Что такое расчетная нагрузка в электроснабжении
Расчетная электрическая нагрузка
Расчетная мощность Рр или Qp — это мощность, соответствующая такой неизменной токовой нагрузке Iр, которая эквивалентна фактической изменяющейся во времени нагрузке по наибольшему возможному тепловому воздействию на элемент системы электроснабжения. Вероятность превышения фактической нагрузки над расчетной не превышает 0,05 в интервале осреднения, длительность которого принята равной трем постоянным времени нагрева 3То элемента системы электроснабжения, через который передается ток нагрузки (кабель, провод, шинопровод, трансформатор и т.д.).
В зависимости от вида нагрева проводника различают два различных по физическому смыслу значения расчетной нагрузки Iр (эквивалент переменной электрической нагрузке):
а) Iр1 – по максимальному тепловому нагреву;
б) Iр2 – по тепловому износу изоляции.
За Iр следует принимать наибольшее из значений величин Iр1 и Iр2. Однако в процессе расчетов довольно тяжело учитывать тепловой износ изоляции из-за отсутствия данных исследования для всех типов изоляции. Поэтому за расчетную нагрузку принимают Iр1 (по максимальному тепловому нагреву).
Выбор элементов системы электроснабжения выполняется на основании определения расчетной электрической нагрузки.
Исходными данными для определения расчетных нагрузок служит перечень приемников электроэнергии с указанием их номинальной мощности, назначения механизма или технологической установки, режима работы и числа фаз.
Все методы определения расчетных электрических нагрузок можно разделить на три группы:
Определение расчетных нагрузок промышленных предприятий и сельских районов
Величина мощности, месторасположение и вид электроприемников определяют структуру схемы и параметры элементов электроснабжения промышленных предприятий и сельского хозяйства.
При проектировании обычно определяют три вида нагрузок:
1. среднюю за максимально загруженную смену P ср. max и среднегодовую P ср. Величина P ср. max необходима дли определения расчетной активной нагрузки P р, а величина P ср для определения годовых потерь электроэнергии.
2. расчетную активную P р и реактивную Q р величины необходимы для расчета сетей но условиям допустимого нагрева, выбора мощности трансформаторов и преобразователей, а также для определения максимальных потерь мощности, отклонения и потерь напряжения;
3. максимальную кратковременную (пусковой ток) I и, эта величина необходима для проверки колебании напряжения, определения тока трогания токовой релейной защиты, выбора плавких вставок предохранителей и проверки электрических сетей по условиям самозапуска двигателей
Тогда для каждой группы
Здесь P у — установленная мощность; ПВ — паспортная продолжительность включения, о. е.
Тогда среднесменная мощность по узлу равна:
— суммарная реактивная мощность компенсирующих устройств ( Q дв— реактивная мощность синхронных двигателей; Q б — мощность конденсаторных батареи).
Средняя активная нагрузка понизительных трансформаторов (20—6/0,4 кВ) определяется аналогично, но с добавлением осветительных нагрузок:
где kc.o — коэффициент спроса; Pe.o — суммарная установленная мощность осветительной нагрузки.
Расчетные нагрузки промышленных предприятий.
Для определения расчетной нагрузки существует ряд методов:
• удельного расхода электроэнергии;
• технологического графика работы электроприемников;
Рассмотрим основные положения вышеприведенных методов.
1. Метод удельного расхода электроэнергии. При использовании этого метода в качестве расчетной принимают фазную нагрузку наиболее загруженной смены работы P ср. max
где Мсм. — объем выпуска продукции за смену;
Эу — удельный расход электроэнергии на единицу продукции;
Тсм — продолжительность наиболее загруженной смены.
2. Метод технологического графика. Для групп электроприемников автоматизированного или строго ритмичного поточного производства расчетную нагрузку определяют из общего графика нагрузки, строящегося на основе технологического графика работы отдельных электроприемников и соответствующих им мощностей.
