4 Расчет электрических нагрузок

Для выбора числа и мощности трансформаторов, кабелей и шинопроводов, проверки их по нагреву и потере напряжения, выбора коммутационно-защитной аппаратуры и компенсирующих устройств необходимо произвести расчет электрических нагрузок.

Для расчета рекомендуется применять следующие методы: метод коэффициента максимума и средней мощности; метод коэффициента спроса и установленной мощности для определения расчетной мощности цехов предприятия; метод удельных мощностей для определения расчетных нагрузок осветительных сетей.

Существует несколько характерных уровней определения расчетных электрических нагрузок в системах электроснабжения (СЭС) [23].

Рисунок 4.1 - Уровни определения электрических нагрузок

Число уровней зависит от схемы электроснабжения, мощности потребителей, размещения потребителей на территории предприятия. На рисунке 4.1 приведена упрощенная схема электроснабжения предприятия с указанием уровней, на которых проводится расчет электрических нагрузок. В качестве электроприемников приведены двигатели М1-М8, но при реальном проектировании могут быть электроприемники и других видов. Влияние электроприемников на электрические нагрузки определенных уровней зависит от схемы электроснабжения. Например, электроприемник М2 участвует в формировании нагрузок шести уровней (1, 3, 4, 5, 8, 9), а М8 – только четырех (1, 7, 8, 9). Далее в таблице 4.1 указано, при выборе каких видов электрооборудования и сечений проводников используются электрические нагрузки указанных уровней электроснабжения.

Таблица 4.1 - Использование нагрузок уровней СЭС при выборе

электрооборудования и сечений проводников

Электрические нагрузки характеризуют электропотребление отдельных электроприемников, групп и предприятия в целом. При проектировании электроснабжения промышленных предприятий основными являются три вида нагрузок: активная мощность Р, реактивная мощность Q, и ток I. Исходными данными для определения электрических нагрузок являются значения номинальных мощностей потребителей. Номинальная мощность электроприемника обычно известна и указывается в паспорте.

4.1 Расчет электрических нагрузок участков цеха и

предприятия

Существуют различные методы расчета электрических нагрузок.

При проектировании систем электроснабжения возможно определение силовых нагрузок по коэффициенту расчетной нагрузки согласно «Указаниям по расчету электрических нагрузок» РТМ 36-18-32-4–92 ВНИПИ «Тяжпромэлектропроект» (г Москва) по активной и реактивной мощностям и расчетный ток. Для единичных электроприемников в качестве расчетных нагрузок принимаются их номинальные активные и реактивные мощности. Расчетная нагрузка группы электроприемников всегда меньше установленной мощности. Исходной информацией для выполнения расчетов является перечень электроприемников с указанием их номинальных мощностей, технологических установок или наименований механизмов. Для каждого электроприемника подбираются средние значения коэффициентов использования k_И и активной мощности cosφ. При наличии в справочных таблицах интервальных значений k_И рекомендуется брать большее [23].

Все расчеты занести в таблицу 4.2 .

Исходные данные						Расчетные величины			nэ	Кр	Расчетная мощность			Расчетный ток, А Iр
По заданию				По справочным данным		Кирн	Кирнtgφ	nрн2			активная, кВт Рр	реактивная, кВар Qр	полная, кВА Sр
Наимен. ЭП	Кол-во ЭП, шт. n	Номинальная (установленная) мощность, кВт		Ки	tgφ
		одного ЭП, рн	общая Pн=nрн
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Итого

Таблица 4.2

Расчет электрических нагрузок ЭП напряжением до 1 кВ производится для каждого узла питания (распределительного пункта, шкафа, сборки, распределительного шинопровода, щита станций управления, троллея, магистрального шинопровода, цеховой трансформаторной подстанции), а также по цеху, корпусу в целом. Исходные данные для расчета заполняются на основании таблиц-заданий на проектирование электротехнической части (графы 1 - 4) и согласно справочным материалам (графы 5, 6), в которых приведены значения коэффициентов использования (Ки) и реактивной мощности для индивидуальных ЭП. Причем все ЭП группируются по характерным категориям с одинаковыми К_И и tgφ. В каждой строке указываются ЭП одинаковой мощности. В графах 2 и 4 указываются данные только рабочих ЭП.

Для многодвигательных приводов учитываются все одновременно работающие электродвигатели данного привода. Если в числе этих двигателей имеются одновременно включаемые (с идентичным режимом работы), то они учитываются в расчете как один ЭП номинальной мощностью, равной сумме номинальных мощностей одновременно работающих двигателей.

При включении однофазного ЭП на фазное напряжение он учитывается в графе 2 как эквивалентный трехфазный ЭП номинальной мощностью:

р_Н= р_Н._О; q_Н= q_Н._О, (4.1)

где р_Н.О,q_Н.О - активная и реактивная мощности однофазного ЭП.

При включении однофазного ЭП на линейное напряжение он учитывается как эквивалентный ЭП номинальной мощностью

р_Н=р_Н._О; q_Н=q_Н._О. (4.2)

В графе 6:

. (4.3)

В графах 7 и 8 соответственно записываются построчно величины К_Ир_Н и К_Ир_Нtgφ. В итоговой строке определяются суммы этих величин.

Значение группового коэффициента использования для данного узла питания (К_И) заносится в графу 5 итоговой строки.

К_И=∑К_Ир_Н/∑р_Н. (4.4)

Для определения эффективного числа электроприемников n_Э можно воспользоваться следующими выражениями:

• n_Э для итоговой строки определяется по выражению:

. (4.5)

• при значительном числе ЭП (магистральные шинопроводы, шины цеховых трансформаторных подстанций, в целом по цеху, корпусу, предприятию) n_Э может определяться по упрощенной формуле:

. (4.6)

Найденное значение округляется до ближайшего меньшего целого числа.

Коэффициент расчетной нагрузки К_р определяется из таблиц Г.2, Г.3 в приложении Г данного пособия и заносится в графу 11 таблицы 4.2.

Расчетная активная мощность подключенных к узлу питания ЭП напряжением до 1 кВ (графа 12) определяется по выражению:

Р_Р=К_Р∑К_Ир_Н. (4.7)

В случаях, когда расчетная мощность P_Р окажется меньше номинальной наиболее мощного электроприемника, следует принимать Р_Р=р_Н._МАКС.

Расчетная реактивная мощность (графа 13) определяется следующим образом:

• для питающих сетей напряжением до 1 кВ в зависимости от n_Э:

при n_Э<10 Q_Р=1,1К_Ир_Нtgφ; (4.8)

при n_Э>10 Q_Р=К_Ир_Нtgφ. (4.9)

• для магистральных шинопроводов и на шинах цеховых трансформаторных подстанций, а также при определении реактивной мощности в целом по цеху, корпусу, предприятию

Q_Р=К_Р∑К_Ир_Нtgφ=Р_Рtgφ. (4.10)

К расчетной активной и реактивной мощности силовых ЭП напряжением до 1 кВ должны быть при необходимости добавлены осветительные нагрузки Р_Р._О и Q_Р._О.

Значение токовой расчетной нагрузки, определяется по выражению (графа15):

Ip=Sp/U_H, (4.11)

где Sp - полная расчетная мощность, кВ×А, (графа 14):

. (4.12)

Расчет электрических нагрузок ЭП напряжением выше 1 кВ приведен в указаниях РТМ 36 18 32 4 – 92.

Метод коэффициента спроса можно использовать при отсутствии информации о номинальных мощностях электроприемников. Расчетная активная нагрузка группы электроприемников, объединенных технологическим процессом, определяется по формуле:

Р_р=К_сР_ном, (4.13)

где К_с – коэффициент спроса;

Р_ном – установленная мощность группы электроприемников.

Расчетная реактивная нагрузка группы определяется:

, (4.14)

где tgφ – среднее значение коэффициента реактивной мощности для

рассматриваемой группы электроприемников.

Значения К_с приводятся в справочной литературе или в таблице Г.4 приложения Г.

При расчете нагрузок группы величина К_с принимается одинаковой для всех электроприемников, считается что все они однотипны и имеют один и тот же режим работы. Так как этому условию удовлетворяют осветительные установки, поэтому данный метод широко применяется для расчета электрического освещения и с помощью него величины силовой нагрузки оцениваются лишь ориентировочно.

Расчет нагрузок по удельному расчету электроэнергии осуществляется по формулам:

; , (4.15)

где П_t – выпуск продукции за время t,

w_У – единица выпускаемой продукции, которая определяется по

справочной литературе.

Этот метод в основном применяется при определении нагрузок электроприемников и потребителей, которые имеют малоизменяющийся график нагрузок (двигатели насосов, вентиляторов, электролизные установки и т.д.). При большом числе электроприемников разной мощности данный метод приводит к значительным погрешностям, что позволяет его применять только для предварительного расчета нагрузки, когда известен годовой выпуск продукции.

Метод удельной нагрузки на единицу производственной площади имеет приближенный оценочный характер и может применяться для расчета нагрузок на 4 - 9 уровнях СЭС.

По данному методу активная и реактивная нагрузки группы электроприемников определяются:

; , (4.16)

где р_У – удельная плотность нагрузки на 1 м² производственной площади,

кВт/ м²;

F – площадь размещения электроприемников м².

Удельные расчетные нагрузки р_У зависят от рода производства и выявляются на основе статистических исследований (некоторые из них приведены в справочной литературе). Метод применяется при большом количестве электроприемников малой мощности, относительно равномерно распределенных по производственной площади. Этому соответствуют осветительные электроприемники. Поэтому данный метод часто применяется для расчета осветительной электрической нагрузки.