Расчет электрических нагрузок
2018-03-08 
Статьи 
Комментариев нет
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.
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.
Коэффициент мощности cosφ — это отношение активной мощности, потребляемой нагрузкой к ее полной мощности.
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.
Источник
Коэффициенты использования электрооборудования таблица
2018-03-08 Статьи Комментариев нет
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.
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.
Коэффициент мощности cosφ — это отношение активной мощности, потребляемой нагрузкой к ее полной мощности.
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.
Таблица 3-1
Таблица 3-1. Значений расчетных коэффициентов для различных групп механизмов
Наименование механизмов и аппаратов
Горно-обогатительные комбинаты и аглофабрики
Насосы, вентиляторы, компрессоры, газодувки, эксгаустеры
Насосы водяные
Насосы песковые
Вакуум-насосы
Вентиляторы
Вентиляторы высокого давления для аглофабрик
Вентиляторы к дробилкам
Аглоэксгаустеры (газодувки)
Механизмы дробления и измельчения
Дробилки молотковые
Дробилки конусные
Дробилки четырехвалковые
Мельницы шаровые
Мельницы стержневые
Грохоты
Механизмы непрерывного транспорта
Транспортеры ленточные свыше 170 квт
Транспортеры ленточные до 170 квт
Конвейеры до 10 квт
Конвейеры свыше 10 квт
Конвейеры корпуса крупного дробления
Питатели пластинчатые, тарельчатые, барабанные и дисковые
Элеваторы, шнеки
Механизмы фильтрации и обогащения
Сгустители
Барабаны смесительные
Чашевые охладители
Столы концентрационные, чаны, баки концентрационные
Сушильные барабаны и сепараторы
Классификаторы спиральные и реечные
Флотационные машины
Электрофильтры
Магнитные сепараторы индивидуальные
Двигатель-генераторы
Вакуум-фильтры (лента, барабаны)
Вагоноопрокидыватели
Грейферные краны
Коксохимические заводы и цехи
Транспортеры
Транспортеры катучие
Питатели пластинчатые и ленточные
Дробилки молотковые
Дозировочные столы
Штабелеры
Углеперегружатели
Коксовыталкиватели
Загрузочные вагоны
Двересъемные машины
Электровозы тушильных вагонов
Скиповые подъемники
Кабестаны
Вагоноопрокидыватели
Металлургические заводы и цехи черной и цветной металлургии
Насосы, вентиляторы, компрессоры
Насосы водяные
Насосы питательные мартеновского цеха
Дымососы мартеновского цеха
Вентиляторы доменного цеха
Вентиляторы газовых горелок
Вентиляторы прокатных цехов
Вентиляторы принудительного дутья
Вентиляторы машинных залов
Компрессоры
Механизмы непрерывного транспорта
Краны различных назначений
Краны рудного двора
Грейферные краны
Магнитные краны
Краны разные
Машиностроительная и металлообрабатывающая отрасли промышленности
Металлорежущие станки мелкосерийного производства с нормальным режимом работы — мелкие токарные, строгальные, долбежные, фрезерные, сверлильные, карусельные, точильные и т. п.
То же при крупносерийном производстве
То же при тяжелом режиме работы: штамповочные прессы, автоматы, револьверные, обдирочные, зуборезные, а также крупные токарные, строгальные, фрезерные, карусельные, расточные станки
То же с особо тяжелым режимом работы: приводы молотов, ковочных машин, волочильных станов, очистных барабанов, бегунов и пр.
Переносный электроинструмент
Вентиляторы, эксгаустеры, санитарно-гигиеническая вентиляция
Насосы, компрессоры, дизель-генераторы
Краны, тельферы при ПВ-25%
То же при ПВ-40%
Элеваторы, транспортеры, шнеки, конвейеры несблокироваиные
То же сблокированные
Сварочные трансформаторы дуговой электросварки
Однопостовые сварочные двигатель-генераторы
Многопостовые сварочные двигатель-генераторы
Сварочные машины шовные
То же стыковые и точечные
Сварочные дуговые автоматы типа АДС
Печи сопротивления, сушильные шкафы, нагревательные приборы
Печи сопротивления с неавтоматической загрузкой изделий
Индукционные печи низкой частоты
Двигатель-генераторы индукционных печей высокой частоты
Ламповые генераторы индукционных печей высокой частоты
Многошпиндельные автоматы механических цехов для деталей из прутков
Задачей расчета электрических сетей является правильная оценка величин электрических нагрузок и выбор соответственно им таких наименьших из числа возможных сечений проводов, кабелей и шин, при которых были бы соблюдены нормированные условия в отношении:
2. экономической плотности тока,
3. электрической защиты отдельных участков сети,
4. потерь напряжения в сети,
5. механической прочности сети.
Расчетными нагрузками для выбора сечений проводников являются:
1. получасовой максимум I30 — для выбора сечений по нагреву,
2. среднесменная нагрузка Iсм — для выбора сечений по экономической плотности тока,
3. пиковый ток — для выбора плавких вставок и уставок тока максимальных расцепителей автоматов и для расчета по потере напряжения. Этот расчет обычно сводится к определению потерь напряжения в силовой сети при пуске отдельных мощных короткозамкнутых электродвигателей и в троллейных линиях.
При выборе сечений распределительной сети, независимо от фактического коэффициента загрузки электроприемника, следует всегда иметь в виду возможность использования его на полную мощность и, следовательно, за расчетный ток принимать номинальный ток электроприемника. Исключение допускается лишь для проводников к электродвигателям, выбранным не по нагреву, а по перегрузочному моменту.
Таким образом, для распределительной сети расчета, как такового, не производят.
