WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.Т. ТРУБИЛИНА» Факультет энергетики Кафедра применения электрической энергии Расчет электрических нагрузок в системах электроснабжения АПК Методические указания к ...»

Министерство сельского хозяйства РФ

ФГБОУ ВПО «КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.Т. ТРУБИЛИНА»

Факультет энергетики

Кафедра применения электрической энергии

Расчет электрических нагрузок

в системах электроснабжения АПК

Методические указания

к выполнению курсовых работ, проектов

и выпускных квалификационных работ для направлений подготовки:

13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

профиль подготовки «Электроснабжение»

35.03.06 Агроинженерия профиль подготовки «Электрооборудование и электротехнологии в АПК»

(программы прикладного бакалавриата) Краснодар КубГАУ Составители: В. Г. Сазыкин, А. Г. Кудряков

Расчет электрических нагрузок в системах электроснабжения АПК:

метод. указания / В. Г. Сазыкин, А. Г. Кудряков. – Краснодар: КубГАУ, 2017. – 54 с .

В методических указаниях приведены основные теоретические положения и практические способы расчета электрических нагрузок на разных уровнях систем электроснабжения АПК .

Методические указания соответствует требованиям Федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования по направлению 13.03.2 «Электроэнергетика и электротехника», профиль подготовки «Электроснабжение» и 35.03.06 «Агроинженерия», профиль подготовки «Электрооборудование и электротехнологии в АПК» (программ прикладного бакалавриата) .

Предназначены для формирования профессиональных компетенций в процессе аудиторной и внеаудиторной самостоятельной работы при изучении отдельных глав, тем и вопросов лекционного курса, выполнения курсовых работ, проектов и выпускной квалификационной работы .

Рассмотрено и одобрено методической комиссией факультета энергетики Кубанского госагроуниверситета .

© Сазыкин В. Г., Кудряков А. Г., 2017 © ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина», 2017

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ ………………………………………………. 4

1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО

КОМПЛЕКСА ………………………………………………………………... 5

1.1 Электроэнергетическая структура АПК ……………....…………………. 5

1.2 Основные понятия электрических нагрузок …………………………….. 7

1.3 Графики электрических нагрузок и их показатели ……………………… 14

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК … 19

2.1 Методы расчета электрических нагрузок СЭС ………………………….. 19

2.2 Эмпирические методы расчета электрических нагрузок ……………….. 20

2.3 Аналитические методы расчета электрических нагрузок ………………. 26

3 ВЫБОР МЕТОДА РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ……. 36

3.1 Общие сведения о способах расчета электрических нагрузок …………. 36

3.2 Определение электрических нагрузок в сетях напряжением до 1 кВ методом коэффициента расчетной активной мощности ……………………. 42

3.3 Порядок расчета методом коэффициента расчетной активной мощности ………………………………………………………………………. 47

3.4 Расчет электрических нагрузок на сборных шинах низкого напряжения цеховых трансформаторных подстанций ……………………… 50

3.5 Компенсация реактивной мощности при расчете электрических нагрузок ………………………………………………………………………… 52 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………………... 53

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

АПК – агропромышленный комплекс ГН – график нагрузки ГПП – главная понизительная подстанция К в кл – коэффициент включения К загр – коэффициент загрузки К з .




г. – коэффициент заполнения графика К и – коэффициент использования К м – коэффициент максимума К о – коэффициент одновременности К р.м. – коэффициент разновременности максимумов К с – коэффициент спроса К сез – коэффициент сезонности К ф – коэффициент формы графика КРМ – компенсации реактивной мощности ЛЭП – линия электропередачи ПВ – продолжительность включения ПС – подстанция (районная) ПУЭ – правила устройства электроустановок РП – распределительная подстанция РЭН – расчет электрических нагрузок СЭС – система электроснабжения Т – постоянная времени нагрева Т см – продолжительность смены ТП – трансформаторная подстанция (потребительская) УД – упорядоченная диаграмма УР – уровень системы электроснабжения ЭП – электроприемник

1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ

АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА

1.1 Электроэнергетическая структура АПК

На базе агропромышленного комплекса формируется и реализуется программа национальной продовольственной безопасности. В рамках производства сформировалась особая сфера экономики, получившая название аграрнопромышленного комплекса (АПК) [5, 7], который включает совокупность отраслей, производящих различные виды продовольственных и других товаров из сельскохозяйственного сырья. Структуру АПК образуют: сфера производства первичного и конечного продукта (растениеводство, животноводство и отрасли промышленности, перерабатывающие их продукцию); ресурсообразующая сфера (промышленные отрасли, создающие средства труда для всех сфер АПК);

производственная инфраструктура АПК; система товарного и денежного обращения и информационного обеспечения .

Высокая степень агропромышленной интеграции и повышение интенсивности производства привели к тому, что на функционирование АПК все большее влияние оказывает электроэнергетика, которая стала одной из главных структур агропромышленного комплекса. Сегодня никакая его деятельность уже практически невозможна без электроэнергии и зависит от надежного и качественного электроснабжения .

В настоящее время электроэнергия применяется во всех отраслях сельскохозяйственного производства. Основными производственными потребителями на селе являются животноводческие фермы и комплексы, птицефабрики, зерноочистительные пункты, сеносушилки, мельницы, гаражи, котельные, предприятия по обслуживанию сельского хозяйства и переработке сельскохозяйственной продукции .

Большое значение имеет электроэнергия в животноводстве. Рост электровооруженности, повышая уровень механизации процессов, способствует росту производительности труда, повышению квалификации работников. В свою очередь, механизация и автоматизация процессов производства особенно значимы на крупных животноводческих и птицеводческих комплексах по производству молока, говядины, свинины, яиц, мяса птицы на промышленной основе. Важнейшими составляющими микроклимата являются искусственное освещение и облучение животных и птицы для снижения солнечного сезонного голодания, поддержание необходимого газо-температурного режима в помещениях. На эти цели расходуется значительное количество электроэнергии электрокотельными, электрокалориферами, вентиляторами, увлажнителями, кондиционерами. По уровню электропотребления и сложности электрооборудования такие потребители соответствуют промышленным предприятиям .

Электромеханизация подготовки кормов позволяет снизить затраты труда и средств на производство животноводческой продукции. Применение электропривода на корнерезках, корнеклубнемойках, картофелемялках и других кормоприготовительных машинах позволяет снизить затраты труда на 75–90%, а на отдельных агрегатах – в 20–25 раз .

Электроустановки играют важную роль на молочных фермах при доении, охлаждении и обработке молока. Процессы уборки и транспортировки навоза, а также подачи воды механизированы практически на всех животноводческих фермах .

Единственным источником энергии для искусственного освещения является электричество, с помощью которого осуществляются общее, местное и другие специальные виды электроосвещения, создается искусственная световая среда, ультрафиолетовое и инфракрасное облучение в теплицах для повышения урожайности, в птицеводческих и животноводческих помещениях для повышения продуктивности. Эти виды облучения используются также как бактерицидные, для дезинфекции и дезинсекции, сушки и нагрева. Почти половина всей электроэнергии, используемой в сельском хозяйстве, расходуется на освещение и облучение .

В растениеводстве электрическая энергия применяется для послеуборочной обработки продукции, в мелиорации, и особенно эффективна при выращивании овощей в условиях защищенного грунта. В хозяйствах с помощью электрических вентиляционных установок производится сортировка, сушка и хранение зерна, приготовление сенной муки. Установки для первичной обработки зерна есть во всех хозяйствах зернового направления. Огромную область применения электроэнергии представляет собой электромеханизация процессов предпосевной и послеуборочной обработки, хранения и переработки зерна .

Сюда входят универсальные и специализированные пункты для обработки и хранения семенного, продовольственного и фуражного зерна, заводы для обработки и хранения семян элиты и первой репродукции, цехи и заводы для производства комбикормов. Перечисленные производства оборудованы разнообразными машинами. Это зерноочистительные, сушильные, сортировальные, обеззараживающие, вентилирующие, транспортирующие и другие агрегаты, потребляющие электроэнергию. Количество электроприводов в них достигает нескольких сотен. Единичные мощности достигают сотни киловатт .

В мелиорации сельскохозяйственных угодий все большее распространение для орошения земель получают электроустановки, производится перевод существующих дизельных насосных станций орошения на электрический привод .

