Определения понятия "мощность" в электроэнергетике

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.

Часы для расчета фактической величины мощности на розничном рынке

Как измерить потребляемую мощность и проверить счётчик Как измерить потребляемую мощность и проверить счётчик Знать мощность требуется во многих случаях. Например: Для расчёта требуемых сечений кабеля электропроводки. Для определения расхода электроэнергии потребляемая мощность. Остановимся на потребляемой мощности подробней. Сейчас много бытовой техники. Указаны примерное время работы в часах и месячный расход электроэнергии. Конечно данные усреднённые, можно составить подобную таблицу для своей техники. Посчитать по новым данным. Как можно измерить мощность в быту? Самый распространённый способ при помощи счётчика электроэнергии.

Перекос фаз. Что это такое и с чем он связан? Как исправить?

Одним из выдающихся благ цивилизации является электричество. Благодаря тому, что это открытие в наше время так распространено, жизнь общества в целом, и каждого человека в отдельности, значительно упростилась и стала более комфортной.

Вместе с тем, время от времени, в электросети могут возникать трудности, требующие решения. С ростом средней мощности бытовых приборов и техники, установленной в одном месте, например, в квартире, нередко возникает явление, называемое перекосом фаз.

В таких случаях, очень многие задаются вопросом, какие причины вызывают перекос фаз? И так, давайте разбираться.

Что же собой представляет перекос фаз

Трехфазную электрическую сеть в идеале можно представить равносторонним треугольником с нейтральной точкой в его середине.

Перекос фаз

Он отражает работу силового трансформатора на подстанции, которая установлена в каждом микрорайоне города и предназначена для равномерного распределения электричества по всем потребителям. Стороны этого треугольника – это векторные линии, соединяющие его вершины. Обозначив вершины точками A, B, C и нейтралью N, можно составить таблицу напряжений и зависимость между ними:

AB=BC=CA=380 В
AN=BN=CN=220 В

При этом напряжения AB, BC, CA в 1,73 раза больше напряжений AN, BN, CN. Идеальный трехфазный генератор, который обычно используется для питания всех бытовых приборов и промышленных сетей, должен обеспечивать эти уровни напряжений в широком диапазоне нагрузок.

Причины перекоса фаз

Причин перекоса может быть несколько, однако, наиболее распространенной является причина, связанная с неправильной и неравномерно распределенной нагрузкой в фазах внутренних сетей. В случае возникновения перекоса на объекте с трехфазным питанием, это означает, что одна или две фазы работают с перегрузкой, тогда как другие фазы имеют гораздо меньшую нагрузку.

Однофазные потребители нередко попадают на одну фазу, и в этом случае перекос фаз образуется при одновременном включении большого количества бытовой техники. Первыми признаками перекоса могут быть бытовые приборы, мощность которых заметно упала, или они вообще перестали работать. Освещение становится тусклым, а лампы дневного света начинают мерцать.

Важно

Основная опасность ситуации состоит в том, что бытовые приборы начинают работать некорректно, и появляется реальная возможность поломок вплоть до полного выхода их из строя. Наибольшая часть негативных последствий приходится на различные виды электродвигателей, которые установлены почти во всех приборах.

После того, как выяснился вопрос, что такое перекос фаз и с чем он связан, необходимо рассмотреть основные способы борьбы с этим явлением. Следует сразу отметить, что данные способы не являются универсальными, а подходят только для конкретных ситуаций.

Устранение перекоса фаз

Для того, чтобы избежать перекос фаз, необходимо осуществить тщательное планирование всех мощностей и рассчитать все возможные нагрузки с их правильным распределением по фазам. Как правило, составляется подробный электропроект на квартиру или дом.

При эксплуатации необходимо выполнять проверку тока с помощью специальных тестеров. Если возникнет необходимость, должна быть выполнена переброска однофазных нагрузок с более загруженных фаз на менее загруженные.

Ток на каждой фазе трёхфазного автомата должен быть тщательно измерен, после чего нужно перераспределить однофазные нагрузки так, чтобы токи на каждой фазе были приблизительно равными.

Эта работа должна выполняться только профессионалом, имеющим специальное оборудование.

Защита от внешнего перекоса фаз может быть исполнена с помощью стабилизаторов напряжения. На каждую фазу устанавливают определённый стабилизатор. Это будет более эффективно, чем установка одного трёхфазного стабилизатора.

