Определение средних нагрузок
При расчётах и исследовании нагрузок,
а также при подсчётах расхода и потерь
электроэнергии, необходимо знать среднюю
мощность за наиболее загруженную смену
,и среднегодовую мощность,.
Величину мощности за наиболее загруженную
смену находят при обследовании нагрузок
и проверяют по удельным расходам
электроэнергии, величины которых
известны для большинства производств.
Активная средняя мощность за наиболее
загруженную смену
группы электроприёмников с одинаковым
режимом работы определяется путём
умножения суммарной номинальной мощности
этой группы приёмников,
приведённой для повторно-кратковременного
режима работы кПВ=100 %, на их
групповой коэффициент использования.
(3.88)
Реактивная средняя мощность за наиболее
загруженную смену
группы электроприёмников с отстающим
током и одинаковым режимом работы
определяется путём умножения средней
активной мощностиэтой группы на коэффициент реактивной
мощности,
соответствующий групповому коэффициенту
мощности,
и принимается со знаком «плюс»:
(3.89)
Реактивные нагрузки приёмников с
опережающим током (СД, статические
конденсаторы) принимаются со знаком
«минус».
Если узел системы электроснабжения
включает группы приёмников с разными
режимами работы, то средняя активная
мощность за наиболее загруженную смену
определяется суммированием средних
активных мощностей отдельных групп
приёмников:
(3.89а)
Если в узел электроснабжения входят
группы приёмников с различными режимами
работы, то средняя реактивная мощность
за наиболее загруженную смену
определяется алгебраическим сложением
средних реактивных мощностей отдельных
групп приёмников:
(3.90)
где – средняя
реактивная мощность за наиболее
загруженную сменуi-ой
группы приёмников с отстающим током;
n– число групп приёмников
с отстающим током с разными режимами
работы, входящих в данный узел;
– средняя
реактивная мощность за наиболее
загруженную сменуi-ой
группы синхронных двигателей;
– число
групп синхронных двигателей с разными
режимами работы, входящий в данный узел;
– средняя
реактивная мощность за наиболее
загруженную смену группы статических
конденсаторов, относящихся к данному
узлу.
При ориентировочных расчётах, когда
отсутствуют данные для определения
ипо формулам (3.88) и (3.89), эти величины
определяют из выражений:
(3.91)
(3.92)
где – годовой
коэффициент сменности по энергоиспользованию;
– среднегодовые
активная и реактивная мощности.
Годовым коэффициентом сменности по
энергоиспользованию
называется
отношение годового потребленияактивной энергии (группой приёмников)
к годовому потреблению активной энергии
по средней мощности за наиболее
загруженную смену:
(3.93)
где
– годовой
фонд рабочего времени, определяемый по
данным технологического задания.
Среднегодовая мощность, потребляемая
цехом или предприятием в целом, находится
из соотношений:
(3.94)
(3.95)
где
– годовой
расход реактивной энергии.
Среднегодовая активная мощность может
быть определена из выражения:
(3.96)
где
– среднегодовое
значение коэффициента использования
по активной мощности.
Величина
вычисляется как средневзвешенное по
активной мощности значениеза наиболее загруженные смены всего
года:
(3.97)
где – средняя
активная мощность за наиболее загруженную
сменуi-го месяца года;
– коэффициент
использования по активной мощностиi-го месяца года.
Из выражений (3. 88), (3.91) и (3.96) следует, что
существует связь между коэффициентами
,и:
(3.98)
Так как
,
то.
Средняя активная мощность за наиболее
загруженную смену осветительных
приёмников:
(3.99)
где
– коэффициент
спроса по активной мощности осветительной
нагрузки.
Значения
увеличиваются по направлению от ввода
к потребителям. Для линий групповой
сетипринимается равным единице. Для
осветительных нагрузоктакже принимается равным единице.
Установленная мощность приёмников
освещения
может определяться по удельной
осветительной нагрузке на 1 м2поверхности пола.
