Расчет нагрузки электростанции

С чего начать?

При покупке электростанции необходимо правильно рассчитать нагрузку, которая будет от нее питаться, чтобы правильно выбрать мощность и технические характеристики устройства.  Для этого следует определиться с перечнем всей техники на объекте, работающей одновременно и выделить среди нее наиболее важные точки, так называемых «тяжелых» электропотребителей для генераторов. К последним относят электрические приборы с электродвигателем (компрессоры, насосы, холодильники и т.д.), поскольку они характеризуются наличием больших пусковых токов, которые в момент старта кратковременно увеличивают показатель потребляемой мощности в 4–5 раз, а также другими негативными моментами, оказывающих влияние на конечную оценку мощности генератора. Кроме того необходимо заранее продумать планируется ли дальнейшее наращивание мощности электропотребителей в будущем. Иногда от пользователя может потребоваться выполнение дополнительных работ, связанных с разводкой и перекоммутацией нагрузки. 


 

Типы нагрузки

Прежде всего, определимся с тем, какие существуют типы нагрузки. Их два – активная и реактивная. Большинство реальных электроприборов обладают обоими этими составляющими. Активная или как ее еще называют резистивная, либо тепловая мощность (P) измеряется в Вт (Ваттах) и представляет собой нагрузку, работающую по принципу потребления электрической энергии из сети для выработки света или тепла. К данной группе устройств относят осветительные приборы, электронагревательное оборудование и др.

Реактивная мощность (емкостная и индуктивная) характерна для оборудования, преобразующего потребляемую электроэнергию в электрическое и магнитное поле. Она измеряется в таких единицах, как Вар (Вольт Амперы реактивные) и обозначается символом Q. Такую составляющую имеют электродвигатели, электрический инструмент, бытовая аудио-, видео- и вычислительная техника. 

 

Расчет суммарной нагрузки

Полная нагрузка – это реальная (фактически потребляемая) мощность, определяемая с учетом активной и реактивной составляющих, а также отклонений формы напряжения и тока от гармонической. Вычисляется данный показатель по следующей формуле:

S = vP2 + Q2 (ВА).

Для того чтобы  определиться с требуемой мощностью выбираемой электростанции необходимо вычислить суммарное энергопотребление всех работающих от нее приборов – их полную мощность, измеряемую в ВА (вольт-амперах). Эту информацию можно найти сразу в нескольких источниках: эксплуатационной документации, поставляемой вместе с техникой, либо на шильнике самого электроприбора. Тогда суммарная мощность всех устройств определится как:

Sсум.= S1 + S 2 + …. + Sn (ВА)

Как уже говорилось выше, старт подобных агрегатов сопровождается большими пусковыми токами по сравнению с работой в нормальном режиме, поэтому мощность генератора должна обеспечивать выполнение переходных процессов при подобных  кратковременных пиковых всплесках. Для таких устройств, как погружные насосы, мощные морозильные установки, бетономешалки, строительные инструменты и т.д. расчетную мощность необходимо умножить на поправочный коэффициент (1,5÷3), чтобы не допустить перегрузки двигателя электростанции, что в свою очередь может привести к ее отключению в ответственный момент, либо и того хуже – выходу из строя.

Коэффициент мощности

Очень часто производители указывают мощность агрегата в Вт, которые необходимо перевести в ВА. Если для оборудования, имеющего только активную нагрузку, эти значения будут равны, то с приборами, имеющими реактивную составляющую ситуация обстоит немного иначе. Здесь для перевода необходимо использовать коэффициент мощности. Коэффициентом мощности (cosφ) называют безразмерную величину, характеризующую потребителя переменного тока с точки зрения присутствия в нагрузке реактивной составляющей. Его еще называют мерой реактивности электрооборудования.

К примеру, если cosφ = 0,8, то 80% от потребляемой электроагрегатом мощности – это активная нагрузка, а соответственно оставшиеся 20% – реактивная. В таком случае для определения полной мощности устройства необходимо имеющуюся тепловую мощность разделить на величину коэффициента мощности. Величину данного коэффициента можно почерпнуть из тех же источников, что и мощность устройства (шильдик и документация). Если cosφ для электроприбора не известен (такое случается, когда некоторые недобросовестные производители пытаются выдать генератор за более мощный), то для приблизительного расчета его можно брать равным 0,6 – 0,8.

