Moc zapotrzebowana

Spis treści

 

      1. Wstęp

      Zachodzące od wielu lat zmiany wymagań w  budownictwie mieszkaniowym t elektroenergetyce przemysłowej sprowadzają się głównie do mocy zapotrzebowanej, której systematyczny wzrost związany jest przede wszystkim ze zwiększeniem efektywności energetycznej odbiorników energii elektrycznej i unowocześnieniem technologii procesów przemysłowych. Zmiany te wpłynęły niewątpliwie na weryfikację stosowanych dotychczas metod obliczeniowych.
      Warunki techniczne  jakim powinny odpowiadać instalacje elektryczne w budynkach budowlanych są obecnie uregulowane:
      - w rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać
        budynki i ich usytuowanie. Dział IV "Wyposażenie techniczne budynków". Rozdział 8 "Instalacje elektryczne" oraz
      - w wieloarkuszowej Polskiej Normie 60364 Instalacje elektryczne niskiego napięcia.

      Jednym z zasadniczych założeń przy projektowaniu instalacji elektrycznej jest ustalenie mocy zapotrzebowanej dla mieszkań i budynków mieszkalnych, niezbędne do określenia długotrwałej obciążalności instalacji.
      W Polskiej Normie HD 60364-1:2010 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych – Część 1: Wymagania podstawowe, ustalenie ogólnych charakterystyk, definicje – wymaga się, aby przy projektowaniu ekonomicznej i niezawodnej w granicach dopuszczalnego nagrzewania i dopuszczalnych spadków napięcia zasadnicza sprawą jest ustalenie maksymalnej. Przy ustalaniu maksymalnej mocy zapotrzebowanej dla instalacji, lub jej części, mogą być uwzględniane współczynniki jednoczesności.

      Stosowana w opracowaniu terminologia jest zgodna z określeniami podanymi w normie PN-IEC 60050-826: 2007 odnoszących się do instalacji elektrycznych w budynkach mieszkalnych.

▲ do góry

      2. Obliczeniowa moc szczytowa

      Moc zapotrzebowana - jest to umowna najwyższa wartość mocy pobieranej w określonej części instalacji elektrycznej
      budynku w warunkach obciążenia długotrwałego. Wartość mocy zapotrzebowanej ustala się najczęściej na podstawie
      mocy zainstalowanej (czyli sumy mocy odbiorników energii elektrycznej zainstalowanych w rozpatrywanej części instalacji),
      po przyjęciu określonych wartości współczynników jednoczesności włączania tych odbiorów.
      Moc szczytowa - jest to największe średnie obciążenie zmierzone lub obliczone w określonym przedziale czasu
      (np. w ciągu dnia, tygodnia, miesiąca, roku). Najczęściej okres ten obejmuje jeden rok. Ustalona wartość mocy
      szczytowej stanowi podstawę doboru urządzeń elektroenergetycznych pod kątem nagrzewania prądem roboczym
      i decyduje o nastawach stosowanych zabezpieczeń,
      Obliczeniowa moc szczytowa - jest to moc zapotrzebowana dla wewnętrznej linii zasilającej lub całego budynku
      mieszkalnego, której wartość ustalona z pewnym bezwzględnie ustalonym prawdopodobieństwem w badanym okresie
      czasu (zwykle na poziomie 0,95) nie będzie przekroczona.

      Na etapie projektowania zwykle moc obliczeniową przyjmuje się jako równą mocy szczytowej i zakłada się określoną stałą wartość współczynnika mocy.
      Obliczeniową moc szczytową (Pos) można wyznaczyć z następujących zależności:
      a) obliczeniowego prądu szczytowego:

      b) obliczeniowego współczynnika mocy:

      c) obliczeniowej mocy szczytowej pozornej:

▲ do góry

      3. Moc zapotrzebowana budynków mieszkalnych

      Obciążenia instalacji elektrycznych w budynkach mieszkalnych można ustalić na podstawie zasad przedstawionych w normie N -SEP-E - 002 lub opracowanych przez COBR „Elektromontaż.
      Elektryczne ogrzewacze wody, zwłaszcza przeznaczone do zaopatrzenia w ciepłą wodę natrysków i wanien kąpielowych, wymagają odrębnego potraktowania w planowaniu mocy zapotrzebowanej ze względu na zaczną wartość swej mocy zainstalowanej, przeważnie rzędu od 18 do 27 kW. Moc zbiornikowych ogrzewaczy wody jest wprawdzie mniejsza, bo wynosząca od 1,5 do 6 kW zależnie od wielkości zbiornika.
      Moc zapotrzebowaną w budynku mieszkalnym ustala się na podstawie sumy mocy odbiorników energii elektrycznej, jakie mogą być zainstalowane w rozpatrywanej części instalacji elektrycznej (mocy zainstalowanej), z uwzględnieniem spodziewanego współczynnika jednoczesności pracy tych odbiorników (Tablica 1).

Tablica 1. Moc zapotrzebowana dla pojedynczego mieszkania lub budynku jednorodzinnego oraz
wartości obliczeniowych mocy szczytowych wewnętrznych linii zasilających (WLZ) budynków

      3.1. Moc zapotrzebowaną dla pojedynczego mieszkania o podstawowym wyposażeniu w sprzęt elektrotechniczny (wartości minimalne), należy przyjmować:
            a) 30 kW - dla mieszkań nie posiadających zaopatrzenia  w ciepłą wodę z sieci zewnętrznej,
            b) 12,5 kW - dla mieszkań zaopatrzonych w ciepłą wodę z sieci zewnętrznej,
            c) 7 kW - dla mieszkań w wariancie zubożonym w przypadku instalacji modernizowanych,
                wyposażonych w instalację gazową.

      W przypadku, gdy w budynku brak jest instalacji siłowej, wówczas moc zapotrzebowana jednego mieszkania powinna być wyznaczona z zależności:

PM1= Pmax + M P1

      gdzie:
      Pmax - moc największego odbiornika zainstalowanego w mieszkaniu (np. pralka 2,5 kW);
      M - liczba osób w mieszkaniu;
      P1 - moc zapotrzebowana przypadająca na jedną osobę ( w uproszczeniu przyjmuje się 1 kW/osobę).

      Określone wyżej zasady nie obejmują elektrycznego ogrzewania pomieszczeń mieszkalnych. W przypadku, gdy ogrzewanie elektryczne pomieszczeń jest stosowane wówczas moc zapotrzebowaną na ten cel należy dodatkowo uwzględnić. Ten wariant obliczania mocy zapotrzebowanej należy uznać za typowo oszczędnościowy.

      3.2. Moc zapotrzebowana dla domu jednorodzinnego jest równa 12,5 lub 30 KW, za wyjątkiem sytuacji gdy:
             a) zostały podane, przez właściciela lub inwestora, inne założenia dotyczące mocy zapotrzebowanej,
             b) dom jednorodzinny posiada dwie lub więcej kuchni użytkowanych niezależnie od siebie, albo dwie lub
                 więcej łazienek wyposażonych w natryski lub wanny kąpielowe z elektrycznym podgrzewaniem wody,
                 w szczególności, gdy mieszkanie przeznaczone jest do wynajmu. Zaleca się, aby w takiej sytuacji
                 traktować dom jednorodzinny jako wielorodzinny z liczbą mieszkań ustaloną odpowiednio do liczby
                 kuchni i łazienek. Ustalenia te powinny być uzgodnione z właścicielem lub inwestorem budynku.
            W uzasadnionych przypadkach możliwe jest zwiększenie mocy zapotrzebowanej ponad wartości podane
            w pkt. 3.1, na wniosek inwestora lub właściciela budynku.

