Коэффициент одновременности работы газового оборудования. Оценка максимальной нагрузки (кВА)

Электрооборудование не работает постоянно на полную мощность. Этот очевидный факт можно понять на бытовом примере. в квартире не включено круглосуточно. Утюгом мы пользуемся только тогда, когда надо погладить одежду. Чайник работает только тогда, когда нужно вскипятить воду. Аналогичным образом дело обстоит при потреблении электроэнергии в общественных и промышленных зданиях. Таким образом, понятие установленной и потребляемой (расчетной) мощности всем знакомо с детства.

При проектирование электроснабжения объектов неодновременность работы оборудования учитывается при помощи понижающих коэффициентов. Существует три понижающих коэффициента с разными названиями, но смысл их одинаков — это коэффициент спроса, коэффициент неодновременности, коэффициент использования.
Умножив установленную мощность оборудования на один из этих коэффициентов получают расчетную мощность и расчетный ток. По расчетному току выбирают защитно-коммутационную аппаратуру (автоматы, рубильники, УЗО и пр.) и кабели или шинопроводы.

P расч =K×P уст, где
P уст — установленная мощность оборудования,
P расч — расчетная мощность оборудования,
К — коэффициент спроса/одновременности/использования.

При использовании этой, казалось бы, простой формулы на практике сталкиваются с огромным количеством нюансов. Одним из таких нюансов является определение коэффициента спроса в щитах, питающих разные типы нагрузок (освещение, розетки, технологическое, вентиляционное и сантехническое оборудование).

Дело в том, что коэффициент спроса зависит нескольких параметров:

• Мощности;
• Типа нагрузки;
• Типа здания;
• Единичной мощности электроприёмника.

Задачей расчета электрических сетей является правильная оценка величин и выбор соответственно им таких наименьших из числа возможных сечений проводов, кабелей и шин, при которых были бы соблюдены нормированные условия в отношении:

1. нагрева проводников,

2. экономической плотности тока,

3. электрической защиты отдельных участков сети,

4. потерь напряжения в сети,

5. механической прочности сети.

Расчетными нагрузками для выбора сечений проводников являются:

1. получасовой максимум I30 - для выбора сечений по нагреву,

2. среднесменная нагрузка Iсм - для выбора сечений по экономической плотности тока,

3. пиковый ток - для выбора плавких вставок и уставок тока максимальных расцепителей автоматов и для расчета по потере напряжения. Этот расчет обычно сводится к определению потерь напряжения в силовой сети при пуске отдельных мощных короткозамкнутых электродвигателей и в троллейных линиях.

При выборе сечений распределительной сети, независимо от фактического коэффициента загрузки электроприемника, следует всегда иметь в виду возможность использования его на полную мощность и, следовательно, за расчетный ток принимать номинальный ток электроприемника. Исключение допускается лишь для проводников к электродвигателям, выбранным не по нагреву, а по перегрузочному моменту.

Таким образом, для распределительной сети расчета, как такового, не производят.

Для определения расчетного тока в питающей сети необходимо нахождение совмещенного максимума или средней нагрузки целого ряда электроприемников и при том, как правило, различных режимов работы. Вследствие этого процесс расчета питающей сети является сравнительно сложным и разделяется на три основные последовательные операции:

1. составление расчетной схемы,

2. определение совмещенных максимумов нагрузки или средних значений ее на отдельных участках сети,

3. выбор сечений.

Расчетная схема, являющаяся развитием принципиальной схемы питания, намеченной при рассмотрении вопроса о распределении электрической энергии, должна содержать все необходимые данные в отношении подключенных нагрузок, длин отдельных участков сети и выбранного рода и способа прокладки ее.

Наиболее ответственная операция - определение электрических нагрузок на отдельных участках сети - в большинстве случаев основывается на применении эмпирических формул. Коэффициенты, входящие в эти формулы, зависят в наибольшей степени от режима работы электроприемников, и правильная оценка последнего имеет большое значение, хотя и не всегда является точной.

Вместе с тем неправильность в определении коэффициентов, а, следовательно, и нагрузок, может привести либо к недостаточной пропускной способности сети, либо к необоснованному удорожанию всей установки.

Прежде чем перейти к методологии определения электрических нагрузок для питающих сетей, необходимо отметить, что входящие в расчетные формулы коэффициенты не являются стабильными. В связи с непрерывным техническим прогрессом и развитием автоматизации эти коэффициенты должны подлежать периодическому пересмотру.

Поскольку как сами формулы, так и входящие в них коэффициенты являются до известной степени приближенными, нужно иметь в виду, что результатом расчетов может быть определение только порядка интересующих величин. По этой причине следует избегать излишней скрупулезности в арифметических операциях.

Величины и коэффициенты, входящие в расчетные формулы определения электрических нагрузок

Под установленной мощностью Ру понимается:

1. для электродвигателей длительного режима работы - каталожная (паспортная) номинальная мощность в киловаттах, развиваемая двигателем на валу:

2. для электродвигателей повторно-кратковременного режима работы - паспортная мощность, приведенная к длительному режиму, т. е. к ПВ = 100%:

где ПВН0М - номинальная продолжительность включения в процентах по каталожным данным, Рном -номинальная мощность при ПВН0М,

3. для трансформаторов электропечей:

где SН0М - номинальная мощность трансформатора по каталожным данным, ква, cosφном-коэффициент мощности, характерный для работы электропечи при номинальной мощности,

4. для трансформаторов сварочных машин и аппаратов - условная мощность, приведенная к длительному режиму, т. е. к ПВ = 100%:

где Sном - номинальная мощность трансформатора в киловольт-амперах при ПВном,

Под присоединенной мощностью Рпр электродвигателей понимается мощность, потребляемая двигателем из сети при номинальной нагрузке и напряжении:

где ηном - номинальный к п. д. двигателя в относительных единицах.

