3.1.2. Расчетный уровень электропотребления

Основным методом расчета потребления электроэнергии является прямой счет, основанный на применении укрупненных норм удельных расходов электроэнергии на одного человека, единицу продукции или оказываемых услуг с учетом плановых данных о развитии промышленности, электрификации быта и коммунального хозяйства города. При наличии прогрессивных норм удельного расхода электроэнергии годовой объем потребления может быть найден из выражения:

W = w M, (3.1)

где w - норма удельного расхода электроэнергии, кВтч/год на единицу измерения;

М - наименование единиц измерения, например, численность населения города или годовой объем выпуска продукции.

Удельные расходы электроэнергии для различных производств приводятся в отраслевых инструкциях. При разработке генеральных планов городов рекомендуется пользоваться удельными нормами, приведенными в Пособии по проектированию городских и поселковых электрических сетей (ВСН 97-83). В эти нормы входят расходы электроэнергии жилыми и общественными зданиями, коммунальными предприятиями городским электротранспортом, предприятиями водоснабжения, канализации и теплоснабжения, а также уличного освещения.

Разработка проектов систем электроснабжения основывается на исследовании фактических и определении перспективных электрических нагрузок потребителей (табл. 3.1). Электрическая нагрузка - это величина, характеризующее потребление активной (Р, кВт), реактивной (Q, кВАр) и полной мощности (S, кВА) отдельным или группой электроприемников системы электроснабжения.

Таблица 3.1

Ожидаемый уровень электропотребления в городах, кВтч/год 1чел

	Уровень электрификации
Города	1		2
	1-я очередь	2-я очередь	1-я очередь	2-я очередь
Крупнейшие	1500	2050	2000	2500
Крупные	1370	1870	1820	2300
Большие	1250	1700	1650	2100
Средние	1130	1530	1500	1900
Малые	1000	1360	1320	1680
Поселки	650	950	1050	1350

Изменение нагрузки в течение суток, месяца или года называют режимом работы электроприемников. Динамика происходящих изменений может быть представлена в виде индивидуальных или групповых графиков нагрузки. В формирование графиков нагрузки большую роль играют случайные факторы. Поэтому электрическая нагрузка должна рассматриваться как случайная функция ряда переменных величин. Например, нагрузки жилых зданий зависят от состава, мощности, частоты пользования, числа одновременно включенных в сеть приборов и других факторов. В результате графики нагрузок жилых зданий имеют ярко выраженные максимумы в утренние и вечерние часы. Кроме этого, они различаются по дням недели и временам года. Графики нагрузок других городских потребителей электроэнергии также имеют свои индивидуальные особенности, которые обусловлены составом, режимом и характеристиками соответствующих электроприемников, а также случайными факторами.

Правильное установление расчетной нагрузки является гарантией выбора рациональной системы электроснабжения. При проектировании систем электроснабжения в качестве расчетной принимается максимальная нагрузка установленной продолжительности. Продолжительность расчетного максимума принимается исходя из допустимого теплового воздействия электрического тока на элементы сетей. В нашей стране для всех элементов городских систем электроснабжения этот интервал принимают равным 30 минутам.

Существующие способы расчета электрической нагрузки различаются в зависимости от вида и режима функционирования потребителей. Определение расчетной электрической нагрузки потребителей ведется:

по годовому расходу активной энергии

P_p = W/T_m, (3.2)

где Т_m - число часов использования максимума нагрузки, час/год;

по удельной плотности максимальной нагрузки (Р_уд) на семью, квартиру, 1 м² площади или другие единицы измерения

Р_р = Р_уд М; (3.3)

с помощью системы безразмерных коэффициентов, характеризующих режим работы электроприемников

Р_р = К_с Р_у, (3.4)

где Р_у - установленная номинальная мощность электроприемников, кВт;

К_с - коэффициент спроса, характеризующий отношение расчетной нагрузки к номинальной.

В общем случае коэффициент спроса группы электроприемников определяется как произведение коэффициент использования К_и и коэффициент максимума К_м, которые равны:

К_и = Р_ср/Р_у, (3.5)

К_м = Р_р/Р_ср, (3.6)

где Р_ср - средняя активная нагрузка рассматриваемой группы электроприемников, определяемая делением величины расхода электроэнергии за смену на ее продолжительность.

Расчетные электрические нагрузки жилых зданий определяются по ВСН - 59-88, согласно которым за основу принимается удельная нагрузка квартиры с общей площадью 55 м² .В табл. 3.2 приводятся значения удельных расчетных нагрузок жилых домов в зависимости от числа и уровня электрификации квартир.

В соответствии с этим расчетную нагрузку квартир определяют по формуле:

P_p = (p_кв + p_корд) n_iкв k_1i k_2i, (3.7)

где р_кв, р_конд - удельная расчетная нагрузки электроприемников квартир посемейного заселения и бытовых кондиционеров, кВт/квартиру;

n_iкв - количество квартир с i-й площадью;

k_1i- коэффициент, учитывающий рост нагрузок при увеличении общей площади i-й квартиры свыше 55 м² и принимаемой равной в жилых домах с газовыми плитами k =1+0,01(F_i-55) и с электроплитами k =1+0,005(F_i- 55);

k_2i - коэффициент, учитывающий вид расселения семей в i-й квартире и принимаемый: k_2i = 1 с поквартирным заселением, k_2i =1,5 с покомнатным заселением до 3-х семей, k_2i = 2 при 4-х и более семей.

Таблица 3.2

Удельная электрическая нагрузка на 1 квартиру, кВт

Характеристика квартиры	Количество квартир
	1-3	12	24	40	100	200	400	600	1000
Квартиры с топливными плитами: - природный газ	4,5	1,45	1,0	0,8	0,6	0,5	0,45	0,43	0,4
- твердое топливо и сжиженный газ	5	1,65	1,15	1,0	0,8	0,75	0,7	0,65	0,55
Квартиры с электроплитами мощностью : - до 5,5 кВт	6	2,4	1,8	1,5	1,15	1,0	0,9	0,85	0,8
- до 8 кВт	7	2,5	1,8	1,5	1,15	1,0	0,9	0,85	0,8

Расчетная нагрузка питающих линий лифтовых установок определяется по формуле:

, (3.8)

где К_с - коэффициент спроса;

P_xi - установленная мощность электродвигателя лифтовой установки, кВт;

ПВ_i - продолжительность включения электродвигателя i-й лифтовой установки;

Р_дi - дополнительная нагрузка от освещения, тормоза и автоматов управления i-той лифтовой установки, кВт.

Расчетная нагрузка на вводе жилого дома (без встроенных потребителей) Р_жд определяется как сумма нагрузки квартир (Р_кв ), силовых электроприемников (Р_с ) с учетом коэффициента участия этих потребителей в максимуме нагрузки квартир, равного 0,9, и нагрузки нежилых помещений (Р_нж), встроенных в жилые здания :

Р_жд = Р_кв + 0,9Р_с + Р_нж. (3.9)

Расчетные нагрузки на вводах в общественные здания и коммунально-бытовые предприятия определяют в соответствии с проектами их внутреннего электрооборудования и освещения или по удельным электрическим нагрузкам, приведенным в табл. 3.3. Тогда расчетную электрическую нагрузка этих предприятий и зданий можно определить по выражению (3.3).

В городском водопроводно-канализационном хозяйстве электроэнергия используется для подъема и подачи воды потребителям и отвода сточных вод. Расход электроэнергии на эти цели зависит прежде всего от расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды населения и этажность застройки. Расчетная электрическая нагрузка насосной станции может быть определена по формуле:

, (3.10)

где  - объемная плотность жидкости, кг/м³;

Q - подача насоса, м³/c;

H - создаваемый напор, м;

_н – коэффициент полезного действия насосной установки.

Таблица 3.3

Удельные электрические нагрузки общественных зданий и коммунально-бытовых предприятий

Наименование, назначение здания, учреждения	Расчетная ед. измерения	Число расчетных ед измерений на 1000 чел	Удельная эл. нагрузка Руд, кВт/ед	Коэф. участия в максимуме нагрузки	Коэф. мощности cosY	Удельный расход эл. энергии, кВтч/ед
Столовая, кафе	п.место	40	0,9	0,9	0,97	1500/2500
детский сад ясли	место	90	0,3	1	0,95	100/200
школы	учащ.	240	0,14	1	0,95	50/100
продовольственные магазины	раб.м.	10	2	0,9	0,75	4000
промтоварные магазины	раб.м.	10	1,5	0,8	0,85	4000
больницы	койка	13,5	0,8	1	0,95	600/1000
поликлиники	посещ.	35	0,7	0,9	0,9	200
общежития	место		0,15	0,5	0,95
гостиницы	место	6	0,12	0,6	0,9
администрации	м2		0,04	0,9	0,9

Расчетная нагрузка линий и ТП городского электротранспорта определяется в зависимости от объема перевозок и радиуса действия тяговых подстанций. Объем работы электротранспорта определяют по выражению

, (3.11)

где Ч - численность населения, чел.;

Р - транспортная подвижность населения, число поездок, приходящихся на 1 человека в год;

 - доля перевозок, приходящихся на данный вид транспорта;

L - средняя дальность поездки, км.

Зная годовой объем перевозок (А) и удельный расход электроэнергии (w) на привод электротранспорта, можно определить объем потребления электроэнергии на эти цели:

W = wA/Bk_з, (3.12)

где B - нормальная вместимость вагонов, чел.;

k_з - коэффициент заполнения салона.

Тогда расчетная нагрузка линий и ТП от электротранспорта составит

Р = W/ Т_м, (3.13)

где Т_м - число часов использования максимума активной нагрузки электротранспорта.

Расчетная электрическая нагрузка линии, питающих системы уличного освещения городов, определяется по удельным расчетным нагрузкам (р) на единицу длины улицы различного назначения:

Р_о =  р_оi L _i, (3.14)

где р_0i - удельная мощность светильников системы уличного освещения для улиц i-ой категории, кВт/км;

L_i - длина улиц i-ой категории, км.

Потребители электроэнергии размещаются на территории города произвольно, поэтому отдельные элементы системы электроснабжения могут использоваться для совместного питания. В этом случае расчетная нагрузка находиться путем совмещения графиков нагрузки подключаемых потребителей. Допускается расчетную нагрузку элементов системы электроснабжения определять как сумму максимальных нагрузок присоединяемых потребителей с учетом разновременности наступления их максимума.

Таким образом, расчетная электрическая нагрузка линий и трансформаторных подстанций определяется по формуле

Р_о = Р_мах + к_мiР_i, (3.15)

где Р_мах - наибольшая из нагрузок, питаемая от рассматриваемой линии или ТП;

Рi - все остальные нагрузки этой линии или ТП;

k_мi - коэффициент участия нагрузки i-го потребителя относительно максимума нагрузки потребителя с Р_мах.

Расчетные нагрузки элементов сетей 6-10 кВ определяются умножением суммы активных расчетных нагрузок трансформаторов отдельных ТП, присоединенных к рассматриваемому элементу сети, на коэффициент совмещения максимумов, принятый по табл. 3.4.

Таблица. 3.4

Коэффициент совмещения для нагрузки трансформаторов

Характеристика нагрузки	Число трансформаторов
	до 5	6-10	11-20	21-40
Жилая застройка	0,9	0,89	0,87	0,86
Смешанная нагрузка: -однородные потребители 68-75% -однородные потребители 45-50%	0,85 0,78	0,75 0,7	0,72 0,65	0,68 0,63

При выполнении предварительных расчетов, когда имеются только общие данные о новой жилой застройке, ориентировочная оценка нагрузки рассматриваемого района может быть произведена по удельной нагрузке всех потребителей, приведенных к шинам ТП и отнесенных к 1м² жилой площади. Приведенные в табл. 3.5 данные учитывают нагрузки всех встроенных и отдельно стоящих учреждений и зданий района.

Таблица 3.5

Удельная нагрузка жилой застройки, Вт/м² жилой площади

Застройка	Тип кухонной плиты
	на природном газе	на твердом топливе	электрическая
Микрорайон	12,0-14,2	16,0-18,2	21,1-23,2
Район	13,4-15,6	17,4-19,6	22,8-25,0