Основные коэффициенты, применяемые при расчете электрических нагрузок

Лекция № 6

 

по дисциплине: «Электроснабжение»

 

 

Тема:Графики электрических нагрузок и уровни системы электроснабжения.

Цель:Ознакомиться с основными видами электрических нагрузок, изучить

Особенности организации взаимоотношений между энергосистемой и потребителями.

 

План лекции:

 

1. Виды графиков.

2. Основные коэффициенты, применяемые при расчете электрических нагрузок.

3. Уровни системы электроснабжения.

Организация взаимоотношений между энергосистемой и потребителями.

Литература

1. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. Учебник для вузов. – М.: Интермет Инжиниринг, 2015 г.

2.Мельников М.А. Внутризаводское электроснабжение /Учебное пособие. – Томск: Изд- во ТПУ, 2012 г.

3. Мельников М.А. Электроснабжение промышленных предприятий /Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2001

4. А.А. Сивков, Д.Ю. Герасимов, А.С. Сайгаш. Основы электроснабжения / Учебное пособие - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012 г.

5.Кудрин Б.И., Жилин Б.В., Митюнина Ю.В. Электроснабжение потребителей и режимы. Учебное пособие для вузов. – М,: Издательский дом МЭИ, 2013 г.

6. Князевский Б.А. и Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий. – М.: Высшая школа, 198 г.

 

Виды графиков

При проектировании систем электроснабжения выполняется ряд расчетов, результаты которых позволяют выбрать оборудование подстанций, сечение и материал проводников, наиболее экономичные способы передачи электроэнергии, конфигурацию сети и т.п. Определение расчетных электрических нагрузок и учет изменения их во времени в этом случае является исходным материалом для всего последующего проектирования. При проектировании и эксплуатации электрических сетей промышленных предприятий приходится иметь дело с различными видами их нагрузок: по активной мощности P, по реактивной мощности Q и по току.

График электрических нагрузок – это кривая, показывающая изменение нагрузок за определенный промежуток времени. 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) ток I.

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 t_и (рис. 2).

Рисунок 1 - График нагрузок по записи регистрирующих приборов

Рисунок 2 - График нагрузки по показаниям счетчика активной энергии

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.

Индивидуальные графики (p(t), q(t), i(t)), необходимы для определения нагрузок мощных приемников электроэнергии (электрические печи, преобразовательные агрегаты главных приводов прокатных станов и др.).

При проектировании систем электроснабжения промышленных предприятий используются, как правило, групповые графики нагрузок (от графиков нагрузок нескольких приемников электроэнергии до графиков предприятия в целом). Графики нагрузок всего промышленного предприятия дают возможность определить потребление активной и реактивной энергии предприятием, правильно и рационально выбрать питающие предприятие источники тока, а также выполнить наиболее рациональную схему электроснабжения.

По продолжительности различают суточные и годовые графики нагрузок предприятия. Каждая отрасль промышленности имеет свой характерный график нагрузок, определяемый технологическим процессом производства. Групповой график нагрузок слагается из индивидуальных графиков нагрузок приемников, входящих в данную группу. Степень регулярности групповых графиков определяется типами индивидуальных графиков и взаимосвязью нагрузок отдельных приёмников по технологическому режиму работы.

Рисунок 3 - Суточный P(t) график электрических нагрузок: Р_с(i) – одно из получасовых усреднений; Р_ф(max) – максимальная фактическая получасовая нагрузка за сутки, равная Р_в(max) – максимальной нагрузке в вечерние часы прохождения максимума в энергосистеме; P_у(max) – максимальная нагрузка в утренний максимум; P_min – минимальная нагрузка; Рср – среднесуточная нагрузка; Р_3(max) – заявленный максимум нагрузки, равный расчетному Рр

 

Можно выделить следующие графики нагрузки (рис. 3):

1) индивидуальные – графики электрических приемников;

2) групповые – слагаемые из индивидуальных графиков с учетом взаимозависимости нагрузок по условиям технологии; групповые графики можно применять при выборе оборудования и проводников, питающих группы электроприемников (главным образом для 2УР);

3) для потребителей в целом, питающихся от 6УР–4УР, для которых учет всего многообразия индивидуальных графиков практически делает невозможным применение прямых методов расчета (даже при наличии всех графиков к моменту принятия технического решения).

