Задачей расчета электрических сетей является правильная оценка величин электрических нагрузок и выбор соответственно им таких наименьших из числа возможных сечений проводов, кабелей и шин, при которых были бы соблюдены нормированные условия в отношении:
1. нагрева проводников,
2. экономической плотности тока,
3. электрической защиты отдельных участков сети,
4. потерь напряжения в сети,
5. механической прочности сети.
Расчетными нагрузками для выбора сечений проводников являются:
1. получасовой максимум I30 — для выбора сечений по нагреву,
2. среднесменная нагрузка Iсм — для выбора сечений по экономической плотности тока,
3. пиковый ток — для выбора плавких вставок и уставок тока максимальных расцепителей автоматов и для расчета по потере напряжения. Этот расчет обычно сводится к определению потерь напряжения в силовой сети при пуске отдельных мощных короткозамкнутых электродвигателей и в троллейных линиях.
При выборе сечений распределительной сети, независимо от фактического коэффициента загрузки электроприемника, следует всегда иметь в виду возможность использования его на полную мощность и, следовательно, за расчетный ток принимать номинальный ток электроприемника. Исключение допускается лишь для проводников к электродвигателям, выбранным не по нагреву, а по перегрузочному моменту.
Таким образом, для распределительной сети расчета, как такового, не производят.
Для определения расчетного тока в питающей сети необходимо нахождение совмещенного максимума или средней нагрузки целого ряда электроприемников и при том, как правило, различных режимов работы. Вследствие этого процесс расчета питающей сети является сравнительно сложным и разделяется на три основные последовательные операции:
1. составление расчетной схемы,
2. определение совмещенных максимумов нагрузки или средних значений ее на отдельных участках сети,
3. выбор сечений.
Расчетная схема, являющаяся развитием принципиальной схемы питания, намеченной при рассмотрении вопроса о распределении электрической энергии, должна содержать все необходимые данные в отношении подключенных нагрузок, длин отдельных участков сети и выбранного рода и способа прокладки ее.
Наиболее ответственная операция — определение электрических нагрузок на отдельных участках сети — в большинстве случаев основывается на применении эмпирических формул. Коэффициенты, входящие в эти формулы, зависят в наибольшей степени от режима работы электроприемников, и правильная оценка последнего имеет большое значение, хотя и не всегда является точной.
Вместе с тем неправильность в определении коэффициентов, а, следовательно, и нагрузок, может привести либо к недостаточной пропускной способности сети, либо к необоснованному удорожанию всей установки.
Прежде чем перейти к методологии определения электрических нагрузок для питающих сетей, необходимо отметить, что входящие в расчетные формулы коэффициенты не являются стабильными. В связи с непрерывным техническим прогрессом и развитием автоматизации эти коэффициенты должны подлежать периодическому пересмотру.
Поскольку как сами формулы, так и входящие в них коэффициенты являются до известной степени приближенными, нужно иметь в виду, что результатом расчетов может быть определение только порядка интересующих величин. По этой причине следует избегать излишней скрупулезности в арифметических операциях.
Величины и коэффициенты, входящие в расчетные формулы определения электрических нагрузок
Под установленной мощностью Ру понимается:
1. для электродвигателей длительного режима работы — каталожная (паспортная) номинальная мощность в киловаттах, развиваемая двигателем на валу:
2. для электродвигателей повторно-кратковременного режима работы — паспортная мощность, приведенная к длительному режиму, т. е. к ПВ = 100%:
где ПВН0М — номинальная продолжительность включения в процентах по каталожным данным, Рном —номинальная мощность при ПВН0М,
3. для трансформаторов электропечей:
где SН0М — номинальная мощность трансформатора по каталожным данным, ква, cosφном—коэффициент мощности, характерный для работы электропечи при номинальной мощности,
4. для трансформаторов сварочных машин и аппаратов — условная мощность, приведенная к длительному режиму, т. е. к ПВ = 100%:
где Sном — номинальная мощность трансформатора в киловольт-амперах при ПВном,
Под присоединенной мощностью Рпр электродвигателей понимается мощность, потребляемая двигателем из сети при номинальной нагрузке и напряжении:
где ηном — номинальный к п. д. двигателя в относительных единицах.
Средняя активная нагрузка за максимально загруженную смену Рср.см и такая же средняя реактивная нагрузка Qcp,см представляют собой частные от деления количества электроэнергии, потребляемой за максимально нагруженную смену (соответственно WCM и VCM), на продолжительность смены в часах Тсм,
Среднегодовая нагрузка активная Рср.г и такая же нагрузка реактивная Qcp.г представляют собой частные от деления годового потребления электроэнергии (соответственно Wг и Vг) на годовую продолжительность рабочего времени в часах (Тг):
Под максимальной нагрузкой Рмакс понимают наибольшую из средних нагрузок за тот или иной интервал времени.
В соответствии с ПУЭ, для расчета сетей и трансформаторов по нагреву этот интервал времени установлен равным 0,5 ч, т. е. принимается получасовой максимум нагрузки.
Различают получасовые максимумы нагрузок: активной Р30, квт, реактивной Q30, квар, полной S30, ква, и по току I30, а.
Пиковым током Iпик называют мгновенный максимально возможный ток для данного электроприемника или для группы электроприемников.
Под коэффициентом использования за смену КИ понимают отношение средней активной нагрузки за максимально нагруженную смену к установленной мощности:
Соответственно этому годовой коэффициент использования представляет собой отношение средней годовой активной нагрузки к установленной мощности:
Под коэффициентом максимума Км понимается отношение активной получасовой максимальной нагрузки к средней нагрузке за максимально загруженную смену,
Величина, обратная коэффициенту максимума, представляет собой коэффициент заполнения графика Кзап
Коэффициент спроса Кс — отношение активной получасовой максимальной нагрузки к установленной мощности:
Под коэффициентом включения Кв понимается отношение рабочего времени приемника повторно-кратковременного и длительного режима работы за смену к продолжительности смены:
У электроприемников, предназначенных для непрерывной работы в течение смены, коэффициент включения практически равен единице.
Коэффициентом загрузки по активной мощности К3 представляет собой отношение нагрузки электроприемника в данный момент времени Pt к установленной мощности:
Для электродвигателей, у которых под установленной мощностью понимается мощность на валу, правильнее было бы относить Ки, Кв, К3 не к установленной, а к присоединенной к сети мощности.
Однако в целях упрощения расчетов, а также ввиду трудности учета к. п. д. участвующих в нагрузке электродвигателей, целесообразно относить эти коэффициенты также к установленной мощности. Таким образом, коэффициенту спроса, равному единице (Кс = 1), соответствует фактическая загрузка электродвигателя в размере η% от полной.
Коэффициентом совмещения максимумов нагрузки KΣ — отношение совмещенного получасового максимума нагрузки нескольких групп электроприемников к сумме максимальных получасовых нагрузок отдельных групп:
С допустимым для практических целей приближением можно принять, что
и, следовательно,
