При серьезных расчетах мощности и потребления электроприемников требуется нахождение расчетной мощности всех потребителей с учетом особенностей их работы. Для этого необходимо изучить ряд понятий и терминов. А чуть позже рассмотрим примеры вычислений.
Расчетная (максимальная) нагрузка - необходима для определения требуемых сечений питающих линий с учетом нагрева и эконолмической плотности тока, для определения потерь мощности и отклонений напряжения в сетях, выбора мощности питающих трансформаторов, расчета защиты. Расчетная нагрузка приравнивается к постоянной во времени величине нагрузке, которая эквивалентна переменной нагрузке по наиболее тяжелому тепловому воздействию на изоляцию. За расчетную принимается максимальная из средних нагрузок длительностью 30 мин в течение, скажем, смены. Соответственно, при этом будут расчетные 30-минутные максимумы активной мощности Рм, реактивной - Qм и полной - Sм.
Средняя нагрузка (активная и реактивная) - средняя за максимально загруженную смену Рсм и Qсм - для определения максимальной нагрузки. Среднегодовые нагрузки активной и реактивной энергии Рсг и Qсг - для вычисления годовых потерь электроэнергии. В условиях эксплуатации средние нагрузки рассматриваются за определенный характерный интервал времени, например, за время смены tсм и определяются по показаниям счетчика активной энергии Эа и реактивной энергии Эр. Тогда среднии мощности найдутся просто как Рсм = Эа/tсм, а Qсм = Эр/tсм.
Максимальная кратковременная (пиковая) нагрузка Iпик, периодически возникающая при пусках электродвигателей, сварочного оборудования и др. - для расчета колебаний напряжения, защиты и проверке сетей по условиям самозапуска двигателей.
При расчете нагрузок используют также следующие величины и коэффициенты:
установленная мощность электроприемника Ру (кВт) - определяемая по паспорту мощность, на которую он рассчитан и может длительно потреблять из сети при номинальном напряжении и продолжительном режиме работы. Для электроприемников продолжительного режима работа Ру = Рн, Ру = Sн*cosφ, где Рн, Sн, cosφ - номинальные паспортные данные активной мощности, полной и коэффициента мощности. Для электроприемников повторно-кратковременного режима установленная мощность приводится к длительному режиму иформула расчета установленной мощностилибо формула расчета установленной мощности, где ПВн - номинальная паспортная продолжительность включения в относительных единицах. Установленная активная мощность для группы двигателей или многодвигательного электропривода определяется как сумма установленных активных мощностей отдельных рабочих электроприемников при ПВ = 1:формула расчета установленной мощности.
Коэффициент использования установленной активной мощности - это отношение средней активной мощности электроприемника или группы приемников одинакового режима работы к установленной активной (номинальной) мощности этого приемника (или группы их):формула расчета коэффициента использованияДля группы приемников с разными режимами работы групповой коэффициент использования определяется какформула расчета группового коэффициента использования , где - суммарные средняя и установленная мощности приемников с разными режимами работы. Значения Ки для различных технологических групп электроприемников приведены в табл.1.
умные часы