Прогрессивные виды технологии также используют электроэнергию, где с ее помощью работают электрофильтры, в электрических полях окрашиваются различные изделия, осуществляется сепарирование и предпосевная обработка семян, проводятся опыты по электроактивации жидкостей и воды. Сушка, нагрев, дезинсекция, металлизация изделий распылением, осуществляемые с помощью токов высокой частоты и ультразвуком, немыслимы без электроэнергии, как немыслима без нее работа ремонтных и перерабатывающих предприятий, на которых установлено большое количество технологических линий и машин, станков и агрегатов, с помощью которых осуществляется переработка овощей и фруктов, молока, мяса и другой сельскохозяйственной продукции .

Обрабатываются металлы, изготавливаются и ремонтируются узлы, детали, машины .

В сельском хозяйстве и АПК электротехнология применяется для повышения урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности животноводства, а также для изменения и усовершенствования разнообразных технологических процессов .

Электричество прочно вошло в жизнь и быт и используется для работы оборудования предприятий бытового обслуживания и общественного питания:

применение электроприборов культурного и хозяйственного назначения, использование электроэнергии для приготовления пищи, горячей воды, отопления зданий, функционирование предприятий сферы обслуживания населения – прачечные, коммунальные, торговые и общественные предприятия .

Агропромышленный комплекс составляет основу экономики и занятости населения Краснодарского края. В нем формируется более трети валового регионального продукта. АПК представлен многоотраслевыми сельскохозяйственными и перерабатывающими предприятиями с развитой инфраструктурой. Здесь производится более 80% продовольственных товаров, потребляемых населением .

Основой рационального решения комплекса вопросов, связанных с проектированием и эксплуатацией электрических сетей систем электроснабжения (СЭС) АПК, является количественная информация об электрических нагрузках .

Определение электрических нагрузок является первым этапом проектирования СЭС .

По величине электрических нагрузок выбирают и проверяют электрооборудование СЭС, определяют потери мощности и электроэнергии. От правильной оценки ожидаемых нагрузок зависят капитальные затраты на систему электроснабжения, эксплуатационные расходы, надежность работы электрооборудования .

Выбор способа расчета электрических нагрузок (РЭН) необходим как при проектировании СЭС, так и при эксплуатации действующих электрических сетей. Методы РЭН для промышленных, городских и сельских сетей имеют свои особенности, которые будут рассмотрены ниже .

1.2 Основные понятия электрических нагрузок

Приемники и потребители электроэнергии [1, 14]. Электроприемником (ЭП) – называется аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии (или электрической энергии с другими показателями) .

Потребителем электрической энергии является ЭП или группа ЭП, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории .

Различают восемь номинальных режимов работы ЭП, которые определяют временные графики нагрузок (ГН):

1) продолжительный (длительный) – S1 ;

2) кратковременный – S 2 ;

3) периодический повторно-кратковременный – S3 ;

4) периодический повторно-кратковременный с влиянием пусковых процессов – S 4 ;

5) периодический повторно-кратковременный с влиянием пусковых процессов и электрического торможения – S5 ;

6) перемежающийся – S6 ;

7) периодический перемежающийся с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением – S7 ;

8) периодический перемежающийся с периодически изменяющейся частотой вращения – S8 .

Для большинства ЭП агропромышленных предприятий характерны первые три режима работы, представленные характером изменения нагрузки Р, потерь мощности Р и кривой нагрева (рис. 1.1) .

Рисунок 1.1 – Графики основных режимов работы ЭП: а – продолжительный;

б – кратковременный; в – повторно-кратковременный. уст – предполагаемое установившееся значение температуры Продолжительный режим S1 – это режим, когда работа ЭП при неизменной нагрузке продолжается столь длительное время, что превышение температуры нагрева всех его частей над температурой окружающей среды достигает практически установившегося значения (рис. 1.1, а). При этом все параметры рабочего режима, указанные в паспорте на ЭП, соответствуют режиму работы S1. Практически установившейся уст считается температура, изменение которой в течение 1 часа не превышает 1°С при практически неизменных нагрузках сети и температуре окружающей среды .

Для ЭП продолжительного режима работы значение уст достигается за время 3Т, где Т – постоянная времени нагрева (это время, в течение которого температура ЭП и проводника питающей сети достигла бы установившегося значения уст, если бы отсутствовала отдача тепла в окружающую среду). Методика определения Т приведена на рис. 1.1, а .

Для силовой (двигательной) нагрузки и нагрузки электропечей номинальная мощность ЭП принимается по паспортным данным:

Рном Рпасп, (1.1) а для трансформаторов и выпрямительных электроустановок рассчитывается по соотношению:

Рном Sпасп cosпасп. (1.2) Кратковременный режим S 2 (рис. 1.1, б) характеризуется небольшими по времени периодами работы и длительными паузами с отключением ЭП от сети. В этом случае при нагреве температура частей оборудования не достигает установившихся значений, а при отключении происходит охлаждение до температуры, превышающей температуру окружающей среды не более чем на 2°С .

Ориентировочно потребляемая мощность ЭП в режиме S 2 определяется по выражению:

PS 2 PS1, (1.3) 1 exp(t / ) где PS1 – номинальная мощность ЭП в режиме S1 .

Периодический повторно-кратковременный режим (ПКР) работы S3 – это режим, при котором кратковременные периоды работы ЭП чередуются с паузами. При этом и рабочие периоды, и паузы не настолько длительны, чтобы температура достигала установившихся значений. В результате многократных циклов температура достигает некоторой средней установившейся величины ср (рис. 1.1, в). При этом потери при пуске почти не оказывают влияния на температуру частей ЭП .

Электроприемники ПКР характеризуются величиной продолжительности включения (в относительных единицах или процентах):

tв кл t ПВ в кл, (1.4) tв кл tоткл tц где tв кл – период работы; tоткл – период отключения; tц – время всего цикла .

Продолжительность цикла обычно не превышает 10 мин. Если tц 10 мин, то режим работы считается продолжительным .

Для ЭП повторно-кратковременного режима указанная в паспорте мощность повторно-кратковременного режима должна быть приведена к номинальной мощности продолжительного режима Рном при ПВ = 100%:

Рном Рпасп ПВпасп, (1.5) где Рпасп – паспортная мощность ЭП, кВт; ПВпасп – паспортная продолжительность включения, отн. ед., (стандартный ряд значений ПВ: 15, 25, 40 и 60%) .

Для сварочных машин и трансформаторов электрических печей, паспортная мощность которых указывается в кВА, номинальная активная мощность определяется по выражению:

Рном Sпасп cosпасп ПВпасп, (1.6) где Sпасп – паспортная мощность трансформатора; cosпасп и ПВпасп – паспортные значения коэффициента мощности и продолжительности включения .

Периодический повторно-кратковременный режим S 4 с влиянием пусковых процессов – S 4 (рис. 1.2) – это последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время пуска tс, время работы при постоянной нагрузке t р и время паузы tп, за которое ЭП не охлаждается до температуры окружающей среды .

Рисунок 1.2 – Графики работы ЭП с повторно-кратковременным режимом с влиянием пусковых процессов Периодический повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов и электрического торможения S5 (рис .

1.3) отличается от режима S 4 наличием дополнительного периода быстрого электрического торможения tт. ГН характерен для приводов лифтов и подъемно-транспортных систем .

Рисунок 1.3 – Графики работы ЭП с повторно-кратковременным режимом с влиянием пусковых процессов и электрического торможения Перемежающийся режим работы S6 (рис .

1.4) – это режим, при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки установки t р чередуются с периодами холостого хода t хх. При этом превышения температуры частей электрооборудования не достигают установившихся значений .

–  –  –

Рисунок 1.5 – Графики работы ЭП с перемежающимся режимом с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением Периодический перемежающийся режим с периодически изменяющейся частотой вращения S8 основным его отличием от S7 является различная частота вращения при неизменных нагрузках на валу, то есть при мощности Р1 частота n1, при мощности Р2 Р1 – частота n2 и т .

д. (рис. 1.6). Такой режим работы характерен для многоскоростных двигателей, работающих с неизменной нагрузкой на валу, например, в приводах моталок со ступенчатой намоткой или экструдерах .

Электрической нагрузкой считается мощность (скорость преобразования электрической энергии) электроприемника в установленный момент времени .

