Глава 3. Потребление электроэнергии и электрические нагрузки

расчеты со временем (студент, задание на курсовой проект которого совпал с тем, что выполнялся его родителями, получит тот же результат).

Приведем два примера, подтверждающие необходимость нового подхода, который опирается на ограничение сферы действия центральной предельной теоремы теории вероятности и закона больших чисел. Подход предлагает иное видение мира (третья научная картина), иной математический аппарат (гипер­болическое Я-распределение).

Первый пример иллюстрирует теоретическое отсутствие среднего и бесконечность дисперсии — возможность сколь угодно большой ошибки при формальном решении задачи (решение в точке). Фактически, при конечном наборе чисел среднее и дисперсия конечно рассчитываемы. Мы говорим о теоретическом отсутствии математического ожидания. В ре­зультате может существовать ошибка в 2, 10, 100 раз, если руководствоваться средним, пред­сказываемым нормальным распределением.

Обратимся к суточному электропотреблению, про которое известно, что при одном и том же объеме производства оно различно. Уже в 1944 г. было показано, что удельный расход при прокатке 20 т/ч составлял 70 кВтч/т, падая до 30 кВтч/т при 40 т/ч. Расходы значительно раз­личались для малоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей. К этому в начале нового века добавлялась неравномерность загрузки [до 1985 г. прокатные станы страны работали с 98 %-ной загрузкой, для ряда станов заказ меньше 5000 т не принимали (см. табл. 3.7)], которая вела к простоям до 12 ч и более. В режиме реального времени требовался диспетчерский кон­троль за лимитами потребления энергоресурсов, что делало приоритетными электрические режимы перед технологическими.

Факты разброса удельных расходов электроэнергии Л_уд и разнообразия электрооборудова­ния по всем предприятиям черной металлургии и предприятиям всех других отраслей эконо­мики подтверждают непреложность закона информационного отбора, который накладывает количественные негауссовы ограничения на величины всех электрических показателей, пара­метры электропотребления и нормы.

Устойчива (табл. 3.8) средняя величина удельных расходов по отрасли (и предприятию) в целом. Она может быть использована при общегосударственной (отраслевой) оценке, сравне­нии с мировым уровнем потребности в электроэнергии и ее электроэффективности. Но это среднее неприменимо к конкретному предприятию (действительно, в 1990 г. максимум по кон­вертерной стали составил 49,7, минимум — 13,1 кВтч/т; по прокату — 3033 и 34,4 и кВтч/т). Если же привести полный список А по любому из 45 видов продукции, представленной ин-

Таблица 3.7. Агрегатные месячные удельные расходы электроэнергии (2001 г.)

	Стан 450					Стан 250
Наименование продукции		Аю, кВтч/т		М„т	Наименование	продукции	А	, кВтч/т	М„т
Профиль 40 ВС			145	1516	Профиль 16			76	24743
Швеллер 10			84	9815	Круг 16			62	1819
Швеллер 16			75	11599	Профиль 18			70	280
Уголок 75x6			93	640	Круг 20			53	901
Уголок 75x8			85	1916	Круг 22			48	276
Профиль 50			100	17689	Профиль 25			64	12561
Квадрат 60			44	15168	Круг 24			45	1878
Уголок 45x5			375	11624	Бунты			95	250

3.5. Практика определения расчетного и договорного максимума

143

Таблица 3.8. Среднеотраслевые удельные расходы электроэнергии до 1990 г. по СССР

Наименование	Луд, кВтч/т, по годам
продукции	1980	1985	1990	1991	1993	1995	1997	1999	2000

Конвертерная сталь 29,0 32,3 33,0 37,9 38,0 43,1 38,1 37,4 34,4

Электросталь 692 727 723 752 725 781 771 750 714

Прокат 112 111 126 150 144 169 155 154 152

формационным банком «Черметэлектро», то из него нельзя получить результат ни классичес­кими методами, ни вероятностными, в пределе сводящимися к нормальному распределению (впрочем, это же относится и к двум квартирам, коттеджам, офисам, аптекам, больницам, ву­зам, имеющим сравнимые, и даже одинаковые, площади или другие технологические показа­тели, но несравнимые общие и удельные расходы электрической энергии). Решение дает толь­ко комплексный метод расчета электрических нагрузок и кластер-анализ предприятий, гауссово группирующихся по Я-кривой.

Второй пример (см. табл. 2.2) иллюстрирует практическую бесконечность электро­приемников, слабость связей и зависимостей их между собой (это всегда можно наблюдать для электроприемников 2УР в ЗУР) что, собственно, подтверждает наличие ценоза.

Пусть нужно запитать квартиру с заданным электрооборудованием. Формализованные те­ории требуют паспорт на каждый электроприемник (номинальная мощность, режимы); ин­дивидуальные расчетные коэффициенты; неформализуемое (а ценологические ограничения иного и не допускают) объединение электроприемников в однородные группы, исключение электроприемников, работающих эпизодически, и мелких (строгое определение годового рас­хода электроэнергии не допускает какого-либо исключения).

Пытаясь установить коэффициент одновременности включения, теоретически следует рассматривать матрицу (в данном случае 51x51). Тогда можно утверждать, например, если включен утюг, то не работает мясорубка. Но можно ли это сделать с уверенностью для всех 2600 пар (не говоря уже о трудозатратах)? И еще, о номинальной мощности. Вероятность од­новременного включения четырех конфорок электроплиты и духовки крайне мала, но инди­видуальный проводник должен выдерживать такую нагрузку (если не предусмотрена защита, в том числе и электронная, не допускающая какого-то режима). Можно представить нагруз­ку, когда 15 мин хотя бы один раз в течение года (это касается сечений 6 и 10 мм², см. под­раздел 3.2) включено максимальное число приемников наибольшей мощности (плюс полное включение освещения).

Таким образом, речь идет не о максимальной нагрузке из средних расчетчиком установ­ленного режима работы (наиболее загруженная смена, характерный летний и зимний день), а о максимальной из возможных (исключая режимы КЗ). Ставится вопрос о нагрузочном за­пасе сетей и аппаратов, который скрыто присутствовал всегда в самих методиках расчета и был обусловлен завышенными коэффициентами и который сейчас явно принимается собст­венниками, осознающими несопоставимость ущерба от перерыва электроснабжения и воз­можной перекладки сетей с затратами на кратное завышение сечения и второй ввод. Аварий­ность электроснабжения жилищно-коммунального хозяйства, особенно для многоэтажек, построенных 10—20 лет назад и более, не в малой степени связана с тем, что расчетная на­грузка была ориентирована на «среднюю квартиру» и не учитывала изменение электронасы­щенности.

144 Глава 3. Потребление электроэнергии и электрические нагрузки

Исторически электротехнические расчеты отличаются от расчета механиз­мов, у которых запас прочности при расчете механической прочности прини­мается всегда и может быть десятикратным.

Обратимся к известному учебному примеру. Определим нагрузки для и не­зависимо работающих электроприемников одинаковой мощности со средней Р = 1 кВт стандартом нагрузок о", = а₂ = ... = а„ = 0,5 кВт, полагая Р = 2 Для Лтх ⁼ -^ср ⁺ Р°> ^где 1,73 < (3 < 2,5, при этом нижнему пределу плотности е_х нормального распределения отвечает е_х = 0,05, а верхнему е_х = 0,005. Сле­дует отметить, что даже в очень точных исследованиях значение е_х менее 0,003 обычно не принимают, с учетом независимости коэффициенты взаимной корреляции нагрузок электроприемников г = 0).

Генеральная средняя нагрузка в узле при предполагаемом питании все п электроприемников из одной точки (ошибочность такой постановки описана в подразделе и сумма максимумов / приемников

"ср ~ "cp{i) ~ ^П"ср > "ри ^—2,-Г;(тах)>

генеральные дисперсия и стандарт нагрузки

Расчетная нагрузка в узле нагрузки

4(2) ^{= ?}с_Р + Р° = пР_ср + PaV^ = P_cp[l + Py-jL

где у = <У/Р_ср — коэффициент вариации.

Коэффициент одновременности включения нагрузки

К = Р Р

"одн ^Грм/ р(1Г

Результаты вероятностного расчета, графически проиллюстрированные на рис. 3.8, приведены ниже:

Число ЭП 1 5 10 50 100 500

Р 2 10 20 100 200 1000

Р_т 2 7,2 13,6 57 ПО 531

К_тн 1,0 0,72 0,68 0,57 0,55 0,53

Расчет, опирающийся на гауссовы представления (вторую научную карти­ну мира), приводит к абсурдному результату: для любого предприятия (объек­та), где установлено свыше 500 электроприемников, половина, с практичес­кой уверенностью, всегда включена (любой рост количества приемников не меняет этого соотношения).

3.5. Практика определения расчетного и договорного максимума

145

1

0,5

100 200 300 400 500 " Рис. 3.8. График зависимости К = f{n)

Утверждают, что при учете обязательно существующих взаимных корреляционных зависимостей между отдельными парами г Ф 0 (и группами) электроприемников — 1 < г < +1 можно подсчитать нагрузку точно, построив матрицу | г |. К сожале­нию, за все время существования этой идеи (с 1973 г.) не удалось увидеть иссле­дование матрицы большей, чем 20x20. Це-нологическая теория утверждает, что ре­альная матрица для электроприемников, питающихся от ЗУР, не может быть получена. Сами же коэффициенты корреляции - ранжируемы.

Продемонстрируем практический подход на примере небольшого электроремонтного уча­стка, где намечается установить технологическое оборудование в соответствие табл. 3.9. Уча­сток не относится к потребителям 1 категории, поэтому на вводе 2УР можно установить один распределительный силовой шкаф, например ШРС, и проложить один кабель Суммарная ус­тановленная мощность участка 53,3 кВт.

Сделаем краткий анализ. Установленное оборудование № 1, 2, 7, 12 работает непрерывно с мощностью, близкой к номинальной; № 4, 5 — большую часть смены; № 3 — периодичес­ки с номинальной нагрузкой, остальные — периодически с нагрузкой, как правило, меньшей номинальной К каждому из 12 электроприемников радиально подводится кабель, сечением не ниже требуемого по нагреву номинальным током (вне зависимости от нагрузки).

Так что выбирать нужно только шкаф ШРС и кабель ввода. Но номинальный ток шкафа 250 и 400 А (400 А — слишком большой запас) и к одному вводному зажиму возможно под­ключение двух кабелей 2 (3x95) мм-'. Длительно допустимый ток одного кабеля 3x95 с алюми­ниевыми жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлорид-ной или резиновой оболочках, бронированных и небронированных, при прокладке в воздухе составляет 170 А, в земле — 255 А

Число отходящих линий и номинальные токи предохранителей варьируют 5x60, 5x100,

Таблица 3.9. Перечень электроприемников электроремонтного участка

№ п/п Наименование оборудования

Р, кВт Количество

1. Сушильный электрический шкаф

2. Трансформатор сварочный для пайки медных проводов, кВА

3. Балансировочный станок

4. Полуавтомат для рядовой многослойной намотки катушек

5. Намоточный станок

6. Точильный станок двухсторонний

7. Ванна для пайки

8. Обдирочно-шлифовальный станок

9. Токарно-винторезный станок

10. Вертикально-сверлильный станок

11. Таль электрическая

12. Вентилятор

6,2	1
5,0	1
1,7	1
1,1	3
2,8	1
1,7	2
2,6	1
3,2	2
12	1
1,7	2
0,9	1
2,8	2

146