактивная мощность, кВАр.
Определим максимальный расчетный ток нагрузки:
где Sмакс - полная максимальная мощность, кВА;
Uном - номинальное напряжение, кВ.
Iмакс = 29,7 / (v3 · 0,38) = 45 А
Расчет для остальных групп электроприемников аналогичен. Результаты расчетов заносятся в сводную ведомость нагрузок по цеху.
Определяем общую силовую нагрузку по электромеханическому цеху:
?Рмакс = 25,6 + 33,3 + 44 + 50 + 72,5 = 225,4 кВт
?Qмакс = 15,1 + 17,82 + 23,32 + 26,6 + 41,87 = 124,71 кВАр
?Sмакс = 29,7 + 37,8 + 49,8 + 56,6 + 83,7 = 257,6 кВА.
Определим осветительную нагрузку цеха
Для освещения электромеханического цеха выберем светильники СЗ5ДРЛ.
Определим потребляемую активная мощность осветительной сети:
где Руд - удельная мощность, Руд = 16,2 Вт/м 2 ,
Sцех - площадь цеха, Sцех = А·В = 48 · 30 = 1440 м 2 .
Кспроса - коэффициент спроса, Кспроса = 0,92
Росв = 16,2 · 1440 · 0,92 = 21,5 кВт;
Определим реактивную мощность осветительной сети:
Для светильников с лампами накаливания коэффициент мощности
cos ц = 0.85, откуда tg ц = 0,6, тогда:
Qосв = 21,5 · 0,6 = 12,9 кВАр.
1.2 Расчет и выбор компенсирующего устройства
Компенсация реактивной мощности или повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий имеет большое народнохозяйственное значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии.
Повышение коэффициента мощности электроустановок зависит от снижения потребления реактивной мощности.
Для улучшения коэффициента мощности (повышения cos ц или уменьшения tg ц) существует два способа:
1. Улучшение коэффициента мощности без применения компенсирующих устройств (естественная компенсация):
- упорядочение технологического процесса (не допущение простоя оборудования)
- замена малонагруженных трансформаторов и двигателей на трансформаторы и двигатели меньшей мощности;
- замена трансформаторов и другого электрооборудования старых конструкций на новые, более совершенные с меньшими потерями на перемагничивание и т.д.;
- качественный ремонт двигателей;
- отключение при малой нагрузке части силовых трансформаторов.
2. Если не удается улучшить коэффициент мощности до необходимой нормы естественным образом, применяют компенсирующие устройства (искусственная компенсация)
Определим расчетную мощность компенсирующего устройства
где Рмакс - максимальная активная мощность цеха:
Рмакс = ?Рмакс + Росв = 225,4 + 21,5 = 246,9 кВт
tg ц1 - коэффициент мощности до компенсации:
где Qмакс и Рмакс - суммарные расчетные нагрузки с учетом осветительной нагрузки:
Qмакс = ?Qмакс + Qосв = 124,71 + 12,9 = 137,61 кВАр
tg ц1 = 137,61 / 146,9 = 0,56
tg ц2 - коэффициент мощности, который должен быть получен после компенсации, tg ц2 = 0,3;
б - коэффициент, учитывающий улучшение коэффициента мощности без применения компенсирующих устройств, б = 0,9
Qку = 246,9 · (0,56 - 0,3) · 0,9 = 58 кВАр.
По полученной реактивной мощности выбираем компенсирующее устройство: УКЗ - 0,415 - 60 со ступенчатым регулированием по 20 кВАр.
Так как компенсирующее устройство является источником реактивной мощности, то Qмакс по цеху найдем из разности:
Qмакс = Qрасч - Qку = 137,61 - 58 = 79,61 кВАр
Определим полную мощность по цеху без учета потерь:
Определим коэффициент мощности cos ц цеха с учетом компенсирующего устройства:
cos ц = Рмакс / Sмакс = 246,9 / 259,4 = 0,96,
соответственно tg ц = 0,29
Определим реактивную мощность Qмакс цеха с учетом компенсирующего устройства:
Qср = Рср · tg ц = 74,34 · 0,29 = 21,6 кВАр
1.3 Расчет количества и мощности трансформаторов
Так как потребители электромеханического цеха относятся ко 2 категории надежности электроснабжения, то для питания его электроэнергией выбираем один трансформатор КТП-400/10/0,4/-У1
Определим потери в трансформаторе:
Активные потери, ДР = 2%
ДР = 0,02 · 400 = 8 кВт;
Активная мощность с учетом потерь:
Рмакс = Рмакс. р. + ДР = 246,9 + 8 = 254,9 кВт;
Реактивные потери, ДQ = 10%
ДQ = 0,1 · 400 = 40 кВАр
Реактивная мощность с учетом потерь
Qмакс = Qмакс. р. + ДQ = 79,61 + 40 = 119,6 кВАр;
Определим полную мощность цеха с учетом потерь:
Определим коэффициент загрузки трансформатора:
1.4. Расчет электрических аппаратов и токоведущих частей с высокой стороны
Выбор оборудования с высокой стороны производится по основным параметрам: напряжению в ВС 10 кВ и номинальному току ВС равному:
где Sном.тр. - номинальная мощность трансформатора, кВт;
Uном - номинальное напряжение с высокой стороны, кВ
Iв = 400 / 1,73 · 10 = 23 А
1.5 Расчет пусковых токов
Для удобства расчета составляем таблицу 1.2, в которую вносим значения пусковых токов.
