Алгоритм расчета электрической нагрузки от однофазных электроприемников

Включение потребителей в бытовые или промышленные электрические сети с использованием кабеля меньшей мощности, чем это необходимо, может вызвать серьезные негативные последствия. В первую очередь это приведет к постоянному срабатыванию автоматических выключателей или перегоранию плавких предохранителей. При отсутствии защиты питающий провод или кабель может перегореть. В результате перегрева изоляция оплавляется, а между проводами возникает короткое замыкание. Чтобы избежать подобных ситуаций, необходимо заранее выполнить расчет тока по мощности и напряжению, в зависимости от имеющейся однофазной или трехфазной электрической сети.

Для чего нужен расчет тока

Расчет величины тока по мощности и напряжению выполняется еще на стадии проектирования электрических сетей объекта. Полученные данные позволяют правильно выбрать питающий кабель, к которому будут подключаться потребители. Для расчетов силы тока используется значение напряжения сети и полной нагрузки электрических приборов. В соответствии с величиной силы тока выбирается сечение жил кабелей и проводов.

Если все потребители в доме или квартире известны заранее, то выполнение расчетов не представляет особой сложности. В дальнейшем проведение электромонтажных работ значительно упрощается. Таким же образом проводятся расчеты для кабелей, питающих промышленное оборудование, преимущественно электрические двигатели и другие механизмы.

Измерение мощности ваттметром

Мощность потребления трехфазного тока измеряют, используя ваттметры. Это может быть специальный ваттметр, для 3-х фазной сети, либо однофазный, включенный по определенной схеме. Современные приборы учета электроэнергии часто выполняются по цифровой схемотехнике. Такие конструкции отличаются высокой точностью измерений, большими возможностями оперирования с входными и выходными данными.

Варианты измерений:

• Соединение «звезда» с нулевым проводником и симметричная нагрузка – измерительный прибор подключается к одной из линий, считанные показания умножаются на три.
• Несимметричное потребление тока в соединении «звезда» – три ваттметра в цепи каждой фазы. Показания ваттметров суммируются;
• Любая нагрузка и соединение «треугольник» – два ваттметра, подключенных в цепь любых двух нагрузок. Показания ваттметров также суммируются.

На практике всегда стараются выполнить нагрузку симметричной. Это, во-первых, улучшает параметры сети, во-вторых, упрощает учет электрической энергии.

Расчет тока для однофазной сети

Измерение силы тока производится в амперах. Для расчета мощности и напряжения используется формула I = P/U, в которой P является мощностью или полной электрической нагрузкой, измеряемой в ваттах. Данный параметр обязательно заносится в технический паспорт устройства. U – представляет собой напряжение рассчитываемой сети, измеряемое в вольтах.

Измерение мощности

Измерять мощность трёхфазных цепей позволяют ваттметры, специальные приборы, предназначенные для этой цели. Их количество и способы подключения зависят от конкретной электрической цепи: её характеристик и схемы подключения нагрузок. Трёхфазные сети различают по количеству подводящих проводов и распределением нагрузки по фазам, а именно:

• трёхпроводная система;
• четырёхпроводная система;
• равномерная нагрузка;
• асимметричная нагрузка.

Симметричная нагрузка

Если система состоит из четырёх проводов (3 фазы и «ноль»), а нагрузка равномерно распределена между фазами, то для того, чтобы узнать суммарную величину мощности, достаточно иметь один прибор для измерения. Токовую обмотку ваттметра последовательно подключают в один из линейных проводов, а между линейным и нулевым проводами включается обмотка напряжения измерительного устройства. Этот вид подключения даёт возможность узнать количество ватт на одной фазе. А поскольку нагрузка в системе распределяется равномерно, то результирующую мощность трёхфазной сети находят умножением полученных показаний на количество фаз, то есть на 3.

Неравномерное распределение потребителей

Цепи с несимметричной нагрузкой на фазах требуют использования нескольких ваттметров для определения мощностной характеристики. В системе, состоящей из четырёх проводов, нужно подключить три прибора таким образом, чтобы обмотки напряжений каждого были включены между нулевым проводом и одной из фаз. Общий результат находится путём суммирования отдельных показаний каждого ваттметра.

Трёхпроводная система потребует минимум двух ваттметров для определения мощности всей цепи. С входным токовым зажимом и оставшимся свободным линейным проводом соединяются обмотки напряжений каждого отдельного ваттметра. Полученные показания складывают и получают значение этой величины для трёхфазной цепи. Эта схема подключения измерительных приборов основана на первом законе Кирхгофа.

Подобные нюансы очень важны при проектировании трёхфазной сети для частного сектора. А также их стоит учитывать при правильном обслуживании уже действующих систем электропитания.

