Электрическая нагрузка.
Характер нагрузки в сети может в процессе работы электроприемников оставаться неизменным, изменяться во всех или отдельных фазах, сопровождаться возникновением высших гармоник напряжения или тока. Ввиду этого электрическая нагрузка в сети бывает следующих типов:
— спокойная симметричная (преобладающее большинство трехфазных электроприемников);
К специфическим нагрузкам относятся резкопеременная, нелинейная и несимметричная нагрузка.
Резкими набросами и провалами тока или мощности характеризуется резкопеременная электрическая нагрузка. Неравномерная нагрузка фаз характерна для несимметричной нагрузки, вызывается она однофазными и трехфазными (реже) приемниками с неравномерной загрузкой фаз. В сети при несимметричной нагрузке возникают токи, которые имеют прямую, нулевую и обратную последовательности. Электроприемниками с нелинейной вольт-амперной характеристикой создается нелинейная нагрузка, при в сети ней появляются высшие гармоники напряжения или тока, происходит искажение синусоидальной формы напряжения или тока.
Созданию специфических нагрузок способствует работа электродуговых печей, полупроводниковых преобразовательных установок или сварочных установок. В основном эти установки принадлежат промышленным. Как известно, электрические сети промышленных предприятий связаны через трансформаторные подстанции с сетями сельскохозяйственного назначения, тогда можно считать, что на электросети сельскохозяйственного назначения оказывают влияние специфические электрические нагрузки промышленных предприятий.
Электроприемники сельскохозяйственного назначения по мощности подразделяются на три группы:
1. Большой мощности (больше 50 кВт)
2. Средней мощности (от 1 до 50 кВт)
3. Малой мощности (до 1 кВт)
Для работы некоторые электроприемники используют постоянный ток, а также токи повышенной частоты (до 400 Гц) или высокой (до 10 кГц).
Перерывы в электроснабжении могут допускать во время работы некоторые группы приемников, но существуют такие группы для которых перерыв в электроснабжении недопустим.
Электроприемники по надежности и бесперебойности электроснабжения разделены на 3 категории.
Первая категория включает электроприемники и комплексы электроприемников, при перерыве в электроснабжении которых может возникнуть опасность для жизни людей, расстройство технологического процесса, повреждение основного оборудования. Для этих приемников необходима возможность обеспечения электроэнергией не меньше, чем от двух независимых источников питания. На время автоматического восстановления электроснабжения от второго источника питания, допускается нарушение их электроснабжения.
Вторую категорию представляют электроприемники и комплексы электроприемников, при перерыве электроснабжения которых наблюдается массовый недовыпуск продукции, простои механизмов и рабочих.
От двух независимых источников питания необходимо обеспечивать электроснабжение приемников второй категории, допускается перерыв в электроснабжении только на время, необходимое для автоматического переключения на второй источник.
К третьей категории относятся электроприемники и комплексы электроприемников, которые не попадают по определение первых двух категорий. Их электроснабжение может осуществляться лишь от одного источника питания. На требующееся для проведения восстановительных работ время, но не больше суток допускается перерыв их электроснабжения.
Потреблением из сети не только активной, но также и реактивной мощности сопровождается работы подавляющего большинства электроприемников. Преобразуется активная мощность в механическую мощность на валу рабочей машины или теплоту, а на создание магнитных полей в электроприемниках расходуется реактивная мощность. Основными ее потребителями являются трансформаторы, асинхронные двигатели, индукционные печи, в которых отстает ток по фазе напряжения. Характеризуется потребление реактивной мощности коэффициентом мощности сosφ, представляющим отношение активной мощности Р к полной мощности S. Является удобным показателем коэффициент реактивной мощности tgφ, который выражает отношение реактивной мощности Q к активной Р (показывает, происходящее потребление реактивной мощности на единицу активной мощности).
