2.2 Расчет электрических нагрузок потребителей

Электрические нагрузки являются исходными данными для решения сложного комплекса технических и экономических задач. Определение электрических нагрузок составляет первый этап проектирования любой системы электроснабжения и производится с целью выбора и проверки токоведущих элементов (шин, кабелей, проводов), силовых трансформаторов и преобразователей по пропускной способности (нагреву) и экономическим параметрам, расчета потерь, отклонений и колебаний напряжения, выбора компенсирующих установок, защитных устройств и т.д. От правильной оценки ожидаемых электрических нагрузок зависит рациональность выбора схемы и всех элементов системы электроснабжения и ее технико-экономические показатели.

Произведем расчет электрических нагрузок основных насосных агрегатов по методике, разработанной институтом Гипротюменьнефтегаз и расчет электрических нагрузок вспомогательного оборудования по методу упорядоченных диаграмм.

Методика института ГипроТюменьНефтеГаз основана на использовании модели распределения в виде 2-х ступенчатой кратчайшей функции. Для определения расчетных нагрузок по методике института необходимо знать: коэффициент включения k_в, коэффициент загрузкиk_з, установленную мощность электроприемникаР_н.

Расчетная нагрузка для группы электроприемников определяется по формулам:

при , (2.1)

при C> 0,75М ,(2.2)

, (2.3)

. (2.4)

где k_вi– коэффициент включенияi-го двигателя;

k_зi– коэффициент загрузкиi-го двигателя.

Коэффициент загрузки для высоковольтных двигателей насосных установок может быть найден по формуле:

, (2.5)

где Q– производительность насосного агрегата (по паспорту), м³/с;

ΔH– разность напора на выходе и входе, м;

η_н– КПД насоса по паспорту;

P_н- номинальная мощность насоса, кВт.

На нефтеперекачивающей станции, для привода магистральных насосов НМ-10000-210, применяются синхронные электродвигатели типа СТД-8000. Исходные данные для расчета электрических нагрузок:

Производительность: м³/ч;

Напор входной: м;

Напор выходной: м;

Коэффициент включения: ;

КПД насоса: ;

Мощность электродвигателя: РЭ.Д=8000 кВт;

Число агрегатов (рабочих): N = 2;

Коэффициент мощности: cosφ = 0,9 (опережающий).

кВт,

,

кВт,

,

Реактивную (при опережающей работе двигателей) и полную мощности цепи можно определить по формулам:

(2.6)

, (2.7)

,

Расчет электрических нагрузок вспомогательного электрооборудования произведем по методу упорядоченных диаграмм (метод коэффициента использования и коэффициента максимума). Этот метод является в настоящее время основным при разработке технических и рабочих проектов электроснабжения. Расчетная максимальная мощность по этому методу определяется по формуле:

, (2.8)

где k_м – коэффициент максимума;

k_и – коэффициент использования активной мощности;

P_ном – сумма номинальных мощностей электроприемников, за исключением резервных.

Значения коэффициента использования k_иприводятся в справочниках. Коэффициент максимумаk_мопределяется в зависимости от эффективного числа электроприёмниковn_эи величины коэффициента использованияk_ипо таблицам приводимым в справочниках.

Эффективным (приведенным) числом электроприёмников n_эназывают такое число однородных по режиму работы электроприёмников одинаковой мощности, которые дают ту же величину расчетного максимумаP_м, что и группа электроприёмников, различных по мощности и режиму работы:

, (2.9)

где p_номi– номинальная активная мощность единичного электроприёмника.

В соответствии с практикой проектирования систем электроснабжения принят ряд допущений:

1) При числе электроприёмников в группе четыре или больше считать при условии, что:

, (2.10)

где p_{ном.макс},p_{ном.мин} – номинальная мощность одного соответственно наибольшего и наименьшего электроприёмника группы.

При определении mдопускается исключать мелкие электроприёмники, суммарная мощность которых не превышает 5% номинальной мощности всей группы.

2) При m> 3 иэффективное число электроприёмников можно определить по более простой формуле:

, (2.11)

Когда найденное по этой формуле число n_эокажется большеn, следует принимать .

3) При числе электроприёмников в группе большем трёх, но при эффективном их числе меньшем четырех (т.е. n>3 иn_э<4), максимальная нагрузка может быть принята как для группы электроприёмников сn_э= 4, но не менее суммы номинальных мощностей трёх наибольших электроприёмников.

Для электроприёмников длительного режима работы практически с постоянным графиком нагрузки коэффициент максимума k_мпринимается равным единице [6]. Расчетная максимальная мощность для этих потребителей:

. (2.12)

К таким потребителям можно отнести электродвигатели насосов водоснабжения, вентиляторов и т.п.

Расчетную реактивную мощность по этому методу принимают:

при , (2.13)

при . (2.14)

Если в группе электроприёмников предприятия имеются потребители, работающие с опережающим коэффициентом мощности, например синхронные двигатели, то их реактивные мощности принимаются со знаком минус и вычитаются из общей реактивной мощности.

По полученным значениям P_расчиQ_расчможно подсчитать полную мощность:

. (2.15)

Произведем расчет нагрузок низковольтных электроприёмников по приведенной методике. Приведем пример определения расчетных нагрузок для камеры пропуска скребка. Исходными данными являются значения P_н для различных электроприёмников. В камере пропуска скребка можно выделить группы электроприёмников:

Электроприёмники работающие в кратковременном режиме P_н= 64,5кВт, освещениеP_н=1,8 кВт.

Определим расчетную нагрузку для электроприёмников работающих в кратковременном режиме.

Для этой группы k_и= 0,2;k_м= 1,84.

P_расч=64,5 · 0,2 · 1,84 = 23,73 кВт.

Результаты расчетных нагрузок для групп электроприёмников сведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 - Расчет электрических нагрузок

Группы электроприёмников	Рн, кВт	kи	Ррасч, кВт	cosφ	Qpасч, кВ·Ар	Spасч, кВ·А
1	2	3	4	5	6	7
Камера пропуска скребка
Задвижки	64,5	0,2	23,73	0,81	18,79	30,26
Освещение	1,8	0,85	1,53	1	0	1,53
Итого	66,3	-	25,26	-	18,79	31,48
Система грязеулавливания
Задвижки	88	0,2	35,02	0,86	22,72	41,74
Итого	88	-	35,02	-	22,72	41,74
Система гашения ударной волны
Задвижки	16	0,2	8,44	0,82	6,41	10,59
Вентиляция	0,25	0,6	0,15	0,78	0,11	0,18
Освещение	0,6	0,85	0,51	1	0	0,51
Итого	16,85	-	9,1	-	6,52	11,19
Основная нефтеперекачивающая насосная
Агрегатные задвижки	44	0,2	17,51	0,81	13,86	22,33
Освещение задвижек	1,2	0,85	1,02	1	0	1,02
Тиристорные возбудители	393,3	0,66	259,57	0,95	83,06	272,5
Маслонасос	10	1	10	0,86	8,6	13,18