Для определения расчетного тока в питающей сети необходимо нахождение совмещенного максимума или средней нагрузки целого ряда электроприемников и при том, как правило, различных режимов работы. Вследствие этого процесс расчета питающей сети является сравнительно сложным и разделяется на три основные последовательные операции:
1. составление расчетной схемы,
2. определение совмещенных максимумов нагрузки или средних значений ее на отдельных участках сети,
Расчетная схема, являющаяся развитием принципиальной схемы питания, намеченной при рассмотрении вопроса о распределении электрической энергии, должна содержать все необходимые данные в отношении подключенных нагрузок, длин отдельных участков сети и выбранного рода и способа прокладки ее.
Наиболее ответственная операция — определение электрических нагрузок на отдельных участках сети — в большинстве случаев основывается на применении эмпирических формул. Коэффициенты, входящие в эти формулы, зависят в наибольшей степени от режима работы электроприемников, и правильная оценка последнего имеет большое значение, хотя и не всегда является точной.
Вместе с тем неправильность в определении коэффициентов, а, следовательно, и нагрузок, может привести либо к недостаточной пропускной способности сети, либо к необоснованному удорожанию всей установки.
Прежде чем перейти к методологии определения электрических нагрузок для питающих сетей, необходимо отметить, что входящие в расчетные формулы коэффициенты не являются стабильными. В связи с непрерывным техническим прогрессом и развитием автоматизации эти коэффициенты должны подлежать периодическому пересмотру.
Поскольку как сами формулы, так и входящие в них коэффициенты являются до известной степени приближенными, нужно иметь в виду, что результатом расчетов может быть определение только порядка интересующих величин. По этой причине следует избегать излишней скрупулезности в арифметических операциях.
Величины и коэффициенты, входящие в расчетные формулы определения электрических нагрузок
Под установленной мощностью Ру понимается:
1. для электродвигателей длительного режима работы — каталожная (паспортная) номинальная мощность в киловаттах, развиваемая двигателем на валу:
2. для электродвигателей повторно-кратковременного режима работы — паспортная мощность, приведенная к длительному режиму, т. е. к ПВ = 100%:
где ПВН0М — номинальная продолжительность включения в процентах по каталожным данным, Рном —номинальная мощность при ПВН0М,
3. для трансформаторов электропечей:
где SН0М — номинальная мощность трансформатора по каталожным данным, ква, cosφном—коэффициент мощности, характерный для работы электропечи при номинальной мощности,
4. для трансформаторов сварочных машин и аппаратов — условная мощность, приведенная к длительному режиму, т. е. к ПВ = 100%:
где Sном — номинальная мощность трансформатора в киловольт-амперах при ПВном,
Под присоединенной мощностью Рпр электродвигателей понимается мощность, потребляемая двигателем из сети при номинальной нагрузке и напряжении:
где ηном — номинальный к п. д. двигателя в относительных единицах.
Средняя активная нагрузка за максимально загруженную смену Рср.см и такая же средняя реактивная нагрузка Qcp,см представляют собой частные от деления количества электроэнергии, потребляемой за максимально нагруженную смену (соответственно WCM и VCM), на продолжительность смены в часах Тсм,
Среднегодовая нагрузка активная Рср.г и такая же нагрузка реактивная Qcp.г представляют собой частные от деления годового потребления электроэнергии (соответственно Wг и Vг) на годовую продолжительность рабочего времени в часах (Тг):
Под максимальной нагрузкой Рмакс понимают наибольшую из средних нагрузок за тот или иной интервал времени.
В соответствии с ПУЭ, для расчета сетей и трансформаторов по нагреву этот интервал времени установлен равным 0,5 ч, т. е. принимается получасовой максимум нагрузки.
Различают получасовые максимумы нагрузок : активной Р30, квт, реактивной Q30, квар, полной S30, ква, и по току I30, а.
Пиковым током Iпик называют мгновенный максимально возможный ток для данного электроприемника или для группы электроприемников.
Под коэффициентом использования за смену КИ понимают отношение средней активной нагрузки за максимально нагруженную смену к установленной мощности:
Соответственно этому годовой коэффициент использования представляет собой отношение средней годовой активной нагрузки к установленной мощности:
Под коэффициентом максимума Км понимается отношение активной получасовой максимальной нагрузки к средней нагрузке за максимально загруженную смену,
Величина, обратная коэффициенту максимума, представляет собой коэффициент заполнения графика Кзап
Коэффициент спроса Кс — отношение активной получасовой максимальной нагрузки к установленной мощности:
Под коэффициентом включения Кв понимается отношение рабочего времени приемника повторно-кратковременного и длительного режима работы за смену к продолжительности смены:
У электроприемников, предназначенных для непрерывной работы в течение смены, коэффициент включения практически равен единице.
Коэффициентом загрузки по активной мощности К3 представляет собой отношение нагрузки электроприемника в данный момент времени Pt к установленной мощности:
Для электродвигателей, у которых под установленной мощностью понимается мощность на валу, правильнее было бы относить Ки, Кв, К3 не к установленной, а к присоединенной к сети мощности.
Однако в целях упрощения расчетов, а также ввиду трудности учета к. п. д. участвующих в нагрузке электродвигателей, целесообразно относить эти коэффициенты также к установленной мощности. Таким образом, коэффициенту спроса, равному единице (Кс = 1), соответствует фактическая загрузка электродвигателя в размере η% от полной.
Коэффициентом совмещения максимумов нагрузки KΣ — отношение совмещенного получасового максимума нагрузки нескольких групп электроприемников к сумме максимальных получасовых нагрузок отдельных групп:
С допустимым для практических целей приближением можно принять, что
Источник