      3.3. Moc zapotrzebowaną 7 kW na mieszkanie w tzw. wersji zubożonej, dopuszcza się w przypadku instalacji
             modernizowanych, przede wszystkim w budynkach wyposażonych w instalację gazową pod warunkiem,
             że w przewidywanym okresie użytkowania instalacji nie planuje się instalowania kuchni elektrycznych lub
             elektrycznych przepływowych podgrzewaczy wody.
             Ustalenia te mogą być dokonane za zgodą lokatorów oraz uzgodnione z administratorem budynku.
             W uzasadnionych przypadkach, na wniosek właścicieli/lokatorów części mieszkań danego budynku, moc
             zapotrzebowaną ich mieszkań należy przyjąć odpowiednio 12,5 lub 30 kW.

      3.4. Obliczeniowa moc szczytowa wewnętrznych linii zasilających lub budynków powinna być ustalana w oparciu
             o liczbę mieszkań zasilanych z danej wewnętrznej linii zasilającej, na podstawie danych zawartych w tablicy 1 lub
             obliczona z zależności:

Pwlz= kj1 n PM1

      gdzie:
      kj1 - współczynnik jednoczesności określony wg tablicy 1 dla n mieszkań;
      PM1- moc określona dla pojedynczego mieszkania -12,5 kW lub 30 kW.

      3.5. Moc zapotrzebowana wewnętrznej linii zasilającej budynek z liczbą (n) mieszkań wyraża się zależnością:

PZ = kj1 nPM1 + POA + Pwindy

      gdzie:
      POA - jest mocą zapotrzebowaną przez odbiorniki administracyjne w budynku, uzgodnioną z inwestorem.
               Przy braku danych przyjmuje się POA = 0,5 kW, a  Pwindy - około 20 kW.
               Jeżeli budynek posiada więcej niż jedną windę należy uwzględnić odpowiedni współczynnik jednoczesności,

      3.6. Moc zapotrzebowana wewnętrznej linii zasilającej budynek z liczbą (n) mieszkań z ogrzewaniem elektrycznym oblicza się z zależności:

      gdzie:
      PZ - moc zapotrzebowana wlz bez uwzględnienia ogrzewania elektrycznego, w kW;
      k'j - współczynnik jednoczesności obciążenia ogrzewania w (n) mieszkaniach;
      PZi -moc zapotrzebowana na ogrzewanie przez i-te mieszkanie, w kW.

      Należy podkreślić, że dokładne określenie mocy zapotrzebowanej do celów ogrzewania pomieszczeń wymaga szczegółowych obliczeń, które należy wykonać wspólnie z konstruktorem budowlanym lub projektantem instalacji sanitarnych. W budynkach mieszkalnych, w których dominujący udział stanowią odbiorniki grzejne, wartość współczynnika mocy cosφ ≈ 1.

      3.7. Moc szczytowa grupy budynków
            Obliczeniowa moc szczytowa grupy (n) budynków powinna być wyznaczona z empirycznego wzoru:

            gdzie PZ - jest mocą czynną zapotrzebowaną przez obwód zasilania przyłączy, w kW.

▲ do góry

      4. Planowanie mocy zapotrzebowanej budynków użyteczności publicznej

      4.1. Moc szczytowa budynków użyteczności publicznej
            1) Obliczeniowa moc szczytowa budynku użyteczności publicznej może by wyznaczona ze wzoru:

      gdzie:
      kji - współczynnik jednoczesności i- tej grupy odbiorników;
      Pi - moc zainstalowana i - tej grupy odbiorników, w kW;
      ai - współczynnik wykorzystania mocy znamionowej urządzenia danej grupy odbiorników (dotyczy głównie silników).

      Przykładowe współczynniki jednoczesności kj charakterystycznych grup odbiorników w budynkach biurowych i szpitalnych przedstawia tablica 2.

