Электрические нагрузки и их значение

СОДЕРЖАНИЕ:

Электрические нагрузки и их значение

Графики электрических нагрузок, назначение, классификация (номинальная мощность, средняя и максимальная нагрузка)

Методы определения расчетных нагрузок.

Для расчета электрических нагрузок промышленных предприятий применяют в основном два метода: метод коэффициента спроса и метод расчетного коэффициента. К вспомогательным методам относятся метод удельных плотностей нагрузок и метод удельного потребления электроэнергии на единицу продукции.

1. Метод коэффициента спроса

Для определения расчетных нагрузок по методу коэффициента спроса необходимо знать номинальную (или установленную) мощность Pном, кВт, группы приемников и коэффициенты мощности cosj и спроса kс данной группы.

Расчетную нагрузку узла системы электроснабжения (например, на шинах ГПП), содержащего группы приемников электроэнергии с различными режимами работы, определяют с учетом разновременности максимумов нагрузок отдельных групп

2. Метод расчетного коэффициента

Метод расчётного коэффициента – основной метод при разработке технических и рабочих проектов (как правило, широко применяется в низковольтных сетях). В соответствие с методом

а) для группы ЭП с одинаковым режимом работы

б) для группы ЭП с разными режимами работы

Если в группе электроприёмников есть ЭП, работающие с опережающим током, то их реактивная мощность принимается со знаком «-» (например, конденсаторная батарея, – QБК). Зная Рр и Qр определяют по (3.17) полную расчетную мощность. С учетом мощности конденсаторной установки, формула (3.17) имеет вид

3. Метод удельных плотностей нагрузок

Этот метод применяется на первых стадиях проектирования для выявления основных нагрузок по цехам, подстанциям, линиям. Исходными данными для расчета являются: площадь цеха F, м2; удельная плотность нагрузок руд, Вт/м2; среднее значение коэффициента мощности cos φ.

4. Метод удельного потребления электроэнергии на единицу продукции

Потребляемую электрическую мощность в целом по предприятию и по отдельным цехам можно определить по данным удельного расхода электроэнергии ωуд, кВт·ч, на единицу продукции, которые устанавливаются для различных производств на основе анализа материалов обследования действующих предприятий (приводятся в справочной литературе).

Графики электрических нагрузок, назначение, классификация (номинальная мощность, средняя и максимальная нагрузка).

Кривая изменения активной, реактивной и токовой нагрузки во времени, называется графиком нагрузки по активной, реактивной мощностям и току соответственно.

Графики нагрузок дают возможность определить некоторые показатели, необходимые при расчетах нагрузок, и более рационально выполнить систему электроснабжения.

Назначение и классификация графиков нагрузок

Электрическая нагрузка характеризует потребление электрической энергии отдельными приемниками, группой приемников в цехе, цехом и заводом в целом. При проектировании и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий основными являются три вида нагрузок:

а) активная мощность P;

б) реактивная мощность Q;

В расчетах систем электроснабжения промышленных предприятий используются следующие значения электрических нагрузок:

а) средняя нагрузка за наиболее загруженную смену – для определения расчетной нагрузки и расхода электроэнергии;

б) расчетный получасовой максимум активной и реактивной мощности – для выбора элементов систем электроснабжения по нагреву, отклонению напряжения и экономическим соображениям;

в) пиковый ток – для определения колебаний напряжения, выбора устройств защиты и их уставок.

Электрическая нагрузка может наблюдаться визуально по измерительным приборам. Регистрировать изменения нагрузки во времени можно самопишущим прибором (рис.1). В условиях эксплуатации изменение нагрузки по активной и реактивной мощности во времени записывают, как правило, в виде ступенчатой кривой, по показаниям счётчиков активной и реактивной энергии, снятым через одинаковые интервалы времени tи (рис. 2).

Рис.1. График нагрузок по записи регистрирующих приборов

Рис.2. График нагрузки по показаниям счетчика активной энергии Графики нагрузок подразделяют на индивидуальные и групповые.

Номинальная мощность Pн — это максимально допустимая мощность, которую элемент может рассеивать в течение гарантированного срока службы при нормальных условиях. Как правило, этот параметр указывается для резисторов, так как именно они предназначены для поглощения электрической энергии.

Дата добавления: 2020-07-29 ; просмотров: 1293 | Нарушение авторских прав

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ Общие сведения

Электрическая нагрузка — величина, характеризующая потребление мощности отдельными электроприемниками или потребителями электрической энергии. Определение значения электрических нагрузок является первым этапом проектирования систем электроснабжения и в совокупности с расчетами токов короткого замыкания позволяет выбрать токоведущие части электроустановок, трансформаторы и коммутационные аппараты но техническим и экономическим критериям. 220

Проводники и их изоляция в процессе работы допускают определенное превышение температуры, при которой сохраняется их нормальная эксплуатация. Нагрев проводников пропорционален току нагрузки, следовательно, по значению тока можно судить о допустимой нагрузке по нагреву.

В проектной практике широко применяется понятие расчетной нагрузки по активной мощности Рр, несмотря на то, что эффект нагрева проводника обусловлен его токовой нагрузкой. Это объясняется тем, что график Р (t) более просто получить в условиях эксплуатации и использовать в расчетах по сравнению с графиком. Так как нагрев проводника является результатом воздействия на него нагрузки за некоторый период времени, то средняя нагрузка Рт за некоторый интервал времени Т более точно характеризует нагрев проводника, чем наибольшая мгновенная нагрузка в том же интервале. Поэтому Рр оценивается с помощью понятия максимума средней нагрузки Рс max- В зависимости от условий задачи, решаемой на основании Ро max, выбирают продолжительность интервала осреднения Т. характер осреднения графика Р (t) и способ отыскания Рс тах. Например, для отыскания расчетной по нагреву мощности элементов электрической сети выбирают интервал Т = 3Т0, где Т0 — постоянная времени нагрева данного элемента. Именно поэтому с учетом унификации расчетов нагрузок, приняв, что для проводников малой и средней площадей сечения Т0 = 10 мин, за расчетную нагрузку принимают максимум получасовой средней нагрузки. Расчетной нагрузке соответствует расчетный ток /р.

