Электрические нагрузки и их графики

Первым и основным этапом проектирования системы ЭСПП является определение ожидаемых (расчетных) значений электрических нагрузок. Они не являются простой суммой установленных (номинальных) мощностей ЭП. Это обусловлено неполной загрузкой некоторых ЭП, неодновременностью их работы, вероятностным случайным характером включения и отключения ЭП и т. п.

Понятие «расчетная нагрузка» следует из определения расчетного тока 1расч* по которому выбираются вес элементы сети и электрооборудование. Если нагрузка постоянная во времени, то по сети протекает неизменный ток, который принимается за расчетный:

При переменной нагрузке (когда изменение тока во времени носит случайный характер) (рис. 3.4) расчетный ток может быть определен по выражению:

где Т = 3-Го = 30 мин — интервал осреднения, Го = 10 мин — постоянная времени нагрева.

Расчетный ток /рдсч — это такой неизменный средний на 30 мин интервале времени ток, который приводит к такому же максимальному нагреву проводника или вызывает тот же тепловой износ изоляции, что и реальная переменная нагрузка /(/) (рис. 3.4, а).

Рис. 3.4. Графики нагрузки

При проектировании и эксплуатации промышленных предприятий основными являются следующие виды на1рузок:

• • активная мощность Р,
• • реактивная мощность Q,
• • ток /.

Кривые изменения во времени этих параметров называют графиками электрических нагрузок — P (t), Q (t), I{t) (рис. 3.4).

Графики нагрузки подразделяются:

• • на индивидуальные — для отдельных ЭП p (t q (t), /(/);
• • групповые — для группы ЭП P (t), Q (t), /(/).

Групповой график строится суммированием нагрузок отдельных ЭП группы в каждый момент времени (рис. 3.4, б).

Индивидуальные графики по степени регулярности нагрузки подразделяются: на периодические, циклические, нециклические и нерегулярные. Групповые графики по степени регулярности подразделяются: на периодические, почти периодические, нерегулярные. При периодических, почти периодических, циклических и нециклических графиках потребление энергии ЭП считается величиной постоянной. При нерегулярном 1рафике — величиной переменной.

В условиях эксплуатации изменения нагрузки по активной и реактивной мощности во времени описывают в виде ступенчатой кривой по показаниям счетчиков активной и реактивной мощности, снятым через одинаковые определенные интервалы времени (рис. 3.5, а).

На рис. 3.5, а приведен график изменения нагрузки цеха в течение одной (максимально загруженной) смены длительностью 8 ч. Криволинейный график заменен ступенчатым с интервалом времени 30 мин. Для каждого 30-минутного интервала в течение всей смены найдены средние 30-ти минутные нагрузки P_cpi чР_ср" из которых одна является максимальной (Ррлсч);

Расчетной нагрузкой Ррлсч называется величина максимальной средней получасовой нагрузки (получасовой максимум) за наиболее зафуженную смену. По ее значению выбирают число и мощность трансформаторов, проводники, аппараты защиты и их уставки.

Различают суточные и годовые графики нагрузок по продолжительности. Располагая ординаты суточного фуппового фафика в порядке убывания и откладывая, но оси абсцисс продолжительность работы при каждой величине нагрузки, получим суточный график по продолжительности или так называемую упорядоченную диаграмму фупнового фафика.

Годовой 1рафик, но продолжительности (рис. 3.5, б) представляет собой ступенчатую кривую изменения убывающей нагрузки в течение года (8760 часов). Он строится по характерным суточным графикам только 2 дней — зимнего и летнего. На обоих графиках определяют в убывающем порядке нагрузки Р_и Р₂, Рз … Р". Для каждого из двух суточных графиков (зимнего и летнего) определяется время действия конкретной нагрузки. Принято, что в году 183 зимних суток и 182 летних. Тогда продолжительность действия на1рузки Р, в течение года равна:

Рис. 3.5. График нагрузки цеха максимально загруженной смены (а), годовой график нагрузки по продолжительности (б)

Откладывая соответствующие точки в координатах Р и / и соединяя их ломаной линией, получаем годовой график нагрузки предприятия, но продолжительности (рис. 3.5, б).

Площади суточных и годовых графиков по продолжительности в масштабе выражают количество потребленной активной энергии Э_А. По годовому графику по продолжительности определяется число часов использования максимума нагрузки:

Рис. 3.6. Графики электрических нагрузок предприятия черной металлургии и ремонтно-механи ческого завода

Каждая отрасль промышленности имеет свой характерный график нагрузок, определяемый технологическим процессом производства. На рис. 3.6 показаны графики нагрузок предприятий черной металлургии и машиностроения.

Число часов использования максимума нагрузки в общем случае определяется характером производства и сменностью работы потребителей:

• • осветительные нагрузки — 1500−2000 ч;
• • односменные предприятия — 1500−2500 ч;
• • двухсменные предприятия — 3500⁵⁰⁰ ч;
• • трехсменные предприятия — 5000−7000 ч.

Основные физические величины, характеризующие графики нагрузки

Основными характерными для графиков нагрузки величинами являются: средняя, среднеквадратичная и максимальная на1рузки.

Средняя нагрузка за интервал времени в (применительно к групповому графику активной мощности) выражается:

Рис. 3.7. Средняя нагрузка за скользящий интервал времени.

Аналогично представляются средняя полная и реактивная мощности и ток.

Средняя нагрузка в общем случае будет зависеть от места положения одного и того же интервала времени в на интервале длительности всего графика на1рузки Т (длительность смены).

Средняя нагрузка всего графика зависит от его конфигурации и продолжительности периода наблюдения:

Средней активной мощности за восмя Т соответствует средний ток:

где U_ttом — номинальное напряжение;

cos (p_T — средневзвешенное значение cos (p за время Т.

Использование средневзвешенного значения cos^> и допущение о равенстве напряжения номинальному приводят к неизбежным ошибкам при расчете токовых на1рузок. Это учитывается при выборе сечения проводников. При расчете нагрузок принимается допустимой погрешность ±10%.

Аналогичные выражения могут быть записаны для полной мощности и тока.

/V — характеризует эффект нагрева проводника током, поэтому ее часто называют эффективной нагрузкой (индекс э). При неравномерном графике среднеквадратическая нагрузка Р_эт лежит всегда выше средней Р_ст. Эго превышение возрастает с увеличением неравномерности графика, отражая его пиковый характер.

Максимальная или расчетная нагрузка (Р_м или Р_расч) — это абсолютный максимум фактического индивидуального или ipyririoeoro ipaфика. Она является функцией от интервала осреднения в. В большинстве случаев при определении расчетной нагрузки принят 30-ти минутный интервал осреднения. Соответствующий максимуму ток будет:

где cos^_M — величина коэффициента мощности в период максимума.