Статья рассчитана на тех, кто имеет познания в электротехнике в объеме средней школы и желает ознакомиться с применением электротехнических расчетов в некоторых случаях повседневной жизни. Отзывы и пожелания по добавлению других расчетов просьба писать в комментариях.
1. Расчет величины переменного электрического тока при однофазной нагрузке.
Предположим, что у нас обычный дом или квартира в которой имеется электрическая сеть переменного тока напряжением 220 вольт.
В доме имеются электроприборы:
1. Для освещения дома установлены 5 электролампочек по 100 ватт каждая и 8 электролампочек мощностью 60 ватт каждая. 2. Электродуховка, мощностью 2 киловатта или 2000 ватт. 3. Телевизор, мощностью 0,1 киловатт или 100 ватт. 4. Холодильник, мощностью 0,3 киловатта или 300 ватт. 5. Стиральная машина мощностью 0,6 киловатт или 600 ватт. Нас интересует, какой ток будет протекать на вводе в наш дом или квартиру при одновременной работе всех вышеперечисленных электроприборов и не повредится ли наш электросчетчик, рассчитанный на ток 20 ампер?
Расчет: 1, Определяем суммарную мощность всех приборов: 500 + 480 + 2000 + 100 + 300 + 600 = 3980 ватт 2. Ток, протекающий в проводе при такой мощности определяется по формуле:
Где: I - ток в амперах (А) Р - мощность в ваттах (Вт) U - напряжение в вольтах (В) cos φ - коэффициент мощности (для бытовых электросетей можно принять 0,95) Подставим числа в формулу: І = 3980 /220 * 0,95 = 19,04 А Вывод: Счетчик выдержит, так как ток в цепи меньше 20 А. Для удобства пользователей ниже приведена форма расчета тока.
Вам следует ввести в соответствующие поля формы суммарное значения мощности в ваттах всех ваших электроприборов, напряжение в вольтах, обычно 220 и коэффициента мощности, 0,95 для бытовой нагрузки, нажать кнопку "Вычислить" и в поле "Ток" появится величина тока в амперах. Если у вас нагрузка в киловаттах, следует перевести ее в ватты, для чего умножить на 1000. Для очистки введенного значения мощности следует нажать кнопку "Очистить". Очистку введенных по умолчанию значений напряжения и косинуса следует произвести клавишей delete переместив курсор в соответствующую ячейку (при необходимости).
Форма расчета для определения тока при однофазной нагрузке.
Такой же расчет можно выполнить для торговой точки, гаража или любого объекта, имеющего однофазный ввод. А как быть, когда известен ток, который мы определили при помощи токоизмерительных клещей или амперметра, а нам необходимо знать подключенную мощность?
Форма расчета для определения мощности при однофазной нагрузке.
А какое значение cos φ для других токоприемников? (Внимание! Значения косинуса фи у Вашего оборудования могут отличаться от указанных): Лампы накаливания и электронагревательные приборы с нагревом сопротивлением (cosφ ≈ 1,0) Асинхронные двигатели, при неполной загрузке (cosφ ≈ 0,5) Выпрямительные электролизные установки (cosφ ≈ 0,6) Электродуговые печи (cosφ ≈ 0,6) Индукционные печи (cosφ ≈ 0,2-0,6) Водяные насосы (cosφ ≈ 0,8) Компрессоры (cosφ ≈ 0,7) Машины, станки (cosφ ≈ 0,5) Сварочные трансформаторы (cosφ ≈ 0,4) Лампы дневного света, подключенные через электромагнитный дроссель (cosφ ≈ 0,5-0,6)
2. Расчет величины постоянного электрического тока.
Постоянный ток для быта применяется в основном в электронных приборах, а также в бортовой электросети автомобиля. Допустим, вы решили установить дополнительную фару в автомобиле с лампой мощностью 60 ватт и подключить ее от фары ближнего света. И сразу же возникает вопрос - выдержит ли существующий предохранитель на 10 ампер для фары ближнего света при подключении еще одной фары?
Расчет: Предположим, что мощность лампы фары ближнего света 65 ватт. Подсчитаем ток по формуле:
где: I - ток в амперах (А) Р - мощность в ваттах (Вт) U - напряжение в вольтах (В)
Как мы видим, в отличие от формулы для переменного тока - cos φ - здесь нет. Подставим числа в формулу: І = 65 /12 = 5,42 А 65 Вт - мощность лампы 12 В - напряжение в бортовой сети автомобиля 5,42 А - ток в цепи лампы. Мощность двух ламп в основной и дополнительной фарах составит 60+65 = 125 вт І = 125/12 = 10,42 А Вывод: При подключении 2-х фар, предохранитель, рассчитанный на 10 А может не выдержать, поэтому его желательно заменить на ближайший с большим током уставки.
