2. Расчет электрических нагрузок

2.1. Общие указания

Правильное определение электрических нагрузок и обеспечение не­обходимой степени бесперебойности их питания имеет большое технико-экономическое значение. От этого расчета зависят исходные данные для выбора всех элементов системы электроснабжения промышленного пред­приятия и денежные затраты при установке, монтаже и эксплуатации выб­ранного электрооборудования.

Существующие методы определения расчетных (максимальных) нагрузок проектируемых предприятий основаны на обработке эксперимен­тальных и практических данных об электрических нагрузках действующих промышленных предприятий различных отраслей промышленности.

Расчетные электрические нагрузки определяют следующими метода­ми: метод коэффициента максимума; удельного потребления электроэнер­гии на единицу продукции; коэффициента спроса; удельной плотности электрической нагрузки на 1 м² производственной площади.

В настоящее время пользуются в основном двумя методами расчёта максимальных электрических нагрузок: при достаточных для расчёта дан­ных по электрооборудованию и наличии на питающем пункте электрообо­рудования с разным режимом работы наиболее точные данные расчёта даёт метод коэффициента максимума; при отсутствии этих условий рассчиты­вают методом коэффициента спроса.

2.2. Расчёт нагрузок методом коэффициента максимума

Расчет нагрузок по этому методу удобно вести, заполняя табл. 2.1 в следующей последовательности, таблица заполнена для примера 2.1.:

В графе 1 указываются наименования распределительных пунктов или участков и подключенного к ним электрооборудования, разбитого на груп­пы с одинаковым режимом работы (одинаковые Ки и cos φ).

В графе 2 указывается общее количество электроприемников (ЭПР).

В графе 3 указываются номинальные активные мощности ЭПР в группе.

В графе 4 указываются номинальные реактивные мощности ЭПР в группе.

В графе 5 и 6 для каждой группы проставляют значения коэффициен­тов Ки, cos φ и tg φ. Если эти значения неизвестны, то их можно взять из таблицы [7, с. 82] для характерных групп ЭПР.

Графы 7 - 16 заполняют только в целом по участкам, т.е. в клетке таблицы будет только одно число.

В графе 7. Под приведенном (эффективным) числом приемников группы различных номинальной мощности и режиму работы понимается такое число однородных по режиму работы приемников одинаковой мощности, которое обуславливает ту же расчетную нагрузку, что и данная рассматриваемая группа различных по номинальной мощности и режиму работы приемников.

Приведенное число приемников группы определяется достаточно точно по формуле

N_э = (ΣР_ном) ² / (ΣР_ном)² (2.1)

в числителе стоит квадрат суммы номинальных активных мощностей всех ЭПР (т. е. квадрат групповой мощности) данной группы, а в знаменателе — сумма квадратов номинальных активных мощностей отдельных приемников. Если все приемники группы имеют одинаковую номинальную мощность то

n_э = n (2.2)

Если приемники имеют различные номинальные мощности Рном, то n_э < п. Определение nэ по формуле рекомендуется производить при числе ЭПР в группе до пяти. В условиях массовых расчетов и при большом приемников рекомендуется пользоваться упрощенными методами, допустимая погрешность которых лежит в пределе ±10%.

Способы упрощенного вычисления n_э.

1. При числе фактических приёмников в группе четыре и более допускается приведенное число nэ считать равным фактическому n при отношении

m = Р_{ном max}/ Р_{ном min} < 3 (2.3)

m - кратность мощностей для каждого участка.

Рном max и Рном min - номинальные активные мощности наибольшего и наименьшего ЭПР из номинальных мощностей ЭПР присоединенных к данному участку.

При этом те наименьшие ЭПР группы, суммарная мощность которых не превышает 5% номинальной мощности всей группы, в расчет при определении т не принимаются.

2. При m > 3 и К_и > 0,2 приведенное число приемников может быть опре­делено по формуле

n_э = 2* (ΣР_ном*n) / ΣР_{ном max} Е (2.4)

Если найденное по этой формуле nэ оказывается большим, чем фактическое, следует принимать nэ = n.

3. При m > 3 и К_и < 0,2, т. е. при невозможности использования способов упрощенного вычисления n_э изложенных выше, определение nэ производится по формуле

n_э = 0,95* (ΣР _ном) / ((ΣР _{ном max 1}/ n₁ + (ΣР _ном - ΣР _{ном max 1}) ² / (n – n₁)) (2.5)

где n — фактическое число приемников в рассматриваемой группе; n1 — число наибольших приемников в группе, мощность каждого из которых не менее поло­вины мощности наибольшего приемника; ΣРном — суммарная номинальная мощ­ность приемников всей группы; ΣРном max1 — суммарная номинальная мощность n1 наибольших приемников группы.

