Разъяснения по расчету электрических нагрузок методом коэффициента спроса
1. Исходные данные для расчета
В качестве исходных данных примем, что нужно выполнить расчет нагрузок для щита офиса:
- В офисе 6 помещений;
- Освещение при помощи светильников с люминесцентными лампами;
- Розеточная сеть для компьютеров и «бытовых» потребителей выполнена раздельно;
- В офисе установлены кондиционеры;
- В офисе есть помещение приёма пищи с чайником, микроволновкой, холодильником и телевизором.
Распределяем потребителей по группам и заполняем расчетную таблицу.
Коэффициент спроса электрооборудования таблица ПУЭ
Коэффициент спроса электрооборудования – это отношение расчётной мощности (Рр) к суммарной номинальной мощности данной группы электропотребителей.
Кс=Рр/Рн
В нормативных документах приводятся таблицы коэффициентов спроса в зависимости от количества групп потребителей и их назначения. При известной номинальной мощности (Рн) группы и известном количестве таких потребителей можно без труда вычислить расчетную мощность
Рр=Кс*Рн
Казалось бы, ничего сложного, но, как показывает практика, ошибка в таком расчёте может потом дорого стоить для предприятия и его электроснабжения.
Чтобы понять суть данного значения, нужно понимать, что электрооборудование на производстве это не только лампочки и двигатели, это подстанции огромных мощностей, станки, нагревательные печи, системы ГД(генератор-двигатель), вентиляционные системы. Конечно же, при расчёте нужно знать мощность каждого агрегата, чтобы общая их суммарная мощность обладала необходимой величиной объёма тока. Это и есть различие между расчётной мощностью и её реальными показателями. Таблица же не имеет в перечне какого-либо конкретного электрооборудования, а только лишь определённые цеха предприятий.
Вот расчётная таблица самых распространённых электроприёмников на подстанции и соответствующий им коэффициент спроса.
Расчётная мощность является основой при выборе защитной и коммутационной аппаратуры, а также при расчёте сечения токопроводящих кабелей и шин. Сам коэффициент спроса всего лишь инструмент для расчёта и определения величины расчётной мощности.
Что же касается производственных мощностей, то рассмотрим некоторые из них:
- Цеха общепромышленного назначения. Они не включают в свой состав строительное оборудование, а также оборудование, используемое в цехах с узкой специализацией. И коэффициент спроса колеблется от 0,35 до 0,8. При этом первые значения применимы к вспомогательным и дополнительным цехам, более высокие показатели в подразделениях где есть термическая обработка.
- Заводы по плавке меди. В таблице книги ПУЭ (правила устройства электроустановок) это завод, специализирующийся только на переплавке медной продукции и получении меди. Здесь оборудование схоже с предыдущими объектами, кроме, конечно же, ватержакеты и отражательных печек. Их коэффициент около 0,5.
- Металлургические заводы цветных металлов. Здесь очень часто применяются такие виды оборудования, как сушильные барабаны и специальные лаборатории, с коэффициентом 0,25. Есть здесь и цеха которые более требовательны к нагрузкам, например, отдел электролиза с коэффициентом 0,7.
Обозначение проблемы.
Коэффициент спроса Кс – это отношение расчетной мощности Рр к суммарной номинальной мощности группы.
| (displaystyle large {K_с = frac{P_р}{P_н}}) | (1) |
В нормативных документах приводятся таблицы коэффициентов спроса в зависимости от количества электроприемников (ЭП) для различных групп оборудования. При известной номинальной мощности Рн группы и известном количестве ЭП можно без труда вычислить расчетную мощность группы по формуле
| (displaystyle large {P_р = K_с cdot P_н}) | (2) |
Казалось бы, ничего сложного, но, как показывает практика, даже в таком простейшем случае можно допустить грубейшую ошибку.
Чтобы не быть голословным, приведу пример из жизни – фрагмент из проекта реконструкции центральной районной больницы.
Суть состоит в следующем. От вводно-распределительного устройства (ВРУ) по магистральной схеме запитаны 3 щита. Состав ЭП приведен в таблице 1.