Кроме расчетной нагрузки по допустимому нагреву, выделяют расчетную нагрузку по максимальной потере напряжения. Пиковая нагрузка /пик вызывает максимальные потери и колебания напряжения в наиболее тяжелых условиях работы электрической сети, при которых должны быть обеспечены, например, надлежащие пусковые моменты электродвигателей и др. Для передающих элементов электрической сети можно определить экономическую нагрузку, соответствующую минимуму приведенных затрат. Между этими тремя токовыми величинами существует соотношение

Основными показателями для промышленных электросетей напряжением до и выше 1000 В являются допустимый нагрев и значение расчетного тока /р.

Наиболее полно электрические нагрузки характеризуются графиками режима потребления мощности или токовой нагрузки. Однако графики нельзя использовать для расчета нагрузки на стадии проектирования систем электроснабжения. Поэтому при проектировании для расчетов электрических нагрузок применяют ряд методов, которые не требуют графиков электропотребления.

При расчетах электрических нагрузок различают методы без использования элементов теории вероятностей (эмпирические) и методы, основанные на теории вероятностей. Поскольку нагрузка как случайная величина имеет вероятностную природу, то вероятностные методы являются более точными, но эмпирические методы проще в инженерной практике.

Графики электрических нагрузок и их основные физические величины.

График электрических нагрузок – это кривая, показывающая изменение нагрузок за определенный промежуток времени. Изменения нагрузки могут записываться в виде кривой мгновенных значений или в виде ступенчатой кривой, характеризующей нагрузку с осреднением за время Δt. Чем меньше промежуток осреднения, тем ближе график нагрузки к действительному.

Различают следующие графики активных и реактивных нагрузок: индивидуальные, групповые, суточные и годовые. Индивидуальные графики нагрузки отражают изменение нагрузки отдельных электроприемников. Групповые графики описывают изменение нагрузки группы электроприемников. Суточные графики могут быть построены для отдельных звеньев системы электроснабжения и в целом для предприятия.

Чтобы характеризовать работу отдельных установок и устройств в течение года, необходимо иметь основные суточные графики года – зимний и летний.

Площадь, ограниченная суточным графиком, представляет собой количество электроэнергии (кВтч), выработанной или потребляемой установкой за сутки.

Среднюю суточную мощность нагрузки Рср. сут определяют, зная количество электроэнергии W (кВтч), выработанной или потребленной за сутки

Годовой график по продолжительности показывает длительность работы электроустановки в течение года с различными нагрузками

Средняя годовая мощность нагрузки

Рср.год = W/ T = W/ 8760

Особенности суточных графиков промышленных, коммунально-бытовых потребителей – в их неравномерности. Отмечают два явно выраженных максимума нагрузки – утренний и вечерний. В ночной период нагрузка значительно снижается.

Для промышленных предприятий наибольший из двух максимумов – утренний, период прохождения его — с 9 до 11 ч. Максимум нагрузки жилых домов приходится на 19-21 час (вечерний максимум). Максимумы нагрузок коммунальных учреждений наступают в разное время.

Стимулирующим фактором выравнивания нагрузки является оплата за электроэнергию по двухставочному тарифу. Одна ставка, не зависящая от количества израсходованной электроэнергии, составляет плату за 1 кВт заявленной (договорной) максимальной мощности в часы суточного максимума нагрузки энергосистемы, а дополнительная ставка – оплата за каждый кВтч, учтенный счетчиком.

Различают физ.величины и безразмерные коэф-ты ГН. Физ.вел-ны, характеризующие ГЭН: Pc – средняя нагрузка (Qс, Sс, Iс); Рск – среднеквадратичная (эффективная) нагрузка (Qск, Sск, Iск); Рm – максимальная нагрузка (Qm, Sm, Im): а) Рр – расчётная (максимальная длительная) нагрузка; б) Рпик – пиковая (кратковременная) нагрузка.

Средняя нагрузка – постоянная, неизменная во времени нагрузка в течение рассматриваемого промежутка времени, которая вызывает такой же расход электроэнергии, что и реальная нагрузка за этот же промежуток времени (Т). , . На практике средняя нагрузка определяется по показателям электрических счётчиков с помощью формул: , , , ,

В практических целях в качестве средней нагрузки используется среднечасовая, средняя нагрузка за смену, за сутки, среднегодовая нагрузка. Для определения расчётной нагрузки используется средняя мощность за наиболее нагруженную смену, в качестве которой выбирается смена с наибольшим расходом электроэнергии.

Среднеквадратичная нагрузка – такая неизменная в течение промежутка времени Т нагрузка, кот.вызывает такие же потери мощности и эн-и в эл-х СЭС потребителей как реальная изменяющаяся за это же время (Т) нагрузка. , .Среднеквадратичная нагрузка используется для определения потерь мощности и энергии в элементах СЭС. Понятие «среднеквадратичной нагрузки» приводит к понятию «дисперсия нагрузки». DP=Pск 2 -Pc 2 DI=Iск 2 -Ic 2 и «стандартного отклонения нагрузки»: σр= σi=

Максимальная нагрузка-наибольшая из ср.нагрузок за рассматриваемый промежуток вр. При этом различают максимальную длительную и кратковременную нагрузки. Максимальная длительная нагрузка: период усреднения от неск. минут до часов. Она исп-ся для выборов ТЧ СЭС по условию нагрева. Максимальная кратковременная нагрузка хар-ся периодом усреднения от доли до нескольких секунд. Её наз.пиковой нагрузкой, Рпик > Рм ≥ Рск ≥ РсПик.нагр.исп-ся для расчётов РЗА, выбора предохранителей и автоматических выключателей.

Дата добавления: 2020-04-07 ; просмотров: 2707 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Глава 3. ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ

3.1. Понятие расчетной нагрузки

С определения параметров электропотребления (максимума нагрузки и расхода электроэнергии) начинается проектирование системы электроснабжения, намечаются источники электроэнергии, определяется стоимость. Многообразие условий и особенностей расчета нагрузок в соответствии с разными целями и уровнями системы электроснабжения приводит к различным методам и подходам.

