Руководство по устройству электроустановок - Мощность нагрузки установки

4 Мощность нагрузки установки

B15

Чтобы правильно спроектировать электроустановку, необходимо оценить реальную максимальную мощность, которая может потребоваться от системы питания. Основывать проектирование просто на арифметической сумме всех нагрузок, существующих в сети электроустановки, было бы очень неоправданно как с экономической точки зрения, так и с точки зрения инженерной практики. Целью данной главы является показать некоторые факторы, учитывающие неодновременность нагрузки(неодновременную работу всех устройств данной группы) и режим работы (например, электродвигатель обычно не работает на своей полной мощности) всех существующих и проектируемых нагрузок, которые можно оценить. Данные значения основаны на опыте и на данных, взятых с существующих электроустановок. В дополнение к основным данным проектирования установки для отдельных цепей, можно получить общие значения для всей установки, которые позволят определить требования для системы питания (распределительная сеть, трансформатор высокого/низкого напряжения, или генератор).
4.1 Установленная мощность (КВт)

Установленная мощность является суммой номинальных мощностей всех устройств- потребителей мощности в электроустановке. Это не является мощностью, которая подается в действительности.
Большинство электрических приборов и оборудования имеют маркировку, указывающую их номинальную мощность.
Установленная мощность является суммой номинальных мощностей всех устройств- потребителей в цепи электроустановки. Она не является мощностью, которая подается в действительности. Это в особенности относится к электродвигателям, где номинальное значение мощности относится к выходной мощности на приводном валу. Потребление входной мощности будет явно больше.
Лампы дневного света и газоразрядные лампы, использующие стабилизирующие балластные сопротивления, являются еще одним примером, где номинальная мощность, указанная на лампе, меньше мощности, которая реально потребляется лампой и ее балластным сопротивлением.
Методы оценки реального потребления мощности двигателями и осветительными приборами,описаны в разделе 3 данной главы.
Значение потребляемой мощности (кВт) необходимо знать, чтобы правильно выбрать номинальную мощность генератора или батареи, и для тех случаев, где нужно принимать во внимание требования приводного двигателя. Для питания от генератора сети низкого напряжения, или через трансформатор высокого/низкого напряжения, важным значением является полная мощность в кВА.

4.2 Установленная полная мощность (КВА)
Установленная полная мощность обычно рассчитывается как арифметическая сумма мощностей (кВА) отдельных нагрузок. Максимальная предполагаемая мощность, однако, не равна общей установленной мощности.
Полная мощность, потребляемая нагрузкой (которая может состоять и лишь из одного потребителя) вычисляется на основе ее номинальной мощности (при необходимости, скорректированной, как описано выше для двигателей и др.) и следующих коэффициентов.
П=КПД прибора=выход кВт / вход кВт cos ф=коэффициент мощности=кВт / кВа Потребность в полной мощности для нагрузки (^A) S=Pn / n х cos ф
На основе этого значения, полный ток Ia (A)(1) потребляемый нагрузкой, будет

для нагрузки, с соединением 1 фаза-нейтраль.

для трех-фазной сбалансированной нагрузки, где: V = напряжение фаза-нейтраль (вольт) U = напряжение фаза-фаза (вольт)
Можно отметить, что, строго говоря, полная мощность не является арифметической суммой вычисленных номинальных мощностей отдельных нагрузок (кроме случая, когда все нагрузки имеет одинаковый коэффициент мощности).
(1) Для большей точности, необходимо учитывать коэффициент максимального использования, как описано ниже в п.4.
Schneider Electric - Руководство по электрическим установкам 2005

В общей практике, однако, производится простое арифметическое суммирование, результат которого даст значение полной мощности, которое превышает истинное значение на приемлемый «расчетный допуск»
Когда некоторые из характеристик нагрузки неизвестны, можно использовать значения, показанные на Зис. В9 на следующей странице, которые дают очень приблизительную оценку потребностей в мощности в вольтах-амперах (отдельные нагрузки обычно слишком малы, чтобы выражаться в кВА или кВт).
Оценки нагрузки осветительных приборов основаны в предположении освещения площади пола 500м2