Источниками реактивной мощности являются установки с опережающим током, они применяются для компенсации реактивной нагрузки с индуктивным характером цепи.
Электрическая нагрузка таким образом в электросети представляется активными и реактивными нагрузками.
При возникновении электрической нагрузки в распределительной сети, может возникать нагрев токоведущих частей (кабелей, проводов, обмоток трансформаторов и электродвигателей). Их чрезмерный нагрев приводит к преждевременному износу изоляции, поэтому не должна температура токоведущих частей превышать допустимые значения. Сечения кабелей и проводов необходимо выбирать по допустимому (расчетному) току нагрузки, для определения которого требуется определить расчетную мощность нагрузки.
При проектировании и эксплуатации СЭС за расчетную электрическую нагрузку принимается неизменная во времени нагрузка – Iрсч, вызывающая характеризующийся установившейся температурой максимальный нагрев токоведущих и с ними соседних частей. Допустимые значения нагрев превышать не должен. Для большинства кабелей и проводов установившееся тепловое состояние обычно наступает за 30 минут (около трех постоянных времени нагрева – 3Т, т. е. постоянная времени нагрева Т = 10 мин). В установках, имеющих номинальный ток нагрузки больше 1000 А, не менее 60 минут достигается установившаяся температура.
Расчета электрических нагрузок. Делаем правильно.
Добрый день уважаемые читатели. Хочу обсудить и разобрать тему, на мой взгляд одну из самых Важных при проектировании внутреннего электроснабжения того, или иного объекта строительства.
Разберем основные вопросы темы :
1. Что такое расчет электрических нагрузок и для чего он необходим?
2. Наименование и расшифровка, формулы расчета всех показателей таблицы расчета нагрузок.
3. Работа с полученными значениями.
4. Последствия неправильного расчета электрических нагрузок.
1. Что такое расчет электрических нагрузок и для чего он необходим
Итак, давайте начнем с того как выглядит расчет электрических нагрузок
Выше мы с Вами видим таблицу расчета электрических нагрузок распределительного щита мебельного магазина. Данная таблица, как не сложно догадаться, разработана в программе Excel и полностью автоматизирована для просчета того, или иного значения при меняющихся исходных данных. Основные формулы, по которым ведется расчет любого значения, должны быть отображены в пояснительной записке раздела «Расчеты», таблица же служит удобным документом, в который сводятся все значения.
Все расчетные показатели в таблице должны быть отображены на однолинейной схеме распределительного электрощита.
2. Наименование и расшифровка всех показателей таблицы расчета нагрузок.
Например: для розеточных групп данный коэффициент подбирается по таблице 7.6 СП31.110-2003. Соответственно К с = 1
Данный коэффициент следует подбирать в зависимости от вида оборудования (для каждого вида и типа он имеет разное значение) и подбирается в соответствии с разделом 7 «Расчетные электрические нагрузки» СП31.110-2003
сos φ — это расчетный коэффициент мощности потребителя, характеризующий наличие в нагрузке реактивной составляющей
Для каждого вида и типа оборудования коэффициент мощности принимается разным. Например для кондиционеров и насосов сos φ= 0,75
Когда произведен расчет по каждой группе потребителей, мы с Вами переходим на самую последнюю итоговую строку, чтобы узнать расчетные показатели в нашей системе электроснабжения.
Для определения полного расчетного тока нам необходимо значение номинального напряжения в сети и как в предыдущем случае рассчитывается как:
3. Работа с полученными значениями.
Осуществив полный расчет всех нагрузок и тока сети мы делаем следующие действия:
— Распределяем отходящие группы по фазам, таким образом, чтобы неравномерность по расчетной нагрузке или расчетному току не превышала между самой перегруженной и самой менее загруженной фазой 15% в соответствии с требованиями СП31.110-2003. В случае если изначальное распределение не дало необходимых показателей, мы перераспределяем нагрузку по фазам до необходимых нам параметров.