Каждый электрик должен знать:  Установка розетки под раковиной в ванной расстояние по ПУЭ

Появление первых электротехнических устройств породило задачу выбора сечения проводника. При известном неизменном токе температура проводника Т в любой момент времени I может быть получена как результат решения дифференциального уравнения, описывающего энергетический баланс проводника:

где I — действующее значение тока, А; /(— активное сопротивление проводника, Ом; с — удельная теплоемкость материала проводника, Дж/(кг • К); т — масса проводника, кг; а — коэффициент тепло-

отдачи проводника, Вт/(м • К); 5 — площадь поверхности провод-

ника, м ; / — время, с; Г — превышение температуры проводника над температурой окружающей среды, К. Параметры проводника сводятся в постоянную времени нагрева

получаемую из решения уравнения (3.1). Например, для распространенных сечений Л кабеля практически при любом виде изоляции постоянная времени нагрева 0 приведена в табл. 3.1.

Постоянная времени нагрева для различных сечении кабелей

При нулевых начальных условиях и допущении линейности всех параметров проводника получаем

где Т0 — постоянная времени; Густ — установившееся превышение температуры, определяемое по формуле

С практической точки зрения представляет интерес обратная зависимость длительно допустимого тока /д от температуры, что при известной допустимой температуре Гд для разных видов проводников позволяет определить допустимый ток с учетом Гд = Густ:

где р — удельное сопротивление проводника, Ом • м; к — коэффициент, зависящий от формы сечения проводника; х — сечение провод-

Это выражение получено Э. Кеннелли (1889) при ряде допущений (без учета нелинейности факторов, входящих в уравнение энергетического баланса, без учета поверхностного эффекта для переменного тока), что привело к некоторому расхождению с экспериментальными результатами. В данном случае допустимость применения заданного сечения и вида проводника определяется его максимальной температурой, достигнутой при протекании электрического тока. Примеры длительно допустимой температуры, °С, для различных проводников приведены ниже;

Кабели с бумажной изоляцией:

Кабели и провода с резиновой изоляцией. 55

Кабели до 10 кВ и провода с ПВХ изоляцией. 70

Кабели до 10 кВ и провода с полиэтиленовой изоляцией. 70

Кабели до 10 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена. 90

При использовании проводников с изоляцией имеет место тепловой (химический) износ, приводящий к уменьшению срока ее службы. Износ изоляции зависит от скорости химических процессов, протекающих в ней, которая, в свою очередь, определяется температурой не только максимальной, но и за весь период эксплуатации проводника. Поэтому были введены понятия допустимого тока проводника по допустимой (максимальной) температуре / и по допустимому тепловому (химическому) износу изоляции /ди. В зависимости от материала, вида проводника и изоляции соотношение указанных токов может оказаться разным. В нормативных документах в качестве длительно допустимого тока проводника указан /д, что вызвано трудностями определения / из-за его зависимости от тока, предшествующего максимальному, из-за многообразия материалов и видов изоляции. Например, по ПУЭ допустимый длительный ток для трехжильных кабелей напряжением 10 кВ сечением токопро-

водящей жилы 185 мм с алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной маслоканифольиой и нестекающей массами изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке, прокладываемых в земле, составляет 310 А. Ток принят из расчета прокладки не более одного кабеля в траншее (земле) на глубине 0,7—1,0 м при температуре земли +15 °С с удельной теплопроводностью земли 120 см • К/Вт и с допустимой температурой жилы кабеля +60 °С. При прокладке нескольких кабелей рядом в зависимости от их числа и расстояния между ними вводится понижающий коэффициент (до 0,75), так как изменяются условия теплоотдачи.

При изменяющемся во времени токе температура проводника в любой момент времени может быть определена через тепловой эквивалент реального тока — это такой неизменный по величине ток, который вызывает тот же перегрев проводника над окружающей средой, что и реально изменяющийся ток. Определение эквивалентного тока связано с временем осреднения 0 = ЗТ : за указанное время при неизменном токе проводник достигает 95 % установившейся температуры. С точки зрения выбора проводника пас интересует тепловой эквивалентный ток, соответствующий максимальной температуре нагрева проводника, так называемый «греющий максимум» или расчетный ток /р, который можно определить на основании принципа максимума средней нагрузки /м — это максимальная из средних (за время осреднения 0) нагрузок:

Для оценки нагрева проводников правильнее использовать закон Джоуля—Ленца и вести расчет по максимуму среднеквадратичного (эффективного) тока для каждого изменения за время d/. Но полагают, что расчетный ток /р, равный максимуму среднего тока по формуле (3.6), есть приближение, обеспечивающее инженерную точность при построении схемы электроснабжения.

Задача определения расчетного тока для всего многообразия ЭП и режимов их работы представляет значительные трудности; с этой целью проводится расчет электрических нагрузок. Так как основная информация о режимах работы ЭП связана с активной мощностью, то соответственно первоначально определяют активную расчетную мощность Р , а затем — расчетный ток, поскольку они связаны соотношением

Расчетную мощность определяют на основании принципа максимума средней нагрузки:

Определение расчетных нагрузок в таком виде связано с 1УР— ЗУР, поэтому для обобщения характеристик сечений кабеля, типичных для этих уровней (см. табл. 3.1), принимают Т — 10 мин, тогда 0 = 30 мин независимо от сечения проводника, что и приводит к понятию получасового максимума Рм. Этот подход исторически получил распространение и на других уровнях системы электроснабжения, соответственно используют расчетный (проектный), заявленный или фактический (суточный, недельный, месячный, квартальный и годовой) 30-минутиый максимум Р0 _ 30 = Рм = Рр.

Если для конкретного элемента СЭС известна его постоянная нагрева, то можно провести перерасчет Рр и /р для этого элемента, используя ряд эмпирических выражений. Это дает заметное изменение результата при существенном отличии 0 от 30 мин: например, для трансформаторов цеховых ТГ1 (ЗУР), шинопроводов до 1 кВ (2УР) Т’о = 1 ч, тогда 0 = 3 ч.

