Исследование электропотребления приусадебного участка с применением устройства ТЭМП-3

Введение.

Расчётная присоединяемая мощность для приусадебных участков составляет 15 киловатт. При этом фактически потребляемая мощность, как правило, составляет не более 34 кВт [1]. Согласно своду правил СП 31-106-2002 «Проектирование и строительство инженерных систем одноквартирных жилых домов» нагрузка для дома менее 60 кв. м без электрических плит должна быть не меньше 5,5 кВт, для дома с электрическими плитами — 8,8 кВт [1]. Также, следует отметить, что по данным Федеральной службы государственной статистики (Росстат), в 2019 году средний годовой объем потребления электроэнергии на дачном участке составил около 5 кВт • t/м? [2].

При расчёте электропотребления для сельских жилых домов с напольными электроплитами и электроплитами и бытовыми электроводонагревателями применяется следующая формула:

• 6 кВт × количество жильцов × площадь дома.

При расчёте электропотребления для вновь электрифицируемых населённых пунктов или при отсутствии сведений об электропотреблении в уже электрифицированных жилых домах используется следующая формула:

• 1,5 кВт × количество жильцов × площадь дома.

Для вновь электрифицируемых населённых пунктов или при отсутствии сведений об электропотреблении в уже электрифицированных жилых домах используются следующие значения:

• 1,8 кВт × количество жильцов × площадь дома.

Для благоустроенных квартир городов, посёлков городского типа, поселков при животноводческих комплексах, птицефабриках и тепличных комбинатах с газификацией применяются следующие значения:

• 4 кВт × количество жильцов × площадь дома [3].

В [4] приводятся данные, что электропотребление в сельской местности составляет порядка 46 кВт∙ч/мес., или 550 кВт∙ч/год на одного жителя. Таким образом, имеются различные сведения об электропотреблении, потребляемой мощности сельскими домами и приусадебными участками. При этом под приусадебным участком понимается участок земли, выделяемый в личное пользование лицам, проживающих в сельской местности и на котором также размещаются жилые и вспомогательные строения и выращиваются растения. Таким образом, по сути, речь идёт об одном и том же объекте, когда мы говорим о потреблении приусадебного участка, или сельского дома, поскольку они, как правило, имеют один ввод, один счётчик электроэнергии, учитывающий электропотребление всех электроприёмников, находящихся как в доме, так и в других строениях, находящихся на участке, электроинструмента, используемого вне строений.

В связи с ростом (с 1 июля 2022 года) стоимости технологического присоединения к электрическим сетям, которое может составлять до 10 тыс. рублей за 1 кВт, актуальной становится задача определения заявляемой (по сути – фактически потребляемой) мощности таким образом, чтобы, с одной стороны, не переплатить за подключение, а с другой – не оказаться в условиях дефицита мощности. Актуально определение фактически потребляемой мощности и для тех случаев, когда владелец участка планирует использовать возобновляемые источники энергии для электроснабжения своего приусадебного участка.

Для определения необходимой мощности участка необходимо учесть:

• -    тип, количество и мощность электроприёмников;

• -    продолжительность использования электроприёмников в течение суток.

Проведение измерений электропотребления на типовых объектах позволяет выявить продолжительность использования электроприёмников, коэффициенты одновременности их использования. В качестве устройства для проведения измерений может применяться анализатор качества электроэнергии, или таймер-электросчётчик мобильный портативный одной из модификаций, например ТЭМП, ТЭМП-3 [5].

Цель работы: исследовать электропотребление приусадебного участка с выявлением максимальной, минимальной и средней потребляемой мощности, графика нагрузки.

Материал и методы исследования.

Для определения характеристик электропотребления приусадебного участка, был выбран объект, находящийся в поселке Буйском районе Костромской области. Площадь данного участка составляет 800 кв. м. На территории расположено: жилой дом, гараж, баня, дровяник, колодец, беседка, плодовые деревья, грядки. Дом с газовой плитой и дровяным отоплением. К основным электроприёмникам объекта относятся:

• -    электрическое освещение, суммарная мощность до 1 кВт;

• -    холодильник, 0,15 кВт;

• -    микроволновая печь, 1,5 кВт;

• -    насос погружной, 0,25 кВт;

• -    станок точильный, 0,45 кВт;

• -    электрический чайник, 2 кВт;

• -    электрообогреватель масляный, 1,5 кВт;

• -    электрообогреватель воздушный, 2 кВт;

• -    устройство отпугивания грызунов, 0,05 кВт;

• -    фумигатор 0,005 кВт;

• -    зарядные устройства для телефонов, 4 шт. 0,02 кВт;

• -    ночник, 0,005 кВт;

• -    вентилятор, 0,2 кВт;

• -    ноутбук, 04 кВт.