Расчет тока для трехфазной сети

В случае использования трехфазного электроснабжения вычисление силы тока производится по формуле: I = P/1,73U, в которой P означает потребляемую мощность, а U – напряжение в трехфазной сети. 1,73 является специальным коэффициентом, применяемым для трехфазных сетей.

Так как напряжение в этом случае составляет 380 вольт, то вся
формула будет иметь вид: I = P/657,4.
Точно так же, как и в однофазной сети, диаметр и сечение проводников можно определить с помощью таблицы, отражающей зависимости этих параметров от различных нагрузок.

В некоторых случаях расчет тока по напряжению и мощности следует проводить с учетом полной реактивной мощности, присутствующей в электродвигателях, сварочном и другом оборудовании. Для таких устройств коэффициент мощности будет равен 0,8.

Определение расчетных нагрузок с учетом однофазных приемников

Лекция №6.

Определение расчетных нагрузок с учетом однофазных приемников.

На промышленных предприятиях наряду с трехфазными приемниками электроэнергии имеют место стационарные и передвижные приемники однофазного тока, подключаемые на фазное или линейное напряжение. При проектировании стремятся распределить мощности однофазных приемников по фазам трехфазной сети равномерно. Однако это не всегда удается. Считается, что распределение по фазам однофазных приемников выполнено, если суммарная номинальная мощность, остающаяся нераспределенной равномерно по фазам, не превышает 15% общей нагрузки узла системы электроснабжения (общей мощности трехфазных и однофазных приемников, распределенных по фазам равномерно). Если неравномерность превышает 15%, то определяют условную трехфазную номинальную мощность Рном. у

неравномерно распределенных приемников.

При числе неравномерно распределенных по фазам однофазных приемников менее четырех Рном. у

определяют упрощенными способами:

При включении однофазных приемников на фазные напряжения Рном. у

принимают равной утроенному значению номинальной мощности
Рном. м.ф
максимально загруженной фазы

Рном. у=3 Рном. м.ф

;

При включении однофазных приемников на линейное напряжение условную трехфазную номинальную мощность определяют:

а) при одном приемнике

Рном. у= ,

б) при двух-трех приемниках, включенных на разные линейные напряжения трехфазной сети

Рном. у=3рном. л

,

где рном. л

– номинальная мощность приемника наиболее загруженной фазы.

Если число неравномерно распределенных приемников более четырех, то условно трехфазную номинальную мощность определяют как утроенное значение номинальной мощности наиболее загруженной фазы. При этом наиболее загруженной фазой считают фазу, имеющую наибольшую среднюю нагрузку от однофазных приемников. Среднюю нагрузку каждой фазой при смешанном включении однофазных приемников (наиболее общий случай), когда часть приемников включена на фазное, с часть – на линейное напряжение, определяют суммированием однофазных нагрузок данной фазы (фаза-нуль) и однофазных нагрузок, включенных на линейное напряжение, приведенных к этой фазе и фазному напряжению с помощью коэффициентов приведения.

Формулы приведения однофазной нагрузки к трехфазной:

,

,

,

где Рс. м

– средняя активная нагрузка за наиболее загруженную смену,

Рн. АС

– максимальная линейная нагрузка,

r(АС)А

– коэффициент приведения линейной нагрузки к фазе А.

Формулы приведения реактивной мощности аналогичны.

Выбирается наиболее загруженная фаза и по ее нагрузке определяется трехфазная условная нагрузка:

Рс. м.у=3Рс. м.ф и

;
Qс. м.у=3Qс. м.ф
,

где Рс. м.ф и
Qс. м.ф
средние активные и реактивные нагрузки максимально загруженной фазы.

При совместной работе на трехфазную сеть однофазных и трехфазных приемников электроэнергии расчетную нагрузку узла системы электроснабжения определяют по формулам:

;

при эффективном числе приемников

;

при эффективном числе приемников

,

где n1,
m1
– число приемников трехфазного тока с переменным и практически постоянным графиком нагрузок;

n2,
m2
— число приемников однофазного тока с переменным и практически постоянным графиками нагрузок.

Определение пиковых нагрузок.

При проектировании систем электроснабжения в качестве пиковой нагрузки рассматривают пиковый ток.

Пиковый ток группы приемников, работающих при отстающем токе, определяют как арифметическую сумму наибольшего из пусковых токов двигателей, входящих в группу, и расчетного тока всей группы приемников за вычетом расчетного тока двигателя, имеющего наибольший пусковой ток:

,

где iп.max

– наибольший из пусковых токов двигателей группы приемников, определяемый по паспортным данным;

Ip

– расчетный ток группы приемников;

Kи. а

– коэффициент использования, характерный для двигателя, имеющего наибольший пусковой ток;

Iном.max

– номинальный ток двигателя (приведенный к ПВ=1) с наибольшим пусковым током.

