Краткие теоретические сведения о расчете электрических нагрузок

2. Краткие теоретические сведения о расчете электрических нагрузок 2.1. Методы расчета электрических нагрузок Первым этапом проектирования системы электроснабжения является определение электрических нагрузок. По значению электрических нагрузок выбирают и проверяют электрооборудование системы электроснабжения, определяют потери мощности и электроэнергии. От правильной оценки ожидаемых нагрузок зависят капитальные затраты на систему электроснабжения, эксплуатационные расходы, надежность работы электрооборудования. К основным методам расчета электрических нагрузок относятся следующие: 1) по установленной мощности и коэффициенту спроса: ; (2.1) 2) по средней мощности и коэффициенту формы графика нагрузок: ; (2.2) 3) по средней мощности и коэффициенту максимума (метод упорядоченных диаграмм показателей графиков нагрузок): ; (2.3) 4) по средней мощности и отклонению расчетной нагрузки от средней (статистический метод): , (2.4) где – принятая кратность меры рассеяния; – среднеквадратичное отклонение. В настоящих методических указаниях рассмотрены первый и третий методы расчета электрических нагрузок, как наиболее простые и удобные в практическом использовании. Первый метод расчета, выполняемый по формуле (2.1), дает приближенные результаты и в основном используется для предварительных расчетов. Однако следует учитывать, что шаг стандартных сечений мощностей силовых трансформаторов значительно больше, чем ошибка в расчетах. По этой причине вполне возможно практическое применение метода определения нагрузки и по коэффициенту спроса [5]. Третий метод, выполняемый по формуле (2.3), наиболее точен и применяется для расчета нагрузок на всех ступенях системы электроснабжения, но при условии наличия данных о каждом приемнике узла. 2.2. Определение расчетных нагрузок цехов по установленной мощности и коэффициенту спроса Расчетная нагрузка (активная и реактивная) силовых приемников цеха определяется из соотношений: ; , (2.5) где – суммарная установленная мощность всех приемников цеха принимается по исходным данным; – средний коэффициент спроса, принимаемый по табл. П 1.1, табл. П 1.2 приложения в зависимости от коэффициента использования , или по справочным данным [3, 4]; – средневзвешенное значение коэффициента реактивной мощности, характерное для приемников данного цеха. Расчетная нагрузка осветительных приемников цеха обычно определяется по установленной мощности и коэффициенту спроса: , (2.6) где – коэффициент спроса, для освещения, принимаемый по табл. П 1.3 или по справочным данным [3, 4]; – установленная мощность приемников электрического освещения. Величина может определяться по формуле: , (2.7) где – удельная нагрузка, Вт/м2 площади цеха (табл. П 1.4). Для осветительной установки с газоразрядными лампами расчетная реактивная нагрузка определяется по формуле: , (2.8) где − коэффициент мощности источников света (табл. П 1.5). Полная расчетная мощность силовых и осветительных приемников цеха (табл. П 1.5) определяется из соотношения: . (2.9) Приемники напряжением выше 1000 В цеха учитываются отдельно (табл. П 1.6). Расчетные активная и реактивная мощности групп приемников выше 1000 В определяются из соотношений: ; , а полная − из выражения . Суммарные расчетные активные и реактивные нагрузки потребителей: 0,38/0,22 кВ и 6−10 кВ в целом по заводу определяются суммированием соответствующих нагрузок цехов. Пример 2.1. Рассчитать нагрузку цехов завода по установленной мощности и коэффициенту спроса. Исходные данные для расчета приведены в табл. П 1.6. Для освещения цехов используются лампы накаливания. Решение. Расчет производим на примере инструментального цеха предприятия. Рассчитываем активную, реактивную и полную осветительную нагрузку по формулам (2.5), (2.6), (2.7), (2.9): кВт; квар; кВт; кВт; кВ∙А. Нагрузка остальных цехов предприятия рассчитывается аналогично. Задание для самостоятельного решения № 2.1. Рассчитать нагрузку цехов предприятия по установленной мощности и коэффициенту спроса. Исходные данные для различных вариантов приведены в табл. 1.11, 1.12. 1.13. 2.3. Определение расчетной нагрузки по средней мощности и коэффициенту максимума (метод упорядоченных диаграмм) По этому методу расчетная активная нагрузка группы приемников с переменным графиком нагрузки может быть определена по средней мощности и коэффициенту максимума , (2.10) где − определяется по табл. П 1.1, П 1.2 или по справочникам [3, 4]; − по табл. П 1.7 или по кривым [3, 6] в зависимости от и эффективного числа электроприемников пЭ; − суммарная номинальная мощность однотипных приемников; − средняя активная мощность за наиболее загруженную смену. Под эффективным числом группы электроприемников с различной установленной мощностью и разными режимами работы понимают такое число приемников, одинаковых по мощности и однородных по режиму работу, которое обеспечивает ту же величину расчетной нагрузки, что и рассматриваемая группа различных по мощности и режиму работы электроприемников. Это число находят из выражения , (2.11) где в числителе стоит квадрат суммы номинальных мощностей всех приемников группы, а в знаменателе − сумма квадратов этих мощностей. Эффективное количество электроприемников может быть принято равным фактическому их количеству (пЭ = п) в следующих случаях: а) когда мощность всех приемников одинакова; б) при коэффициенте использования ; в) когда выполняются соотношения (табл. П 1.8) между коэффициентом использования и величиной отношения , (2.12) где Рн макс, Рн мин − соответственно номинальные активные мощности (кВт) наибольшего и наименьшего электроприемников в группе. При определении Рн мин должны быть исключены наиболее мелкие