Расчет ведем для мостового крана.
Определяем номинальный ток по формуле:
где Рном - номинальная мощность электроприемника, кВт;
Uном - напряжение сети, Uном = 380В;
Iном = 36 / 1,73 · 0,38 · 0,5 = 109,4 А
Определяем пусковой ток, для этого необходимо знать во сколько раз увеличивается ток при пуске двигателей, т. е. необходимо отношение пускового тока к номинальному току - кратность пускового тока, которая зависит от пуска двигателя: легкий, средний, тяжелый. То есть чем больше усилие, тем больше кратность пускового тока.
Для мостового крана кратность пускового тока Iпуск / Iном = 6, тогда пусковой ток Iпуск мостового крана, равна:
Iпуск = Iном · 6 = 109,4 · 6 = 654,4 А;
Определим пусковой ток для РП-1 как сумму номинальных токов потребителей РП-1 и пускового тока самого мощного потребителя:
Аналогично определяем токи для остальных потребителей.
1.6 Выбор проводов кабелей и автоматических выключателей
Рассчитаем установки теплового и электромагнитного расцепителя для автоматических выключателей и результаты занесем в таблицу 1.2.
Ток теплового расцепителя должен больше или равен току длительному, деленному на 0,85:
где Iдл - длительный ток электроприемника, А;
0,85 - коэффициент, учитывающий взаимный нагрев автоматов в одном шкафу.
Iрасч1 = 109,4 / 0,85 = 128,7 А;
Iрасч2 = 9,72 / 0,85 = 11,4 А;
Iрасч3 = 6,07 / 0,85 = 7,14 А;
Iрасч4 = 6,7 / 0,85 = 7,9 А;
Iрасч5 = 30,4 / 0,85 = 35,8 А;
Принимаем токи установок тепловых расцепителей и выбираем тип автоматических выключателей:
Iприн1 = 160 А - ВА 51-33;
Iприн2 = 12,5 А - ВА 51-31;
Iприн3 = 10 А - ВА 51-31;
Iприн4 = 10 А - ВА 51-31;
Iприн5 = 40 А - ВА 51-31.
Ток принятый электромагнитного расцепителя (мгновенный) должен быть в 10 раз больше принятого тока уставки теплового расцепителя.
Iприн.эл.расц.1 = 160 · 10 = 1600 А;
Iприн.эл.расц.2 = 12,5 · 10 = 125 А;
Iприн.эл.расц.3 = 10 · 10 = 100 А;
Iприн.эл.расц.4 = 10 · 10 = 100 А;
Iприн.эл.расц.5 = 40 · 10 = 400 А.
Расчетный ток длительно-допустимой нагрузки должен быть в 1,25 больше значения расчетного тока теплового расцепителя:
Iрасч.дл.доп.1 = 128,7 · 1,25 = 161 А;
Iрасч.дл.доп.2 = 11,4 · 1,25 = 14,25 А;
Iрасч.дл.доп.3 = 7,14 · 1,25 = 9 А;
Iрасч.дл.доп.4 = 7,9 · 1,25 = 10 А;
Iрасч.дл.доп.5 = 35,8 · 1,25 = 45 А;
Выберем марку провода от РП-1 до каждого потребителя (Л-1, табл. 12-3, ст. 314), при условии, что:
- для мостового крана - ВВГ (5х70);
- для манипулятора электрического - ВВГ (5х1,5);
- для точильно-шлифовального - ВВГ (5х1,5);
- для настольного сверлильного станка - ВВГ (5х1,5);
- для токарного полуавтомата - ВВГ (5х10).
По РП-1 выбираем автоматический выключатель ВА 51-33 и кабель ВВГ (5х95).