Пример: в паспортных данных погружного насоса указана тепловая потребляемая мощность Р=2 кВт, а величина коэффициента мощности cos φ = 0,8. Исходя из этих данных, находим полную мощность указанного агрегата, она будет равняться:

S = 2000/0,8=2500 ВА = 2,5 кВА.

Коэффициент одновременного включения

По окончанию расчетов суммарной мощности всего оборудования следует скорректировать полученную величину на специальный поправочный коэффициент, учитывающий возможность одновременного включения выбранных устройств в пик потребления. В большинстве случаев все электроприборы, подключенные к генератору, не используются в одно и то же время, в таком случае данный коэффициент будет равняться 0,7, на него и нужно умножить конечный результат. Чем больше вероятность того, что некоторые устройства будут задействованы одновременно, тем ближе к единице будет поправочный коэффициент.

Запас мощности

Помните, что рассчитанная мощность не должна быть больше номинальной у выбираемой электростанции. Также необходимо обращать внимание на то, что многие компании-производители указывают в документации показатель максимальной выходной мощности. Данный параметр допускает работу генератора при такой нагрузке в течении непродолжительного интервала времени, который в зависимости от производителя может колебаться в пределах от нескольких секунд до часа и более. Реальная же мощность (ее обычно называют номинальной) несколько, а порой даже на десятки процентов ниже этой цифры.

В завершении проводимых расчетов специалисты советуют при выборе конкретной электростанции делать запас мощности в размере 20-30% от полученной величины,  другими словами умножить суммарное энергопотребление всей имеющейся техники на 1,2 – 1,3. Такой запас необходимо делать для того, чтобы станция не работала на пределе своего потенциала, и всегда имелась возможность оперативно подключить к генератору дополнительное оборудование. Дело в том, что длительное функционирование любого прибора, в том числе и электростанции в режиме перегрузки существенно снижает его ресурс.

Большинство электростанций допускают небольшую перегрузку (в районе 10%) сверх номинальной  мощности с обязательными технологическими перерывами, необходимыми для восстановления нормальных параметров теплового режима. Суммарная эксплуатация автономных источников электроэнергии при таком уровне нагрузки должна занимать не более 10% от общей наработки электроустановки.

Примеры расчета мощности электростанции

Как показывает практический опыт применения электрогенераторных установок на загородном дачном участке, где из электропотребителей имеется только телевизор, холодильник и до десятка лампочек вполне хватит генератора мощностью 2 кВт. Для бесперебойного питания большого коттеджа, где установлен стандартный набор современной бытовой техники и часто возникают перебои с подачей электричества, потребуется  более мощная модель (на 7 –15 кВт). Для использования во дворе собственного дома электрического инструмента – болгарки, электродрели, бетономешалки и т.п. вполне хватит портативной электростанции, рассчитанной на 6 кВт.

Рассмотрим такой пример: необходимо определиться с генератором для автономного питания перфоратора мощностью 600 Вт (cosφ=0,6) и двух обогревателей, потребляющих 1500 Вт. Минимально необходимая мощность такой электростанции составит:  

S = 1,5х(600/0,6)+1500= 3000ВА = 3 кВА.

где 1,5 – коэффициент, учитывающий пусковой ток.

Если полагаться, что электростанция будет работать на 75% от своего максимального потенциала, то окончательный расчет будет иметь вид:

S = 3/75х100= 4 кВА.

Либо такой случай: имеется циркулярная пила мощностью 1400 Вт, шлифовальная машина – 1000 Вт, а также сварочный аппарат – 2200 Вт. Необходимо рассчитать мощность электростанции, которая смогла бы запитать перечисленную технику. В этом случае данный показатель определится следующим образом:

S = 1000х1,5+1400х1,5+2200х3= 10200 ВА = 10,2 кВА.

При рекомендуемом уровне нагрузки в 75 % требуемая мощность составит:

S = 10,2/75х100= 13,6 кВА.

Получаем, что для нормального функционирования данного перечня техники достаточно генератора номинальной мощностью 13,6 кВА.