Współczynniki do obliczania obciążeń elektrycznych

Zadaniem obliczania sieci elektrycznych jest prawidłowe oszacowanie wartości obciążenia elektryczne oraz dobór odpowiednio najmniejszych z możliwych przekrojów przewodów, kabli i szyn zbiorczych, przy których zostałyby spełnione znormalizowane warunki w zakresie:

1. przewody grzejne,

2. gęstość prądu ekonomicznego,

3. zabezpieczenia elektryczne poszczególnych odcinków sieci,

4. straty napięcia w sieci,

5. wytrzymałość mechaniczna sieci.

Obciążenia obliczeniowe przy doborze przekrojów przewodów to:

1. półgodzinny maksymalny I30 - dla doboru przekrojów grzewczych,

2. średnie obciążenie łączeniowe Icm — do doboru przekrojów dla ekonomicznej gęstości prądu,

3. prąd szczytowy — do doboru bezpieczników i nastaw prądu wyłączników nadprądowych oraz do obliczania strat napięcia. Obliczenia te zwykle sprowadzają się do określenia strat napięcia w sieci zasilającej podczas rozruchu poszczególnych silników klatkowych dużej mocy oraz w trolejbusach.

Przy doborze przekrojów sieci dystrybucyjnej, niezależnie od rzeczywistego współczynnika obciążenia odbiornika elektrycznego, należy zawsze brać pod uwagę możliwość wykorzystania go z pełną mocą, a zatem prąd znamionowy odbiornika elektrycznego należy przyjąć jako prąd znamionowy. Wyjątek dozwolony jest tylko dla przewodów do silników elektrycznych wybranych nie do ogrzewania, ale do momentu przeciążenia.

Zatem w przypadku sieci dystrybucyjnej samo rozliczenie nie ma miejsca.

Aby określić szacowany prąd w sieci zasilającej, konieczne jest znalezienie łącznego maksymalnego lub średniego obciążenia wielu odbiorców energii i z reguły różnych trybów pracy. W rezultacie proces obliczania sieci elektroenergetycznej jest stosunkowo złożony i dzieli się na trzy główne następujące po sobie operacje:

1. sporządzenie schematu obliczeniowego,

2. określenie łącznego obciążenia maksymalnego lub jego wartości średnich na poszczególnych odcinkach sieci,

3. wybór sekcji.

Schemat projektowy, będący rozwinięciem koncepcji zasilania nakreślonej przy rozważaniu rozdziału energii elektrycznej, musi zawierać wszystkie niezbędne dane dotyczące przyłączanych obciążeń, długości poszczególnych odcinków sieci oraz wybranego rodzaju i sposobu ułożenia .

Najważniejsza operacja — wyznaczenie obciążeń elektrycznych na poszczególnych odcinkach sieci — opiera się w większości przypadków na wykorzystaniu wzorów empirycznych. Współczynniki zawarte w tych wzorach zależą w największym stopniu od sposobu pracy odbiorców energii elektrycznej, a prawidłowa ocena tego ostatniego ma ogromne znaczenie, choć nie zawsze jest trafna.

Jednocześnie niepoprawność w określaniu współczynników i odpowiednio obciążeń może prowadzić albo do niewystarczającej przepustowości sieci, albo do nieuzasadnionego wzrostu ceny całej instalacji.

Przed przejściem do metodyki wyznaczania obciążeń elektrycznych dla sieci elektroenergetycznych należy zauważyć, że współczynniki zawarte we wzorach obliczeniowych nie są stałe. Ze względu na ciągły postęp technologiczny i rozwój automatyzacji, czynniki te muszą podlegać okresowej weryfikacji.

Ponieważ same formuły i zawarte w nich współczynniki są w pewnym stopniu przybliżone, należy mieć na uwadze, że wynikiem obliczeń może być jedynie ustalenie kolejności kwot odsetek.Z tego powodu nadmierna skrupulatność w operacjach arytmetycznych należy unikać.