К отдельным электроприемникам медный кабель прокладываем в трубе в полу скрытой проводкой. От ВРУ к распределительным шкафам прокладываем кабель однопроводный с полиэтиленовой изоляцией в поливинилхлоридной оболочке открыто по стене на скобах на высоте 3 - 3,5 метра.
Выбор проводов, кабелей и автоматических выключателей
Длит. допустимая нагрузка
Марка и сечение провода, кабеля
Настольный сверлильный станок
Магистраль РП-1
Магистраль РП-2
Настольный сверлильный станок
Магистраль РП-3
Магистраль РП-4
Магистраль РП-5
1.7 Проверка выбранного сечения проводов на допустимую потерю напряжения
Выбранные по длительному току и согласованные с током защиты аппаратов сечения проводников внутрицеховых электрических сетей должны быть проверены а потерю напряжения. Согласно ПУЭ для силовых сетей отклонение напряжения от номинального должно составлять не более 5%. Для сетей электрического освещения промышленных предприятий и общественных зданий допустимое отклонение напряжения -2,5 +5% . Эти требования обусловлены тем, что электрический момент зависит от квадрата подведенного напряжения и его уменьшение ниже допустимого не обеспечит пуск механизмов; в сетях электрического освещения снижение напряжения приводит к резкому снижению светового потока и освещенности на рабочих местах.
Потерю напряжения рассчитываем по формуле
ДUрасч = M / S · С 2 ;
C - коэффициент, который принимаем С=77 для медных проводов, С=46 для алюминиевых проводов;
М - момент нагрузки, кВт · м, который определяется как
где Р - номинальная мощность;
L - длина провода, м.
Проверяем на допустимую потерю напряжения сечения проводов от распределительных пунктов до потребителей.
Расчет производим для мостового крана:
М = 36 · 4 = 144 кВт · м;
ДUрасч = 144 / 70 · 77 = 0,03 % 2
Момент нагрузки, М, кВт·м
Потери напряжения, ДU, %
Настольный сверлильный станок
Настольный сверлильный станок
Магистраль РП-1
Магистраль РП-2
Настольный сверлильный станок
Настольный сверлильный станок
Магистраль РП-3
Магистраль РП-4
Магистраль РП-5
1.8 Расчет токов короткого замыкания
Коротким замыканием называется всякое замыкание между фазами, а в сетях с глухозаземленной нейтралью также замыкание одной или нескольких фаз на землю.
Различают следующие виды коротких замыканий: трехфазное, или симметричное - три фазы соединяются между собой; двухфазное - две фазы соединяются между собой без соединения с землей; однофазное - одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю; двойное замыкание на землю - две фазы соединяются между собой и с землей.
Короткие замыкания возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Причины таких нарушений различны: старение изоляции, обрыв проводов с падением проводов на землю, механические повреждения кабелей, проводов.
Короткие замыкания, как правило, сопровождаются увеличением токов в поврежденных фазах до величин превосходящих в несколько раз номинальные значения. Протекание токов к.з. приводит к увеличению потерь электроэнергии в проводниках, что вызывает их повышенный нагрев. Нагрев может ускорить старение и разрушение изоляции, потерю механической прочности шин и проводов и т.п. Проводники и аппараты должны без повреждений переносить нагрев токами к.з. должны быть термически устойчивы. Токи к.з. также сопровождаются значительными электродинамическими усилиями между проводниками. Под действием этих усилий токоведущие части, аппараты и электрические машины должны быть устойчивыми в электродинамическом отношении. Короткие замыкания сопровождаются понижением уровня напряжения в электрической сети, особенно вблизи места повреждения.
Расчет токов к.з. выполняется в следующем порядке:
1. составляем схему электроснабжения цеха;
2. составляем расчетную схему;
3. намечаем точки короткого замыкания
4. составляем схему замещения, где все аппараты и токоведущие части замещаем сопротивлением.
5. составляем эквивалентную схему
Расставим на схеме точки короткого замыкания (Kl, К2).
Расчет токов к.з. в точках К1 и К2.
Расчет токов к.з. для стороны низкого напряжения производим в именованных единицах.
Составляем расчетную схему (рисунок 1.1. (б)). Величину сопротивлений трансформатора определяем по Л-1, табл.1.9.1, стр.61., а величину сопротивлений автоматических выключателей определяем по табл.1.9.3 ст. 61.
