Расчет электрических нагрузок

Определение средних нагрузок. Средняя активная мощность за наиболее загруженную смену какой-либо группы силовых приемников с одинаковыми режимами работы определяется путем умножения суммарной номинальной мощности группы приемников, приведенной для приемников ПКР работы к ПВ=100%, на их коэффициент использования: Средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену для какой-либо группы силовых приемников (с отстающим током) одинакового режима работы определяется следующим образом: 1) путем умножения суммарной номинальной реактивной мощности группы рабочих приемников, приведенной для приемников ПКР к ПВ=100%, на их групповой коэффициент использования. 2) путем умножения активной средней мощности этой группы на соответствующий групповому коэффициенту мощности . Реактивные нагрузки приемников с опережающим током (синхронные двигатели, батарея конденсаторов) принимаются со знаком минус Средняя активная мощность за наиболее загруженную смену СЭС, включающего какое либо количество групп приемников с разными режимами работы, определяется суммированием средних активных мощностей отдельных групп приемников. где средняя активная мощность за наиболее загруженную смену группы узла. число групп приемников с разными режимами работы, входящих в данный узел. Среднегодовую мощность, потребляемую цехом или предприятием в целом, находят из соотношений. годовой фонд рабочего времени . Определение расчетных нагрузок. Определение расчетных нагрузок выполняется от низших к высшим ступеням СЭС по отдельным расчетным узлам в сетях напряжением до и выше 1000В. В СЭС промышленного предприятия существует несколько характерных мест определения расчетных электрических нагрузок. Рассмотрим эти характерные места на схеме 4.1. 1) Определение РН, создаваемой одним приемником напряжением – до 1000В (нагрузка 1). Определение этой нагрузки, необходимо для выбора сечения провода и кабеля, отходящего к данному приемнику, и аппарата, при помощи которого производится присоединения приемника к силовому распределительному шкафу или распределительной линии 2) Определение РН, создаваемой группой приемников напряжением до 1000В (нагрузка 2). Определение данной нагрузки , необходимо для выбора сечения радиальной линии или распределительной магистрали, питающей данную группу приемников, и аппарата присоединяющего данную группу приемников. К главному силовому распределительному шкафу или питающей магистрали в схеме питания блок трансформатор-магистраль. 3) Определение РН, создаваемой на шинах низшего напряжения 0,69-0,4/0,23кВ ЦТП отдельными крупными приемниками или силовыми распределительными шкафами, питающими отдельные приемники или группы приемников (нагрузка 3). Определение данной нагрузки необходимо для выбора сечения линий отходящих от шин 0,69-0,4/0,23кВ ЦТП и питающих указанные приемники, и аппаратов присоединения отходящих линий к шинам низшего напряжения ЦТП. 4) Определение общей РН на шинах НН ТП или главной магистрали системы питания БТМ (нагрузка 4) . Определение данной нагрузки необходимо для выбора числа и мощности цеховых трансформаторов, сечения и материала шин ЦТП или главной магистрали и отключающих аппаратов, устанавливаемых на стороне низшего напряжения ЦТ. 5) Определение РН, создаваемой на шинах 6-20кВ распределительных пунктов отдельными приемниками или отдельными цеховыми трансформаторами с учетом потерь в трансформаторах (нагрузка 5). Определение данной нагрузки необходимо для выбора сечения проводов линий, отходящих от шин РП и питающих цеховые трансформаторы и приемники ВН, выбора отключающих аппаратов, устанавливаемых на этих линиях. 6) Определение общей РН на шинах каждой секции РП (нагрузка-6) Определение данной нагрузки необходимо для выбора сечения и материала шин 6-20кВ РП, сечения линий, питающих каждую из секций шин РП и отключающей аппаратуры со стороны шин ГПП. 7) Определение общей РН на шинах 6-20кВ каждой секции ГПП (нагрузка 7). Определение данной нагрузки необходимо для выбора числа и мощности понизительных трансформаторов, устанавливаемых на ГПП, выбора сечения и материала шин ГПП, выбора отключающей аппаратуры, устанавливаемой на стороне НН 6-20кВ трансформаторов ГПП. 8) Определение РН на стороне ВН 35-220кВ трансформатора ГПП с учетом потерь в трансформаторе (нагрузка 8) . Определение данной нагрузки необходимо для выбора сечения линий, питающих трансформаторы ГПП, и для выбора аппаратуры присоединения трансформаторов и питающих их линий. При определении РН должны учитываться следующие положения: • ГН цехов или всего предприятия меняются во времени, растут и по мере совершенствования техники производства выравниваются. • Постоянное совершенствование производства увеличивает расход электроэнергии, потребляемой предприятием. Это обстоятельство влечет за собой рост электрических нагрузок. • При проектировании СЭС необходимо учитывать перспективы развития производства, и следовательно перспективный рост электрических нагрузок предприятия на ближайшие 10 лет. Основные методы определения расчетных электрических нагрузок, применяемые при проектировании ЭС, могут быть разделены на две группы: 1. Методы, определяющие расчетную нагрузку умножением установленной мощности на коэффициент, меньший единицы: 2. Методы определяющие РН умножением средней нагрузки на коэффициент, больший единицы или равный ей: К основным следует отнести методы определения РН по: • Установленной мощности и коэффициенту спроса Кс • Средней мощности и отключению расчетной нагрузки от средней (статистический метод) • Средней мощности и коэффициента формы графика нагрузок Кф • Средней мощности и коэффициента максимума Км (метод упорядоченных диаграмм показателей ГН). • К вспомогательным можно отнести методы определения РН по: • удельному расходу электроэнергии на единицу продукции при заданном объеме выпуска продукции за определенный период: • удельной нагрузке на единицу производственной площади. Первый из основных и вспомогательные методы определения РН являются приближенными методами расчета. Последние три из указанных выше основных методов определения РН используют основные положения теории вероятностей. Рассмотрим некоторые методы определения расчетных нагрузок: 35220кВ 8 8 ГПП 7 7 620кВ 6 6 6 РП 620кВ 5 5 5 ТП 4 0,690,4/0,23кВ 4 3 3 3 0,690,4/0,23кВ 2 2 2 2 Определение расчетной нагрузки по установленной мощности и коэффициенту спроса. Расчетная нагрузка для группы однородных по режиму работы приемников определяется из выражения: где коэффициент спроса данной характерной группы приемников, принимаемый по справочным материалом. соответствует характерному для данной группы приемников , определяемому по справочным материалом. Значение может быть принято в зависимости от коэффициента использования для данной группы приемников для среднего коэффииента включения равного 0,8: Табл. 4.1 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,5 0,6 0,65-0,7 0,75-0,8 0,85-0,9 0,92-0,95 Данные по и для отдельных цехов и предприятий в целом для различных отраслей промышленности принимаются также по справочным материалом. Расчетная нагрузка узла СЭС (цеха, корпуса, предприятия) определяется суммированием расчетных нагрузок отдельных групп приемников, входящих в данный узел, с учетом коэффициента разновременности максимумов нагрузки, т.е по выражению: где сумма расчетных активных нагрузок отдельных групп приемников, определяемых по формуле (4.8). сумма расчетных реактивных нагрузок отдельных групп приемников, определяемых по (4.9). коэффициент разновременности максимумов нагрузки отдельных групп приемников, принимаемый в пределах 0,85-1,0 в зависимости от места нахождения данного узла в СЭС предприятия. Определение расчетной нагрузки по удельной нагрузке на единицу производственной площади. Расчетная нагрузка группы приемников по удельной нагрузке может быть определен по формуле: где площадь размещения приемников группы, м2. удельная расчетная нагрузка на 1м2 производственной площади, кВт/м2. Для определения расчетной нагрузки по всему цеху в целом формула (6.12) применима, но для величины должно быть принято средние значения ее, определенное по опытным значениям нагрузок в целом для аналогических цехов. Расчетные удельные нагрузки зависят от рода производства. Кроме того, они значительно изменяются в зависимости от площади цеха. Определение расчетной нагрузки по удельному расходу электроэнергии на единицу продукции. Для приемников электроэнергии, имеющих неизменные или мало меняющиеся графики нагрузок в наиболее загруженную смену, расчетная нагрузка принимается равной средней за наиболее загруженную смену. К таким приемникам относятся электрические приводы вентиляторов, насосов, преобразовательных агрегатов электролизных установок, печи сопротивления, большинство приемников бумажной и химической отраслей промышленности, приемники поточно-транспортных систем и многие другие. Коэффициенты включения этих приемников равны единице, а коэффициенты загрузки изменяются мало. Для приемников с мало меняющейся или неизменной во времени нагрузкой расчетную нагрузку, совпадающую со средней, рекомендуется определять по удельному расходу электроэнергии на единицу продукции при заданном объеме выпуска продукции за определенный период времени: где удельный расход электроэнергии (активной) на единицу продукции, кВт·ч количество продукции, выпускаемой за смену (производительность установки за смену) продолжительность наиболее загруженной смены, ч Удельные расходы электроэнергии по отдельным видам продукции приведены в справочных материалах. Определение расчетной нагрузки по средней мощности и коэффициенту формы. Расчетная нагрузка группы приемников по средней мощности и коэффициенту формы определяется из следующих выражений: Так как то расчетная нагрузка принимается равной среднеквадратичной. В общем случае допущение равенства расчетной нагрузки среднеквадратичной неприемлемо, но в некоторых случаях среднеквадратичная нагрузка может быть непосредственно использована как расчетная. Для группы приемников с ПКР работы выражения (4.14) справедливо во всех случаях. Формулы (4.14, 4.15, 4.16) могут быть рекомендованы для определения РН цеховых шинопроводов, на шинах НН цеховой ТП, на шинах РП, ГРП, ГПП при достаточно равномерных графиках нагрузок когда лежит в пределах от 1,0 до 1,2. На действующих предприятиях при ритмичной работе по формуле (4.21) определяется за несколько дней и принимается его среднее значение. Когда опытным путем установить групповой ГН по тем или иным причинам трудно, можно с достаточной точностью принимать (значение при этом уменьшается по направлению от низших к высшим ступеням СЭС). Определение расчетной нагрузки по средней мощности и отклонению расчетной нагрузки от средней. По этому методу расчетная нагрузка группы приемников определяется двумя интегральными показателями: средней нагрузки и средним квадратичным отклонением (уклонением) из уравнения: где принимается кратность меры рассеяния (уклонения), а индекс указывает на отношение величины к длительности интервала осреднения нагрузки. Для практических расчетов это выражение может быть представлено в виде: где суммарная номинальная мощность приемников группы. коэффициент использования для данной категории приемников, величина которого принимается превышение (отклонение) расчетного максимума над средней нагрузкой и определяется по зависимости: (Величина характеризует, во сколько раз продолжительность интервала осреднения нагрузки , необходимая для нагрева проводника до установившегося значения, больше 30 мин. Определение расчетных нагрузок по средней мощности и коэффициенту максимума. По этому методу расчетная активная нагрузка группы приемников определяется по средней мощности и коэффициента максимума из выражения. Этот метод определения РН является применимой к разнородным приемникам с длительным, повторно-кратковременным и кратковременным режимами работы и к различным узлам СЭС. Общие рекомендации по выбору метода определения расчетных нагрузок. Анализ рассмотренных выше различных методов определения РН позволяет дать следующие общие рекомендации: 1. Для определения РН по отдельным группам приемников и узлам напряжением до 1000В в цеховых сетях следует использовать метод у порядочных диаграмм показателей графиков нагрузок. 2. Для определения РН на высших ступенях СЭС следует применять методы расчета, основанные на использования средней мощности и коэффициентов формы и максимума. 