Czynniki wpływające na wielkość i wykres odbieranego obciążenia od grupy odbiorców energii elektrycznej

Wynikowe obciążenie każdego elementu instalacji elektrycznej (linia, transformator, generator) z reguły nie jest równe sumie mocy znamionowych podłączonych odbiorników elektrycznych i nie jest wartością stałą. W przeważającej części obciążenie zmienia się w sposób ciągły w czasie od pewnego maksimum do minimum, w zależności od trybu obciążenia każdego z podłączonych odbiorników elektrycznych i stopnia zbieżności ich okresów przełączania.

W zależności od trybu technologicznego harmonogram ładowania każdy odbiorca energii elektrycznej, nawet w ramach jednego cyklu pracy, podlega ciągłym zmianom. Szczyty obciążenia różnią się wielkością i czasem trwania. Są one zastępowane zapadami, aw okresach hamowania silniki w niektórych przypadkach zamieniają się z odbiorników energii elektrycznej w generatory, przekazując energię hamowania do sieci.

Dlatego nawet gdyby wszyscy odbiorcy energii elektrycznej byli jednocześnie włączeni i pracowali przy pełnym obciążeniu, to nawet wtedy wynikowe obciążenie z reguły nie może być wartością stałą i równą sumie wytrzymałość znamionowa wszystkie powiązane urządzenia elektryczne. Ale dodatkowo istnieje szereg innych czynników, które decydują o zmiennym charakterze powstałego obciążenia i jego dalszej redukcji.

Moc znamionowa lub zainstalowana odbiornika elektrycznego jest to moc wskazana przez producenta w jego paszporcie, to znaczy moc, dla której odbiornik elektryczny jest zaprojektowany i którą może wytwarzać lub zużywać przez długi czas w określonych warunkach środowiskowych przy napięciu znamionowym i trybie pracy, dla których jest jest zaprojektowany.

W przypadku silników elektrycznych moc znamionową wyraża się w kilowatach przyłożonych do wału. W rzeczywistości moc pobierana przez sieć jest większa wraz z ilością strat. W przypadku innych odbiorców energii elektrycznej moc znamionową wyraża się w kilowatach lub w kilowoltoamperach zużywanych przez sieć (zob. Dlaczego moc transformatora jest mierzona w kVA, a silnik w kW).

Aby uniknąć błędów, podczas badania istniejących instalacji konieczne jest określenie współczynników projektowych, a także podczas projektowania nowych instalacji, aby podsumować moc nominalną odbiorców energii elektrycznej wyrażoną w tych samych jednostkach miary. Uzgodniono, że należy je wyrażać w nominalnych kilowatach pracy ciągłej.

W tym przypadku: dla silników elektrycznych sumuje się moce nominalne, a nie moc pobieraną przez nie z sieci; innymi słowy pomija się sprawność silników elektrycznych, ponieważ nie może ona istotnie wpłynąć na wyniki ze względu na niewielką różnicę wartości, a obliczone współczynniki ujawniają się istniejącym instalacjom przy takim samym założeniu; moc znamionowa odbiorników elektrycznych o pracy ciągłej, wyrażona w kilowoltoamperach, jest przeliczana na kilowaty zgodnie z danymi paszportowymi przy nominalnym współczynniku mocy.

Wprawdzie standardowe wymiary maszyn i urządzeń technologicznych są ustandaryzowane, ale nawet w przypadku produkcji wielkoseryjnej i linii automatycznych o stałym procesie technologicznym nie jest możliwe dobranie maszyn dokładnie odpowiadających według nominalnej wydajności dla danej jednostki technologicznej.

Co więcej, nie jest to możliwe w instalacjach o zmiennym procesie technologicznym, do których maszyny są celowo dobierane przez technologów, z uwzględnieniem niezbędnej, choć rzadkiej, maksymalnej i „x” wydajności w określonych okresach produkcji.

W takich instalacjach maszyny są tylko częściowo obciążone, a czasem całkowicie bezczynne. Silniki elektryczne w razie potrzeby są one obliczane przez producenta - dostawcę maszyny według jej pojemności nominalnej i wybierane ze standardowego zakresu mocy znamionowych silnika z pewną rezerwą. Dlatego nawet gdy maszyna pracuje na pełnych obrotach, jej silnik elektryczny rzadko ma obciążenie znamionowe.

Kiedy maszyna jest używana w jednostce procesowej, która nie osiąga swojej mocy znamionowej, jej silnik elektryczny często pracuje ze znacznym niedociążeniem.

Wymień taki niedociążony silnik elektryczny personel obsługujący w większości nie ma takiej możliwości, gdyż po pierwsze nie jest wykluczona taka przebudowa procesu technologicznego, w której maszyna będzie w pełni obciążona, a po drugie nowoczesne maszyny dostarczane są w komplecie z silnikami i urządzeniami sterującymi, specjalnie do nich instalowane (zabudowane, kołnierzowe, z wspólnym wałem, specjalne przekładnie, urządzenia regulacyjne itp.), których wymiana wymagałaby niezwykle dużej floty zapasowych silników i urządzeń o różnych mocach.

