Расчет электрических нагрузок

Система электроснабжения (СЭС) является частью электроэнергетики промышленности, транспорта, агропромышленного комплекса и всех остальных составляющих, обеспечивающих жизнедеятельность граждан. Электроэнергия в современном мире — не просто товар повседневного спроса. Она формирует образ жизни людей. Сбои в энергоснабжении могут не только повлиять на работу промышленности и транспорта, но и привести к техногенным катастрофам, создающим угрозу самой жизни.

Особое место при проектировании СЭС занимает задача определения электрических нагрузок объектов на всех ее уровнях. Расчет электрических нагрузок выполняется с целью правильного выбора сечений линий и распределительных устройств, коммутационных и защитных аппаратов, числа и мощности трансформаторов. Для проверки элементов сетей по условиям перегрузки, выбора устройств и уставок защиты, проверки электрических сетей по условиям самозапуска двигателей требуется определение пиковых токов.

1. Графики электрических нагрузок

Электрическая нагрузка представляет собой мощность P (t), потребляемую приемником за время t при равномерном расходе электроэнергии W

.

Для определения характера и величины изменения электрической нагрузки потребителей электроэнергии во времени строят графики нагрузки.

2. Индивидуальные графики нагрузок

Для каждого отдельного потребителя можно построить свой индивидуальный график нагрузки (ИГН) в зависимости от режима его работы и продолжительности включения/отключения. ИГН классифицируют на четыре вида:

• 1) периодические;
• 2) цикличные;
• 3) нецикличные;
• 4) нерегулярные.

Последний вид графиков встречается довольно редко, а вот первые три — широко распространены, поскольку соответствуют режимам работы основных потребителей.

1. Периодические графики представляют четкую систему с постоянной величиной времени включения tв и времени пауз tп за разные циклы (рис. 1). Соответственно, все циклы одной длительности с одинаковым энергопотреблением W; за периоды включения, которые повторяются через одинаковое время, протекают одинаковые токи.

, ,.

Такие графики характеризуют станки в автоматических поточных линиях, работа которых происходит строго ритмично.

Рисунок 1. Периодический график нагрузки.

2. Цикличные графики отличаются равенством периодов включения tв, но различными значениями периодов пауз, а следовательно, разностью времени циклов (рис. 2). Время пауз tп и время циклов tц изменяются по случайному закону:

, ,.

Необходимой величиной при построении цикличных графиков является базисное время, за которое обычно принимается средняя длительность цикла:

.

где n — число циклов за базисное время; tпi — время паузы внутри i-го цикла.

Цикличные ИГН соответствуют установкам поточных производств с наличием каких-либо ручных операций, например, установка и съем деталей, подгонка и т. д.

Рисунок 2. Цикличный график нагрузки.

3. Нецикличные графики характеризуются различной нагрузкой, изменяющейся случайным образом во времени, и одинаковым энергопотреблением за разные циклы (рис. 3):

, ,.

Такие графики характерны для станков на ремонтных участках, т. е. для приемников, время работы которых не регламентировано.

4. Нерегулярные графики представляют собой нестабильную систему с различными периодами включения, пауз, циклов и энергопотреблением (рис. 4):

, ,.

Приемники, обладающие нерегулярным графиком нагрузки, как правило, используются для обслуживания каких-либо технологических процессов с неустановившимся режимом, например, электропривод для бурения скважин большой глубины, поскольку при прохождении бура через породы различной твердости будет меняться режим его работы.

Рисунок 4. Нерегулярный график нагрузки.

Выделив индивидуальные графики, можно получить групповой график нагрузки (ГГН):

, ,.

где n — количество приемников в группе; Uн — номинальное напряжение сети.

В случае, когда коэффициенты мощности электроприемников, входящих в группу, приблизительно равны, ток группы приемников можно определить по формуле:

температура электрический нагрузка электроприемник.

.

• 3. Практическое задание (Билет № 5)
• 1. Электрическая нагрузка — это…

Электрическая нагрузка представляет собой мощность P (t), потребляемую приемником за время t при равномерном расходе электроэнергии W и вычисляется по формуле:

.

• 2. Практически установившиеся значения температуры частей электроприемников продолжительного режима работы достигаются за:
• 1) время пуска;
• 2) время работы на холостом ходу;
• 3) 2ф;
• 4) 3ф;

где ф — постоянная времени нагрва.

Вариант: 4) 3ф, так как для ЭП продолжительного режима работы ее значение достигается за время 3ф.

• 3. Группу электроприемников с переменным графиком нагрузки составляют электроприемники, у которых коэффициент использования кисп:
• 1) кисп > 0,6;
• 2) кисп < 0,6;
• 3) кисп? 0,6;
• 4) кисп = 1.

Вариант: 2) кисп<0,6.

4. Коэффициент разновременности максимумов нагрузки — называется отношение суммарного расчётного максимума активной мощности узла системы электроснабжения к сумме расчётных максимумов активной мощности отдельных групп приемников, входящих в данный узел системы электроснабжения. Этот коэффициент характеризует смещение максимума нагрузок отдельных групп приемников во времени, что вызывает снижение суммарного максимума узла по сравнению с суммой максимумов отдельных групп.

Применение Кр, м, а необходимо при расчете нагрузок узлов в системе электроснабжения в том случае, если расчетная нагрузка узла определяется суммированием расчетных нагрузок отдельных групп потребителей его, то есть при ориентировочных расчетах.

В случае, когда при определении расчетных нагрузок на высших ступенях систем электроснабжения по условиям технологического процесса можно ожидать несовпадения во времени наиболее загруженных смен или неодновременной работы крупных агрегатов (электрические печи, прокатные станы и т. п.), допускается применение коэффициента разновременности максимумов. Значение этого коэффициента устанавливается отраслевыми инструкциями в зависимости от местных условий.

Коэффициент разновременности максимумов нагрузок Кр, м, а принимается в пределах 0,9ё0,95, а при наличии нескольких ступеней в системе электроснабжения общий понижающий коэффициент должен быть не ниже 0,85, за исключением случаев, когда технологический процесс производства обуславливает более низкие значения этого коэффициента.

5. Определить эффективное число электроприемников длительного режима работы следующих номинальных мощностей: 8 по 0,5 кВт, 6 по 5 кВт, 10 по 7 кВт, 5 по 10 кВт и 2 по 15 кВт. Групповой коэффициент использования Ки = 0,3.

Решение:

Восемь ЭП по 0,5 кВт, могут быть исключены, так как их суммарная мощность 4 кВт, меньше 5% суммарной номинальной мощности приемников всей группы. Наибольшим по мощности, а группе будет ЭП мощностью 7 кВт, наименьшим- 5 кВт. Коэффициент сборки:

и ки=0,3, то nэ=n, без учета исключенных ЭП:

nэ=31−8=23.

Сравним полученный результат с расчетом по формуле:

Ответ: nэ=23.

• 1. Рожкова Лениза Дмитриевна, Карнеева, Чиркова Т. Н. Электрооборуодование электрических станций и подстанций. — М.: Академия, 2004. — 478 c.
• 2. Пособие к «Указаниям по расчету электрических нагрузок». — М.: Тяжпроэлектропроект, 1993 г.
• 3. ГОСТ 13 109–97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
• 4. База нормативной документации: www.complexdoc.ru
• 5. Ус А. Г., Евминов Л. И. Электрические нагрузки промышленных предприятий / С. Д. Волобринский, Г. М. Каялов, П. Н. Клейн, Б. С. Мешель. Л.: Энергия, 1971. — 264 с.
• 6. Электроснабжение промышленных предприятий и гражданских зданий: Учебное пособие. — Мн.: НПООО «ПИОН», 2002. — 457 с.
• 7. Герасимов В. Г. и др. Электротехнический справочник. В 4-х томах. Том 3. Производство, передача и распределение электрической энергии. — Москва, МЭИ, 2004. — 964 с.
• 8. Смирнов А. Г. Справочные данные по расчетным коэффициентам электрических нагрузок. — М.: Тяжпроэлектропроект, 1990.