Если число приемников электроэнергии в группе невелико и их установленные мощности значительно отличаются друг от друга, то при наличии в этой группе мощных синхронных двигателей пиковый ток определяют по формуле:

,

где Рср. м,
Qср. м
– соответственно средние активные и реактивные нагрузки приемников рассматриваемой группы за наиболее загруженную смену;

рср. м,
qср. м
– средние нагрузки пускаемого двигателя за наиболее загруженную смену;

Км

– коэффициент максимума для групп приемников, исключая пускаемый двигатель, может быть принят равным коэффициенту максимума по активной мощности, найденному для всей группы.

В качестве наибольшего пикового тока одного приемника принимают: для двигателей – пусковой ток, для печных и сварочных трансформаторов – пиковый ток, который принимают по паспортным данным. При отсутствии паспортных данных пусковой ток асинхронных с короткозамкнутым ротором и синхронных двигателей принимают равным 5-кратному номинальному току, пусковой ток двигателей постоянного тока и асинхронных двигателей с фазным ротором – 2-2,5-кратному номинальному, пиковый ток печных и сварочных трансформаторов – не менее 3-кратного номинального (без приведения к ПВ=1).

При самозапуске группы двигателей в качестве пускового тока принимают сумму пусковых токов этих двигателей.

Алгоритм определения расчетных электрических нагрузок.

1. Определение расчетной электрической нагрузки группы ЭП (используется метод упорядоченных диаграмм).

Группы собираются по 10-12 ЭП в группе исходя из ки

и
cosj
. Далее для группы определяют
nэф
затем находим расчетную нагрузку
Рр
для группы ЭП. Затем S для вех групп и находят
РрS
,
QрS
,
SрS
.

2 Определение расчетных электрических нагрузок потребителей (цехов).

(либо по кс

, либо статическим).

Если в цехе нагрузки разных напряжений, то Рр

определяется для потребителей каждого напряжения раздельно.

3 При определении на более высоких уровнях Рр

необходимо сначала учесть
DРр
,
DQр
– потери в трансформаторах.

Для определения потерь мощности в цеховых трансформаторах используются упрощенные формулы:

,

.

Прежде надо просуммировать все нагрузки по цехам.

4 Определение Рр

на уровне РП.

Основная задача: каждую реактивную мощность можно взять с высоковольтных источников и будем использовать СД как источники Q

.

Если будем использовать СД, то берем Qн

СД – это мощность источника, тогда:

QРП=Qp-QнСД

.

5 Определение расчетной нагрузки предприятия в целом.

,

крм

– коэффициент разновременности максимума.

РР0

– расчетная нагрузка освещения.

Qэ1

– наиболее экономичная реактивная мощность для передачи из энергосистем в систему электроснабжения предприятия в режиме max нагрузок.

Qэ1=0,3Рр

Qp-(Qэ1+QСД)=Qку.

Qку –

мощность компенсирующих устройств, т. е. та мощность, которую мы должны получить из дополнительных источников реактивной мощности.

— мощность получаемая из системы.

Qку

=0 – дополнительных компенсирующих устройств не требуется.

Qку<

0 более чем на 10% то экономически необоснованно применение лишних КУ.

Qку

>0 в пределах 10%, то можно не устанавливать источники реактивной мощности. Если больше, то надо установить КУ.

Разброс в 10% можно объяснить тем, что при расчетах не учитывались Qзар

КЛЭП.

Расчёт мощности по току и напряжению

Данный расчет происходит по факту мощности, проделывать его необходимо еще до начала проектирование своего жилища (дома, квартиры).

• Из этого значение зависят кабеля питающие приборы которые подключены к электросети.
• По формуле можно вычислить силу тока, для этого понадобиться взять точное напряжение сети и нагрузку питающихся приборов. Ее величина дает нам понять площадь сечение жил.

Если вам известны все электроприборы, которые в будущем должны питаться от сети, тогда можно легко сделать расчеты для схемы электроснабжение. Эти же расчеты можно выполнять и для производственных целей.

Однофазная сеть напряжением 220 вольт

Формула силы тока I (A — амперы):

Где P — это электрическая полная нагрузка (ее обозначение обязательно указывается в техническом паспорте данного устройства), Вт — ватт;

U — напряжение электросети, В (вольт).

В таблице представлены стандартные нагрузки электроприборов и потребляемый ими ток (220 В).