Сопротивление кабеля от ГРП до РП1:
где r0 и x0 - активное и индуктивное сопротивления одного метра кабеля, мОм
Rк = 0,195 · 14 = 2,73 мОм
Xк = 0,081 · 14 = 1,134 мОм
Упрощается схема замещения, вычисляются эквивалентные сопротивления на участках между точками КЗ и наносятся на схему (рис. 1.1 (в)):
Определим коэффициенты Ку - ударный коэффициент и q - коэффициент действующего значения ударного тока:
Значение ударного коэффициента Ку определим графически по Л.-1 рис. 1.9.1, ст.59:
Iк1 = Uном / v3 · Zк1 = 400 / 1,73 · 0,0184 = 12,6 кА;
Iк2 = Uном / v3 · Zк2 = 400 / 1,73 · 0,0039 = 59,2 кА;
Iук2 = q2 · Iк2 = 1 · 59,2 = 59,2 кА;
iук1 = v2 · Ку1 · Iк1 = 1,4 · 1,32 · 12,6 = 23,5 кА;
iук2 = v2 · Ку2 · Iк2 = 1,4 · 1 · 59,2 = 83,7 кА.
Сегодня речь пойдет о том, как правильно выполнить расчет потребляемой мощности электроэнергии для частного дома, что такое установленная и расчетная мощность нагрузки и для чего вообще нужны все эти расчеты.
Расчет электрических нагрузок производится по двум основным причинам.
Во первых имея представление, какая выделенная мощность нужна для вашего дома, вы можете обратиться в свою энергосбытовую компанию с целью получения именно той мощности, которая вам необходима. Правда надо учитывать наши реалии, далеко не всегда вам пойдут на встречу. В сельской местности зачастую электросети находятся в весьма плачевном состоянии и действует жесткий лимит на выделяемую электроэнергию, поэтому в лучшем случае вам выделят не более 15 кВт, а порой даже этого не добиться.
Во вторых расчетная мощность всех потребителей является основным показателем при выборе номинальных токов защитных и коммутационных аппаратов, а также при выборе необходимого сечения проводников.
Итак, выполнив расчет электрических нагрузок всех наших потребителей, мы узнаем суммарную расчетную мощность (расчетный ток). Под этим понятием подразумевается мощность, равная ожидаемой максимальной нагрузке сети за 30 минут.
Для того, чтобы правильно выполнить расчет нам необходимо знать установленную мощность всех электроприемников и расчетные коэффициенты.
Установленная мощность — это сумма номинальных мощностей всех устройств-потребителей электроэнергии в доме. Значение номинальной мощности берется из паспортных данных на электрооборудование и не является фактической мощностью потребления.
Расчетные коэффициенты, которые необходимо учитывать при расчетах — коэффициент спроса Кс, коэффициент использования Ки и коэффициент мощности cos φ.
Коэффициент спроса — это отношение совмещенного получасового максимума нагрузки электроприемников к их суммарной установленной мощности. То есть он вводится с учетом того, что в любой момент времени не все электроприборы будут потреблять свою полную мощность.
Кс = Рр/Ру ,
где Рр – расчетная электрическая нагрузка, кВт;
Ру – установленная мощность электроприемников, кВт.
Коэффициент использования — это отношение фактически потребляемой мощности к установленный мощности за определенный период времени.
Ки = Р/Ру
Коэффициент мощности cosφ — это отношение активной мощности, потребляемой нагрузкой к ее полной мощности.
cosφ = Р/S
где P – активная мощность, кВт;
Ру – полная мощность, кВА.
Все коэффициенты принимаются из таблиц соответствующих нормативных документов. Также ниже в таблице указана паспортная (номинальная) мощность отдельных электропотребителей.
| Наименование | Номинальная мощность кВт | Расчетные коэффициенты | |
| спроса Кс | использования Ки | ||
| Стиральная машина | 2 | 1,0 | 0,6 |
| Посудомоечная машина | 2 | 0,8 | 0,8 |
| Проточный водонагреватель | 3,5 | 0,4 | 1,0 |
| Кондиционер | 2,5 | 0,7 | 0,8 |
| Электрокамин | 2 | 0,4 | 1,0 |
| Бойлер | 6 | 0.6 | 0,9 |
| Электрообогреватель | 2 | 0,8 | 1,0 |
| Тепловентилятор | 1,5 | 0,9 | 0,9 |
| Теплый пол | 60 Вт/м2 | 0,5 | 1,0 |
| Кухонные комбайны, кофеварки, электрочайники(суммарно) | 4-5 кВт | 0,3 | 1,0 |
| Сауна | 4-12 кВт | 0,8 | 0,8 |
| Душевая кабина | 3,0 | 0,6 | 0,8 |
| Газонокосилка | 1,5 | 0,4 | 0,8 |
| Погружной насос | 0,75 – 1,5 кВт | 0,8 | 0,9 |
| Компьютеры | 0,5 | 0,6 | 1,0 |
| Бытовая розеточная сеть (телевизор, холодильник, утюг, пылесос и т.д) | 100 Вт/розетку | — | 0,7 — 1,0 |
| Освещение кухни | 25-30 Вт/м2 | 1,0 | 0,8 |
| Освещение коридора | 20-25 Вт/м2 | 0,8 | 0,8 |
| Освещение гостиной | 35-40 Вт/м2 | 0,8 | 0,8 |
| Освещение спальни | 25-30 Вт/м2 | 1,0 | 0,8 |
Для примера предположим, что у нас есть дачный домик с двумя комнатами, кухней и прихожей. Питание дома однофазное. Для дальнейших расчетов составим таблицу со всеми имеющимися в доме электропотребителями.