В заключение необходимо подчеркнуть, что перекос фаз может стать причиной повреждения или полного выхода из строя электроприборов. Следовательно, для её устранения необходимо установить стабилизаторы или привлечь профессионалов, которые квалифицированно спроектируют электросеть.

Защита от перенапряжения. Что поможет защитить сеть?

Источник бесперебойного питания для частного дома.

Пример

Допустим, в нашем распоряжении генератор с показателями мощности в 3 кВА и cos φ, равным 0,8. В таком случае номинальная мощность данной установки будет равна:

3 кВА х 0,8=2,4 (кВт)

Теперь можно понять, почему мощность может указываться в тех или иных единицах измерения, в ваттах (Вт) или Вольт Амперах (ВА). Некоторые производители, чтобы избавить потребителя от необходимости проведения вычислений, просто указывают в сопроводительной документации оба значения мощности – номинальной и максимальной. Встречаются также варианты, когда производителем указывается только одна из мощностей и приводится значение коэффициента мощности. Некоторые недобросовестные компании могут скрывать коэффициент мощности от потребителя. Это делается с целью выдать генератор за более мощную, чем на самом деле, установку.

Как повысить расчетную мощность

Для увеличения расчетных данных вводят дополнительный кабель с нужным сечением, величину которого определяют специалисты. Это дает гарантию, что пиковые нагрузки не выведут из строя электрическую систему. Процесс считается затруднительным из-за обязательного согласования работ с муниципальными структурами и дополнительными затратами.

Средние нагрузки

Вычисление нагрузок выполняется по двум причинам:

Зная выделенную мощность для конкретного дома, его жильцы могут обратиться в компанию энергосбыта для того, чтобы получить именно те значения, которые им необходимы;
Основываясь на средних нагрузках, выбираются номинальные токи защитных аппаратов и проводники с оптимальным сечением.

Важно! Для определения средних нагрузок необходимо вычислить установленную величину и знать расчетные коэффициенты, которые принимаются во внимание в вычислениях. Один из них – коэффициент спроса. Средние нагрузки нужно знать для вычисления количества потерянной электрической энергии за годовой период

Средние нагрузки нужно знать для вычисления количества потерянной электрической энергии за годовой период

Средние нагрузки нужно знать для вычисления количества потерянной электрической энергии за годовой период.

Для расчетов средней нагрузки ( используют также отношение общего количества потребляемой за смену энергии с максимальной загруженностью ( ) и длительностью смены, измеряемой в часах ( ):

Суточные графики нагрузки потребителей

Фактический график нагрузки может быть получен с помощью регистрирующих приборов, которые фиксируют изменения соответствующего параметра во времени.

Перспективный график нагрузки потребителей определяется в процессе проектирования. Для его построения надо располагать прежде всего сведениями об установленной мощности электроприемников, под которой понимают их суммарную номинальную мощность. Для активной нагрузки

(1)

Присоединенная мощность на шинах подстанции потребителей

(2)

Где — соответственно средние КПД электроустановок потребителей и местной сети при номинальной нагрузке.

В практике эксплуатации обычно действительная нагрузка потребителей меньше суммарной установленной мощности. Это обстоятельство учитывается коэффициентами одновременности k_о и загрузки k_з. Тогда выражение для максимальной нагрузки потребителя будет иметь вид:

где k_спр — коэффициент спроса для рассматриваемой группы потребителей.

Коэффициенты спроса определяются на основании опыта эксплуатации однотипных потребителей и приводятся в справочной литературе. Средние значения коэффициентов спроса для некоторых промышленных потребителей приведены в табл.1.

Таблица 1

Коэффициент спроса k_спр

Найденное по (3) значение максимальной нагрузки является наибольшим в году и соответствует обычно периоду зимнего максимума нагрузки.

Кроме Р_max, для построения графика необходимо знать характер изменения нагрузки потребителя во времени, который при проектировании обычно определяется по типовым графикам.

Типовой график нагрузки строится по результатам исследования аналогичных действующих потребителей и приводится в справочной литературе в виде, показанном на рис.1,а.

Рис.1. Суточные графики активной нагрузки потребителя
а — типовой
б — в именованных единицах

Для удобства расчетов график выполняется ступенчатым. Наибольшая возможная за сутки нагрузка принимается за 100%, а остальные ступени графика показывают относительное значение нагрузки для данного времени суток.

