Тема 2.2. Определение расчетных нагрузок

Так как при проектировании СЭС точные графики нагрузок неизвестны, а количество узлов, для которых они должны определяться, весьма велико, на практике для выбора оборудования используют так называемые расчетные нагрузки.

Расчетной нагрузкой по допустимому нагреву называют условную нагрузку, выраженную в амперах (I_p), киловаттах (P_p) или киловольт-амперах (S_p), которая эквивалентна по наиболее тяжелому тепловому действию на проводники и изоляцию ожидаемой изменяющийся нагрузке. За величину расчетной электрической нагрузки потребителя или элемента сети принимают наибольшую из усредненных 30 минутных нагрузок за рассматриваемый период.

В соответствии с действующими Указаниями по расчету электрических нагрузок (РТМ 36.18.32.4-92) [5], разработанными ВНИПИ Тяжпромэлектропроект, определение расчетных нагрузок промышленных предприятий может быть выполнено с помощью следующих основных методов:

- по удельным расходам электроэнергии;

- по удельным плотностям нагрузки;

- по коэффициенту спроса;

- по коэффициентам расчетной мощности и одновременности.

При наличии достоверных данных об удельных расходах электроэнергии на единицу продукции и о числе часов использования максимума расчетная нагрузка цеха или предприятия в целом может быть определена по формуле

(2.6)

где w_{уд i} – удельный расход электроэнергии на единицу продукции i-го вида; M_i – планируемый годовой выпуск продукции i-го вида в натуральном выражении (т, м, м², шт. и т.д.).

В ряде случаев расчетная нагрузка может быть определена по удельной плотности нагрузки р_уд., кВт/м², на 1м² площади цеха, выявленной при обследовании аналогичных производств:

(2.7)

где F – площадь цеха, м².

Определение расчетной нагрузки по коэффициенту спроса К_с применяется, в основном для технологически связанных производств (насосная, компрессорная, котельная, кислородная станция и т.п), а также при отсутствии данных о числе ЭП и их мощностях, об удельных расходах электроэнергии на единицу продукции или удельной плотности нагрузок. Значения К_с зависят от технологии производства и определяются при обследовании действующих предприятий по формуле

(2.8)

где P_м – наибольшая из средних нагрузка;

P_у – суммарная установленная мощность объекта (P_у = P_ном).

На проектируемых объектах (предприятиях, цехах, больших производственных участках, где число ЭП исчисляется сотнями) расчетная нагрузка определяется по формуле

(2.9)

Использование К_с для определения расчетных нагрузок малых групп ЭП приводит к существенным погрешностям.

С помощью коэффициента расчетной мощности К_р определяют расчетную нагрузку на втором и третьем уровнях (2УР и 3УР) СЭС. Для одиночных ЭП (1УР) расчетная нагрузка принимается равной номинальной мощности, а для одиночных ЭП повторно-кратковременного режима – равной номинальной, приведенной к длительному режиму. Для определения расчетной нагрузки на четвертом и пятом уровнях СЭС (4УР и 5УР) дополнительно используется коэффициент одновременности К_о.

Коэффициент расчетной мощности К_р группы ЭП составляет

(2.10)

Коэффициент расчетной мощности зависит от эффективного числа ЭП, средневзвешенного значения К_и, а также от постоянной времени Т₀ нагрева элемента сети, для которого рассчитывается электрическая нагрузка.

Под эффективным числом ЭП принято понимать такое число ЭП, одинаковых по мощности и по режиму работы, которое создает ту же расчетную нагрузку, что и фактическая группа ЭП.

Для определения n_э существует формула

(2.11)

В настоящее время эту формулу обычно используют при малых значениях числа ЭП n. При значительных n (например, при n > 6) рекомендуется использовать более простую приближенную формулу

(2.12)

где P_{ном наиб} – номинальная мощность наибольшего ЭП в рассматриваемом узле нагрузке 2УР или 3УР.

Средневзвешенное значение К_и рассматриваемого узла нагрузки будет

(2.13)

где j – номер группы однородных ЭП;

К_иj – коэффициент использования ЭП j-й группы;

P_{ном j} – суммарная номинальная мощность ЭП j-ой группы.

В Указаниях по расчету электрических нагрузок приняты следующие усредненные значения постоянных времени нагрева:

T₀ = 10 мин – для сетей напряжением до 1 кВ, питающих распределительные шинопроводы, пункты, сборки, щиты 2УР; значения К_р для этих объектов лежат в диапазоне от 1 до 8 [2];

T₀ = 2,5 ч – для магистральных шинопроводов и цеховых трансформаторов; значение К_р для этих объектов лежат в диапазоне от 0,8 до 8 [2];

T₀ ≥ 0,5 ч – для кабелей напряжением 6 кВ и выше, питающих цеховые ТП и распределительные устройства; значение К_р для этих кабелей равно единице.

Расчетная активная мощность узлов нагрузки 2УР и 3УР определяется по формуле

(2.14)

Расчетная реактивная мощность для питающих сетей напряжением до 1 кВ определяется в зависимости от n_э.

При n_э > 10

(2.15)

При n_э ≤ 10

Для магистральных шинопроводов и на шинах вторичного напряжения цеховых ТП, а также при определении реактивной мощности в целом по цеху, корпусу, предприятию

(2.16)

К расчетной активной и реактивной мощности силовых ЭП напряжением до 1 кВ должны быть при необходимости добавлены расчетные нагрузки осветительных установок P_ро и Q_ро, определяемые чаще всего с помощью коэффициента спроса, исходя из удельной установленной мощности светильников на 1 м² площади помещения [2].

Полная расчетная нагрузка на стороне вторичного напряжения цеховых трансформаторов определяется по формуле

(2.17)

где Р_р = Р_р + Р_ро.; Q_р = Q_р + Q_ро.

Нагрузка на вводах 6-10 кВ ТП определяется как сумма расчетных силовых и осветительных нагрузок и потерь активной и реактивной мощности в трансформаторах, определяемых приближенно по формулам

Р_ц = 0,03S_p; Q_ц = 0,1S_p. (2.18)

Если на предприятии есть ЭП напряжением выше 1 кВ, то определяется их расчетная нагрузка, как это описано в [2].

При определении расчетных нагрузок 4УР (РП 6-10 кВ) и 5УР (РУ 6-10 кВ ГПП и ПГВ) учитываются все нагрузки, питающиеся от рассматриваемого узла: для 4УР – нагрузки ТП (с потерями в трансформаторах) и высоковольтных ЭП, для 5УР – нагрузки РП, ТП и высоковольтных ЭП. При этом учитывается разновременность максимумов отдельных объектов, питающих от узла. Этот учет осуществляется путем ввода специального коэффициента одновременности K_o [2].

Расчетные нагрузки городских электрических сетей определяется в соответствии с РД 34.20.185-94 (Инструкцией по проектированию городских электрических сетей) и СП 31-110-2003 (Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий). Основой определения расчетных нагрузок городов и поселков является метод удельных нагрузок. При этом удельные показатели приводятся на одну квартиру в жилых зданиях, на одно посадочное место в предприятиях общественного питания, на 1 м² магазина, на одного ученика в школе и т.п. Расчет нагрузок сельских сетей выполняется в соответствии с РУМ 2001 (Руководящие материалы по проектированию электроснабжения сельского хозяйства).