Методы расчета электрических нагрузок: формулы, коэффициенты, таблицы данных

Теория расчета электрических нагрузок, основы которой сформировалась в 1930е годы, ставила целью определить набор формул, дающих однозначное решение при заданных электроприемниках и графиках (показателях) электрических нагрузок. В целом практика показала ограниченность подхода «снизу вверх», опирающегося на исходные данные по отдельным электроприемникам и их группам. Эта теория сохраняет значение при расчете режимов работы небольшого числа электроприемников с известными данными, при сложении ограниченного числа графиков, при расчетах для 2УР.

В 1980—1990е гг. теория расчета электрических нагрузок все в большей степени придерживается неформализованных методов, в частности, комплексного метода расчета электрических нагрузок, элементы которого вошли в «Указания по расчету электрических нагрузок систем электроснабжения» (РТМ 36.18.32.0289). Вероятно, работа с информационными базами данных по электрическим и Технологическим показателям, кластеранализ и теория распознавания образов, построение вероятностных и ценологических распределений для экспертной и профессиональнологической оценки могут решить окончательно проблему расчета электрических нагрузок на всех уровнях системы электроснабжения и на всех стадиях принятия технического или инвестиционного решения.

Формализация расчета электрических нагрузок развивалась все годы в нескольких направлениях и привела к следующим методам:

1. эмпирический (метод коэффициента спроса, двухчленных эмпирических выражений, удельного расхода электроэнергии и удельных плотностей нагрузки, технологического графика);
2. упорядоченных диаграмм, трансформировавшийся в расчет по коэффициенту расчетной активной мощности;
3. собственно статистический;
4. вероятностного моделирования графиков нагрузки.

Метод коэффициента спроса

Метод коэффициента спроса наиболее прост, широко распространен, с него начался расчет нагрузок. Он заключается в использовании выражения (2.20): по известной (задаваемой) величине Ру и табличным значениям, приводимым в справочной литературе (примеры см. в табл. 2.1):

Приводимые справочные данные по Кс и Кп соответствуют максимальному значению, а не математическому ожиданию. Суммирование максимальных значений, а не средних неизбежно завышает нагрузку. Если рассматривать любую группу ЭП современного электрического хозяйства (а не 1930— 1960х гг.), то становится очевидной условность понятия «однородная группа». Различия в значении коэффициента — 1:10 (до 1:100 и выше) — неизбежны и объясняются ценологически ми свойствами электрического хозяйства.

В табл. 2.2 приведены значения ЛГС, характеризующие насосы как группу. При углублении исследований KQ4 например только для насосов сырой воды, также может быть разброс 1:10.

Правильнее учиться оценивать Кс в целом по потребителю (участку, отделению, цеху). Полезно выполнять анализ расчетных и действительных величин для всех близких по технологии объектов одного и того же уровня системы электроснабжения, аналогичной табл. 1.2 и 1.3. Это позволит создать личный информационный банк и обеспечить точность расчетов. Метод удельного расхода электроэнергии применим для участков (установок) 2УР (второый, третий… Уровень Энергосистемы), отделений ЗУР и цехов 4УР, где технологическая продукция однородная и количественно меняется мало (увеличение выпуска снижает, как правило, удельные расходы электроэнергии Ауй).

Методы расчета электрических нагрузок

В практическом проектировании существует несколько таких методов расчета электрических нагрузок методом коэффициента спроса:

• расчет коэффициента спроса и средней мощности;
• метод удельного расхода электроэнергии удельных электрических мощностей;
• метод установленной мощности с коэффициентами спроса и — статистический метод расчетов;

Пример проекта электроснабжения промпредприятия

Вперед

Если коэффициенты спроса получены практическим путем, то применение этого метода дает результаты близкие к истинным значениям.

Расчет электрических нагрузок при составлении простой схемы электроснабжения с применением метода коэффициента спроса пользуется большой популярностью и широко распространен в расчетной инженерии и является наиболее простым методом расчетов нагрузок.