Każdy mechanizm nieuchronnie ma okresy przestojów na rozładunek, załadunek, tankowanie, wymianę narzędzi i części oraz czyszczenie. Zatrzymuje się również na planowane naprawy prewencyjne i podstawowe.

W instalacjach z dużą liczbą mechanizmów, gdzie zależności technologiczne pomiędzy mechanizmami nie są jasno wyrażone, tj. gdzie nie ma ciągłego przepływu przetwarzanych materiałów lub produktów z mechanizmu do mechanizmu, a co za tym idzie mechanizmy działają praktycznie niezależnie od siebie, takie postoje są realizowane sekwencyjnie, podczas pracy innych mechanizmów, co istotnie wpływa na charakter i wielkość wynikowe obciążenie.

Oprócz silników elektrycznych głównych napędów są duża liczba silników do urządzeń pomocniczych mechanizujących operacje pomocnicze: do obracania części maszyny podczas jej regulacji, do rozładunku i załadunku, do zbierania odpadów, obracania zaworów, bram przeładunkowych itp.

Podstawowym przeznaczeniem tych silników i innych podobnych odbiorników elektrycznych (np. magnesów, grzałek, itp.) jest takie, aby nie mogły one zostać włączone i uruchomione podczas pracy głównego napędu. Wpływa to również znacząco na wielkość i charakter powstałego obciążenia.

Dzięki splotowi tych przyczyn, nawet w zakładzie pracującym rytmicznie na pełnych obrotach i dobrze dobranych do swojej pracy mechanizmach, wynikowe obciążenie w większości zmienia się w sposób ciągły w granicach, które stanowią tylko niewielką część sumy mocy znamionowych wszystkich podłączonych odbiorników elektrycznych.

Wartość tego udziału zależy nie tylko od charakteru produkcji (procesu technologicznego), organizacji pracy i sposobu działania poszczególnych mechanizmów, ale oczywiście od ilości podłączonych odbiorników elektrycznych. Im większa liczba niezależnie działających odbiorników elektrycznych, tym mniejszy jest udział sumy ich mocy znamionowych w wyniku obciążenia.

W niektórych przypadkach nawet w instalacjach działających dość rytmicznie na pełnych obrotach, obciążenie wynikowe nie może przekraczać 15-20% sumy mocy znamionowych podłączonych odbiorników elektrycznych i to w żaden sposób nie może służyć jako wskaźnik złego wykorzystania maszyn procesowych i urządzeń elektrycznych.

Z tego, co zostało powiedziane, wynika to jasno prawidłowe określenie obciążeń projektowych ma ogromne znaczenie. Decyduje to z jednej strony o możliwości niezawodnej, ciągłej pracy projektowanej jednostki technologicznej z jej pełną zdolnością produkcyjną i maksymalną wydajnością, a z drugiej strony o wysokości nakładów kapitałowych, zużycia bardzo cennych materiałów i urządzeń do wykonanie części elektrycznej instalacji i ekonomiczność jej pracy.

Ściśle mówiąc, cała sztuka inżyniera elektryka, wymyślenie najbardziej niezawodnych, a ponadto prostych w obsłudze, ekonomicznych sposobów zasilania projektowanej instalacji, wszystkich rozwiązań obwodów, obliczeń doboru przewodów, aparatów, urządzeń, przetwornic i transformatory, wszystko to można sprowadzić do zera z powodu nieprawidłowo zdefiniowanych obciążeń projektowych, które służą jako podstawa do wszystkich późniejszych obliczeń i decyzji.

Przy projektowaniu nowych instalacji w wielu przypadkach celowe, a nawet konieczne jest przewidzenie z góry rezerwy mocy generatorów, transformatorów, aparatury i przewodów, uwzględniając przewidywaną rozbudowę instalacji. Na tej podstawie czasami argumentuje się, że nie ma szczególnej potrzeby dążenia do mniej lub bardziej dokładnego wyznaczania obciążeń projektowych, ponieważ margines w nich nigdy nie zaszkodzi.

Takie stwierdzenia są błędne. Bez odpowiednich obliczeń nigdy nie można być pewnym obciążenie projektowe nie zostaną zlekceważone, a zaprojektowana instalacja elektryczna będzie w stanie zaspokoić potrzeby przedsiębiorstwa. Nie możemy też mieć pewności, że zapasy nie okażą się nadmierne.

Ponadto zapasy ukryte w błędnych obliczeniach nigdy nie mogą być uwzględnione. W razie potrzeby do zapasów ukrytych zostaną dodane oczywiście wymagane zapasy.

W wyniku takich kalkulacji całkowity zapas będzie zawsze nadmierny, koszty kapitałowe będą nieracjonalnie wysokie, a zakład będzie działał nieekonomicznie. Dlatego obciążenia projektowe należy zawsze obliczać z największą starannością, a niezbędne rezerwy dodawać do nich tylko celowo i rozważnie, a nie stosując przypadkowe współczynniki projektowe, które tworzą ukryte rezerwy.