При известном Р_max можно перевести типовой график в график нагрузки данного потребителя, используя соотношение для каждой ступени графика:

(4)

где n% — ордината соответствующей ступени типового графика, %.

На рис.1,б показан график потребителя электроэнергии, полученный из типового (рис.1,а) при Р_max = 20 МВт.

Обычно для каждого потребителя дается несколько суточных графиков, которые характеризуют его работу в разное время года и в разные дни недели. Это — типовые графики зимних и летних суток для рабочих дней, график выходного дня и т.д. Основным является обычно зимний суточный график рабочего дня. Его максимальная нагрузка Р_max принимается за 100%, и ординаты всех остальных графиков задаются в процентах именно этого значения (рис.2).

Рис.2. Пример типового графика конкретного вида производства (черная металлургия)
1 — график рабочего дня
2 — график выходного дня

Кроме графиков активной нагрузки, используют графики реактивной нагрузки. Типовые графики реактивного потребления также имеют ординаты ступеней, %, абсолютного максимума:

(5)

где tgφ_maxопределяется по значению cosφ_max, которое должно быть задано как исходный параметр для данного потребителя.

Суточный график полной мощности можно получить, используя известные графики активной и реактивной нагрузок. Значения мощности по ступеням графика (рис.3) определяются по выражениям

(6)

где Р_n и Q_n — активная и реактивная нагрузки данной ступени в именованных единицах.

Рис.3. Суточные графики активной, реактивной и полной мощности потребителя

Классы потребления энергии

От класса энергетической эффективности зависит количество энергии, которое использует прибор, и чем он выше, тем более эффективными оказываются траты. Данный параметр считается одним из ключевых показателей качества стиральных машин (как и всей бытовой техники). Информация о нем, а также о качестве отжима и стирки, прописывается на наклейках, размещаемых на технике.

Ни для кого не секрет, что такой полезный прибор потребляет довольно много электроэнергии.

С 2012 года в странах Евросоюза используются единые наклейки нового образца. Основным изменением в их организации стало отсутствие указания класса эффективности стирки, так как машинки-автомат, имеющие класс ниже высшего, не допускаются к продаже.

Сейчас на рынке представлено множество моделей, классифицированных по множеству характеристик: режим, качество стирки, объем и уровень энергозатратности.

Наклейка включает в себя следующую информацию:

производитель и модель;
класс энергоэффективности (от А+++ до D);
уровень шума в режиме стирки и отжима (в дБ);
общее потребление электричества (в кВт/ч за год);
класс отжима (от А до G);
потребление воды (в л/год);
максимальная загрузка барабана (в кг).

При покупке стиральной машинки-автомат приходится ориентироваться на множество критериев, среди которых также и энергопотребление.

Данные указываются после подсчетов результатов испытаний машин в таких режимах:

стирка хлопка при 40оС, загрузка барабана частичная;
стирка хлопка при 60оС, загрузка полная и частичная.

В среднем учитывается около 220 циклов. Также берется в расчет потребление стиральной машиной энергии в выключенном состоянии и в режиме ожидания. Для присвоения определенного класса оценивается соотношение эталонных и фактических затрат.

На технику, которая не только качественно стирает, но еще и потребляет минимум электроэнергии, действительно стоит обратить внимание. Большинство современных стиральных машин имеют класс энергопотребления А либо В

Литеры F и G указывают на плохое качество, а D и Е – на нормальное и удовлетворительное соответственно

Большинство современных стиральных машин имеют класс энергопотребления А либо В. Литеры F и G указывают на плохое качество, а D и Е – на нормальное и удовлетворительное соответственно.

Сегодня каждый бытовой прибор должен иметь специальную наклейку, на которой указана его энергоемкость.

Данные об энергопотреблении позволяют определить, какое количество энергии будет затрачено за один час при загрузке одного килограмма хлопчатобумажной ткани. Для подсчета затрат при полностью загруженном баке указанная мощность умножается на вес белья.

Таким образом, покупатель может легко сравнивать модели, ориентируясь на их энергопотребление, и определить, какие из них наиболее эффективны.

Для оценки работы приборов используется эталон – специально сконструированная установка с бесперебойной работой и стабильными показателями. Для стирки применяют особые эталонные хлопковые лоскуты в количестве одного килограмма. Для оценки энергопотребления определяют затраты энергии за период испытательной стирки.