Средняя полная мощность
,и средний ток,за наиболее загруженную смену или за
год для трёхфазной сети определяется
по величинам средних мощностей за
соответствующий период времени из
выражений (3.16), в которые подставляются
значенияиливместоииливместо,
а для постоянного тока – по формулам:
(3.100)
Соседние файлы в папке лекции
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Для электрических сетей расчетными нагрузками являются наибольшие возможные нагрузки длительностью не менее 30 мин.
Величина расчетной нагрузки зависит от числа и установленной мощности электроприемников, характера производства и степени автоматизации — производственного процесса.
1. Номинальная (установленная) мощность электроприемников
Номинальная активная мощность для одного электроприемника определяется по формулам:
для приемников освещения и электродвигателей при длительном режиме работы
для электродвигателей повторно-кратковременного режима работы
для трансформаторов электропечей
для трансформаторов сварочных машин и аппаратов и сварочных трансформаторов ручной сварки
где Рн — номинальная мощность приемника освещения или номинальная (паспортная) мощность электродвигателя для длительного режима работы, кВт;
ПВн — номинальная (паспортная) продолжительность включения, отн. ед.;
Рн.п — паспортная мощность электродвигателя при номинальной относительной продолжительности включения, кВт;
Sн — паспортная мощность трансформатора, кВА;
cosφн— коэффициент мощности электропечи, сварочного аппарата или сварочного трансформатора при номинальных условиях.
Номинальная мощность группы электроприемников определяется как сумма номинальных мощностей всех электроприемников:
где ру — номинальная мощность электроприемника, кВт;
n — общее число электроприемников в группе.
2. Расчетные нагрузки
Для одного электроприемника расчетная активная мощность принимается равной:
при длительном режиме работы
при повторно-кратковременном режиме работы
где ру — номинальная мощность электроприемника, кВт.
При повторно-кратковременном режиме работы электроприемника установленная мощность должна быть приведена к длительному режиму работы по одной из формул (3-2) или (3-4).
Расчетная реактивная мощность одного электроприемника определяется из выражения
где φ — фазовый угол тока электроприемника при режиме расчетной нагрузки.
Для группы электроприемников числом до 3 включительно активная и реактивная расчетные мощности определяются как суммы соответственно активных и реактивных нагрузок электроприемников группы.
При ориентировочных расчетах допускается определять расчетную активную мощность одной или нескольких групп электроприемников по формуле
где Кс и Ру — соответственно средняя величина коэффициента спроса и установленная мощность группы однотипных электроприемников;
n — общее число групп электроприемников. Реактивная расчетная мощность может быть определена из выражения
где φ — фазовый угол суммарного тока всей группы электроприемников для режима расчетной нагрузки.
Средние значения коэффициента спроса силовой нагрузки для некоторых производств приведены в табл. 3-1 и 3-2.
Коэффициент спроса осветительной нагрузки промышленных предприятий и относящихся к ним вспомогательных и бытовых сооружений принимается по табл. 3-3.
В общем случае коэффициент спроса группы электроприемников промышленного предприятия определяется как произведение коэффициентов использования (Ки) и максимума (Км):
Кс=КиКм (3-11)
Коэффициенты использования и максимума группы электроприемников соответственно равны:
где Рсм — средняя активная нагрузка рассматриваемой группы электроприемников за наиболее нагруженную смену предприятия, квт;
Р и Ру — соответственно расчетная и номинальная активная мощности той же группы электроприемников, квт.
Значения коэффициентов использования в зависимости от типа приводимых механизмов и характера производства приведены в табл. 3-1.
Значения коэффициента использования для нескольких групп электроприемников с разными значениями коэффициента использования определяются по формуле (3-12), в которой под Рсм следует понимать сумму средних нагрузок за наиболее нагруженную смену для всех групп электроприемников:
Коэффициент спроса группы электроприемников для ориентировочных расчетов может быть принят в зависимости от коэффициента использования по табл. 3-4.
3. Определение коэффициента максимума
При расчетах на стадии технического проекта или рабочих чертежей расчетные нагрузки определяются с учетом коэффициента максимума, величина которого зависит от коэффициента использования и эффективного числа электроприемников.
