Основные методы расчета электрических нагрузок

Основные методы расчета электрических  нагрузок

 

Метод коэффициента спроса.

Пример

Для определения расчетных нагрузок по этому методу необходимо знать  установленную мощность Рном группы приемников и коэффициенты мощности cosj и спроса Кс данной группы, определяемые по справочным материалам.

Расчетную нагрузку группы однородных по режиму работы приемников определяют по формулам:

Рр=КсРном

Qр=Рр

где соответствует данной группы приемников.

Расчетную нагрузку узла системы электроснабжения, содержащего группы приемников электроэнергии с различными режимами работы, определяют с учетом разновременности максимумов нагрузки отдельных групп

где и - соответственно сумма расчетных активных и реактивных мощностей отдельных групп электроприемников; Кр,м - коэффициент разновременности максимумов нагрузок отдельных групп приемников.

Значение Кр,м можно приближенно принять равным 0,9. При этом суммарная расчетная нагрузка узла системы электроснабжения не должна быть меньше его средней нагрузки.

Определение расчетной силовой  нагрузки по установленной мощности и коэффициенту спроса является приближенным методом расчета, поэтому его применение рекомендуют для предварительных расчетов и определение общезаводских нагрузок для 5УР-6УР. 

 

 

Статистический  метод расчета нагрузок.

По этому методу расчетную нагрузку группы приемников определяют двумя интегральными показателями: средней нагрузкой Рср,Т и среднеквадратичным отклонением бср,Т из уравнения

где - принятая кратность меры рассеяния, а индекс Т указывает на отношение величины к длительности интервала осреднения нагрузки.

Для группового графика средняя  нагрузка при достаточно большом m равна

Рср,Т=(р1+р2+...+рm)/m

где m - число отрезков длительностью Т=3Т0 , на которое разбит групповой график нагрузки, построенный для достаточно длительного периода времени.

Среднеквадратическое отклонение для группового графика нагрузок определяют по формуле

Статистический метод  позволяет определять расчетную  нагрузку с любой принятой вероятностью ее появления. Применение этого метода целесообразно для определения  нагрузок по отдельным группам и узлам приемников электроэнергии напряжением до 1 кВ (1УР-3УР).  

 

 

Определение расчетной  нагрузки по средней мощности и коэффициенту формы.

В основе этого метода лежит равенство  расчетной и среднеквадратичной нагрузок. Для групп приемников с повторно-кратковременным режимом работы принятое допущение справедливо во всех случаях. Оно приемлемо также для групп приемников с длительным режимом работы, когда число приемников в группе достаточно велико и отсутствуют мощные приемники, способные изменить равномерный групповой график нагрузок.

Данный метод может применяться  для определения расчетной нагрузки 3УР-4УР. Расчетную нагрузку группы приемников определяют из выражения

Рр=Кф,аРср,м

Qр=Кф ,р Qср,м

где Qср,м=Рср,м

Значения Кф достаточно стабильны для цехов и заводов с малоизменяющиейся производительностью. Поэтому при проектировании можно пользоваться экспериментальными данными, полученными для аналогичных производств. Обычно коэффициент формы составляет 1-1,2. При этом наименьшие значения соответствуют высшим ступеням системы электроснабжения.

Средние нагрузки за наиболее загруженную  смену Qср,м и Рср,м определяют любым из способов: по установленной мощности и коэффициенту использования; по удельному расходу электроэнергии на единицу выпускаемой продукции; в условиях эксплуатации - по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии. 

 

 

Метод упорядоченных  диаграмм.

Пример

Метод упорядоченных диаграмм применяется  для всех уровней системы электроснабжения и вне зависимости от стадии проектирования. При нахождении электрических нагрузок в сетях напряжением до 1 кВ существует следующий порядок расчета:

1) По расчетному узлу суммируются число силовых электроприемников и их номинальные мощности;

2) Суммируются средние активные и реактивные нагрузки рабочих электроприемников

3) Находится групповой коэффициент использования данного расчетного узла

4) Рассчитывается эффективное число электроприемников узла.