Классификация стиральных машин ЕС была принята не только для удобства пользователей, но и для увеличения качества выпускаемой продукции.

Расчет КПД электрической цепи

Мощность, получаемая от источника тока, называется потребляемой, определение ее записывается – P1. Если эта физическая величина переходит от генератора в полную цепь, она считается полезной и записывается – Р2.

Чтобы определить КПД цепи, необходимо вспомнить закон сохранения энергии. В соответствии с ним, мощность приемника Р2 будет всегда меньше потребляемой мощности Р1. Это объясняется тем, что в процессе работы в приемнике всегда происходит неизбежная пустая трата преобразуемой энергии, которая расходуется на нагревание проводов, их оболочки, вихревых токов и т.д.

Чтобы найти оценку свойств превращения энергии, необходим КПД, который будет равен отношению мощностей Р2 и Р1.

Итак, зная все значения показателей, составляющих электроцепи, находим ее полезную и полную работу:

А полезная. = qU = IUt =I2Rt;
А полная = qE = IEt = I2(R+r)t.

В соответствии этих значений, найдем мощности источника тока:

Р2 = А полезная /t = IU = I2 R;
P1 = А полная /t = IE = I2 (R + r).

Произведя все действия, получаем формулу КПД:

n = А полезная / А полная = Р2 / P1 =U / E = R / (R +r).

У этой формулы получается, что R выше бесконечности, а n выше 1, но при всем этом ток в цепи остается в низком положении, и его полезная мощность мала.

Каждый желает найти КПД повышенного значения. Для этого необходимо найти условия, при которых P2 будет максимален. Оптимальные значения будут:

P2 = I2 R = (E / R + r)2 R;
dP2 / dR = (E2 (R + r)2 – 2 (r + R) E2 R) / (R + r)4 = 0;
E2 ((R + r) -2R) = 0.

В данном выражении Е и (R + r) не равны 0, следовательно, ему равно выражение в скобках, то есть (r = R). Тогда получается, что мощность имеет максимальное значение, а коэффициент полезного действия = 50 %.

Как видно, найти коэффициент полезного действия электрической цепи можно самостоятельно, не прибегая к услугам специалиста. Главное –соблюдать последовательность в расчетах и не выходить за рамки приведенных формул.

Факторы, влияющие на КИУМ

Несмотря на кажущуюся простоту достижения высокого значения КИУМа (достаточно работать на полную мощность и без простоев), этот параметр зависит от множества непростых и сложнопрогнозируемых технических и административных факторов.

Как правило, диспетчерские центры региональных электросетей размещают на электростанциях заявки на ту или иную мощность выработки на каждый час или даже меньшие периоды времени, основываясь на прогнозе потребления. При заметном отклонении фактической выработки и фактического потребления в электросети наблюдается снижение или, что ещё хуже, повышение напряжения и частоты переменного тока, снижение КПД и ресурса энергосистемы в целом. Поэтому за неточное выполнение диспетчерских заявок в любую сторону электростанции штрафуются. Обычно в течение суток потребляемая мощность изменяется в 3-5 раз, с утренним и вечерним пиками, дневным полупиком и ночным спадом, поэтому высокий КИУМ всей энергосистемы невозможен в принципе. По технической способности динамически изменять мощность различным видам электростанций присваивается различная манёвренность. Наименее манёвренными считаются АЭС, из-за потенциальной опасности аварий при смене физических режимов работы реактора, а также теплоэлектростанции на твёрдом топливе, из-за невозможности быстро потушить или разжечь уголь. Тепловые электростанции на жидком топливе и газе более манёвренны, однако КПД их турбин значительно падает при неполной нагрузке. Проще всего маневрировать выработкой ГЭС и ГАЭС, но, за исключением отдельных регионов вроде Сибири, общая выработка гидростанций в энергобалансе не позволяет обойтись только ими.

Для большинства станций возобновляемой энергетики (гидро-, ветро- и солнечной) дополнительным ограничением КИУМ становится неравномерность наличия энергоисточника — необходимых объемов воды, ветра, солнечного освещения.

