МДК.02.02

СОДЕРЖАНИЕ

1. Электрические нагрузки потребителей……………………………….3

2. Определение показателей графиков электрических нагрузок……...6

3. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………...13

1 Электрические нагрузки потребителей

Электрической нагрузкой какого-либо элемента сети называется мощность, которой нагружен данный элемент сети. Например, если по кабелю передается мощность 120 кВт, то нагрузка кабеля равна тоже 120 кВт. Точно так же можно говорить о нагрузке на шины подстанции или на трансформатор и т. д. Величина и характер электрической нагрузки зависят от потребителя электрической энергии, который может быть назван приемником электрической энергии.

Наиболее распространенным и важным в производстве приемником является электродвигатель. Главными потребителями электрической энергии на промышленных предприятиях являются трехфазные двигатели переменного тока. Электрическая нагрузка электродвигателя определяется величиной и характером механической нагрузки.

Нагрузки необходимо покрывать от источника электрической энергии, которым является электрическая станция. Обычно между генератором и потребителем электрической энергии существует целый ряд элементов электрической сети. Например, если двигатели, приводящие в движение механизмы в цеху питаются от сети напряжением 380 В, то в цеху или около цеха должна быть расположена цеховая трансформаторная подстанция, на которой установлены силовые трансформаторы для питания цеховых установок (для покрытия цеховых нагрузок).

Трансформаторы через кабели или воздушные провода питаются либо от более мощной подстанции, либо от промежуточного распределительного пункта высокого напряжения, или, что часто встречается на предприятиях, от тепловой электрической станции предприятия. Во всех случаях покрытие нагрузок осуществляется от генераторов электрической станции. При этом минимальное значение нагрузка имеет на конечном пункте, например, в цехе.

По мере приближения к источнику питания нагрузка растет за счет потерь энергии в передающих звеньях (в проводах, трансформаторах и т. д.). Наибольшего значения она достигает у источника питания - у генератора электрической станции.

Поскольку нагрузка измеряется в единицах мощности, она может быть активная Р_кВт, реактивная Q_кBap и полная S = √(P² + Q²) кВА.

Нагрузка также может быть выражена в единицах тока. Если, например, по линии протекает ток I = 80 А, то эти 80 А являются нагрузкой линии. При прохождении тока по любому элементу установки выделяется тепло, в результате чего этот элемент (трансформатор, преобразователь, шины, кабели, провода и др.) нагревается.

Допустимые мощности (нагрузки) на данные элементы электротехнической установки (машины, трансформаторы, аппараты, провода и др.) определяются величиной допустимой температуры. Ток, протекающий по проводам, помимо потерь мощности, вызывает потери напряжения, которые не должны превышать величин, регламентированных руководящими указаниями.

В реальных установках нагрузка в виде тока или мощности не остается в течение суток неизменной, и поэтому в практику расчетов введены определенные термины и понятия различных видов нагрузок.

Номинальная активная мощность электродвигателя - мощность, развиваемая двигателем на валу при номинальном напряжении и токе якоря (ротора).

Номинальная мощность любого приемника, кроме электродвигателя это потребляемая им активная мощность Р_н (кВт) или полная мощность S_н (кВА) при номинальном напряжении.

Паспортная мощность Рпасп электроприемника в повторно-кратковременном режиме приводится к номинальной длительной мощности при ПВ = 100% по формуле P_н = P_пасп√ПВ.

При этом ПВ выражен в относительных единицах. Например, двигатель с паспортной мощностью Р_пасп = 10 кВт при ПВ = 25%, приведенный к номинальной длительной мощности ПВ = 100%, будет иметь мощность P_н = 10√25 = 5 кВт.

Групповая номинальная мощность (установленная мощность) - сумма номинальных (паспортных) активных мощностей отдельных рабочих электродвигателей, приведенных к ПВ = 100%. Например, если Р_н1 = 2,8, Р_н2 = 7, Р_н3 = 20 кВт, Р_4пасп= 10 кВт при ПВ = 25%, то P_н = 2,8 + 7 + 20 + 5 = 34,8 кВт.

Расчетная, или максимальная активная, Рм, реактивная Qм и полная Sм мощность, а также максимальный ток Iм представляют собой наибольшие из средних величин мощностей и токов за определенный промежуток времени, измеряемый 30 мин. Вследствие этого расчетная максимальная мощность иначе называется получасовой или 30-минутной максимальной мощностью Рм = Р30. Соответственно, Iм=Iзо.

Расчетный максимум тока Iм = I30 = √(P_м² + Q_м²)/(√3Uн) или Iм = I30 =P_м/(√3U_нСosφ), где Сosφ - средневзвешенное значения коэффициента мощности за расчетное время (30 мин.).

2 Определение показателей графиков электрических нагрузок

Кривая изменения активной, реактивной и токовой нагрузки во времени, называется графиком нагрузки по активной, реактивной мощностям и току соответственно. Графики нагрузок дают возможность определить некоторые показатели, необходимые при расчетах нагрузок, и более рационально выполнить систему электроснабжения.

Электрическая нагрузка характеризует потребление электрической энергии отдельными приемниками, группой приемников в цехе, цехом и заводом в целом. При проектировании и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий основными являются три вида нагрузок:

а) активная мощность P;

б) реактивная мощность Q;

в) ток I.