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 Р_{ср. сут} определяют, зная количество электроэнергии W (кВтч), выработанной или потребленной за сутки

Р_ср.сут = W/ t = W/24

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

Средняя годовая мощность нагрузки

Р_ср.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: P_c – средняя нагрузка (Qс, Sс, Iс); Р_ск – среднеквадратичная (эффективная) нагрузка (Qск, Sск, Iск); Рm – максимальная нагрузка (Qm, Sm, Im): а) Р_р – расчётная (максимальная длительная) нагрузка; б) Р_пик – пиковая (кратковременная) нагрузка.

Рисунок 3

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 энергии в элементах 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=P_ск²-P_c² DI=I_ск²-I_c² и «стандартного отклонения нагрузки»: σ_р= σ_i=

Максимальная нагрузка - наибольшая из ср.нагрузок за рассматриваемый промежуток времени. 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 ≥ Рс. Пик. нагр. используется для расчётов РЗА, выбора предохранителей и автоматических выключателей.

Основные коэффициенты, применяемые при расчете электрических нагрузок

Коэффициент использования – основной показатель для расчета нагрузки – это отношение средней активной мощности отдельного приемника (или группы их) к её номинальному значению.

(1)

Значения коэффициента использования должны быть отнесены к тому же периоду времени (циклу, году, смене), к которому отнесены мощности, на основе которых этот коэффициент вычисляется.

Рисунок 4 - Индивидуальный график активных нагрузок

Для графика активных нагрузок (рис.4) средний коэффициент использования активной мощности приемника за смену может быть определен из выражения (2):

(2)

где Э_а – энергия, потребляемая приемником за смену; Э_а,возм – энергия, которая могла бы быть потреблена приемником за смену при номинальной загрузке его в течение всей смены.

Коэффициентом включения приемникаk_В–называется отношение продолжительности включения приемника в цикле t_В ко всей продолжительности цикла t_ц. Время включения приемника за цикл складывается из времени работы t_р и времени холостого хода t_х:

(3)

Коэффициентом включения группы приемников, или групповым коэффициентом включения K_В, называется средневзвешенное (по номинальной активной мощности) значение коэффициентов включения всех приемников, входящих в группу, определяемое по формуле:

(4)

Коэффициентом загрузкиk_з,априемникапо активной мощности называется отношение фактически потребляемой им средней активной мощности P_С,В (за время включения t_В в течение времени цикла t_ц) к его номинальной мощности:

(5)

Групповым коэффициентом загрузкипо активной мощности называется отношение группового коэффициента использования к групповому коэффициенту включения:

(6)

Коэффициентом формыиндивидуального или группового графика нагрузок называется отношение среднеквадратичного тока (или среднеквадратичной полной мощности) приёмника или группы приёмников за определенный период времени к среднему значению его за тот же период времени:

(7)

Коэффициентом максимумаактивной мощности называется отношение расчетной активной мощности к средней нагрузке за исследуемый период времени. Исследуемый период времени принимается равным продолжительности наиболее загруженной смены.

(8)

Коэффициентом спроса по активной мощности называется отношение расчетной (в условиях проектирования) или потребляемой P_п (в условиях эксплуатации) активной мощности к номинальной (установленной) активной мощности группы приемников:

(9)

Коэффициентом заполнения графика нагрузок –называется отношение средней активной мощности к максимальной за исследуемый период времени (обычно P_M=P(30)). Исследуемый период времени принимается равным продолжительности наиболее загруженной смены.

(10)

Коэффициентом разновременности максимума активных нагрузокназывается 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.