Таким образом, при проверке на нагрев большинства проводников принимается получасовой максимум тока /м = /р, наибольший из средних получасовых токов данного элемента, который, в свою очередь, определяется по Р . По току / выбирают ближайшее сечение, допустимый ток которого / с учетом всех расчетных коэффициентов (коэффициентов прокладки, учитывающих изменение условий охлаждения проводника) больше расчетного. Выбор сечений проводников в отношении предельно допустимого нагрева проводится и для послеаварийных и ремонтных режимов, возможных неравномерностей распределения токов между линиями, секциями шин. Максимальная нагрузка Рм необходима для определения потерь и отклонений напряжения, потерь мощности и энергии в сетях, для выбора элементов электрических сетей по экономической плотности тока, для определения уставок релейной защиты, для выбора плавких предохранителей и уставок автоматических выключателей, для проверки самозапуска электродвигателей, колебаний напряжения в сетях и в других случаях, когда необходимо рассчитать элементы электрической сети или их режимы, опираясь в пределе на законы Максвелла.

Для отдельного ЭГ1 1УР с длительным режимом работы в качестве расчетной мощности Рр = Рм при выборе коммутационной аппаратуры и проводников принимается его номинальная (установленная) мощность Рр = Рм = Рном = Ру Изменением значения КПД и коэффициента мощности при изменении нагрузки пренебрегаем. Расчетный ток определяется из выражения

Для агрегата с миогодвигательным приводом под его номинальной мощностью понимают сумму номинальных мощностей всех двигателей агрегата. Если два или три ЭП образуют группу, питающуюся по одному проводнику, от одного коммутационного аппарата, то Рр = Рм определяется как сумма их поминальных мощностей.

Таким образом, для 1УР расчет электрических нагрузок для целей электроснабжения не проводится. Выбор электрооборудования для этого уровня осуществляется по Риом. Определение коэффициентов Кй, Кс, КИ, Км, Кф и выделение резервных ЭП не требуются. Понятие наиболее загруженной смены не используется.

Коэффициенты электрической нагрузки элементов.

Надежность элементов зависит от коэффициентов электрической нагрузки, характеризующих степень электрической нагруженности элементов относительно их номинальных или предельных возможностей, указываемых в ТУ.

Количественно коэффициент электрической нагрузки (часто говорят: коэффициент нагрузки) определяют по соотношению

где Fраб – электрическая нагрузка элемента в рабочем режиме, т.е. нагрузка, которая имеет место на рассматриваемом схемном элементе;

Fном – номинальная или предельная по ТУ электрическая нагрузка элемента, выполняющего в конструкции функцию схемного элемента.

В качестве нагрузки F выбирают такую электрическую характеристику элемента (одну или несколько), которая в наибольшей степени влияет на его надежность. Например, для резисторов в качестве характеристики берут мощность рассеивания, для конденсаторов – напряженнее, прикладываемое к обкладкам.

Пример 1.

В коллекторную цепь транзистора (рисунок 1) предполагается поставить резистор типа МЛТ со значением сопротивления 1 кОм ± 10% и номинальной мощностью рассеивания 0,5 Вт.

Ток, протекающий в коллекторной цели транзистора Iк, равен 10 мА. Требуется определить, какое значение коэффициента нагрузки будет иметь место для выбираемого резистора.

Рисунок 1 – К расчету коэффициента нагрузки резистора

Как отмечалось, для резисторов в качестве характеристики F в формуле (6) используют мощность рассеивания. Тогда для коэффициента нагрузки резистора

По условию примера R1 = 1 кОм ± 10%, т е. может иметь место отклонение сопротивления резистора от номинального значения в пределах заданного производственного (технологического) допуска. Определим значение коэффициента нагрузки для номинального значения сопротивления резистора, равного 1 кОм.

Из условий примера имеем Рном = 0,5 Вт.

Определим значение Рраб, т.е. то значение мощности рассеивания, которое будет иметь место на схемном элементе R1 (см. рис. 1). Применительно к рассматриваемому примеру

Тогда значение коэффициента нагрузки определится как

Т е. в данном случае резистор будет нагружен на 20% от номинальных возможностей.

3. Формулы для определения коэффициентов электрической нагрузки некоторых элементов.

На практике при определении коэффициентов электрической нагрузки конкретного элемента выбирают такую электрическую характеристику (одну или несколько), которая в наибольшей степени влияет на надежность этого элемента. Формулы, которыми можно пользоваться для определения коэффициентов электрической нагрузки основных элементов РЭУ, приведены в таблице1.

Таблица 1 – Формулы для определения коэффициентов электрической нагрузкой элементов

ХАРАКТЕРИСТИКИ НАГРУЗОК ЭЭС

ГРАФИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Процесс потребления электрической энергии нагрузками ЭЭС зависит от вида электроприемников, режимов их работы, времени и выражается графиком электрической нагрузки — графическим изображением зависимости мощности или тока от времени. В зависимости от интервала времени, на котором рассматривается изменение нагрузки, различают суточные, недельные, месячные и годовые графики, а также 1рафики по продолжительности.

Графики строятся в киловаттах (кВт) и мегаваттах (МВт) для активной мощности и в амперах (А) и килоамперах (кА) — для тока. Иногда графики представляются в процентах (%) от максимального значения.

Конфигурация суточного графика электрической нагрузки промышленных потребителей определяется особенностями технологического процесса конкретного производства. Суточный график бытовой нагрузки отличается большой неравномерностью (рис. 1.18). Он характеризуется двумя явно выраженными пиковыми значениями: суточными максимумами в утреннее и вечернее время и ночным спадом в ночное время.

Рис. 1.18. Суточный график бытовой нагрузки: а — непрерывный; б — ступенчатый

Каждый электрик должен знать:  Что такое электрический импеданс

Для характерных групп потребителей существуют типовые суточные графики. Изображаются такие графики ступенчатыми зависимостями (рис. 1.18, б).

Суточные графики одного и того же потребителя меняются в зависимости от времени года из-за различной продолжительности светового дня, изменения температуры и других факторов, и поэтому потребление мощности характеризуется разными графиками.