4. Приведенное число n_э группы приемников однофазного тока определяется по формуле,

n_э = 2*ΣР_ном / 3Р_{ном max} (2.6)

ΣР _ном— сумма номинальных мощностей однофазных приемников рассчитываемого узла;

Р _{ном max} – номинальная мощность наибольшего приемника однофазного тока

В графе 8 для каждой группы ЭПР подсчитывают среднюю актив­ную мощности за наиболее загруженную смену

Р _см = Σ(Р _ном*n* К _и), (2.7)

В графе 9 для каждой группы ЭПР подсчитывают среднюю реактивную мощности за наиболее загруженную смену. Если n_э < 10, то

Q _см = Σ(Q _ном* n * К _и) (2.8)

Если n_э > 10, то

Q_см = 1.1*Σ (Q _ном* n * К_и) (2.9)

В графе 10 записывается средний коэф­фициент использования в целом по участку или цеху

К _и.ср = Р _см / Σ(Р _ном * n) (2.10)

В графе 11 в зависимости от значения К _и.ср и n_э, по. табл. [7, с. 90] на­ходят коэффициент максимума Кm

В графу 12 заносят активную мощность освещения.

Осветительная нагрузка ориентировочно рассчитывается методом удельной мощности на освещенную площадь: Р _{ном осв} = Р _уд • S , где Р _{ном осв} -номинальная (установленная) мощность освещения, кВт; Руд - удельная мощность- Вт/м²; S - освещаемая площадь, м².

При средней освещенности Е = 50 лк и высоте подвеса светильников h = 4 ... 8м и S > 300 м², можно принять Руд = 9 ... 12 Вт/м², а при Е = 100 лк Руд= 14 ... 16 Вт/м² Для наружного освещения территории Руд = 2 Вт/м².

При отсутствии этих данных можно принять (в учебном проекте) Р _{ном осв} равной 3 ... 7 % от суммарной номинальной мощности Σ(Р _ном * n) силовых ЭП.

Максимальная расчетная мощность на освещение

Р _осв = Р _{ном осв} * k _с, (2.11)

где k _с - коэффициент спроса на освещение равный 0,8 ... 0,95.

В графу 13 заносят реактивную мощность освещения. Если освещение в цехах выполнено лампами ДРЛ, то cos φ осв = 0,7.

Qосв = Росв * tg φ осв (2.12)

В графу 14 заносят максимальную активную мощность:

Рm = Рсм * Кm + Росв (2.13)

В графу 15 вносят максимальную реактивную мощность

Qm = Qсм * Кm + Qосв (2.14)

Максимальные активные и реактивные мощности группы, имеющей три ЭПP и менее, определяются как сумма их номинальных мощностей.

В графу 16 заносят полную расчетную максимальную мощность

Sm = √Рm² + Qm² (2.15)

ПРИМЕР 2.1.

Определить максимальную нагрузку электроприемниками указанными в табл. 2.1.

Задано: наименование (А, Б, В и Г) и количество ЭПР n, номи­нальные мощности, коэффициенты Ки и cosφ по цехам. Величины смотри в соответствующих колонках таблицы 1,2,3,5,6.

Расчёт нагрузок по методу коэффициента максимума

Расчет проведем на примере цеха № 1.

Определяем суммарную номинальную мощность:

Рном ц = ΣРном i * n i

Рном ц - активная мощность цеха 1 [кВт].

Рном i - номинальная мощность i – го электроприемника [кВт].

n - количество электроприёмников [шт].

Рном ц 1 = 160кВт • 12 шт. + 120 кВт • 28 шт. + 60 кВт • 95 шт. + 40 кВт • 96 шт. = 14820 кВт

Определяем суммарную номинальную мощность завода: Рном з = Σ Рном ц i

Рном з = 14820 кВт + 13980 кВт + 11940 кВт = 40740 кВт

Находим tg φ угла мощности цеха №1для каждого электроприемника: tg φ =√(1/ cos φ²) -1

cos φ - коэффициент мощности электроприемника

tg А =√(1/ 0,65²) -1 = 1,17

tg Б =√(1/ 0,75²) -1 = 0,89

tg В =√(1/ 0,58²) -1 = 1,4

tg Г =√(1/ 0,8²) -1 = 0,75

Определяем реактивную номинальную мощность каждого ЭПР в цеху №1: Qном = Рном * tg φ

Qном А = 160кВт • 1,17 = 187,2кВар

Qном Б = 120 кВт • 0,89 = 106,8 кВар

Qном В = 60 кВт • 1,4 = 84 кВар

Qном Г = 40 кВт • 0,75 = 30 кВар

Определяем m - кратность мощностей для каждого цеха m = Рном max/ Рном min

m ц 1 =160 кВт / 40 кВт = 4.