5) По справочным кривым или табличным значениям определяются коэффициент расчетной нагрузки и максимальная силовая нагрузка расчетного узла

Рр=КрРср

Расчетную реактивную нагрузку принимают равной

при nэ<10 - Qр=1,1Qср,м=1,1Рср

при nэ>10 - Qр=Qср,м=Рср

К расчетным силовым нагрузкам  до 1000 В по цеху (трансформатору в  целом) добавляются осветительные  нагрузки. 

 

Зависимость коэффициента расчетной нагрузки Кр от эффективного числа приемников n_э при различных коэффициентах использования Ки

Понятие расчетной мощности

 

В расчетах системы электроснабжения должны использоваться следующие значения электрических нагрузок:

а) наибольшая средняя нагрузка характерных категорий и групп ЭП для определения расчетной нагрузки;

б) расчетная нагрузка активной, реактивной мощности или тока для выбора элементов электрических сетей (проводников, кабелей, трансформаторов) по нагреву, отклонению напряжения, а также выбору мощности компенсирующих устройств;

в) пиковый ток для определения величины колебаний напряжения, выбора уставок релейной защиты. 

Целью расчета электрических нагрузок является определение токов, протекающих по токоведущим элементам с точки зрения их допустимости по условиям нагрева элементов. Расчет электрических нагрузок является определяющим величину затрат в системах электроснабжения промышленных предприятий.

Ток, протекая по элементу вследствие его омического сопротивления, вызывает его нагрев. Температура нагрева  проводников ограничивается по условиям износа изоляции и условиям работы самого элемента. Если бы токи в проводниках  были неизменны, то расчет их сечений можно было бы производить, пользуясь допустимыми температурами перегрева. Для кабелей и приводов, например, она составляет 50-80° C. Но мы имеем изменяющийся во времени ток, который вызывает изменение температуры проводников. Нас интересует максимальная температура, которая может существовать некоторое время.

Требование tуст<tдоп приводит к тому, что в паспорте оборудования (в каталожных данных) указывается: 1. для трансформаторов, электродвигателей, генераторов - мощность, при которой не произойдет перегрева. Такая мощность называется номинальной; 2. для проводов, кабелей, реакторов - допустимый ток, при котором не будет перегрева. За время равное 3Т0 (постоянная нагрева) проводник нагревается до 95% от tуст

Расчетная мощность Рр соответствует такой неизменной токовой нагрузке Iр, которая эквивалентна действительно изменяющейся нагрузке по наиболее тяжелому тепловому действию на элемент системы электроснабжения. Под действительной нагрузкой здесь подразумевается верхняя граница возможных значений усредненной токовой нагрузки. Длительность интервала осреднения принимается равной трем постоянным времени нагрева Т элемента системы электроснабжения, через который передается нагрузка (проводник, кабель, шинопровод). Опыт проектирования и эксплуатации электрических сетей напряжением ниже 1000 В свидетельствует о целесообразности принятия интервала осреднения 30 мин, соответствующего постоянной времени нагрева Т=10 мин.

Расчетный ток - это наибольший из средних получасовых токов. Он рассчитывается по формуле

Неизменный во времени  эффективный ток вызывает те же потери мощности, что и действительно  изменяющийся ток. То есть строго говоря можно использовать не средний за полчаса ток, а эффективный, но это вносит небольшую погрешность при существенном упрощении расчета.

Обычно на предприятии хорошо налажен  учет активной энергии и поэтому  говорят о расчетной мощности

Здесь вносят еще одно упрощение: учитывают не , а за смену (сутки, год).

Все вышесказанное подходит для расчета мощности отдельного электроприемника или группы однотипных электроприемников, работающих в одинаковом режиме. На практике же обычно приходится делать расчет для группы различных электроприемников, график работы которых стохастичен. Поэтому для расчета мощности таких групп применяют различные методы.