В качестве расчетной нагрузки принимается наибольшее из средних значений полной мощности за промежуток 30 минут (получасовой максимум), которое может возникнуть на вводе к потребителю или в питающей сети в расчетном году с вероятностью не ниже 0,95 [10] .

Рисунок 1.6 – Графики работы ЭП с перемежающимся режимом с периодически изменяющейся частотой вращения Полная мощность складывается из активных и реактивных составляющих, поэтому различают полную, активную и реактивную нагрузки .

Понятие нагрузки часто распространяется также на электрический ток – токовая нагрузка .

Нагрузка ЭП и линий электропередачи (ЛЭП) задаётся: активной мощностью Р, реактивной мощностью Q, полной мощностью S или током I .

Для характеристик электрических нагрузок используется ряд понятий .

Номинальная активная мощность ЭП – это мощность, указанная на заводской табличке или в паспорте ЭП (для источника света – на колбе или цоколе), при которой ЭП должен работать. Номинальная мощность электродвигателя – это мощность на валу при номинальной продолжительности включения .

Номинальная реактивная мощность ЭП – реактивная мощность потребляемой электроэнергии им из сети (знак плюс) или отдаваемую электроэнергия в сеть (знак минус) при номинальной активной мощности и номинальном напряжении .

Установленная мощность – это сумма номинальных мощностей однородных ЭП .

Присоединённая мощность – это мощность ЭП при полной его нагрузке .

Присоединённая мощность равна установленной для всех ЭП, кроме электродвигателей. Для электродвигателей присоединенная мощность зависит от коэффициента загрузки рабочей машины, коэффициента полезного действия и коэффициента мощности .

1.3 Графики электрических нагрузок и их показатели

Режимы работы ЭП не остаются постоянными, а непрерывно изменяются в течение работы: суток, недель и месяцев года. Соответственно изменяется и нагрузка всех звеньев передачи и распределения электроэнергии (рис. 1.8). Изменение нагрузок электроустановок в течение времени принято изображать графически в виде графиков нагрузки .

Электрическая нагрузка представляет собой электрическую мощность Р(t) при равномерном потреблении электрической энергии W в течение времени

t [1, 14]:

Р W /t. (1.8) Для рационального проектирования электроустановок и их эксплуатации необходимо знать изменение нагрузок в течение смены, суток, месяца, сезона, года. Это изменение характеризуется графиками нагрузок .

График нагрузки – это кривая (диаграмма), показывающая изменение нагрузок за определенный промежуток времени. Обычно графики нагрузки строятся и анализируются за базисное время, кратное длительности законченного технологического цикла. Различают ГН: индивидуальные и групповые; активных и реактивных нагрузок .

Рисунок 1.8 – Суммарный суточный график нагрузки агропромышленного предприятия По продолжительности ГН строятся суточными, сезонными и годовыми .

При построении суммарного суточного, сезонного или годового графика нагрузки необходимо определить нагрузки потребителей агропромышленного предприятия и учесть потери мощности в электрооборудовании и в сети (рис.1.8) .

Предприятия каждой отрасли имеют свой, характерный ГН, определяемый технологическим процессом производства .

С точки зрения регулярности нагрузок их индивидуальные графики подразделяются на:

1) периодические;

2) циклические;

3) нециклические;

4) нерегулярные .

У периодических графиков, соответствующих поточному производству, время цикла tц строго постоянно (рис.

1.9, а):

tц t р tо, (1.9) где t р, tо – время работы и остановки (паузы), которые также постоянны .

Рисунок 1.9 – Индивидуальные графики нагрузок: а – периодический;

б – циклический; в – нециклический; г – нерегулярный

–  –  –

У нециклического (рис. 1.9, в) и нерегулярного (рис. 1.9, г) графиков время циклов, рабочее время и время пауз различно. Для всех графиков нагрузки, кроме нерегулярных, потребление электроэнергии за смену является постоянной величиной .

Групповые ГН определяются суммированием индивидуальных графиков нагрузок ЭП, входящих в данную группу.

По степени регулярности они подразделяются на:

1) периодические;

2) почти периодические;

3) нерегулярные .

Групповые графики используются для проектирования и оптимизации систем электроснабжения .

Индивидуальные графики энергоемких ЭП с резкопеременной, толчковой нагрузкой необходимы для выбора электрических сетей этих электроприемников, расчета отклонений и колебаний напряжения, выбора мероприятий по улучшению качества электроэнергии .

Суточные и сезонные графики нагрузок потребителей могут строиться по показаниям счетчиков. Для суточных ГН фиксируют показания счетчиков активной и реактивной энергии через определенный интервал времени (30 или 60 мин.) и определяют среднюю мощность нагрузки за этот интервал .

Анализ графиков нагрузки позволяет определить величину сечений проводов и жил кабелей, оценить потери напряжения, выбрать мощности генераторов электростанций, решить технико-экономические вопросы выбора оборудования, спроектировать оптимальный вариант СЭС объекта. Суточные графики позволяют спланировать ремонт электрооборудования .

Годовые графики строятся по двум характерным суточным ГН: за зимние и летние сутки. Они используются в технико-экономических расчетах при определении оптимального типа и мощности трансформаторов подстанций, генераторов электростанций, при выборе вариантов схем электроснабжения .

Графики нагрузок характеризуются следующими параметрами:

• средняя активная и реактивная мощность нагрузки за наиболее загруженную смену:

Рср W / Т см ; Qср V / Т см, (1.11) где W и V – расход активной и реактивной энергии за наиболее загруженную смену; Т см – продолжительность смены .

Наиболее загруженной сменой считается смена с максимальным расходом активной энергии;

• среднесуточная мощность нагрузки (определяются аналогично среднесменным, только для суток);

• максимальная нагрузка заданной продолжительности – наибольшая из всех средних значений за заданный промежуток времени, например, из средних 30-минутных нагрузок наиболее загруженной смены (получасовой максимум);

• расчетная нагрузка по допустимому нагреву – такая длительная неизменная нагрузка элемента системы электроснабжения, которая эквивалентна ожидаемой изменяющейся нагрузке по тепловому воздействию. При переменном графике нагрузок принимаются максимальные нагрузки заданной продолжительности, а при мало изменяющемся (практически постоянном) – средняя нагрузка;

• среднеквадратичная нагрузка:

P 2t1 P22t2... Pn2tn РСК, (1.12) t1 t2... tn где Р1, Р2,..., Рn – средние нагрузки за интервалы времени между замерами;

t1, t2,..., tn – принятый интервал времени между замерами .

Аналогично определяются реактивная и полная нагрузки .

При исследовании и расчете электрических нагрузок применяют безразмерные показатели (коэффициенты) ГН, характеризующие режим работы ЭП по мощности или во времени. Расчетные формулы для основных показателей приведены в табл. 1.1 .

Пропускную способность СЭС и номинальную мощность подстанций также выбирают по максимальному или определённому по некоторому среднему за определённый промежуток времени значению нагрузки, которое называется расчетной нагрузкой .

Расчетные активная Р расч, реактивная Q расч и полная S pасч мощности определяются по выражениям:

–  –  –

или по средним значениям: cos pасч cosсp .

Таблица 1.1 – Показатели графиков электрических нагрузок по активной мощности

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

–  –  –

Принцип иерархичности предполагает рассмотрение систем электроснабжения по уровням (УР) с целью последовательного наращивания сложности описания СЭС в сочетании с декомпозицией, например, разделение системы электроснабжения (рис.

2.1) при расчете электрических нагрузок по функциональному принципу [2]:

1) 1УР – отдельный электроприемник, электроустановка с многодвигательным приводом или другой группой ЭП, связанных технологически или территориально и образующих единое изделие с паспортной мощностью, питающийся по одной линии;

Рисунок 2.1 – Иерархия уровней-подсистем СЭС АПК

2) 2УР – щиты распределительные напряжением до 1 кВ переменного тока, щиты управления, шкафы силовые, вводно-распределительные устройства, шинные выводы, сборки, магистрали;

3) ЗУР – щит низкого напряжения трансформаторной подстанции (ТП) 6–10/0,4–0,69 кВ или трансформатор с учетом потерь электроэнергии в нем;

4) 4УР – шины распределительной подстанции (РП) 6–10 кВ или нагрузка РП в целом;

5) 5УР – шины районной подстанции (ПС), подстанции глубокого ввода, главной понизительной подстанции;

6) 6УР – граница раздела балансовой принадлежности района электрических сетей и энергосистемы .

