Руководство по устройству электроустановок - Установленные мощности нагрузки

3 Установленные мощности нагрузки. Характеристики

Исследование потребности в реальной полной мощности для различных нагрузок: необходимый предварительный шаг в проектировании установки низкого напряжения.
Номинальная мощность (Pn) двигателя в кВт указывает его номинальную эквивалентную механическую мощность. Полная мощность (S) двигателя в кВА, является функцией выработанной энергии, КПД двигателя и коэффициента мощности.

Исследование реальных значений полной мощности, потребляемой каждой нагрузкой, позволяет установить:
Декларированную потребность в мощности, которая определяется в контракте на поставку электроэнергии.
Номинальная мощность трансформатора высокого/низкого напряжения, там, где это применимо (с допуском на ожидаемое увеличение нагрузки).
Уровни токовой нагрузки для каждого распределительного щита.
3.1 Асинхронные двигатели
Потребляемый ток
Ток полной нагрузки la, потребляемый двигателем, вычисляется по следующей формуле:
3-фазный двигатель:
1 -фазный двигатель где
Ia: потребляемый ток (в амперах)
Pn: номинальная мощность (в кВт активной мощности)
U: напряжение между фазами для 3-фазных двигателей и напряжение между клеммами
для однофазных двигателей (в вольтах). Однофазный двигатель может быть подсоединен
фаза-нейтраль или фаза-фаза.
П: КПД устройства, то есть выход кВт / вход кВт
cos ф: коэффициент мощности, то есть вход кВт / вход кВА
Сверхпереходный ток и установка защиты
Пиковое значение сверхпереходного тока может быть очень высоким, обычное значение превышает в 12-15 раз среднеквадратичное значение номинального тока Inm. Иногда это значение может превышать номинальный ток Inm в 25 раз.
Автоматические выключатели Merlin Germ, контакторы Telemecanique и тепловые реле разработаны таким образом, чтобы выдерживать запуск двигателя с очень высоким значением сверхпереходного тока (пиковое значение сверхпереходного тока может
до 19 раз превышать номинальный ток Inm).
Если во время запуска неожиданно произойдет аварийное отключение, вызванное защитой по току, это означает, что пусковой ток превышает нормальные пределы.
В результате этого, могут быть достигнуты пределы стойкости коммутационного оборудования, уменьшается время службы, и даже могут быть выведены из строя некоторые устройства. Чтобы избежать такой ситуации, рекомендуется рассмотреть увеличение параметров коммутационного оборудования.
Распредустройства фирмы Merlin Gerin и Telemecanique спроектированы так, чтобы обеспечить защиту контактора пуска двигателя при коротких замыканиях. В соответствии с имеющимися рисками, таблицы показывают комбинации автоматического выключателя, контактора и термо-реле, позволяющие достичь координацию 1-го или 2-го типа (см. главу М).
Пусковой ток двигателя
Хотя на рынке можно встретить двигатели с высоким КПД, на практике их пусковые токи приблизительно равны пусковым токам стандартных двигателей. Использование соединения типа звезда-треугольник, статического устройства плавного пуска или конвертера скорости привода позволяет снизить значение пускового тока (Например: 4 Ia вместо 7,5 Ia).
Компенсация реактивной мощности потребляемой асинхронными двигателями
В общем случае, снижение тока, подаваемого на асинхронные двигатели, дает очевидные преимущества, связанные с техническими и финансовыми причинами. Это может быть достигнуто путем использования конденсаторов, без изменения мощности двигателя. Применение этого принципа к работе асинхронных двигателей обычно называется «улучшением коэффициента мощности» или «коррекцией коэффициента мощности». Как описано в главе K, потребность в полной мощности (кВА), подаваемой на асинхронный двигатель, может быть значительно снижена использованием шунтирующих конденсаторов. Снижение входной мощности означает соответствующее снижение входного тока (так как напряжение остается постоянным).

3 Установленные мощности нагрузки. Характеристики
Компенсацию реактивной мощности особенно рекомендуется проводить для двигателей, работающих в течение длительного времени при сниженной мощности.
Как было показано выше,поэтому снижения значения входной мощности
кВА увеличит (то есть, улучшит) значение cos ф.
Ток, подаваемый на двигатель, после коррекции коэффициента мощности, вычисляется по формуле:

где cos ф - коэффициент мощности до компенсации, а cos ф' - коэффициент мощности после компенсации, Ia - первоначальный ток.
B11
На іис. Е даны, в зависимости от номинальной мощности двигателя, стандартные значения тока двигателя для различных величин номинального напряжения.