Суточный график нагрузки характеризуется следующими показателями (рис. 1.19):

  • • максимальной и минимальной нагрузкой Ртах, fjnin ;
  • • среднесуточной нагрузкой Рср;

где WcyT — потребляемая суточная электроэнергия;

Суточный график нагрузки условно разделяется на три характерные зоны: базисную 3, расположенную ниже линии минимальной нагрузки; полупиковую 2 — между линиями минимальной и среднесуточной нагрузки; пиковую 1 — выше линии среднесуточной на1рузки.

Энергия, потребляемая в течение суток,

или для усредненных на часовом интервале значений ступенчатого графика нагрузки

где Pj — усредненное значение мощности на г’-м часовом интервале; At — часовой интервал времени.

Рис. 1.19. Суточный график нагрузки ЭЭС

Аналогичные показатели могут применяться также для характеристики недельных, месячных, сезонных и годовых графиков. Годовой график учитывает сезонность потребления электроэнергии. В России и ряде других стран с похожим климатом в летний период нагрузка ЭЭС снижается, а в зимнее время растет. На рис. 1.20 показаны непрерывный (а, в) и ступенчатый годовые (б, г) графики нагрузки ЭЭС. Для отдельных потребителей вид годового фафика может существенно отличаться от суммарного графика ЭЭС, например, для садово-огороднических обществ и летних лагерей отдыха.

Рис. 1.20. Годовые графики нагрузки

Графики по продолжительности представляют собой диаграммы постепенно убывающих значений мощности, каждой из которых соответствует время (продолжительность), в течение которого данная мощность требуется потребителю (рис. 1.20, б, г).

Годовой график нагрузки обычно характеризуется продолжительностью (числом часов) использования максимальной нагрузки (рис. 1.21):

где С учетом этого получаем

Гтах — время, в течение которого потребитель, работая с максимальной нафузкой, получит из сети такое же количество энергии, что и работая по действительному графику за год.

Рис. 1.21. Время использования максимальной нагрузки

Среднее значение Гтах для различных групп потребителей приведено в табл. 1.2.

Продолжительность использования максимальной нагрузки

Промышленные предприятия, работающие: в одну смену в две смены в три смены

  • 1500.. .2200
  • 3000.. .4500
  • 5000.. . 7000

Кроме графиков по активной мощности аналогичным образом строятся графики и для реактивной мощности, которые часто изображаются на одном графике с активной мощностью (рис. 1.22).

Рис. 1.22. Суточные графики активной и реактивной мощности

Графики нагрузки потребителей могут быть получены по данным измерений за требуемый период. Такие экспериментально полученные фафики отражают условия работы потребителя именно в те моменты времени, в которые выполняются измерения. В другой период времени данные будут иными, так как происходят изменения в структуре потребления предприятия, что в общем происходит довольно медленно. Однако иногда вмешиваются случайные факторы, которые вызывают крайне быстрое изменение потребления. Как правило, на основе эксперимента получают несколько графиков одного потребителя, например суточных, и производят их статистическую обработку, в результате чего получают фафик усредненных значений и характеристику его изменчивости, которую можно считать оценкой погрешности графика нагрузки.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Электрические нагрузки характеризуют потребление электроэнергии отдельным ЭП или группой ЭП (цехом, производством или предприятием в целом). Электрические нагрузки могут быть представлены в виде мощностей активной (P), реактивной (Q), полной (S) или тока (I). Режимы работы элктроприемников разнообразны и изменяются во времени, поэтому полную характеристику электрических нагрузок дают зависимости изменения электрических параметров во времени, которые и называют графиками нагрузок.

Для полной характеристики электрических нагрузок рассматриваются следующие показатели:

— средние значения нагрузок;

— среднеквадратичные значения нагрузок;

— максимальные значения нагрузок;

— расчетные значения нагрузок;

Показатели нагрузок, характеризующие индивидуальные

Электроприемники

Все показатели нагрузок, характеризующие индивидуальные приемники электроэнергии и их графики, условились обозначать строчными буквами (p, q, s, i). Для характеристики электрических нагрузок пользуются следующими определениями.

Установленная мощность

Установленная мощность индивидуального электроприемника ( ) – его номинальная мощность, указанная в паспорте ЭП ( ). При указанной мощности ЭП должен работать при номинальной нагрузке и номинальном напряжении длительное время в установившемся режиме без превышения допустимой температуры. Будем считать установленным любой ЭП, подключенный к электрической сети (работающий или не работающий), но который может быть включен в любое время по требованию технологии.

Номинальные нагрузки

Номинальные нагрузки для индивидуальных ЭП характеризуются номинальной активной ( ), реактивной ( ), полной ( ) мощностями и номинальным током ( ). Номинальные нагрузки для индивидуальных ЭП зависят от режима их работы.

Для индивидуальных трехфазных ЭП с симметричной нагрузкой номинальные нагрузки определяются следующим образом:

— номинальная активная мощность для электроприемника, работающего в длительном режиме:

где и – номинальная и паспортная величины активной мощности ЭП, кВт;

— номинальная активная мощность для электроприемника, работающего в повторно-кратковременном режиме:

где – продолжительность включения, % (паспортная величина); – коэффициент включения (рассчитывается по графику нагрузки ЭП), о.е. (подробнее см. п. 3.5);

— номинальная реактивная мощность для электроприемника, работающего в длительном режиме:

где и – номинальное и паспортное значение реактивной мощности ЭП, кВ·Ар; – соответствует номинальному ЭП ( – паспортная величина);

— номинальная реактивная мощность для электроприемника, работающего в повторно-кратковременном режиме:

— номинальная полная мощность

где – номинальная полная мощность электроприемника, кВ·А;

— номинальный ток нагрузки электроприемника

где – номинальное значение тока нагрузки электроприемника, А; – номинальное напряжение электроприемника, кВ.

Остальные показатели электрических нагрузок индивидуальных ЭП определяются по графикам нагрузок или по коэффициентам, характеризующим эти графики.

