ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
Первым этапом проектирования системы электроснабжения является определение электрических нагрузок. По величине электрических нагрузок выбирают электрооборудование системы электроснабжения (силовые трансформаторы, коммутационную аппаратуру, провода, кабели, аппаратуру измерений и защиты и др.), определяют потери мощности, электроэнергии, напряжения. Поэтому от правильной оценки нагрузок электрических сетей зависит надёжность и бесперебойность работы системы электроснабжения.
При проектировании системы электроснабжения потребители электроэнергии рассматриваются в качестве нагрузок. Электрической нагрузкой в соответствии с ГОСТ 19431-84 называется мощность, потребляемая электроустановкой в установленный момент времени. При применении переменного тока полная мощность складывается из активных и реактивных составляющих, поэтому различают полную, активную и реактивную нагрузки. Часто понятие нагрузки распространяется также на электрический ток (токовая нагрузка), а иногда и на электрическое сопротивление (например, в виде сопротивления задается допустимая нагрузка вторичных цепей трансформаторов тока).
Нагрузка линий задаётся в следующем виде: активной мощностью Р, реактивной мощностью Q, полной мощностью S или током I.
Для характеристик потребляемой мощности пользуются следующими понятиями:
1. Номинальная активная мощность приёмника электроэнергии – это мощность, указанная на заводской табличке или в паспорте приёмника электроэнергии (для источника света – на колбе или цоколе), при которой приёмник электроэнергии должен работать. Номинальная мощность светильников с лампами накаливания совпадает с потребляемой мощностью, а светильников с разрядными лампами с мощностью только ламп (без учёта потерь мощности в пускорегулирующих устройствах). Номинальная мощность электродвигателя – это мощность на валу при номинальной продолжительности включения.
2. Под номинальной реактивной мощностью приёмника электроэнергии понимают реактивную мощность, потребляемую им из сети (знак плюс) или отдаваемую в сеть (знак минус) при номинальной активной мощности и номинальном напряжении.
3. Установленная мощность – это сумма номинальных мощностей однородных электроприёмников.
4. Присоединённая мощность – это мощность, которую потребляет из сети потребитель при полной его нагрузке. Присоединённая мощность равна установленной для всех электроприёмников, кроме электродвигателей. Для электродвигателей присоединенная мощность зависит от коэффициента загрузки рабочей машины, коэффициента полезного действия и коэффициента мощности.
5. Средняя активная мощность группы электроприем-ников
, (1.1)
где W – расход электроэнергии за рассматриваемый отрезок времени t.
Чаще всего необходимо знать среднюю мощность за смену Рср.см и за год Рср.г
; (1.2)
. (1.3)
6. Коэффициент использования активной мощности одного (Киа) или группы (Киа) электроприемников представляет собой отношение средней активной мощности отдельного приемника или группы приемников за наиболее загруженную смену к номинальной мощности
; (1.4)
. (1.5)
Пропускную способность системы электроснабжения и номинальную мощность источников электроэнергии выбирают по максимальному или определённому по некоторому среднему за определённый промежуток времени значению нагрузки, которое называется расчетной нагрузкой.
Расчетные активная Рр, реактивная Qр и полнаяSр мощности определяются по выражениям, известным из курса ТОЭ
; (1.6)
Qp = Pp·tgφp; (1.7)
. (1.8)
Из-за сложности определения расчетных cosφp и tgφp допускается их принимать равным средним значениям: cosφp = cosφср, tgφp = tgφср.
Графики электрических нагрузок
Электрическая нагрузка – величина непрерывно изменяющаяся: одни потребители включаются, другие отключаются, изменяется мощность, потребляемая электродвигателями из сети, растёт уровень электрификации быта. Изменения нагрузки во времени принято изображать в виде графика нагрузки.
График нагрузки – это зависимость активной, реактивной или полной мощности от времени. Графики нагрузки строят суточные (изменение нагрузки от 0 до 24 часов) и годовые (от 0 до 8760 часов).
Суточные графики строятся на действующих объектах по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии, производимым каждый час. Графики дают среднее значение нагрузок в течение часа и должны строиться ступенями (рис. 1.1, а, б).
Для суточного графика характерны следующие величины:
- максимум активной нагрузки Рм;
- максимум реактивной нагрузкиQм;
- коэффициент мощности максимума tgφ = Qм/Рм;
- суточный расход активной энергии Wсут;
- суточный расход реактивной энергии Vсут;
- коэффициент заполнения суточного графика активной энергии
. (1.9)
Значениями мощности РMIN, Рср и Рмах (см. рис. 1.1, а) суточный график нагрузки делится на три характерные части: базисную (0 < Р ≤ РMIN), полупиковую (РMIN < Р ≤ Рср), пиковую (Рср< Р ≤ Рмах).
Годовые графики строятся для упрощения анализа, в виде упорядоченной диаграммы по убывающим ординатам активной и реактивной нагрузок в течение года. Поэтому эти графики называют графиком продолжительности нагрузок. Приближенно годовой график можно построить по двум характерным суточным графикам: один – за летний день (июнь), а другой – за зимний день (декабрь), как показано на рис. 1.1,а,б. При этом условно можно принять, что продолжительность зимнего периода для сельских потребителей равна 200 суток, а летнего – 165 суток. Построение годового графика начинают с максимума и выполняют в порядке постепенного снижения мощностей, для чего через оба суточных графика проводят ряд горизонтальных линий, расстояние между которыми выбирают с желаемой точностью построения. На горизонтальных линиях, на годовом графике откладывают времена, определяемые из выражения:
Тi = 200∙tзг + 165∙tлг, (1.10)
где tзг, tлг – длительность нагрузки Pi соответственно на зимнем и летнем суточном графике.
Для годовых графиков характерны следующие величины:
- максимумы нагрузки Рм, Qм;
- годовой расход активной и реактивной энергииWг, Vг;
- число часов использованиямаксимума нагрузки
. (1.11)
Число часов использования максимума нагрузки является важнейшей характеристикой графика электрических нагрузок. Оно показывает, сколько часов в году электроустановка должна была бы работать с максимальной нагрузкой, чтобы потребить из сети такое же количество электроэнергии, как и при работе по действительному графику нагрузок.
- средневзвешенный tgφ
; (1.12)
- коэффициенты заполнения годового графика активной энергии
(1.13)
Зная графики нагрузки объекта, можно определить все величины, необходимые для проектирования системы электроснабжения.
В проектной практике принято определять наибольшую среднюю нагрузку за 0,5 часа, которая может иметь место на вводе к потребителю электрической энергии и в электрической сети в расчетном году с вероятностью не ниже 0,95. Для определения расчетной нагрузки на графике берут участок, где в течение получаса мощность наибольшая. Если максимум нагрузки на графике длится менее получаса, то находится эквивалентная мощность по формуле:
, (1.14)
где Р1, Р2, Рn – наибольшие нагрузки;
t1, t2, tn – продолжительность действия нагрузок.
Рис. 1.1. Построение годового упорядоченного графика нагрузок коммунально-бытовых
потребителей (в) по характерным графикам зимы (а) и лета (б)