Таблица 1.
| Наименование ЭП | Рн, кВт | Количество, шт. |
| Щит 1 | 10,97 | 34 |
| монитор 1 | 2,0 | 2 |
| монитор 2 | 0,15 | 1 |
| облучатель кварцевый | 0,1 | 13 |
| электрополотенце | 1,1 | 1 |
| микроволновая печь | 0,6 | 1 |
| электрочайник | 1,2 | 1 |
| светильник местного освещения | 0,1 | 2 |
| аппарат вентиляции | 0,1 | 1 |
| кровать для родовспоможения | 0,2 | 2 |
| насос инфузионный | 0,012 | 2 |
| столик | 0,4 | 2 |
| аспиратор | 0,1 | 2 |
| шприцевая помпа | 0,05 | 2 |
| монитор 3 | 0,4 | 2 |
| Щит 2 | 19,8 | 17 |
| облучатель кварцевый | 0,1 | 6 |
| электромармит | 1,0 | 1 |
| микроволновая печь | 0,6 | 1 |
| электрочайник | 1,2 | 1 |
| электроплита | 10,4 | 1 |
| электрокипятильник | 3,2 | 1 |
| наркозный аппарат | 0,1 | 1 |
| светильник местного освещения | 0,1 | 1 |
| столик | 0,4 | 1 |
| швейная машина | 1,5 | 1 |
| негатоскоп | 0,3 | 1 |
| компьютер | 0,4 | 1 |
| Щит 3 | 22,95 | 21 |
| передвижные рентген аппараты | 4,5 | 4 |
| облучатели кварцевые | 0,1 | 12 |
| электрополотенце | 1,1 | 1 |
| микроволновая печь | 0,6 | 1 |
| электрочайник | 1,2 | 1 |
| столик | 0,4 | 1 |
| водонагреватель | 0,45 | 1 |
| Итого по щитам | 53,72 | 72 |
Для определения расчетной нагрузки проектировщик использовал «Методические рекомендации по определению расчетных электрических нагрузок учреждений здравоохранения», разработанные Государственным проектным и научно-исследовательским институтом по проектированию учреждений здравоохранения “ГИПРОНИИЗДАТ” [1], табл.2.2.
Для кол-ва ЭП 72 шт. коэффициент спроса равен 0,25.
| (displaystyle large {P_р = K_с cdot P_н = 0,25 cdot 53,72=13,43 , кВт}) | (3) |
| (displaystyle large {I_р = frac {P_р}{3 cdot U_ф cdot cos phi} = frac {13,43}{3 cdot 0,22 cdot 0,95} = 21,4 , А}) | (4) |
А теперь вопрос на засыпку.
На какой ток выбран тепловой расцепитель автоматического выключателя, установленного во ВРУ на этот фидер?
Ответ: 63 А.
Возникает законный вопрос: «Для чего проектировщик выполнял все вышеприведенные расчеты, если при выборе защитно-коммутационной аппаратуры руководствовался другой, известной только ему, методикой?»
Формула расчет номинального тока теплового расцепителя (ТР) автоматического выключателя выглядит следующим образом:
| (displaystyle large {I_{т.р.} > 1,1 cdot I_р }) | (5) |
где (I_{т.р.}) – номинальный ток теплового расцепителя;
(I_р) – расчетный ток электрической нагрузки.
Рассчитаем ток теплового расцепителя по выражению (5):
| (displaystyle large {I_{т.р.} > 1,1 cdot 21,4 = 23,5 , А}) | (6) |
В линейке номинальных токов ближайший больший идет с номиналом 25 А, за ним по возрастающей 32 А (31,5 А для некоторых типов расцепителей), 40 А, 50 А, 63 А и т.д.
Почему же не был выбран ТР с номиналом 25 А или 32 А? И даже не 40 А или 50 А, а сразу 63 А?
Да потому, что проектировщик отлично понимал, что тепловой расцепитель с номинальным током 25 или 32 А будет постоянно срабатывать (отключать потребителей) из-за превышения фактической нагрузкой расчетных значений, и выбрал такое значение номинала ТР, при котором его срабатывание (отключение) не произойдет в рабочем (неаварийном) режиме. Очевидно, что проектировщик разобрался только в том, как подставлять нужные цифры в формулы согласно нормативным требованиям, но в суть расчета так и не понял. Смысл расчета как раз и состоит в определении расчетного тока электрической нагрузки, на основании которого можно выбрать исполнение питающей линии (марку кабеля/провода, сечение и материал жилы) и технические характеристики защитно-коммутационной аппаратуры (номинальный ток ТР автоматического выключателя или номинальный ток плавкой вставки предохранителя).
