Obliczanie obciążeń elektrycznych
Wyznaczanie obciążeń maksymalnych metodą współczynnika zapotrzebowania
Metoda ta jest najprostsza i sprowadza się do obliczenia maksymalnego obciążenia czynnego za pomocą wzoru:
Metodę współczynnika zapotrzebowania można stosować do obliczania obciążeń dla tych odrębnych grup odbiorców energii elektrycznej, warsztatów i ogólnie przedsiębiorstw, dla których istnieją dane o wartości tego współczynnika (zob. Współczynniki do obliczania obciążeń elektrycznych).
Przy obliczaniu obciążeń dla poszczególnych grup odbiorników elektrycznych zaleca się stosowanie tej metody dla tych grup, których odbiorniki elektryczne pracują ze stałym obciążeniem i współczynnikiem wypełnienia równym (lub zbliżonym do) jedności, takich jak silniki elektryczne pomp, fani i inni.
Zgodnie z wartością P30 uzyskaną dla każdej grupy odbiorców energii elektrycznej określa się obciążenie bierne:
ponadto tgφ jest wyznaczane przez charakterystykę cosφ danej grupy odbiorców energii elektrycznej.
Obciążenia czynne i bierne są następnie sumowane oddzielnie i obliczane jest obciążenie całkowite:
Obciążenia ΣP30 i ΣQ30 są sumami wartości maksymalnych dla poszczególnych grup odbiorców energii elektrycznej, podczas gdy w rzeczywistości wielkość maksymalną należy określić. Dlatego przy wyznaczaniu obciążeń odcinka sieci z dużą liczbą różnych grup odbiorników elektrycznych należy wprowadzić współczynnik sumowania maksimów KΣ, tj.
Wartość KΣ mieści się w przedziale od 0,8 do 1, a dolna granica jest zwykle przyjmowana przy obliczaniu obciążeń w całej instalacji jako całości.
Dla oddzielne odbiorniki elektryczne dużej mocy, a także dla użytkowników energii, rzadko lub nawet po raz pierwszy w praktyce projektowej, współczynniki zapotrzebowania należy określić poprzez uzgodnienie z technologami rzeczywistych współczynników obciążenia.
Wyznaczanie obciążeń maksymalnych metodą podwójnego wyrażenia
Metodę tę zaproponował inż. DS Livshits początkowo do wyznaczania obciążeń projektowych dla silników elektrycznych poszczególnych napędów maszyn do obróbki metali, a następnie rozszerzono go na inne grupy odbiorników elektrycznych.
Zgodnie z tą metodą maksymalne półgodzinne obciążenie czynne dla grupy odbiorców elektrycznych o tym samym trybie pracy określa wyrażenie:
gdzie Рn — moc zainstalowana największych odbiorców energii, b, c — współczynniki stałe dla pewnej grupy odbiorców energii w tym samym trybie pracy.
Zgodnie z fizycznym zmysłem pierwszy człon wzoru obliczeniowego określa moc średnią, a drugi dodatkową moc, która może wystąpić w ciągu pół godziny w wyniku zbiegu maksymalnych obciążeń poszczególnych odbiorców elektrycznych grupy . Dlatego:
Wynika z tego, że dla małych wartości Pp w porównaniu do Ru, co ma miejsce przy dużej liczbie odbiorników elektrycznych o mniej więcej tej samej mocy, K30 ≈ CP, a drugi wyraz wzoru obliczeniowego można w takich przypadkach pominąć, zakładając P30 ≈ bPp ≈ Psr.cm. Wręcz przeciwnie, przy niewielkiej liczbie odbiorników elektrycznych, zwłaszcza jeśli różnią się one znacznie mocą, wpływ drugiego członu we wzorze staje się bardzo znaczący.
Obliczenia przy użyciu tej metody są bardziej kłopotliwe niż przy użyciu metody współczynnika popytu. Dlatego stosowanie metody podwójnego wyrażenia jest uzasadnione tylko dla grup odbiorców energii pracujących ze zmiennym obciążeniem i niskimi współczynnikami przełączania, dla których współczynniki zapotrzebowania albo w ogóle nie występują, albo mogą prowadzić do błędnych wyników. W szczególności można np. zalecić stosowanie tej metody do silników elektrycznych maszyn do obróbki metali oraz do elektrycznych pieców oporowych małej mocy z okresowym ładowaniem produktów.