Для удобства пользователей ниже приведена форма расчета тока. Вам следует ввести в соответствующие поля формы суммарное значения мощности в ваттах всех ваших электроприборов, напряжение в вольтах, нажать кнопку "Вычислить" и в поле "Ток" появится величина тока в амперах. Для очистки следует нажать кнопку "Очистить". Форма расчета для определения постоянного тока.
3. Расчет величины переменного электрического тока при трехфазной нагрузке.
Теперь предположим, что нас обычный дом или квартира в которой имеется электрическая сеть переменного тока напряжением 380/220 вольт. Почему указываются два напряжения - 380 В и 220 В? Дело в том, что при подключении к трехфазной сети в ваш дом заходят 4 провода - 3 фазы и нейтраль (по старому - ноль).
Так вот, напряжение между фазными проводами или иначе - линейное напряжение будет 380 В, а между любой из фаз и нейтралью или иначе фазное напряжение будет 220 В. Каждая из трех фаз имеет свое обозначение латинскими литерами А, В, С. Нейтраль обозначается латинской N.
Таким образом, между фазами А и В, А и С, В и С - будет напряжение 380 В. Между А и N, В и N, С и N будет 220 В и к этим проводам можно подключать электроприборы напряжением 220 В, а значит в доме может быть как трехфазная, так и однофазная нагрузка.
Чаще всего, есть и та и та и ее называют смешанной нагрузкой.
Для начала посчитаем ток при чисто трехфазной нагрузке.
В доме имеются трехфазные электроприборы:
1. Электродвигатель, мощностью 3 киловатта или 3000 ватт.
2. Электроводонагреватель, мощностью 15 киловатт или 15000 ватт.
Вообще-то трехфазные нагрузки принято считать в киловаттах, поэтому, если они записаны в ваттах, их следует разделить на 1000. Нас интересует, какой ток будет протекать на вводе в наш дом или квартиру при одновременной работе всех вышеперечисленных электроприборов и не повредится ли наш электросчетчик, рассчитанный на ток 20 ампер?
Расчет: Определяем суммарную мощность всех приборов: 3 кВт + 15 кВт = 18 кВт 2. Ток, протекающий в фазном проводе при такой мощности определяется по формуле:
Где: I - ток в амперах (А) Р - мощность в киловаттах (кВт) U - линейное напряжение, В cos φ - коэффициент мощности (для бытовых электросетей можно принять 0,95) Подставим числа в формулу: = 28,79 А
Вывод: Счетчик не выдержит, поэтому нужно заменить на ток не менее 30 А. Для удобства пользователей ниже приведена форма расчета тока.
Для того, чтобы не пользоваться калькулятором, просто вводим свои числа в нижеприведенную форму и нажимаем кнопку "Вычислить".
Форма расчета для определения тока при трехфазной нагрузке.
А как быть, когда известен ток трехфазной нагрузки (одинаковый для каждой из фаз), который мы определили при помощи токоизмерительных клещей или амперметра, а нам необходимо знать подключенную мощность?
Преобразуем формулу расчета тока в расчет мощности.
Для того, чтобы не пользоваться калькулятором, просто вводим свои числа в нижеприведенную форму и нажимаем кнопку "Вычислить".
Форма расчета для определения мощности при трехфазной нагрузке.
Теперь посчитаем ток при смешанной трехфазной и однофазной нагрузках.
Итак в дом заведены 3 фазы и электрик, производящий монтаж электропроводки должен стремиться к тому, чтобы фазы были нагружены равномерно, хотя так получается далеко не всегда.
В нашем доме получилось, к примеру, так: - фаза А и нейтраль с напряжением между ними, как мы уже знаем - 220 В заведены в гараж и скважину а также освещение двора, общая нагрузка - 12 лампочек по 100 ватт, электронасос 0,7 кВт или 700 ватт. - фаза В и нейтраль с напряжением между ними - 220 В заведены в дом, общая нагрузка 1800 ватт. - фаза С и нейтраль с напряжением между ними - 220 В заведены в летнюю кухню, общая нагрузка электропечки и ламп - 2,2 кВт.
Имеем однофазные нагрузки: по фазе А нагрузку 1900 ватт, по фазе В - 1800 ватт, по фазе С - 2200 ватт, суммарно по трем фазам 5,9 кВт. Кроме того, на схеме показаны и трехфазные нагрузки 3 кВт и 15 кВт, а значит общая мощность смешанной нагрузки составит 23,9 кВт.
Вводим по очереди значения этих мощностей и вычисляем токи.