Средняя активная нагрузка за максимально загруженную смену Рср.см и такая же средняя реактивная нагрузка Qcp,см представляют собой частные от деления количества электроэнергии, потребляемой за максимально нагруженную смену (соответственно WCM и VCM), на продолжительность смены в часах Тсм,

Под максимальной нагрузкой Рмакс понимают наибольшую из средних нагрузок за тот или иной интервал времени.

Для расчета сетей и трансформаторов по нагреву этот интервал времени установлен равным 0,5 ч, т. е. принимается получасовой максимум нагрузки.

Различают получасовые максимумы нагрузок : активной Р30, квт, реактивной Q30, квар, полной S30, ква, и по току I30, а.

Пиковым током Iпик называют мгновенный максимально возможный ток для данного электроприемника или для группы электроприемников.

Под коэффициентом использования за смену КИ понимают отношение средней активной нагрузки за максимально нагруженную смену к установленной мощности:

Соответственно этому годовой коэффициент использования представляет собой отношение средней годовой активной нагрузки к установленной мощности:

Под коэффициентом максимума Км понимается отношение активной получасовой максимальной нагрузки к средней нагрузке за максимально загруженную смену,

Величина, обратная коэффициенту максимума, представляет собой коэффициент заполнения графика Кзап

Все отдельные ЭП не обязательно работают при полной номинальной мощности и одновременно.
Коэффициенты ku и ks позволяют определить максимальную полную мощность электроустановки.

Коэффициент максимального использования (ku)

В нормальных режимах работы потребление мощности обычно меньше номинальной мощности. Это довольно частое явление, которое оправдывает применение коэффициента использования (ku) при оценке реальных значений.

Этот коэффициент должен применяться для каждого ЭП, особенно для электродвигателей, которые крайне редко работают при полной нагрузке.

В промышленной установке этот коэффициент может оцениваться по среднему значению 0,75 для двигателей.

Для освещения лампами накаливания этот коэффициент всегда равен 1.

Для цепей со штепсельными розетками этот коэффициент полностью зависит от типа приборов, питаемых от штепсельных розеток.

Коэффициент одновременности (ks)

Практически одновременная работа всех ЭП определенной установки никогда не происходит, т.е. всегда существует некоторая степень разновременности, и этот факт учитывается при расчете путем применения коэффициента одновременности (ks).

Коэффициент ks применяется для каждой группы ЭП (например, запитываемых от главного или вторичного распределительного устройства). Определение этих коэффициентов входит в ответственность конструктора, поскольку требует детального знания установки и условий работы отдельных цепей. По этой причине невозможно дать точные значения для общего применения.

Коэффициент одновременности для жилой застройки

Некоторые типовые значения для этого случая приводятся на рис. A10 и применяются для бытовых потребителей с питанием 230/400 В (3-фазная 4-проводная сеть). В случае потребителей, использующих электрические обогреватели для отопления, рекомендуется коэффициент 0,8, вне зависимости от числа электроприемников (ЭП).

Рис. A10: Значения коэффициента одновременности для жилой застройки

Пример (см. рис. A11 ):
Пятитиэтажное жилое здание с 25 потребителями с установленной мощностью 6 кВА для каждого.

Общая установленная мощность для здания: 36 + 24 + 30 + 36 + 24 = 150 кВА.

Полная мощность, потребляемая зданием: 150 x 0,46 = 69 кВА.

С помощью рис. А10 можно определить величину тока в разных секциях общей питающей магистрали всех этажей. Для стояков, запитываемых на уровне первого этажа, площадь поперечного сечения проводников может постепенно снижаться от нижних к верхним этажам.

Как правило, такие изменения сечения проводника производятся с минимальным интервалом в 3 этажа.

В этом примере, ток, поступающий на стояк на уровне первого этажа, равен:

Ток, поступающий на 4-й этаж, равен:

Рис. A11: Применение коэффициента одновременности (ks) для жилого 5-этажного здания

Коэффициент одновременности для распределительных устройств

Рис. A12 показывает теоретические значения ks для распределительного устройства, запитывающего ряд цепей, для которых отсутствует схема распределения нагрузки между ними.

Если цепи служат в основном для осветительных нагрузок, целесообразно принять значения ks, близкие к единице.

Рис. A12: Коэффициент одновременности для распределительных устройств (МЭК 60439)

Значения коэффициента ks, которые могут использоваться для цепей, питающих стандартные нагрузки, приводятся на рис. A13 .

В определенных случаях, в частности, для промышленных установок, этот коэффициент может быть выше.
Учитываемый ток равен номинальному току двигателя, увеличенному на треть его пускового тока.

Рис. A13: Коэффициент одновременности в зависимости от назначения цепи

Возраст детей:

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.
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.

Коэффициент одновременности жилого здания
Некоторые типовые значения для этого случая даны в Таб.1, 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.

Пример (см. Рис. 1):
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 × 0.46 = 69 кВА
Из Таб. 1 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:

Коэффициент одновременности для распределительных щитов
В Таб. 1 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.

Коэффициент одновременности в зависимости от функции цепи.
Коэффициенты ks, которые можно использовать для цепей, питающих часто встречающиеся нагрузки, даны в Таб. 3.