1.3 Расчетные максимальные нагрузки

1.3.1Основные методы определения расчетных нагрузок

Выбор элементов системы электроснабжения выполняется на основании определения расчетной электрической нагрузки.

Расчетная электрическая нагрузка Р_р (или Q_р) – это мощность, соответствующая такой неизменной токовой нагрузке, которая эквивалента фактической изменяющейся во времени нагрузке по наибольшему возможному тепловому воздействию на элемент системы электроснабжения.

В настоящее время в практике проектирования применяют несколько методов определения расчетных электрических нагрузок: метод упорядоченных диаграмм, метод установленной мощности и коэффициента спроса, метод средней мощности и коэффициента формы графика электрических нагрузок, комплексный метод.

Проектирование и расчет электрических нагрузок производятся по

уровням системы электроснабжения промышленных предприятий , поскольку на каждом уровне может быть свой метод расчета нагрузки. В системе электроснабжения различают шесть уровней: УР1 - отдельные электроприемники, агрегаты (станки) с многодвигательным приводом или другой группой электроприемников, связанных технологически, характеризуемые паспортной мощностью; УР2 - распределительные шкафы, щиты управления, шинопроводы, сборки напряжением до 1 кВ переменного тока и до 1,5 кВ постоянного тока; УР3 – щит низкого напряжения трансформаторной подстанции 10 (6)/0,4 кВ; УР4 - шины 10(6) кВ трансформаторной подстанции и распределительных пунктов 10(6) кВ; УР5 - шины главной понизительной подстанции (ГПП) 10(6) кВ; УР6 - граница раздела предприятия и энергосистемы (заявляемый, контролируемый и отчетный уровни предприятия). Расчет электрических нагрузок на разных уровнях производится общепринятыми методами, как правило, от низшего уровня (УР2) к высшему (УР4, УР5, УР6), только в комплексном методе, наоборот - от верхних уровней к нижним.

Общие рекомендации по выбору метода определения расчетных электрических нагрузок:

1. Для определения расчетных нагрузок по отдельным группам приемников и узлам напряжением до 1 кВ в цеховых сетях следует использовать метод упорядоченных диаграмм ( метод коэффициента максимума) при наличии данных о числе электроприемников, их мощности и режиме работы.

2. Для определения расчетных нагрузок на высших степенях системы электроснабжения (начиная с цеховых шинопроводов или шин цеховых трансформаторных подстанций и кончая линий, питающих предприятие) следует применять методы расчета, основанные на использовании средней мощности и коэффициента формы графика К_ф, который лежит в пределах 1,05 – 1,2.

3. При ориентировочных расчетах на высших ступенях системы электроснабжения возможно применение методов расчета по установленной мощности и коэффициенту спроса К_с при отсутствии данных о числе электроприемников и их мощности, об удельном потреблении электроэнергии на единицу продукции или удельной плотности нагрузок на 1 м² площади цеха.

Метод упорядоченных диаграмм (метод коэффициента максимума)

Это основной метод расчета электрических нагрузок, который сводится к определению максимальных (P_р, Q_р, S_р) расчетных нагрузок группы электроприемников (ЭП). Для этого электроприемники делятся на группы с переменным (группа А) и практически постоянным графиком нагрузок (группа Б) в пределах расчетного узла.

К ЭП с постоянным графиком нагрузки могут быть отнесены такие, у которых коэффициент использования К_и ≥ 0,6, коэффициент включения к_вкл=1 и коэффициент заполнения суточного графика к_зап ≥ 0,9 (компрессоры, вентиляторы и т.п.). Для них максимальная расчетная нагрузка принимается равной средней мощности за наиболее загруженную смену:

Р_р= Р_см = к_и· Р_ном; Q_р = Q_см = Р_см · tgφ; . (21)

где Р_р , Q_р , S_р – максимальные активная, реактивная и полная нагрузки;

Р_см ; Q_см – средняя активная и реактивная мощности всей группы ЭП за наиболее нагруженную смену; к_и – коэффициент использования электроприемников, определяется на основании опыта эксплуатации (справочные данные [1]); tg- коэффициент реактивной мощности , соответствующий средневзвешенному cosφ (справочные данные [1]);

Максимальные расчетные нагрузка группы электроприемников с переменным графиком нагрузки определяются из выражений:

Р_р= Р_м = К_м· Р_см = К_м· К_и· Р_ном (22)

Q_р = Q_м = К'_м · Q_см = К'_м · Р_см · tgφ (23)

, (24)

где К_м – коэффициент максимума активной нагрузки (справочные данные, например [2], или табл.1; К_м^’- коэффициент максимума реактивной нагрузки: К'_м = 1,1 при n_э ≤ 10; К'_м = 1 при n_э > 10;

Р_ном – номинальная активная групповая мощность, приведенная к длительному режиму, без учета резервных электроприемников;

Коэффициент максимума активной мощности К_м = f(К_и; n_э ) определяется по справочным данным [2] в зависимости от величины средневзвешенного коэффициента использования К_и.ср и эффективного числа электроприемников группы n_э или по табл.1.