Sposób wyznaczania pełnego obciążenia S30 przy użyciu tej metody jest podobny do opisanego dla metody współczynnika zapotrzebowania.
Wyznaczanie obciążeń maksymalnych metodą efektywnej liczby odbiorców energii.
Przez efektywną liczbę odbiorników elektrycznych rozumie się liczbę odbiorników o równej mocy i jednorodnym trybie pracy, która wyznacza taką samą wartość obliczonego maksimum jak grupa odbiorników o różnej mocy i trybie pracy.
Efektywną liczbę odbiorców energii określa wyrażenie:
Największe słońce i współczynnik wykorzystania odpowiadający tej grupie odbiorników elektrycznych, zgodnie z tablicami referencyjnymi określa się maksymalny współczynnik KM, a następnie półgodzinne maksimum obciążenia czynnego
W celu obliczenia obciążenia każdej grupy odbiorników elektrycznych o tym samym trybie pracy wyznaczenie PE ma sens tylko wtedy, gdy odbiorniki elektryczne wchodzące w skład grupy różnią się znacznie mocą.
Przy tej samej mocy p odbiorników elektrycznych wchodzących w skład grupy
tj. efektywna liczba silników elektrycznych jest równa rzeczywistej liczbie. Dlatego przy takich samych lub nieznacznie różniących się mocach odbiorców energii z grupy zaleca się określenie CM zgodnie z rzeczywistą liczbą odbiorców energii.
Przy obliczaniu obciążenia dla kilku grup odbiorników energii elektrycznej należy określić średnią wartość współczynnika wykorzystania korzystając ze wzoru:
Metoda efektywnej liczby odbiorników elektrycznych ma zastosowanie do dowolnej grupy odbiorników elektrycznych, w tym odbiorników elektrycznych pracujących w sposób przerywany. W tym drugim przypadku moc zainstalowana Ru zostaje zredukowana do współczynnika wypełnienia = 100%, tj. do pracy ciągłej.
Metoda efektywnej liczby użytkowników jest lepsza niż inne metody, ponieważ przy określaniu obciążenia bierze udział czynnik maksymalny, będący funkcją liczby użytkowników.Innymi słowy, metoda ta oblicza maksimum sumy ładunków poszczególnych grup, a nie sumę maksimów, jak ma to miejsce np. w przypadku metody współczynnika wyszukiwania.
Aby obliczyć składową reaktywną obciążenia Q30 ze znalezionej wartości P30, konieczne jest wyznaczenie tanφ. W tym celu konieczne jest obliczenie średniego obciążenia dla każdej grupy odbiorców energii elektrycznej i wyznaczenie tgφ ze stosunku:
Wracając do definicji PE, należy zauważyć, że przy dużej liczbie grup i różnych mocach poszczególnych odbiorników elektrycznych w grupach znalezienie ΣPy2 okazuje się praktycznie nie do przyjęcia. Dlatego stosuje się uproszczoną metodę wyznaczania pe w zależności od względnej wartości liczby afektywnej odbiorników elektrycznych pe = ne / n.
Liczba ta znajduje się w tabelach referencyjnych, w zależności od stosunków:
gdzie n1 to liczba odbiorników elektrycznych, z których każdy ma pojemność co najmniej połowy mocy najmocniejszego odbiornika elektrycznego, ΣPupg1 to suma mocy zainstalowanych tych odbiorników elektrycznych, n — liczba wszystkich odbiorników elektrycznych , ΣPу — suma mocy zainstalowanych wszystkich odbiorników energii elektrycznej.
Określenie maksymalnych obciążeń w oparciu o określone normy zużycia energii elektrycznej na jednostkę produkcji
Mieć informacje o planowanej produktywności przedsiębiorstwa, warsztatu lub grupy technologicznej odbiorców i dla jednostkowe zużycie energii czynnej na jednostkę produkcji, możesz obliczyć maksymalne półgodzinne obciążenie czynne za pomocą wyrażenia,
gdzie Wyd to jednostkowe zużycie energii na tonę produktu, ME produkcja roczna, Tm.a — roczna liczba godzin użytkowania maksymalnego obciążenia czynnego.