Tablica 2. Współczynniki jednoczesności

      2)  Obliczeniowa moc szczytowa budynku użyteczności publicznej może być wyznaczona metodą współczynnika zapotrzebowania  ze wzoru:

      gdzie:
      kZ - współczynnik zapotrzebowania z tablicy 3,

     

Tablica 3. Współczynniki zapotrzebowania mocy dla obiektów niemieszkalnych

      W metodzie współczynnika zapotrzebowania obciążenie szczytowe nie zależy w sposób jednoznaczny od liczby zainstalowanych odbiorników. Wynika ono z różnych wartości współczynnika zapotrzebowania kz dla takich samych obiektów, przy czym wartości mniejsze należy przyjmować dla dużych obiektów, o większym i bardziej różnorodnym wyposażeniu.
      W obiektach nieprzemysłowych (szkoły, szpitale, teatry, biura, hotele, itp.), w których dominują odbiorniki oświetleniowe oraz urządzenia grzejne, można przyjmować wartość współczynnika mocy cosφ ≈ 1, jeżeli inne względy nie uzasadniają przyjęcia mniejszej wartości.
      Złącza w budynkach niemieszkalnych należy obliczać jako sumę obciążeń przewidzianych dla odbiorników w pomieszczeniach administracyjnych, handlowych, usługowych i innych zasilanych z tego złącza.
      W przypadku braku danych szczegółowych można przyjmować szacunkowe moce jednostkowe:
      1) Budynki biurowe
         - 40 VA/m2 – oświetlenie,
         - 30 VA/m2 – odbiorniki siłowe, lecz bez urządzeń klimatyzacyjnych,
         - 60 VA/m2 – odbiorniki siłowe z uwzględnieniem urządzeń klimatyzacyjnych
      2) Domy i obiekty handlowe
         - 150 VA/m2 – powierzchni użytkowej
      3) Hotele
         - 60 VA/m2 lub
         - 3 kVA/1– pokój hotelowy,
      4 Szpitale
         - 2 kVA/1– łóżko szpitalne
      Przedstawione wyżej dane te mogą służyć tylko do szacunkowej oceny mocy zapotrzebowanej na początkowym etapie projektowania (koncepcji projektowej).

      4.2. Moc szczytowa bierna budynku użyteczności publicznej powinna być ustalona na podstawie danych katalogowych producentów urządzeń planowanych do zainstalowania w budynku, wg zależności:

      gdzie:
      tgφi - zastępczy współczynnik mocy i - tego odbiornika;
      Pi - moc czynna i - tego odbiornika, w kW;
      Qi - moc bierna i - tego odbiornika, w kvar;
      kZ - współczynnik zapotrzebowania dla budynku.

      Na podstawie obliczonej wartości mocy zapotrzebowanej czynnej i biernej można wyznaczyć zastępczy współczynnik mocy tgφ, ze wzoru:

      Jeżeli obliczony współczynnik tgφ jest większy od wartości tgφdop, określonej w umowie przyłączeniowej (jeżeli nie został określony, to jego wartość wynosi 0,4) lub posiada wartość mniejszą od zera, wówczas należy zastosować odpowiednią kompensację mocy biernej.

▲ do góry

      5. Planowanie mocy zapotrzebowanej budynków przemysłowych

      Moc zapotrzebowana w zakładzie przemysłowym zależy głównie od:
      - rodzaju produkcji,
      - stosowanych technologii,
      - przewidywanego obciążenia szczytowego w ciągu roku,
      - rodzaju produkowanych wyrobów,
      - rodzaj parku maszynowego i stopień jego dostosowania do technologii.

      Jest wiele metod obliczania mocy zapotrzebowanej przez zakład przemysłowy. Przyjętą metodę obliczania mocy zapotrzebowanej w zakładzie przemysłowym powinna cechować:
      - prostota obliczeń,
      - uniwersalność w zakresie wyznaczania obciążeń dla różnych poziomów poboru i rozdziału energii
      - dostateczna dokładność uzyskiwanych wyników w zależności od ich przeznaczenia,
      - łatwość wyznaczania wskaźników, na których opiera się metoda.

      Stosuje się następujące metody planowania i obliczania mocy zapotrzebowanej dla zakładu przemysłowego:
      1) metody uproszczone,
       2) metody uniwersalne,
           a) metoda wskaźnika zapotrzebowania mocy kz,
           b) moc zapotrzebowana grupy odbiorników,
           c) moc zapotrzebowana oddziału (rozdzielnicy oddziałowej),
      3) moc zapotrzebowana całego zakładu,
      4) metoda dwuczłonowa.