— Когда мы закончили подбор номинальных значений коммутационных аппаратов мы приступаем к выбору сечения кабеля для нашей группы. Например для 1-фазного автоматического выключателя на 10А достаточно медного кабеля сечением 3х1,5мм2
Главное в подборе сечения придеживаться правила, что пропускная токовая способность кабеля должна быть выше, чем пропускная токовая способность автоматического выключателя умноженная на значение 1,25
Например: мы выбрали однофазный автоматический выключатель на 16А, для него подойдет медный кабель сечением 3х2,5 пропускная способность которого 27А.
4. Последствия неправильного расчета электрических нагрузок.
-При неравномерной нагрузке по фазам некоторое оборудование может работать с отклонением от заданных номинальных параметрах, что приводит к их значительному снижению ресурса и ранней поломке. Например этому более подвержены трехфазные электродвигатели.
-При неправленом подборе номинала автоматического выключателя, потребитель может работать с постоянными перерывами, или вовсе не осуществлять запуск. Также мы не разобрали вопрос подбора характеристик автоматического выключателя, об этом мы поговорим в следующих статьях, это отдельная тема требующая внимания.
-При неправильном подборе сечения кабеля (например токовая пропускная способность сечения меньше чем токовая пропускная способность коммутационного аппарата) есть риски его выхода из строя, а также поломке коммутационно аппарата, т.к такой кабель будет подвержен постоянному нагреву, которое проявляется больше всего в месте соединения с коммутационным аппаратом. При этом не исключается возможность дальнейшего возгорания с переходом в пожар.
— При неправильной селективности коммутационных аппаратов возможна некорректная работа электроснабжения. Например при перегрузке или коротком замыкании будет выключаться не групповой автоматический выключатель, а вводной, тем самым обесточивая все отходящие группы.
Уважаемые читатели возможно какие-то моменты по ходу разбора я упустил, какие-то требуют отдельного внимания и разбора, прошу не судить строго. К вопросам проектирования и монтажа систем электроснабжения необходимо относиться с огромной ответственностью.
В следующей статье мы постараемся разобрать не менее важные вопросы расчетов, монтажа и проектирования электроснабжения.
Расчет электрических нагрузок строительной площадки.
Исходные данные
Проводники любого назначения должны удовлетворять условию допустимого нагрева. Исходя из этого требования правила устройства электроустановок (ПУЭ) устанавливают допустимые значения длительных токов для различных проводников в зависимости от способа прокладки и температуры окружающей среды. Сечения токопроводящих жил проводов и кабелей должны соответствовать требованию ПУЭ.
Марки и способы укладки проводов и кабелей должны соответствовать условиям окружающей среды и эксплуатации с учетом требований и норм ПУЭ.
Выбранные по условию допустимого нагрева проводники должны быть проверены на соответствие выбранному аппарату защиты. Для выбора сечений участков электрической сети по нагреву необходимо знать расчетную силу тока этих участков, для определения которой пользуются значением установленной мощности электроприемников. Для электродвигателей длительного режима и осветительной нагрузки в качестве установленной мощности одного электроприемника принимается паспортная номинальная мощность:
Для двигателя с повторно-кратковременным режимом работы :
(2.2)
где ПВ- номинальная продолжительность включения в относительных едини-
цах, равная отношению времени включения (работы) к общей продол-
жительности цикла. Для сварочного трансформатора:
(2.3)
Для группы электроприемников установленная мощность равна сумме мощностей отдельных приемников:
. (2.4)
Расчетная мощность для одного электроприемника:
При повторно-кратковременном режиме:
Для группы однотипных электроприемников:
, (2.7)
мощности к суммарной номинальной (установленной). Коэффициент
спроса для групп однотипных потребителей учитывает КПД, степень
загрузки и не одновременность работы электроприемников. Для одного
электроприемника коэффициент спроса равен коэффициенту загрузки
Для определения расчетной мощности электроприемников их разбивают на однотипные группы, по которым находят расчетные мощности, сумма которых и является активной расчетной мощностью для выбора проводов линии, питающей строительную площадку.
