Расчёт электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм

Лекция 18.11.2020 Режимы ….. РАСЧЁТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК Методом упорядоченных диаграмм Определение и обозначение основных величин Для представления характеризующих обозначений: электрических электропотребление, показатели величин принята и коэффициентов, следующая электропотребления система индивидуальных электроприемников (ЭП) обозначаются строчными буквами, а групп ЭП – прописными буквами латинского или греческого алфавита. Номинальная (установленная) мощность одного ЭП – мощность, обозначенная на заводской табличке или в его паспорте. Применительно к агрегату с многодвигательным приводом под номинальной мощностью подразумевают наибольшую сумму номинальных мощностей одновременно работающих двигателей агрегата. Групповая номинальная (установленная) активная мощность – сумма номинальных активных мощностей группы ЭП: n Рн   pн , 1 где n – число электроприемников. Номинальная реактивная мощность gн одного ЭП – реактивная мощность, потребляемая из сети или отдаваемая в сеть при номинальной активной мощности и номинальном напряжении, а для синхронных двигателей – при номинальном токе возбуждения. Групповая номинальная реактивная мощность – алгебраическая сумма номинальных реактивных мощностей, входящих в группу ЭП: n n 1 1 Qн   g н   рн  tg φ , где tg φ – паспортное или справочное значение коэффициента реактивной мощности. Групповая средняя активная или реактивная мощность за период времени Т определяется как частное от деления расхода активной Wa или реактивной Wр энергии всех входящих в группу ЭП на длительность периода: W Рc= а ; T Qc= Wp T Средняя активная (или реактивная) мощность группы равна сумме средних активных (или реактивных) мощностей входящих в группу ЭП (кроме резервных): n Рс =  рс ; n Qc =  gс . 1 1 В дальнейшем под термином ”средняя активная (или реактивная) мощность” имеется в виду наибольшее возможное значение средней активной (или реактивной) мощности за наиболее загруженную смену продолжительностью Т = Тсм (Тсм – продолжительность смены), т.е. смену с наибольшим потреблением энергии группой ЭП, цехом или предприятием в целом. Коэффициентом использования отдельного электроприемника k и или группы ЭП Ки называется отношение средней активной мощности отдельного ЭП рс или группы ЭП Рс за наиболее загруженную смену к её номинальному значению: Р kи = с ; Рн Р Ки = с . Рн В справочных материалах, содержащих расчетные коэффициенты для определения справочные электрических значения нагрузок коэффициентов промышленных использования предприятий, приведены по характерным (однородным) категориям ЭП. К одной характерной категории относятся ЭП, имеющие одинаковое технологическое назначение, а также одинаковые верхние границы возможных значений k и и коэффициентов реактивной мощности tgφ. Например, сверлильные станки относятся к характерной категории ”металлорежущие станки”, которая представлена в справочных материалах расчетными коэффициентами k и = 0,14 и tg φ = 2,3. Это означает, что активная и реактивная средняя (за максимально загруженную смену) мощность любого станка, относящегося к указанной характерной категории, может быть выше Рc = Рн k и и gс = Pн k и tgφ с вероятностью превышения не более 0,05. Для группы, состоящей из ЭП различных категорий (т.е. с разными k и ), средневзвешенный коэффициент использования определяется по формуле n  k и  pn Кn  1 n  pc  1 n n  pн  pн 1 1 , где n – число характерных категорий ЭП, входящих в данную группу. Эффективное число электроприемников nэ – это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое обуславливает те же значения расчетной нагрузки, что и группа различных по мощности электроприемников. Величина nэ определяется по следующему выражению: n 2 Рн nэ= где Рн макс 1 Рн.макс , – номинальная мощность наиболее мощного ЭП группы; n – фак-тическое число электроприемников. Если найденное по этой формуле число nэ окажется больше n, то следует принимать nэ = n. В случае, если Рн..макс/Рн.