Занятие 1.

Тема занятия: Суточные графики электрических нагрузок потребителей. Классификация графиков нагрузки. Построение графиков нагрузки.

Студенты должны знать: основные показатели графиков нагрузки.

Студенты должны уметь: построить график нагрузки и определить основные показатели.

План занятия

1. Классификация графиков нагрузок.

2. Построение графиков нагрузок.

3. Категорийность потребителей электроэнергии.

4. Показатели графиков нагрузки.

5. Особенности графиков нагрузки тяговых подстанций

Основные теоретические сведения и вопросы, необходимые для подготовки данной темы:

Цель расчета электрических нагрузок — определение токов, протекающих по токоведущим элементам, для выяснения их допустимости по условиям на­грева элементов. Расчет электрических нагрузок проводится для определения величин затрат в системах электроснабжения промышленных предприятий.

Температура нагрева проводников ограничивается условиями износа изо­ляции и работы самого элемента. Если бы токи в проводниках были неизмен­ны, то расчет их сечений можно было бы производить, пользуясь допустимы­ми температурами перегрева. Для кабелей и приводов, например, она составляет 50—80 °С. Но меняющийся во времени ток вызывает изменение температуры проводников. Интерес представляет максимальная температура, которая может существовать некоторое время.

Требование (установившаяся температура меньше допустимой), приводит к тому, что в паспорте оборудования (в каталожных данных) указы­вается:

1) номинальная мощность, при которой не произойдет перегрева (для трансформаторов, электродвигателей, генераторов);

2) допустимый ток, при котором не будет перегрева (для проводов, кабелей, реакторов).

Расчетная величина электрических нагрузок определяет технические ре­шения и указывает затраты на изготовление электротехнических изделий, на создание и развитие субъектов электроэнергетики, на построение и функци­онирование объектов электрики.

Поэтому выбор сечения проводника по нагреву производят не по макси­мальной температуре перегрева, а по расчетной токовой нагрузке I_р, которая определяется на основании принципа максимума средней нагрузки:

(1)

где θ — длительность интервала осреднения (θ < t < Т- 0), принимаемая для графиков нагрузки, практически неизменных во времени, равной θ = 3T₀ (во всех остальных случаях 0 < 3Т₀).

Для оценки нагрева проводников правильнее использовать закон ДжоуляЛенца и вести расчет по максимуму среднеквадратичного (эффективного) тока для каждого изменения за время Δt. Расчетный ток I_р, равный максимуму среднего тока, можно считать приближением, обеспечивающим инженерную точность при построении схемы электроснабжения.

В качестве расчетной нагрузки применяют среднюю нагрузку по активной мощности, где интервал реализации продолжительностью T связывают с по­стоянной времени нагрева Т_о:

, (2)

где θ < t< T- θ.

Условно принимают Т_о = 10 мин, тогда θ = 30 мин независимо от сечения проводника, что и приводит к понятию получасового максимума . Ис­пользование максимальной из средних нагрузок, в чем и заключается прин­цип максимума средней нагрузки, позволяет говорить о расчетном (проект­ном) максимуме, заявленном или фактическом (суточном, недельном, месячном, квартальном и годовом), 30-минутном, .

При решении вопросов электроснабжения определяющей является расчетная электрическая нагрузка, равная получасовому максимуму Р_тах. Этот максимум можно находить по данным конкретных электроприем­ников и применять для расчетов электрических сетей и их элементов (на ос­новании теоретических основ электротехники). Но его можно рассчитывать и с учетом системных свойств предприятия, устойчивости развития и технологической устойчивости структуры. Такой Р_тах нужен при выборе схем электро­снабжения предприятий, производств и цехов, определении объемов их электропотребления.