Под эффективным числом группы электроприемников с различной установленной мощностью и разными режимами работы понимается такое число приемников, одинаковых по мощности и однородных по режиму работы, которое обеспечивают ту же величину расчетной нагрузки, что и рассматриваемая группа различных по мощности и режиму работы электроприемников.
В общем случае эффективное число электроприемников может быть найдено из выражения
Эффективное число электроприемников может быть принято равным фактическому их числу в следующих случаях:
а) когда мощность всех приемников одинакова;
б) при коэффициенте использования Ки>0,8;
в) когда выполняются указанные в табл. 3-5 соотношения между коэффициентом использования и величиной отношения, равного:
где Ру.макс и Ру.мин — соответственно номинальные активные мощности наибольшего и наименьшего электроприемников в группе, квт.
При определении Ру.мин должны быть исключены наиболее мелкие электроприемники, суммарная мощность которых не превосходит 5% мощности всей группы приемников.
Когда указанные условия не выполняются, эффективное число электроприемников определяется в зависимости от величин Р*и n*, вычисляемых пo формулам (*—звездочки, поставленные под буквенными обозначениями, указывают на относительные величины).
где n — общее число электроприемников группы;
— сумма номинальных мощностей всей группы, квт;
— число приемников в группе, номинальная мощность каждого из которых больше или равна половине номинальной мощности наиболее мощного приемника в группе;
— сумма номинальных мощностей этих приемников, квт.
Мелкие электроприемники, суммарная мощность которых не превосходит 5% номинальной мощности всех электроприемников, при определении не учитываются.
В зависимости от величин р* и n* по табл. 3-6 находят величину относительного значения эффективного числа электроприемников:
и определяют эффективное число приемников умножением полученного значения на общее число электроприемников группы:
В зависимости от коэффициента использования Ки и эффективного числа приемников nэ по табл. 3-7 определяется коэффициент максимума Км.
Величины расчетных активной и реактивной мощностей группы электроприемников определяется по формулам:
где Рсм — средняя активная мощность для группы электроприемников за наиболее нагруженную смену, кВт;
tgφ — соответствует характерному для данной группы электроприемников значению фазового угла в режиме максимальной активной мощности.
Полная расчетная мощность определяется из выражения
расчетный ток — по формуле
где U1 — номинальное напряжение сети, кв.
Коэффициент мощности при режиме расчетной нагрузки равен:
При определении эффективного числа электроприемников для большого числа питающих линий, нескольких трансформаторных пунктов, распределительных подстанций и т. п. допускается применять упрощенную методику расчета, которая заключается в следующем.
Для отдельных линий или подстанций, для которых ранее были определены величины номинальной мощности и эффективного числа электроприемников вычисляются мощности условных электроприемников по формуле
где Ру и nэ — соответственно номинальная мощность и эффективное число электроприемников рассматриваемой линии или подстанции.
При этом не учитывается нагрузка резервных электроприемников, ремонтных сварочных трансформаторов и других ремонтных электроприемников, пожарных насосов, а также электроприемников, работающих кратковременно (дренажные насосы, задвижки, вентили, щитовые затворы и т. п.). Нагрузка таких электроприемников учитывается только при расчете питающих эти приемники линий и линий, питающих силовые распределительные пункты, к которым они подключены.
Определение эффективного числа электроприемников, коэффициентов максимума и спроса для условных электроприемников, вычисленных по формуле (3-26), производится методом, изложенным выше для индивидуальных приемников.
При окончательном подсчете нагрузок должны быть учтены реактивные мощности присоединенных к сети батарей конденсаторов (мощности батарей статических конденсаторов учитываются со знаком «минус»), а также потери активной и реактивной мощности в понижающих трансформаторах.