Потребители электроэнергии в доме

В постановлении Правительства РФ №334 «О совершенствовании порядка технического присоединения потребителей к электрическим сетям» от 21.04.2009 года сказано, что частное лицо может подключить к своему дому до 15 кВт. Исходя их этой цифры будем делать расчет, а хватит нам сколько киловатт для дома. Чтобы провести расчет нужно знать сколько электроэнергии потребляет каждый электроприбор в доме.

Таблица мощности бытовых электроприборов

В таблице мощности бытовых электроприборов указаны приблизительные цифры потребления электроэнергии. Расход энергии зависит от мощности приборов и частоты их использования.

Электрический прибор	Расход мощности, Вт
Бытовая техника
Электрический чайник	900-2200
Кофемашина	1000-1200
Тостер	700-1500
Посудомоечная машина	1800–2750
Электрическая плита	1900–4500
Микроволновка	800–1200
Электрическая мясорубка	700–1500
Холодильник	300–800
Радио	20–50
Телевизор	70–350
Музыкальный центр	200–500
Компьютер	300–600
Духовка	1100–2500
Электрическая лампа	10–150
Утюг	700–1700
Очиститель воздуха	50–300
Обогреватели	1000–2500
Пылесос	500–2100
Бойлер	1100–2000
Проточный водонагреватель	4000–6500
Фен	500–2100
Машина стиральная	1800–2700
Кондиционер	1400–3100
Вентилятор	20–200
Электроинструменты
Дрель	500–1800
Перфоратор	700–2200
Пила дисковая	700–1900
Рубанок электрический	500– 900
Лобзик электрический	350– 750
Машина шлифовочная	900–2200
Циркулярная пила	850–1600

Давайте сделаем небольшой расчет на основе данных таблицы потребляемой мощность бытовых электроприборов. Например, в нашем доме будет минимальный набор электроприборов: освещение (150 Вт), холодильник (500 Вт), микроволновка (1000 Вт), стиральная машинка (2000 Вт), телевизор (200 Вт), компьютер (500 Вт), утюг (1200 Вт), пылесос (1200 Вт), посудомоечная машина (2000 Вт). В сумме эти приборы будут потреблять 8750 Вт, а учитывая то, что эти приборы разом включаться практически никогда не будут, полученную мощность можно разделить пополам.

Как узнать, сколько мощности выделено?

Те, кто не знает объем разрешенной мощности для дома или квартиры, может воспользоваться следующими способам получения информации:

Взять справку в энергоснабжающей компании. Следует учитывать, такая услуга считается платной, например в Мосэнергосбыте за нее придется заплатить от 1,3 до 3,1 тыс. рублей, в зависимости от категории жилого объекта.
Поискать нужный параметр в договоре на энергоснабжение или ТУ.
Получить информацию эмпирическим путем, посмотрев параметры вводного защитного устройства. Дело в том, что оно в большинстве случаев, помимо своих прямых функций, играет роль ограничителя мощности. Чтобы установить ее максимальное значение, достаточно узнать рабочий ток автомата.

Параметры рабочего тока (отмечены красным) На рисунке показан диффавтомат с рабочим током 32 А (Iном). Следовательно, максимально допустимую мощность нагрузки можно вычислить по формуле: Pмакс = U x Iном х 0,8; где U – номинальное напряжение сети. Следовательно, 230 х 32 х 0,8 ≈ 5,5 кВт.

Из всех представленных вариантов самый надежный – первый, тем более справка все равно будет нужна, если планируется увеличение выделенной мощности (она входит в пакет необходимых документов).

Расчету, основанному на рабочем токе вводного автомата, не стоит слишком доверять. Некоторые модели современных электронных счетчиков имеют встроенное реле нагрузки. В таких случаях номинальный ток автомата может быть завышен.

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 электрощитком с вводным автоматом, 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.

Для чего нужен расчет КПД

Коэффициент полезного действия электрической цепи – это отношение полезного тепла к полному.

Для ясности приведем пример. При нахождении КПД двигателя можно определить, оправдывает ли его основная функция работы затраты потребляемого электричества. То есть его расчет даст ясную картину, насколько хорошо устройство преобразовывает получаемую энергию.

Обратите внимание!

Как правило, коэффициент полезного действия не имеет величины, а представляет собой процентное соотношение либо числовой эквивалент от 0 до 1.

КПД находят по общей формуле вычисления, для всех устройств в целом. Но чтобы получить его результат в электрической цепи, вначале потребуется найти силу электричества.