Wartości i współczynniki zawarte we wzorach obliczeniowych do określania obciążeń elektrycznych

Moc zainstalowana Ru oznacza:

1. dla silników elektrycznych o pracy ciągłej — moc nominalna w katalogu (paszporcie) w kilowatach, opracowana przez silnik wałowy:

2. dla silników elektrycznych o pracy przerywanej — moc nominalna zredukowana do pracy ciągłej, tj. do PV = 100%:

gdzie PVN0M to znamionowy cykl pracy w procentach według danych katalogowych, Pnom to moc znamionowa przy PVN0M,

3. dla transformatorów do pieców elektrycznych:

gdzie СХ0М jest mocą znamionową transformatora zgodnie z danymi katalogowymi, kVA, cosφnom jest współczynnikiem mocy charakterystycznym dla pracy pieca elektrycznego przy mocy znamionowej,

4. dla transformatorów spawarek i urządzeń — moc warunkowa zredukowana do pracy ciągłej, tj. do PV = 100%:

gdzie Snom to znamionowy cykl pracy transformatora w kilowoltoamperach,

Pod podłączonym zasilaniem Ppr silników elektrycznych rozumie się moc pobieraną przez silnik z sieci przy znamionowym obciążeniu i napięciu:

gdzie ηnom jest mocą znamionową silnika w jednostkach względnych.

Średnie obciążenie czynne dla najbardziej obciążonej zmiany Rav.cm i to samo średnie obciążenie bierne Qcp, cm to współczynniki podzielone przez ilość energii elektrycznej zużytej podczas zmiany z maksymalnym obciążeniem (odpowiednio WCM i VCM) przez czas trwania zmiany w godzinach Tcm,

Średnie roczne obciążenie czynne Rav.g i to samo obciążenie bierne Qcp.g to współczynniki z podzielenia rocznego zużycia energii elektrycznej (odpowiednio Wg i Vg) przez roczny czas pracy w godzinach (Tg):

Pod maksymalnym obciążeniem Rmax jest rozumiane jako największe średnie obciążenie w określonym przedziale czasu.

Zgodnie z PUE, do obliczania sieci ciepłowniczych i transformatorów ten przedział czasu jest ustawiony na 0,5 h, to znaczy maksymalne obciążenie przyjmuje się na pół godziny.

Rozróżnij maksymalne obciążenie na pół godziny: aktywny P30, kW, reaktywny Q30, kvar, pełny S30, kVA i prąd I30, a.

Prąd szczytowy Ipeak to chwilowy maksymalny możliwy prąd dla danego odbiorcy energii elektrycznej lub dla grupy odbiorców energii elektrycznej.

Pod współczynnikiem wykorzystania dla zmiany KI rozumie się stosunek średniego obciążenia czynnego dla maksymalnego obciążenia wypornościowego do mocy zainstalowanej:

W związku z tym roczny współczynnik wykorzystania to stosunek średniego rocznego obciążenia czynnego do mocy zainstalowanej:

Maksymalny współczynnik Km rozumiany jest jako stosunek czynnego półgodzinnego maksymalnego obciążenia do średniego obciążenia dla zmiany z maksymalnym obciążeniem,

Odwrotnością maksymalnego współczynnika jest współczynnik wypełnienia wykresu Kzap

Współczynnik zapotrzebowania Ks to stosunek czynnego półgodzinnego maksymalnego obciążenia do mocy zainstalowanej:

Pod współczynnikiem włączenia Kv rozumie się stosunek czasu pracy odbiornika powtarzanego krótkoterminowego i długoterminowego trybu pracy zmiany do czasu trwania zmiany:

Dla odbiorników elektrycznych zaprojektowanych do pracy ciągłej podczas przełączania współczynnik przełączania jest praktycznie równy jedności.

Współczynnik obciążenia dla mocy czynnej K3 to stosunek obciążenia odbiornika elektrycznego w danym czasie Pt do mocy zainstalowanej:

W przypadku silników elektrycznych, gdzie moc zainstalowana jest rozumiana jako moc na wale, bardziej poprawne byłoby przypisanie Ki, Kv, K3 nie do zainstalowanej, ale do zasilania podłączonego do sieci.

Jednak w celu uproszczenia obliczeń, a także ze względu na trudności w uwzględnieniu sprawności związanej z obciążeniem silników elektrycznych, zaleca się, aby współczynniki te odnosiły się również do mocy zainstalowanej. Zatem współczynnik zapotrzebowania równy jedności (Kc = 1) odpowiada rzeczywistemu obciążeniu silnika elektrycznego w wysokości η% pełnego.

Współczynnik kombinacji maksymalnego obciążenia KΣ to stosunek łącznego półgodzinnego maksymalnego obciążenia kilku grup odbiorców energii elektrycznej do sumy maksymalnych półgodzinnych obciążeń poszczególnych grup:

Przy przybliżeniu dopuszczalnym dla celów praktycznych można przyjąć, że

i konsekwentnie