Для электроприемников с малоизменяющейся во времени нагрузкой (насосы водоснабжения, вентиляторы, отопительные и нагревательные приборы, печи сопротивления и т. п.) коэффициент спроса может быть принят равным коэффициенту использования:
Кс=Ки (3-27)
Изложенный метод определения расчетных нагрузок рекомендуется применять на всех ступенях и для всех элементов системы электроснабжения промышленных предприятий без введения в расчеты понижающих коэффициентов. Допускается применение коэффициента участия в максимуме в пределах 0,9—0,95 в случаях, когда при определении нагрузок на высших ступенях системы электроснабжения можно ожидать несовпадения во времени максимально загруженных смен, а также при ориентировочных расчетах.
В табл. 3-8 дано число часов использования максимальной мощности для осветительной нагрузки промышленных предприятий.
Пример 3-1.
В отделении цеха промышленного предприятия установлена группа электродвигателей на номинальное напряжение 380 в с длительным режимом работы. По величине коэффициента использования электроприемники разбиваются на три подгруппы, для каждой из которых в табл. 3-9 указаны число и мощность двигателей, суммарная номинальная мощность, величины коэффициентов использования и мощности.
Требуется определить расчетные нагрузки для всей группы электродвигателей отделения.
Таблица 3-9 Расчетные данные для примера 3-1 | ||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
№ подгрупп электро-приемников | Количество и номинальная мощность электроприемников | Суммарная мощность, квт | Коэф-фициент исполь-зования | Коэф-фициент мощности | Средняя мощность за наиболее нагруженную смену | |||||||
кол-во | мощность, квт | кол-во | мощность, квт | кол-во | мощность, квт | Активная, квт | Реактивная, квар |
|||||
1 | 2 | 100 | 3 | 22 | – | – | 266 | 0,6 | 0,85 | 0,62 | 160 | 99 |
2 | б | 30 | – | – | – | – | 180 | 0,7 | 0,75 | 0,88 | 126 | 111 |
3 | 4 | 17 | 6 | 4 | 10 | 2,2 | 114 | 0,3 | 0,6 | 1,33 | 34 | 45 |
Для всей группы электроприемников | 560 | 0,573 | 0,78 | 0,80 | 320 | 255 |
Примечание. В первых семи столбцах указаны заданные величины. Остальные величины определены были при решении примера.
Решение.
Определяются значения tgφ в зависимости от величин cosφ (полученные значения указаны в табл. 3-9).
Для каждой из подгрупп двигателей определяются средние мощности за наиболее загруженную смену.
Для первой подгруппы средняя активная мощность по (3-12) равна:
средняя реактивная мощность по (3-8)
Аналогично определяются средние мощности для второй и третьей подгрупп электродвигателей.
Суммарные средние активная и реактивная мощности отделения цеха за наиболее загруженную смену равны соответственно:
Среднее значение
Общее число электродвигателей
n=2+3+6+4+6+10=31
Групповой коэффициент использования для всех электродвигателей определяется по (3-12):
Для определения коэффициента максимума следует найти значение эффективного числа электроприемников.
Мощность наибольшего двигателя группы (табл. 3-9)
мощность наименьшего двигателя
Электродвигатели мощностью по 2,2 квт при этом не учитываются, так как их суммарная мощность составляет меньше 5% общей мощности группы двигателей:
По (3-16) значение отношения
Согласно данным табл. 3-5 эффективное число электроприемников не может быть приравнено действительному их числу и должно быть определено по табл. 3-6 в зависимости от величин р* и n*
Как видно из табл. 3-9, число электроприемников в группе, установленная мощность каждого из которых равна или больше половины мощности наиболее крупного приемника, n1=2, так как половина мощности наиболее крупного электродвигателя составляет 100/2 = 50 кВт и указанное число ограничивается числом двигателей мощностью по 100 кВт. Мощность этих двигателей равна:
Находим значения р* и n* соответственно по (3-17) и (3-18):
По табл. 3-6 для полученных значений р* и n* определяем относительное значение эффективного числа электроприемников:
(согласно примечанию к табл. 3-6 для промежуточного значения величины n* принята ближайшая меньшая величина n*э).
