4. Коэффициентом формы индивидуального или группового графика нагрузок

k_{ф(p, q, i)} , К_{ф(P, Q, I)} – называются отношения среднеквадратичного значения мощности (тока) ЭП или их группы за определённый период времени к среднему значению его за тот же период времени:

Коэффициент формы характеризует неравномерность графика во времени; своё наименьшее значение, равное 1,0 он принимает при неизменной во времени нагрузке.

Коэффициент формы группы приёмников одного режима работы (k_и.а и k_ф.а совпадают), но включённых независимо друг от друга определяется:

где n_э – эффективное число приёмников группы (об его определении позже).Эффективное (приведённое) число приёмников группы ЭП определяется достаточно точно формулой:

Правильнее и в числителе и в знаменателе использовать не Р_н , а Т_оср. Однако, как правило, погрешность не велика, а расчёты усложняются.

Если все группы имеют одинаковую номинальную мощность Р_н, то

Если различные номинальные мощности р_нi, то, обозначив через р_н.с. и р_н.ск. среднего и среднеквадратичного номинальной мощности приёмников группы, можно записать:

Тогда:

Где: - коэффициент формы упорядоченной диаграммы номинальных мощностей ЭП группы.

Т.о. из этого выражения имеем, что n_э ≤ n, причём равенство, только, когда р_нi = const

В условиях эксплуатации величину К_ф.а удобнее всего находить по показаниям счётчиков активной и реактивной энергии.

Поясним данную формулу на примере графика нагрузки ЭП по активной мощности за 24 часа. (см. рис. 8).

РИС. 8

Величина Э_а – электроэнергия – за сутки (площадь); ΔЭ_а - за интервал.

- это из понятия среднеквадратичной мощности.

Если , то

Тогда

В тоже время

Средняя активная мощность за время Т:

Тогда коэффициент формы группового графика нагрузки:

что и т.п.

Аналогично определяется К_ф.р для реактивной мощности:

Отметим для себя, что для большинства ЭП с достаточно ритмичным процессом производства К_ф.а изменяется в пределах 1,05÷1,15.

5. Коэффициентом максимума активной мощности k_м.а., К_м.а. называется отношение расчётной активной мощности р_р., Р_р к средней нагрузке р_с., Р_с за исследуемый период времени Исследуемый период времени обычно принимается, равным продолжительностью наиболее загруженной смены. Обычно коэффициент максимума относится к групповым потребителям. - К_м..а, К_м..р и К_м.I;

Коэффициент максимума, связывая две найденные из графика величины – расчётную и среднюю нагрузки представляет собой очень важную характеристику ЭП и графика. Его величина зависит от эффективного (приведённого) числа ЭП и ряда коэффициентов режима электропотребителения приёмников данной группы.

В методе упорядоченных диаграмм, предложенном Г. М. Каяловым и принятом в «Указаниях по определению электрических нагрузок в промышленных установках» устанавливается в общем виде приближённая аналитическая зависимость К_м..а от основных показателей режима работы отдельных независимых ЭП и их эффективного числа n_э (Для справки: имеется ещё метод Харчева М. К)

Упорядоченные диаграммы показателей режима работы определяются экспериментальным путём для наиболее загруженных смен.

При расчёте электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм используются приближённые, эмпирически полученные зависимости, К_м..а от основных показателей режима работы отдельных независимых ЭП.

При n_э ≥5

-коэффициент формы упорядоченных диаграмм для коэффициента использования по активной мощности

- коэффициент формы упорядоченных диаграмм индивидуальных коэффициентов включения и загрузки

-среднее значение коэффициента включения.

Для упрощения расчётов по формуле - , построены семейства кривых К_м.а = f(n_э)

При различных значениях К_и.а (см.рис. 9). Правильнее было бы построение семейства кривых для и т.п. но такой информации нет.

РИС. 9

Для удобства использования вместо кривых используется таблицы в которых приводятся значения К_м.а для различных сочетаний n_э и К_и.а.

