3. Методы расчета электрических нагрузок потребителей.

При проектировании электроснабжения промышленных предприятий применяется много различных методов определения электрических нагрузок. Их можно подразделить на три основные группы:

1. Методы, определяющие расчетную нагрузку путем умножения номинальной мощности на коэффициент, меньший единицы (метод коэффициента спроса). P_р = k·P_н,

2. Методы, определяющие расчетную нагрузку путем умножения средней нагрузки на коэффициент, больший или равный единице, или путем добавления к средней нагрузке некоторой величины, характеризующей отклонение расчетной нагрузки от средней (метод упорядоченных диаграмм, статистический метод) P_м = k·P_c; P_м = P_c + P,

3. Методы определения электрической нагрузки по удельным показателям производства P_м = k ·G,

где G – объем производства продукции, ед. продукции; k – коэффициент, связывающий объем производства продукции с расчетной нагрузкой, кВт/(ед. продукции).

Метод коэффициента спроса.

Расчетные электрические нагрузки определяются

Р_р = К_с . Р_н ; Q_p = P_p·tgφ.

Величину коэффициента спроса принимают постоянной, не зависящей от числа и мощности электроприемников в группе. При достаточно высоких коэффициентах использования К_и и при большом числе эффективных электроприемников n_э этот метод может быть использован для определения электрических нагрузок насосных и компрессорных установок нефтяной и газовой промышленности. Значительную погрешность дает этот метод при неоднородных графиках нагрузки, большом разбросе индивидуальных коэффициентов использования и малом n_э (от 4 до 10). В этих случаях необходимо использовать методы второй группы.

Метод упорядоченных диаграмм.

Метод упорядоченных диаграмм является основным при разработке технических и рабочих проектов электроснабжения. Перед началом расчета необходимо все электроприемники привести к длительному режиму работы. Для трехфазной нагрузки: для двигателей, работающих в длительном режиме P_н = P_пасп; для двигателей, работающих в повторно-кратковременном режиме P_н = P_пасп√ПВ; для сварочных трансформаторов в кратковременном и повторно-кратковременном режимах P_н = S_паспcosφ_пасп√ПВ; для силовых трансформаторов P_н = S_паспcosφ_пасп.

Для однофазной нагрузки: сначала определяем коэффициент неравномерности нагрузки на каждую фазу .

Однофазные электроприемники, включенные на фазные и междуфазные напряжения и распределенные по фазам с неравномерностью не выше 15%, учитываются как трехфазные той же суммарной мощности. При превышении указанной неравномерности расчетная нагрузка однофазных электроприемников определяется следующим способом:

а) при включении электроприемников на фазное напряжение , где Р_у – условная трехфазная номинальная мощность; Р_ф.max – номинальная мощность максимально нагруженной фазы;

б) при включении однофазных электроприемников на линейное напряжение .

Расчетная максимальная нагрузка группы электроприемников Р_м = К_максР_см = К_максК_иР_ном.

Номинальную мощность Р_ном определяют как сумму номинальных мощностей электроприемников. Р_см – нагрузка за наиболее загруженную смену, Q_см = Р_смtgφ.

Коэффициент максимума активной мощности К_макс определяют по справочным таблицам в зависимости от эффективного числа электроприемников группы n_эф и группового коэффициента использования К_и.

где k_ui - индивидуальный коэффициент использования i-го электроприемника; k_вi - индивидуальный коэффициент включения i-го электроприемника; k_зi - индивидуальный коэффициент загрузки i-го электроприемника;

Эффективное число электроприемников n_эф – это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного максимума Р_макс, что и группа электроприемников, различных по мощности и режиму работы: n_{эф =} .

При числе электроприемников в группе четыре и более принимают n_эф = n (при условии, что отношение номинальной мощности наибольшего эп к номинальной мощности наименьшего m < 3. В том случае, когда m > 3 используют графики по которым находят вспомогательную величину n_эф* = n_эф/n – относительное эффективное число электроприемников, откуда n_эф = n_эф*n. Значения n_эф* находят в зависимости от двух вспомогательных величин: n_* = n₁/n; P_* = Р_ном1/Р_ном, где n₁ – число крупных электроприемников в группе, мощность каждого из которых не менее половины мощности наибольшего эп; Р_ном1 – суммарная номинальная мощность этих крупных электроприемников; Р_ном – суммарная номинальная мощность всей группы. При m > 3 и К_и ≥ 0,2 эффективное число электроприемников n_эф = 2P_номΣ/Р_макс1, где P_номΣ – суммарная номинальная мощность группы электроприемников; Р_макс1 – мощность одного наибольшего эп группы. Когда n_эф > n, следует принимать n_эф = n. При n > 3 и n_эф < 4 расчетная максимальная нагрузка Р_макс = k_зΣР_ном, где к_з – коэффициент загрузки, равный 0,9 для длительного режима и 0,75 для режима ПВ. Для эп с практически постоянным графиком нагрузки величина К_макс принимается равной единице и максимальная расчетная мощность нагрузки определяется по средней мощности нагрузки за наиболее загруженную смену: Р_макс = Р_см = К_иР_ном.

Реактивная максимальная расчетная мощность группы электроприемников с различными режимами работы Q_макс = К_максQ_см. В соответствии с практикой проектирования применяют: Q_макс = 1,1Q_см (при n_э ≤ 10), Q_макс = Q_см (при n_э > 10). Более точно Q_макс определяется из сos_м – коэффициента мощности в период максимальных нагрузок. Q_макс = P_макс tg_м. После определения Р_макс и Q_макс вычисляется полная мощность.

Применение метода ограничено напряжением 1000 В, причем группы электроприемников должны быть достаточно однородными по составу, как правило, этот метод применяется для расчетов нагрузок отдельных трансформаторных подстанций и линий, питающих определенный технологический процесс.

Статистический метод.

Расчетная нагрузка по статистическому методу определяется

Р_м = Р_см + ,

где Р_см – средняя нагрузка, определяемая так же, как и по методу упорядоченных диаграмм;  – принятая кратность уклонения исходя из необходимой достоверности результата, для нормального закона распределения и вероятности непревышения расчетной нагрузкой максимально возможной 0,995 величина  = 3 (так называемая трехсигмовая надежность результата), для вероятности 0,95  = 2,5, при вероятности 0,9 (принятая точность определения эл. нагрузок 10%)  = 1,73;  – среднеквадратическое отклонение графика нагрузок, характеризующее рассеяние нагрузок относительно среднего значения.

Для расчетов по статистическому методу величину  рекомендуется принимать по коэффициенту формы графика K_ф, который может быть задан заранее или рассчитан (K_ф = Р_ск/Р_с). Для групп однородных электроприемников напряжением ниже 1000 В можно воспользоваться упрощенным способом расчета по статистическому методу. Для этого используется приближенная формула:

при этом величина n_э определяется точно так же, как и по методу упорядоченных диаграмм.

Средняя и расчетная нагрузка определяются так же, как и по методу упорядоченных диаграмм

Р_м = К_м· К_и·P_н.

Метод вероятностного моделирования.

Является разновидностью статистического метода. При этом расчетная нагрузка определяется параметрами самого группового графика нагрузки, а не зависимостью расчетной нагрузки от числа эффективных электроприемников. Этот метод используется для расчета электрических нагрузок (выше 1 кВ) предприятий нефтяной промышленности.

Расчетная активная мощность Рр высоковольтных двигателей по этому методу определяется следующим образом:

, при С  0,75М , Р_Р = М, при С  0,75М ,

где С = Р_с – средняя мощность электродвигателя за время включения, М – наибольшая возможная нагрузка установки. При расчетах принимается

, . При отсутствия данных о производительности, напоре, КПД установки принимают коэффициенты k_В =0,77-0,84, k_З = 0,76-0,84.

Метод удельного расхода электроэнергии на единицу продукции.

Метод относится к вспомогательным методам определения электрических нагрузок. Он приемлем для потребителей с неизменной или мало изменяющейся нагрузкой. Для определения расчетной мощности по этому методу необходимо знать удельный расход электроэнергии на единицу продукции Э_уд, количество продукции, выпускаемой за смену или производительность установки за смену М_см и продолжительность наиболее загруженной смены Т_cм . Расчетная мощность в этом случае:

Р_р = Р_см = Э_удМ_см/Т_см.

При наличии данных о годовом объеме выпускаемой продукции М_год расчетную нагрузку можно определить по формуле: Р_р = Р_см = Э_удМ_год/Т_м,

где Т_м - число часов использования максимума активной мощности в год.

Анализируя изломанные методы, следует отметить, что наибольшее применение в практике проектирования систем электроснабжения предприятий нефтяной и газовой промышленности нашел метод упорядоченных диаграмм.