Для фазы А будет - 9,09 А, для В - 8,61 А, для С - 10,53 А. Но у нас по проводам всех трех фаз уже проходит ток трехфазной нагрузки, поэтому, чтобы узнать суммарное значение тока в каждой из фаз, надо просто сложить токи трехфазной и однофазной нагрузок. Фаза А 28,79 А + 9,09 А = 37,88 А Фаза В 28,79 А + 8,61 = 37,40 А Фаза С 28,79 А + 10,53 = 39,32 А. Наибольший ток смешанной нагрузки в фазе С.
А как быть, когда известен ток смешанной трехфазной нагрузки (разный для каждой из фаз), который мы определили при помощи токоизмерительных клещей или амперметра, а нам необходимо знать подключенную мощность?
В таком случае необходимо определить потребляемую мощность каждой из трех фаз по форме расчета для определения мощности при однофазной нагрузке и затем просто сложить эти мощности, что и даст нам общую мощность смешанной трехфазной нагрузки. Воспользовавшись примером для смешанной нагрузки, мы видим, что общий ток по фазе А составил 37,88 А, фазе В - 37,40 А, фазе С - 39,32 А.
7.2. Проверка выбранного сечения по потере напряжения.
Для начала по известной присоединенной мощности P = 3980 Вт, фазном напряжении U ф = 220 В и косинусе фи 0,95 нужно определить ток нагрузки. Не буду повторяться, поскольку мы это уже проходили в начале раздела 1. «Расчет величины переменного электрического тока при однофазной нагрузке». Кроме того, для выбора материала и сечения провода к току нагрузки необходимо прибавить коэффициент запаса 30% или, что, то же самое, умножить на 1,3. В нашем случае ток нагрузки равен 19,04 А. Коэффициент запаса 30% к току нагрузки 1,3 · I н = 1,3 · 19,04 = 24,76 А.
Выбираем алюминиевый провод и по таблице 1.3.5 ПУЭ определяем ближайшее наибольшее сечение, которое будет равно 4 мм 2 для открыто проложенных проводов при токе 32 А.
Для того чтобы пользователь мог подставлять свои значения ниже приведена форма расчета, состоящая из двух частей.
Форма расчета для определения потерь напряжения в двухпроводной однофазной или двухфазной сети.
Часть 1. Вычисляем ток нагрузки и ток с коэффициентом запаса 30% для выбора сечения провода.
Расчет нагрузки на фундамент от будущего дома наряду с определением свойств грунта на участке застройки — это две первоочередные задачи, которые нужно выполнить при проектировании любого фундамента.
О приблизительной оценке характеристик несущих грунтов своими силами говорилось в статье . А здесь представлен калькулятор, с помощью которого можно определить общий вес строящегося дома. Полученный результат используется для расчёта параметров выбранного типа фундамента. Описание структуры и работы калькулятора приводится непосредственно под ним.
Работа с калькулятором
Шаг 1: Отмечаем имеющуюся у нас форму коробки дома. Есть два варианта: либо коробка дома имеет форму простого прямоугольника (квадрата), либо любую другую форму сложного многоугольника (в доме больше четырёх углов, имеются выступы, эркеры и т.п.).
При выборе первого варианта необходимо задать длину (А-В) и ширину (1-2) дома, при этом нужные для дальнейшего расчёта значения периметра наружных стен и площади дома в плане высчитываются автоматически.
При выборе же второго варианта периметр и площадь необходимо рассчитать самостоятельно (на бумажке), т.к варианты формы коробки дома очень разнообразны и у всех свои. Полученные цифры заносятся в калькулятор. Обращайте внимание на единицы измерения. Расчеты ведутся в метрах, в квадратных метрах и килограммах.
Шаг 2: Указываем параметры цоколя дома. Простыми словами, цоколь — это нижняя часть стен дома, возвышающаяся над уровнем грунта. Он может исполняться в нескольких вариантах:
- цоколь является верхней частью ленточного фундамента выступающей над уровнем грунта.
- цоколь является отдельной частью дома материал которой отличается и от материала фундамента и от материала стен, например, фундамент из монолитного бетона, стены из бруса, а цоколь из кирпича.
- цоколь выполняется из того же материала, что и наружные стены, но так как он часто облицовывается другими материалами нежели стены и не имеет внутренней отделки, поэтому мы считаем его отдельно.
В любом случае высоту цоколя отмеряйте от уровня грунта до уровня, на который ложится цокольное перекрытие.
Шаг 3:
Указываем параметры наружных стен дома. Высота их отмеряется от верха цоколя до крыши либо до основания фронтона, так как отмечено на рисунке.
Суммарную площадь фронтонов также как и площадь оконных и дверных проёмов в наружных стенах необходимо рассчитать исходя из проекта самостоятельно и внести полученные значения в калькулятор.