| Помещение | Потребители | Номинальная мощность кВт |
| Кухня | Освещение 2 Розетки Стиральная машина Холодильник | 0,1 0,2 2,2 0,7 |
| Комната | Освещение 3 Розетки Электрообогреватель Компьютер | 0,2 0,3 2 0,5 |
| Комната | Освещение 2 Розетки Вентилятор | 0,1 0,2 0,3 |
| Прихожая | Освещение 2 Розетки | 0,1 0,3 |
Далее переходим уже непосредственно к расчету мощности с учетом всех коэффициентов. Все однотипные электроприемники, такие как розеточная сеть, освещение, объединим в группы и сложим их номинальную мощность. Остальные приемники посчитаем отдельно.
| Потребители | Номинальная мощность кВт | Расчетные коэффициенты | Расчетная мощность | Расчетный ток | |||
| Спроса | Использования | Мощности | Активная кВт | Полная кВА | |||
| Освещение | 0,5 | 0,7 | 0,8 | 1 | 0,28 | 0,28 | 1,3 |
| Розетки | 1 | 0,3 | 0,8 | 0,8 | 0,24 | 0,3 | 1,4 |
| Стиральная машина | 2,2 | 1 | 0,6 | 0,75 | 1,32 | 1,76 | 8 |
| Холодильник | 0,7 | — | 0,8 | 0,65 | 0,56 | 0,9 | 4 |
| Электрообогреватель | 2 | 0,8 | 1 | 1 | 1,6 | 1,6 | 7,3 |
| Компьютер | 0,5 | 0,6 | 1 | 0,65 | 0,3 | 0,5 | 2,3 |
| Вентилятор | 0,3 | — | 1 | 0,75 | 0,3 | 0,4 | 1,9 |
| 7,2 | 4,6 | 5,74 | 26,2 | ||||
Для определения расчетной активной мощности необходимо номинальную (установленную) мощность умножить на коэффициенты спроса и использования — Pр = Pу * Кс * Ки.
Полную мощность находим, разделив расчетную активную мощность на коэффициент мощности — S = Pp/cos φ.
Расчетный ток для однофазной сети определяется по формуле Ip = Pp/U*cos φ или Ip = S/U. Для трехфазной сети формула будет иметь такой вид Ip = Pp/1,73*U*cos φ или Ip = S/1,73*U.
Для того, чтобы примерно прикинуть какая мощность нужна для дома, можно и не делать таких подробных расчетов. Достаточно сложить установленную мощность потребителей, которые будут использоваться и умножить это значение на коэффициент спроса.
| Номинальная мощность кВт | до 14 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 и более |
| Коэффициент спроса | 0,8 | 0,65 | 0,6 | 0,55 | 0,5 | 0,48 | 0,45 |
Правда надо учитывать, что это значение будет очень приблизительное и в дальнейшем его придется корректировать.
Формализация расчета электрических нагрузок развивалась все годы в нескольких направлениях и привела к следующим методам:
- эмпирический (метод коэффициента спроса, двухчленных эмпирических выражений, удельного расхода электроэнергии и удельных плотностей нагрузки, технологического графика);
- упорядоченных диаграмм, трансформировавшийся в расчет по коэффициенту расчетной активной мощности;
- собственно статистический;
- вероятностного моделирования графиков нагрузки.
Метод коэффициента спроса
Метод коэффициента спроса наиболее прост, широко распространен, с него начался расчет нагрузок. Он заключается в использовании выражения (2.20): по известной (задаваемой) величине Ру и табличным значениям, приводимым в справочной литературе (примеры см. в табл. 2.1):
Величина Кс принимается одинаковой для электроприемников одной группы (работающих в одном режиме) независимо от числа и мощности отдельных приемников. Физический смысл — это доля суммы номинальных мощностей электроприемников, статистическиотражающая максимальный практически ожидаемый и встречающийся режим одновременной работы и загрузки некоторого неопределенного сочетания (реализации) установленных приемников.