электроприемники, суммарная мощность которых не превышает 5 % мощности всей группы приемников. Если указанные условия не выполняются, что наблюдается при т > 3, а КИ < 0,2, эффективное количество электроприемников определяют в зависимости от относительных величин Р0, п0, вычисляемых по формулам: ; , (2.13) где п − общее количество электроприемников группы; − суммарная номинальная мощность всей группы, кВт; п1 − количество приемников в группе, номинальная мощность каждого из которых больше или равна половине номинальной мощности наиболее мощного приемника в группе; − сумма номинальных мощностей этих приемников, кВт. При т > 3 и КИ ≥ 0,2 эффективное количество приемников . (2.14) Если найденное по формуле (2.15) пЭ окажется большим, чем фактическое, следует принять пЭ = п. В зависимости от коэффициента использования КИ и эффективного количества приемников по табл. П 1.7 определяют коэффициент максимума. Для электроприемников повторно-кратковременного режима работы (ПКР) паспортную мощность приводят к номинальной длительной мощности с относительной продолжительностью включения, равной 100 % (ПВ = 100 %). , (2.15) где − паспортная номинальная мощность электроприемника; ПВ − паспортные данные об относительной продолжительности включения. Однако следует учитывать, что шаг стандартных сечений мощностей силовых трансформаторов и т.д. значительно больше, чем ошибка в расчетах. По этой причине вполне возможно применение метода определения нагрузки и по коэффициенту спроса [5]. Средняя реактивная нагрузка группы электроприемников , (2.16) здесь − средневзвешенное значение тангенса угла сдвига фаз между током и напряжением, определяемое по средневзвешенному значению коэффициента мощности (). В свою очередь средневзвешенное значение , (2.17) где − номинальное значение коэффициента мощности i-го электроприемника. Расчетную реактивную мощность находят из следующих условий: при пЭ ≤ 10 ; (2.18) при пЭ > 10 , (2.19) где − средние реактивные мощности электроприемников. Пример 2.2. Определить расчетную нагрузку ремонтно-механического цеха с площадью 1800 м2 методом упорядоченных диаграмм. Ведомость электрических нагрузок цеха приведена в табл. П 1.9. Решение. Все рабочие приемники цеха разбиваем по характерным группам с одинаковыми коэффициентами использования КИА и мощности с выделением групп приемников с переменным (группа А − КИ < 0,6) и мало меняющимся (группа Б − КИ ≥ 0,6) графиками нагрузки (табл. П 1.10). Расчетные нагрузки (активная и реактивная) приемников группы А в целом по цеху определяем из выражений ; , где () − суммарная средняя активная (реактивная) мощность приемников группы А за наиболее загруженную смену; − коэффициент максимума активной мощности. Величину находим по кривым или по табл. П 1.7 при 0,1−0,9 в зависимости от величины средневзвешенного значения коэффициента использования и приведенного числа приемников . Величину определяем из выражения , (2.20) где − суммарная установленная мощность приемников группы А с приведением к ПВ = 100 %. Величину определяем из выражения , (2.21) где − номинальная активная мощность наибольшего приемника группы А, так как отношение и > 0,2. Расчетные нагрузки (активная и реактивная) приемников группы Б в целом по цеху определяем из выражений: ; , где () − суммарная средняя активная (реактивная) мощность приемников группы Б за наиболее загруженную смену. Величины () по группам А и Б в целом определяем суммированием средних активных (реактивных) мощностей характерных групп приемников, входящих в группы А и Б, определяемых из выражений: ; , где − суммарная установленная мощность характерной группы приемников, приведенная к ПВ = 100 %; − групповой коэффициент использования активной мощности за наиболее загруженную смену; − соответствует характерному для данной группы приемников средневзвешенному значению коэффициента мощности ( принимается по справочным данным для каждой характерной группы приемников). Для приемников повторно-кратковременного режима работы (кран-балки, сварочные аппараты) паспортную мощность приводим к номинальной длительной мощности при ПВ = 100 % по формуле: , где , кВт, ПВпасп, отн.ед. − паспортные данные о мощности и относительной продолжительности включения приемника. Расчетные активные и реактивные нагрузки силовых приемников по цеху в целом определяем суммированием соответствующих нагрузок группы А и Б согласно выражениям: ; . Расчетную нагрузку осветительных приемников цеха определяем аналогично. Приведем пример расчета нагрузки по группе металлорежущих станков (табл. П 1.10). Определим величину отношения между номинальной максимальной и номинальной минимальной мощностями: . Зная коэффициент использования и номинальную нагрузку всех потребителей, определим среднюю нагрузку за максимально загруженную смену: кВт; квар. Определим приведенное число приемников в группе: . По табл. П 1.7 по пп и КИ определяем КМ = 1,34. кВт; , так как и . Аналогично рассчитываем нагрузку по другим группам электроприемников. Результаты расчета заносятся в табл. П 1.10. После расчета групп приемников А и Б необходимо определить полную нагрузку цеха. Для этого необходимо определить также и нагрузку освещения. По табл. П 1.4 находим удельную нагрузку на площадь цеха: = 14,3 Вт/м2; м2; кВт. Для ремонтно-механического цеха (табл. П 1.3) Кс о = 0,85. кВт. Зная расчетные нагрузки по цеху (табл. П 1.10), определим полную расчетную нагрузку кВ∙А. Средневзвешенный коэффициент спроса КС силовых приемников цеха определяется из соотношения: . Все результаты расчетов сведены в табл. П 1.10. Задание для самостоятельного решения № 2.2. Определить расчетную нагрузку цеха методом упорядоченных диаграмм. Исходные данные для различных вариантов приведены в табл. 1.14.