В расчёт заложены среднестатистические цифры удельного веса оконных конструкций с двухкамерным стеклопакетом (35 кг/м²) и дверей (15 кг/м²).
Шаг 4: Указываем параметры перегородок в доме. В калькуляторе несущие и не несущие перегородки считаются отдельно. Сделано это специально, так как в большинстве случаев несущие перегородки более массивные (они воспринимают нагрузку от перекрытий или крыши). А не несущие перегородки являются просто ограждающими конструкциями и могут возводиться, к примеру, просто из гипсокартона.
Шаг 5: Указываем параметры крыши. В-первую очередь выбираем её форму и уже исходя из неё задаём нужные размеры. Для типовых крыш площади скатов и углы их наклона рассчитываются автоматически. Если же Ваша крыша имеет сложную конфигурацию, то площадь её скатов и угол их наклона, необходимые для дальнейших расчётов, придётся определять опять же самостоятельно на бумажке.
Вес кровельного покрытия в калькуляторе рассчитывается с учётом веса стропильной системы, принятого равным 25 кг/м².
Расчёт в калькуляторе производится на основании формулы (10.1) из СП 20.13330.2011 (Актуализированная версия СНиП 2.01.07-85*):
S 0 = 1,4 ∗ 0,7 ∗ c e ∗ c t ∗ μ ∗ S g ,
где 1,4 — коэффициент надёжности по снеговой нагрузке принятый по пункту (10.12);
0,7 — понижающий коэффициент зависящий от средней температуры в январе для данного региона. Данный коэффициент принимается равным единице при средней январской температуре выше -5º С. Но так как практически на всей территории нашей страны средние январские температуры ниже этой отметки (видно на карте 5 приложения Ж данного СНиПа), то в калькуляторе изменение коэффициента 0,7 на 1 не предусмотрено.
c e и c t — коэффициент, учитывающий снос снега и термический коэффициент. Их значения приняты равными единице для облегчения расчётов.
S g — вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной проекции крыши, определяется исходя из выбранного нами снегового района по карте;
μ — коэффициент, значение которого зависит от угла наклона скатов крыши. При угле более 60º μ =0 (т.е. снеговая нагрузка вообще не учитывается). При угле менее 30º μ =1. При промежуточных значениях угла наклона скатов необходимо производить интерполяцию. В калькуляторе это делается на основании простой формулы:
μ = 2 — α/30 , где α — угол наклона скатов в градусах
Шаг 6: Указываем параметры перекрытий. Помимо веса самих конструкций в расчёт заложена эксплуатационная нагрузка равная 195 кг/м² для цокольного и межэтажных перекрытий и 90 кг/м² для чердачного перекрытия.
Внеся все исходные данные, нажмите кнопку «РАССЧИТАТЬ!». При каждом изменении какого-либо исходного значения для обновления результатов также нажимайте данную кнопку.
Обратите внимание! Ветровая нагрузка при сборе нагрузок на фундамент в малоэтажном строительстве не учитывается. Можно посмотреть пункт (10.14) СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».
Калькулятор Вес-Дома-Онлайн v.1.0
Расчет веса дома с учетом снеговой и эксплуатационной нагрузки на перекрытия (расчет вертикальных нагрузок на фундамент). Калькулятор реализован на основе СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия (актуал. версия СНиП 2.01.07-85).
Пример расчета
Дом из газобетона размерами 10х12м одноэтажный с жилой мансардой.
Входные данные
- Конструктивная схема здания: пятистенок (с одной внутренней несущей стеной по длинной стороне дома)
- Размер дома: 10х12м
- Количество этажей: 1 этаж + мансарда
- Снеговой район РФ (для определения снеговой нагрузки): г.Санкт-Петербург – 3 район
- Материал кровли: металлочерепица
- Угол наклона крыши: 30⁰
- Конструктивная схема: схема 1 (мансарда)
- Высота стен мансарды: 1.2м
- Отделка фасадов мансарды: кирпич лицевой фактурный 250х60х65
- Материал наружных стен мансарды: газобетон D500, 400мм
- Материал внутренних стен мансарды: не участвует (конек подпирают колоны, которые в расчете не участвуют из-за малого веса)
- Эксплуатационная нагрузка на перекрытия: 195кг/м2 – жилая мансарда
- Высота первого этажа: 3м
- Отделка фасадов 1 этажа: кирпич лицевой фактурный 250х60х65
- Материал наружных стен 1 этажа: газобетон D500, 400мм
- Материал внутренних стен этажа: газобетон D500, 300мм
- Высота цоколя: 0.4м
- Материал цоколя: кирпич полнотелый (кладка в 2 кирпича), 510мм
Размеры дома
Длина наружных стен: 2 * (10 + 12) = 44 м
Длина внутренней стены: 12 м
Общая длина стен: 44 + 12 = 56 м
Высота дома с учетом цоколя = Высота стен цоколя + Высота стен 1-го этажа + Высота стен мансарды + Высота фронтонов = 0.4 + 3 + 1.2 + 2.9 = 7.5 м
Для нахождения высоты фронтонов и площади кровли воспользуемся формулами из тригонометрии.