Теория расчета электрических нагрузок, сформировавшаяся в 1930-е годы, заключалась в определении и использовании набора формул, дающих однозначное решение при заданных ЭП и графиках (показателях графиков) электрических нагрузок. Такой подход при восходящем проектировании («снизу вверх» – от ЭП к источникам питания), опирающемся на исходные данные по отдельным ЭП и их группам, позволяет получить удовлетворительные результаты при расчете режимов работы небольшого числа ЭП [3, 4]. Известные данные ЭП СЭС второго третьего уровней – 2–3УР (рис. 2.1) и сложение ограниченного числа графиков составляют основу расчетов, закрепленных и в современных нормативных документах [6, 10, 11] .

В 1980–1990-е гг. теория РЭН в большей степени ориентируется на неформализованные методы, в частности, комплексного метода РЭН [2, 14], элементы которого вошли в «Указания по расчету электрических нагрузок систем электроснабжения» [11] .

Формализация РЭН развивалась в нескольких направлениях по созданию практических методов: эмпирического; аналитического; комплексного [3, 14] .

2.2 Эмпирические методы расчета электрических нагрузок

Отсутствие в ряде случаев технологической и режимной информации об индивидуальных ЭП привело к необходимости разработки эмпирических методов РЭН. В основу эмпирических методов положена информация о режимах электропотребления нагрузки в виде коэффициентов и показателей. Эти методы достаточно просты, но точность расчета по ним зависит от соответствия типового технологического процесса и оборудования вновь проектируемого потребителя технологическому процессу и оборудованию потребителя, для которых получены значения показателей и коэффициентов, рекомендуемые в справочной литературе.

К эмпирическим способам РЭН относятся методы [3, 4, 14]:

1) коэффициента спроса;

2) двухчленных эмпирических выражений;

3) удельных показателей – удельного расхода электроэнергии и удельных плотностей нагрузки;

4) технологического графика .

1. Метод коэффициента спроса К с, предложенный в 1891 г. английским электротехником Р. Кромптоном, наиболее прост, широко распространен и с него начался процесс расчета электрических нагрузок. Метод заключается в использовании известной (задаваемой) установленной мощности Р у и табличных значений коэффициента спроса К с, приводимых в справочных таблицах [12, 13, 14] (например, табл. 2.1):

Р расч К с Ру ;

m m. (2.1) Р расч К сi Рном i ni К сi Sном i cosi ni, i 1 i 1 где К сi – коэффициент спроса однотипных ЭП; Рномi – активная номинальная мощность однотипных ЭП; n – количество однотипных ЭП; m – количество групп однотипных ЭП; Sномi – полная номинальная мощность ЭП; cosi – коэффициент мощности ЭП .

Физический смысл коэффициента спроса К с – это доля суммы номинальных мощностей ЭП, статистически отражающая максимальный практически ожидаемый и встречающийся режим одновременной работы и загрузки некоторого неопределенного сочетания (реализации) установленных ЭП .

–  –  –

где Рсм – средняя активная нагрузка рассматриваемой группы ЭП за наиболее загруженную смену .

При проектировании необходимо оценивать К с в целом по потребителю (участку, отделению, цеху). Полезно выполнять анализ расчетных и действительных значений для всех близких по технологии объектов одного и того же уровня СЭС. Это позволит создать индивидуальный информационный банк и обеспечить точность расчетов. Приводимые справочные данные по К с и коэффициенту использования К и соответствуют максимальному значению, а не математическому ожиданию. Суммирование максимальных значений, а не средних значений неизбежно завышает нагрузку .

Для группы ЭП расчетные реактивная Q расч и полная S pасч мощности определяются по выражениям (1.14) и (1.15) .

При суммировании разнородных электрических нагрузок в проектировании используется много различных приемов. Один из них – сложение параметров разнородных электрических нагрузок и умножение результата на коэффициент разновременности максимумов К р.м.. Расчетная нагрузка узла СЭС (передела, отделения, цеха, корпуса, предприятия) подлежит суммированию расчетных нагрузок отдельных групп ЭП, входящих в рассматриваемый узел, и определяется с учетом коэффициента разновременности максимумов нагрузки

К р.м. по формуле:

S pасч К р. м. (i 1 Ppасч)2 (i 1 Qpасч)2 .

n n (2.6) Коэффициент разновременности максимумов – величина достаточно неопределенная, ее значение принимают при проектировании из диапазона К р. м. 0,85 1,0. Физически этот показатель тесно связан с заполнением суммарного графика нагрузки: чем более ровные графики составляют суммарный график нагрузок, тем выше этот коэффициент. На практике К р.м. связывают со временем использования максимума нагрузки .

2. Методы двухчленных эмпирических выражений. Суммирование электрических нагрузок отдельных ЭП считается более достоверным при вероятностном подходе, например, используя метод парциальных максимумов .

Согласно такому подходу общая расчетная нагрузка вычисляется как сумма средней суммарной Рср (получаемой простым сложением всех средних нагрузок) и расчетной геометрически взвешенной парциальной добавки 11 Рi2, определяемой формой составляющих график нагрузки всех ЭП:

n

–  –  –

3. Методы удельных показателей связаны с определением электрических нагрузок по удельным показателям производства и являются, как правило, оценочными и могут использоваться при прогнозных расчетах на некоторую перспективу или при выполнении технико-экономических обоснований. Однако при определенных условиях эти методы дают хорошую сходимость рассчитанных электрических нагрузок с фактическими значениями .

3.1. Метод удельного расхода электроэнергии применим для участков (установок) 2УР, отделений ЗУР и цехов 4УР, где технологическая продукция однородная и количественно меняется мало (увеличение выпуска снижает, как правило, удельные расходы электроэнергии Wуд ). Условиями применения этого метода являются:

1) достаточно ровные и плотные в течение длительного времени графики электрических нагрузок при отсутствии заметных суточных, недельных, сезонных и т.п. колебаний нагрузки;

б) производства должны иметь достаточно стабильные удельные расходы электроэнергии на выработку единицы продукции;

в) предприятия должны иметь установившиеся объемы производства .

При выполнении этих условий принимается, что средние электрические нагрузки предприятий равны их расчетным нагрузкам:

–  –  –

где ро – удельная расчетная нагрузка на 1 м2 производственной площади, кВт/м2; F – производственная площадь, м2 .

4. Метод технологического графика опирается на график работы электроустановки, агрегата, линии или группы машин .

Метод прямого расчета группового графика нагрузки. Этот метод применяется для групп небольшого числа мощных ЭП, для которых известны их индивидуальные ГН [10]. Групповой график рассчитывается как сумма индивидуальных графиков отдельных ЭП по технологическому режиму работы, а расчетная нагрузка определяется как наибольшая, из множества ординат длительностью не менее 30 мин .

Метод суточного и годового графиков. При проектировании и эксплуатации СЭС часто требуются показатели суточных, сменных и годовых графиков нагрузки. Суточный ГН строится по показаниям счетчиков активной и реактивной нагрузок, снятых в течение суток через каждый час.

По построенным суточным ГН можно определить:

1) максимум активной Рм и реактивной Qм нагрузки в течение суток;

2) коэффициент реактивной мощности tg в период максимума суточных нагрузок:

3) суточные расходы активной Wсут и реактивной Vсут энергии по площади соответствующего графика Р f (t ), Q f (t ) ;

4) средневзвешенный за сутки коэффициент реактивной мощности tg ср. в зв ;

5) коэффициенты максимума К м, заполнения К з.г., формы К ф .

Годовой ГН строится в двух вариантах: по месяцам; упорядоченным по продолжительности, у которого нагрузки располагаются в порядке убывания значений по оси ординат (рис. 2.2) .

Рисунок 2.2 – Годовой график нагрузки, упорядоченный по продолжительности ( Т и – число часов использования максимума)

Для построения упорядоченного по продолжительности годового ГН используются два суточных ГН (рис. 2.3), построенных:

1) в период зимнего максимума нагрузки (конец декабря);

2) в период летнего максимума нагрузки (конец июня) .

Рисунок 2.3 – Построение годовой графика нагрузки по продолжительности

2.3 Аналитические методы расчета электрических нагрузок

Расчет электрических нагрузок проводится для определения токов, протекающих по проводам, кабелям, шинам, токоведущим частям и элементам СЭС (в дальнейшем для упрощения – проводникам), с точки зрения допустимости проводников по условиям нагрева. РЭН также необходим для принятия инженерных решений и определения объема затрат в СЭС .