Определение коэффициента
Многие начинающие электрики сильно страдают от того, что никак не могут уяснить для себя, что конкретно представляет собой коэффициент спроса электрооборудования, таблица для них не имеет никакого смысла, так как в ней просто указаны устройства и какие-то числа. Так чем же является данный коэффициент? Для начала вам нужно просто ознакомиться с его определением – оно, конечно же, не сразу может показаться вам понятным, но по мере прочтения данного материала вы будете понимать все больше и больше. Итак, коэффициент спроса электрооборудования (таблица по нему будет рассмотрена отдельно, сейчас во внимание берется только теория) – это отношение совмещенного максимума нагрузки приемников энергии к их суммарной установленной мощности. Определение является достаточно емким, однако, как и было сказано ранее, далеко не сразу можно понять, в чем все же заключается его суть – просто по одному предложению крайне сложно понять, как используется коэффициент спроса электрооборудования. Таблица вам не поможет разобраться в вопросе, поэтому стоит отложить ее рассмотрение на более позднее время. Сейчас нужно просто постараться разобраться в сути данного понятия.
Обозначение проблемы
Коэффициент спроса Кс – это отношение расчетной мощности Рр к суммарной номинальной мощности группы.
Кс=Рр/Рн (1)
В нормативных документах приводятся таблицы коэффициентов спроса в зависимости от количества электроприемников (ЭП) для различных групп оборудования. При известной номинальной мощности Рн группы и известном количестве ЭП можно без труда вычислить расчетную мощность группы по формуле
Рр=Кс*Рн (2)
Казалось бы, ничего сложного, но, как показывает практика, даже в таком простейшем случае можно допустить грубейшую ошибку.
Чтобы не быть голословным, приведу пример из жизни – фрагмент из проекта реконструкции центральной районной больницы.
Суть состоит в следующем. От вводно-распределительного устройства (ВРУ) по магистральной схеме запитаны 3 щита. Состав ЭП приведен в таблице 1.
Таблица 1.
| Наименование ЭП | Рн, кВт | Количество, шт. |
| Щит 1 | 10,97 | 34 |
| — монитор 1 | 2,0 | 2 |
| — монитор 2 | 0,15 | 1 |
| — облучатель кварцевый | 0,1 | 13 |
| — электрополотенце | 1,1 | 1 |
| — микроволновая печь | 0,6 | 1 |
| — электрочайник | 1,2 | 1 |
| — светильник местного освещения | 0,1 | 2 |
| — аппарат вентиляции | 0,1 | 1 |
| — кровать для родовспоможения | 0,2 | 2 |
| — насос инфузионный | 0,012 | 2 |
| — столик | 0,4 | 2 |
| — аспиратор | 0,1 | 2 |
| — шприцевая помпа | 0,05 | 2 |
| — монитор 3 | 0,4 | 2 |
| Щит 2 | 19,8 | 17 |
| — облучатель кварцевый | 0,1 | 6 |
| — электромармит | 1,0 | 1 |
| — микроволновая печь | 0,6 | 1 |
| — электрочайник | 1,2 | 1 |
| — электроплита | 10,4 | 1 |
| — электрокипятильник | 3,2 | 1 |
| — наркозный аппарат | 0,1 | 1 |
| — светильник местного освещения | 0,1 | 1 |
| — столик | 0,4 | 1 |
| — швейная машина | 1,5 | 1 |
| — негатоскоп | 0,3 | 1 |
| — компьютер | 0,4 | 1 |
| Щит 3 | 22,95 | 21 |
| — передвижные рентген аппараты | 4,5 | 4 |
| — облучатели кварцевые | 0,1 | 12 |
| — электрополотенце | 1,1 | 1 |
| — микроволновая печь | 0,6 | 1 |
| — электрочайник | 1,2 | 1 |
| — столик | 0,4 | 1 |
| — водонагреватель | 0,45 | 1 |
| Итого по щитам | 53,72 | 72 |
Для определения расчетной нагрузки проектировщик использовал «Методические рекомендации по определению расчетных электрических нагрузок учреждений здравоохранения», разработанные Государственным проектным и научно-исследовательским институтом по проектированию учреждений здравоохранения “ГИПРОНИИЗДАТ” [1], табл.2.2.
Для кол-ва ЭП 72 шт. коэффициент спроса равен Кс=0,25.
Рр=0,25*53,72=13,43 кВт (3)
Iр=Рр/(3*Uф)/cosф=8,03/(3*0,22)/0,95=21,4 А(4)
А теперь вопрос на засыпку.
На какой ток выбран тепловой расцепитель автоматического выключателя, установленного во ВРУ на этот фидер?
Ответ: 63 А.
Возникает законный вопрос: «Для чего проектировщик выполнял все вышеприведенные расчеты, если при выборе защитно-коммутационной аппаратуры руководствовался другой, известной только ему, методикой?»
Формула расчет номинального тока теплового расцепителя (ТР) автоматического выключателя выглядит следующим образом:
Iт.р. > 1,1*Iр (5),
где Iт.р. – номинальный ток теплового расцепителя;
Iр – расчетный ток электрической нагрузки.
Рассчитаем ток ТР:
Iт.р. > 1,1*21,4=23,5 А (6)
В линейке номинальных токов ближайший больший идет с номиналом 25 А, за ним по возрастающей 32 А (31,5 А для некоторых типов расцепителей), 40 А, 50 А, 63 А и т.д.
Почему же не был выбран ТР с номиналом 25 А или 32 А? И даже не 40 А или 50 А, а сразу 63 А?
Да потому, что проектировщик отлично понимал, что тепловой расцепитель с номинальным током 25 или 32 А будет постоянно срабатывать (отключать потребителей) из-за превышения фактической нагрузкой расчетных значений, и выбрал такое значение номинала ТР, при котором его срабатывание (отключение) не произойдет в рабочем (неаварийном) режиме. Очевидно, что проектировщик разобрался только в том, как подставлять нужные цифры в формулы согласно нормативным требованиям, но в суть расчета так и не понял. Смысл расчета как раз и состоит в определении расчетного тока электрической нагрузки, на основании которого можно выбрать исполнение питающей линии (марку кабеля/провода, сечение и материал жилы) и технические характеристики защитно-коммутационной аппаратуры (номинальный ток ТР автоматического выключателя или номинальный ток плавкой вставки предохранителя).
Методы расчета электрических нагрузок
В практическом проектировании существует несколько таких методов расчета электрических нагрузок методом коэффициента спроса:
- расчет коэффициента спроса и средней мощности;
- метод удельного расхода электроэнергии удельных электрических мощностей;
- метод установленной мощности с коэффициентами спроса и – статистический метод расчетов;
Ниже мы приведем теоретические данные и основные формулы метода коэффициента спроса.
Цеха общепромышленного назначения
Самый первый раздел не включает в себя строительное оборудование или какие-либо узкоспециализированные цеха, так как он является базовым. Здесь рассматриваются те цеха и корпуса, которые используются повсеместно, а не на специализированном производстве. Например, здесь вы можете узнать коэффициент спроса электрооборудования в блоке основных цехов – он равен 0.4-0.5. Это значение, на первый взгляд, может показаться маленьким, но на самом деле оно вполне нормальное – по ходу таблицы вы увидите и гораздо более маленькие значения данного коэффициента. Например, даже в этом же разделе имеются низкие коэффициенты – например, у того же блока вспомогательных цехов он не превышает 0.35. Если же брать самый высокий коэффициент в данном разделе, то его можно найти у цехов термической нагрузки, где работают нагревательные печи. Во многом за счет них показатель у данного цеха так высок – 0.7-0.8. Теперь вы получили первое представление о том, как выглядит раздел таблицы в целом – независимо от того, описывается там строительное оборудование, плавильные цехи или что-либо еще, в таблице будет выделен раздел, в котором будут размещены названия цехов. А напротив этих названий будет продемонстрирован приблизительный коэффициент спроса электроприборов этого цеха. Поэтому электрикам теперь при организации электропроводки и электрообеспечения на производстве не приходится каждый раз методом научного тыка, проб и ошибок определять, какой именно будет спрос у конкретных электроприборов определенного цеха – они имеют усредненные значения, на которые могут спокойно опираться в своей работе.
Используемая литература.
- «Методические рекомендации по определению расчетных электрических нагрузок учреждений здравоохранения», разработанные Государственным проектным и научно-исследовательским институтом по проектированию учреждений здравоохранения “ГИПРОНИИЗДАТ”.
- Сибикин Ю.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. 2001 г.
Эту статью можно обсудить ниже в комментариях или на форуме.