АВС – равнобедренный треугольник
АВ=ВС – неизвестно
АС = 10 м (в калькуляторе расстояние между осями АГ)
Угол ВАС = Угол ВСА = 30⁰
ВС = AC * ½ * 1/ cos(30⁰) = 10 * 1/2 * 1/0.87 = 5.7 м
BD = BC * sin(30⁰) = 5.7 * 0.5 = 2.9 м (высота фронтона)
Площадь треугольника АВС (площадь фронтона) = ½ * BC * AC * sin(30⁰) = ½ * 5.7 * 10 * 0.5 = 14
Площадь кровли = 2 * BC * 12 (в калькуляторе расстояние между осями 12) = 2 * 5.7 * 12 = 139 м2
Площадь наружных стен = (Высота цоколя + Высота 1-го этажа + Высота стен мансарды) * Длину наружных стен + Площадь двух фронтонов = (0.4 + 3 + 1.2) * 44 + 2 * 14 = 230 м2
Площадь внутренних стен = (Высота цоколя + Высота 1-го этажа) * Длина внутренних стен = (0.4 + 3) * 12 = 41м2 (Мансарда без внутренней несущей стены. Конек подпирают колоны, которые в расчете не участвуют из-за малого веса).
Общая площадь перекрытий = Длина дома * Ширина дома * (Кол-во этажей + 1) = 10 * 12 * (1 + 1) = 240 м2
Расчет нагрузок
Крыша
Город застройки: Санкт-Петербург
По карте снеговых районов РФ город Санкт-Петербург относится к 3 району. Расчетная снеговая нагрузка для данного района составляет 180 кг/м2.
Снеговая нагрузка на крышу = Расчетная снеговая нагрузка * Площадь кровли * Коэффициент (зависит от угла наклона крыши) = 180 * 139 * 1 = 25 020 кг = 25 т
(коэффициент, зависящий от уклона кровли. При 60 градусов снеговая нагрузка не учитывается. До 30 градусов коэфф = 1, от 31-59 градусов коэфф. рассчитывается интерполяцией)
Масса кровли = Площадь кровли * Масса материала кровли = 139 * 30 = 4 170 кг = 4 т
Общая нагрузка на стены чердака = Снеговая нагрузка на крышу + Масса кровли = 25 + 4 = 29 т
Важно! Удельные нагрузки материалов показаны в конце данного примера.
Мансарда (чердак)
Масса наружных стен = (Площадь стен мансарды + Площадь стен фронтонов) * (Масса материала наружных стен + Масса материала фасада) = (1.2 * 44 + 28) * (210 + 130) = 27 472 кг = 27 т
Масса внутренних стен = 0
Масса чердачного перекрытия = Площадь чердачного перекрытия * Масса материала перекрытия = 10 * 12 * 350 = 42 000 кг = 42 т
Общая нагрузка на стены 1-го этажа = Общая нагрузка на стены чердака + Масса наружных стен мансарды + Масса чердачного перекрытия + Эксплуатационная нагрузка перекрытия = 29 + 27 + 42 + 23 = 121 т
1 этаж
Масса наружных стен 1-го этажа = Площадь наружных стен * (Масса материала наружных стен + Масса материала фасада) = 3 *44 * (210 + 130) = 44 880 кг = 45 т
Масса внутренних стен 1-го этажа = Площадь внутренних стен * Масса материала внутренних стен = 3 * 12 * 160 = 5 760кг = 6 т
Масса перекрытия цоколя = Площадь перекрытия * Масса материала перекрытия = 10 * 12 * 350 = 42 000 кг = 42 т
Эксплуатационная нагрузка перекрытия = Расчетная эксплуатационная нагрузка * Площадь перекрытия = 195 * 120 = 23 400 кг = 23 т
Общая нагрузка на стены 1-го этажа = Общая нагрузка на стены 1-го этажа + Масса наружных стен 1-го этажа + Масса внутренних стен 1-го этажа + Масса перекрытия цоколя + Эксплуатационная нагрузка перекрытия = 121 + 45 + 6 + 42 + 23 = 237 т
Цоколь
Масса цоколя = Площадь цоколя * Масса материала цоколя = 0.4 * (44 + 12) * 1330 = 29 792 кг = 30 т
Общая нагрузка на фундамент = Общая нагрузка на стены 1-го этажа + Масса цоколя = 237 + 30 = 267 т
Вес дома с учетом нагрузок
Общая нагрузка на фундамент с учетом коэффициента запаса = 267 *1.3 = 347 т
Погонный вес дома при равномерно распределенной нагрузке на фундамент = Общая нагрузка на фундамент с учетом коэффициента запаса / Общая длина стен = 347 / 56 = 6,2 т/м.п. = 62 кН/м
При выборе расчета нагрузок по несущим стенам (пятистенок – 2 наружных несущих + 1 внутренняя несущая) получились следующие результаты:
Погонный вес наружных несущих стен (оси А и Г в калькуляторе) = Площадь 1-ой наружной несущей стены цоколя * Масса материал стены цоколя + Площадь 1-ой наружной несущей стены * (Масса материала стены + Масса материала фасада) + ¼ * Общая нагрузка на стены чердака + ¼ * (Масса материала чердачного перекрытия + Эксплуатационная нагрузка чердачного перекрытия) + ¼ * Общая нагрузка на стены чердака + ¼ * (Масса материала перекрытия цоколя + Эксплуатационная нагрузка перекрытия цоколя) = (0.4 * 12 * 1.33) + (3 + 1.2) * 12 * (0.210 + 0.130) + ¼ * 29 + ¼ * (42 + 23) + + ¼ * (42 + 23) = 6.4 + 17.2 + 7.25 + 16.25 + 16.25 = 63т = 5.2 т/м.п. = 52 кН
Теория расчета электрических нагрузок , основы которой сформировалась в 1930е годы, ставила целью определить набор формул, дающих однозначное решение при заданных электроприемниках и графиках (показателях) электрических нагрузок. В целом практика показала ограниченность подхода «снизу вверх», опирающегося на исходные данные по отдельным электроприемникам и их группам. Эта теория сохраняет значение при расчете режимов работы небольшого числа электроприемников с известными данными, при сложении ограниченного числа графиков, при расчетах для 2УР.
В 1980-1990е гг. теория расчета электрических нагрузок все в большей степени придерживается неформализованных методов, в частности, комплексного метода расчета электрических нагрузок, элементы которого вошли в «Указания по расчету электрических нагрузок систем электроснабжения» (РТМ 36.18.32.0289). Вероятно, работа с информационными базами данных по электрическим и Технологическим показателям, кластеранализ и теория распознавания образов, построение вероятностных и ценологических распределений для экспертной и профессиональнологической оценки могут решить окончательно проблему расчета электрических нагрузок на всех уровнях системы электроснабжения и на всех стадиях принятия технического или инвестиционного решения.
Формализация расчета электрических нагрузок развивалась все годы в нескольких направлениях и привела к следующим методам:
- эмпирический (метод коэффициента спроса, двухчленных эмпирических выражений, удельного расхода электроэнергии и удельных плотностей нагрузки, технологического графика);
- упорядоченных диаграмм, трансформировавшийся в расчет по коэффициенту расчетной активной мощности;
- собственно статистический;
- вероятностного моделирования графиков нагрузки.
Метод коэффициента спроса
Метод коэффициента спроса наиболее прост, широко распространен, с него начался расчет нагрузок. Он заключается в использовании выражения (2.20): по известной (задаваемой) величине Ру и табличным значениям, приводимым в справочной литературе (примеры см. в табл. 2.1):
Величина Кс принимается одинаковой для электроприемников одной группы (работающих в одном режиме) независимо от числа и мощности отдельных приемников. Физический смысл - это доля суммы номинальных мощностей электроприемников, статистическиотражающая максимальный практически ожидаемый и встречающийся режим одновременной работы и загрузки некоторого неопределенного сочетания (реализации) установленных приемников.
Приводимые справочные данные по Кс и Кп соответствуют максимальному значению, а не математическому ожиданию. Суммирование максимальных значений, а не средних неизбежно завышает нагрузку. Если рассматривать любую группу ЭП современного электрического хозяйства (а не 1930- 1960х гг.), то становится очевидной условность понятия «однородная группа». Различия в значении коэффициента - 1:10 (до 1:100 и выше) - неизбежны и объясняются ценологически ми свойствами электрического хозяйства.
В табл. 2.2 приведены значения ЛГС, характеризующие насосы как группу. При углублении исследований KQ4 например только для насосов сырой воды, также может быть разброс 1:10.
