Понятие расчетной электрической нагрузки

Как известно, в технических данных элемента системы электроснабжения указывается неизменная во времени токовая нагрузка, длительно допустимая по условиям его нагрева 1_доп. Очевидно, что для выбора элемента согласно табличным значениям допустимых токовых на­грузок по графику переменных нагрузки I_t последний необходимо сначала заменить эквива­лентным по эффекту нагрева простейшим графиком I = I_расч, где I_расч и есть определяемая рас­четная нагрузка из данного графика. Наиболее часто расчетную нагрузку определяют в соот­ветствии с максимальной температурой нагрева элемента. Таким образом, расчетной нагрузкой по пику температуры называют такую неизменную во времени нагрузку I_расч, которая обуслав­ливает в элементе тот же максимальный перегрев, что и заданная переменная нагрузка I_t .

Практически важно уметь по возможности просто, хотя бы с определенной погрешно­стью, оценить расчетную нагрузку для данного графика.

Эффективное значение нагрузки определяет среднюю величину потерь мощности в про­воднике, а следовательно, и средний перегрев элемента; последний всегда меньше максималь­ного, кроме случая неизменной во времени нагрузки, когда оба перегрева равны. Расчетный ток I_расч всегда превышает эффективный ^ и тем более средний I_c токи. Отсюда вытекает нера­венство

I^ ^ I_vac4 ^ h ^ Ic                                                                  (9.4)

где I _мах, - наибольшее (максимальное) текущее значение тока в данном графике.

Это неравенство дает достаточно наглядную, однако, слишком грубую оценку расчетной нагрузки I_расч. Гораздо большая точность в оценке достигается с помощью понятия максимума

средней (или эффективной) нагрузки I_мсхВ за скользящий интервал времени В .

Действительно, поскольку нагрев проводника является результатом воздействия на него нагрузки за некоторое время, средняя нагрузка I_B за интервал времени В характеризует нагрев

проводника более точно, чем наибольшая мгновенная нагрузка I _MXtt, в том же интервале. Не­трудно убедиться, что существует оптимальная длительность интервала осреднения В _ОПТ, при которой средняя нагрузка I_B при прочих равных условиях наиболее точно характеризует изме­нение нагрева проводника за время t + В_ОПТ . Очевидно, что длительность интервала осреднения не должна быть мала из-за необходимости учета интегрального воздействия нагрузки на пере­грев проводника. Но длительность интервала осреднения не должна быть слишком велика, так как внутри большой длительности интервала даже при меньшей нагрузке возможен значитель­ный пик графика, который успеет вызвать значительный перегрев проводника. Иными словами, при чрезмерно большом интервале осреднения В связь между значениями средней нагрузки и наибольшего перегрева в данном интервале будет потеряна.

Следовательно, оптимальное значение В _ОПТ должно быть возможно меньшим, но все же

достаточным по величине для того, чтобы наибольший перегрев проводника наступал в конце интервала осреднения. Доказано, что оптимальный интервал осреднения следует принимать равным трем постоянным времени нагрева проводника, т. е. В_ОПТ = 3Т₀.

После того как найдено наибольшее значение I_{махВОПТ} остается найти соответствующее значение расчетной нагрузки I_PCC4 . Практически с достаточно большой степенью точности можно принять

^Iрасч » ^IмахВОПТ                                                            ⁽⁹.⁵⁾

Таким образом, максимальная средняя нагрузка за интервал времени 0 _ОПТ = 3Т₀ прини­мается равной расчетной нагрузке 1_расч, в этом и заключается принцип максимума средней на­грузки.

Отметим, что для графиков с высокой неравномерностью (большой вариацией), напри­мер, для резкопеременных нагрузок, расчетную нагрузку необходимо приравнять максимуму эффективной, а не средней нагрузки.

Для определения расчетных нагрузок групп приемников необходимо знать установлен­ную мощность (сумму номинальных мощностей) всех электроприемников группы и характер технологического процесса.

Расчетная нагрузка определяется для смены с наибольшим потреблением энергии дан­ной группы ЭП - электроприемников, цехом или предприятием в целом для характерных суток. Обычно наиболее загруженной сменой является смена, в которой используется наибольшее число агрегатов (дневная).

«Указания по расчету электрических нагрузок систем электроснабжения» (РТМ 36.18.32.0.1 - 89) допускают применение следующих методов определения расчетных нагрузок.

1. По удельным расходам электроэнергии и плотностям нагрузки:

а) при наличии данных об удельных расходах электроэнергии на единицу продукции в нату­ральном выражении э_Уд и выпускаемой за год продукции М по формуле

э_УД • М

Р = -^уд------------------------------------------------------------------------------- (9.6)

расч           гр                                                                                                                                                                                       \ s

тах

где Т_тах - годовое число часов использования максимума активной мощности.

Величина э_УД является интегральным показателем расхода электроэнергии на единицу

продукции, в который входит и расход электроэнергии на вспомогательные нужды произ­водств, и освещение цехов. Пределы средних значений удельных расходов по отдельным видам продукции приводятся в соответствующих справочниках.

б) при наличии данных об удельных плотностях максимальной нагрузки на квадратный метр площади цеха р_Уд и заданной величине этой площади гц по формуле

Ррасч = Руд • гц                                                                          (9.7)

Расчетные удельные нагрузки р_Уд зависят от рода производства и выявляются по стати­стическим данным. Этот метод применяется для определения расчетной нагрузки для произ­водств с относительно равномерно распределенной по производственной площади нагрузкой (механические и механосборочные цехи, осветительные установки). Для осветительных нагру- зокр_Уд_ОН = 8... 25 Вт/м², а для силовых нагрузок р_Уд_СН обычно не превышают 0,3 кВт/м².