 

 

 

Основные термины и определения

 

Электроснабжением называют обеспечение потребителей электроэнергией, системой электроснабжения - совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электроэнергией. Системой электроснабжения может быть определена и как совокупность взаимосвязанных электроустановок, осуществляющих электроснабжение района, города, предприятия.

 

Потребитель - предприятие, организация, территориально обособленный цех, строительная площадка, квартира, у которых приемники электроэнергии присоединены к электрической сети и используют электрическую энергию.

 

 

 Приемником электроэнергии называют устройство (аппарат, агрегат, механизм), в котором происходит преобразование электрической энергии в другой вид энергии для ее использования. По технологическому назначению приемники электроэнергии классифицируются в зависимости от вида энергии, в который данный приемник преобразует электрическую энергию, в частности: электродвигатели приводов машин и механизмов, электротермические и электросиловые установки, установки электроосвещения, установки электростатического и электромагнитного поля, электрофильтры, установки искровой обработки, электронные и вычислительные машины, устройства контроля и испытания изделий.

 

 

 Электроустановками называют совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, передачи, накопления, распределения электрической энергии и преобразования ее в другой вид энергии. Электроустановка - комплекс взаимосвязанного оборудования и сооружений. Примеры электроустановок: электрическая подстанция, линия электропередачи, распределительная подстанция, конденсаторная установка, индукционная установка.

 

Введем понятие электрического хозяйства промышленных предприятий, представляющего совокупность генерирующих, преобразующих, передающих электроустановок, посредством которых осуществляется снабжение предприятия электроэнергией и эффективное использование ее в процессе технологического производства. Электрическое хозяйство включает в себя: собственно электроснабжение, которое называют внутризаводским электроснабжением, силовое электрооборудование и автоматизацию, электроосвещение, эксплуатацию и ремонт электрооборудования.

 

 

 Энергетической системой (энергосистемой) называют совокупность электростанций,электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электроэнергии и теплоты при общем управлении этим режимом. Электрической частью энергосистемы называется совокупность электрических станции и электрических сетей энергосистемы.

 

 

 Электрической сетью называют совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии,состоящую из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории.

 

 

 Подстанцией называют электроустановку, служащую для преобразования и распределения электроэнергии и состоящую из трансформаторов или других преобразователей энергии, распределительного устройства, устройства управления и вспомогательных сооружений. Трансформаторную подстанцию называют комплектной - КТП - при поставке трансформаторов, щита низкого напряжения и других элементов в собранном виде или в виде, полностью подготовленном для сборки.

 

 

 Распределительным устройством (РУ) называют электроустановку, служащую для приема и распределения электроэнергии и содержащую коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и др.), а также устройства защиты, автоматики и измерительные приборы. Если все или основное оборудование РУ расположено на открытом воздухе, оно называется открытым (ОРУ), в здании - закрытым (ЗРУ). Распределительное устройство, состоящее из полностью или частично закрытых шкафов и блоков со встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, поставляемое в собранном или полностью подготовленном для сборки виде, называют комплектным и обозначают: для внутренней установки - КРУ, для наружной - КРУН.

 

 

 Распределительным пунктом называют РУ, предназначенное для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации. Раcпределительный пункт напряжением до 1 кВ называют, как правило, силовым (сборкой).

 

 

 Распределительным щитом называют распределительное устройство до 1 кВ, предназначенное для управления линиями сети их защиты.

 

 

 Станция управления - комплектное устройство до 1 кВ, предназначенное для дистанционного управления электроустановками или их частями с автоматизированным выполнением функций управления, регулирования, защиты и сигнализации. Конструктивно станция управления представляет собой блок, панель, шкаф, щит.

 

 

 Блок управления - станция управления, все элементы которого монтируют на отдельных плите или каркасе.