Определение реальных электрических нагрузок энергопотребляющего объекта даст вам возможность обосновано и рационально построить технико-экономические показатели систем электроснабжения, определить потери электроэнергии и мощности, выбрать нужное оборудование. Поэтому расчет электрических нагрузок является важной и неотъемлемой частью организации подключения электричества частного или промышленного объекта.

Результаты расчетов электрических нагрузок будут влиять на технические характеристики электрической сети и на выбор ее элементов. Благодаря им вы сможете обеспечить безопасную эксплуатацию электрических сетей.

Заниженные результаты расчетов электрических нагрузок приводит к перегреву токоведущих частей и быстрому износу электрооборудования и материалов. И наоборот – увеличение расчетных нагрузок чревато дополнительными, капитальными затратами на систему электроснабжения и неполным использованием электрооборудования.

При нахождении оптимальной нагрузки применяют различные коэффициенты графиков нагрузок. Для нахождения электрической нагрузки с помощью метода спроса, необходимо знать некоторые параметры – коэффициенты спроса и полную нагрузочную мощность выбранной группы, а также установленную мощность этой группы приемников. В свою очередь, для нахождения коэффициента спроса, нужно знать количество потребителей электроэнергии, работающих одновременно. Эти вычисления можно провести с помощью коэффициентов загрузки и одновременности.

По полученным расчетам электрических нагрузок по выбранным группам потребителей, можно рассчитать общую нагрузку объекта энергопотребления. После расчетов общей максимальной нагрузки, рассчитывается годовое потребление объектом электроэнергии (для этого нужно знать общее количество рабочих часов).

Метод «максимальная мощность»

В реальных условиях продолжительная работа потребителя не означает постоянство нагрузки в точке ее присоединения на более высоком уровне системы электроснабжения. Как статистическая величина Луд, определяемая для какогото ранее выделенного объекта по электропотреблению А и объему Л/, есть некоторое усреднение на известном, чаще месячном или годовом, интервале. Поэтому применение формулы (2.30) дает не максимальную, а среднюю нагрузку. Для выбора трансформаторов ЗУР можно принять Рср = Рмах. В общем случае, особенно для 4УР (цеха), необходимо учитывать Кмах в качестве Т принимать действительное годовое (суточное) число часов работы производства с максимумом использования активной мощности.

Тема: Расчет электрических нагрузок промышленных предприятий методом коэффициента спроса (стр. 1 )

Практическое занятие №1

Тема: Расчет электрических нагрузок промышленных предприятий методом коэффициента спроса.

Первым этапом проектирования системы электроснабжения промышленного предприятия (ЭПП) является определение электрических нагрузок. По величине расчетных электрических нагрузок выбирают на различных ступенях системы ЭПП количество и мощность трансформаторов ГПП и цеховых ТП, проверяют электрооборудование системы ЭПП и т. д. От правильной оценки ожидаемых нагрузок зависят капитальные затраты, эксплуатационные расходы на систему ЭПП, надежность работы электрооборудования.

Исходными данными для расчета являются установленные мощности по цехам завода, которые представляются ведомостью нагрузок и коэффициенты спроса ().

Расчетная нагрузка (активная и реактивная) силовых приемников цехов определяется из соотношений:

;

,

где — суммарная установленная мощность всех приемников цеха, принимается по исходным данным; — средний коэффициент спроса, принимаемый по справочным данным [2, 3]; — соответствующий характерному для приемников данного цеха средневзвешенному значению коэффициента мощности.

Расчетная нагрузка осветительных приемников цеха обычно определяется по установленной мощности и коэффициенту спроса для освещения:

,

где — коэффициент спроса для освещения, принимаемый по справочным данным; — установленная мощность приемников электрического освещения.

Величина может находиться по формуле:

,

где — удельная нагрузка, Вт/м2; — площадь цеха.

Полная расчетная мощность силовых и осветительных приемников цеха определяется из соотношения:

.

Приемники напряжением выше 1000 В учитываются отдельно. Расчетные активная и реактивная мощности групп приемников выше 1000 В и полная определяются из выражений:

;

;

,

где , , — активная, реактивная и полная мощности высоковольтной нагрузки.