табл.1. Показатели электрических нагрузок электроприемников

Электроприемники Ки Кс cosφ tgφ
Металлорежущие станки мелкосерийного производства: мелкие токарные, строгальные, долбежные, фрезерные, сверлильные,
карусельные, точильные и т.п.		 0,12 0,14 0,4 2,35
То же, но крупносерийного производства 0,16 0,2 0,5 1,73
Штамповочные прессы, автоматы, револьверные, обдирочные, зубофрезерные, а также крупные токарные, строгальные фрезерные,
карусельные и расточные станки		 0,17 0,25 0,65 1,15
Приводы молотов, ковочных машин, волочильных станов, бегунов, очистных барабанов 0,2 0,35 0,65 1,15
Многоподшипниковые автоматы для изготовления деталей из прутков 0,2 0,23 0,5 1,73
Автоматические поточные линии обработки металлов 0,5..0,6 0,5..0,6 0,7 1,0
Переносной электроинструмент 0,06 0,1 0,5 1,73
Насосы, компрессоры, двигатель-генераторы 0,7 0,75 0,8 0,73
Эксгаустеры, вентиляторы 0,65 0,7 0,8 0,73
Элеваторы, транспортеры, шнеки, конвейеры несблокированные 0,4 0,5 0,75 0,86
То же, сблокированные 0,55 0,65 0,75 0,86
Краны, тельферы при ПВ = 25% 0,05 0,1 0,5 1,73
То же при ПВ = 40% 0,1 0,2 0,5 1,73
Сварочные трансформаторы дуговой сварки 0,3 0,35 0,35 2,58
Сварочные машины шовные 0,25 0,35 0,7 1,0
То же стыковые и точечные 0,35 0,6 0,6 1,32
Сварочные автоматы 0,35 0,5 0,5 1,73
Однопостовые сварочные двигатель-генераторы 0,3 0,35 0,6 1,32
Многопостовые сварочные двигатель-генераторы 0,5 0,7 0,7 1,0
Печи сопротивления с непрерывной автоматической загрузкой изделий, сушильные шкафы 0,7 0,8 0,95 0,33
То же, с периодической загрузкой 0,5 0,6 0,85 0,62
Мелкие нагревательные приборы 0,6 0,7 1,0 1,0
Индукционные печи низкой частоты 0,7 0,8 0,35 2,58
Двигатель-генераторы индукционных печей высокой частоты 0,7 0,8 0,8 0,75
Ламповые генераторы индукционных печей 0,7 0,8 0,65 1,15
читать далее...
график коэффициента максимума мощности от эффективного числа электроприемниковтаблица расчета коэффициента максимумаКоэффициент максимума активной мощности - отношение расчетного максимума активной мощности к ее среднему значению за рассматриваемый период времени (смену, год):формула расчета коэффициента максимумаилиформула расчета коэффициента максимума
Коэффициент максимума определяется по кривым (рис.1 либо таблице справа - кликнуть) в зависимости от величины группового коэффициента использования и эффективного числа приемников.
Коэффициент спроса активной мощности - это отношение расчетной нагрузки к установленной мощности всей группы электроприемниковформула коэффициента спросаФактически означает как бы вероятность одновременной работы всех имеющихся потребителей. Значения коэффициента спроса приведены в табл.1 выше.
Коэффициент нагрузки (коэффициент заполнения графика нагрузки) - величина, обратная коэффициенту максимума и характеризующая неравномерность графиков нагрузки, определяемая для суточных и годовых графиков нагрузки как формула коэффициента нагрузки
Коэффициент включения - отношение продолжительности включения одного электроприемника за время цикла ко всей продолжительности цикла формула коэффициента включенияДля группы приемников коэффициент включения определяется из отношения средней за цикл групповой включенной активной мощности ко всей установленной мощности группыформула группового коэффициента включения

Коэффициент загрузки электроприемника по активной мощности - отношение фактически потребляемой им средней активной мощности за время его включения в течение цикла к его номинальной мощностиформула коэффициента загрузки . Коэффициент загрузки как и коэффициент включения, связан с технологическим процессом и изменяется с изменением режима работы электроприемника. Групповой коэффициент загрузки определяется из отношения групповых коэффициентов Ки и Кв: формула группового коэффициента загрузкиПри отсутствии данных о коэффициенте загрузки можно принимать для приемников продолжительного режима работы Кз = 0,9; для приемников повторно-кратковременного режима Кз = 0,75.Коэффициент участия в максимуме (совмещения максимумов нагрузок) - отношение расчетного максимума по узлу нагрузки (цех, корпус, предприятие) к сумме расчетных максимумов отдельных групп электроприемников Значения КΣ находятся в пределах 0,85...0,95.
Коэффициент сменности по энергоиспользованию α - для определения годового расхода электроэнергии и учитывает неритмичность нагрузки, т.е. загрузку отдельных смен, сезонные колебания нагрузки, неритмичность производства, работу в выходные и праздничные дни. Приближенные значения α для некоторых предприятий следующие:

алюминиевые заводы.........................................................................................................0,95
цинковые, магниевые, электролизные заводы.....................................................................0,92
медеплавильные, никель-кобальтовые, глиноземные заводы................................................0,85
коксохимические заводы...................................................................................................0,82
обогатительные и агломерационные фабрики, мартеновские цехи.........................................0,75
заводы черной металлургии........................................................................................0,7...0,75
доменные и прокатные цеха, заводы тяжелого машиностроения...........................................0,65

Годовое число часов использования максимума активной мощности Тм - годовое число часов работы электроприемников с максимальной нагрузкой и годовым потреблением электроэнергии, соответствующим действительному графику нагрузки. Величина Тм зависит от числа смен и характера производства и имеет следующие значения в часах:

при односменной работе.......................................................................................1800...2500
при двухсменной работе.......................................................................................3500...4500
при трехсменной работе.......................................................................................5000...7000

Годовое число часов работы предприятия Тг - для определения годового режима расхода электроэнергии и зависит от числа смен и их продолжительности.