2. По коэффициенту спроса Кс.

Определение расчетной нагрузки по коэффициенту спроса применяется при отсутствии данных о числе электроприемников и их мощности, об удельном потреблении электроэнергии на единицу продукции или удельной плотности нагрузок на 1 м площади цеха. В соответствии с методом коэффициента спроса допускается (на стадии проектного задания и при других ори­ентировочных расчетах) определять нагрузку предприятия в целом по средним величинам ко­эффициента спроса по формуле

Ррасч = Кс ■ РНОМ                                                                  (9.8)

Значения коэффициента спроса зависят от технологии производства и приводятся в от­раслевых инструкциях и справочниках.

3. По коэффициенту расчетной активной мощности К_Р.

Определение расчетной нагрузки по коэффициенту расчетной активной мощности при­меняется при наличии данных о числе ЭП, их мощности и режиме работы для определения на­грузки на всех ступенях распределительных и питающих сетей (включая трансформаторы и преобразователи).

9.3. Расчет электрических нагрузок по коэффициенту расчетной активной мощно­сти

Расчетный максимум нагрузки Р_расчНН элемента системы электроснабжения, питающего

силовую нагрузку напряжением до 1 кВ (кабель, провод, шинопровод, трансформатор, аппарат и т. п.) определяется по коэффициенту расчетной активной мощности:

т

РрасчНН - Кр Е Pj                                                                   (9.9)

1

где К_р - расчетный коэффициент активной мощности; j- подгруппа ЭП группы, имею­щих одинаковый тип работы, т. е. одинаковую величину индивидуального коэффициента ис­пользования k_m; m -число подгрупп ЭП, имеющих одинаковый тип работы; P_cj - средняя мощ­ность рабочих ЭП j-й подгруппы.

Средняя мощность P_cj силовых ЭП одинакового режима работы определяется путем ум­ножения установленных мощностей ЭП p_HOMi на значения коэффициентов использования k_m, выявляемых из материалов обследования действующих предприятий:

Pj -Z кш ■ Рном_t                                                                         (9.10)

Средняя реактивная нагрузка

Qj -Z km ■ Р HOMi ■ tgj                                                         (9.11)

где tgj_i - коэффициент реактивной мощности, соответствующий средневзвешенному коэффициенту мощности cos j , характерному для i-го ЭП данного режима работы.

Величина расчетного коэффициента активной мощности К_Р находится по справочным данным (табл. 9.1 и 9.2) в зависимости от величины группового коэффициента использования КК, эффективного числа ЭП в группе п_Э и постоянной времени нагрева Т_о выбираемого элемен­та сети.

Групповой коэффициент использования К_И активной мощности определяется по форму-

ле

m

Z P

^Kmт                                                                                       (⁹.¹²)

IZp ■

/ J HOMJ

V 1 0

Эффективное число ЭП в группе из п электроприемников:

п_э -Z^j                                                                                 (9.13)

/ I HOMi /

где p_HOMi - номинальная мощность отдельных ЭП.

При определении пЭ для многодвигательных приводов учитываются все одновременно работающие электродвигатели данного привода. Если в числе этих двигателей имеются одно­временно включаемые (с идентичным режимом работы), то они учитываются в расчете как один ЭП с номинальной мощностью, равной сумме номинальных мощностей одновременно

Таблица 9.1

Значения расчетного коэффициента активной мощности K= f {п_э; К_И) для сетей

Допускается определение эффективного числа приемников всего цеха по упрощенной формуле.

_n = ^(Z PnoMi⁾ ,                                                                          (9 .4)

^Р ном max

где р_{ном мах} - номинальная мощность наиболее мощного ЭП цеха.

Принимаются следующие значения постоянных времени нагрева:

Т₀ = 10 мин - для сетей напряжением до 1 кВ, питающих распределительные пункты и шинопроводы, сборки, щиты. Значения расчетного коэффициента активной мощности К_р для этих сетей принимаются по табл. 9.1.

То=2,5 ч - для магистральных шинопроводов и цеховых трансформаторов значения К_р принимаются по табл. 9.2.

То>30 мин - для кабелей напряжением 6... 10 кВ, питающих цеховые трансформаторы, распределительные подстанции и высоковольтные электроприемники. При этом расчетная мощность принимается равной средней, т.е. К_р=1

Расчетная активная мощность узлов нагрузки определяется по средней мощности узла Z P_c и соответствующего значения К_р :

РрасчНН = Кр ^ P_c                                                                        (9.5)

Расчетная реактивная нагрузка определяется следующим образом:

Q расчНН = Lp Z Qc                                                                   (9.6)

где L_p для реактивной нагрузки принимаются следующими: для питающих сетей на­пряжением до 1 кВ

L_p = 1,1 при п_э < 10, L_p = 1,0 при п_э > 10;

для магистральных шинопроводов и цеховых трансформаторов значения

^Lp =¹

для кабелей напряжением 6... 10 кВ, питающих цеховые трансформаторы, распредели­тельные подстанции и высоковольтные электроприемники,

^Lp =¹.

Полная расчетная мощность силовой нагрузки низшего напряжения:

^SрасчНН = д/⁽ расчНН ^ + ^(QрасчНН ^                                                           ⁽⁹¹⁷⁾