Усредненные значения коэффициентов спроса и мощности, а так же продолжительности включения (ПВ) для характерных групп электроприемников приведены в таблице 2.1. Наряду с нахождением активной расчетной мощности (кВт) групп потребителей с помощью выше приведенных формул необходимо определить и расчетную реактивную мощность по формуле:
(2.8)
В таблице 2.1 не указана общая установленная активная мощность наружного (прожекторного) освещения. Величина активной мощности прожекторного освещения должна быть определена в зависимости от площади строительной площадки, указанных в таблице 2.3(в зависимости от варианта):
Исходные данные
Таблица 2.1- Виды и характеристики нагрузок строительной площадки
* В таблице 2.1. указана ориентировочная длина четырёх распределительных линий. После расчёта координат центра электрических нагрузок (ЦЭН) по картограмме с указанными размерами строительной площадки, определяется длина оставшихся четырёх распределительных ЛЭП и уточняется длина ЛЭП, питающей башенный кран.
** На башенном кране установлен асинхронный электродвигатель мощностью 30 КВт, приводящий в действие грузовую лебёдку (тяжёлые условия запуска), и двигатель мощностью 11 КВт, приводящий в действие стрелу крана (изменяющий её положение). В данном случае расчётная активная мощность башенного крана должна быть в пределах, близких к мощности двигателя грузовой лебёдки, то есть 30 КВт. Поэтому в расчётах нужно использовать правый предел коэффициента спроса Кс=0,85-0,9, характеризующий одиночный самый мощный двигатель. Коэффициент спроса Кс =0,2-0,35 характеризует башенный кран в целом. Расчётная мощность для одного наиболее важного электродвигателя к тому же самого мощного, при повторно-кратковременном режиме определяется по формуле
.
Таким образом, расчётная активная мощность башенного крана определяется по формуле
.
Продолжительность включения (ПВ) для башенного крана в целом составляет 0,25, (таблица 2.1) а для лебёдок приводных Кс=0,4. В итоге
Каждое задание РГР представляет собой набор из восьми видов нагрузок, шесть из них одинаковы во всех вариантах (№№1,3,5,10,11.12).Номер варианта находится как сумма последних двух цифр номера зачётной книжки (см. таблицу 2.2).
электропередачи. Мощность трансформатора
| № варианта | Линия электропередачи; воздушная (В) кабельная (к) напряжением 380/220В | Расстояние от ближайшего существующего источника питания, м | Виды нагрузок дополнительно к шести, одинаковым для всех вариантов (1,3,5,10,11,12) | Мощность питающего трансформатора кВа |
| 0 | В | 290 | 2;15 | 750 |
| 1 | В | 300 | 6;7 | 560 |
| 2 | В | 250 | 9;13 | 400 |
| 3 | В | 300 | 14;15 | 1000 |
| 4 | К | 150 | 2;4 | 630 |
| 5 | В | 100 | 4;6 | 630 |
| 6 | В | 475 | 7;8 | 560 |
| 7 | В | 500 | 9:13 | 320 |
| 8 | в | 380 | 13;15 | 750 |
| 9 | в | 210 | 2;14 | 1000 |
| 10 | к | 120 | 7;14 | 1000 |
| 11 | к | 170 | 8;14 | 1000 |
| 12 | в | 230 | 2;6 | 180 |
| 13 | в | 400 | 4;15 | 750 |
| 14 | в | 195 | 4;13 | 630 |
| 15 | в | 300 | 8;15 | 750 |
| 16 | к | 250 | 2;9 | 320 |
| 17 | в | 350 | 7;9 | 560 |
| 18 | к | 110 | 13;14 | 1000 |
Таблица 2.3 – Расчет электрических нагрузок строительной площадки