Эффективное (приведенное) число электроприемников - число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которые обуславливают ту же расчетную нагрузку, что и группа различных по номинальной мощности приемников электроэнергии. Понятие приведенного числа электроприемников позволяет заменить группу разнородных электроприемников эквивалентной группой одинаковых, что существенно упрощает расчеты. Величина приведенного числа электроприемников nэ всегда меньше реального числа электроприемников или равна ему. Эффективное число приемников определяется из соотношения , где - сумма установленных мощностей рабочих приемников с единичной мощностью ру в количестве n, присоединенных к расчетному узлу нагрузки. Если в группе пять или более приемников, то nэ рекомендуется определять одним из упрощенных способов:
а) если m=рн.м/рн.мин≤3 (рн.м и рн.мин - номинальные мощности наибольшего и наименьшего приемников в группе), допускается принимать nэ = n; при определении m можно исключить те приемники, суммарная мощность которых не превышает 5% от номинальной мощности всей группы; при вычислении nэ эти приемники также не учитываются;
б) если m>3 и групповой коэффициент Ки≥0,2, то эффективное число приемников находят по формуле формула эффективного числа электроприемников
в) если m>3 и имеется большое количество разнообразных по мощности приемников, то эффективное их число определяют по выражению формула эффективного числа электроприемников, где nэ* - относительное эффективное число приемников, рассчитываемое по кривым или таблице, представленным ниже в следующем порядке:

таблица определения относительного эффективного числа электроприемников
таблица расчета относительного эффективного числа электроприемников
график определения эффективного числа электроприемниковграфик определения эффективного числа электроприемников

- определяют суммарную номинальную мощность Рн всех n приемников, подключенных к узлу питания;
- выбрав из числа n наибольший по мощности приемник, подсчитывают количество приемников n1, у которых номинальная мощность каждого равна или больше половины мощности наибольшего из них;
- вычисляют суммарную номинальную мощность Рн1 наиболее крупных приемников в количестве n1;
- определяют относительные значения;
- по кривым находят nэ*;
- по формуле формула эффективного числа электроприемников определяют nэ.

как найти расчетную мощность

1. Метод упорядоченных диаграмм является основным при расчете нагрузок. Применение его возможно при известных единичной мощности электроприемников, их количестве и технологическом назначении. Расчет выполняется по узлам питания системы электроснабжения (распределительный пункт, силовой шкаф, питающая линия) в следующем порядке:а) приемники делим на характерные технологические группы, для которых по табл.1 или из справочников находим значения Ки и cosφ; б) для каждой технологической группы по формула расчета коэффициента использования рассчитываем среднюю активную мощность и вычисляем реактивную мощность в) по узлу питания определяем: общее количество приемников n, их суммарную установленную мощность по формула расчета установленной мощности, суммарные средние активную и реактивную мощности;г) по формула расчета группового коэффициента использованиянаходим значение группового коэффициента использования;д) рассчитываем эффективное число приемников;е) по кривым или табличным значениям, приведенным выше, получаем значение коэффициента максимума;ж) из формула расчета коэффициента максимумаилиформула расчета коэффициента максимумаопределяем расчетную активную мощность, расчетную реактивную мощность принимаем Qм=Qсм (если nэ≤10, то Qм=1,1Qсм)4з) вычисляем расчетные: полную мощность и ток .

задачи на определение расчетной нагрузки

Задача 1. Определить расчетную активную нагрузку группы электроприемников по следующим данным: три приемника мощностью по 10кВт и коэффициентом использования Ки=0,15; четыре приемника по 20кВт и Ки=0,2; восемь электроприемников по 30кВт и Ки=0,1 и десять электроприемников по 40кВт с Ки=0,14.
Решение: общее число электроприемников n=3+4+8+10=25. Их суммарная установленная номинальная активная мощность Ру=Σрн=3×10+4×20+8×30+10×40=750кВт. Величина m=40/10>3. Находим групповой коэффициент использования:

При m>3 и Ки<0,2 эффективное число электроприемников определяем по кривым следующим образом. Мощность наибольшего из них 40кВт. Число приемников с единичной мощностью не меньше половины наибольшего, т.е. от 20кВт и более составляет: n1=4+8+10=22. Их суммарная установленная мощность Рн1=4×20+8×30+10×40=720кВт. Относительные значения составят: n*=22/25=0,88 и Р*=720/750=0,96. По кривым для определения относительного эффективного числа электроприемников или вышеприведенной таблице рядом с графиком находим, что nэ*=0,9. Тогда согласно формулы формула эффективного числа электроприемниковnэ=25×0,9=22. По графику зависимости коэффициента максимума от эфективного числа электроприемников при различных коэффициентах использования или второй таблице при Ки=0,14 и nэ=22, находим, что коэфициент максимума Км=1,7. Расчетная активная мощность с учетом рассмотренной ранее формулы формула коэффициента спросанайдется как Рм=Ки×Км×Ру=0,14×1,7×750=178кВт.

