10)Понятие расчетная нагрузка. Обоснование периода усреднения графика нагрузки.

Для описания режимов энергопотребления в практике электроснабжения используют систему показателей, адекватно описывающих графики электрической нагрузки. При этом различают физические величины и безразмерные коэффициенты графиков нагрузки.

Физические величины, характеризующие графики электрических нагрузок:

1. P_c – средняя нагрузка (Qс, Sс, Iс);

2. Р_ск – среднеквадратичная (эффективная) нагрузка (Qск, Sск, Iск);

3. Рm – максимальная нагрузка (Qm, Sm, Im):

а) Р_р – расчётная (максимальная длительная) нагрузка;

б) Р_пик – пиковая (кратковременная) нагрузка.

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, которая вызывает такие же потери мощности и энергии в элементах системы электроснабжения потребителей как реальная изменяющаяся за это же время (Т) нагрузка.

Среднеквадратичная нагрузка используется для определения потерь мощности и энергии в элементах системы электроснабжения. 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 – это наибольшая из средних нагрузок за рассматриваемый промежуток времени. При этом различают максимальную длительную и кратковременную нагрузки. Максимальная длительная нагрузка характеризуется периодом усреднения от нескольких минут до нескольких часов. Она используется для выборов токоведущих частей СЭС по условию нагрева. Максимальная кратковременная нагрузка характеризуется периодом усреднения от доли до нескольких секунд. Её называют пиковой нагрузкой. Рпик > Рм ≥ Рск ≥ Рс. Пиковая нагрузка используется для расчётов релейной защиты и автоматики, выбора предохранителей и автоматических выключателей. Из максимальной длительной нагрузки важнейшее значение имеет расчётная нагрузка. Под расчётной нагрузкой понимается такая условная нагрузка, которая эквивалентна реальной нагрузке по наиболее тяжелому токовому эффекту. В связи с этим рассматривают следующее определение расчётной нагрузки: 1. Расчётная нагрузка определяет нагрев (износ) изоляции; 2. Расчётная нагрузка определяет нагрев токоведущих частей. Из 2-х значений расчётной мощности на практике используют наибольшее значение. Как правило, этим значением является нагрузка, которая обуславливает наибольший нагрев проводника над температурой окружающей среды

Так как нагрев проводника определяется продолжительностью нагрузки, то должны существовать определённые периоды усреднения графика нагрузки. В качестве такого периода принимается величина равная утроенному значению постоянной времени нагрева токоведущих частей системы электроснабжения, на которой рассчитывается нагрузка.

Постоянная времени нагрева (T₀) – отношение поглощающей способности проводника к теплоотдающей. где G – масса, кг; F – площадь охлаждающей поверхности, м²; с – коэффициент теплоотдачи. Т0 зависит от материала проводника, его сечения и способа прокладки и может изменяться от нескольких минут до нескольких часов. Например, для открыто проложенных проводов с резиновой изоляцией постоянная времени нагрева принимает следующие значения.

Постоянная времени нагрева токоведущих частей определяет период усреднения суточных графиков нагрузки, которые используются для решения задач по выбору токоведущих частей по условию их допустимого нагрева. Поэтому в большинстве случаев в качестве такого периода принят 30-минутный интервал, что соответствует постоянной времени нагрева проводников сечением 25-50 мм², наиболее часто используемых в практике проектирования. Однако необходимо отметить, что при выборе сечения электропроводки без учёта ее реальной постоянной времени нагрева приводит к тому, что в области малых сечений значение нагрузки занижено, следовательно имеет место повышенный износ проводников. В области больших сечений завышенное значение нагрузки приводит к увеличению затрат на токоведущие части СЭС.

где Туст – установившаяся температура. Предположим, что используя максимальную нагрузку (Imax), представленную на графике, выбран проводник сечением 35 мм². Постоянная времени нагрева данного проводника Т0=9 мин. Это означает, что температура его нагрева станет равной Туст, через время равное 3∙Т0=27 мин. В результате период нагрева практически соответствует периоду усреднения графика нагрузки, равному 30 мин. Предположим, что используя эту же усредненную за 30 мин максимальную нагрузку Imax выбран проводник сечением 6 мм². Постоянная времени его нагрева Т0=3 мин, а период нагрева до установившейся температуры равен 9 минутам. Это означает, что для выбора такого проводника целесообразно использовать график с периодом усреднения 9 мин.

В итоге имеет место занижение расчетной нагрузки (Imax < I’max) и повышенный износ выбранного проводника.

11)Коэффициенты, характеризующие режимы работы и графики нагрузки приемников и потребителей электроэнергии.