Определение характеристик электропотребления объекта было выполнено с помощью устройства ТЭМП-3 [5,6,7], подключенным на вводе объекта за прибором учёта СОЭ-52 (рисунок 1).

Рисунок 1 - Подключение ТЭМП-3 для снятия характеристик электропотребления приусадебного участка

Результаты и обсуждение.

В рамках исследования получены суточные графики нагрузки объекта, пример графика за 22 августа 2022 г. приведён на рисунке 2. Применение ТЭМП-3 позволило получить данные о потребляемой мощности, токе, напряжении с периодичностью раз в 2 секунды, причём устройство позволило записать с этой периодичностью как мгновенные значения, так и среднеквадратичные. Ниже, при построении графиков, использованы среднеквадратичные значения. Время по оси абсцисс указано с периодичностью примерно 30 минут.

Рисунок 2 - Суточный график нагрузки за 22.08.2022

К периодам с малым потреблением мощности относится работа холодильника, фумигатора, зарядных устройств и части электрического освещения. В промежуток времени от 01:15:47 по 00:07:00 зафиксирована работа холодильника совместно с обогревателем и фумигатором, зарядными устройствами. Резкое увеличение потребления электроэнергии происходит в 07:08:52 из-за включения микроволной печи, суммарная потребляемая мощность составила 4344,14 Вт. В 07:46:18 наблюдается максимальная потребляемая мощность (5849,26 Вт) в течении суток из-за одновременной работы микроволновой печи, электрического насоса, электрического освещения и холодильника. В целом наблюдается равномерное потребление электроэнергии в течении суток с утренними пиками потребления.

Моменты времени измерений. ч:мин:сек.

Рисунок 3 - График нагрузки в ночное время

Произведем детальный анализ графика потребляемой мощности объекта в ночное время, представленный на рисунке №3 (время с 00:00:00 до 04:15:04). Применение ТЭМП-3 позволило фактически «увидеть» моменты включения, работы и отключения различных электроприёмников.

В частности, на рисунке 3 прослеживаются совместные периоды работы холодильника, обогревателя и другой нагрузки, моменты включения, работы и отключения холодильника, обогревателя. Можно анализировать продолжительность работы различных электроприёмников, например, обогреватель включается с периодичностью 15 минут.

На рисунке 4 представлен суточный график напряжения.

Время суток, ч

Рисунок 4 – Суточный график напряжения

Анализ графика напряжения показал, что максимальное значение напряжения составляло 257 В, оно наблюдалось в промежутке времени от 00:00 до 01:08. В течение всех суток мгновенные значения напряжения не снижались ниже 235 В, а среднеквадратичные – ниже 241 В. То есть в течение практически всех суток отклонение напряжения превышает допустимое значение +10%. Можно рекомендовать обратиться в электроснабжающую организацию, или установить стабилизатор напряжения для приведения уровня напряжения в нормативные значения.

Для определения расчетной мощности приусадебного участка обычно используется следующая формула:

Р(Вт) = (S ‧ N): 365, где М – мощность, Вт; S – площадь участка, кв м; N – количество проживающих человек; 365 – дней в году.

Получаем, что для обозреваемого дачного участка площадью 800 кв м, а также проживающих на нём 5 человек необходима следующая мощность:

Р = (800 ‧5):365 = 10 кВт

Рассмотрим другой вариант расчета потребляемой электрической мощности. Для этого необходимо просуммировать мощности потребителей, которые планируются к использованию (список приведён выше в статье). Далее необходимо умножить полученную сумму на коэффициент спроса, который зависит от потребляемой мощности [8].

Для рассматриваемого объекта сумма всех потребителей составляет 8,19 кВт, далее подбираем коэффициент спроса. Коэффициенты спроса приведены в таблице 1.

Таблица 1. Коэффициенты спроса [8]

Заявленная мощность, кВт	До 14	20	30	40	50	60	70 и более
Коэффициент спроса	0,8	0,65	0,6	0,55	0,5	0,48	0,45

Получаем, Р = 8,19 ‧ 0,8 = 6,5 кВт. Таким образом, расчетнаямощностьдля потребителей данного участка составляет 6,5 кВт, что близко к измеренным. Следует отметить, что за период измерений (5 дней) максимальная зафиксированная мощность составила 6,4 кВт, что близко к расчётной.

Заключение.

В ходе исследований были выявлены основные электропотребляющие устройства, находящиеся на приусадебном участке. Были приведены и проанализированы графики нагрузок, тока и напряжения. Использование при исследовании прибора ТЭМП-3 позволило получить максимальные, минимальные значения тока, мощности, напряжения на вводе в объект. Это позволило сравнить фактически потребляемую мощность участка с расчётной, выявить превышение значений напряжения выше нормированных, выявить значения пусковых токов разных устройств, периодичности их включения, работы и выключения. Это позволяет в дальнейшем разрабатывать способы и средства управления нагрузками подобных объектов.