Средние значения нагрузок

Среднее значение изменяющейся во времени нагрузки является ее основной статистической характеристикой. Среднее значение нагрузки рассматривается за определенный период времени (цикл, смена, сутки, месяц, год) и определяется по графику нагрузок электроприемника:

— среднее значение активной мощности электроприемника

где среднее значение активной мощности отдельного ЭП, кВт; – количество активной энергии, потребляемой электроприемником за рассматриваемый период времени t, кВт·ч; – время, мин, ч, сутки; – активная мощность, потребляемая ЭП, за рассматриваемый промежуток времени (мин, ч, сутки), по характерному графику нагрузки ЭП, кВт; – коэффициент использования, рассчитывается по графику нагрузки электроприемника (или справочные данные);

— среднее значение реактивной мощности для отдельного ЭП

где – среднее значение реактивной мощности ЭП, кВ·Ар; – количество реактивной энергии, потребляемой электроприемником за рассматриваемый период времени t, кВ·Ар·ч (при наличии графика нагрузки по реактивной мощности); – соответствует номинальному ЭП ( – паспортная величина);

— среднее значение полной мощности для отдельного ЭП

где – среднее значение полной мощности электроприемника, кВ·А;

— среднее значение тока индивидуального электроприемника

где – среднее значение тока ЭП, А; – номинальное напряжение ЭП, кВ.

Графики электрических нагрузок потребителей

Общие положения

Электрическая нагрузка отдельных потребителей, а следовательно, и суммарная их нагрузка, определяющая режим работы электростанций в энергосистеме, непрерывно меняется. Принято отражать этот факт графиком нагрузки, т.е. диаграммой изменения мощности (тока) электроустановки во времени.

По виду фиксируемого параметра различают графики активной Р, реактивной Q, полной (кажущейся) S мощностей и тока I электроустановки.

Как правило, графики отражают изменение нагрузки за определенный период времени. По этому признаку их подразделяют на суточные (24 ч), сезонные, годовые и т.п.

По месту изучения или элементу энергосистемы, к которому они относятся, графики можно разделить на следующие группы:

  • графики нагрузки потребителей, определяемые на шинах подстанций;
  • сетевые графики нагрузки — на шинах районных и узловых подстанций;
  • графики нагрузки энергосистемы, характеризующие результирующую нагрузку энергосистемы;
  • графики нагрузки электростанций.

Графики нагрузки используют для анализа работы электроустановок, для проектирования системы электроснабжения, для составления прогнозов электропотребления, планирования ремонтов оборудования, а также в процессе эксплуатации для ведения нормального режима работы.

Суточные графики нагрузки потребителей

Фактический график нагрузки может быть получен с помощью регистрирующих приборов, которые фиксируют изменения соответствующего параметра во времени.

Перспективный график нагрузки потребителей определяется в процессе проектирования. Для его построения надо располагать прежде всего сведениями об установленной мощности электроприемников, под которой понимают их суммарную номинальную мощность. Для активной нагрузки

Присоединенная мощность на шинах подстанции потребителей

Где — соответственно средние КПД электроустановок потребителей и местной сети при номинальной нагрузке.

В практике эксплуатации обычно действительная нагрузка потребителей меньше суммарной установленной мощности. Это обстоятельство учитывается коэффициентами одновременности kо и загрузки kз. Тогда выражение для максимальной нагрузки потребителя будет иметь вид:

где kспр — коэффициент спроса для рассматриваемой группы потребителей.

Коэффициенты спроса определяются на основании опыта эксплуатации однотипных потребителей и приводятся в справочной литературе. Средние значения коэффициентов спроса для некоторых промышленных потребителей приведены в табл.1.

Таблица 1

Коэффициент спроса kспр

Найденное по (3) значение максимальной нагрузки является наибольшим в году и соответствует обычно периоду зимнего максимума нагрузки.

Кроме Рmax, для построения графика необходимо знать характер изменения нагрузки потребителя во времени, который при проектировании обычно определяется по типовым графикам.

Типовой график нагрузки строится по результатам исследования аналогичных действующих потребителей и приводится в справочной литературе в виде, показанном на рис.1,а.

Рис.1. Суточные графики активной нагрузки потребителя
а — типовой
б — в именованных единицах

Для удобства расчетов график выполняется ступенчатым. Наибольшая возможная за сутки нагрузка принимается за 100%, а остальные ступени графика показывают относительное значение нагрузки для данного времени суток.

При известном Рmax можно перевести типовой график в график нагрузки данного потребителя, используя соотношение для каждой ступени графика:

где n% — ордината соответствующей ступени типового графика, %.

На рис.1,б показан график потребителя электроэнергии, полученный из типового (рис.1,а) при Рmax = 20 МВт.

Обычно для каждого потребителя дается несколько суточных графиков, которые характеризуют его работу в разное время года и в разные дни недели. Это — типовые графики зимних и летних суток для рабочих дней, график выходного дня и т.д. Основным является обычно зимний суточный график рабочего дня. Его максимальная нагрузка Рmax принимается за 100%, и ординаты всех остальных графиков задаются в процентах именно этого значения (рис.2).

Рис.2. Пример типового графика конкретного вида производства (черная металлургия)
1 — график рабочего дня
2 — график выходного дня

Кроме графиков активной нагрузки, используют графики реактивной нагрузки. Типовые графики реактивного потребления также имеют ординаты ступеней, %, абсолютного максимума:

где tgφmax определяется по значению cosφmax , которое должно быть задано как исходный параметр для данного потребителя.

Суточный график полной мощности можно получить, используя известные графики активной и реактивной нагрузок. Значения мощности по ступеням графика (рис.3) определяются по выражениям

где Рn и Qn — активная и реактивная нагрузки данной ступени в именованных единицах.

Рис.3. Суточные графики активной, реактивной и полной мощности потребителя

Суточные графики районных подстанций

Эти графики определяются с учетом потерь активной и реактивной мощностей в линиях и трансформаторах при распределении электроэнергии.

Потери мощности от протекания тока в проводах линий и в обмотках трансформаторов являются переменными величинами, зависящими от нагрузки. Постоянную часть потерь мощности в сети определяют в основном потери холостого хода трансформаторов.