      5.1.Metody planowania i obliczania mocy zapotrzebowanej dla zakładu przemysłowego
       Stosuje się wiele uproszczonych metod planowania i obliczania mocy zapotrzebowanej dla zakładu przemysłowego, które:
      - nie uzależniają stosunku obliczeniowej mocy szczytowej do mocy zainstalowanej (mocy znamionowej) od liczby odbiorników.
      - mogą być stosowane jedynie wówczas, gdy obciążenie w ciągu rozpatrywanego okresu jest praktycznie stałe.
      - mogą być również stosowane do grup odbiorników pracujących w sposób ciągły z niezmiennym obciążeniem lub bardzo liczne
        grupy odbiorników o dowolnych charakterystykach obciążenia, nie wykazujących wzajemnych korelacji (np. pompy, wentylatory
        o ruchu ciągłym).

      Do metod uproszczonych zalicza się:
      a) metodę mocy jednostkowej,
      b) metodę jednostkowego zużycia energii elektrycznej.

      Metoda mocy jednostkowej (średniówek powierzchniowych) - znajduje zastosowanie dla zakładów (oddziałów) o zamkniętym i ustalonym cyklu procesu technologicznego oraz jednorodnej i równomiernej produkcji.
      Moc zapotrzebowaną zakładu można wyznaczyć uwzględniając wskaźnik kA powierzchniowego zapotrzebowania na moc [W/m2] oraz powierzchnię S (w m2), ze wzoru:

PZ = kA ∙ A

      Moc zapotrzebowaną zakładu PS można również wyznaczyć uwzględniając roczne zużycie energii Er oraz roczny czas użytkowania mocy szczytowej TS; ze wzoru:

      przy czym: Er = Ej ∙ Nr
      gdzie:
      Ej - jednostkowe zużycie energii;
      Nr - wielkość produkcji zakładu.

      5.2.Metody uniwersalne obliczania mocy zapotrzebowanej
           - oparte są na podstawach teoretycznych z zakresu rachunku prawdopodobieństwa i statystyki matematycznej.
           - uzależniają stosunek mocy szczytowej do mocy zainstalowanej od liczby odbiorników i charakteru zróżnicowania
             ich mocy znamionowych.
           - służą do wyznaczania przewidywanych obciążeń powodowanych przez zbiory złożone z dowolnej liczby odbiorników,
             których charakterystyki obciążenia muszą być niezależne.

           Do najczęściej stosowanych metod uniwersalnych zalicza się metody:
           - wskaźnika zapotrzebowania mocy kz,
           - dwuczłonową (Liwszyca),
           - zastępczej liczby odbiorników nz,
           - statystyczną.

      5.2.1. Metoda wskaźnika zapotrzebowania mocy kz
           - Umożliwia wyznaczanie mocy szczytowych całych zakładów, poszczególnych oddziałów, stacji transformatorowych,
             czy poszczególnych rozdzielni zasilających grupy odbiorników o określonym przeznaczeniu i programie pracy.
           - Metoda jest prosta w obliczeniach i ma zastosowanie przy ustalaniu koncepcji zasilania i założeń projektowych.
           - Poprawne wyniki uzyskuje się przy liczbie odbiorników równej co najmniej około 50, w przeciwnym razie nie powinno
             się jej stosować.

      5.2.2. Moc zapotrzebowana grupy odbiorników
            Moc zapotrzebowaną grupy odbiorników oblicza się ze wzoru:

      gdzie:
      kZi -wskaźnik zapotrzebowania mocy grupy (n) odbiorników;
      Pni - moc znamionowa i - tego odbiornika w grupie.

      gdzie: tgφZi - zastępczy współczynnik mocy grupy odbiorników przy obciążeniu szczytowym.

      5.2.3. Moc zapotrzebowana oddziału (rozdzielnicy oddziałowej)

      gdzie:
      PZi - moc zapotrzebowana czynna i - tej grupy odbiorników;
      QZi - moc zapotrzebowana bierna i - tej grupy odbiorników;
      m - ilość grup charakterystycznych odbiorników zasilanych z rozdzielnicy oddziałowej.

