5 Электрические нагрузки

5.1 Графики потребления электрической энергии

Изменение электрической нагрузки (потребляемой мощности) во времени отдельным электроприемником характеризуется его индивидуальным графиком нагрузки. Эти графики необходимы для определения нагрузок, создаваемых отдельными мощными электроприемниками с резкопеременным режимом работы (например, сварочные аппараты, электрические сталеплавильные печи, прокатные станы и т.п.). Индивидуальные графики по характеру повторяемости (регулярности) процессов разделяют на периодические, цикличные, нецикличные и нерегулярные (рис.4.1). В периодическом (рис.4.1- а) время рабочего цикла t_ц является постоянным и состоит из времени работы t_р и времени останова t_о, которые одинаковы во всех циклах:

t_ц = t_р + t_о, при этом t_ц1= t_ц2 = …= t_цn,

где n – количество циклов в технологическом процессе.

Для второго типа графиков - циклические - характерна одинаковость графика рабочего периода t_р при неодинаковых промежутках простоя t_о.

t_ц1 = t_р1 + t_о1, t_ц2 = t_р2 + t_о2, t_ц3 = t_р3 + t_о3 и т.д.

При одинаковости рабочего периода t_р = t_р1 = t_р2 = t_р3 = …= t_рn среднее время цикла может быть определено по выражению

(4.1)

Групповые графики нагрузок используют при проектировании систем электроснабжения цеха или предприятия. Эти графики характеризуют изменение во времени потребление мощности группой однородных приемников, группой приемников, установленных на каком-то участке, в цехе, т.е. объединенных территорией или технологическим процессом. Групповые графики цеховых электроприемников позволяют с достаточной достоверностью определить потребление активной и реактивной мощности и выбрать мощность силовых трансформаторов, питающих нагрузки, и определить требуемую пропускную способность ВЛ и КЛ.

Аналогично графики нагрузок предприятия в целом дают возможность правильного выбора питающих источников (сечения проводов ВЛ и КЛ, мощности силовых трансформаторов ГПП предприятия, мощности и места установки компенсирующих устройств, обеспечение резерва мощности и т.п.), а также оптимальной схемы внешнего электроснабжения предприятия.

Графики нагрузок составляют как для потребления активной Р(t), так и реактивной Q(t) мощности. Соответственно различают понятия номинальной активной мощности и номинальной реактивной мощности электроприемника. Номинальная активная мощность Р_н – это мощность, выраженная в киловаттах (кВт), потребляемая из сети при номинальном напряжении. Номинальная реактивная мощность электроприемника Q_н (выражается в киловольт-амперах реактивных - кВАр) – это реактивная мощность, потребляемая приемником из сети (со знаком «плюс») или отдаваемая в сеть (знак «минус») при номинальной активной мощности и номинальном напряжении.

Номинальная активная мощность электроприемника Р_н (кВт), номинальное напряжение U_н (кВ), частота f (Гц), а в ряде случаев и номинальный ток I_н, указываются на заводском щитке, закрепляемом на корпусе оборудования, а также в паспорте на это оборудование. Поэтому эти величины называются также паспортными параметрами электроустановок. Для электродвигателей, сварочных машин и трансформаторов, а также других установок (например, дуговые сталеплавильные печи, индукционные печи нагрева и т.д.) указывается величина коэффициента мощности – cosφ.

Как известно из курса «Электротехники» активная мощность трехфазных электроприемников определяется по формуле

(кВт, Вт) (4.2)

где U_н – номинальное (линейное) напряжение, I_н – номинальный ток.

Из (4.2) определяется номинальный ток, если его нет в паспортных данных.

Активная мощность однофазных приемников определяется по формуле

(4.3а)

где U_ф – фазное напряжение сети.

Реактивная мощность трехфазных электроприемников. кВАр,

Q_н = (4.4)

Для электроприемников, работающих в повторно-кратковременном режиме (ПКР) паспортная мощность приводится к номинальной расчетной мощности при 100% продолжительности включения (ПВ=100%) , которая учитывается при расчете нагрузок, по формуле

_(4.5)

где - номинальная паспортная мощность, кВт; - паспортная относительная продолжительность включения, задается в %. Для трансформаторов сварочных машин, для которых характерен ПКР, номинальная мощность является условной величиной и определяется с учетом паспортного значения ПВ и коэффициента мощности

, кВт (4.6)

Соответственно, паспортная реактивная мощность приемников с ПКР также определяется с учетом паспортного значения ПВ:

, кВАр (4.7)

Если агрегат по своей технологической структуре имеет многодвигательный привод, то под его номинальной мощностью как электроприемника понимается сумма номинальных мощностей двигателей, приведенных к ПВ=100% по указанным формулам. Аналогично должна определяться и реактивная мощность.

Однофазные электроприемники, равномерно распределенные по фазам трехфазной сети, учитываются как трехфазный электроприемник, мощность которого равна суммарной мощности однофазной нагрузки.

Графики нагрузок различают также по временным характеристикам: часовые, суточные, месячные, годовые, сезонные. Для отраслей промышленности характерны свои суточные и годовые графики, определяемые характером технологических процессов на данном производстве. На рисунке 4.2 представлен суточный график нагрузок предприятия с трехсменным графиком работы части цехов и общезаводских служб.