Правильнее учиться оценивать Кс в целом по потребителю (участку, отделению, цеху). Полезно выполнять анализ расчетных и действительных величин для всех близких по технологии объектов одного и того же уровня системы электроснабжения, аналогичной табл. 1.2 и 1.3. Это позволит создать личный информационный банк и обеспечить точность расчетов. Метод удельного расхода электроэнергии применим для участков (установок) 2УР (второый, третий… Уровень Энергосистемы), отделений ЗУР и цехов 4УР, где технологическая продукция однородная и количественно меняется мало (увеличение выпуска снижает, как правило, удельные расходы электроэнергии Ауй).
Метод «максимальная мощность»
В реальных условиях продолжительная работа потребителя не означает постоянство нагрузки в точке ее присоединения на более высоком уровне системы электроснабжения. Как статистическая величина Луд, определяемая для какогото ранее выделенного объекта по электропотреблению А и объему Л/, есть некоторое усреднение на известном, чаще месячном или годовом, интервале. Поэтому применение формулы (2.30) дает не максимальную, а среднюю нагрузку. Для выбора трансформаторов ЗУР можно принять Рср = Рмах. В общем случае, особенно для 4УР (цеха), необходимо учитывать Кмах в качестве Т принимать действительное годовое (суточное) число часов работы производства с максимумом использования активной мощности.
Метод удельных плотностей нагрузок
Метод удельных плотностей нагрузок близок к предыдущему. Задается удельная мощность (плотность нагрузки) у и определяется площадь здания сооружения или участка, отделения, цеха (например, для машиностроительных и металлообрабатывающих цехов у = 0,12…0,25 кВт/м2; для кислородноконвертерных цехов у = = 0,16…0,32 кВт/м2). Нагрузка, превышающая 0,4 кВт/м2, возможна для некоторых участков, в частности, для тех, где имеются единичные электроприемники единичной мощности 1,0…30,0 МВт.
Метод технологического графика
Метод технологического графика опирается на график работы агрегата, линии или группы машин. Например, график работы дуговой сталеплавильной печи конкретизируется: указывается время расплавления (27…50 мин), время окисления (20…80 мин), число плавок, технологическая увязка с работой других сталеплавильных агрегатов. График позволяет определить общий расход электроэнергии за плавку, среднюю за цикл (с учетом времени до начала следующей плавки), и максимальную нагрузку для расчета питающей сети.
Метод упорядоченных диаграмм
Метод упорядоченных диаграмм, директивно применявшийся в 1960 - 1970е гг. для всех уровней системы электроснабжения и навсех стадиях проектирования, в 1980- 1990е гг. трансформировался в расчет нагрузок по коэффициенту расчетной активной мощности. При наличии данных о числе электроприемников, их мощности, режимах работы его рекомендуют применять для расчета элементов системы электроснабжения 2УР, ЗУР (провод, кабель, шинопровод, низковольтная аппаратура), питающих силовую нагрузку напряжением до 1 кВ (упрощенно для эффективного числа приемников всего цеха, т.е. для сети напряжением 6 - 10 кВ 4УР). Различие метода упорядоченных диаграмм и расчета по коэффициенту расчетной активной мощности заключается в замене коэффициента максимума,всегда понимаемого однозначно как отношение Рмах/Рср (2.16), коэффициентом расчетной активной мощности Ар. Порядок расчета для элемента узла следующий:
Составляется перечень (число) силовых электроприемников с указанием их номинальной PHOMi (установленной) мощности;
Определяется рабочая смена с наибольшим потреблением электроэнергии и согласовываются (с технологами и энергосистемой) характерные сутки;
Описываются особенности технологического процесса, влияющие на электропотребление, выделяются электроприемники с высокой неравномерностью нагрузки (они считаются подругому - по максимуму эффективной нагрузки);
Исключаются из расчета (перечня) электроприемники: а) малой мощности; б) резервные по условиям расчета электрических нагрузок; в) включаемые эпизодически;
Определяются группы т электроприемников, имеющих одинаковый тип (режим) работы;
Из этих групп выделяютсяуе подгруппы, имеющие одинаковую величину индивидуального коэффициента использования а:и/;
Выделяются электроприемники одинакового режима работы и определяется их средняя мощность;
Вычисляется средняя реактивная нагрузка;
Находится групповой коэффициент использования Кн активноймощности;
Рассчитывается эффективное число электроприемников в груп пе из п электроприемников:
где эффективное (приведенное) число электроприемников - это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного максимума Р, что и группа электроприемников, различных по мощности и режиму работы.
При числе электроприемнйков в группе четыре и более допускается принимать пэ равным п (действительному числу электроприемников) при условии, что отношение номинальной мощности наибольшего электроприемника Pmutm к номинальной мощности меньшего электроприемника Дом mm меньше трех. При определении значения п допускается исключать мелкие электроприемники, суммарная мощность которых не превышает 5 % от номинальной мощности всей группы;
По справочным данным и постоянной времени нагрева Т0 принимается величина расчетного коэффициента Кр;
Определяется расчетный максимум нагрузки:
Электрические нагрузки отдельных узлов системы электроснабжения в сетях напряжением выше 1 кВ (находящиеся на 4УР, 5УР) рекомендовалось определять аналогично с включением потерь в .