Каждый электрик должен знать:  Тросовая электропроводка особенности протяжки

Постоянные потери распределения и переменные потери для максимального режима в i-м элементе сети (линии, трансформаторе) находят с использованием методов, известных из курса «Электрические сети». Суммарные потери для любой ступени графика нагрузки подстанции могут быть найдены из выражений

где Si — нагрузка i-го элемента сети, соответствующая рассматриваемой n-й ступени суммарного графика нагрузки; Si,max — нагрузка элемента (линии, трансформатора), при которой определены

Способ построения графика активной нагрузки для конкретной сети показан на рис.4.

Рис.4. К построению графика активной нагрузки
электрической сети (на шинах районной подстанции)

а — схема сети,
б — графики нагрузки отдельных потребителей,
в — суммарный график нагрузки

Суточные графики нагрузки электростанций

Суммируя графики нагрузки потребителей и потери распределения в электрических сетях в целом по энергосистеме, получают результирующий график нагрузки электростанций энергосистемы

Рис.5. Графики активной нагрузки энергосистемы

График нагрузки генераторов энергосистемы получают из графика мощности, отпускаемой с шин, учитывая дополнительно расход электроэнергии на собственные нужды (рис.5). При значительных колебаниях нагрузки электростанций необходимо учитывать переменный характер потребления собственных нужд.

где Рi — мощность, отдаваемая с шин станции; Руст — установленная мощность генераторов; Рc.н.max — максимальный расход на собственные нужды; коэффициенты 0,4 и 0,6 приближенно характеризуют соответствующую долю постоянной и переменной части расхода на собственные нужды Рс.н.max.

Нагрузка между отдельными электростанциями распределяется таким образом, чтобы обеспечить максимальною экономичность работы в целом по энергосистеме. Исходя из этих соображений, диспетчерская служба энергосистемы задает электростанциям суточные графики нагрузки.

При проектировании электрической части электростанции необходимо знать график нагрузки трансформаторов и автотрансформаторов связи с энергосистемой. Способ построения такого графика для трансформаторов связи ТЭЦ с энергосистемой показан на рис.6.

Рис. 6. Графики активной нагрузки для ТЭЦ, работающей в энергосистеме
а — поясняющая схема
6 — графики выработки и потребления мощности на генераторном напряжении
в — график нагрузки трансформаторов связи

Требуемый график Рт получают, вычитая из графика нагрузки генераторов Рг график потребления местной нагрузки и расход электроэнергии на собственные нужды Рс.н.

Годовой график продолжительности нагрузок

Этот график показывает длительность работы установки в течение года с различными нагрузками. По оси ординат откладывают нагрузки в соответствующем масштабе, по оси абсцисс — часы года от 0 до 8760. Нагрузки на графике располагают в порядке их убывания от Рmax до Рmin (рис.7).

Рис.7. Годовой график продолжительности нагрузок

Построение годового графика продолжительности нагрузок производится на основании известных суточных графиков. На рис.8 показан способ построения графика при наличии двух суточных графиков нагрузки — зимнего (183 дня) и летнего (182 дня).

Рис.8. Способ построения годового графика продолжительности нагрузок

Для наиболее распространенных потребителей электроэнергии в справочниках приводятся типовые графики активной и реактивной нагрузок по продолжительности.

График продолжительности нагрузок применяют в расчетах технико-экономических показателей установки, расчетах потерь электроэнергии, при оценке использования оборудования в течение года и т.п.

Технико-экономические показатели, определяемые из графиков нагрузки

Площадь, ограниченная кривой графика активной нагрузки, численно равна энергии, произведенной или потребленной электроустановкой за рассматриваемый период:

где Рi — мощность i-й ступени графика; Тi — продолжительность ступени.

Средняя нагрузка установки за рассматриваемый период (сутки, год) равна:

где Т — длительность рассматриваемого периода; Wп — электроэнергия за рассматриваемый период.

Степень неравномерности графика работы установки оценивают коэффициентом заполнения

Коэффициент заполнения графика нагрузки показывает, во сколько раз выработанное (потребленное) количество электроэнергии за рассматриваемый период (сутки, год) меньше того количества энергии, которое было бы выработано (потреблено) за то же время, если бы нагрузка установки все время была максимальной. Очевидно, что чем равномернее график, тем ближе значение kзп к единице.

Для характеристики графика нагрузки установки можно воспользоваться также условной продолжительностью использования максимальной нагрузки

Эта величина показывает, сколько часов за рассматриваемый период Т (обычно год) установка должна была бы работать с неизменной максимальной нагрузкой, чтобы выработать (потребить) действительное количество электроэнергии Wп за этот период времени. Определение величины Тmax можно проиллюстрировать на примере рис.3.

В практике применяют также коэффициент использования установленной мощности

или продолжительность использования установленной мощности

В формулах (13) и (14) под Руст следует понимать суммарную установленную мощность всех агрегатов, включая резервные.

Коэффициент использования kи характеризует степень использования установленной мощности агрегатов. Очевидно, что kи

Статические характеристики электрических нагрузок

Характеристикой каждого электроприемника и потребителей в целом является потребляемая ими активная и реактивная мощность. Величина мощности потребителей зависит как от режима (порядка) их работы во времени, (см. приложение 3, и графики электрических нагрузок), так и от параметров режима — напряжения на зажимах электропотребителя и частоты в электрической сети.

Зависимости, показывающие изменение активной и реактивной мощностей

от частоты/и подведенного напряжения Uпри медленных изменениях (менее 1 %/с) этих параметров, называют статическими характеристиками нагрузки (СХН). Последние наиболее полно учитывают действительные изменения электрических нагрузок от частоты и напряжения и в этом отношении служат наиболее точным способом представления электрических нагрузок в задачах расчета и анализа установившихся режимов электрических сетей и систем электроснабжения.

Основой для определения и изучения статических характеристик являются эксперименты, в которых изменяются условия электропитания нагрузок (варьируются частота и напряжение) и отмечаются соответствующие изменения мощности. Измерение мощностей Р и Q выполняют сразу же после изменения условий электропитания и окончания переходного процесса. Полученные при этом СХН называются естественными, так как они отражают свойственную нагрузкам реакцию на отклонения напряжения и частоты. Для отдельных электропотребителей СХН могут быть получены аналитически. Для большей наглядности анализа естественные совместные характеристики нагрузок (4.24) от частоты и напряжения рассматриваются раздельно в виде зависимости активной и реактивной мощностей от частоты P(f), Q(f) и напряжения P(U), Q(U). Учет последних СХН выполняется при постоянстве частоты.

