Режимы нагрузок потребителей электрических систем Потребление электрической энергии

Различают основные группы потребителей электрической энергии: 1)промышленные предприятия; 2)строительство; 3)электрифицированный транспорт; 4)сельское хозяйство; 5)бытовые потребители и сфера обслуживания городов и рабочих поселков; 6)собственные нужды электростанций. Приемниками электроэнергии являются асинхронные электродвигатели, электрические печи, электротермические, электролизные и сварочные установки, осветительные и бытовые приборы, кондиционные и холодильные установки, радио- и телеустановки, медицинские и другие установки специального назначения. Кроме того имеется технологический расход электроэнергии, связанный с ее передачей и распределением в электрических сетях.

Режим потребления электрической энергии. Потребление электрической энергии отдельными предприятиями, населением городов и поселков в течение суток и года неравномерно, что объясняется работой предприятий по сменам с неодинаковой нагрузкой, перерывами между сменами, изменением режима работы в летнее время, праздничные дни, а также внешними факторами: продолжительностью светлой части суток, температурой воздуха и др. Значительную неравномерность вносит нагрузка светильников, возрастающая зимой в утренние и вечерние часы и спадающая днем и ночью, а также летом. Неравномерность потребления электрической энергии затрудняет соблюдение основной работы электрических систем.

Избыток активной мощности приводит к повышению частоты. При этом регуляторы частоты вращения турбин снижают впуск пара в турбины и восстанавливают номинальную частоту в системе. Недостаток активной мощности в системе – к снижению частоты. Этот недостаток устраняется путем ввода резервных генераторов.

Заблаговременная подготовка к вводу в работу генераторов требует прогнозирования потребления активной мощности потребителей.

Для этих целей ведется систематический сбор статистических данных по режимам работы электроустановок и отражается диаграммой изменения мощности (тока) электроустановок во времени (графиком нагрузки).

Различают графики нагрузок электроустановки:

-по виду фиксируемого параметра(P, Q, S и I);

-по периоду времени. По этому признаку их подразделяют на суточные, сезонные, годовые и т. п.;

-по месту изучения и элементу энергосистемы – графики нагрузки потребителей (на шинах подстанций), сетевые графики нагрузки (на шинах районных и узловых подстанций), графики нагрузки энергосистемы, графики нагрузки электростанций.

Графики нагрузки используют для анализа работы электроуста­новок, для проектирования системы электроснабжения, для составления прогнозов электропотребления, планирования ремонтов оборудования, а также в процессе эксплуатации для ведения нормального режима работы.

Суточные графики нагрузки потребителей

Фактический график нагрузки может быть получен с помощью регистрирующих приборов.

Перспективный график нагрузки потребителей определяется в процессе проектирования. Для его построения надо располагать сведениями об установленной мощности электроприемников. Для активной нагрузки

(1.3)

Присоединенная мощность на шинах подстанции потребителей

(1.4)

где и — соответственно средние к. п. д. электроустановок потребителей и местной сети при номинальной нагрузке.

В практике эксплуатации обычно действительная нагрузка по­требителей меньше суммарной установленной мощности. Это обстоятельство учитывается коэффициентами одновременности k₀ и нагрузки k_з. Тогда выражение для максимальной нагрузки потребителя будет иметь вид:

(1.5)

где k_cnp — коэффициент спроса для рассматриваемой группы потре­бителей.

Коэффициенты спроса определяются на основании опыта эксплуатации однотипных потребителей и приводятся в справочной литературе. Средние значения коэффициентов спроса для некоторых промышленных потребителей приведены в табл. 1.5.

Значение максимальной нагрузки Р_тах является наибольшим в году и соответствует обычно периоду зимнего максимума нагрузки Кроме Р_мах для построения графика необходимо знать характер изменения нагрузки потребителя во времени, который при проектировании обычно определяется по типовым графикам.

Типовой график нагрузки строится по результатам исследования анало­гичных действующих потребителей и приводится в справочной литературе в виде, показанном на рис. 1.10

Пример суточного типового графика активной нагрузки потребителя

Рис.1.10.

При известном Р_тах можно перевести типовой график в график нагрузки данного потребителя, используя соотношение для каждой ступени графика:

(1.6)

где n% — ордината соответствующей ступени типового графика, %.

Обычно для каждого потребителя дается несколько суточных графиков, которые характеризуют его работу в разное время года и в разные дни недели. Это — типовые графики зимних и летних суток для рабочих дней, график выходного дня и т. д. Основным является обычно зимний суточный график рабочего дня. Его максимальная нагрузка Р_мах принимается за 100%, и ординаты всех остальных графиков задаются в процентах именно от этого значения.

Кроме графиков активной нагрузки используют графики реактивной нагрузки. Типовые графики реактивного потребления также имеют ординаты ступеней, %, абсолютного максимума:

(1.7)

где tg ф_тах определяется по значению cos ф_тах.

Суточный график полной мощности можно получить, используя известные графики активной и реактивной нагрузок (рис.1.11).

Суточные графики активной, реактивной и полной мощности потребителя

Рис.1.11.

Значения мощности по ступеням графика определяется по выражению

(1.8)

где Р_n и Q_n -— активная и реактивная нагрузки данной ступени в именованных единицах.

Суточные графики районных подстанций

Эти графики определяются с учетом потерь активной и реактивной мощности в линиях и трансформаторах при распределении электроэнергии.

Определение потерь мощности в линиях и трансформаторах при распределении электроэнергии

Потери мощности в линиях

Если известна длина линии l, то ее активное и реактивное сопротивления составляют:

При этом

Потери мощности в трансформаторах и автотрансформаторах

Пусть известны паспортные данные трансформаторов:

Параметры схем замещения двухобмоточных трансформаторов с номинальной мощностью вычисляется по формулам:

Потери мощности в двухобмоточном трансформаторе:

Потери мощности от протекания тока в проводах линий и в обмотках трансформаторов являются переменными величинами, зависящими от нагрузки. Постоянную часть потерь мощности в сети определяют в основном потери холостого хода трансформаторов.

Постоянные потери распределения , и переменные потери , для максимального режима в i-м элементе сети (линии, трансформаторе) находят с использованием методов, известных из курса «Электрические сети». Суммарные потери для любой ступени графика нагрузки подстанции могут быть найдены из выражений

(1.9)

где — нагрузка i-гo элемента сети, соответствующая рассматри­ваемой n-й ступени суммарного графика нагрузки; — нагрузка элемента (линии, трансформатора), при которой определены , .

Построение графика активной нагрузки электрической сети (на шинах районной подстанции):

а – схема сети; б – графики нагрузки отдельных потребителей; в – суммарный график нагрузки.

Рис.1.12.