Суммарная полная мощность силовой и осветительной нагрузки:

.

Так как трансформаторы цеховых и главной понизительной подстанции не выбраны на этом этапе расчета, то приближенно потери мощности в них определяются:

,

.

Для определения полной расчетной мощности предприятия в целом необходимо учесть все виды нагрузки, в том числе:

— силовую нагрузку напряжением до 1000 В;

— силовую нагрузку напряжением выше 1000 В;

— осветительную нагрузку;

— потери мощности в трансформаторах;

— мощность компенсирующих устройств (с целью сокращения количества и мощности трансформаторов, а также расхода проводникового материала).

Расчетная мощность компенсирующих устройств определяется:

,

где — среднегодовая мощность предприятия; — суммарная активная мощность силовой и осветительной нагрузки; — число часов использования максимума активной мощности, принимаемое по справочным материалам; — годовое число часов работы предприятия; — коэффициент реактивной мощности нагрузки предприятия; — заданное значение коэффициента реактивной мощности.

Расчетная мощность предприятия с учетом потерь мощности в трансформаторах, мощности компенсирующих устройств и разновременности максимумов нагрузок:

,

где — коэффициент разновременности максимумов нагрузок (характеризует смещение максимумов нагрузок отдельных групп приемников во времени).

Задача

Рассчитать методом коэффициента спроса электрическую нагрузку сталелитейного цеха металлообрабатывающего завода. Установленная активная мощность цеха 3180 кВт, площадь цеха 15890 м2.

Решение

Определяем расчетную силовую нагрузку цеха:

,

где — коэффициент спроса, находится из справочных материалов. Находим номинальную мощность освещения и расчетную осветительную нагрузку цеха:

,

где — удельная мощность освещения цеха, определяется из справочных материалов; — коэффициент спроса на освещение, находится из справочных материалов.

Находим полную расчетную мощность цеха:

Домашнее задание

Задача

Рассчитать методом коэффициента спроса электрическую нагрузку ремонтно-механического цеха агломерационной фабрики металлургического комбината. Установленная активная мощность цеха 7040 кВт, площадь цеха 2690 м2.

Практическое занятие № 2

Тема: Выбор месторасположения источников питания

Пример:

Дано:

Генплан 3

х
2
км с
силовыми нагрузками цехов (1 кл. = 0,1 км)

Требуется:

• определить координаты ЦЭН активных нагрузок;

• определить координаты ЦЭН реактивных нагрузок;

• нанести данные на генплан.

Решение:

• Наносятся на генплан центры электрических нагрузок (ЦЭН) каждого цеха (рис. 1.), мас­штаб генплана mv
=
0,2 км/см.

• Определяются радиусы кругов активных и реактивных нагрузок, исходя из масштаба генплана.

• Определяется масштаб активных (та)

нагрузок, исходя из масштаба генплана. Принимается для наименьшей нагрузки (Ц5) радиус Ra5 = 0,1 км, тогда

Метод удельных плотностей нагрузок

Метод удельных плотностей нагрузок близок к предыдущему. Задается удельная мощность (плотность нагрузки) у и определяется площадь здания сооружения или участка, отделения, цеха (например, для машиностроительных и металлообрабатывающих цехов у = 0,12…0,25 кВт/м2; для кислородноконвертерных цехов у = = 0,16…0,32 кВт/м2). Нагрузка, превышающая 0,4 кВт/м2, возможна для некоторых участков, в частности, для тех, где имеются единичные электроприемники единичной мощности 1,0…30,0 МВт.

Метод технологического графика

Метод технологического графика опирается на график работы агрегата, линии или группы машин. Например, график работы дуговой сталеплавильной печи конкретизируется: указывается время расплавления (27…50 мин), время окисления (20…80 мин), число плавок, технологическая увязка с работой других сталеплавильных агрегатов. График позволяет определить общий расход электроэнергии за плавку, среднюю за цикл (с учетом времени до начала следующей плавки), и максимальную нагрузку для расчета питающей сети.