Теория расчета электрических нагрузок, основы которой сформировалась в 1930е годы, ставила целью определить набор формул, дающих однозначное решение при заданных электроприемниках и графиках (показателях) электрических нагрузок. В целом практика показала ограниченность подхода «снизу вверх», опирающегося на исходные данные по отдельным электроприемникам и их группам. Эта теория сохраняет значение при расчете режимов работы небольшого числа электроприемников с известными данными, при сложении ограниченного числа графиков, при расчетах для 2УР.
В 1980—1990е гг. теория расчета электрических нагрузок все в большей степени придерживается неформализованных методов, в частности, комплексного метода расчета электрических нагрузок, элементы которого вошли в «Указания по расчету электрических нагрузок систем электроснабжения» (РТМ 36.18.32.0289). Вероятно, работа с информационными базами данных по электрическим и Технологическим показателям, кластеранализ и теория распознавания образов, построение вероятностных и ценологических распределений для экспертной и профессиональнологической оценки могут решить окончательно проблему расчета электрических нагрузок на всех уровнях системы электроснабжения и на всех стадиях принятия технического или инвестиционного решения.
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.
Приводимые справочные данные по Кс и Кп соответствуют максимальному значению, а не математическому ожиданию. Суммирование максимальных значений, а не средних неизбежно завышает нагрузку. Если рассматривать любую группу ЭП современного электрического хозяйства (а не 1930— 1960х гг.), то становится очевидной условность понятия «однородная группа». Различия в значении коэффициента — 1:10 (до 1:100 и выше) — неизбежны и объясняются ценологически ми свойствами электрического хозяйства.
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).
Расчет электрических нагрузок
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.
Поделиться в соц. сетях
Метод «максимальная мощность»
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.
Таблица.2.4
| № | Наименование цеха | Рн | cosj tgj | Кс | Рр | Ор |
В табл. 2.4 расчетную нагрузку ЭП напряжением выше 1000 В (6-10 кВ) целесообразно выделить отдельным разделом. Кроме того, следует помнить, что среди ЭП напряжением выше 1000 В часто применяются синхронные электродвигатели, которые (для унификации расчетов) принимаются с cosj= 0,9 — «опережающим», т. е. выдающим реактивную энергию в сеть. Поэтому их расчетная реактивная мощность принимается со знаком минус (в алгебраической сумме она будет вычитаться).
При определении расчетной мощности завода необходимо также учесть потери мощности в цеховых трансформаторах и осветительную нагрузку.
Так как на данном этапе не известны мощности цеховых ТП, то потери мощности в этих трансформаторах учитывают приближенно по суммарным значениям нагрузок в цехе напряжением до 1000 В, то есть
;
;
;
;
При расчете осветительной нагрузки цеха (завода) используется метод коэффициента спроса. При этом предполагается, что силовые ЭП и освещение будут подключены к одним и тем же трансформаторам цеховых ТП. В этом случае расчетная мощность осветительной нагрузки будет определяться по формулам
Ро = F × s × Kco;
Qо = Pо × tgjо,
где F — площадь цеха (территории завода), м2; s — удельная плотность осветительной нагрузки, Вт/м2; Kco — коэффициент спроса осветительной нагрузки.
Примечание:
при этом необходимо учесть, что лампы накаливания имеют cosj = 1, люминесцентные и газоразрядные лампы –
cosj = 0,9. При расчете мощности осветительной нагрузки нельзя пренебрегать освещением территории предприятия.
Расчетный максимум цеха на напряжение 0,4 кВ с учетом осветительной нагрузки и потерь в трансформаторе определяется по формулам
Рм =Р`м + Ро + DРm;
Qм =Q`S + Qо + DQm;
Результаты расчета целесообразно представить в виде табл. 2.5, при этом приемники электроэнергии на 0,4 кВ и ЭП на 6 – 10 кВ необходимо выделить отдельными разделами. Расчетные мощности предприятия в целом с учетом коэффициента разновременности максимумов определяются по следующим выражениям:
Рз = (Рм 0,4 + Рм 6 – 11) × Кр. м ;
Qз = (Qм 0,4 + Qм 6 – 11) × Кр. м ;
Таблица.2.5
| № | Наименование цеха | Р’м | Q’м | Qб | Q`Sм | F, м2 | s, Вт/м2 | Ксо | Ро | Qо | DРм | DQм | Рм | Qм | Sм |
| 1 | |||||||||||||||
| 2 | |||||||||||||||
| 3 |
В зависимости от числа присоединении и группового коэффициента использования Ки по табл. 2.6 определяется значение коэффициента разновременности максимумов Кр. м. Групповой коэффициент использования при расчете электрической нагрузки на разные уровни напряжения принимаем равным групповому коэффициенту спроса, который находится как среднеарифметическая величина коэффициента для всех ЭП. Коэффициент разновременности максимумов — это отношение расчетной мощности на шинах 6-10 кВ к сумме расчетных мощностей потребителей, подключенных к шинам 6 -10 кВ РП, ГПП.
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.