Ответ: Продолжительный режим работы. Электроприемники, работающие в номинальном режиме с продолжительно неизменной или малоизменяющейся нагрузкой. В этом режиме электрический аппарат (машина) может работать длительное время, температура его частей может достигать установившихся значений, без превышения температуры свыше допустимой. Пример: Электрические двигатели насосов, компрессоров, вентиляторов и т.п.  Кратковременный режим работы. Кратковременный режим работы электроприемника (электродвигателя) характеризуется тем, что ЭП работает при номинальной мощности в течении времени, когда его температура не успевает достичь установившегося значения. При отключении (ЭП не работает) его температура успевает снижаться до температуры окружающей среды. Пример: Электродвигатели вспомогательных механизмов, гидрозатворов и т.п. Повторно-кратковременный режим работы. При повторно-кратковременном режиме работы (ПКР) электроприемника кратковременные рабочие периоды с определенной нагрузкой чередуются с паузами (ЭП отключен). Продолжительность рабочих периодов и пауз не настолько велика, чтобы нагрев отдельных частей ЭП при неизменной температуре окружающей среды могли достигнуть установившихся значений.  Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ, % - паспортная величина) или коэффициентом включения (k_В). Коэффициент включения рассчитывается по графику нагрузки ЭП как отношение времени включения (t_В) к времени всего цикла (t_Ц).  k_В= t_В/t_Ц, В – время включения (время работы), с., мин., ч.; tЦ= tВ+ tП время полного цикла, с., мин., ч.; tП время паузы, с., мин., ч.  Пример: электродвигатели кранов, сварочные аппараты и т.п.  Свойства электроприемников, включенных в сеть, обусловливают характер нагрузки и ее технико – экономические показатели, оказывают непосредственное влияние на качество электроэнергии. Например, электроприемники, создающие неравномерные по фазам нагрузки, вызывают несимметрию тока и напряжения. Или электроприемники с резкопеременной толчковой нагрузкой создают в сетях колебания напряжения. Это вызывает мигание ламп, отказ от работы электронной аппаратуры, ухудшение работы электродвигателей. Для нормальной работы сетей, улучшения их технико – экономических показателей принимаются различные технические меры. Например, раздельное питание силовых и осветительных электроприемников. Таким образом, особенности работы электроприемников должны учитываться при проектировании, анализе режимов, в эксплуатации сетей. Потребление электроэнергии зависит от назначения электроприемника, режима его работы, времени работы и многих других факторов. Процесс потребления электроэнергии во времени отражается графиками нагрузки. По виду фиксируемого параметра различают графики активной, реактивной, полной (кажущейся) мощности и тока электроприемника. Графики отражают изменение нагрузки за определенный период времени. По этому признаку их подразделяют на суточные (24 ч), сезонные и годовые. Фактический график нагрузки электроприемника может быть получен с помощью регистрирующих приборов, которые фиксируют изменение соответствующего параметра во времени. Очертания суточных графиков нагрузки одного и того же электроприемника меняются в зависимости от того, рассматриваются рабочие сутки или выходные дни, от времени года. На его очертание влияет и множество случайных факторов. Поэтому одним суточным графиком нагрузки нельзя охарактеризовать работу электроприемника. Для удобства расчетов реально снятый график заменяют ступенчатым. Обычно для каждого потребителя дается несколько суточных графиков, которые характеризуют его работу в разное время года и в разные дни недели. Это графики зимних и летних суток для рабочих дней, график выходного дня. Основным является зимний график рабочего дня. Его максимальная нагрузка принимается за 100%, а ординаты всех остальных графиков задаются в процентах именно от этого значения. По графикам однотипных предприятий получают типовые графики нагрузки, которые приводятся в справочной литературе. При отсутствии графиков реактивной мощности, их можно получить из графиков активной мощности: где  определяется по значению cosφ_max, которое задается как исходный параметр для каждого потребителя.

По суточным графикам нагрузки строят годовые графики нагрузки по продолжительности. Нагрузки на графике располагают в порядке их убывания от Р_max до Р_min (см. рис. 6.1).

График по продолжительности нагрузок применяют в расчетах технико – экономических показателей установки, расчетах потерь электроэнергии, при оценке использования оборудования в течении года. Площадь, ограниченная кривой графика активной нагрузки, численно равна энергии, потребленной электроприемником за год: , где Р_і – мощность і-й ступени графика; Δt_i – продолжительность ступени. Средняя нагрузка за год равна: Р_ср = W_п / 8760. Степень неравномерности графика работы установки оценивают коэффициентом заполнения: Коэффициент заполнения графика показывает, во сколько раз потребленное количество электроэнергии меньше того количества энергии, которое было бы потреблено, если бы нагрузка установки все время была максимальной. Очевидно, чем равномернее график, тем значение коэффициента заполнения ближе к единице. Для характеристики графика пользуются временем использования максимальной нагрузки T_max. Это время, в течение которого при работе установки с максимальной нагрузкой из сети потребляется такое же количество электроэнергии, что и по реальному графику нагрузки. Значение T_max можно рассчитать следующим образом: T_max = W_п / Р_max.