(1) Пример: Лампа 65 Вт (не включая балластное сопротивление) световой поток 5,100 люмен (лм), световой КПД трубки = 78.5 лм / Вт.
Рис B9: Оценка установленной полной мощности
4.3 Оценка реальной требуемой максимальной мощности (кВА)
На практике, отдельные нагрузки не обязательно работают на полной мощности или одновременно. Коэффициенты ku и ks позволяют определить потребности в максимальной и полной мощности, которые реально требуются для определения параметров электроустановки.
Коэффициент максимального использования (ku)
При нормальных рабочих условиях, потребление мощности отдельным потребителем нагрузки иногда меньше, чем номинальная мощность, указанная для данного прибора, и это часто встречаемое явление оправдывает применение коэффициента использования (ku) при оценке реальной потребляемой мощности.
Этот коэффициент должен применяться для каждого отдельного потребителя нагрузки, в особенности для электродвигателей, которые редко работают на полной нагрузке. В промышленных электроустановках этот фактор можно в среднем принять равным 0,75 для электродвигателей.
Для нагрузки, состоящей из ламп накаливания, этот коэффициент всегда равен 1. Для цепей с розетками для подключения приборов, значение этих коэффициентов полностью зависит от типов приборов, которые питаются от данной сети.
В - Общая структура - Применяемые правила -
Установленная мощность
B16
Коэффициент одновременности (ks)
В реальной практике, потребители нагрузки, установленные в цепи одной электроустановки, никогда не работают одновременно, то есть, всегда присутствует некоторая степень неодновременности, и этот факт учитывается при оценке требуемой мощности, путем использования коэффициента одновременности (ks). Коэффициент ks применяется к каждой группе нагрузок (например, к группе, питаемой от распределительного щита и нижележащих щитков). Расчет этих коэффициентов является обязанностью проектировщика, так как это требует подробного знания установки и условий эксплуатации отдельных цепей. По этим причинам, невозможно привести точные значения, рекомендуемые для общего применения.
Schneider Electric - Руководство по электрическим установкам 2005
Коэффициент одновременности жилого здания
Некоторые типовые значения для этого случая даны на Зис. В1І на следующей странице, и применимы для бытовых потребителей, питаемых от сети 230/400В (3 фазы, 4 провода). Для потребителей, использующих обогревательные приборы для обогрева помещений, рекомендуется коэффициент 0,8, независимо от числа пользователей.

Рис. B10: Коэффициенты одновременности в жилом многоквартирном доме. Пример (см. Рис. В1 ):
Имеется 5-этажный жилой дом с 25 потребителями, каждый из которых имеет 6 кВА установленной мощности.
Общая установленная мощность для здания: 36+24+30+36+24=150 кВА
Полная мощность, требуемая для здания: 150 х 0.46=69 кВА
Из Рисунка В10 возможно определить величину токов в различных секциях главного фидера,
питающего все этажи. Для вертикально идущих кабелей, при подаче питания снизу, поперечное
сечение проводников можно постепенно уменьшать по направлению к более верхним этажам.
Такие изменения в сечении проводов обычно происходят через 3 этажа.
Например, ток, подаваемый в вертикальный кабель питания на уровне земли, равен:

ток, поступающий на третий этаж, равен:

Рис. B10: Коэффициент одновременности в жилом многоквартирном доме.
Коэффициент одновременности для распределительных щитов
На рис. В12 показаны гипотетические значения ks для распределительных щитов, питающих ряд цепей, где отсутствует индикация того, как между ними распределяется общая нагрузка.
Если цепи в основном используются для целей освещения, разумно принять значение коэффициента ks близким к единице.

Рис. B1 : Коэффициент одновременности для распределительных щитов (IEC 60439)
Коэффициент одновременности в зависимости от функции цепи.
Коэффициенты ks, которые можно использовать для цепей, питающих часто встречающиеся нагрузки, даны на рис. В13.

         ~—                               
В некоторых случаях, преимущественно в промышленных электроустановках, этот коэффициент может быть выше.
Ток, принимаемый во внимание, равен номинальному току двигателя, увеличенному на одну треть от его пускового тока.
Рис. В1 : Коэффициент одновременности в зависимости от функции цепи.
4.4 Пример применения коэффициентов ku и ks
Пример оценки потребности в реальной максимальной мощности на всех уровнях электроустановки, начиная от положения каждой нагрузки до точки подачи питания (См. Рис. В14 на противоположной странице).
В данном примере, общая установленная полная мощность равна 126,6 кВА, что соответствует реальному (оцененному) максимальному значению 65 кВА на низкой стороне трансформатора высокого/низкого напряжения.
Примечание: Чтобы правильно выбрать сечение кабеля питания для распределительных цепей электроустановки, ток I (в амперах), проходящий через цепь, определяется из уравнения
В - Общая структура - Применяемые правила - Установленная мощность
B18