Ток, протекающий по проводникам, вызывает их нагрев. Значение температуры нагрева проводников нормативно ограничивается по условиям износа изоляции и условиям их работы. В идеальном случае при неизменности значения тока в проводниках расчет их сечений можно было бы осуществлять, пользуясь допустимыми температурами нагрева.

Например, согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ) [9] допустимые температуры нагрева доп приняты для:

- неизолированных проводов и окрашенных шин +70°С;

- жил проводов с резиновой или поливинилхлоридной изоляцией, шнуров с резиновой изоляцией и кабелей с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках +65°С;

- кабелей напряжением 35 кВ с изоляцией из пропитанной кабельной бумаги в свинцовой, алюминиевой или поливинилхлоридной оболочке +50°С .

В реальности ток, зависящий от режима работы ЭП, изменяющийся во времени, вызывает изменение температуры проводников.

Поэтому в процессе выбора проводников для определения их технических характеристик (сечения, материала изоляции, способа прокладки, допустимых мощности и тока нагрузки, пропускной способности и др.) необходимо учитывать:

- максимальную температуру нагрева max, которая была бы меньше допустимой доп ;

- время, в течение которого проводник нагреется до допустимой температуры доп ;

влияние режима нагрузки: кратковременного, повторнократковременного, длительного;

- характер изменения режима нагрузки .

Следовательно, выбор проводников из условий нагрева является одним из основных этапов проектирования СЭС .

Максимальная температура нагрева проводника max и постоянная времени нагрева Т (определяющая время, в течение которого проводник нагреется до допустимой температуры доп уст. на рис. 1.1, а), в общем случае находится из уравнения теплового баланса, имеющего решение при неизменного во времени его переменных (для ЭП, имеющих постоянную во времени нагрузку) .

Характер изменения годовой нагрузки одного ЭП достаточно сложен и зависит от неравномерности потребления электроэнергии в течение: времени суток; дней недели; сезона работы. Группа ЭП на распределительном щите или на подстанции, связанная с различными технологическими процессами, порождает такой характер нагрузки, при котором уравнение теплового баланса неразрешимо из-за большой размерности и математических трудностей .

Поэтому сечение проводника приходится выбирать не по максимальной температуре нагрева max, а по расчетной токовой нагрузке I расч, которая определяется на основании принципа максимума средней нагрузки [2] t T I (t )dt, IT (t ) (2.16) T t где T – длительность интервала осреднения, принимаемая для графиков нагрузки, практически неизменных во времени, T 3T (во всех остальных случаях T 3T ) .

Для оценки нагрева проводников используется закон Джоуля–Ленца и расчет ведется по максимуму среднеквадратичного (эффективного) тока для каждого изменения за время t. Расчетный ток I расч, равный максимуму среднего тока, можно считать приближением, обеспечивающим инженерную точность при построении схемы СЭС .

При переменной нагрузке, когда график носит с нашей точки зрения случайный характер, использование выражения (2.16) приводит к эквивалентному по эффектам нагрева расчетному току I расч, который вызывает в проводнике или такой же максимальный нагрев над окружающей температурой, или тот же тепловой износ изоляции, что и заданная переменная нагрузка. Ток I расч обычно определяют по расчетной активной нагрузке .

В качестве расчетной нагрузки применяют среднюю нагрузку по активной мощности, где интервал реализации связывают с постоянной времени нагрева T :

t T P(t )dt .

PT (t ) (2.16) Tt Условно принимают постоянную времени нагрева Т = 10 мин., тогда T 3Т 30 мин. независимо от сечения проводника, что и приводит к понятию получасового максимума Рmax. Использование максимальной из средних нагрузок, в чем и заключается принцип максимума средней нагрузки, позволяет говорить о расчетном (проектном) максимуме, заявленном или фактическом (суточном, недельном, месячном, сезонном и годовом), 30-минутном, Р30 Рmax .

Исследования по определению расчетной нагрузки, как «греющего тока»

можно разделить на два основных направления связанных с:

1) уточнением ряда значений и соотношений для конкретных производств и групп ЭП, не затрагивающих основ метода упорядоченных диаграмм (УД) [2, 10, 14];

2) принципиальными усовершенствованиями метода упорядоченных диаграмм и разработкой новых методов .

В рамках первого направления, анализируя причины завышения расчетных мощностей при использовании метода УД, ряд авторов предлагал различные корректировки коэффициентов и других величин, составляющих метод .

В рамках второго направления разрабатываются новые методы РЭН на тех же физических основах и на прямом решении уравнений теплового баланса проводника, а также предлагаются различные корректировки времени осреднения, вероятности не превышения расчетной нагрузки, отличные от принятого в методе УД .

Аналитические методы расчета электрических нагрузок основаны на классических законах физики, электротехники и на их аналитических преобразованиях. Основой этих методов являются математические модели электрических нагрузок и тепловые модели проводников. Вследствие этого аналитические методы являются более точными, чем эмпирические методы.

К аналитическим методам относятся:

1) метод упорядоченных диаграмм, преобразованный в настоящее время в метод РЭН по коэффициенту расчетной активной мощности;

2) статистический метод;

3) комплексный метод .

Основными аналитическими методами РЭН являются метод упорядоченных диаграмм, разработанный Г.М. Каяловым, и статистический метод, разработанный Б.В. Гнеденко и Б.С. Мешелем. Развитие методов РЭН основывается на уточнении теоретической базы этих двух основополагающих методов [3, 4] .

1. Метод упорядоченных диаграмм был предложен Г.М. Каяловым в 1937 г., и до сих пор лежит в основе действующих «Указаний по расчёту электрических нагрузок» [11]. Метод УД, в соответствии с действующими нормами, применяется для всех уровней системы электроснабжения и вне зависимости от стадии проектирования .

В основе этого метода лежат два положения:

1) принцип максимума средней нагрузки;

2) преобразование реального графика нагрузки в упорядоченную диаграмму (рис. 2.4) .

Упорядоченная диаграмма имеет такие же, как и у реального графика, электрические нагрузки:

1) среднюю:

–  –  –

Lm 1,0, nэ 10;

(2.30) Lm 1,1, nэ 10 .

m Qсм Pном j n j K сj tg j, (cos tg ). (2.31) j 1

6. Определяется полная расчетная мощность по формуле (1.15) и сила тока:

S расч I расч. (2.32) 3 U ном Многолетние расчеты электрических нагрузок по методу УД показали, что полученная расчётная нагрузка иногда превышает фактическую в 1,5–2,5 раза [2].

Основными недостатками метода УД и причинами завышения электрических нагрузок являются:

- неопределенность и неполнота исходной информации требует допущений: ЭП одного названия имеют одинаковые коэффициенты; исключаются резервные двигатели по условиям электрических нагрузок; коэффициент использования К и считается независимым от числа ЭП в группе, выделяются ЭП с практически постоянным графиком нагрузки, исключаются из расчета наименьшие по мощности ЭП;

- недостаточная оперативность обновления справочных данных, в связи с появлением нового электрооборудования и новых видов производств;

- в качестве расчетной мощности используется средняя мощность за время осреднения, а не эффективная мощность, которая пропорциональна потерям в проводнике;

- метод не дифференцирован по различным уровням СЭС: использование 30-минутного интервала осреднения 3Т, справедливо для проводов и кабельных линий сечением не более 25 мм2, для которых постоянная времени нагрева Т близка к 10 мин., что соответствует 1УР системы электроснабжения (рис. 2.1) .

Поэтому при выборе других сечений кабелей, других элементов с другой постоянной нагрева, необходимо применение формул пересчета;

- при построении зависимости К м f (nэ, Kи ), предполагается, что коэффициент загрузки ЭП К загр 0,8, что является завышенным значением для большинства ЭП;

- не всегда справедливые допущения о независимости режимов работы отдельных ЭП и что закон распределения электрической нагрузки соответствует распределению Гаусса .

Гарантированная точность метода УД получается при точно известных технологических режимах, известной технологической карте, строго циклическом процессе и т.д .