3. Статистический метод. Принимая, что при расчетах нагрузок можно применять нормальный закон распределения, расчетную нагрузку определяют из уравнения
где P ср — среднее значение (математическое ожидание) нагрузки за рассматриваемый интервал времени;
β — принятая кратность меры рассеяния (коэффициент надежности расчета);
4. Метод упорядоченных диаграмм. Этот метод является основным для определения расчетных нагрузок промышленных предприятий. Здесь
где km — коэффициент максимума нагрузки;
k и — коэффициент использования данной группы п электроприемников;
P ном — номинальная мощность всех рассматриваемых электроприемников n.
Значение km в зависимости от коэффициента использования и эффективного числа электроприемников ( n ф) можно найти по кривым km = f (k и, n ф) или по таблице.
Расчетные нагрузки сельских районов.
Рис. 1. Зависимость удельной расчетной нагрузки (кВт/дом) на вводе в сельский дом и годового потреблении электроэнергии (кВт.ч/дом) за расчетный период (лет) от годового потребления (кВт.ч/дом)
При проектировании внешних сетей 0,38 кВ расчетные нагрузки на вводе сельских жилых домов с электроплитами принимаются равными 6 кВт, а с электроплитами и водонагревателями — 7,5 кВт. Нагрузки бытовых кондиционеров учитываются путем увеличения расчетных нагрузок на вводах жилых домой на 1 кВт.
Для вновь электрифицируемых населенных пунктов, а также при отсутствии сведений об электропотреблении в электрифицированных домах расчетная нагрузка на вводах в дома принимается:
а) в населенных пунктах с преимущественно старой застройкой (более 60% домов, построенных свыше 20 лет назад) с газификацией — 1,5кВт, без газификации— 1,8 кВт,
б) с преимущественно новой застройкой с газификацией—1,8 кВт, без газификации—2,2 кВт.
в) для вновь строящихся благоустроенных квартир в городах, поселках городского типа, поселках при крупных животноводческих и других комплексах с газификацией — 4 кВт, без газификации — 5 кВт.
Согласно методическим указаниям по расчету электрических нагрузок в сетях напряжением 0,38—110 кВ сельскохозяйственного назначения расчетные активные (реактивные) нагрузки рекомендуется определять статистическим методом, т. е. по средней мощности и отклонению расчетной нагрузки от средней:
При определении нагрузок сетей 10—110 кВ суммирование нагрузок трансформаторных подстанций (ТП) выполняется ежечасно по типовым суточным графикам активной и реактивной мощностей с учетом сезонности (дневные и вечерние максимумы отдельно не учитываются).
При отсутствии надежных статистических данных о нагрузках рекомендуется использовать методику расчета, базирующуюся на применении коэффициента одновременности (отношения совмещенной максимальной нагрузки к сумме максимумов) нагрузок отдельных потребителей или их групп в виде
Допускается определение расчетных нагрузок по одному режиму: дневному при суммировании производственных потребителей или вечернему при суммировании бытовых потребителей.
Последние выражения рекомендуется только для однородных потребителей. При смешанной нагрузке отдельно определяются нагрузки на участках сети с жилыми домами, производственными, общественными и коммунальными предприятиями с использованием соответствующих коэффициентов одновременности.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Электрическая нагрузка.
Характер нагрузки в сети может в процессе работы электроприемников оставаться неизменным, изменяться во всех или отдельных фазах, сопровождаться возникновением высших гармоник напряжения или тока. Ввиду этого электрическая нагрузка в сети бывает следующих типов:
— спокойная симметричная (преобладающее большинство трехфазных электроприемников);
К специфическим нагрузкам относятся резкопеременная, нелинейная и несимметричная нагрузка.
Резкими набросами и провалами тока или мощности характеризуется резкопеременная электрическая нагрузка. Неравномерная нагрузка фаз характерна для несимметричной нагрузки, вызывается она однофазными и трехфазными (реже) приемниками с неравномерной загрузкой фаз. В сети при несимметричной нагрузке возникают токи, которые имеют прямую, нулевую и обратную последовательности. Электроприемниками с нелинейной вольт-амперной характеристикой создается нелинейная нагрузка, при в сети ней появляются высшие гармоники напряжения или тока, происходит искажение синусоидальной формы напряжения или тока.