Зависимости коэффициента максимума активной мощности от эффективного числа электроприемников при различных коэффициентах использования выполнены для nэ≥4. Если nэ<4, то расчетная нагрузка определяется как сумма произведений номинальных мощностей приемников на их коэффициент загрузки, т.е. . При n>200 и любых Ки или при любых значениях nэ и Ки>0,8 расчетная мощность равна средней: Рм=Рсм.
2. Нагрузки от однофазных приемников в 3-х фазной сети определяются также, как и от 3-х фазных, при условии, что нагрузка от однофазных электроприемников равномерно распределена по фазам или ее неравномрность не превышает 15% от суммарной номинальной мощности всех приемников - однофазных и 3-х фазных, присоединенных к узлу питания. Однофазные электроприемники включаются на фазное или линейное напряжение. Нагрузка распределяется по фазам, как правило, неравномерно. В зависимости от числа однофазных приемников и схемы их включения в 3-х фазную сеть при неравномерности распределения нагрузки более 15% мощность однофазных приемников приводится к условной 3-х фазной мощности рн.у следующими способами:
а) при числе однофазных приемников менее четырех и включение их на фазное напряжение рн.у=3×рн.м.ф, а при включении их на линейное напряжение в разные плечи 3-х фазной состемы рн.у=√3×рн.м.л;
б) при одном приемнике, включенном на линейное напряжение, рн.у=√3×рн.м.л, где рн.м.ф - номинальная мощность приемника наиболее загруженной фазы в кВт, а рн.м.л - номинальная мощность приемников наиболее загруженного плеча в кВт;
в)при смешанной схеме включения 2-х однофазных приемников (одного на фазное, а второго на линейное напряжение) определяются условные мощности по пунктам а и б, причем за основу расчета принимается бОльшая мощность.
Расчетная активная нагрузка при 4-х и более однофазных приемниках с одинаковыми Ки и cosφ независимо от схемы включения определяется по формуле:, где Рн.м.ф - номинальная активная мощность наиболее загруженной фазы. Эффективное число приемников в этом случае равно , где Σрн.о - сумма номинальных мощностей однофазных приемников данного расчетного узла; рн.о.м - номинальная мощность наибольшего однофазного приемника.


Задача 2. Определить расчетные нагрузки при включении на линейное напряжение 380/220В 3-х однофазных сварочных трансформаторов со следующими паспортными данными:


1-ый: фазы АВ S1=70кВА; ПВ1=50%; cosφ1=0,5
2-ой: фазы АС S2=42кВА; ПВ2=60%; cosφ2=0,65
3-ий: фазы ВС S3=34кВА; ПВ3=65%; cosφ3=0,5
Решение: Определяем номинальные мощности трансформаторов, приведенные к ПВ=100%:



Определяем нагрузку наиболее загруженной фазы при включении трансформаторов на соответствующие фазы:
расчет наиболее загруженной фазы
расчет наиболее загруженной фазы
расчет наиболее загруженной фазы
Наиболее загруженной является фаза а. Условная трехфазная номинальная мощность
Полная нагрузка и ток составляют:

3. Пиковый ток определяется из условия пуска электроприемника с наибольшим пусковым током при работе всех остальных приемников:формула нахождения пикового тока, где Iм - максимальный расчетный ток; Iн.м - номинальный ток приемника с максимальным пусковым током; Iп.м - пусковой ток приемника; Ки - коэффициент использования, характерный для приемника с максимальным пусковым током. Пусковой ток для электродвигателей с повторно-кратковременным режимом работы принимается для паспортного значения ПВ.
Задача 3. Определить пиковый ток в линии, питающей группу электроприемников с расчетным максимальным током Iм=300А. Максимальный пусковой ток имеет электродвигатель привода насоса. Технические данные двигателя: номинальная мощность рн=55кВт, напряжение 380В, номинальный ток Iн.м=103А, отношение пускового тока к номинальному (кратность пускового тока) К=6.
Решение. Определяем значение пускового тока двигателя:
Коэффициент использования для двигателя привода насоса Ки=0,7 (см. табл.1).
Пиковый ток в линии

 

Задача 3. Определить пиковый ток в линии, питающей группу электроприемников с расчетным максимальным током Iм=300А. Максимальный пусковой ток имеет электродвигатель привода насоса. Технические данные двигателя: номинальная мощность рн=55кВт, напряжение 380В, номинальный ток Iн.м=103А, отношение пускового тока к номинальному (кратность пускового тока) К=6.
Решение. Определяем значение пускового тока двигателя:
Коэффициент использования для двигателя привода насоса Ки=0,7 (см. табл.1).
Пиковый ток в линии.