При расчете и анализе режимов работы электрических сетей и систем электроснабжения учет их нагрузок выполняют не отдельными электропотребителями, а обобщенными (комбинированными) потребителями узлов схемы сети, учитывающих отдельных электропотребителей в их совокупности для отдельного цеха, предприятия, городского или сельского района и др. Вид этих зависимостей определяется составом электропотребителей. При этом существенно, что областью определения СХН являются режимы не с любыми значениями напряжений, а только с такими напряжениями U больше критических U , при которых не нарушается устойчивость двигателей и других электроустановок (например, не происходит их самопроизвольного отключения).

В общем случае пользуются так называемыми типовыми обобщенными СХН (рис. 4.10) для характерного в отечественных электроэнергетических системах состава нагрузок.

Примерный состав нагрузки, соответствующий типовым СХН, %:

  • • асинхронные двигатели — 50;
  • • освещение и бытовые потребители — 22;
  • • электрические печи — 11;
  • • синхронные двигатели — 9;
  • • потери в сетях — 8.

Как видно (см. рис. 4.10), потребляемая из сети активная мощность (при указанной структуре нагрузки) с увеличением частоты и напряжения возрастает почти прямолинейно (кривые 1 на рис. 4.10, а и 4.10, б). Изменение же потребления реактивной мощности (кривые 2 и 3) описывается более сложной функцией: кривые Q(f) и Q(U) имеют перегиб и на своей большей (рабочей) части по характеру противоположны друг другу (реактивная мощность с увеличением частоты уменьшается, а с ростом напряжения — возрастает).

Статические характеристики нагрузок можно выразить аналитически в виде полиномов «-й степени. Тогда, например, СХН по напряжению можно записать в виде

где РИШ, Q[Km активная и реактивная мощности нагрузки, соответствующие номинальному напряжению или данным контрольного замера, соответствующего номинальному режиму узла нагрузки; U — текущее значение напряжения; а, р — коэффициенты аппроксимирующих полиномов.

Рис. 4.10. Статические характеристики электрических нагрузок по напряжению (а) и частоте (б):

С достаточной для практических расчетов точностью СХН отражаются полиномами второй степени

где U,=U/UH0U — текущее относительное значение напряжения.

Значения коэффициентов аппроксимирующих полиномов для типовых (обобщенных) СХН узлов ЭЭС приведены в табл. 4.1.

Значения коэффициентов для любых СХН удовлетворяют условию

а 0 + а 1 + а 2 = 1 И Po+Pl+P2 =1 Таблица 4.1

Коэффициенты статических характеристик нагрузок

Электрические нагрузки и их значение

Электрическая нагрузка- в соответствии с ГОСТом 1943 г, мощность потребляемая ЭУ в определенный момент времени.

Определение ЭН является первым этапом проектирования любой СЭС. От величины ЭН зависит выбор всех элементов и технико-экономических показателей проектируемой СЭС.От правильной оценки ожидаемых нагрузок зависят капитальные затраты на СЭС, эксплуат. расходы и надежность ЭО. Ошибки при определении ЭН приводят к снижению техн.эконом. показателей предприятия. Если в расчетах будет допущена ошибка в сторону уменьшения ЭН то это вызовет повышенные расходы на потерю ЭЭ, ускорит износ ЭО, м/т ограничить производительность предприятия. Все это приводит к необходимости увеличить сечение проводов ЭС и заменять ЭО на более мощное.

Различают следующие виды нагрузки:

1. Активная мощность.

2. Реактивная мощность.

3. Полная мощность.

Расчет ЭН проводится в 2 этапа. На первом этапе определяется нагрузка отдельных ЭП цехов и производственных участков, а также всего предприятия. На этом этапе расчета предполагают отсутствие источников реактивной мощности. Результаты первого этапа исп. как исходные данные для выбора числа и мощности силовых трансформаторов, с одновременным определением мощности и местом подключения компенсирующих устройств. На 2 этапе рассчитывают ЭН всей сети с учетом мощности и места подключения конденсаторных установок и степени использования Q СД.

Исходные данные для расчета ЭН:

1. Номинальная установленная мощность ЭП.

3. Назначение рабочего механизма или технологической установки.

Номинальная мощность ЭП- мощность, которая указана в паспорте, либо на заводской табличке двигателя, силового или специального трансф-ра, или на цоколе источника света.

Номинальная мощность двигателя- мощность, развиваемая двигателем на валу при U н.

Номинальная мощность др. ЭП- мощность, потребляемая ими из сети при U н.

P пасп. ЭП повторно-кратковременного режима работы приводят к номинальной длительной мощности, при ПВ=100% по следующим формулам:

2. Для трансформаторов: S ном = S пасп .

3. Для трансворматоров сварочных машин и ручной сварки: P ном = S пасп .

Номинальная реактивная мощность ЭП- мощность, потребляемая ими из сети или отдаваемую в сеть при P ном и U ном , а СД еще и при номинальном i в , либо номинальном коэффициенте мощности.

Суммарную нагрузку группы ЭП определяют:

В расчетах СЭС пром. предприятий используют следующие значения ЭН:

1. Средние нагрузки.

Средняя нагрузка за год, необходима для определения годовых потерь мощности ЭЭ. Средняя нагрузка за наиболее нагруженную смену для определения расчетного мах.

2. Максимальные нагрузки различной длительности.

Необходимы для определения и выбора СЭС по нагреву, для определения мах-х потерь мощности в сетях для выбора элементов эл.сетей по экономической плотности тока, определение потерь и отклонения U .

3. Максимальные кратковременные нагрузки.

Необходимы для проверки, колебания U в сетях, для выбора плавких вставок предохранителей, для проверки эл.сетей по условиям самозапуска ЭД, для расчетов токов срабатывания РЗ.

Добавить комментарий