Кривые К_м.а = f(n_э) построены при условии постоянной времени нагрева Т_о =10 мин., т.е. Т_оср =30 мин. Этот интервал явно не соответствует режиму нагрева проводника больших сечений, где Т_о гораздо выше. Поэтому при выборе проводов и кабелей по нагреву и значительном превышении их постоянных времени нагрева Т_о над положенной в основу кривых К_м.а = f(n_э), определённый по ним К_м.а должен быть пересчитан на другу продолжительность по формуле:

6. Коэффициентом спроса – К_с.а как и К_м.а относится обычно к групповым графикам. Им называется К_с.а – отношение расчётной (в условиях проектирования) или потребляемой (в условиях эксплуатации) активной мощности к номинальной (установленной) активной мощности группы ЭП.

или

Зная, что : и

В справочных таблицах даётся лишь глубокая оценка К_с.а, которая может быть устойчивой только при высоких К_и.а и большом n. В общем случае при принятии К_с.а = = const получаются большие погрешности в расчётах В принципе, и используя К_с.а, можно достаточно точно определить Р_р. Подставив в выражения для К_м.а в можно получить номограммы и из них определить К_с.а и следовательно Р_р. (как в методе упорядоченных диаграмм)

7. Коэффициент заполнения графика нагрузки: К_з.га – есть отношение средней активной мощности к максимальной за исследуемый период времени (наиболее загруженная смена)

Если учесть, что Р_м.= Р_р., то

К_з.га – относятся к групповым графикам нагрузки. Этот коэффициент играет большую роль для сравнительной оценки суточных и годовых графиков нагрузок. Числовые значения К_з.га при проектировании различных предприятий принимаются по справочной литературе

8. Коэффициент равномерности Максимов нагрузки по активной мощности К_р.м.а – есть отношение суммарного расчётного максимума активной мощности узла СЭС к сумме расчётных максимумов активной мощности отдельных групп ЭП, входящих в данный узел:

Определение эффективного числа ЭП - n_э

Под эффективным (приведённым) числом приёмников группы различных по номинальным по номинальным мощностям и режиму работы приёмников понимается. такое число однородных по режиму работы приёмников одинаковой мощности, которое обуславливает ту же величину расчётной нагрузки, что и исходная рассматриваемая группа различных по номинальной мощности и режиму работы ЭП.

Определение n_э при трёхфазных нагрузках

Формула:

Иногда её применение приводит к сложностям вычисления, правда не сегодня. Но тем не менее возможны следующие упрощения:

1. Если

- номинальная активная мощность наибольшего и наименьшего ЭП в группе.

2. При

Если

Во всех других отраслях порядок определения n_э следующий:

1. Выбирается наибольший по номинальной мощности ЭП рассматриваемой группы.

2. Выбирается наиболее крупные приёмники, Р_н которых равна или больше половины мощности наибольшего ЭП.

3. Определяется число n₁ и их суммарная мощность Р_н1 и суммарная мощность Р_нi наибольших приёмников группы.

4. Определяется число n и суммарная номинальная мощность Р_н всех приёмников группы

5. Находятся значения

6. По специальным кривым или таблицам (2,2 стр25 в мет. книжке) определяется , а за тем из выражения находится

Пример: Определить для группы приёмников длительного режима работы следующих номинальных мощностей:4 по 10 кВт; 5 по 7 кВт; 5 по2,8 кВт; 20 по 1 кВт. Групповой К_и.а =0,1

Рассмотрим возможность применения каждого из способов упрощённого вычисления n_э

Определим величину:

Получается, что следовательно нельзя применять условия

и

Определим n_э третьему способу

1. Наибольший приёмник Р_н =10 кВт

2. Наиболее крупные приёмники Р_н ≥ 0,5 Р_н крупного их 5 штук по 7 кВт;

3.

4.

5.

По таблице 2,2 (мет пос.) находим по

Следовательно

По точной формуле:

т.е. n_э по третьему упрощённому способу практически совпадает с результатом расчёта по точной формуле.

Определение эффективного числа ЭП

при однофазных нагрузках

1. Для ЭП однофазного тока равномерно распределённые по фазам (15% Р_н неравномерно распределённые от суммарной номинальной мощности группы трёхфазных приёмников)

n_э считается таким , как для трёхфазных нагрузок.

2. В обратном случае Р_н.э. – (эквивалентная номинальная мощность) определяется в зависимости от количества и схемы включения однофазных ЭП в трёхфазную сеть.

а) при включении однофазного ЭП на фазное U

при двух – четырёх ЭП: Р_н.э =3Р_н.м.ф.; Р_н.м.ф. – номинальная мощность максимально загруженной фазы.

Пример: Определить Р_н.э однофазного сварочного трансформатора:

В данном случае:

б) при включении однофазного ЭП на линейное U эквивалентной номинальной мощности определяется:

при одном ЭП: Р_н.э =√3Р_н.м.л.;

при двух – четырёх ЭП: Р_н.э =3Р_н.м.л.;

Пример: Определить значения Р_н.э однофазного сварочного трансформатора, включенного на одно из междуфазных напряжений трёхфазной сети 380/220 В;

Пример: Три однофазных сварочных трансформатора, со следующими исходными данными:

Они включены на разные междуфазные напряжения -380/220 В. Определить Р_н.э.

в) при смешанной системе включения двух однофазных ЭП (одного на U_ф, другого на U_л, мощностью Р_н.1 и Р_н.1 ) для определения Р_н.э надо найти:

и в основу расчёта принять большее из них.

Пример: Определить Р_н.э для двух электрических печей сопротивления

Следует в расчётах принимать:

При числе нераспределённых по фазам однофазных ЭП > 4 номинальная мощность каждой фазы определяется суммированием однофазных нагрузок данной фазы и однофазных нагрузок, включенных на линейное напряжение, приведённых к этой фазе и фазному напряжению с помощью специального коэффициента приведения. После такого приведения выбирается наиболее загруженная фаза Р_н.м.ф по которой вычисляется Р_н.э =3Р_н.м.ф.. Эффективное число ЭП n_э трёхфазной группы приёмников, эквивалентных по номинальной мощности однофазным приёмникам определяется так же, как и для трёхфазных нагрузок с поправкой на коэффициент приведения.

Р_н.ф – номинальная (приведённая к ПВ = 100%) мощность однофазного ЭП, включённого на U_ф; Р_н.л - U_л. Р_прив – коэффициент приведения нагрузок; n₁ – число ЭП подключённых к наиболее загруженной фазе; n^/₁ – приведённых.

Характерные расчётные точки

и методы расчёта нагрузок

В СЭС промышленного предприятия и с/х существует несколько характерных мест определения расчётных нагрузок. Рассмотрим схему (см. рис.10).

РИС. 10

1. – Определениё расчётной нагрузки создаваемой одним ЭП : U до 1000 В. Необходимо для выбора сечения провода или кабеля подходящему к данному ЭП и аппарата их присоединения (АВМ или предохранитель).

2. – Определение Р_р, создаваемое группой ЭП до 1000 В. Необходимо для выбора радиальной линии или выбора магистрали и аппарата их присоединения к РП (0,69-0,4 кВ).

3. - Определение Р_р, на НН (0,69-0,4) цеховой ТП отдельными крупными ЭП. Необходимо для определения сечений линий, отходящих от шин ТП (0,69-0,4 кВ).

4. – Определение общей расчётной нагрузки на шинах НН ТП (0,69-0,4 кВ). Необходимо для выбора числа и мощности цеховых трансформаторов, сечения и материала шин ТП и отключающих аппаратов, установленных на стороне НН (4).

5. - Определение Р_р, создаваемой на шинах 6-10 кВ отдельными ЭП, или отдельными

цеховыми трансформаторами с учётом потерь в них. Необходимо для определения сечения проводов линий, отходящих от шин РП и питающих цеховые трансформаторы ВН, а так же для выбора отключающих аппаратов.

6. – Определение общей расчётной нагрузки на шинах каждой секции РП. Необходимо для выбора сечения и материала шин 6-10 кВ РП, сечения линий, питающих секции и отключающей аппаратуры со стороны секции ГПП 6-10 кВ.

7. – Определение общей Р_р, на шинах 6-10 кВ каждой секции ГПП. Необходимо для выбора числа и мощности понизительных трансформаторов, выбора сечения и материала шин ГПП, выбора отключающей аппаратуры.

8. - Определение расчётной нагрузки со стороны высшего напряжения 35-220 кВ трансформатора ГПП. Необходимо для выбора сечений ЛЭП и аппаратуры присоединения и отключения трансформаторов и питающих линий.

В зависимости от места присоединения расчётных нагрузок и стадии проектирования применяются и методы их подсчёта, - более точные или упрощённые.

Основные методы определения расчётных (ожидаемых) электрических нагрузок применяется в настоящее время в практике проектирования электроснабжения промышленных предприятий, могут быть разделены на три группы:

1. Методы, определяющие расчётную нагрузку путём умножения номинальной мощности на коэффициент, меньший единицы (например: по Р_уст, и коэффициент спроса).

2. Методы, определяющие расчётную нагрузку путём умножения средней нагрузки на коэффициент > или = 1 (метод по средней мощности и коэффициенту формы, по Р_р, и К_м.а – метод упорядоченных диаграмм), либо путём добавления к величине средней нагрузки, некоторой величины, характеризующей отклонения расчётной нагрузки от средней: (статистический метод) – в с/х – рассмотрим далее.

3. Методы определения Р_р, по удельным показателям производства:

а) – по удельному расходу электроэнергии на единицу продукции.

б) – по удельной нагрузке на единицу производственной площади.

Определение расчётной нагрузки

по установленной мощности и коэффициенту спроса

Расчётная нагрузка для группы однородных по режиму ЭП определяется:

К_с.а – принимается по справочникам. Для средней величины К_включ. =0,8; К_с. – определяется следующей таблицей в зависимости от К_и.а :

Расчётная нагрузка узла системы электроснабжения (цеха, корпуса, предприятия) определяется суммированием Р_р, отдельных групп ЭП, входящих в данный узел с учётом коэффициента разновременности максимумов нагрузки:

К_р.м =0,85-1,0 в зависимости от нахождения данного узла в СЭС (0,85-1,0- АП ВН , системы внутреннего электроснабжения, предприятия; 0,9-1,0- для шин электроснабжения предприятия, шин ГПП)

Определение расчётной нагрузки по удельной

нагрузке на единицу производственной площади

Может быть определена по формуле:

F – площадь размещения ЭП группы, м²; - удельная расчётная нагрузка на 1 м² производственной площади, кВт/м²; - определяется для подобных цехов уже эксплуатируемых. Т.о. - определяется по статистическим данным. Перспективы применения метода высоки, когда будет статистика. Сейчас не актуально.

Определение расчётной нагрузки по удельному

расходу электроэнергии на единицу продукции

Для ЭП, имеющих, неизменные или мало меняющиеся графики нагрузки Р_р, принимается равной средней в наиболее загруженную смену. К таким ЭП относятся электроприводы вентиляторов, воздуходувок, насосов, преобразовательных агрегатов электролизных установок, печи сопротивления, большинство приёмников бумажной и химической отраслей промышленности Коэффициенты включения К_в.а = 1, а коэффициенты загрузки практически неизменны. Именно для таких ЭП следует применять этот метод:

Э_а.у – удельный расход электроэнергии на единицу продукции, кВт·ч; М – количество продукции за смену; Т_с.м – продолжительность наиболее загруженной смены, ч. Э_а.у – в справочных материалах.

Определение расчётной нагрузки по

методу упорядоченных диаграмм

Этот метод положен в основу «Временных руководящих указаний по определению расчётной нагрузки промышленных предприятий»

В основу определения Р_р, положен принцип максимума средней нагрузки. Под расчётной, понимается максимальная средняя нагрузка за интервал времени . (см.рис.6)

К_м.а – определяется по кривым К_м.а =f(n_э. К_и.а ) : (рис. 2.7 методички, или по справочнику таблица 2,1-методички)

Если выбираемый по нагреву проводник имеет , то расчётная нагрузка должна быть пересчитана на другой временной интервал большей длительности.