мин  3, также принимается nэ = n. Расчётная мощность Рр, Qр – это мощность, соответствующая такой неизменной токовой нагрузки Iр, которая эквивалентна фактической изменяющейся во времени нагрузке по возможному наибольшему тепловому воздействию на элемент системы электроснабжения. Вероятность превышения фактической нагрузки над расчётной не превышает 0,05 на интервале осреднения, длительность которого принята равным трём постоянным времени нагрева (3Т0) элемента системы электроснабжения, через которые передаётся ток нагрузки (кабель, провод, шинопровод, трансформатор и т.д.). Для оценочных ЭП расчётная мощность принимается равной номинальной. Для одиночных ЭП повторно-кратковременного режима расчётная мощность принимается равной номинальной приведённой к длительному режиму. Коэффициентом расчётной мощности Кр называется отношение расчётной активной мощности Рр к значению средней мощности Рс группы ЭП с эффективным числом ЭП n`э  2 : Кр = Рр Рс Коэффициент расчётной мощности зависит от эффективного числа электроприёмников, средневзвешенного коэффициента использования, а также от постоянной времени нагрева сети, для которой производится расчёт электрических нагрузок. Т0 = 10 мин – для сетей напряжением до 1 кВ, питающих распределительные шинопроводы, пункты, сборки, щиты. Значения Кр для этих сетей принимаются по табл. 4.6; Т0 = 2,5 часа – для магистральных шинопроводов и цеховых трансформаторов. Значение Кр для этих сетей принимается по табл. 4.7; Т0  30 мин – для кабелей напряжением 6 кВ и выше, питающих цеховые трансформаторные подстанции и распределительные устройства. Расчётная мощность для этих элементов определяется при Кр = 1. Коэффициентом спроса Кс группы ЭП называется отношение расчетной активной мощности к номинальной мощности группы: Кс  Рр Рн Коэффициентом одновременности Ко называется отношение расчётной мощности на шинах 6 - 10 кВ к сумме расчётных мощностей потребителей, подключенных к шинам 6 - 10 кВ. Ко= Рр   Рр . Порядок расчёта Электрические нагрузки являются исходными данными для решения комплекса вопросов при проектировании системы электроснабжения цеха и в целом промышленного предприятия. Определение электрических нагрузок является первым этапом проектирование любой системы электроснабжения и производится для выбора трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций, токоведущих элементов, компенсирующих установок, защитных устройств и т.д. Исходными данными для определения электрических нагрузок являются количество и мощность приёмников электроэнергии, находящихся в цехе, категория по степени надёжности, характеристика помещения по окружающей среде. Для определения расчётных нагрузок групп электроприёмников цеха наибольшее применение получил метод упорядоченных диаграмм показателей графиков нагрузки, который положен в основу “Указаний по определению электрических нагрузок в промышленных установках”. Этот метод позволяет по номинальной мощности и характеристике приёмников определить расчётный максимум нагрузки. Расчёт электрических нагрузок ведётся по длительному режиму работы приёмников. При наличии приёмников электроэнергии, работающих в повторно-кратковременном режиме, установленная мощность Ру, кВт, должна быть приведена к длительному режиму по одной из формул: для двигателей повторно-кратковременного режима Pу  ПВ  Pн.п ; для трансформаторов электропечей Р у  S н  cosн; для трансформаторов сварочных машин и сварочных трансформаторов ручной сварки Pу  ПВ  S н  cosн; где ПВ – номинальная (паспортная) продолжительность включения, отн. ед.; Рн.п. – паспортная мощность электродвигателя при относительной номинальной продолжительности включения, кВт; Sн – паспортная мощ-ность трансформатора, кВ.