Определяем эффективное число приёмников, т.к. m > 3 то

nэ = 2* (ΣРном*n) / ΣРном max

nэ ц 1 = 2 • (160кВт •12шт+120кВт •28шт+60кВт •95шт+40кВт •96шт) / 160 кВт = 185шт

Определяем активную мощность за наиболее загруженную смену цеха №1:

Рсм = Σ(Рном*n* Ки),

Рсм ц 1 = 160 кВт •12 шт. •0,19+120кВт •28шт • 0,21+ 60кВт • 95шт • 0,23 + 40кВт • 96шт •0,35 = 3725,4 кВт

Определяем реактивную мощность за наиболее загруженную смену цеха №1, т.к. nэ > 10, то

Qсм = 1.1*Σ(Qном*n* Ки)

Qсм ц 1 = 1,1(187,2 кВар • 12 шт. • ОД 9 + 106,8 кВар • 28 шт. • 0,21 + + 84 кВар • 95 шт. • 0,23 + 30 кВар • 96 шт. • 0,35) = 4288,02 кВар

Определяем групповой коэффициент использования цеха № 1:

Ки.ср = Рсм / Σ(Рном * n) = Рсм / Рном ц

Ки.ср ц 1 = 3725,4кВт / 14820кВт = 0,25

Определяем коэффициент максимума по таблице 4.3 [Справочник Сербиновского].

Кm ц 1 = 1,08; для цеха 2 Кm ц 2 = 1; для цеха № 3 Кm ц 3= 1;

Определяем расчётную активную нагрузку цеха № 1 без учёта освещения: Рm = Рсм * Кm

Рm ц 1 = 3725,4 кВт • 1,08 = 4023,432 кВт

Определяем расчётную реактивную мощность цеха №1 без учета освещения: Qm = Qсм * Кm

Qm ц 1 = 4288,02 кВар • 1,08 = 4631,062 кВар

Осветительная нагрузка каждого цеха составляет 7% от суммарной установленной мощности освещения цехов выполненное лампами ДРЛ. Определяем активную мощность освещения цеха №1: Росв ц 1 = Рном ц 1 * 7%

Росв ц 1 = 0,07 * 14820 кВт = 1037,4кВт

Определяем расчётную реактивную мощность освещения цеха № 1: Qосв = Росв * tg φ осв

Коэффициент мощности освещения составляет 0,7 (cos φ = 0,7):

tg φ осв = √(1/0,7²⁾ – 1 = 1,02

Qосв ц 1 = 1037,4 кВт *1,02 = 1058,15 кВар

Определяем активную расчётную мощность цеха № 1 с учётом освещения:

Рm ц 1 = Рсм ц 1* Кm ц 1 + Росв ц 1 = 3725,4 кВт • 1,08 + 1037,4 = 5060,832 кВт

Определяем реактивную расчётную мощность цеха № 1 с учётом освещения:

Qm ц 1 = Qсм ц 1 * Кm ц 1 + Qосв ц 1 = 4288,02 кВар • 1,08 + 10248,37 = 5689,21 кВар

Определяем полную расчётную мощность цеха № 1 с учётом освещения

Sm ц 1 = √ Рm ц 1² + Qm ц 1² = √ 5060,832² + 5689,21² = 13575,9 кВА

Аналогичным образом рассчитываем мощности цеха № 2 и 3, результаты расчетов заносим в таблицу.

Определяем расчётную активную мощность завода: Рm з = ΣРm ц i = 5060,832 + 4389+ 4423,492 = 13873,322 кВт.

Определяем расчётную реактивную мощность завода Qm з = ΣQm ц i = 5689,21 + 4423,492+ 3619,93 = 13732,632 кВар.

Определяем полную расчётную мощность завода Sm з = √ Рm ц i² + Qm ц i² = √ 13873,322 ² + 13732,632 ² = 19520,611 кВА.

Таблица № 2.1.