Эффективное число электроприемников определяется по (3-20):
В зависимости от значения группового коэффициента использования Ки=0,573 и эффективного числа электроприемников nэ=11,8 по табл. 3-7 путем интерполяции определяем величину коэффициента максимума:
Км=1,24
Величины расчетных активной и реактивной мощности отделения цеха предприятия определяются по (3-21) и (3-22):
Величина полной расчетной мощности по (3-23) равна
а коэффициента мощности по (3-25)
Пример 3-2.
Определить расчетные нагрузки для линии на номинальное напряжение 6 кв, питающей четыре цеховых ТП, для которых предварительным расчетом были определены мощность и эффективное число электроприемников, а также средние активная и реактивная мощности за наиболее нагруженную смену (см. табл. 3-10).
Общая мощность присоединенных к сети батарей конденсаторов составляет 650 квар.
Таблица 3-10 Расчетные данные для примера 3-2 | |||||
---|---|---|---|---|---|
№ ТП | Номинальная мощность Ру, квт | Средняя мощность за наиболее нагруженную смену | Эффективное число электроприемников nэ | Мощность условного электроприемника Р’у, квт | |
активная Рсм, квт | реактивная Qсм, квар | ||||
1 2 3 4 |
460 1200 410 300 |
280 450 145 245 |
240 340 170 240 |
26 45 46 22 |
17,7 26,7 8,92 13,6 |
Всего | 2370 | 1120 | 990 | 139 | – |
Решение.
Определяем коэффициент использования всех присоединенных к линии электроприемников по (3-12):
Определяем мощности условных электроприемников из (3-26): для ТП1
для ТП2
Результаты расчета указаны в табл. 3-10.
Вычисляем отношение мощностей наибольшего условного электроприемника и наименьшего по (3-16):
Полученные значения коэффициента использования и величины m удовлетворяют указанным в табл. 3-5 условиям, следовательно эффективное число электроприемников для линии, питающей ТП1-4, может быть принято равным суммарному фактическому числу условных приемников nэ=139.
Величину коэффициента максимума определяем по табл. 3-7 в зависимости от значений Ки =0,473 и nэ=139:
Км = 1,06
Значения расчетных нагрузок (мощностей) определяем по формулам (3-21) — (3-25).
1. При отключенных батареях конденсаторов
Активная мощность
Реактивная мощность
Полная мощность
Ток линии
Коэффициент мощности
2. При полностью включенных батареях конденсаторов
Активная мощность (пренебрегая потерями мощности в конденсаторах)
Р= 1190 квт
Реактивная мощность
Q = 1050-650 = 400 кВАР
Полная мощность
Ток линии
Коэффициент мощности
Демьян Бондарь
Эксперт по предмету «Электроника, электротехника, радиотехника»
преподавательский стаж — 5 лет
Задать вопрос автору статьи
Расчет электрических нагрузок цеха
Определение 1
Электрические нагрузки – это мощность, которая потребляется электрической установкой (объектом) в определенный момент времени.
Нагрузка цеха состоит из электрических приемников различной мощности. Поэтому при расчетах они разбиваются на отдельные группы с однотипным режимом работы, при этом в каждой группе выделяется подгруппа приемников с одинаковыми коэффициентами использования и мощности. Для определения электрических нагрузок может быть использован метод коэффициента использования максимума электрических нагрузок. Данный метод устанавливает связь режима работы электроприемников и расчетной нагрузки на основе вероятностной схемы формирования графика групповой нагрузки. В 90 % случаев такой метод применяется для расчета нагрузок массовых электроприемников. После того, как электроприемники были разбиты на группы и подгруппы, рассчитывается номинальная мощность по следующей формуле:
Сделаем домашку
с вашим ребенком за 380 ₽
Уделите время себе, а мы сделаем всю домашку с вашим ребенком в режиме online
Бесплатное пробное занятие
*количество мест ограничено
$Рном = Рпасп*√ПВ$
где: Рпасп – паспортная мощность электроприемника; ПВ – продолжительность включения.