где S, кВА - это реальная максимальная 3-фазная полная мощность, показанная на схеме рассматриваемой цепи, а U - напряжение между фазами (в вольтах).
4.5 Коэффициент разновременности нагрузки
Термин «коэффициент разновременности», как он определен в стандартах IEC, идентичен коэффициенту одновременности (ks), который используется в данном руководстве, согласно разделу 4.3. В некоторых англо-говорящих странах, однако (в момент написания руководства), фактор неодновременности является величиной, обратной к ks, то есть, он всегда > 1.
Schneider Electric - Руководство по электрическим установкам 2005

Рис. В13: Коэффициент одновременности в зависимости от функции цепи.
4.6 Выбор номинальной мощности трансформатора
Когда электроустановка должна снабжаться напрямую от трансформатора высокого/ низкого напряжения и уже определена максимальная полная мощность для нагрузки установки, можно выбрать номинальную мощность трансформатора, принимая во внимание следующее (см. Рис. В1 ).
Возможность увеличения коэффициента мощности установки (см. главу К).
Ожидаемое расширение установки.
B19
Ограничения установки (температура...)
Стандартные номинальные значения мощности трансформатора.

Рис. B15: Стандартные значения полной мощности для трансформаторов высокого/низкого напряжения и соответствующих номинальных токов.
Schneider Electric - Руководство по электрическим установкам 2005

где
S = кВА номинальное значение мощности трансформатора
U = напряжение фаза-фаза при отсутствии нагрузки в вольтах (237 В или 410 В)
In - в амперах.
Для однофазного трансформатора

где
V = напряжение на стороне низкого напряжения при отсутствии нагрузки (в вольтах). Упрощенное уравнение для 400 В (3-фазная нагрузка).
In = кВА х 1.4
Применяемый стандарт для силовых трансформаторов - IEC 60076.
4.7 Выбор источников питания
Описанная в главе E1 важность поддержки непрерывного питания поднимает вопрос использования резервного источника питания. Выбор и характеристики таких альтернативных источников питания описаны в разделе E 1.4.
Для основного источника питания выбор обычно делается между подключением к сети подачи питания высокого или низкого напряжения.
На практике, подключение к сети высокого напряжения может быть необходимо там, где нагрузка превышает (или такое превышение планируется) некоторый уровень, обычно порядка 250 кВА, или когда требуемое качество обслуживания выше качества, обычно поставляемого сетью низкого напряжения.
Более того, если подключенная к сети низкого напряжения электроустановка может вызывать помехи у соседних потребителей, органы энергонадзора могут порекомендовать подключение в сети высокого напряжения. Питание от потребителя, подключенного к высоковольной сети может иметь определенные преимущества:
не испытывает помех от других потребителей, что может иметь место в случае сети низкого напряжения;
свободен в выборе любого типа низковольтной системы заземления;
имеет более широкий выбор тарифов;
может позволить очень большие увеличения нагрузки. Однако, следует заметить, что:
Потребитель является собственником подстанции высокого/низкого напряжения и, в некоторых странах, он должен построить и оборудовать ее за свой счет. В определенных обстоятельствах, поставщики энергии могут участвовать в инвестировании, например, на уровне линии высокого напряжения.
Часть стоимости подключения часто можно возместить, если второй потребитель подключается к высоковольтной линии в течение некоторого времени после того, как подключился первый потребитель.
В - Общая структура - Применяемые правила - Установленная мощность
Номинальный ток полной нагрузки на стороне низкого напряжения 3-фазного трансформатора вычисляется по формуле:

Потребитель имеет доступ только к низковольтной части электроустановки, тогда как доступ к высоковольтной части остается за персоналом поставщика энергии (снятие показаний счетчиков, оперативные действия и т.д.). Однако, в некоторых странах, защитный автоматический выключатель линии высокого напряжения (или плавкий выключатель нагрузки) может управляться потребителем.
Тип и расположение подстанции согласуются потребителем с поставщиком энергии.
Schneider Electric - Руководство по электрическим установкам 2005