Таблица 1 Определение коэффициента максимума

nэ	Коэффициент максимума км при ки.ср.
	0,1	0,15	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
4	3,43	3,11	2,64	2,14	1,87	1,65	1,46	1,29	1,14	1,05
5	3,23	2,87	2,42	2,00	1,76	1,57	1,41	1,26	1,12	1,04
6	3,04	2,64	2,24	1,88	1,66	1,51	1,37	1,23	1,10	1,04
7	2,88	2,48	2,10	1,80	1,58	1,45	1,33	1,21	1,09	1,04
8	2,72	2,31	1,99	1,72	1,52	1,40	1,30	1,20	1,08	1,04
9	2,56	2,20	1,90	1,65	1,47	1,37	1,28	1,18	1,08	1,03
10	2,42	2,10	1,84	1,60	1,43	1,34	1,26	1,16	1,07	1,03
12	2,24	1,96	1,75	1,52	1,36	1,28	1,23	1,15	1,07	1,03
16	1,99	1,77	1,61	1,41	1,28	1,23	1,18	1,12	1,07	1,03
20	1,84	1,65	1,50	1,34	1,24	1,20	1,15	1,11	1,06	1,03
25	1,71	1,55	1,40	1,28	1,21	1,17	1,14	1,10	1,06	1,03
30	1,62	1,46	1,34	1,24	1,19	1,16	1,13	1,10	1,05	1,03
40	1,50	1,37	1,27	1,19	1,15	1,13	1,12	1,09	1,05	1,02
50	1,40	1,30	1,23	1,16	1,14	1,11	1,10	1,08	1,04	1,02
60	1,32	1,25	1,19	1,14	1,12	1,11	1,09	1,07	1,03	1,02
100	1,21	1,17	1,12	1,10	1,08	1,08	1,07	1,05	1,02	1,02
140	1,17	1,15	1,11	1,08	1,06	1,06	1,06	1,05	1,02	1,02
200	1,15	1,12	1,09	1,07	1,05	1,05	1,05	1,04	1,01	1,01
240	1,14	1,11	1,08	1,07	1,05	1,05	1,05	1,03	1,01	1,01
300	1,12	1,10	1,07	1,06	1,04	1,04	1,04	1,03	1,01	1,01

Средневзвешенный коэффициент использования:

, (25)

где ∑Р_см, ∑Р_ном – суммы активных мощностей за смену и суммы номинальных в группе электроприемников, кВт.

Коэффициент максимума может быть оценен по соотношению:

(26)

Эффективное n_э (приведенное) число ЭП - это такое число однородных

по режиму работы ЭП одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного максимума Р_р , что и группа ЭП, различных по мощности и режиму работы.

Эффективное число электроприемников является функцией трех величин n_э = F (n; m; К_и.ср;),

где n – фактическое число электроприемников в группе;

m – показатель силовой сборки в группе, определяемый по формуле:

m = р_н.нб / р_н.нм , (27)

где р_н._нб, р_н.нм – номинальные приведенные к длительному режиму активные мощности электроприемников ЭП наибольшего и наименьшего по мощности в группе, кВт.

К_и.ср – средневзвешенный коэффициент использования группы электроприемников.

Порядок определения расчетных нагрузок методом коэффициента максимума заключается в следующем:

– все электроприемники, разбивают на однородные по режиму работы группы с одинаковыми значениями коэффициентов использования К_и и коэффициентов мощности cosφ;

– подсчитывают количество электроприемников n в каждой группе и в целом по расчетному узлу присоединения;

– в каждой группе электроприемников и по узлу в целом находят пределы их номинальных мощностей и эффективное число электроприемников n _э по формуле:

. (28)

При этом все электроприемники должны быть приведены к длительному режиму работы, т.е к ПВ = 100%.

Пример 3: К силовому пункту присоедино три ЭП длительного режима работы следующих номинальных мощностей: 2 по 10 кВт; 3 по 7 кВт и 4 по 8 кВт. Определить эффективное число электроприемников n_э.

Решение:

Ответ: n_э =9.