Затем рассчитывается общая мощность всех электроприемников в цеху:
$Робщ = Р1+Р2+…+Рn$
где Р1, Р2 … Рn – мощность электроприемников
Теперь можно рассчитать показатель силовой сборки для каждой линии питания:
$m = Рнмакс1 / Рнмин1$
где Рнмакс – мощность максимального электроприемника; Рнмин – мощность минимального потребителя.
Формула для расчета средней активной и реактивной мощностей электроприемника для самой загруженной схемы выглядит следующим образом:
$Рсм = ku*Pном$
$Qсм = Рсм*tgф$
где: ku – коэффициент использования; Qсм – средняя реактивная мощность за смену; Рсм – активная мощность за смену; tgф – коэффициент реактивной мощности.
Средний коэффициент мощности рассчитываемой группы электроприемников определяется следующим образом:
$ku = Рсмобщ/Рномобщ$
где: Рсмобщ – общая нагрузка за смену всей группы электроприемников; Рномобщ – общая нагрузка за смену всей группы электроприемников.
Эффективное количество электроприемников определенной группы рассчитывается следующим образом:
«Расчет электрических нагрузок цеха. Выбор числа и мощности питающих трансформаторов» 👇
$nэ = Рномобщ^2 / Рномi^2$
Максимальная активная мощность группы приемников рассчитывается по формуле:
$Pактmax = Км*Рсм$
где Км – коэффициент максимума
Формула для расчета максимальной реактивной мощности выглядит следующим образом:
$Qреактmax = Км*Qсм$
Полная максимальная мощность считается по формуле:
$S = √ (Рактmax^2 + Qреактmax)$
Формула для расчета максимального тока выглядит следующим образом:
$Imax = Smax / (√3*Uном)$
где Uном – номинальное напряжения
Аналогично определяется нагрузка остальных групп, а их сумма представляет собой общую нагрузку цеха.
Выбор числа и мощности питающих трансформаторов
Цеховые трансформаторы, как правило, имеют следующие номиналы мощности (в киловаттах):
- 100
- 160
- 250
- 400
- 630
- 1000
- 1600
- 2500
С ростом мощности трансформаторов возрастают токи короткого замыкания. Из-за этого единичная мощность трансформаторов, которые питают электрические установки до 1000 вольт ограничена максимально допустимыми токами короткого замыкания. Как правило, предельная мощность трансформаторов, которые изготавливаются заводами на напряжение 0,44 – 0,6 киловольт составляет 2500 киловатт. Электрические подстанции в цеху могут быть:
- Однотрансформаторными, которые используются при наличии в цехе электроприемников, в работе которых допускается перерыв в электроснабжении на время резервирования.
- Двухтрансформаторными, которые используются при преобладании электроприемников первой категории и наличии потребителей особой группы, при сосредоточенной цеховой нагрузки.
Ориентировочный выбор количества и мощности питающих трансформаторов осуществляется по удельной плотности нагрузки:
$j = Sp/F$
где Sp – расчетная нагрузка цеха; F – площадь цеха
Выбор номинальной мощности трансформаторов осуществляется по расчетной мощности аварийного и нормального режимов работы, учитывая рациональную загрузку в нормальном режиме, а также с учетом минимального резервирования в послеаварийном режиме:
$Sном = Sсм / (N*Кз)$
где Sсм – средняя нагрузка за максимально загруженную смену (временной промежуток); N – количество трансформаторов; Кз – коэффициент загрузки.
Если известны усредненные приведенные затраты на цеховые трансформаторы, то оптимальное количество трансформаторов может быть выбрано по специальным кривым, пример которой изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Кривые. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В зависимость от конструкции трансформаторов и условий их эксплуатации в состав процесса выбора их мощности и числа может входить :расчет суммарной мощности конденсаторных батарей
Расчет суммарной мощности конденсаторной батареи осуществляется в два этапа: выбор оптимального количества трансформаторов и определение дополнительной мощности батареи, в целях уменьшения потерь в трансформаторах и сети.
Находи статьи и создавай свой список литературы по ГОСТу
Поиск по теме