12)Характерные приемники электроэнергии. Электродвигатели силовых общепромышленных установок.

Ответ: Все приемники электроэнергии характеризуются различными параметрами, а режимы их работы описываются индивидуальными графиками нагрузки. При этом с целью анализа режимов электропотребления и определения расчетных нагрузок электроприемники, схожие по назначению и роли в технологическом процессе производства, а также с похожими графиками нагрузки и их показателями, объединены в характерные группы:

– электродвигатели силовых и общепромышленных установок;

– электродвигатели производственных станков;

– осветительные электроустановки;

– электрические печи и электротермические установки;

– выпрямительные и преобразовательные установки.

1. Электродвигатели силовых и общепромышленных установок. К ним относятся компрессоры, насосы, вентиляторы, воздуходувные электроустановки, подъемные и транспортные установки. Данные электроприемники присутствуют практически на всех потребителях электроэнергии. На их долю приходится 45–60 % общего электропотребления предприятий. Мощность этих электроприемников колеблется от долей единицы до тысяч киловатт. В зависимости от мощности они снабжаются электрической энергией на напряжении от 0,22 до 10 кВ. Режим работы таких установок, как правило, продолжительный. Исключение составляют подъемно-транспортные установки, работающие, как правило, в повторно-кратковременном режиме. Подъемнотранспортные установки используются для технологических процессов как в цехах, так и между ними (конвейеры, подъемники, краны, лифты, лебедки). Перерыв в электроснабжении компрессоров, насосов, вентиляторов чаще всего недопустим и может повлечь за собой опасность для жизни людей, серьезное нарушение технологического процесса или повреждение оборудования. Например, прекращение подачи сжатого воздуха на машиностроительном заводе, где режущий инструмент крепится при помощи пневматических устройств, может вызвать ранения обслуживающего персонала. Прекращение электроснабжения насосной станции на металлургическом заводе может вывести из строя такую ответственную установку, как доменная печь, и причинить крупные убытки. Последствия отключения насосных установок во время пожара не нуждаются в пояснениях. В ряде цехов прекращение питания двигателей вентиляторов может вызвать массовые отравления работающего персонала. Таких примеров можно привести большое количество. В указанных случаях установки следует относить к I категории надежности электроснабжения. Электроприемники рассматриваемой группы, как правило, создают нагрузку равномерную и симметричную по всем трем фазам. Толчки нагрузки имеют место только при пуске. Коэффициент мощности достаточно стабилен и обычно имеет значение 0,8–0,85. Для электропривода крупных насосов, компрессоров и вентиляторов могут применяться синхронные двигатели, работающие с опережающим коэффициентом мощности. Для подъемно-транспортных устройств характерны частые толчки нагрузки. В связи с резкими изменениями нагрузки коэффициент мощности также изменяется в значительных пределах, в среднем от 0,3 до 0,8. По бесперебойности питания эти устройства должны быть отнесены (в зависимости от места работы и установки) ко II категории, а в некоторых случаях – к I. В подъемно-транспортных устройствах применяется как переменный, так и постоянный ток. В большинстве случаев нагрузку от подъемно-транспортных устройств на стороне переменного тока следует считать симметричной по всем трем фазам.

13)Электродвигатели производственных станков.

Ответ: Электроприемники данной группы встречаются практически на любом предприятии. Наиболее многочисленная группа – металлообрабатывающие станки. Они выполняют обработку деталей, материалов и изделий методами резания, штамповки, шлифовки и т. д.

Для электропривода станков используют все типы электродвигателей. Мощность двигателей чрезвычайно разнообразна и изменяется от долей до сотен киловатт и больше. Напряжение сети – 660–380/220 В с частотой 50 Гц. В станках, где требуется высокая скорость вращения, применяются двигатели постоянного тока, которые получают питание от выпрямительных установок. В зависимости от производственного процесса показатели графиков производственных станков изменяются в очень широких пределах: kв = 0,5–0,85; kи = 0,12–0,6; kc = 0,4–0,7; cosφ = 0,4–0,7. Производственные станки механических, механосборочных, ин-струментальных, кузнечно-прессовых цехов относят, как правило, ко II и III категориям надежности электроснабжения. Электродвигатели

производственных станков ремонтных цехов, как правило, относят к

III категории. К I категории надежности относятся станки, обрабаты-

вающие дорогостоящие детали и изделия, а также станки, перерыв в

питании которых недопустим по условиям техники безопасности

(возможны травмы обслуживающего персонала).