W tym przypadku pełne obciążenie jest określane na podstawie średnioważonego rocznego współczynnika mocy:
Ta metoda obliczeń może być wykorzystana do zgrubnego określenia obciążeń dla przedsiębiorstw jako całości lub dla poszczególnych warsztatów wytwarzających gotowe produkty. Do obliczania obciążeń na poszczególnych odcinkach sieci elektroenergetycznych zastosowanie tej metody z reguły okazuje się niemożliwe.
Szczególne przypadki wyznaczania maksymalnych obciążeń przy liczbie odbiorców energii do pięciu
Zliczanie obciążeń grup o niewielkiej liczbie odbiorców energii można przeprowadzić na następujące uproszczone sposoby.
1. Jeżeli w grupie znajdują się dwa lub trzy odbiorniki elektryczne, sumę mocy znamionowych odbiorników elektrycznych można przyjąć jako obliczone obciążenie maksymalne:
i dlatego
Dla odbiorników elektrycznych, które są jednorodne pod względem typu, mocy i sposobu działania, dopuszczalne jest arytmetyczne sumowanie mocy całkowitych. Następnie,
2. Jeżeli w grupie znajdują się cztery lub pięć odbiorników elektrycznych tego samego typu, mocy i trybu pracy, maksymalne obciążenie można obliczyć na podstawie średniego współczynnika obciążenia i w tym przypadku można przyjąć sumę arytmetyczną sumy mocy być:
3. Przy tej samej liczbie różnych typów odbiorników elektrycznych obliczone maksymalne obciążenie należy przyjąć jako sumę iloczynów mocy znamionowej odbiorników elektrycznych i współczynników obciążenia charakterystycznych dla tych odbiorników elektrycznych:
i dlatego:
Wyznaczanie maksymalnych obciążeń w obecności grupy wraz z trójfazowymi, również jednofazowymi odbiorcami energii elektrycznej
Jeżeli łączna moc zainstalowana stacjonarnych i ruchomych jednofazowych odbiorników elektrycznych nie przekracza 15% całkowitej mocy trójfazowych odbiorników elektrycznych, to całe obciążenie można uznać za trójfazowe, niezależnie od stopnia równomierności rozkładu obciążeń jednofazowych w fazach.
W innym przypadku, to znaczy, jeżeli łączna moc zainstalowana jednofazowych odbiorców energii przekroczy 15% łącznej mocy trójfazowych odbiorników energii, rozdział obciążeń jednofazowych na fazy musi być przeprowadzony w taki sposób, aby największa osiągnięty stopień jednorodności.
Kiedy to się powiedzie, zliczanie obciążenia można wykonać w zwykły sposób, ale jeśli nie, to zliczanie należy wykonać dla najbardziej obciążonej fazy. W takim przypadku możliwe są dwa przypadki:
1. wszystkie jednofazowe odbiorniki elektryczne są podłączone do napięcia fazowego,
2. wśród jednofazowych odbiorników elektrycznych znajdują się również takie, które są podłączane do napięcia sieciowego.
W pierwszym przypadku za moc zainstalowaną należy przyjąć jedną trzecią ich mocy rzeczywistej dla grup odbiorników elektrycznych trójfazowych (jeśli występują), dla grup odbiorników elektrycznych jednofazowych - moc podłączoną do najbardziej obciążonej fazy.
Na podstawie otrzymanych w ten sposób mocy faz oblicza się maksymalne obciążenie najbardziej obciążonej fazy w każdym ze sposobów, a następnie mnożąc przez 3 określa się obciążenie linii trójfazowej.
W drugim przypadku najbardziej obciążoną fazę można określić jedynie poprzez obliczenie średnich mocy, dla których obciążenia jednofazowe podłączone do napięcia sieciowego muszą zostać doprowadzone do odpowiednich faz.
Sprowadzona do fazy a moc czynna odbiorników jednofazowych podłączonych np. między fazami ab i ac jest określona wzorem:
W związku z tym moc bierna takich odbiorników
tutaj Рab, Ras to moce podłączone do napięcia sieciowego odpowiednio między fazami ab i ac, p (ab) a, p (ac) a, q (ab) a, q (ac) a, to współczynniki doprowadzenia obciążenia podłączone do napięcia sieciowego do fazy A.
Poprzez kołowe przestawianie wskaźników można uzyskać wyrażenia nadające moc każdej fazie.