3. При ориентировочных расчетах на высших ступенях СЭС возможно применение метода расчета по установленной мощности и , а в некоторых частных случаях по удельным показателям потребления электроэнергии. Определение пиковых нагрузок. Пиковая нагрузка – это максимальная нагрузка длительностью 1-2сек. Пиковый ток группы приемников, определяется как арифметическая сумма наибольшего из пусковых токов двигателей, входящих в группу, и расчетного тока нагрузки всей группы приемников с учетом двигателя, имеющего наибольший пусковой ток. где наибольший из пусковых токов двигателей в группе по паспортным данным. номинальный (приведенный к ПВ=100%) ток двигателя с наибольшим пусковым током. коэффициент использования, характерный для двигателя имеющего наибольший пусковой ток; расчетный ток нагрузки группы приемников. где кратность пускового тока, которая может быть принята (при отсутствии паспортных данных приемника) в пределах 5-7 для АД с КЗ ротором, 2,5 для АД с фазным ротором. где номинальные значения коэффициента мощности и к.п.д При отсутствии данных они могут быть приняты равными единице. В тех случаях, когда в группе приемников имеются достаточно мощные СД, а число двигателей в группе мало и их номинальные мощности резко различаются, пиковый ток может быть определен более точно по выражению (для 3хф.тока) где средние активные и реактивные нагрузки за наиболее нагруженную смену двигателя, имеющего наибольший пусковой ток. суммарные средние активные и реактивные нагрузки всех приемников в группы за наиболее загруженную смену. коэффициент максимума для группы приемников без учета двигателя, имеющего наибольший пусковой ток. Определение расхода электроэнергии. В зависимости от цели расчета расход электроэнергии обычно определяется за год, реже – за месяц или за наиболее загруженную смену. Годовой расход активной электроэнергии для отдельных цехов и предприятий в целом находится из выражения: Годовая продолжительность работы силовых приемников зависит от характера производства и технологического процесса и может быть определена из выражения. где число нерабочих дней в году, число смен, продолжительность смены, коэффициент, учитывающий время ремонта и другие простои производства, принимаемый равным 0,96-0,98. годовое число часов, на которое сокращена продолжительность работы в предвыходные и предпраздничные дни. Годовую продолжительность работы предприятий за исключением цехов с непрерывным производством в зависимости от числа и продолжительности смен можно принимать по данным таблицы. Продолжительность смены, Число смен 1 2 3 8 2250 4500 6400 7 2000 3950 5870 Если для данного вида производства годовой коэффициент сменности по энергоиспользованию неизвестен, а по технологическому заданию имеются сведения об относительных загрузках других смен, то годовой расход активной электроэнергии может быть определен по формуле. где средняя мощность за колебание загруженную смену, годовые продолжительности работы отдельных смен (1,2,3,4) коэффициенты, учитывающие степень загрузки 2,3, и 4 смен, представляющие собой отношения расчетных максимумов отдельных, менее загруженных смен к максимуму наиболее загруженной 1-смены: коэффициент, учитывающий работы в выходные и праздничные дни и месячные колебания нагрузки . Для ориентировочных расчетов при невозможности определения из (4.17) и (4.19) допускается использование формулы. где расчетная нагрузка годовое число часов использования максимума активной мощности. Однако этот метод рекомендуется применять только в крайних случаях. При наличии норм удельного расхода электроэнергии на единицу продукции в натуральном выражении годовой расход электроэнергии, потребляемой цехом или предприятием в целом, определяется по формуле. где – годовой выпуск продукции в натуральном выражении. Литература 1.1. Федоров А.А. Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М. ЭАИ 1984. Стр 63-86 1.2. Ермилов А.А. Электроснабжение промышленных предприятий. М. Э 1990г 1.3. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок М.ВШ 1990 стр.35-42 1.4. Ю. Л. Мукосеев Электроснабжение промышленных предприятий, М. Энергия стр. 35-41 1.5. Э. М. Ристхейн Электроснабжение промышленных установок, М. ЭАИ, 1991 1.6. А. А. Федоров, Э.М. Ристхейн Электроснабжение промышленных предприятий, М. Энергия, 1981 стр 47-79 Контрольные вопросы. 1. Зачем производим РЭН? 2. Порядок определения РЭН по расчетному коэффициенту. 3. Определение РЭН по коэффициенту одновременности и коэффициенту спроса. 4. Какие упрощенные способы определения РЭН вы знаете? 5. Какие способы расчета электрических нагрузок вы знаете? 6. Определение расхода электроэнергии