В расчетах систем электроснабжения промышленных предприятий используются следующие значения электрических нагрузок:

а) средняя нагрузка за наиболее загруженную смену – для определения расчетной нагрузки и расхода электроэнергии;

б) расчетный получасовой максимум активной и реактивной мощности – для выбора элементов систем электроснабжения по нагреву, отклонению напряжения и экономическим соображениям;

Графики нагрузок подразделяют на индивидуальные и групповые. Индивидуальные графики (p(t), q(t), i(t)), необходимы для определения нагрузок мощных приемников электроэнергии (электрические печи, преобразовательные агрегаты главных приводов прокатных станов и др.). При проектировании систем электроснабжения промышленных предприятий используются, как правило, групповые графики нагрузок (от графиков нагрузок нескольких приемников электроэнергии до графиков предприятия в целом). Графики нагрузок всего промышленного предприятия дают возможность определить потребление активной и реактивной энергии предприятием, правильно и рационально выбрать питающие предприятие источники тока, а также выполнить наиболее рациональную схему электроснабжения.

По продолжительности различают суточные и годовые графики нагрузок предприятия. Каждая отрасль промышленности имеет свой характерный график нагрузок, определяемый технологическим процессом производства. Групповой график нагрузок слагается из индивидуальных графиков нагрузок приемников, входящих в данную группу. Степень регулярности групповых графиков определяется типами индивидуальных графиков и взаимосвязью нагрузок отдельных приёмников по технологическому режиму работы.

При расчётах и исследовании нагрузок применяют некоторые безразмерные показатели (коэффициенты) графиков нагрузок, характеризующие режим работы приёмников электроэнергии по мощности или во времени. Коэффициенты индивидуальных и групповых графиков обозначают соответственно строчной буквой k или прописной K.

Коэффициент использования - это характеристика степени использования по активной и реактивной мощности или по току. Данный показатель является основным показателем для расчёта нагрузки и определяется как отношение среднего значения величины к её номинальному значению.

, (1)

(2)

(3)

где  - коэффициент использования;

- номинальные значения активной, реактивной мощности и тока, потребляемые электрическим приёмником;

- средние значения активной, реактивной мощности и тока за наиболее загруженную смену;

- количество приёмников.

Для группы электрических приёмников, состоящей из подгрупп приёмников с разными режимами работы, средневзвешенный коэффициент использования  определяется по отношению:

(4)

где  - число подгрупп приёмников с различными режимами работы, входящими в данную группу;

- средняя мощность подгруппы за наиболее загруженную смену;

- номинальная мощность подгруппы приёмников.

Значения коэффициента использования должны быть отнесены к тому же периоду времени (циклу, смене, году), к которому отнесены мощности, на основе которых этот коэффициент вычисляется.

Для примера возьмём индивидуальный график активных нагрузок. Средний коэффициент использования активной мощности приёмника (рис. 1) за смену определяют по выражению:

(5)

где  - энергия, потреблённая приёмником за смену;

- энергия, которая могла бы быть потреблена приёмником за смену при номинальной загрузке его в течение всей смены.

Рисунок 1 - Индивидуальный график активных нагрузок.

Выражения (4) и (5) справедливы для определения коэффициентов использования по реактивной мощности и току, разумеется, при соответствующем изменении индексов.

Коэффициент включения характеризует длительность работы электрического приёмника и определяется по отношению:

, (6)

где  - коэффициент включения;

- продолжительность включения приёмника в цикле;

- длительность цикла;

- время работы приёмника;

- время холостого хода приёмника.

Групповой коэффициент включения ( ) – средневзвешенное (по номинальной мощности) значение коэффициентов включения всех приёмников входящих в группу, определяется по формуле:

. (7)

Простейшее определение  по (6) при переходе к групповому коэффициенту включения не возможно. Выражение (7) выведено с использованием условного понятия – средней за цикл групповой включённой мощности. Коэффициент включения зависит от характера технологического процесса.

Для графика нагрузок по активной мощности, представленного на рис. 1, коэффициент включения определяют из выражения:

(8)

Приближённо значение  можно определить при эксплуатации с помощью счётчика времени.

Коэффициентом загрузки приёмника называется отношение фактически потребляемой им активной средней мощности  , за время включения в течение времени цикла , к его номинальной мощности. Т.е. коэффициент загрузки – это параметр, характеризующий загруженность электрической установки, выражается через отношение коэффициентов использования и включения:

(9)

Аналогично (9) коэффициенты загрузки по реактивной мощности и току равны:

(10)

(11)

Групповым коэффициентом загрузки по активной мощности называется отношение группового коэффициента использования к групповому коэффициенту включения  , т.е.

(12)

Коэффициент загрузки изменяется вместе с режимом работы приёмника, т.к. он связан с технологическим процессом.

Коэффициент загрузки по активной мощности для графика нагрузки, представленного на рис. 1, определяется из выражения

(13)

и показывает степень использования по мощности приёмника за рабочее время, т.е. за время включения плюс время холостого хода.

На основании (9) и (12) получим следующие основные соотношения:

(14)

(15)

В уравнении (14) величины  и являются независимыми, т.к. связаны только технологическим процессом; величина , являясь функцией и , определяется при эксплуатации по показаниям счётчика активной энергии и характеризует важный параметр графика – среднюю нагрузку.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сибикин Ю.Д. Электроснабжение промышленных и гражданских зданий. – М.: Академия, 2006.

2. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. – М.: Высшая школа, 1990.

3. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов. – М.: Мастерство, 2001.

4. Шеховцов В.П. Расчет и проектирование схем электроснабжения. – М.: Форум - Инфра-М.: 2007.

5. Шеховцов В.П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению. – М.: Форум - Инфра-М.: 2009.