Основные принципы расчета нагрузок приемников электроэнергии

Как известно, в технических данных элемента системы электроснабжения указывается неизменная во времени токовая нагрузка, длительно допустимая по условиям его нагрева I_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 расч I 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 расч I, 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 расч I всегда превышает эффективный I_э и тем более средний I_с токи. Отсюда вытекает неравенство

 

I_maxt≥ I_рас ≥ Iэ ≥ I с

 

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

Это неравенство дает достаточно наглядную, однако, слишком грубую оценку расчетной нагрузки I_рас . Гораздо большая точность в оценке достигается с помощью понятия максимума средней (или эффективной) нагрузки I _{мах Q} за скользящий интервал времени Q.

Действительно, поскольку нагрев проводника является результатом воздействия на него нагрузки за некоторое время, средняя нагрузка I_Q за интервал времени Q характеризует нагрев проводника более точно, чем наибольшая мгновенная нагрузкаI _махt, в том же интервале. Нетрудно убедиться, что существует оптимальная длительность интервала осреднения Q _ОПТ, при которой средняя нагрузка I_Q при прочих равных условиях наиболее точно характеризует изменение нагрева проводника за время t +Q_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 Q связь между значениями средней нагрузки и наибольшего перегрева в данном интервале будет потеряна. Следовательно, оптимальное значение Q _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. Q = 3*T₀.

После того как найдено наибольшее значение I _{мах ОПТQ} остается найти соответствующее значение расчетной нагрузки расч I. Практически с достаточно большой степенью точности можно принять

I_рас = I _{мах ОПТQ}

 

Таким образом, максимальная средняя нагрузка за интервал времени Q _ОПТ = 3 Т ₀ принимается равной расчетной нагрузке расч I, 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 наиболеезагруженной 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 УД э и выпускаемой за год продукции М по формуле

 

Р_рас=Э_уд*М/Т_max

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 F_ц по формуле

 

Р_рас= Р _УДF_ц

 

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 нагрузок Р _УДОН = 8... 25 Вт/м2, а для силовых нагрузок Р _УДСН 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 м2 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

 

Р_рас=К_сР_нор

 

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

3. По коэффициенту расчетной активной мощности Р_к.

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).