5. Расчёт электрических нагрузок

5.1 Расчет силовой нагрузки

Величина мощности, месторасположение и вид электроприёмников определяют структуру схемы и параметры элементов электроснабжения промышленных предприятий.

При проектировании обычно определяют три вида нагрузки:

1. среднюю за максимально загруженную смену Р_{др макс.} и среднегодовую Р_ср.г. Величина Р_{ср. макс.} необходима для определения расчётной активной нагрузки Р_р , а величина Р_ср.г.– для определения годовых потерь электроэнергии;

2. расчётную активную Р_р и реактивную Q_р. Эти величины необходимы для расчёта сетей по условиям допустимости нагрева, выбора мощности трансформаторов и преобразователей, а также для определения максимальных потерь мощности, отклонений и потерь напряжения;

3. максимальную кратковременную (пусковой ток) I_п; эта величина необходима для проверки колебания напряжения, определе ния тока трогания, токовой релейной защиты, выбора плавких вставок предохранителей и проверки электрических сетей по условиям самозапуска двигателей.

Средние нагрузки. Для определения средней мощности за наиболее загруженную смену Р_{ср. макс.} электроприёмники (ЭП) рассматриваемого уз­ла системы электроснабжения делят на m групп по характерным значениям коэффициентов использования К_и и cos φ_m. Тогда для каждой группы электроприёмников:

P_{ср.макс. m} = К_и · Р_{ном. m} (1)

Q_{ср.макс. m} = tg φ_m · Р_{ср.макс. m} (2)

где Р_{ном. m} ^_ номинальная мощность рабочих ЭП группы m, приведённая для ЭП повторно-кратковременного режима к длительному режиму

(3)

где Р_у - установленная мощность; ПВ - паспортная продолжительность включения, о.е.

Тогда среднесменная мощность по узлу равна

(4)

(5)

где Q_кy⁼Q_дв+Q_б - суммарная реактивная мощность компенсирующих устройств (Q_дв - реактивная мощность синхронных двигателей, Q_б - мощность конденсаторных батарей).

Средняя активная нагрузка понизительных трансформаторов (20-6/0,4) кВ определяется аналогично, но с добавлением сторонних нагрузок

(6)

где К_со - коэффициент спроса; Р_уо - суммарная установленная мощность осветительной нагрузки.

Расчетные нагрузки промышленных предприятий. Для определения расчетной нагрузки существует ряд методов:

1. удельного расхода электроэнергии;

2. технологического графика работы электроприёмников;

3. статистический;

4. упорядоченных диаграмм;

5. по установленной мощности и коэффициенту спроса;

6. метод удельной нагрузки на единицу производственной мощности.

Рассмотрим основные положения вышеперечисленных методов.

Метод удельного расхода электроэнергии. При использовании этого метода в качестве расчётной принимают фазную нагрузку наиболее загруженной смены работы Р_{ср.макс.}:

P_p=Р_{ср.макс}=М_см·Э_у·Т_см (7)

где М_см - объём выпуска продукции за смену; Э_у - удельный расход электроэнергии на единицу продукции; Т_см - продолжительность наиболее загруженной смены.

Статистический метод. Принимая, что при расчётах нагрузок можно применять нормальный закон распределения, расчётную нагрузку определяют из уравнения

Р_р=Р_ср+β·σ_т, (8)

где Р_ср - среднее значение (математическое ожидание) нагрузки за рассматриваемый интервал времени; β - принятая кратность меры расстояния (коэффициента надёжности расчёта); σ_т - среднее квадратичное отклонение нагрузки, осреднённой в интервале Т=0,5 ч. Если принять, что ожидаемая нагрузка с вероятностью 0,005 может превысить значение Р_р, то согласно интегральной кривой нормального распределения β = 2,5; если вероятность 0,025, то β = 2,0

Метод упорядоченных диаграмм. Этот метод является основным для определения расчётных нагрузок промышленных предприятий.

Р_р=К_м·Р_{ср.макс}=К_м·К_и·Р_ном, (9)

где К_м - коэффициент максимума нагрузки; К_и - коэффициент использования данной группы n электроприёмников; Р_ном - номинальная мощность всех рассматриваемых электроприёмников n.

Значение К_м в зависимости от коэффициента использования эффективного числа электроприёмников (п_эф) можно найти по кривым К_м=f(К_и, п_эф) или по таблице.

Метод коэффициента спроса. Для определения расчётных нагрузок по этому методу необходимо знать установленную мощность Р_ном группы электроприёмников и коэффициенты мощности cosφ и спроса К_са данной группы, определяемые по справочным материалам.

Расчётную нагрузку группы однородных по режиму работы электроприёмников определяют по формулам

Р_р=К_са·Р_ном (10)

Q_р=P_p·tgφ (11)

(12)

где tgφ соответствует cosφ данной группы электроприёмников, К_са=0,6-0,75.

Расчётную нагрузку узла системы электроснабжения, содержащих группы приёмников электроэнергии с различными режимами работы, определяют с учётом разновременности максимумов нагрузки отдельных групп

(13)

где и - суммы активных и реактивных нагрузок отдельных групп электроприёмников; К_рм - коэффициент разновременности максимумов нагрузок отдельных групп приёмников.

Значение К_рм можно приближённо принимать равным 0,85-1,0 в зависимости от количества групп электроприёмников.

Определение расчётной силовой нагрузки по установленной мощности и коэффициенту спроса является методом приближённого расчёта, поэтому его применение рекомендуют для предварительных расчётов и определения общезаводских нагрузок.

Метод удельной нагрузки на единицу производственной площади применяют при проектировании универсальных сетей машиностроения, ткацкого производства и т.п., характеризующихся большим числом электроприёмников малой и средней мощности, равномерно распределённой по площади цеха. Универсальные сети выполняют магистральными шино-проводами и прокладывают с учётом возможных перемещений технологического оборудования.

Расчётную нагрузку группы приёмников определяют по формуле

Р_р=Р_уд·F (14)

где Р_уд - удельная расчётная мощность на 1 м² производственной площади, кВт/м²; F - площадь размещения приёмников группы, м².

Удельную нагрузку определяют по статическим данным. Значение её зависит от рода производства, площади цеха, обслуживаемой магистральным шинопроводом и изменяется в пределах 0,06-0,6 кВт/м.

Рассматриваемый метод расчёта целесообразно применять для определения расчётной нагрузки на стадии проектного задания при технико-экономическом сравнении вариантов, а также для других ориентировочных расчётов, например, для расчёта нагрузок электроосвещения помещений.

Метод технологического графика. Для групп электроприёмников автоматизированного или строго ритмичного поточного производства расчётную нагрузку определяют по общему графику нагрузки, строящемуся на основе технологического графика работы отдельных электроприёмников и соответствующих им мощностей.

Для группы электроприёмников нагрузку определяют по средней мощности и коэффициенту формы графика нагрузки К_ф из следующих соотношений:

Р_р=К_фа·Р_см (15)

Q_p=К_фр·Q_см (16)

Q_р=Р_р·tgφ (17)

(18)

Следовательно, по данному методу расчётную нагрузку принимают равной среднеквадратичной, т.е.:

Р_р=Р_ск; Q_p=Q_ск.

Для определения расчетной нагрузки судоремонтного завода применим метод технологического графика. Для группы электроприемников нагрузку определяют по средней мощности и коэффициенту формы графика нагрузки К_фа=1,05 из следующих соотношений:

(19)

Следовательно, по данному методу расчетную нагрузку принимают равной среднеквадратичной, т.е. Р_р = Р_ск..

Для первого цеха Р_р = 16130 кВт,

тогда

На основании приведенных расчетов аналогично проводим расчет нагрузки по цехам и заводу в целом. Результаты сводим в таблицу 2.

Таблица 2 – Расчетные нагрузки по заводу

№ цеха	Установленная мощность Рн, кВт, 0,4/6 кВ	Категории потребителей	Метод расчета	Расчетная мощность 0,4 кВ Ррас(0,4), кВт	Расчетная мощность 6 кВ Ррас(6), кВт
1	16130	1	Метод технологического графика	16936,5
2	7850	1		8242,5
3	4690/22025	1		4924,5	23126,25
4	19540/5650	1		20517	5932,5
5	9760	1		10248
6	10200/8920	2		10710	9366
7	7710/700	2		8095,5	735
8	2170	3		2278,5
9	160	3		168
10	3110	3		3265,5
11	750	1		787,5
12	800	3		840
13	1920	1		2016
14	-	-		-
15	420	1		441
16	120	1		126
17	40	3		42
18	1280	3		1344
19	80	1		84
20	250	1		262,5
21	350	1		367,5
22	480	3		504
23	230/3125	1		241,5	3281,25
Р∑пр, кВт	88040/40420	-		92442	42441
Q∑пр, квар	54585/25060	-		57314	26313
S∑пр, кВ∙А	103588/47558	-		108768	49936