Метод упорядоченных диаграмм, директивно применявшийся в 1960–70-е гг. для всех уровней СЭС и на всех стадиях проектирования, в 1980– 90-е гг. трансформировался в расчет электрических нагрузок по коэффициенту расчетной активной мощности [11]. При наличии данных о числе ЭП, их мощности, режимах работы его рекомендуют применять для расчета элементов системы электроснабжения 2УР, 3УР (провод, кабель, шинопровод, низковольтные ЭП распределительных и вводных щитов), питающих силовую нагрузку напряжением до 1 кВ, и – упрощенно для эффективного числа приемников всего цеха, т.е. для питающей сети напряжением 6–10 кВ 4УР .

В результате комплекса научно-исследовательских работ, проведённых институтом Тяжпромэлектропроект в период с 1980–1992 гг., была значительно повышена точность РЭН, в основе которой лежит рассмотренный метод УД .

Формальное различие метода упорядоченных диаграмм и расчета по коэффициенту расчетной активной мощности заключается в замене коэффициента максимума К м, всегда понимаемого как отношение Р расч / Рсм (2.5), коэффициентом расчетной активной мощности К р f (nэ, Kи ) .

Методика РЭН по коэффициенту расчетной активной мощности будет подробно рассмотрена в главе 3 .

2. Статистический метод был предложен академиком Гнеденко Б.В. и инженером Мешелем Б.С. В основе метода лежит предположение, что групповой ГН изменяется случайно, причем случайный ГН при числе ЭП больше восьми подчиняется нормальному закону распределения. Определяются две величины: математическое ожидание Рср MP и дисперсия нагрузки DP. Для случайных величин, распределяющихся по нормальному закону, справедливо:

Р расч Рср DP, (2.33) где – коэффициент надежности (обеспеченности) расчета (коэффициент, определяющий вероятность превышения значения расчетной нагрузки, связанный с точностью РЭН) .

Статистический метод позволяет определять расчетную нагрузку с любой принятой вероятностью ее появления .

В теории вероятности часто используется правило трех сигм:

Рmax Рср 3, что при нормальном распределении соответствует предельной вероятности 0,9973. Вероятности превышения нагрузки на 0,5 % соответствует 2,5 ; 2 соответствует вероятности 0,975. Для 1,65 обеспечивается 5% вероятности ошибки. Для точности расчета ±10%, что соответствует погрешности инженерных расчетов, значение коэффициента 1,0 .

При РЭН отклонения дисперсии нагрузки в меньшую сторону не учитываются, следовательно, расчетная нагрузка будет определяться по выражению:

–  –  –

Рmax Кс Руст, (2.45) где Руст – установленная мощность .

5. По удельным мощностям нагрузок на 6УР–2УР:

Рmax F, (2.46) где – удельная мощность (плотность нагрузки); F – площадь предприятия, цеха, отделения, участка .

6. Прогнозирования временных рядов на 6УР–2УР:

Рmax f (W j ) ; W1 f1 ( A, t ); W2 f 2 (М1, t ),..., (2.47) где W j – матрица показателей, определяемая временным рядом .

7. Профессионально-логического анализа:

Рmax {P0, W j }, (2.48) где P0 – матрица электрических показателей, характеризующая кластер объекта (электрического хозяйства) .

В качестве расчетной мощности Р расч = Рmax для каждого ЭП 1УР с длительным режимом работы при выборе коммутационной аппаратуры и проводников принимают его номинальную (установленную) мощность Р расч = Рmax = Рном = Руст. Изменением значения КПД и коэффициента мощности при изменении нагрузки пренебрегают. Под номинальной мощностью агрегата с многодвигательным приводом как ЭП понимают сумму номинальных мощностей все двигателей. Если два и три ЭП образуют группу, питающуюся по одному проводнику от одного коммутационного аппарата, то Р расч = Рmax определяется как сумма их номинальных мощностей .

Таким образом, для 1УР расчет электрических нагрузок для целей электроснабжения не производится, а выбор электрооборудования осуществляется по Рном. Определение коэффициентов К в кл, К с, К и, К м, К о и выделение резервных ЭП не требуются. Понятие наиболее загруженной смены не используется, коэффициент максимума не уменьшается .

Использование комплексного метода предполагает, что принимая за основу электрические показатели, специалист может оценить полученные результаты, сам же метод, по существу, представляет обобщение результатов. Речь идет о принятии концептуальных положений, соответствующих нынешнему этапу развития производства .

3 ВЫБОР МЕТОДА РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

3.1 Общие сведения о способах расчета электрических нагрузок Определение электрических нагрузок должно производиться при разработке СЭС агропромышленных предприятий в курсовом проектировании и при выполнении выпускной квалификационной работы для решения вопросов выбора и проверки электропитающего, сетевого и подстанционного электрооборудования, а также возможного присоединения проектируемого объекта электроснабжения к сетям энергосистемы .

РЭН выполняется методом восходящего проектирования от низших к высшим ступеням СЭС (рис. 3.1) по отдельным расчетным узлам в сетях напряжением до 1 кВ и выше. На рис. 3.1 представлена схема электроснабжения агропромышленных потребителей с указанием наиболее характерных узлов, для которых производится РЭН .

В зависимости места расположения расчетного узла (и от стадии реального проектирования) в схеме электроснабжения применяются упрощенные или более точные методы определения электрических нагрузок .

Расчет электрических нагрузок характерных узлов СЭС выполняется в целях выбора сечений питающих и распределительных сетей напряжением до 1 кВ и выше, числа и мощности трансформаторов ТП, районной ПС, главной понизительной подстанции (ГПП), сечений шин распределительных устройств ТП, распределительной подстанции РП, коммутационной и защитной аппаратуры напряжением до 1 кВ и выше .

Ожидаемая электрическая нагрузка определяется расчетным путем, либо по фактическому электропотреблению предприятия-аналога, либо через удельные показатели электропотребления .

РЭН производится параллельно с построением системы электроснабжения в следующей последовательности:

1) выполняется РЭН напряжением до 1 кВ в целом по корпусу (цеху, предприятию) в целях выявления общего количества и мощности цеховых и потребительских трансформаторных подстанций;

2) выполняется РЭН на напряжении 6–10 кВ и выше на сборных шинах РП или районной подстанции ПС .

–  –  –

где Р( Д, В )i max – наибольшая из дневных или вечерних активных нагрузок на вводе потребителя расчетного участка, кВт; Р( Д, В )i – добавки к большей слагаемой нагрузке (табл. 3.4) .

Средневзвешенные коэффициент активной мощности cosср. в зв. расчетного участка для дневного и вечернего максимумов нагрузки определяются по выражению (1.16) .

Реактивная и полная мощность расчетных участков определяется по формулам (1.14) и (1.15) .

Способ 3. По (3 .

1) и (3.2) производится также суммирование разнородных нагрузок – бытовой и производственной и определяется расчётная нагрузка на шинах трансформаторных подстанций [10].

Для расчёта электрических сетей необходимо знать значения полных мощностей на участках:

–  –  –

В сельском хозяйстве широко распространены сезонные потребители, которые потребляют электроэнергию не круглый год, а по сезонам: осенью и летом – зернотока и пункты по переработке сельскохозяйственных продуктов;

зимой и весной – теплицы и парники; весной, летом и осенью – орошение и т.д .

Если в проектируемой зоне электроснабжения такие потребители есть, то расчётные нагрузки определяют с учётом коэффициентов сезонности К сез, значения которых приведены в табл. 3.6 .

Если суммарная нагрузка сезонных потребителей весной составляет более 20% мощности остальных потребителей, летом – более 30% и осенью – более 10%, то нагрузку, кроме расчётного зимнего сезона, определяют также и для других сезонов .

–  –  –

Способ 4. Если для групп агропромышленных ЭП (технологических линий, производственных участков цехов, механических и ремонтных переделов и др .

) известны технические данные установленного электрооборудования, в этом случае РЭН может выполняться в соответствии с «Указаниями по определению электрических нагрузок методом коэффициента расчетной активной мощности» [11]. Указания не распространяются на определение электрических нагрузок ЭП с резкопеременными графиками нагрузки (дуговых электропечей, контактной сварки и т. п.), электрического транспорта, а также ЭП с известным графиком нагрузки .

Способ 5. Методы, согласно которым расчетная нагрузка определяется умножением значения установленной мощности на коэффициент К 1 ( Кс, Ко, К р .

м. и др. [14]), т.е .

Р расч К Р уст. (3.5) Например, метод расчета с использованием коэффициента спроса К с, который нашел широкое применение в проектировании электроустановок жилых и общественных зданий [12] и в определении высоковольтных нагрузок напряжением 6–10 кВ, создаваемых цехами или большими производственными участками .