Рис. B4: Номинальная рабочая мощность и токи (продолжение на следующей странице)

В - Общая структура - Применяемые правила - Установленная мощность
B12
Рис. B4: Номинальная рабочая мощность и токи (окончание)
3.2 Нагревательные приборы (активное сопротивление) и лампы накаливания (обычные или галогенные)
Потребление тока нагревательными приборами или лампами накаливания можно легко получить из значения номинальной мощности Pn, указанной производителем (то есть, cos ф = 1) (см. Зис. [ ).

Рис. B5: Потребления тока нагревательными приборами на основе сопротивления и лампами накаливания (обычными или галогенными)
Schneider Electric - Руководство по электрическим установкам 2005

(1) Ia - амперы; U - вольты. Pn - ватты. Если Pn - в кВ, умножьте уравнение на 1000.
3 Установленные мощности нагрузки. Характеристики
Токи находятся из уравнений:
для 3 фаз:
для 1 фазы:
где U - напряжение между клеммами оборудования. Использование инертного газа в лампе накаливания позволяет получить более концентрированный источник света. Световая мощность при этом увеличивается, а срок службы лампы увеличивается в два раза.
Примечание: В момент включения лампы, холодная нить накала приводит к очень кратковременному, но интенсивному скачку тока.
Флуоресцентные лампы и связанное с ними оборудование
Мощность Pn (в ваттах), указанная на трубке флуоресцентной лампы, не включает в себя мощность, расходуемую на балластное сопротивление. Ток вычисляется по следующей формуле:

Если для балластного сопротивления не указано никакого значения потери мощности, можно использовать значение, равное 25% от Pn.
Стандартные лампы дневного света в виде трубки
Мощность Pn (в ваттах), указанная на трубке лампы дневного света, не включает в себя мощность, расходуемую на балластное сопротивление. Ток, потребляемый всей цепью, находится по формуле:

где U - напряжение, поданное на лампу, вместе со связанным с ней оборудованием. Где (если иного не указано):
cos ф = 0.6 без конденсатора коррекции коэффициента мощности (PF)
cos ф = 0.86 с коррекцией(2) PF (одна или сдвоенная трубка)
cos ф = 0.96 для электронного балластного сопротивления.
Если для балластного сопротивления не указано никакого значения потери мощности,
можно использовать значение, равное 25% от Pn.
Schneider Electric - Руководство по электрическим установкам 2005
На іис. Е даны значения различных видов балластного сопротивления.

(3) Мощность в ваттах, указанная на трубке
Рис. BI: Потребление тока и мощности лампами-трубками дневного света обычных размеров (230 В - 50 Гц)
Компактные лампы дневного света
B13
Компактные лампы дневного света имеют те же характеристики экономии энергии и срока службы, как и классические лампы. Они обычно располагаются в общественных местах, которые постоянно освещены (например: коридоры, холлы, бары и т.д.) и могут быть смонтированы в местах, которые обычно освещаются лампами накаливания (см рис В7 на следующей странице).
В - Общая структура - Применяемые правила -
Установленная мощность
3 Установленные мощности нагрузки.
Характеристики

B14

«Коррекция коэффициента мощности» часто называется «компенсацией» в терминологии газоразрядных ламп. Cos ф приблизительно равен 0,95(нулевые занчения V и I находятся почти в фазе), но коэффициент мощности равен 0,5, из-за импульсной формы тока, пик которой происходит «поздно» в каждом полупериоде.

Рис. B7: Потребление тока и мощности компактными лампами дневного света (230В - 50 Гц)

Мощность в ваттах, указанная на трубке лампы дневного света, не включает в себя мощность, расходуемую на балластное сопротивление.
Газоразрядные лампы
На рис В8 показан ток, потребляемый всем устройством, включая все связанное с ним дополнительное оборудование.
Действие таких ламп основано на световом электрическом разряде через газ или пар металлического компонента, который находится в герметически закрытом прозрачном корпусе при определенном давлении. Такие лампы имеют долгое продолжительное время включения, в течение которого ток !а больше, чем номинальные ток In. Потребление тока и мощности дано для различных типов ламп (типовые средние значения, которые могут слегка отличаться у разных производителей).

(1) Заменены на натриевые лампы.
Примечание :Такие лампы чувствительны к скачкам напряжения. Они гаснут, если напряжение падает до уровня менее 50% от их номинального напряжения, и зажигаются вновь только после остывания в течение около 4 минут.
Примечание: Натриевые лампы с низким давлением имеют световой КПД, превышающий КПД всех остальных типов ламп. Однако, использование этих ламп ограничено тем, что испускаемый ими желто-оранжевый свет делает практически невозможным распознавание цветов.
Рис. B8: Потребление тока газоразрядными лампами
Schneider Electric - Руководство по электрическим установкам 2005