В табл. 2.2 приведены значения ЛГС, характеризующие насосы как группу. При углублении исследований KQ4 например только для насосов сырой воды, также может быть разброс 1:10.
Правильнее учиться оценивать Кс в целом по потребителю (участку, отделению, цеху). Полезно выполнять анализ расчетных и действительных величин для всех близких по технологии объектов одного и того же уровня системы электроснабжения, аналогичной табл. 1.2 и 1.3. Это позволит создать личный информационный банк и обеспечить точность расчетов. Метод удельного расхода электроэнергии применим для участков (установок) 2УР (второый, третий… Уровень Энергосистемы), отделений ЗУР и цехов 4УР, где технологическая продукция однородная и количественно меняется мало (увеличение выпуска снижает, как правило, удельные расходы электроэнергии Ауй).
В реальных условиях продолжительная работа потребителя не означает постоянство нагрузки в точке ее присоединения на более высоком уровне системы электроснабжения. Как статистическая величина Луд, определяемая для какогото ранее выделенного объекта по электропотреблению А и объему Л/, есть некоторое усреднение на известном, чаще месячном или годовом, интервале. Поэтому применение формулы (2.30) дает не максимальную, а среднюю нагрузку. Для выбора трансформаторов ЗУР можно принять Рср = Рмах. В общем случае, особенно для 4УР (цеха), необходимо учитывать Кмах в качестве Т принимать действительное годовое (суточное) число часов работы производства с максимумом использования активной мощности.
Метод удельных плотностей нагрузок
Метод удельных плотностей нагрузок близок к предыдущему. Задается удельная мощность (плотность нагрузки) у и определяется площадь здания сооружения или участка, отделения, цеха (например, для машиностроительных и металлообрабатывающих цехов у = 0,12…0,25 кВт/м2; для кислородноконвертерных цехов у = = 0,16…0,32 кВт/м2). Нагрузка, превышающая 0,4 кВт/м2, возможна для некоторых участков, в частности, для тех, где имеются единичные электроприемники единичной мощности 1,0…30,0 МВт.
Метод технологического графика
Метод технологического графика опирается на график работы агрегата, линии или группы машин. Например, график работы дуговой сталеплавильной печи конкретизируется: указывается время расплавления (27…50 мин), время окисления (20…80 мин), число плавок, технологическая увязка с работой других сталеплавильных агрегатов. График позволяет определить общий расход электроэнергии за плавку, среднюю за цикл (с учетом времени до начала следующей плавки), и максимальную нагрузку для расчета питающей сети.
Метод упорядоченных диаграмм
Метод упорядоченных диаграмм, директивно применявшийся в 1960 — 1970е гг. для всех уровней системы электроснабжения и навсех стадиях проектирования, в 1980— 1990е гг. трансформировался в расчет нагрузок по коэффициенту расчетной активной мощности. При наличии данных о числе электроприемников, их мощности, режимах работы его рекомендуют применять для расчета элементов системы электроснабжения 2УР, ЗУР (провод, кабель, шинопровод, низковольтная аппаратура), питающих силовую нагрузку напряжением до 1 кВ (упрощенно для эффективного числа приемников всего цеха, т.е. для сети напряжением 6 — 10 кВ 4УР). Различие метода упорядоченных диаграмм и расчета по коэффициенту расчетной активной мощности заключается в замене коэффициента максимума ,всегда понимаемого однозначно как отношение Рмах/Рср (2.16), коэффициентом расчетной активной мощности Ар. Порядок расчета для элемента узла следующий:
• составляется перечень (число) силовых электроприемников с указанием их номинальной PHOMi (установленной) мощности;
• определяется рабочая смена с наибольшим потреблением электроэнергии и согласовываются (с технологами и энергосистемой) характерные сутки;
• описываются особенности технологического процесса, влияющие на электропотребление, выделяются электроприемники с высокой неравномерностью нагрузки (они считаются подругому — по максимуму эффективной нагрузки);
• исключаются из расчета (перечня) электроприемники: а) малой мощности; б) резервные по условиям расчета электрических нагрузок; в) включаемые эпизодически;
• определяются группы т электроприемников, имеющих одинаковый тип (режим) работы;
• из этих групп выделяютсяуе подгруппы , имеющие одинаковую величину индивидуального коэффициента использования а:и/;
• выделяются электроприемники одинакового режима работы и определяется их средняя мощность;
• вычисляется средняя реактивная нагрузка;
• находится групповой коэффициент использования Кн активноймощности;
• рассчитывается эффективное число электроприемников в груп пе из п электроприемников:
где эффективное (приведенное) число электроприемников — это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного максимума Р, что и группа электроприемников, различных по мощности и режиму работы.