3.2 Определение электрических нагрузок в сетях напряжением до 1 кВ методом коэффициента расчетной активной мощности Расчет электрических нагрузок электроприемников напряжением до 1 кВ производится для каждого узла питания – распределительного пункта, шкафа, сборки, распределительного и магистрального шинопровода, щита станций управления, троллеи, цеховой трансформаторной подстанции, а также по цеху и корпусу в целом .

Проектирование электрических нагрузок осуществляется по методике руководящего технического материала – указаний по расчету электрических нагрузок РТМ 36.18.32.4-92 [6, 8, 11]. Проектирование основано на методе упорядоченных диаграмм, который применяли для всех уровней СЭС и на всех стадиях проектирования, затем расчет трансформировался в определение нагрузок по коэффициенту расчетной активной мощности. При наличии данных о числе ЭП, их мощности и режимах работы этот метод рекомендуют применять в первую очередь для расчета группы элементов системы электроснабжения, питающих нагрузку ЭП напряжением до 1 кВ. Различие метода упорядоченных диаграмм и вычислений по коэффициенту расчетной активной мощности заключается в замене коэффициента максимума К м, понимаемого как отношение максимальных нагрузок к средним, коэффициентом расчетной активной мощности К р, который определяется в зависимости от коэффициента использования К и, эффективного числа электроприемников nэ и постоянной времени нагрева Т .

Повышение точности определения расчетной нагрузки в [8, 11] достигнуто путем использования статистического метода [14], реализующего переход от детерминированного представления среднесменной нагрузки группы ЭП к вероятностному с учетом диапазонов возможных значений фактических постоянных времени нагрева элементов СЭС, для которых вычисляется максимальная (расчетная) нагрузка .

На основе корреляционного и регрессионного анализа результатов обследования действующих промышленных предприятий получены аналитические выражения, которые позволяют определять значения расчетной нагрузки на всех уровнях системы электроснабжения с коррекцией среднего значения максимальной нагрузки. По этим выражениям составлены таблицы и номограммы, снижающие трудоемкость расчетов. Рассматриваемая методика позволяет снизить погрешность определения электрических нагрузок до приемлемых в инженерных расчетах значений, сохраняя при этом возможность использования существующей справочно-информационной базы .

Методика определения электрических нагрузок является общей для проектирования систем электроснабжения потребителей электроэнергии всех отраслей народного хозяйства. Однако действие рассматриваемой методики не распространяются на определение электрических нагрузок ЭП с резпопеременным графиком нагрузки – электроприводов прокатных станов, дуговых электропечей, контактной электросварки, промышленного электрического транспорта, жилых и общественных зданий, а также ЭП, с известным графиком нагрузки .

Для представления электрических величин и коэффициентов, характеризующих электропотребление, принята следующая система обозначений:

• показатели электропотребления индивидуальных ЭП обозначаются строчными буквами, а групп ЭП – прописными буквами латинского или греческого алфавита;

• номинальная (установленная) мощность одного ЭП – это мощность, обозначенная в его паспорте. Применительно к агрегату с многодвигательным приводом под номинальной мощностью подразумевается наибольшая сумма номинальных мощностей одновременно работающих двигателей;

• групповая номинальная (установленная) активная мощность – это арифметическая сумма номинальных активных мощностей группы ЭП:

n Рном рном i i рном i, (3.6) i 1 где n – число ЭП; рном – номинальная (установленная) мощность одного ЭП, кВт;

• номинальная реактивная мощность одного ЭП qном – это реактивная мощность в сети при номинальной активной мощности и номинальном напряжении, а для синхронных двигателей – при номинальном токе возбуждения;

• групповая номинальная реактивная мощность – это алгебраическая сумма номинальных реактивных мощностей входящих в группу ЭП n Qном qном i i рном i tg i, (3.7) i 1 где tg – паспортное или справочное значение коэффициента реактивной мощности;

• групповая средняя активная и реактивная мощность за период времени Т определяется как частное от деления расхода активной W и реактивной V энергии всех входящих в группу ЭП на длительность периода:

Pcм W / T ; Qcм V / T ; (3.8)

• средняя активная (реактивная) мощность группы равна сумме средних активных (реактивных) мощностей, входящих в группу ЭП, кроме резервных, малой мощности или работающих кратковременно. В дальнейшем в под термином, «средняя активная (реактивная) мощность» имеется в виду «наибольшее возможное значение средней активной (реактивной) мощности за наиболее загруженную смену продолжительности Т см »;

• коэффициент использования отдельного электроприемника k и или группы ЭП К и – отношение средней активной мощности отдельного ЭП или группы ЭП за наиболее загруженную смену к ее номинальному значению:

kи рсм / рном ; Ки Рсм / Рном. (3.9) В справочных материалах, содержащих расчетные коэффициенты для определения электрических нагрузок предприятий, значения коэффициентов использования приведены по характерным (однородным) категориям ЭП. К одной характерной категории относятся ЭП, имеющие одинаковое технологическое назначение, а также одинаковые технические данные;

• для группы, состоящей из ЭП различных категорий с разными К и, средневзвешенный коэффициент использования определяется по формуле Ки i kи i pном i / i pном i ; (3.10)

• при определении К и группы ЭП как средневзвешенного справочного значения характерных категорий произведение Ки Рном не должно рассматриваться как среднее значение ожидаемой нагрузки, так как в нем не учтен фактор снижения расчетных значений К и при увеличении числа ЭП в группе. Указанный фактор учитывается в номограмме (рис. 3.3) и табл. 3.7 и позволяет сохранить принятый алгоритм расчета;

• эффективное число электроприемников n э – это такое число однородных по режиму работы ЭП одинаковой мощности, которое обусловливает те же значения расчетной нагрузки, что и группа различных по мощности ЭП .

Значение n э рекомендуется определять по следующему выражению:

(i Рном ) 2 nэ. (3.11) i n Pном

–  –  –

• расчетная активная Р расч (реактивная Q расч ) мощность – это мощность, соответствующая такой неизменной токовой нагрузке I расч, которая эквивалентна фактической изменяющейся во времени нагрузке по наибольшему возможному тепловому воздействию на элемент системы электроснабжения .

Вероятность превышения фактической нагрузки над расчетной не более 0,05 на интервале осреднения, длительность которого принята равной трем постоянным времени нагрева элемента СЭС, через который передается ток нагрузки кабеля, провода, шинопровода, трансформатора;

• для одиночных ЭП расчетная мощность принимается равной номинальной, для одиночных ЭП повторно-кратковременного режима – равной номинальной, приведенной к длительному режиму, умножением номинальной мощности на ПВ ( Р расч Рпасп ПВ );

• коэффициент расчетной мощности К р – отношение расчетной активной мощности Р расч к значению Ки Р расч группы ЭП:

К р Ррасч /( Рсм ). (3.12)

Коэффициент расчетной мощности зависит от эффективного числа ЭП, средневзвешенного коэффициента использования (рис. 3.3), а также от постоянной времени нагрева сети Т, для которой рассчитываются электрические нагрузки;

• приняты следующие постоянные времени нагрева:

а) Т = 10 мин. – для сетей напряжением до 1 кВ, питающих распределительные шинопроводы, пункты, сборки, щиты. Значения К р для этих сетей принимаются по табл. 3.7;

б) Т = 30 мин. – для сетей напряжением выше 1 кВ;

в) Т = 150 мин. – для трансформаторов (независимо от мощности) и магистральных шинопроводов, К р 1;

г) в курсовом проекте или ВКР в случае применения проводников, для которых 10 Т 40 мин. (табл. 3.8) значение К р подлежит уточнению по выражению:

К рТ 1 ( К р 1) / Т /10, (3.13) где T – постоянная времени, определяемая по табл. 3.8 .

–  –  –

В соответствии с [8, 11] расчет электрических нагрузок осуществляется в виде таблицы (табл. 3.9) .