Результаты расчетов сводят в таблицу. Этим исчерпывается расчет нагрузок по коэффициенту расчетной активной мощности.
Расчетная максимальная нагрузка группы электроприемников Ртах может быть найдена упрощенно:
где Рном - групповая номинальная мощность (сумма номинальных мощностей, за исключением резервных по расчету электрических нагрузок); Рср.см ~ средняя активная мощность за наиболее загруженную смену.
Расчет по формуле (2.32) громоздок, труден для понимания и применения, а главное, он нередко дает двукратную (и более) ошибку. Негауссову случайность, неопределенность и неполноту исходной информации метод преодолевает допущениями: электроприемники одного названия имеют одинаковые коэффициенты, исключаются резервные двигатели по условиям электрических нагрузок, коэффициент использования считается независимым от числа электроприемников в группе, выделяются электроприемники с практически постоянным графиком нагрузки, исключаются из расчета наименьшие по мощности электроприемники. Метод не дифференцирован для различных уровней системы электроснабжения и для различных стадий выполнения (согласования) проекта. Расчетный коэффициент максимума Ктах активной мощности принимается стремящимся к единице при увеличении числа электроприемников (фактически это не так - статистика этого не подтверждает. Для отделения, где двигателей 300… 1000 шт., и цеха, где их до 6000 шт., коэффициент может составлять 1,2… 1,4). Внедрение рыночных отношений, ведущих к автоматизации, разнообразию выпуска продукции, перемещает электроприемники из группы в группу.
Статистическое определение ЯСр.см для действующих предприятий осложняется трудностью выбора наиболее загруженной смены (перенос начала работы разных категорий работников в пределах смены, четырехсменная работа и др.). Проявляется неопределенность при измерениях (наложение на административнотерриториальную структуру). Ограничения со стороны энергосистемы ведут к режимам, когда максимум нагрузки Ртгх встречается в одной смене, в то время как расход электроэнергии больше в другой смене. При определении Рр нужно отказаться от Рср.см исключив промежуточные расчеты.
Подробное рассмотрение недостатков метода вызвано необходимостью показать, что расчет электрических нагрузок, опирающийся на классические представления об электрической цепи и графиках нагрузки, теоретически не может обеспечить достаточную точность.
Статистические методы расчета электрических нагрузок устойчиво отстаиваются рядом специалистов. Методом учитывается, что даже для одной группы механизмов, работающих на данном участке производства, коэффициенты и показатели меняются в широких пределах. Например, коэффициент включения для неавтоматических однотипных металлорежущих станков меняется от 0,03 до 0,95, загрузки A3 - от 0,05 до 0,85.
Задача нахождения максимума функции Рр на некотором интервале времени осложняется тем, что от 2УР, ЗУР, 4УР питаются электроприемники и потребители с различным режимом работы. Статистический метод основывается на измерении нагрузок линий, питающих характерные группы электроприемников, без обращения к режиму работы отдельных электроприемников и числовым характеристикам индивидуальных графиков.
{xtypo_quote}Метод использует две интегральные характеристики: генеральную среднюю нагрузку PQp и генеральное среднее квадратичное отклонение, где дисперсия DP берется для того же интервала осреднения. {/xtypo_quote}
Максимум нагрузки определяется следующим образом:
Значение р принимается различным. В теории вероятности часто используется правило трех сигм: Ртах = Рср ± За, что при нормальном распределении соответствует предельной вероятности 0,9973. Вероятности превышения нагрузки на 0,5 % соответствует р = 2,5; для р = 1,65 обеспечивается 5%я вероятность ошибки.
Статистический метод является надежным методом изучения нагрузок действующего промышленного предприятия, обеспечивающим относительно верное значение заявляемого промышленным предприятием максимума нагрузки Pi(miiX) в часы прохождения максимума в энергосистеме. При этом приходится допускать гауссово распределение работы электроприемников (потребителей).
Метод вероятностного моделирования графиков нагрузки предполагает непосредственное изучение вероятностного характера последовательных случайных изменений суммарной нагрузки групп электроприемников во времени и основан на теории случайных процессов, с помощью которой получают автокорреляционную (формула (2.10)), взаимно корреляционную функции и другие параметры. Исследования графиков работы электроприемников большой единичной мощности, графиков работы цехов и предприятий обусловливают перспективность метода управления режимами электропотребления и выравнивания графиков.