При числе электроприемнйков в группе четыре и более допускается принимать пэ равным п (действительному числу электроприемников) при условии, что отношение номинальной мощности наибольшего электроприемника Pmutm к номинальной мощности меньшего электроприемника Дом mm меньше трех. При определении значения п допускается исключать мелкие электроприемники, суммарная мощность которых не превышает 5 % от номинальной мощности всей группы;
• по справочным данным и постоянной времени нагрева Т0 принимается величина расчетного коэффициента Кр;
• определяется расчетный максимум нагрузки:
Электрические нагрузки отдельных узлов системы электроснабжения в сетях напряжением выше 1 кВ (находящиеся на 4УР, 5УР) рекомендовалось определять аналогично с включением потерь в трансформаторах.
Результаты расчетов сводят в таблицу. Этим исчерпывается расчет нагрузок по коэффициенту расчетной активной мощности.
Расчетная максимальная нагрузка группы электроприемников Ртах может быть найдена упрощенно:
где Рном — групповая номинальная мощность (сумма номинальных мощностей, за исключением резервных по расчету электрических нагрузок); Рср.см ~ средняя активная мощность за наиболее загруженную смену.
Расчет по формуле (2.32) громоздок, труден для понимания и применения, а главное, он нередко дает двукратную (и более) ошибку. Негауссову случайность, неопределенность и неполноту исходной информации метод преодолевает допущениями: электроприемники одного названия имеют одинаковые коэффициенты, исключаются резервные двигатели по условиям электрических нагрузок, коэффициент использования считается независимым от числа электроприемников в группе, выделяются электроприемники с практически постоянным графиком нагрузки, исключаются из расчета наименьшие по мощности электроприемники. Метод не дифференцирован для различных уровней системы электроснабжения и для различных стадий выполнения (согласования) проекта. Расчетный коэффициент максимума Ктах активной мощности принимается стремящимся к единице при увеличении числа электроприемников (фактически это не так — статистика этого не подтверждает. Для отделения, где двигателей 300… 1000 шт., и цеха, где их до 6000 шт., коэффициент может составлять 1,2… 1,4). Внедрение рыночных отношений, ведущих к автоматизации, разнообразию выпуска продукции, перемещает электроприемники из группы в группу.
Статистическое определение ЯСр.см для действующих предприятий осложняется трудностью выбора наиболее загруженной смены (перенос начала работы разных категорий работников в пределах смены, четырехсменная работа и др.). Проявляется неопределенность при измерениях (наложение на административнотерриториальную структуру). Ограничения со стороны энергосистемы ведут к режимам, когда максимум нагрузки Ртгх встречается в одной смене, в то время как расход электроэнергии больше в другой смене. При определении Рр нужно отказаться от Рср.см исключив промежуточные расчеты.
Подробное рассмотрение недостатков метода вызвано необходимостью показать, что расчет электрических нагрузок, опирающийся на классические представления об электрической цепи и графиках нагрузки, теоретически не может обеспечить достаточную точность.
Статистические методы расчета электрических нагрузок устойчиво отстаиваются рядом специалистов. Методом учитывается, что даже для одной группы механизмов, работающих на данном участке производства, коэффициенты и показатели меняются в широких пределах. Например, коэффициент включения для неавтоматических однотипных металлорежущих станков меняется от 0,03 до 0,95, загрузки A3 — от 0,05 до 0,85.
Задача нахождения максимума функции Рр на некотором интервале времени осложняется тем, что от 2УР, ЗУР, 4УР питаются электроприемники и потребители с различным режимом работы. Статистический метод основывается на измерении нагрузок линий, питающих характерные группы электроприемников, без обращения к режиму работы отдельных электроприемников и числовым характеристикам индивидуальных графиков.
Максимум нагрузки определяется следующим образом:
Значение р принимается различным. В теории вероятности часто используется правило трех сигм: Ртах = Рср ± За, что при нормальном распределении соответствует предельной вероятности 0,9973. Вероятности превышения нагрузки на 0,5 % соответствует р = 2,5; для р = 1,65 обеспечивается 5%я вероятность ошибки.
Статистический метод является надежным методом изучения нагрузок действующего промышленного предприятия, обеспечивающим относительно верное значение заявляемого промышленным предприятием максимума нагрузки Pi(miiX) в часы прохождения максимума в энергосистеме. При этом приходится допускать гауссово распределение работы электроприемников (потребителей).