Таблица 3.9 – Форма таблицы для расчета электрических нагрузок ЭП

Для составления таблицы предварительно необходимо:

- определить рабочую смену с наибольшим потреблением электроэнергии и выделить характерные сутки;

- учесть особенности технологического процесса, влияющие на электропотребление, выделить ЭП с высокой неравномерностью нагрузки для последующего расчета по максимуму эффективной нагрузки;

- исключить из расчета ЭП: малой мощности; резервные; включаемые эпизодически или кратковременно. Резервные электроприемники, сварочные трансформаторы и другие ремонтные ЭП, а также ЭП, работающие кратковременно (пожарные насосы, задвижки, вентили и т.п.), при подсчете расчетной мощности не учитываются (за исключением случаев, когда мощности пожарных насосов и других противоаварийных ЭП определяют выбор элементов сети электроснабжения);

- определить j-группы ЭП (в строке j-группы электроприемники имеют индекс i 1...n ), обладающих одинаковым режимом работы, и выделить из них подгруппы, имеющие одинаковое значение индивидуального коэффициента использования .

Расчетная таблица (табл. 3.9) содержит j строк и 18 колонок: 7 колонок исходных данных и 11 колонок расчетных данных. Колонки 2–3 являются данными, определяемыми заданием; колонки 5–7 являются справочными данными электроприемников .

Исходные данные для расчета заполняются на основании полученных заданий на проектирование электротехнической части (графы 1–4) и согласно справочным материалам (графы 5–7), в которых приведены значения коэффициентов использования К и и коэффициентов активной cos и реактивной мощности tg для индивидуальных ЭП .

–  –  –

24) найти в строке «Всего:» расчетный ток электрической сети по суммарным данным «Всего:» колонки 17 по формуле (3.20):

I pасч S pасч /( 3 U ном) .

Для автоматизации расчета следует использовать редактор Microsoft Excel – «электронная таблица» .

Например, результаты расчета цеховых электрические нагрузки на шинах ТП 10/0,4 кВ в сети напряжением 380 В сведены в табл. 3.10 .

–  –  –

Результирующая нагрузка на стороне высокого напряжения ТП определяется с учетом средств компенсации реактивной мощности и потерь мощности в силовых трансформаторах ТП .

3.5 Компенсация реактивной мощности при расчете электрических нагрузок При проектировании электроустановок следует стремиться к тому, чтобы расчеты электрических нагрузок и средств компенсации реактивной мощности (КРМ) производились одновременно. Это позволяет выполнить в один этап расчеты электрических нагрузок, выбор средств КРМ, определение количества и мощности устанавливаемых трансформаторных подстанций .

Если при РЭН осуществляется лишь предварительный выбор количества и мощности трансформаторных подстанций, то расчет средств КРМ должен быть выполнен впоследствии.

При выборе средств КРМ рекомендуется принимать следующие значения коэффициентов загрузки К загр силовых трансформаторов в нормальном режиме:

- 0,7; 0,8; 0,9 – для масляных трансформаторов с нагрузкой, преимущественно отнесенной к категориям I, II, III соответственно;

- 0,6; 0,7; 0,8 – для сухих трансформаторов с нагрузкой, преимущественно отнесенной к категориям I, II, III соответственно .

Допускается перегрузка масляных трансформаторов сверх номинального тока до 40% общей продолжительностью не более 6 ч. в сутки в течение 5 суток подряд при полном использовании всех устройств охлаждения трансформаторов, если подобная перегрузка не запрещена инструкциями заводовизготовителей .

В соответствии с правилами недискриминационного доступа к услугам по передаче электрической энергии и оказания этих услуг, утвержденными постановлением Правительства Российской Федерации, устанавливаются требования к расчету значений соотношения активной и реактивной мощности. Значение коэффициента реактивной мощности tg max в часы больших суточных нагрузок электрической сети (табл.

3.14) обеспечивается потребителями посредством соблюдения режимов потребления электрической энергии (мощности) либо использования устройств КРМ QКРМ :

–  –  –

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кабышев А.В. Электроснабжение объектов. Ч.1. Расчет электрических нагрузок, нагрев проводников и электрооборудования: учебное пособие / А.В .

Кабышев. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2007 .

2. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: учебник для студентов вузов. – 2-е изд. – М.: Интермет Инжиниринг, 2006 .

3. Кудрин Б.И. Расчет электрических нагрузок потребителей: история, состояние, комплексный метод // Промышленная энергетика. – 2015. – № 5 .

4. Кудрин Б.И., Цырук С.А. Электроснабжение, инвестиционное проектирование и закрытие проблемы расчёта электрических нагрузок // Электрика. – 2006. – № 4 .

5. Лещинская Т.Б., Наумов И.В. Электроснабжение сельского хозяйства .

– М.: КолосС, 2008 .

6. НТП ЭПП-94 (Нормы технологического проектирования). Проектирование электроснабжения промышленных предприятий. – М.: «ВНИПИ Тяжпромэлектропроект», 1994 .

7. Перспективы повышения эффективности электроэнергетического комплекса Кубани. Электрогериатрия – совершенствование эксплуатации изношенного электрооборудования: монография / Сазыкин В.Г., Кудряков А.Г., Нетребко С.А., Пронь В.В. – Краснодар: КубГАУ, 2012 .

8. Пособие к «Указаниям по расчету электрических нагрузок» (вторая редакция). – М.: «ВНИПИ Тяжпромэлектропроект», 1993 .

9. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2007 .

10. РД 34.20.178. Методические указания по расчету электрических нагрузок в сетях 0,38–110 кВ сельскохозяйственного назначения. Руководящие материалы по проектированию электроснабжения сельского хозяйства. Дата актуализации 12.02.2016. – М.: Сельэнергопроект, 2016 .

11. РТМ 34.18.32.4-92 Указания по расчету электрических нагрузок. Инструктивные и информационные материалы по проектированию электроустановок. – М.: «ВНИПИ Тяжпромэлектропроект», 1993 .

12. СП 31-110-2003. Свод правил по проектированию и строительству .

Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий. – М.: Госстрой России, 2004 .

13. Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред. Ю.Г .

Барыбина. – М.: Энергоатомиздат, 2000 .

14. Справочник по энергоснабжению и электрооборудованию промышленных предприятий и общественных зданий / Под общ. ред. профессоров МЭИ (ТУ) С.И. Гамазина, Б.И. Кудрина, С.А. Цырука. – М.: Издательский дом МЭИ, 2010 .

Расчет электрических нагрузок в системах электроснабжения АПК

–  –  –





Похожие работы:

«Journal of Intellectual & Developmental Disability, Vol. 24, No. 3, pp. 191-205, 1999 Изменение стиля взаимодействия взрослого с ребенком как положительный фактор для детей с синдромом Ретта Ian M. Evans, University of Waikato, Hamilton, New Zealand Luanna H. Meyer, Massey University, Palm...»

«Геннадиевич ОРГАНИЗАЦИЯ НАУЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КУРСАНТОВ ВОЕННЫХ УЧИЛИЩ В УСЛОВИЯХ ЛИЧНОСТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ОБУЧЕНИЯ Специальность 13.00.01 — Общая педагогика Автореферат диссертации на с...»

«Муниципальное общеобразовательное учреждение Рахмановская средняя общеобразовательная школа имени Е.Ф.Кошенкова Павлово-Посадского муниципального района Московской области 142520 Московская область телефон (49643) 77-133 Павлово-Посадский район E-mail: rahmanovo-school@mail.ru село Рахманово дом...»

«КАЛЬКОВА ГАЛИНА ВЛАДИМИРОВНА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ КАДРОВ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 13.00.08 — Теория и методика профессионального образовани...»

«1 Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования "Центр народной педагогики имени К.С.Чиряева" муниципального района “Верхневилюйский улус (район)” Республики Саха (Якутия) УТВЕРЖДЕНА: Педагогическим советом МБУ ДО "Центр народной педагогики им.К.С.Чиряева" протокол № от " " 2016 года дир...»

«УДК 37.016:811.111 Малушко Елена Юрьевна МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ИНОЯЗЫЧНОЙ ПРОФИЛЬНОЙ АУДИТИВНОЙ КОМПЕТЕНЦИИ МАГИСТРАНТОВ ЛИНГВИСТИКИ (на основе инфокоммуникационной технологии подкастов, английский язык) 13.00.02 – теория и методика обучения и...»

«Дорогой друг! Рабочая тетрадь, которую ты открыл, является приложением к учебному пособию для второго класса "Адыгабзэр сигуапэу зэсэгъашIэ" (Адыгейский язык учу с удовольствием!). Выполняя задания в этой тетради, ты сможешь закреплять и совершенствовать знания, которые ты получил, работая с учебны...»







 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.