Созданию специфических нагрузок способствует работа электродуговых печей, полупроводниковых преобразовательных установок или сварочных установок. В основном эти установки принадлежат промышленным. Как известно, электрические сети промышленных предприятий связаны через трансформаторные подстанции с сетями сельскохозяйственного назначения, тогда можно считать, что на электросети сельскохозяйственного назначения оказывают влияние специфические электрические нагрузки промышленных предприятий.
Электроприемники сельскохозяйственного назначения по мощности подразделяются на три группы:
1. Большой мощности (больше 50 кВт)
2. Средней мощности (от 1 до 50 кВт)
3. Малой мощности (до 1 кВт)
Для работы некоторые электроприемники используют постоянный ток, а также токи повышенной частоты (до 400 Гц) или высокой (до 10 кГц).
Перерывы в электроснабжении могут допускать во время работы некоторые группы приемников, но существуют такие группы для которых перерыв в электроснабжении недопустим.
Электроприемники по надежности и бесперебойности электроснабжения разделены на 3 категории.
Первая категория включает электроприемники и комплексы электроприемников, при перерыве в электроснабжении которых может возникнуть опасность для жизни людей, расстройство технологического процесса, повреждение основного оборудования. Для этих приемников необходима возможность обеспечения электроэнергией не меньше, чем от двух независимых источников питания. На время автоматического восстановления электроснабжения от второго источника питания, допускается нарушение их электроснабжения.
Вторую категорию представляют электроприемники и комплексы электроприемников, при перерыве электроснабжения которых наблюдается массовый недовыпуск продукции, простои механизмов и рабочих.
От двух независимых источников питания необходимо обеспечивать электроснабжение приемников второй категории, допускается перерыв в электроснабжении только на время, необходимое для автоматического переключения на второй источник.
К третьей категории относятся электроприемники и комплексы электроприемников, которые не попадают по определение первых двух категорий. Их электроснабжение может осуществляться лишь от одного источника питания. На требующееся для проведения восстановительных работ время, но не больше суток допускается перерыв их электроснабжения.
Потреблением из сети не только активной, но также и реактивной мощности сопровождается работы подавляющего большинства электроприемников. Преобразуется активная мощность в механическую мощность на валу рабочей машины или теплоту, а на создание магнитных полей в электроприемниках расходуется реактивная мощность. Основными ее потребителями являются трансформаторы, асинхронные двигатели, индукционные печи, в которых отстает ток по фазе напряжения. Характеризуется потребление реактивной мощности коэффициентом мощности сosφ, представляющим отношение активной мощности Р к полной мощности S. Является удобным показателем коэффициент реактивной мощности tgφ, который выражает отношение реактивной мощности Q к активной Р (показывает, происходящее потребление реактивной мощности на единицу активной мощности).
Источниками реактивной мощности являются установки с опережающим током, они применяются для компенсации реактивной нагрузки с индуктивным характером цепи.
Электрическая нагрузка таким образом в электросети представляется активными и реактивными нагрузками.
При возникновении электрической нагрузки в распределительной сети, может возникать нагрев токоведущих частей (кабелей, проводов, обмоток трансформаторов и электродвигателей). Их чрезмерный нагрев приводит к преждевременному износу изоляции, поэтому не должна температура токоведущих частей превышать допустимые значения. Сечения кабелей и проводов необходимо выбирать по допустимому (расчетному) току нагрузки, для определения которого требуется определить расчетную мощность нагрузки.
При проектировании и эксплуатации СЭС за расчетную электрическую нагрузку принимается неизменная во времени нагрузка – Iрсч, вызывающая характеризующийся установившейся температурой максимальный нагрев токоведущих и с ними соседних частей. Допустимые значения нагрев превышать не должен. Для большинства кабелей и проводов установившееся тепловое состояние обычно наступает за 30 минут (около трех постоянных времени нагрева – 3Т, т. е. постоянная времени нагрева Т = 10 мин). В установках, имеющих номинальный ток нагрузки больше 1000 А, не менее 60 минут достигается установившаяся температура.
РТМ 36.18.32.4-92 Указания по расчету электрических нагрузок
РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
О РАСЧЕТЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
(технический циркуляр ВНИГМ Тяжпромэлектропроект
№ 359-92 от 30 июля 1992 г.)
УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
Техническим циркуляром ВНИПИ Тяжпромэлектропроект № 358-90 от 1 августа 1990 г. с 1 октября 1990 г. были введены в порядке опытно-промышленного внедрения «Указания по расчету электрических нагрузок», шифр М788-1068 (далее Указания). За проведшее время от подразделений института Тяжпромэлектропроект и электротехнических отделов технологических ГИПРО был получен ряд замечаний к Указаниям. Анализ полученных замечаний, а также разработка программного обеспечения для автоматизированного расчета электрических нагрузок на ПЭВМ выявили необходимость внесения ряда корректив в Указания 1990 г.
Окончательная редакция «Указаний по расчету электрических нагрузок» (РТМ 36.18.32.4-92) вводится в действие с 1 января 1993 г. К этому сроку рекомендуется завершить переработку пособия к расчету электрических нагрузок. Технический циркуляр № 358-90 от 1 августа 1990 г. считать утратившим силу.
Главный инженер ВНИПИ Тяжпромэлактропроект А. Г. Смирнов
РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
* Введен взамен «Указаний по расчету электрических нагрузок», шифр М788-1068, 1990 г.
Срок введения установлен с 01 января 1993 г.
Разработан ВНИПИ Тяжпромэлектропроект: заведующий лабораторией, канд. техн. наук Б.Д. Жохов; главный инженер проекта Л.Б. Годгельф.
Утвержден главным инженером ВНИПИ Тяжпромэлектропроект А.Г. Смирновым.
В Указания по расчету электрических нагрузок, введенные в действие в 1990 г. в порядке опытно-промышленного внедрения, внесен ряд корректив, вызванных итогами трехлетнего применения Указаний в проектной практике.
Основные из них следующие:
1. Эффективное число электроприемников (ЭП) n Э рекомендуется определять по выражению
При значительном числе электроприемников (магистральные шинопроводы, шины цеховых трансформаторных подстанций, в целом по цеху, корпусу, предприятию) эффективное число электроприемников можно определять по упрощенному выражению
3. Пункт 3.9 Указаний дополнен требованием, что расчетная мощность любой группы электроприемников не может быть меньше номинальной мощности наиболее мощного электроприемника группы. Требование введено с целью исключить случаи, когда сечение кабеля к индивидуальному ЭП, выбираемое по номинальной мощности, оказывается больше сечения кабеля питающей сети.
5. Скорректировано выражение для определения годового расхода электроэнергии с учетом фактора, что при определении расхода электроэнергии следует использовать не верхнюю границу возможных значений, а наиболее вероятное значение максимальной нагрузки.
1. Область применения
1.1. В Указаниях приведена методика определения электрических нагрузок, являющихся исходными данными для проектирования систем электроснабжения потребителей электроэнергии всех отраслей народного хозяйства.
1.2. Указания заменяют действующие «Указания по расчету электрических нагрузок» (шифр М788-1068), введенные в 1990 г. в опытно-промышленное внедрение на срок 3 года и опубликованные в «Инструктивных указаниях по проектированию электротехнических промышленных установок», 1990 г., № 4, с. 3-7.
1.3. Указания не распространяются на определение электрических нагрузок электроприемников с резкопеременным графиком нагрузки (электроприводов прокатных станов, дуговых электропечей, контактной электросварки и т.п.), промышленного электрического транспорта, жилых и общественных зданий, а также электроприемников с известным графиком нагрузки.
1.4. Отраслевые проектные институты могут составлять информационно-справочные материалы с уточненными значениями расчетных коэффициентов, полученных в результате исследования электропотребления характерных групп ЭП, используемых в отрасли, если эти коэффициенты получены при условии, что их фактические значения могут превысить расчетные с вероятностью не более 0,05.
1.5. Для проверки результатов расчетов по настоящим Указаниям и оценки нагрузки в целом по цеху или предприятию можно использовать показатели электропотребления на единицу продукции или на 1 м 2 площади цеха.
2. Определения и обозначения основных величин
2.6. Групповая средняя активная мощность за период времени Т определяется как частное от деления расхода активной Wa или реактивной Wp энергии всех входящих в группу ЭП на длительность периода:
Средняя активная (или реактивная) мощность группы равна сумме средних активных (или реактивных) мощностей входящих в группу ЭП (кроме резервных):
Например, сверлильные станки относятся к характерной категории «металлорежущие станки», которая представлена в справочных материалах расчетными коэффициентами k И =0,14 и tg j =2,3. Это означает, что активная и реактивная средняя (за максимально загруженную смену) мощность любого станка, относящегося к указанной категории может быть выше рС=рН k И и q С =рН k И tg j с вероятностью превышения не более 0,05.
2.8. Для группы, состоящей из ЭП различных категорий (т.е. с разными k И ), средневзвешенный коэффициент использования определяется по формуле
При определении КИ группы электроприемников как средневзвешенного справочного значения характерных категорий произведение КИРН не должно рассматриваться как среднее значение ожидаемой нагрузки, так как в нем не учтен фактор снижения расчетных значений КИ при увеличении числа электроприемников в группе. Указанный фактор учитывается в номограмме (см. рисунок) и табл. 1- 3 в соответствии с аналитическими выражениями, приведенными в / 1/, а в формуляре КИРН используется как промежуточная расчетная величина, позволяющая сохранить традиционный алгоритм расчета.
Величина n Э может определяться также по упрощенному выражению (см. п. 3.2.5.2)
Коэффициент расчетной мощности зависит от эффективного числа электроприемников, средневзвешенного коэффициента использования, а также от постоянной времени нагрева сети, для которой рассчитываются электрические нагрузки.
Настоящими Указаниями приняты следующие постоянные времени нагрева / 1/:
2.14. Расчетная активная мощность цеха, предприятия в целом, выраженная через удельные показатели электропотребления, равна
2.15. Годовой расход электроэнергии определяется по выражениям:
3. Последовательность расчета электрических нагрузок
3.1. Расчет выполняется по форме Ф636-92 (табл. 4).
3.2. 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.
3.2.1 Исходные данные для расчета (графы 1-6) заполняются на основании полученных от технологов, сантехников и др. специалистов таблиц-заданий на проектирование электротехнической части (графы 1-4) и согласно справочным материалам (графы 5, 6), в которых приведены значения коэффициентов использования и реактивной мощности для индивидуальных ЭП.
3.2.1.2. Резервные электроприемники, ремонтные сварочные трансформаторы и другие ремонтные электроприемники, а также электроприемники, работающие кратковременно (пожарные насосы, задвижки, вентили и т.п.), при подсчете расчетной мощности не учитываются (за исключением случаев, когда мощности пожарных насосов и других противоаварийных ЭП определяют выбор элементов сети электроснабжения). В графах 2 и 4 указываются данные только рабочих ЭП.
3.2.1.3. В случаях, когда n Э определяется по упрощенному выражению (см. п. 3.2.5.2), все ЭП группируются построчно по характерным категориям независимо от мощности ЭП, а в графе 3 указываются максимальная и минимальная мощности ЭП данной характерной группы.
3.2.1.4. 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.
3.2.1.5. Для электродвигателей с повторно-кратковременым режимом работы их номинальная мощность не приводится к длительному режиму (ПВ=100%).
3.2.1.6. При включении однофазного ЭП на фазное напряжение он учитывается в графе 2 как эквивалентный трехфазный ЭП номинальной мощностью
При включении однофазного ЭП на линейное напряжение он учитывается как эквивалентный ЭП номинальной мощностью
рН= 
рН.О; q Н = 
q Н.О
3.2.1.7. При наличии группы однофазных ЭП, которые распределены по фазам с неравномерностью не выше 15% по отношению к общей мощности трехфазных и однофазных ЭП в группе, они могут быть представлены в расчете как эквивалентная группа трехфазных ЭП с той же суммарной номинальной мощностью.
В случае превышения указанной неравномерности номинальная мощность эквивалентной группы трехфазных ЭП принимается равной тройному значению мощности наиболее загруженной фазы.
3.2.1.8. При наличии в справочных материалах интервальных значений k И следует для расчета принимать наибольшее значение. Значения k И должны быть определены из условия, что вероятность превышения фактической средней мощности над расчетной для характерной категории ЭП должна быть не более 0,05.
3.2.3. Определяется групповой коэффициент использования для данного узла питания
Значение КИ заносится в графу 5 итоговой строки.
3.2.5. Определяется эффективное число электроприемников n Э следующим образом:
3.2.5.1. Как правило, n Э для итоговой строки определяется по выражению
n Э =( S РН ) 2 / S n 
3.2.5.2. При значительном числе ЭП (магистральные шинопроводы, шины цеховых трансформаторных подстанций, в целом по цеху, корпусу, предприятию) n Э может определяться по упрощенной формуле
3.2.5.3. Найденное по указанным выражениям значение n Э округляется до ближайшего меньшего целого числа. При n Э £ 4 рекомендуется пользоваться номограммой (см. рисунок).
3.2.6. В зависимости от средневзвешенного коэффициента использования и эффективного числа электроприемников определяется согласно п. 2.11 настоящих Указаний и заносится в графу 11 коэффициент расчетной нагрузки Кр.
3.2.7. Расчетная активная мощность подключенных к узлу питания ЭП напряжением до 1 кВ (графа 12) определяется по выражению
В случаях, когда расчетная мощность P Р окажется меньше номинальной наиболее мощного электроприемника, следует принимать РР=рН.МАКС.
3.2.8. Расчетная реактивная мощность (графа 13) определяется следующим образом:
3.2.8.1. Для питающих сетей напряжением до 1 кВ в зависимости от n Э :
3.2.8.2. Для магистральных шинопроводов и на шинах цеховых трансформаторных подстанций, а также при определении реактивной мощности в целом по цеху, корпусу, предприятию
3.2.10 Значение токовой расчетной нагрузки, по которой выбирается сечение линии по допустимому нагреву, определяется по выражению
Ip = Sp / 
UH (графа 15),
3.3 Расчет электрических нагрузок ЭП напряжением выше 1 кВ производится в целом аналогично расчету, приведенному в п. 3.2, с учетом следующих особенностей:
3.3.2. Расчетная нагрузка цеховых трансформаторных подстанций (с учетом осветительной нагрузки и потерь в трансформаторах (см. п. 3.4)) заносится в графы 7 и 8.
3.3.3. Определяется число присоединений 6-10 кВ на сборных шинах РП, ГПП (графа 2 итоговой строки). Резервные ЭП не учитываются.
3.3.4. Эффективное число ЭП n Э не определяется и графы 9 и 10 не заполняются.
3.3.6. Расчетная мощность (графы 12-14) определяется по выражениям
3.4. Результирующий расчет нагрузок для каждой трансформаторной подстанции и выбор мощности трансформаторов рекомендуется выполнять по форме Ф202-90.
Результирующая нагрузка на стороне высокого напряжения определяется с учетом средств КРМ и потерь мощности в трансформаторах.
Таблица 1. Значения коэффициентов расчетной нагрузки КР для питающих сетей напряжением до 1000 В