Метод вероятностного моделирования графиков нагрузки предполагает непосредственное изучение вероятностного характера последовательных случайных изменений суммарной нагрузки групп электроприемников во времени и основан на теории случайных процессов, с помощью которой получают автокорреляционную (формула (2.10)), взаимно корреляционную функции и другие параметры. Исследования графиков работы электроприемников большой единичной мощности, графиков работы цехов и предприятий обусловливают перспективность метода управления режимами электропотребления и выравнивания графиков.
В данной статье приведен порядок расчета нагрузки бытовой электрической сети по установленной мощности и коэффициенту спроса (так называемый метод коэффициента спроса).
Рассчитанная по данной методике электрическая бытовая мощность может применяться для выбора аппаратов защиты и сечения кабелей электропроводки.
Методика расчета бытовой мощности
Расчет мощности бытовой электросети по методу коэффициента спроса производится в следующем порядке:
Справочно: Так как в соответствии с действующими правилами силовые и осветительные сети принято разделять, расчет необходимо производить раздельно для силовой сети (розеточных групп) и сети освещения.
1) Определяется установленная (суммарная) электрическая мощность (Pуст) отдельно для силовой сети (розеточной группы) — Pуст-с и сети освещения Pуст-о:
где: P1,P2,Pn — мощности отдельно взятых электроприемников (электрических приборов) в доме. При отсутствии фактических значений мощностей их можно принять нашей таблице мощностей бытовых электроприборов.
где: P1,P2,Pn — мощность одной отдельно взятой лампы каждого типа в доме;
n1, n2, nn, — количество ламп каждого типа.
Примечание: при отсутствии данных о мощности и количестве ламп для расчета установленной мощности сети освещения можно воспользоваться нашим онлайн-калькулятором расчета освещения помещения по площади помещения.
2) Исходя из установленной определяем расчетную мощность:
При определении мощности бытовой электросети необходимо учитывать, что все имеющиеся в доме электроприборы, как правило, одновременно в сеть не включаются поэтому для определения расчетной мощности применяется специальный поправочный коэффициент называемый коэффициентом спроса, значение которого принимается исходя из установленной мощности (суммарной мощности бытовых электроприборов):
Примечание: При значении установленной мощности силовой сети до 5 кВт включительно коэффициент спроса рекомендуется принимать равным 1.
Расчетную мощность так же определяем раздельно:
где: Pуст-с — установленная мощность силовой сети;
Ксс — коэффициент спроса для силовой сети.
где: Pуст-о — установленная мощность сети освещения;
Ксо — коэффициент спроса для сети освещения.
- Общую расчетную мощность бытовой сети можно получить получить сложив расчетные мощности силовой сети и сети освещения:
Полученные значения расчетных мощностей можно применять для определения расчетного тока сети и выбора аппаратов защиты (автоматических выключателей, УЗО и т.д.), а так же расчета сечения электропроводки. Подробнее об этом читайте в статье: Расчет электрической сети и выбор аппаратов защиты.
Так же для данных расчетов можно воспользоваться следующими нашими онлайн калькуляторами:
Пример расчета мощности бытовой сети
Для примера расчета бытовой мощности возьмем частный дом в котором имеются следующие электроприемники:
- стиральная машина — 2000 Вт
- микроволновая печь — 1800 Вт
- мультиварка — 1200 Вт
- кухонная вытяжка — 120 Вт
- пылесос — 550 Вт
- телевизор — 130 Вт
- персональный компьютер — 350 Вт
- принтер — 60 Вт
В сети освещения:
- Лампочки накаливания — 6 шт по 75 Вт
- Энергосберегающие лампочки — 8 шт по 22 Вт
Производим расчет мощности силовой сети:
- Установленная мощность (сумма мощностей всех электроприборов):
теперь переведем данную мощность в киловатты для чего необходимо разделить полученное значение на 1000:
- Определяем расчетную мощность силовой сети, для чего умножаем полученную установленную мощность на коэффициент спроса значение которого определяем по таблице выше (Ксс принимаем равным 0,8):
По аналогии определяем мощность сети освещения:
Pуст-о=6*75+8*22=450+176=626 Вт (или 0,626 кВт)
- Определяем расчетную мощность силовой сети (учитывая малую мощность сети освещения и тот факт, что в такой небольшой сети все лампочки могут одновременно работать длительный период времени коэффициент спроса для сети освещения (Ксо)принимаем равным 1):
Применим рассчитанные значения для определения номинального тока автоматического выключателя и сечения кабеля с помощью соответствующих онлайн калькуляторов (на примере силовой сети):
Автоматический выключатель для силовой сети определяем с помощью Онлайн-калькулятора расчета автомата по мощности:
Сечение кабеля для силовой сети определяем с помощью Онлайн-калькулятора расчета сечения кабеля по мощности:
Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!
Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.
Читайте также: