Установленная мощность формула. Виды электрической мощности в электроэнергетике

Мощность электроустановок. С целью поднятия коэффициента мощности электрических установок не обязательно использовать компенсирующие устройства

В большинстве случаев достаточно просто улучшить их работу, проведя следующие мероприятия:

• Оптимизировать технологический процесс на предприятии, который бы привел к улучшению режима потребления электроэнергии оборудованием.
• По возможности заменить асинхронные двигатели синхронными аналогичной мощности, если, конечно, это позволяет технологический процесс предприятия.
• Заменить асинхронные двигатели, которые не загружены на полную мощность, другими асинхронными агрегатами, но меньшей мощности.
• Понизить напряжение у двигателей, которые постоянно работают с неполной нагрузкой.
• Ограничит холостой ход двигателей.
• Замена трансформаторов, которые не полностью загружены, трансформаторами меньшей мощности.

Подбирая двигатель для машины, следует учитывать режимы ее работы, в соответствии с допустимой перегрузкой двигателя.

В любом случае, оптимальным решением будет подбор двигателя со значительным номинальным коэффициентом мощности. Если позволяют технические условия, то всегда надо выбирать высокооборотистые двигатели, ротор которых короткозамкнут и вращается на подшипниках качения.

Если двигатели уже жестко закреплены и не представляется возможным произвести их замену, то для того, чтобы увеличить коэффициент их мощности стоит пересмотреть всю производственную технологию и, если позволяют условия, модернизировать все механизмы. К примеру, если двигатели на режущих механизмах загружены не полностью, то повысить их производительность, увеличив скорость подачи материала или скорость пиления.

Мощность электроустановок зависит от установленного оборудования. Не всегда бывает выгодным замена не полностью нагруженных асинхронных двигателей на двигатели меньшей мощности. Это просто объяснить. Дело в том, что при всех прочих равных параметрах, асинхронные двигатели меньшей мощности обладают более низким КПД, по сравнению с более мощными. Поэтому их замена может привести к более значительным потерям, чем ранее происходящие.

Как показывают расчеты, подтвержденные практикой, при загрузке агрегата на 45% от расчетной мощности, замена его на менее мощный агрегат целесообразна всегда. При нагрузке от 45% до 70% необходимость замены должна быть обусловлена проводимыми расчетами. При загрузке двигателя более чем на 70% практически всегда замена бывает нецелесообразной, так как дополнительно влечет за собой расходы на монтажные и демонтажные работы агрегатов.

Значительную роль в обеспечении правильного режима работы двигателей играет постоянство подаваемого напряжения. Некоторые электростанции небольшой мощности постоянно практикуют подаче несколько повышенного напряжения. Такая мера приводит к возрастанию тока холостого хода агрегата и, как следствие, к возрастанию реактивной мощности. Следовательно, для увеличения коэффициента мощности двигателя необходимо любыми путями обеспечить постоянное номинальное напряжение на нем.

Активная мощность - это среднее значение мощности за полный период. Активная мощностью называют полезную мощность, которая расходуется на совершение работы - преобразование электрической энергии в другие виды энергии (механическую, световую, тепловую). Измеряется в Ваттах (Вт).

Что такое максимальная мощность?

Максимальная мощность - это величина мощности, обусловленная составом энергопринимающего оборудования и технологическим процессом потребителя, исчисляемая в МВт.

Что такое мгновенная мощность?

Мгновенная мощность - мощность в данный момент времени. В общем случае это скорость потребления энергии. Различают среднюю мощность за определенный промежуток времени и мгновенную мощность в данный момент времени. В электроэнергетике под понятием мощность понимается средняя мощность.

Что такое полная мощность?

Полная мощность - это геометрическая сумма активной и реактивной мощности (см. Треугольник мощностей). Измеряется в Вольт-Амперах (ВА).

Что такое присоединенная мощность.

Присоединенная мощность - это совокупная величина номинальной мощности присоединенных к электрической сети (в том числе и опосредованно) трансформаторов и энергопринимающих устройств потребителя электрической энергии, исчисляемая в МВт.

Что такое расчетная мощность?

Расчетная мощность - величина ожидаемой мощности на данном уровне электроснабжения. Данная мощность является важнейшим показателем, поскольку исходя из неё выбирается электрооборудование. Расчетная мощность показывает фактическую величину потребления энергопринимающими устройствами и зависит от конкретного потребителя (многоквартирные дома, различные отрасли производства). Получение величины расчетной мощности представляет собой сложную задачу, в которой должны учитываться различные факторы, такие как сезонность нагрузки, особенности технологии. На основании статистических данных разработаны таблицы коэффициентов использования, по которым величина расчетной мощности находится как произведение установленной мощности на коэффициент использования.

Что такое реактивная мощность?

Реактивная мощность - это мощность, которая обусловлена наличием в электрической сети устройств, которые создают магнитное поле (емкости и индуктивности). Интерес представляет не само магнитное поле, а характер прохождения по таким элементам переменного тока, а именно появление фазового сдвига между приложенным напряжением и током в элементах сети, таких как (электродвигатели, трансформаторы, конденсаторы).

Реактивная мощность в сети может быть, как избыточная, так и дефицитная это обусловлено характером установленного оборудования. Избыточная реактивная мощность (преобладает емкостной характер сети) приводит к повышению напряжения сети, в то время как дефицитная (преобладание индуктивного характера сети) к снижению напряжения. Поскольку в распределительных сетях в большинстве случаев индуктивность преобладает над емкостью, т.е. имеется дефицит реактивной мощности, то в сеть искусственно вносятся емкостные элементы, призванные скомпенсировать индуктивный характер сети, как следствие уменьшить фазовый сдвиг между напряжением сети и током, а это значит передать потребителю в большей степени только активную мощность, а реактивную «сгенерировать» на месте. Этот принцип широко используют сетевые компании, обязывающие потребителей устанавливать компенсационные устройства, однако же установка данных устройств нужна в большей степени сетевой компании, а не каждому потребителю в отдельности. Измеряется в Вольт-Амперах реактивных (ВАр).

Что такое трансформаторная мощность?

Трансформаторная мощность - это суммарная мощность трансформаторов энергопринимающих устройств потребителя электрической энергии исчисляемая в МВт.

Что такое установленная мощность?

Установленная мощность - алгебраическая сумма номинальных мощностей электроустановок потребителя. Наибольшая активная электрическая мощность, с которой электроустановка может длительно работать без перегрузки в соответствии с техническими условиями или паспортом на оборудование.

Что такое заявленная мощность?

Заявленная мощность - это предельная величина потребляемой в текущий период регулирования мощности, определенная соглашением между сетевой организацией и потребителем услуг по передаче электрической энергии, исчисляемая в мегаваттах.

См. также Постановление Правительства РФ №861

В современных условиях наблюдается постоянный рост потребляемой электроэнергии. Полученные данные показывают, что мощность только кухонного оборудования увеличилась в два раза. Кроме этого, появилось большое количество кондиционеров, компьютеров и другой техники. Большинство электрических сетей уже не справляются с возрастающими нагрузками. Поэтому каждый хозяин квартиры или частного дома должен иметь представление о том, что такое расчетная и установленная мощность. Эта проблема в полной мере касается и промышленных предприятий с современным энергоемким оборудованием.

Что такое расчетная мощность

Не только в новых, но и в старых домах владельцы жилья подключают новые виды бытовой техники и оборудования. Увеличение нагрузки может вызвать сбои в работе электрической сети, поэтому вопрос мощности подведенного кабеля нужно выяснить заранее. Эту информацию можно найти в акте разграничения балансовой ответственности или в справке о разрешенных мощностях, где указывается конкретная расчетная и установленная мощность.

Определение расчетной мощности известно также как мощность одновременного включения. Данный параметр указывает на возможное подключение установленного количества потребителей, имеющихся в квартире. В случае включения излишнего оборудования, автоматические защитные устройства просто выйдут из строя. Сумма мощностей всех приборов будет соответствовать установленной мощности. Однако в случае одновременного включения, в сети возникнут значительные перегрузки, что приведет к срабатыванию защитных устройств. Именно средства защиты позволяют установить определенный предел нагрузки, разрешенный для конкретного жилья.

Во многом значение расчетной мощности зависит от ввода. Каждая лестничная площадка оборудуется , через который осуществляется ввод в квартиру кабеля с необходимым сечением. После этого внутри помещения размещаются все остальные элементы системы электроснабжения, в том числе и щит с устройствами распределения нагрузки по отдельным линиям.

В большинстве домов старой постройки подключено однофазное питание с напряжением 220 В. Именно такое подключение препятствует чрезмерной нагрузке на линию и не дает возможности подключения всех современных приборов. Эта проблема решается с помощью трехфазного ввода на 380 вольт. Он состоит из трех линий, перераспределяющих на себя общую нагрузку. В случае интенсивного энергопотребления происходит равномерное распределение нагрузки на каждую фазу.

Поэтому прежде чем планировать приобретение бытовой техники и оборудования, необходимо заранее выяснить, какой ток подведен в квартиру. Если подведены три фазы, то никаких проблем не будет, поскольку на один ввод приходится от 14 до 20 кВт, что позволяет свободно подключать все необходимые приборы. Однако в старых постройках с однофазным вводом и алюминиевым кабелем, максимальная мощность нагрузки составляет всего 4 кВт. В этом случае об использовании каких-либо устройств, кроме освещения не может быть и речи. Потребуется выделение дополнительной мощности, и по данному вопросу необходимо обращаться в соответствующие службы.

Что такое установленная мощность

Для того чтобы заранее спланировать установку в доме или квартире бытовой техники и оборудования, необходимо произвести оценку максимальной мощности, потребление которой будет осуществляться из электрической сети. Простое арифметическое сложение мощностей всех имеющихся потребителей не дает точных результатов, из-за своей неэффективности и неэкономичности.

Как правило, при такой оценке используются определенные факторы, учитывающие коэффициент использования и разновременность работы подключенных устройств. Кроме того, учитываются не только действующие, но и предполагаемые нагрузки. В результате, получается установленная мощность, измеряемая в кВт или кВА.

Значение установленной мощности будет равно сумме номинальных мощностей каждого прибора и устройства. Однако это значение не будет фактически потребляемой мощностью, которая практически всегда выше номинала. Данный параметр необходимо знать для того, чтобы правильно выбрать номинальную мощность того или иного устройства.

В промышленном производстве существует понятие полной установленной мощности. Этот показатель представляет собой арифметическую сумму полных мощностей каждого отдельно взятого потребителя. Он не совпадает с максимальной расчетной полной мощностью, поскольку при его расчетах используются различные коэффициенты и поправки.

Как повысить расчетную мощность

Если технические условия позволяют выделить дополнительную мощность, в этом случае на руки выдается соответствующее разрешение на выполнение электромонтажных работ. В итоге будет произведен ввод дополнительного кабеля необходимого сечения, определяемого специалистами. Это позволит выдерживать все предполагаемые нагрузки.

Однако на практике решение этой проблемы сопряжено с большими трудностями, прежде всего это связанными с согласованиями в различных структурах и инстанциях. Кроме того, дополнительные мощности отсутствуют и взять их просто негде. Существующие сети и так уже работают с полной нагрузкой. Иногда дополнительные мощности находятся в другом районе, что потребует прокладки к дому новой кабельной линии. Внутри дома также выполняется прокладка нового магистрального силового кабеля. Все изменения оформляются документально и фиксируются в техническом паспорте жилища.

Особые сложности возникают в домах старой постройки с однофазными линиями и отсутствующим заземлением. Здесь не поможет замена старой электропроводки на более новую, пропускная способность все равно останется старой и не позволит включать дополнительные приборы. В этом случае потребуется полная замена проводки на трехфазную линию с установкой всех необходимых защитных и распределительных устройств.

Если для обеспечения надежной работы электрооборудования Вы пришли к выводу о необходимости приобретения электрогенератора (миниэлектростанции), стабилизатора напряжения или источника бесперебойного питания (UPS), перво-наперво Вам необходимо рассчитать мощность нагрузки, то есть суммарной мощности одновременно включаемого оборудования (потребителей). При этом не сведущим в электротехнике людям порой довольно сложно разобраться в указанных на оборудовании различных числах, измеряемых в Вт или ВА, и каком-то cos?. Обозначают эти величины полную и полезную мощность, которые связаны между собой посредством cos?.
Определение электрической мощности потребителей заключается в расчете общей полной (суммарной) электрической мощности всего подключаемого электрооборудования. Единицей измерения полной мощности выступает вольт-ампер (ВА, VA). Поскольку основная часть потребители электроэнергии является устройствами переменного тока, то для подсчета их полной мощности используется концепция реактивной и активной мощности, которая в силу малости эффектов не актуальна для использующего постоянный ток электрооборудования. Так же не следует забывать, что в момент включения оборудования с электродвигателем потребляемая мощность будет в несколько раз превышать указанное в технических характеристиках значение по причине возникновения пусковых (пиковых) токов.
Принципиальное различие между активной и реактивной мощностью заключается в том, что в первом случае практически вся потребляемая электроэнергия используется на выполнение полезной работы, во втором случае часть потребляемой электроэнергии расходуется на создание электромагнитных полей, не связанных с выполнением полезной работы.

Активная мощность P (active power, true power, real power) потребляется электросопротивлением устройства, поэтому употребляются также названия резистивная или омическая, и преобразуется в полезную световую, тепловую, механическую и другие виды энергии. Активная нагрузка – это осветительные и электронагревательные приборы: лампы накаливания, теплые полы, утюги, электрочайники, электроплиты и т.д. Единицей измерения активной мощности является ватт (Вт, W). Коэффициент перевода Вт в ВА в данном случае можно считать равным единице, то есть общую мощность потребителей этого типа определяют суммированием паспортных значений в ваттах. То есть, если, например, необходимо учитывать одновременную работу освещения из четырех ламп накаливания по 60 Вт и электроконвектора паспортной мощностью в 2 кВт выполняем простую операцию: 60 х 4 + 2000 = 2240 Вт или практически 2240 ВА.

(reactive power) – это понятие обозначает ту часть электроэнергии (реактивная составляющая), которая расходуется на создания переменных электромагнитных полей, возникающих при переходных процессах в оборудовании, имеющем в своем составе индуктивные и/или емкостные составляющие (катушки индуктивности, конденсаторы и т.п.). Реактивная мощность неизбежна при работе электродвигателей, трансформаторов и, в то же время, она не выполняет полезной работы, но создает дополнительную нагрузку на электросеть. Единицей измерения реактивной мощности является вольт-ампер реактивной мощности (ВАр, VAr). Как правило, в технических характеристиках электрооборудования с реактивной мощностью (холодильники, микроволновые печи, стиральные машины, кондиционеры, люминесцентные лампы, электроинструменты, сварочные аппараты и т.д.) указывается его активная мощность в Вт и cos? – коэффициент мощности (power factor, PF). Значение cos? указывает на ту часть потребляемой электроэнергии, которая преобразуется в активную мощность (при cos? = 0,7, например, 70% «уйдет» на выполнение полезной работы, а оставшиеся 30% составят реактивную мощность). То есть, если в техническом паспорте холодильника указана мощность 700 Вт и cos? = 0,7, то его полная мощность будет равна 750/0,6 = 1250 ВА.

Помимо активной и реактивной мощности, для оборудования, имеющего в своей конструкции электродвигатель, необходимо принимать во внимание возникающие при его запуске пусковые или пиковые токи , в несколько раз превышающие номинальное значение. Несмотря на кратковременность (от долей до нескольких секунд), они оказывают существенное влияние на работу миниэлектростанций (электрогенераторов), стабилизаторов и источников бесперебойного питания. Многие производители игнорируют этот параметр в технических характеристиках выпускаемого оборудования и его приходиться уточнять у консультанта при покупке или в сервисном центре. Измерить значение пускового тока бытовым прибором не представляется возможным, поэтому, в крайнем случае, можно использовать усредненные значения коэффициентов пускового тока (ввиду приблизительности эти величины могут не отражать реальной ситуации).

То есть для окончательного определения электрической мощности такого потребителя, как упоминавшийся выше холодильник, необходимо полученное ранее значение 1250 ВА умножить на коэффициент пускового тока и наши скромные паспортные 700 Вт превратятся в 1250 х 4 = 5000 ВА.
Различия в коэффициентах пускового тока обусловлены условиями работы электродвигателя после момента включения. Так двигатель холодильника или погружного насоса помимо выхода на рабочие обороты должен сразу после включения начать качать соответственно хладагент или воду, поэтому сопротивление движению изначально максимально. А у дрели или пылесоса за счет холостого хода при разгоне двигателя сопротивление движению нарастает плавно.
Большие пусковые токи при включении имеют и лампы накаливания, поскольку сопротивление холодной спирали в несколько раз ниже, чем раскаленной. Коэффициент пускового тока в этом случае может равняться 5 – 13, но ввиду кратковременности (0,05 – 0,30 секунд) его можно не учитывать для нескольких ламп, но на производстве, где их количество может достигать сотен, пренебречь возникающими скачками тока уже не удастся. Для люминесцентных ламп с электронным поджигом коэффициент пускового тока равен 1,1 – 2,0.

Для энергоблоков электростанций, как и для всех других электроустановок и аппаратов, применяются различные условия работы. Суммарная максимальная мощность, при которой несколько установок (или одна) могут работать постоянно, – это установленная мощность. Показатель применяется и для потребления, и для выработки электроэнергии.

Понятие об установленной и расчетной мощности

Установленная мощность соответствует номинальным величинам и является фиксированным техническим показателем установки или системы. Для предприятий ее можно регулировать, например, снятием с эксплуатации части электроустановок. Данная величина применяется для характеристики:

• отдельного предприятия и здания;
• отраслевой группы;
• географической области и всей страны.

Под значением установленной мощности понимается активный мощностной показатель или полный.

Одним из основополагающих факторов во время проектирования электрической установки является расчет мощности, необходимой для долговременной и бесперебойной ее работы. Когда определяют, что такое расчетная мощность, имеют в виду именно эту величину.

Значения установленной и расчетной мощности связаны между собой при выполнении различных проектных работ. Величина расчетной мощности обычно определяется на основе установленной мощности (т.е. суммы номинальных мощностей потребителей электроэнергии, имеющихся в рассматриваемой части электроустановки) после принятия определенных коэффициентов для одновременного включения этих нагрузок.

Пиковая мощность – это самая высокая средняя загрузка, измеренная или рассчитанная за определенный промежуток времени (например, в течение дня, недели, месяца, года). Чаще всего период охватывает один год.

Важно! Пиковый мощностной показатель является основой для выбора энергетического оборудования с точки зрения нагрева рабочим током, определяет настройки применяемой защиты.

На этапе проектирования обычно предполагается, что расчетная мощность равна пиковой, и берется фиксированный коэффициент мощности.

Расчетная мощность определяется, исходя из следующих зависимостей:

• максимальный расчетный ток:

I = P /√3 х U cos φ.

• tg φ = Q/Р;
• расчетная общая мощность:

S = √(Р² + Q²).

Установленная мощность для электрических станций

Для электрических станций установленная мощность вычисляется суммированием номинальных мощностей отдельных генераторов и связанных с ними двигателей. Почти всегда эти значения идентичны. В случаях несовпадения расчет ведут по меньшей мощности.

В результате на дорогих станциях с большой экономией топлива стоимость электроэнергии чрезвычайно зависима от режима потребления. Поэтому для крупных станций выгодно использовать установленную мощность максимум часов в год, а для мелких ГТУ с большим расходом горючего включение целесообразнее производить в часы пика нагрузок, когда общее время работы в годовом исчислении невелико.

Расчетная мощность жилых зданий

Установленная мощность в жилом здании определяется на основе суммы потребительских номинальных мощностей всех электроприборов и установок, а расчетная – с учетом ожидаемого коэффициента одновременности их включения.

Каждый абонент имеет акт разграничения, в котором записана установленная мощность и расчетная. Для домов и квартир эти величины отличаются. В дома и некоторые квартиры обычно подводятся три фазы, что позволяет увеличить потребляемый (расчетный) показатель. Однофазный ввод значительно ограничивает потребление. Контролирует нагрузку защитное оборудование, отстроенное от максимально возможных токов.

1. В случае если в доме или квартире нет силовой установки, расчетная энергия определяется по формуле:

Р1 = Рмакс + М х Рчел, где:

• Рмакс – мощность самого большого приемника, установленного в квартире,
• М – число жителей,
• Рчел – расчетная мощность на одного человека (например, 1 кВт);

Важно! Данная формула не учитывает обогрев жилых помещений.

1. Расчетная мощность кабеля электропитания многоквартирного здания производится с учетом количества квартир:

Р = Р1 х n x k + Ра + Рл, где:

• n – число квартир,
• k – коэффициент одновременности (он находится в пределах от 0,6 до 0,8),
• Ра – установленная мощность административных электроприемников,
• Рл – лифтов.

Если данных нет, то Ра берется равным 0,5 кВт, Рл = 20 кВт.

1. При электрообогреве Ро = Р + К1 х ΣРкв, где:

• Р – расчетная мощность без электрического отопления,
• К1 – коэффициент одновременности тепловой нагрузки в n квартирах,
• Ркв – энергия отопления в одной квартире, кВт.

Важно! Точное определение расчетной мощности, необходимой для обогрева помещений требует подробных расчетов, которые выполняются совместно со строителями и проектировщиками зданий. В жилых домах с преобладающими нагревательными элементами cos φ = 1.

1. Расчетный мощностной показатель для группы зданий находится по эмпирической формуле:

Рз = 0,95 х k x ΣР, где Р – энергия для одного здания.

Расчетная мощность общественных зданий

1. В целом для общественных зданий применяется формула:

Р = Ргр х k x а, где:

• Ргр – установленная мощность группы приемников в кВт,
• k – коэффициент одновременности для этой группы,
• a – коэффициент использования номинальной мощности для данной группы приемников.

Оба коэффициента находятся в специальных таблицах.

1. С учетом фактора спроса на электроэнергию используется другое выражение:

Р = Kс х Ргр, где Kc – коэффициент спроса (определяется по таблице).

Величина Кс для нежилых объектов колеблется от 0,2-0,4 до 1.

В методе коэффициента спроса расчетная нагрузка не зависит только от количества установленных приемников. Это связано с различными коэффициентами спроса. Для больших объектов с множеством разнообразного оборудования следует принимать меньшие значения Кс.

В непромышленных зданиях: офисах, школах, больницах, театрах, гостиницах и т. д., где доминируют осветительные приемники и нагревательные устройства, предполагают, что cos φ = 1.

Расчетная мощность здания коммунального хозяйства (котельные, насосные станции) должна определяться на основе данных каталога изготовителей электрических устройств, планируемых к установке, в соответствии со следующими формулами:

1. реактивная мощность одного приемника:

Q1 = tg φ х Р1.

1. для группы:

Q = Кс х Qгр, где:

• для Qгр складываются все вычисленные значения отдельных приемников,
• Кс – коэффициент спроса.

1. активный мощностной показатель для группы:

Р = Kс х Ргр.

1. общая мощность:

S = √(Р² + Q²).

Важно! Исходя из приведенных значений мощностей, вычисляется tg φ для группы: tg φ = Q/P. Если его значение больше указанного в технических условиях для подключения, принимается решение о компенсации реактивной мощности.

Для трансформаторной подстанции, с которой будут питаться жилые и коммунальные здания, расчетная мощность определяется:

S =√(P² + Рз² + Рос²) + (Q² + Qз² + Qос²), где:

• P и Q – показатели для зданий коммунального хозяйства;
• Рз и Qз – для жилых зданий;
• Рос и Qос – для установок уличного освещения.

Расчетная мощность для промышленных объектов

Расчетная мощность промышленного предприятия зависит от:

• типа продукции;
• используемых технологий;
• ожидаемой максимальной нагрузки в течение года;
• типа выпускаемой продукции;
• типа оборудования и степени его адаптации к технологии.

Существует множество методов расчета, все они должны обладать общими свойствами:

• простотой вычисления;
• универсальностью в определении нагрузок для разных уровней потребления и распределения энергии;
• точностью результатов;
• легкостью определения показателей, на которых основан метод.

Основные показатели рассчитываются по тем же формулам, но с другими поправочными коэффициентами.

Для трехфазных электромоторов установленная мощность равна:

Р = Рн/(η х cos φ), где:

• Рн – номинальный мощностной показатель из техпаспорта;
• η – КПД электромотора;
• cos φ – мощностной коэффициент.

Увеличение выделенной, согласно техусловиям, мощности необходимо согласовывать с энергоснабжающей организацией. С этой целью проводятся перерасчеты для вводных кабелей и приборов защиты на основе новой установленной мощности. Но решение о выделении зависит от наличия свободных мощностей.

Видео