Можно выделить следующие графики нагрузки:

1. индивидуальные — графики электрических приемников:

2. групповые — слагаемые из индивидуальных графиков с учетом взаимо­зависимости нагрузок по условиям технологии; групповые графики можно применять при выборе оборудования и проводников, питающих группы эле­ктроприемников ;

Рисунок 1.-График нагрузки Р = f(t) с интервалом осреднения Δt = 3 мин: Pср(3-6), Pcр(15-18) - усредненные (средние) нагрузки за интервал Δt = 3 6 мин и 15 18 мин; Ртах -максимальная нагрузка (усредненная за Δt = 30 мин) за первые 30 мин графика

Если индивидуальные графики нагрузки электроприемников известны и возникает необходимость аналитического формирования групповых графи­ков, то можно использовать для расчетов автокорреляционную функцию ин­дивидуального графика нагрузки kр (τ), рассматриваемого как реализация ста­ционарного случайного процесса,

(3)

и взаимно корреляционные функции всех пар индивидуальных графиков

(4)

где р(t), p_v (t), p_s (t) — индивидуальные графики нагрузки; p_cp, p_cp(v), p_cp{s) — средние значения нагрузки (средняя мощность).

Среднее значение нагрузки за время цикла

. (5)

Величина площади под ломаной графика нагрузки потребителя на рисунке 1 равна значениям энергии А. Выделим интервал t_0-30 за первые 30 мин, получим

(6)

где p(t) - неизвестное фактическое изменение мощности во времени; P_cp(i) — средняя мощность за i-й интервал осреднения (Δt = 3 мин); Р_max — расчетный получасовой максимум нагрузки, соответствующий выражениям (1) и (2), Р_max= Р_p

Чтобы рассчитать Р_maх по (6), достаточно показания счетчика электро­энергии пересчитать в киловатт-часы и разделить на 0,5 ч. Отклонение от Р_mах учитывается счетчиком, определяющим среднюю нагрузку Р_ср за интервал, на­пример t_3-6 и t_15-18. Суммирование, проводимое счетчиком за 30 мин, упроща­ет допущения о значении и вероятности изменения нагрузки за Δt.

Очевидно, что величина Р_mах (см. рис. 1) зависит от начала отсчета. Если определить Р_mах в интервале t_15-18, то получим ΔР = +9. Технически возможно рассчитывать Р_mах за 30-минутный интервал, начинающийся с любого момен­та. Такие измерения экономически целесообразны при регулировании элект­ропотребления предприятий и при создании систем управления электричес­кими нагрузками. Пока, как правило, измерение производят в фиксированное время, совпадающее с началом часа. Усредненные по (6) максимумы фик­сируются, получается суточный график (рис. 2), состоящий из 48 точек.

Рисунок 2- Суточный P(t) график электрических нагрузок: Рс(i) — одно из получасовых усреднений; Рф(max) — максимальная фактическая получасовая нагрузка за сутки, равная Рв(max) — максимальной нагрузке в вечерние часы прохождения максимума в энер­госистеме; Pv(max) — максимальная нагрузка в утренний максимум; Pmin — минимальная нагрузка; Рср — среднесуточная нагрузка; Р3(max) — заявленный максимум нагрузки, равный расчетному Рр

На суточном графике выделяют утренний Р_у(mах) и вечерний Р_в(mах) (обычно больший) максимумы и ночной провал, когда нагрузка спускается до мини мума P_min. Часы прохождения утреннего и вечернего максимумов задаются энергоснабжающей организацией. Наибольший из Р_у(mах) или Р_в(mах) принима­ют за суточный максимум (при регулировании максимум может не совпадать с этими значениями) и наносят на годовой (месячный, квартальный) график нагрузки. Наибольший из суточных максимумов в течение квартала следует принимать за заявленный Р_з(mах) и оплачивать. В этом случае фактический рас­четный и заявленный максимумы будут совпадать: Р_ф(mах) = Р_р = Р_з(mах) = Р _mах. Аналогично (5) или (6) определяют среднесуточную мощность: Р_ср.сут. = (1/48) , где P_cp(i) — средняя нагрузка на получасовой интервал (см. рис. 2), или

P_cp.сут = А_сут /24. (7)