      5.3. Moc zapotrzebowana całego zakładu przemysłowego

      gdzie:
      kjc - współczynnik jednoczesności obciążenia mocy czynnej;
      kjb - współczynnik jednoczesności obciążenia mocy biernej;
      PZoi - moc zapotrzebowana czynna i - tej stacji oddziałowej;
      QZoi - moc zapotrzebowana bierna i - tej stacji oddziałowej;
      n - ilość stacji oddziałowych w zakładzie.

      5.4. Metoda dwuczłonowa
      Metoda dwuczłonowa (Liwszyca) jest szczególnie przydatna do obliczania obciążenia stacji transformatorowych i linii zasilających grupy odbiorników (np. silników) poszczególnych oddziałów w zakładach metalowych, dla których opracowano dostatecznie dokładne wartości współczynników.
      Moc zapotrzebowana podzielona jest na dwie składowe:
      - ciągłą, uwzględniającą moc średnią, pobieraną przez wszystkie odbiorniki,
      - rozruchową pobieraną przez odbiorniki o największej mocy znamionowej podczas rozruchu.

      Moc zapotrzebowaną grupy odbiorników oblicza się z zależności:

      gdzie:
      Pni – moce znamionowe urządzeń w grupie, w kW;
      Pnmi – moce znamionowe (m) urządzeń o najwyższej mocy w grupie, w kW;
      b, c – współczynniki członu ciągłego i rozruchowego;
      n – ilość urządzeń w grupie;
      m – liczba silników o największych mocach znamionowych.
            Jeżeli n < m to należy przyjąć m = n.

▲ do góry

      6. Moc zapotrzebowana przez oświetlenie elektryczne

      Obliczenie mocy zapotrzebowanej przez oświetlenie elektryczne dotychczas polegało głównie na metodach: punktowej, sprawności, strumienia jednostkowego lub masy jednostkowej itp. Zaistniałe w ostatnich latach zmiany dotyczące dostępnych programów komputerowych, nowych technologii wytwarzania i stosowania energooszczędnych źródeł światła, a także planowanie zagospodarowania przestrzennego gmin i miast, pozwala na precyzyjne określanie mocy zapotrzebowanej przez oświetlenie już na etapie projektowania.
      Na podstawie dobranej mocy oprawy oświetleniowej moc zapotrzebowaną przez oświetlenie uliczne można obliczyć ze wzoru:

 

      gdzie:
      Pośw - moc czynna zapotrzebowana przez instalacje oświetlenia ulicznego, w kW;
      Pop - moc czynna pojedynczej i-tej oprawy, w kW.

      Moc bierną zapotrzebowaną przez instalację oświetlenia ulicznego można ustalić z zależności:

 

      gdzie:
      Qośw - moc bierna zapotrzebowana przez instalację oświetlenia ulicznego, w kvar;
      Pośw - moc czynna zapotrzebowana przez instalację oświetlenia ulicznego, w kW;
      tgφośw - współczynnik mocy dla grupy opraw.

▲ do góry

      7. Zapotrzebowanie na moc ze stacji transformatorowej
      Zapotrzebowanie na moc ze stacji transformatorowej, z której będą zasilane budynki użyteczności publicznej, budynki komunalne oraz oświetlenie uliczne, należy ustalić sumując poszczególne moce czynne i bierne, np.:

 

      gdzie:
      S - moc pozorna, w kVA,
      PZu - moc czynna zapotrzebowana przez budynek użyteczności publicznej, w kW;
      QZu - moc bierna zapotrzebowana przez budynek użyteczności publicznej, w kvar;
      Pz - moc czynna zapotrzebowana przez budynki mieszkalne, w kW;
      Pośw - moc czynna zapotrzebowana przez instalację oświetlenia elektrycznego, w kW;
      Qośw - moc bierna zapotrzebowana przez instalację oświetlenia ulicznego, w kvar.

▲ do góry

Menu serwisu