А; cosн - коэффициент мощности электропечи, сварочного аппарата или сварочного трансформатора при номинальных условиях. Расчёт электрических нагрузок ЭП напряжением до 1 кВ производится для каждого узла питания (распределительный пункт, шкаф, сборка, распределительный шинопровод, щит станций управления, троллей, магистральный шинопровод, цеховая трансформаторная подстанция), а также по цеху, корпусу в целом. При этом, одинаковыми k и все ЭП группируются по характерным категориям с и tgφ не зависимо от мощности ЭП. В каждой строке указывается ЭП одной характерной категории. Для многодвигательных приводов учитываются все одновременно работающие электродвигатели данного привода. Если в числе этих двигателей имеются одновременно включаемые (с индивидуальным режимом работы), то они учитываются в расчёте как один ЭП с номинальной мощностью, равной сумме номинальных мощностей одновременно работающих двигателей. Для электродвигателей с повторно-кратковременным режимом работы не производится приведение их номинальных мощности к длительному режиму (ПВ = 100 %). При включении однофазного ЭП на фазное напряжение он учитывается как эквивалентный трёхфазный ЭП с номинальной мощностью: рн = 3.рно ; qн = 3.qно, где рно, qно – активная и реактивная мощность однофазного ЭП. При включении однофазного ЭП на линейное напряжение он учитывается как эквивалентный трёхфазный ЭП с номинальной мощностью: рн= 3 .рно ; qн= 3 .qно. При наличии группы однофазных ЭП, которые распределены по фазам с неравномерностью не выше 15 % по отношению к общей мощности трёхфазных и однофазных ЭП в группе, они могут быть представлены в расчёте как эквивалентная группа трёхфазных ЭП с той же суммарной мощностью. В случае превышения указанной неравномерности номинальная мощность эквивалентной группы трёхфазных ЭП принимается равной тройному значению мощности наиболее загруженной фазы. При наличии в справочных материалах интервальных значений Кn следует для расчёта принимать наибольшее значение. Значение k и должны быть определены из условия, что вероятность превышения значения фактической средней мощности над расчётной для характерной категории ЭП должна быть не более 0,05. Определяются средние активные и реактивные мощности каждой характерной группы электроприёмников: Рс = Рн. ku ; Qc = Рс. tg φ . Определяются суммарные значения средней активной и реактивной мощности: m m  Рс   Рн  ки ;  Qс   Рс  tg φ , 1 1 где m – число характерных категорий ЭП. Определяется средневзвешенный коэффициент использования Ки   Рс .  Рн Определяется эффективное число электроприёмников по выражению nэ  2  Рн , Рн.макс где Рн.макс – номинальная мощность наиболее мощного ЭП. В зависимости от средневзвешенного коэффициента использования и эффективного числа электроприёмников определяется коэффициент расчётной нагрузки Кр. Расчётная активная мощность групп ЭП напряжением до 1 кВ определяется в зависимости от средней мощности Рс и соответствующего значения Кр, кВт: Рр = Кр.Рс . Расчётная реактивная мощность определяется следующим образом: Для питающих сетей напряжением до 1 кВ в зависимости от nэ: при nэ  10 Qр = 1,1Qc, при nэ>10 Qр = Qc. Для магистральных шинопроводов и на шинах цеховых трансформаторных подстанций, а также при определении реактивной мощности в целом по цеху, корпусу, предприятию, квар . Qр = Кр.Qc . К расчетным силовым нагрузкам Ррс, Qрс прибавляются осветительные нагрузки Рро, Qро: Рр=Ррс+Рро ; Qр=Qрс+Qро . Значение токов расчётной нагрузки, по которой выбирается сечение линий по допустимому нагреву, определяется по выражению Iр  Sp 3U и , где Sp = Рр2 +Qр2 – полная расчётная мощность в кВ.А. Расчётная мощность на шинах 6-10 кВ распределительных и главных подстанций определяется с учётом коэффициента одновременности, значение которого принимается в зависимости от величины средневзвешенного коэффициента использования и числа присоединений к сборным шинам РУ, ГПП: Рр=  Рс.Ко; Qр=  Qc.Ко; Sp= Р 2р  Q 2р . РАСЧЕТ НАГРУЗОК ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ ПРИЕМНИКОВ Расчётная нагрузка осветительных приёмников цеха определяется по установленной мощности и коэффициенту спроса, кВт: Pр.о  Pн.о  К с.о , где Кс.о – коэффициент спроса для освещения, принимаемый по справочным данным; Рн.о – установленная мощность приёмников электрического освещения, которая может быть определена по формуле, кВт: Рр.о  Руд.о  F , где F - площадь цеха, м2; Руд.о – удельная нагрузка, Вт/м2. Полная расчётная мощность силовых и осветительных приёмников без учёта КУ определяется из соотношения, кВ.А: S р  ( Рр  Рр.о ) 2  Qр2 , Приёмники напряжением выше 1000 В учитываются отдельно. Суммарные расчётные активные и реактивные нагрузки потребителей 0,38/0,22 и 6-10 кВ определяются суммированием.