Упрощенные способы определения n_э, допустимая погрешность которых лежит в пределах ±10%:

1. При n ≥ 4 в группе принимают n_э = n , если m ≤ 3 и любом к_и. При определении n_э исключаются те наименьшие ЭП группы, суммарная номинальная мощность которых не превышает 5% суммарной номинальной мощности всей группы Р_ном. Исключенные ЭП не учитываются также и в величине n.

Пример 4: Определить n_э для группы ЭП длительного режима работы следующих номинальных мощностей: 5 по 0,1 кВт; 10 по 4 кВт; 5 по 7 кВт; 2 по 10 кВт. Групповой коэффициент использования К_и =0,6.

Решение:

Р_ном =5∙0,1+10∙4+5∙7+2∙10=95,5 кВт. Пять ЭП по 0,2 кВт могут быть исключены, так как их суммарная мощность 0,5 меньше 5% суммарной номинальной мощности приемников всей группы. Наибольшим по мощности в группе будет ЭП мощностью 10 кВт; наименьшим-4 кВт. Коэффициент сборки:

При m ≤ 3 и к_и=0,6 , n_э = n, без учета исключенных ЭП:

n_э =22-5=17 шт.

Сравним полученный результат с расчетом по формуле 32.

Ответ: n_э =17.

2. При m > 3 и K_и. _ср ≥ 0,2 (групповой)

(29)

Если по (29) n_э > n, то принимают n_э = n .

Пример 5: Определить n_э для группы ЭП длительного режима работы следующих номинальных мощностей: 5 по 10 кВт; 10 по 4 кВт; 6 по 12 кВт; 4 по 2 кВт. Групповой коэффициент использования К_и =0,3.

Решение:

Коэффициент сборки:

.

n=5+10+6+4=25 шт.

Принимаем n_э = n=25

Сравним полученный результат с расчетом по формуле 32.

Ответ: n_э =28

3. При числе электроприемников больше пяти (п ≥5) и коэффициенте использования к_и ≤ 0,2, m≥3 эффективное число электроприемников n_э определяется по кривым [] или табл.2.

Порядок определения эффективного числа электроприемников n_э с по-

мощью кривых или таблицы 2 следующий:

• выбирается наибольший по номинальной мощности электроприемник рассматриваемой группы р_н._нб;

• выбираются наиболее крупные электроприемники, номинальная мощность, которых равна или больше половины мощности наибольшего электроприемника группы;

• Определяются число n₁ и суммарная номинальная мощность Р_н1 наибольших электроприемников группы;

• определяются число n и суммарная номинальная мощность Рн всех электроприемников группы;

• находятся значения:

n^*= n/ n (30)

где n^* – относительное число наибольших по мощности электроприемников; n – число электроприемников с единичной мощностью не менее половины наибольшего по мощности электроприемника данной группы Р_н._нб;

Р= ∑Р_н.₁ / ∑Р_ном (31)

где Р*– относительная мощность наибольших по мощности электроприемников;

Р_ном1 – суммарная номинальная мощность электроприемников, имеющих мощность не менее половины наибольшего по мощности электроприемника, ∑Р_ном – суммарная номинальная мощность электроприемников.

• по полученным значениям n* и P* по кривым [18, 23] или табл.2 определяется относительное число эффективных электроприемников n^*_э .

Затем по выражению (32) определяется эффективное число электроприемников:

n= n _э^* ∙ n (32)

Пример 6: Определить n_э для группы ЭП длительного режима работы следующих номинальных мощностей: 5 по 10 кВт; 6 по 8 кВт; 4 по 6 кВт; 13 по 2 кВт. Групповой коэффициент использования К_и =0,14.

Решение:

Коэффициент сборки: .

Общее число ЭП: n=28, а их суммарная номинальная мощность:

кВт.

Наибольшая единичная мощность:10 кВт, следовательно, надо отобрать ЭП с мощность более 5 кВт. Тогда n=5+6+4=15.

Суммарная мощность наибольших ЭП: .

n^*= n/ n =15/28=0,53; Р= ∑Р_ном1 / ∑Р_ном =122/148=0,82.

По таблице 2 для n^*= 0,53; Р= 0,82. Находим n^*_э = 0,78.

Тогда n= n _э^* ∙ n =0,78∙28=21,84.

По формуле 32:

Ответ: n_э =22.

