Проектирование электроустановок - Установленная мощность потребителя

A - Общие правила проектирования электроустановок
3 Установленная мощность потребителя - характеристики

Определение расчетной полной мощности, потребляемой разными нагрузками: необходимый предварительный этап проектирования низковольтной установки.
Определение расчетных значений полной мощности, требуемой каждым потребителем, позволяет установить следующее:
Заявляемое потребление мощности, которое определяет договор на поставку энергии.
Номинальная мощность трансформатора высокого/низкого напряжения (с учетом ожидаемого роста нагрузки).
Уровни тока нагрузки для каждого распределительного устройства.

Номинальная мощность (кВт, Pn) двигателя указывает его номинальную эквивалентную механическую выходную мощность.
Полная мощность (кВА, Ра), подаваемая на двигатель, зависит от полной мощности, КПД двигателя и коэффициента мощности:

3.1 Асинхронные двигатели
Потребление тока
Полный ток нагрузки Ia, подаваемый на двигатель, рассчитывается по следующим формулам:
3-фазный двигатель: Ia = Pn x 1,000 / (3 x U x n x cosφ)
1-фазный двигатель: Ia = Pn x 1,000 / (U x n x cosφ), где
Ia: полный ток (А)
Pn: номинальная мощность (кВт)
U: междуфазное напряжение для 3-фазного двигателя и напряжение между зажимами для 1-фазного двигателя (В). 1-фазные двигатели могут подсоединяться на фазное или линейное напряжение n: КПД, т.е. выходная мощность (кВт)/ входная мощность (кВт) cosφ: коэффициент мощности, т.е. входная мощность (кВт)/входная мощность (кВА)
Сверхпереходный ток и уставка защиты
Пиковое значение сверхпереходного тока может быть крайне высоким. Обычно это значение в 12-15 раз превышает среднеквадратическое номинальное значение Inm. Иногда это значение может в 25 раз превышать значение Inm.
Выключатели, контакторы и термореле рассчитываются на пуски двигателей при крайне высоких сверхпереходных токах (сверхпереходное пиковое значение может в 19 раз превышать среднеквадратическое номинальное значение Inm).
При внезапных срабатываниях защиты от сверхтоков при пуске это означает выход пускового тока за нормальные пределы. В результате могут достигаться предельные значения параметров распределительных устройств, срок службы может укорачиваться и даже некоторые устройства могут выходить из строя. Во избежание такой ситуации необходимо рассмотреть вопрос о повышении номинальных параметров распределительных устройств.
Распределительные устройства рассчитываются на обеспечение защиты пускателей двигателей от КЗ. В зависимости от риска, таблицы показывают комбинации выключателя, контактора и термореле для обеспечения координации типа 1 или 2.
Пусковой ток двигателя
Хотя рынок предлагает двигатели с высоким КПД, на практике их пусковые токи приблизительно такие же, как у стандартных двигателей.
Применение пускателей с соединением треугольником, статических устройств для плавного пуска или регулируемых приводов позволяет снизить значение пускового тока (например, 4 Ia вместо 7,5 Ia).
Компенсация реактивной мощности (кВар), подаваемой на асинхронные двигатели
Как правило, по техническим и финансовым соображениям выгоднее снижать ток, подаваемый на асинхронные двигатели. Это может обеспечиваться за счет применения конденсаторов, без влияния на выходную мощность двигателей.
Применение этого принципа для оптимизации работы асинхронных двигателей называется «повышением коэффициента мощности» или «компенсацией реактивной мощности». Как обсуждается в Главе L, полная мощность (кВА), подаваемая на двигатель, может значительно снижаться путем использования параллельно подключенных конденсаторов. Снижение входной полной мощности означает соответствующее снижение входного тока (так как напряжение остается постоянным).
Компенсация реактивной мощности особенно рекомендуется для двигателей с длительными периодами работы при пониженной мощности. Как указывается выше,

Поэтому, снижение входной полной мощности (кВА) приводит к увеличению (т.е. улучшению) значения cos φ.

3 Установленная мощность
потребителя - характеристики
Ток, подаваемый на двигатель, после компенсации реактивной мощности рассчитывается по формуле:

где: cos φ - коэффициент мощности до компенсации, cos φ' - коэффициент мощности после компенсации, Ia - исходный ток.
Рис. A4 ниже показывает (в зависимости от номинальной мощности двигателя) стандартные значения тока для нескольких значений напряжения питания.

кВт	л.с.	230 В A	380 - 415 В A	400 В A	440 - 480 В A	500 В A	690 В A
0.18		1.0		0.6		0.48	0.35
0.25		1.5		0.85		0.68	0.49
0.37		1.9		1.1		0.88	0.64
	1/2		1.3		1.1
0.55		2.6		1.5		1.2	0.87
	3/4		1.8		1.6
	1		2.3		2.1
0.75		3.3		1.9		1.5	1.1
1 .1		4.7		2.7		2.2	1.6
	1 -1 /2		3.3		3.0
	2		4.3		3.4
1 .5		6.3		3.6		2.9	2.1
2.2		8.5		4.9		3.9	2.8
	3		6.1		4.8
3.0		11.3		6.5		5.2	3.8
3.7
4		15	9.7	8.5	7.6	6.8	4.9
5.5		20		11.5		9.2	6.7
	7-1/2		14.0		11.0
	10		1 8.0		1 4.0
7.5		27		15.5		12.4	8.9
11		38.0		22.0		1 7.6	12.8
	15		27.0		21.0
	20		34.0		27.0
15		51		29		23	17
18.5		61		35		28	21
	25		44		34
22		72		41		33	24
	30		51		40
	40		66		52
30		96		55		44	32
37		115		66		53	39
	50		83		65
	60		1 03		77
45		1 40		80		64	47
55		1 69		97		78	57
	75		1 28		96
	100		1 65		124
75		230		132		1 06	77
90		278		160		128	93
	125		208		156
110		340		195		1 56	113
	150		240		180
132		400		230		184	134
	200		320		240
150
160		487		280		224	162
185
	250		403		302
200		609		350		280	203
220
	300		482		361
250		748		430		344	250
280
	350		560		414
	400		636		474
300

Рис. A4: Номинальная мощность и токи (продолжение на следующей странице)

A - Общие правила проектирования электроустановок   
1 Методология

Рис. A4: Номинальная мощность и токи (окончание)
3.2 Резистивные нагревательные приборы и лампы накаливания (традиционные и галогенные)
Потребление тока нагревательным прибором или лампой накаливания легко выводится из номинальной мощности Pn, указанной изготовителем (т.е. cos < = 1) (см. рис. A5).

Ном.	Потребление тока (A)
мощность (кВт)	1-ф. 127 В	1 -ф. 230 В	3-ф. 230 В	3-ф. 400 В
0.1	0.79	0.43	0.25	0.14
0.2	1.58	0.87	0.50	0.29
0.5	3.94	2.17	1.26	0.72
1	7.9	4.35	2.51	1.44
1.5	11.8	6.52	3.77	2.17
2	1 5.8	8.70	5.02	2.89
2.5	1 9.7	10.9	6.28	3.61
3	23.6	13	7.53	4.33
3.5	27.6	15.2	8.72	5.05
4	31.5	17.4	10	5.77
4.5	35.4	19.6	11.3	6.5
5	39.4	21.7	12.6	7.22
6	47.2	26.1	1 5.1	8.66
7	55.1	30.4	1 7.6	10.1
8	63	34.8	20.1	11.5
9	71	39.1	22.6	13
10	79	43.5	25.1	14.4

Рис. A: Потребление тока резистивными нагревательными приборами и лампами накаливания (традиционными или галогенными)

Ia в амперах, U в вольтах, Pn в ваттах. Если Pn в кВт, умножить уравнение на 1000.
3 Установленная мощность
A13
потребителя - характеристики
Токи рассчитываются следующим образом:
3-фазный случай:
1-фазный случай:
где: U - напряжение между зажимами оборудования.
Для лампы накаливания применение инертного газа обеспечивает источник более направленного света. Светоотдача повышается, а срок службы лампы удваивается. Примечание: при включении лампы холодная нить накала приводит к повышению тока, хотя и кратковременного, но интенсивного.
Люминесцентные лампы и сопутствующее оборудование
Мощность Pn (Вт), указанная на трубке люминесцентной лампы, не включает мощность, рассеиваемую в дросселе стартера. Ток рассчитывается следующим образом:

где U - напряжение, подаваемое на лампу в комплекте с сопутствующим оборудованием.
Если на дросселе не указывается значение потерь мощности, можно использовать значение 25% Pn.
Стандартные люминесцентные лампы
При (если не указывается иначе):
cos φ = 0,6 без конденсатора для компенсации коэффициента мощности (PF) *;
cos φ = 0,86 с компенсацией PF (2) (однотрубные или двухтрубные);
cos φ = 0,96 для электронного дросселя.
Если на дросселе не указывается значение потерь мощности, можно использовать значение 25% Pn. Рис. A6 показывает эти значения для различных типов дросселей.

*     В терминологии газоразрядных ламп вместо термина «коррекция коэффициента мощности» часто используется термин «компенсация».

Схема расположения ламп, стартеров и дросселей	Мощность трубки (Вт) *	Ток (A) при 230 В			Длина трубки (см)
		Магнитный дроссель		Электрон.
		Без конденса­тора компен­сации PF	С конден­сатором ком­пенсации PF	дроссель
Однотрубные	18	0.20	0.14	0.10	60
	36	0.33	0.23	0.18	120
	58	0.50	0.36	0.28	150
Двухтрубные	2 x 18		0.28	0.18	60
	2 x 36		0.46	0.35	120
	2 x 58		0.72	0.52	150

*Cos ф приблизительно равен 0,95 (нулевые значения V и I почти совпадают по фазе), но коэффициент мощности равен 0,5 из-за импульсной формы тока, пик которого возникает "позже" в каждом полупериоде.

(3) Мощность в Вт, указанная на трубке. Рис. A6: Потребление тока и мощности для люминесцентных ламп общепринятых размеров (при 230 В - 50 Гц)
Компактные люминесцентные лампы
Компактные люминесцентные лампы имеют такие же характеристики по экономии и сроку службы, как и традиционные лампы. Они широко используются в общественных местах с постоянным освещением (например, в коридорах, холлах, барах и т.д.) и могут устанавливаться в ситуациях, в которых используются лампы накаливания (см. рис. A7 на следующей странице).
Мощность (Вт), указанная на трубке разрядной лампы, не включает в себя мощность, рассеиваемую в балластном сопротивлении.
Газоразрядные лампы
Рис. A8 показывает ток, принимаемый всем устройством, включая все сопутствующее вспомогательное оборудование.
A - Общие правила проектирования электроустановок
потребителя - характеристики

Тип лампы	Мощность	Ток при 230 В
	лампы (Вт)	(A)
Отдельная	10	0.080
лампа	18	0.110
с дросселем	26	0.150
Встроенная	8	0.075
лампа	11	0.095
с дросселем	16	0.125
	21	0.170

Рис. A7: Потребление тока и мощности для компактных люминесцентных ламп (при 230 В - 50 Гц)
Эти лампы основаны на световом электрическом разряде через газ или пар металлического соединения, которое заключено в герметичную прозрачную оболочку при заданном давлении. Эти лампы имеют большое время пуска, в течение которого ток Ia больше номинального тока In. Потребление мощности и тока приводится для разных типов ламп (типовые средние значения могут слегка отличаться в зависимости от изготовителя).

Ном.	Потребление	Ток n(A)		Пусковой ток		Свето- отдача	Средний	Применение
мощность лампы (Вт)	мощности (Вт) при 230 В 400 В	Без компен­ сации PF 230 В 400 В	С компен­ сацией PF 230 В 400 В	a/n	Период (мин)	(лм/Вт)	ресурс лампы (ч)
Натриевые лампы высокого давления
50	60	0.76	0.3	1.4 - 1.6	4 - 6	80 - 120	9000	■ Освещение
70	80	1	0.45					больших залов
100	115	1.2	0.65					■ Открытые пространства
150	168	1.8	0.85					■ Общественные места
250	274	3	1.4
400	431	4.4	2.2
1000	1055	1 0.45	4.9
Натриевые лампы низкого давления
26	34.5	0.45	0.17	1.1 - 1.3	7 - 15	100 - 200	8000	■ Освещение
36	46.5		0.22				- 12000	автострад
66	80.5		0.39					■ Охранное освещение,
91	105.5		0.49					станция
131	1 54		0.69					■ Площадки, склады
Ртутные + металлогалогеновые лампы (также называемые лампами с иодидами металлов)
70	80.5	1	0.40	1.7	3 - 5	70 - 90	6000	■ Освещение очень
150	172	1.80	0.88				6000	больших объектов
250	276	2.10	1.35				6000	прожекторами
400	425	3.40	2.15				6000	(стадионы и т.д.)
1000	1 046	8.25	5.30				6000
2000	2092 2052	16.50 8.60	10.50 6				2000
Ртутные + люминесцентные лампы
50	57	0.6	0.30	1.7 - 2	3 - 6	40 - 60	8000	■ Цеха с очень
80	90	0.8	0.45				- 12000	высокими
125	1 41	1.15	0.70					потолками (залы,
250	268	2.15	1.35					ангары)
400	421	3.25	2.15					■ Наружное освещение
700	731	5.4	3.85					■ Низкая светоотдача (|)
1000	1 046	8.25	5.30
2000	2140 2080	15	11 6.1

(1) Заменяются натриевыми лампами.
Примечание: эти лампы чувствительны к падениям напряжения. Они гаснут при снижении напряжения ниже 50% номинального значения и загораются вновь после охлаждения в течение около 4 минут.
Примечание: натриевые лампы низкого давления имеют светоотдачу выше, чем у всех других источников. Однако, применение этих ламп ограничивается тем фактом, что желто-оранжевое излучение делает практически невозможным распознание цветов.
Рис. A: Потребление тока для разрядных ламп