Электротехник

Архив рубрики «Электрические нагрузки. Постановка вопроса»

Наиболее простым и, по-видимому, наиболее точным было бы создание эталонных квартир и зданий с полным набором электроприборов, известных и планируемых к проводству до конца рассматриваемого периода. Достаточно длительное изучение электрических нагрузок в таких зданиях обеспечило бы наиболее достоверное нормирование удельных расчетных нагрузок. Однако это практически нереально. Поэтому приняты другие пути определения удельных нагрузок, которые основаны на вероятностной оценке. Рассмотрим два из них, которые нашли применение.

Первый путь определения удельных нагрузок заключается в следующем. Известно, что набор электроприборов у различных семей неодинаков. Это позволяет на основе достаточно большого числа измерений в течение относительно длительного времени получить корреляционные зависимости максимальных нагрузок от числа и мощности приборов различного назначения.

Задаваясь намечаемыми уровнями насыщения квартир электроприемниками на расчетный период, можно иявить величину среднего максимума нагрузки на квартиру.

Вариация нагрузок. Для оценки величины наибольшего расчетного максимума необходимо выяснить величину вариации нагрузок. Вариация нагрузок есть величина, определяемая отношением среднеквадратического отклонения (стандарта) к среднему максимуму нагрузки. Следовательно, эта величина характеризует рассеяние показателей.

Как сказано выше, отклонение от среднего значения удельного максимума уменьшается по мере увеличения числа электроприемников. Одновременно уменьшается п удельный максимум нагрузки; приближаясь к своей среднем  величине.

Практически мы всегда сталкиваемся при исследовании электрических нагрузок как с зависимыми друг от друга включениями электроприборов, так и с независимыми. Так, например, включение телевизора обычно сопровождается отключением части освещения или отключением радиоприемника (зависимое событие). Холодильник при этом включен постоянно (независимое событие). Хотя одни и те же электроприемники в различных квартирах включаются независимо друг от друга, однако и для многих квартир могут быть общие причины одновременного включения (например, интересная передача по телевидению, включение электроплит в предновогодний вечер и т. д.). Все эти многообразные, сложные и взаимосвязанные процессы могут быть учтены при определении расчетных нагрузок лишь с помощью статистических методов.

Практически на основе натурных измерений строятся не плавные, а ступенчатые графики распределения, характеризующие  изменение   величины  в   определенных интервалах (скажем, от 1 до 1,5 кВт, от 1,5 до 2 кВт и т. д.).

Для рассмотрения методики математической обработки и оценки результатов натурных измерений электрических нагрузок следует ввести еще понятие среднеквад-ратического отклонения as, которое характеризует отклонение отдельных значений нагрузки от средней ее величины:

При натурных измерениях приходится иметь дело с определенным объемом выборок рассматриваемых величин.

Как отмечалось выше, приведенные в ПУЭ исходные данные для расчета нагрузок были основаны на натурных измерениях электрических Нагрузок в различных городах СССР. Для зданий с электроплитами, применение которых было весьма ограниченным, упомянутые величины были приняты с учетом зарубежного опыта. Объем натурных измерений ежегодно охватывает тысячи квартир, причем последующая математическая обработка материалов измерений дает относительно достоверную картину, позволяющую надежно нормировать электрические нагрузки жилых зданий. Как показали обследования, на величину удельных расчетных нагрузок оказывают незначительное влияние географические факторы1, число жителей города или поселка и даже жилая площадь квартир при посемейном заселении.

Рассмотрим в схематическом виде вопросы формирования электрических нагрузок применяемые методы обработки результатов измерений.

Это значит, что средняя потребляемая мощность за этот же период равна:

Если  тот  же  телевизор   по   условиям   жизни   семьи включается только вечером  на 4 ч и потребляет то же количество электроэнергии,  то средняя вероятность его включения будет равна: а средняя потребляемая мощность 0,126 кВт.

Если, однако, режимы работы электроприемников зависят друг от друга, то средняя вероятность включения группы будет меньше вероятности включения отдельных электроприемников, а средняя нагрузка группы будет меньше суммы средних нагрузок отдельных электроприемников.

В отличие от определения электрических нагрузок промышленных предприятий, изучение которых ведется в течение многих лет, исследования электрических нагрузок жилых зданий проводятся достаточно широко лишь последние 10—12 лет. Кроме того, по своему характеру электрические нагрузки промышленных предприятий в большой мере определяются технологическим оборудованием и режимами его работы.

Электрические нагрузки жилых квартир являются случайными, зависят от уклада жизни различных семей, наличия того или иного набора электроприемников, материального достатка и многих других факторов. Электрические нагрузки жилых зданий существенно меняются в течение суток и в зависимости от времени года. Все это создает трудности в их определении. Между тем огромный размах жилищного строительства в стране настоятельно требует строгого научно-технического решения этой задачи, поскольку определение электрических нагрузок является основой проектирования внутренних сетей зданий и городских сетей.

В недавнем прошлом удельные электрические нагрузки определяли, исходя из удельной мощности (Вт/м2) жилой оплачиваемой площади. На определенном этапе это было обосновано,  поскольку главным потребителем

электрической энергии в жилом доме было освещение, что определяло пропорциональную зависимость между жилой площадью и нагрузкой. Однако по мере роста составляющей нагрузки от бытовых электроприборов структура ее изменилась. В настоящее время доля нагрузки от электрического освещения в газифицированных домах не превышает 25—30%, а в домах с электроплитами составляет примерно 10%. Это привело к тому, что мощность, потребляемая электроприемниками квартиры, при посемейном заселении изменяется незначительно щи довольно больших колебаниях жилой площади. В результате прежний принцип нормирования удельных нагрузок уже не соответствовал Современному состоянию вопроса, и, начиная с 1961 г., принято нормирование нагрузок в киловаттах на квартиру (семью). При этом удельные нагрузки на квартиру снижаются по мере увеличения количества присоединенных квартир к данному элементу сети.

Такой подход  отражает  сущность  процесса формирования электрических нагрузок и в известной лере соответствует методике расчета нагрузок в промышленности, где коэффициент спроса зависит от  количества электроприемников.

В действующих Правилах устройства электроустановок   (ПУЭ) принят термин «коэффициент   одновременности»,   являющийся отношением наибольшей удельной расчетной нагрузки в данной точке сети к удельной  расчетной  иагрузке  на  вводе в квартиру. Однако здесь и далее для удобства изложения будет применяться термин «коэффициент  спроса»,  являющийся   отношением   наибольшей   удельной   расчетной нагрузки в данной точке сети к установленной мощности электроприемников в квартире.  При этом следует учитывать,  что коэффициент спроса изменяется в широких пределах с изменением установленной мощности в квартирах, которая по существу является условной. Предложенная система нормирования электрических нагрузок в целом получила признание, была введена в ПУЭ и СН и стала обязательной для проектной практики. Результаты натурных исследований последних лет показали, что закономерности изменений  удельных  нагрузок жилых  зданий хорошо согласуются как с данными измерений, так и с аналитическими расчетами. Так,  к 1970 г.  эти нагрузки,   особенно   в   газифицированных  домах,   были достигнуты,  а в некоторых зданиях даже превзойдены.

В связи с этим Госгражданстроем СССР утверждены «Изменения к указаниям по проектированию электрооборудования жилых зданий» (СН 297-64), в которых приняты повышенные удельные нагрузки на вводе в квартиру с учетом расчетного срока примерно 15 лет. При этом была учтена асимметрия нагрузки отдельных фаз, что особенно важно для жилых домов с электроплитами, где ток в нулевом проводе может достигать 50% тока в фазе.

Ввиду того, что в жилых домах размещаются различного рода торговые и коммунально-бытовые предприятия, важно учесть составляющие их нагрузок в общем максимуме. Исследования в этой области, проведенные в 1967—1969 гг. позволили включить в «Указания» величины коэффициентов участия в максимуме городской сети этих потребителей, что дает возможность более правильно определять нагрузки на шинах трансформаторных подстанций. Исследования электрических нагрузок от лифтов, устанавливаемых в зданиях повышенной этажности, выполнил НИИ Мосстрой. Этими исследованиями установлена зависимость расчетных нагрузок от числа лифтов и этажности зданий.

Ниже рассматриваются принципы формирования электрических нагрузок в жилых зданиях, методы их исследования и прогнозирования.

С 1 сентября 1971 г. Госгражданстроем СССР утверждены изменения «Указаний по проектированию электрооборудования жилых зданий» (СН 297-64), основанные на вышеуказанных исследованиях и предложениях организаций, разрабатывающих и выпускающих бытовые электроприборы.

Была учтена возможность использования населением запланированных к производству новых бытовых электроприборов. В частности, имелись в виду новые автоматические стиральные и посудомоечные машины с подогревом воды, некоторые нагревательные приборы (камины, калориферы и т. д.), а также мощные утюги и бытовые гладильные машины. При этом учитывалось, что каждая из групповых линий квартиры, выполняемая проводами с алюминиевыми жилами сечением 2,5 мм2, имеет пропускную способность до 20 А.

Основные положения изменений СН 297-64 в части определения электрических нагрузок сводятся к следующему:

1. Удельные расчетные нагрузки питающих линий квартир, а также на вводах в жилые здания и на шинах трансформаторных подстанций следует определять в зависимости от числа квартир.

Эти нагрузки рассчитаны для средней жилой оплачиваемой площади квартир 30 м2. При площади квартир, превышающей указанную расчетную удельную нагрузку па одну квартиру, в домах с газовыми плитами на природном газе следует принимать увеличенной на 1% на каждый квадратный метр жилой площади сверх 30. Для домов с электрическими плитами, а также с плитами на твердом топливе и сж-ижен-н о м газе удельные расчетные нагрузки повышаются на 0,5% на каждый квадратный метр жилой площади сверх 30.

2. Для жилых домов с покомиатным расселением семей к удельным расчетным нагрузкам следует применять коэффициент 1,5 при плитах на газовом и твердом топливе и 1,25 при электроплитах. Этот пункт относится главным образом к реконструируемым зданиям старого жилого фонда.

3. В приведенных удельных расчетных нагрузках учтены осветительная и бытовая нагрузки квартир, а также осветительная нагрузка общедомовых помещений (лестничных клеток, подпольев, чердаков и т. п

4. Расчетные удельные нагрузки относятся к зимнему вечернему максимуму. Для определения утреннего максимума следует вводить понижающие коэффициенты:

и сжиженном газе 0,95; в период утреннего максимума — соответственно 0,8 и 0,85.

Включение электроприемников в квартире носит случайный характер в зависимости от многих факторов, в том числе от условий быта и трудового режима семьи, степени насыщения бытовыми электроприборами, уровней естественной освещенности помещений и т. д. Все это в совокупности должно учитываться при определении расчетной нагрузки для выбора параметров электрической сети. Расчетная нагрузка. За расчетную нагрузку принимается тридцатиминутный максимум, являющийся наибольшим из средних получасовых нагрузок рассматриваемого элемента сети (ввод в квартиру, стояк, питающая линия и т. д.). Принятие тридцатиминутного максимума связано с величиной постоянной времени нагрева проводов и кабелей для наиболее часто применяемых сечений. Исключение составляют групповые сети квартир, где из-за малых сечении проводов более обоснованным было бы применение пятнадцатиминутного максимума. Учитывая, однако, некоторую приближенность в определении нагрузок,а также то, что вероятность появления максимальной пятнадцатиминутной нагрузки мала, и, наконец, известную условность принимаемых темпов естественного роста нагрузок, в расчетах сетей предусматривают единый нормируемый тридцати минутный максимум. Это позволяет без каких-либо пересчетов выбирать сечения проводов по нагреву из таблиц допустимых токовых нагрузок, приведенных в ПУЭ.