Таблица 2 Зависимость n_э* = f(n_*, P_*)

n*	P*
	1,0	0,95	0,9	0,85	0,8	0,75	0,7	0,65	0,6	0,55	0,5	0,45	0,4	0,35	0,3	0,25	0,2	0,15	0,1
0,005	0,005	0,005	0,006	0,007	0,007	0,009	0,010	0,011	0,013	0,016	0,019	0,024	0,030	0,039	0,051	0,073	0,11	0,18	0,34
0,01	0,009	0,011	0,012	0,013	0,015	0,017	0,019	0,023	0,026	0,031	0,037	0,047	0,059	0,076	0,10	0,14	0,20	0,32	0,52
0,02	0,02	0,02	0,02	0,03	0,03	0,03	0,04	0,04	0,05	0,06	0,07	0,09	0,11	0,14	0,19	0,26	0,36	0,51	0,71
0,03	0,03	0,03	0,04	0,04	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,11	0,13	0,16	0,21	0,27	0,36	0,48	0,64	0,81
0,04	0,04	0,04	0,05	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,10	0,12	0,15	0,18	0,22	0,27	0,34	0,44	0,57	0,72	0,86
0,05	0,05	0,05	0,06	0,07	0,07	0,08	0,10	0,11	0,13	0,15	0,18	0,22	0,26	0,33	0,41	0,51	0,64	0,79	0,90
0,06	0,06	0,06	0,07	0,08	0,09	0,10	0,12	0,13	0,15	0,18	0,21	0,26	0,31	0,38	0,47	0,58	0,70	0,83	0,92
0,08	0,08	0,08	0,09	0,11	0,12	0,13	0,15	0,17	0,20	0,24	0,28	0,33	0,40	0,48	0,57	0,68	0,79	0,89	0,94
0,1	0,09	0,10	0,12	0,13	0,29	0,17	0,19	0,22	0,25	0,29	0,34	0,40	0,47	0,56	0,66	0,76	0,95	0,92	0,95
0,2	0,19	0,21	0,23	0,26	0,43	0,33	0,37	0,42	0,47	0,54	0,64	0,69	0,76	0,83	0,89	0,93
0,3	0,29	0,32	0,35	0,39	0,57	0,48	0,53	0,60	0,66	0,73	0,80	0,86	0,90	0,94	0,95
0,4	0,38	0,42	0,47	0,52	0,70	0,63	0,69	0,75	0,81	0,86	0,91	0,93	0,95
0,5	0,48	0,53	0,58	0,64	0,81	0,76	0,82	0,89	0,91	0,94	0,95
0,6	0,57	0,63	0,69	0,75	0,90	0,87	0,91	0,94	0,95
0,7	0,66	0,73	0,80	0,86	0,95	0,94	0,95
0,8	0,76	0,83	0,89	0,94
0,9	0,85	0,92	0,95
1,0	0,95

Способы определения эффективного числа электроприемников представлены в табл. 3.

Таблица 3

Определение эффективного числа электроприемников

Фактическое число ЭП в группе,п	К и.ср	m	Рн	Формула для пэ
< 5	≥ 0,2	≥ 3	Переменная
≥5	≥ 0,2	≥ 3	Постоянная	n=n
≥ 5	≥ 0,2	< 3	Переменная	n=n
≥ 5	< 0,2	< 3	Переменная	nне определяется, а где Кз— коэффициент загрузки Кз = 0,75 (повторно-кратковремен­ный режим) Кз = 0,9 (длительныйрежим) Кз = 1 (автоматический режим)
≥ 5	≥0,2	≥ 3	Переменная
≥ 5	< 0,2	≥ 3		n= n э* n n э =F(nР) n = ; Р=
>300	≥0,2	≥3	—	n э = n

Основные положения по определению расчетных электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм приведены в таблице 4.

Таблица 4

Определение расчетных электрических нагрузок

методом упорядоченных диаграмм

Фактическое число ЭП в группе, п	m	пэ	Рр, кВт	Qр, квар
п ≤3	m = рн.нб / рн.нм	Не определяется
п ≥3	m ≤3 (исключаются ЭП, суммарная мощность которых ≤5% от ∑рном	пэ = п		при пэ≤10; при пэ≥10;
п ≥3	m≥3		Кзаг=0,9 для ЭП ДР; Кзаг=0,75 для ЭП ПКР;	Для ЭП ДР: ; Для ЭП ПКР:
п ≥3	m≥3	пэ ≥4		при пэ≤10; при пэ≥10
п ≥3	m≥3	пэ ≥200
Если более 75% Руст узла ЭП с постоянным графиком нагрузки		Не определяется
При наличии в узле ЭП с переменным и постоянным графиком нагрузок		определяется для ЭП с перем. Граф-м