Расчётная реактивная нагрузка группы ЭП с ~ графиком нагрузки:

Определение расчётных нагрузок по вышеприведенным формулам возможно только при n_э ≥4 (нет кривых К_м.а =f(n_э. К_и.а )) . При n_э <4 рекомендуется следующий упрощённый способ.

1. при

n – число фактических приёмников.

2. при числе фактических ЭП >3, но n_э <4

- характерный коэффициент загрузки i – го ЭП.

Расчётная нагрузка для ЭП с мало меняющимся графиком

Для группы ЭП длительного режима работы с практически с постоянным графиком нагрузки ( коэффициент заполнения графика нагрузки за наиболее загруженную смену) К_м.а может быть принят = 1. Расчётная нагрузка: Категория «Б»

Т.е расчётная нагрузка = среднесменной.

Расчётная реактивная нагрузка от СД принимается равной максимальной средней за наиболее загруженную смену, а от статических конденсаторов- номинальной мощности с пересчётом последней на фактическое напряжение сети.

Определение расчётной нагрузки отдельных узлов СЭС

При определении Р_р, отдельных узлов СЭС, включающих в общем случае разнородные силовые ЭП с различным режимом работы, трёхфазного и однофазного тока, напряжением до 1000 В и выше и выше, и осветительные приёмники рекомендуется производить по методике метода упорядоченных диаграмм.

В общем случае в узле СЭС могут быть ЭП с переменными и мало меняющимся режимами работы. Первые ЭП условно относят к группе «А», вторые - к группе «Б».

Расчётные нагрузки узла, состоящего из ЭП групп «А» (m – электроприёмников) и «Б» (f электроприёмников).

Где - расчётная активная, реактивная и полная нагрузка узла; - коэффициент максимума по активной мощности всех ЭП с переменным режимом работы; - максимальные средние активная и реактивная нагрузки i – го ЭП или несколько однотипных ЭП с переменным режимом работы; - то же для ЭП мало меняющимся режимом работы; и - расчётные активные и реактивные нагрузки соответственно группы А и Б.

Определение пиковых нагрузок

Пиковая нагрузка – это максимальная нагрузка длительностью 1-2 секунды. Пиковый ток I_пик группы ЭП, работающих при отстающем токе, с достаточной для практических расчётов точностью определяется как арифметическая сумма наибольшего из пусковых токов ЭД, входящих в группу, и расчётного тока нагрузки всей группы ЭП за вычетом номинального тока с учётом К_и.а –двигателя, имеющего i_пуск .

где: - наибольший из пусковых токов двигателей в группе по паспортным данным; - номинальный , приведённый к ПВ = 100% ток ЭД.

В тех случаях, когда в группе приёмников имеются достаточно мощные СД, их число не велико и их номинальные мощности резко отличаются, пиковый ток может быть определён:

Где: - максимальные средние активная и реактивная мощность СД, имеющего большой пусковой ток;

- суммарные средние активная и реактивная мощности за наиболее загруженную смену;

- коэффициент максимума для группы ЭП без учёта СД, имеющего большой пусковой ток - (часто принимается равным К_м.а для всей группы).

Пиковые нагрузки таких групп ЭП как: электропечи нагрева и осветительные установки, совпадают с расчётными, т.е. , т.к. толчки тока при включении их слишком кратковременны.

В качестве наибольшего пикового тока одного ЭП принимается:

- для ЭД – пусковой ток,

- для печных и сварочных трансформаторов – пиковый ток п паспортным данным.

В случае отсутствия паспортных данных для АД и СД принимается пусковой ток равным , для ДПТ или АД с фазным ротором и ниже. Для печных и сварочных трансформаторов – не менее .

Пиковый ток группы двигателей, которые могут включаться одновременно, необходимо принимать равным сумме пусковых токов этих двигателей -.

Пример: Определить линии, питающей группу ЭД крана, грузоподъёмностью 10 Т. ,имеющих следующие паспортные данные:

Напряжение сети 380 В; коэффициент использования - 0,1.

Определим расчётный ток группы ЭД:

Пусковой ток наибольшего двигателя равен:

Номинальный ток электродвигателя, приведённый к ПВ = 100%:

Теперь: