Как составить график суточный нагрузки

Электрическая
нагрузка промышленных предприятий
зависит от вида производства, режима
рабочего дня и числа смен. Наглядное
представление о характере изменения
электрических нагрузок во времени
(смена, сутки, месяц, год) дают графики
нагрузок.
Графиком нагрузки
называется кривая, показывающая изменение
нагрузок за определенный промежуток
времени. По роду нагрузки различают
графики активной и реактивной нагрузки,
по длительности – суточные и годовые
графики нагрузок.

Каждая
отрасль промышленности имеет свой
характерный график нагрузок, определяемый
технологическим процессом производства
(прил. В). Если откладывать по оси абсцисс
часы суток, а по оси ординат потребляемую
в каждый момент времени мощность в
процентах от максимальной мощности, то
получим суточный график нагрузки.

Наибольшая
возможная за сутки нагрузка принимается
за 100 %. При известном расчетном максимуме
нагрузки P_p
можно перевести типовой график (Р, %) в
график нагрузки данного промышленного
потребителя в значении активной мощности
( Р, кВт).

,
(53)

где
Р_ст
– мощность нагрузки в определенное
время суток, кВт; n
% – ордината соответствующей ступени
типового графика %, Р_max
– максимальная
нагрузка, кВт;

Затем по суточному
графику нагрузки определяют:

– суточный
расход электроэнергии
,
(54)

где
t
– продолжительность i-ой
ступени суточного графика, час;

– среднесуточную
нагрузку
,
(55)

– коэффициент
заполнения графика нагрузок К_з.г.
характеризует степень неравномерности
режима работы электроустановок

.
(56)

Для
планирования годового потребления и
выработки электроэнергии составляют
годовые графики нагрузки по продолжительности
и годовые графики изменения суточных
максимумов нагрузок.

Годовой
график по продолжительности
представляет собой кривую изменения
убывающей нагрузки в течение года. Его
можно построить по характерным суточным
графикам только двух дней в году –
зимнего и летнего, а при наиболее точном
построении еще и весенне-осенний график
нагрузки.

Для
средней полосы России можно условно
принять продолжительность зимнего
периода – 213 дней (октябрь-март), летнего
– 152 дня (апрель-сентябрь). На оси ординат
годового графика по продолжительности
в соответствующем масштабе откладывают
нагрузки в кВт от P_max
до P_min,
а по оси абсцисс в масштабе – часы года
от 0 до 8760 ч. (365 дней в году по 24 часа в
сутках: 24∙365 = 8760 ч). Обычно для каждого
потребителя в справочной литературе
приводится несколько суточных графиков,
характеризующих работу предприятия в
разное время года и в разные дни недели.
Чаще всего используются графики зимних
и летних суток. Максимальная нагрузка
зимнего суточного графика Р_max
принимается за 100%. Ординаты всех
остальных ступеней графика задаются в
процентах относительно этого значения.

По
годовому графику нагрузки можно
определить некоторые коэффициенты,
характеризующие режим работы предприятия.

Годовой
расход активной электроэнергии W,
кВт∙ч, за рассматриваемый период времени
для предприятия равен площади годового
графика:
,

(57)

где
P_i
– мощность i-той
ступени графика, кВт; t_i
–
продолжительность времени i-той
ступени графика, ч.

Число
часов использования максимума активной
мощности
можно определить и по годовому графику
активных нагрузок:

(ч),
(58)

Т_м
– показывает, сколько часов в году
установка должна была бы работать с
неизменной максимальной нагрузкой,
чтобы потребить действительно
потреблённое за год количество
электроэнергии:

(59)

Коэффициент
использования активной установленной
мощности k_и
характеризует
степень использования установленной
мощности:

,
(60)

где
P_уст
– суммарная установленная мощность,
кВт.

.
(61)

Пример13.
Для завода
целлюлозно-бумажной промышленности
расчетная максимальная нагрузка
составила P_p=12
МВт. Суточный график зимнего дня
представлен на рис.6 (Прил. Г рис. м).
Построить годовой график нагрузок, при
условии, что нагрузка летнего дня на
20% меньше нагрузки зимнего дня. По
годовому графику определить годовую
электроэнергию, потребляемую предприятием,
коэффициент заполнения графика нагрузок
К_з.г.,
число
часов использования максимума активной
мощности Т_м
.

Рис.6.
– Суточный зимний график активной и
реактивной нагрузок

Решение:
По графику рис.6 заполняется табл.13. По
формуле 53 производится пересчет активной
мощности, заданной в процентах (по
графику) в именованные единицы (МВт).

Таблица
13.

Перевод
типового графика нагрузок в график
нагрузки данного предприятия для зимнего
и летнего периодов

часы	1-6	7-14	15	16-18	19	20-24
По суточному зимнему графику
P, %	80	100	90	95	85	95
Ppt зим	9,6	12	10,8	11,4	10,2	11,4
По суточному летнему графику
P, %	60	80	70	75	65	75
Ppt зим	7,2	9,6	8,4	9,0	7,8	9,0

По
данным табл. 13 строим суточные графики
зимних и летних суток (рис.7).

Рис.
7 Суточные зимний и летний график активной
нагрузки

Так
как годовой график имеет ступенчатую
форму, то нагрузку необходимо расположить
в убывающем порядке, начиная с наибольшей
(Р_max
=12 МВт).
Принимаем продолжительность t_зимн=
213ч; t_летн
= 152 ч.

Данные
для построения годового графика сводим
в табл. 14.

Таблица
14

Данные для построения
годового графика нагрузки

№ ступени графика	P, %	Ppt., МВт	ti ,ч	W, МВт·ч
1	100	12	213∙9 = 1917	12∙1917 = 23004
2	95	11,4	213∙7 = 1491	11,4∙1491 = 16997
3	90	10,8	213∙1 =213	10,8∙213 = 2300
4	85	10,2	213∙1 = 213	10,8∙213 = 2300
5	80	9,6	213∙ 6 + 152∙ 9= 2646	9,6∙2646 = 25402
6	75	9,0	152∙7 = 1064	9∙1064 = 9576
7	70	8,4	152∙1= 152	8,4∙152 = 1277
8	65	7,8	152∙1= 152	7,8∙152 = 1186
9	60	7,2	152∙6= 912	7,2∙912 = 6566
итого			∑ti=8760 ч	88481 МВт·ч

Годовой
график активной нагрузки подстанции
будет иметь вид, представленный на
рисунке 8.

Рис.
8 Годовой график активной нагрузки
завода

По
годовому графику определяем:

;
;МВт

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #



Графики электрических нагрузок потребителей

Общие положения

Электрическая нагрузка отдельных потребителей, а следовательно, и суммарная их нагрузка, определяющая режим работы электростанций в энергосистеме, непрерывно меняется. Принято отражать этот факт графиком нагрузки, т.е. диаграммой изменения мощности (тока) электроустановки во времени.

По виду фиксируемого параметра различают графики активной Р, реактивной Q, полной (кажущейся) S мощностей и тока I электроустановки.

Как правило, графики отражают изменение нагрузки за определенный период времени. По этому признаку их подразделяют на суточные (24 ч), сезонные, годовые и т.п.

По месту изучения или элементу энергосистемы, к которому они относятся, графики можно разделить на следующие группы:

• графики нагрузки потребителей, определяемые на шинах подстанций;
• сетевые графики нагрузки – на шинах районных и узловых подстанций;
• графики нагрузки энергосистемы, характеризующие результирующую нагрузку энергосистемы;
• графики нагрузки электростанций.

Графики нагрузки используют для анализа работы электроустановок, для проектирования системы электроснабжения, для составления прогнозов электропотребления, планирования ремонтов оборудования, а также в процессе эксплуатации для ведения нормального режима работы.

Суточные графики нагрузки потребителей

Фактический график нагрузки может быть получен с помощью регистрирующих приборов, которые фиксируют изменения соответствующего параметра во времени.

Перспективный график нагрузки потребителей определяется в процессе проектирования. Для его построения надо располагать прежде всего сведениями об установленной мощности электроприемников, под которой понимают их суммарную номинальную мощность. Для активной нагрузки

(1)

Присоединенная мощность на шинах подстанции потребителей

(2)

Где – соответственно средние КПД электроустановок потребителей и местной сети при номинальной нагрузке.

В практике эксплуатации обычно действительная нагрузка потребителей меньше суммарной установленной мощности. Это обстоятельство учитывается коэффициентами одновременности k_о и загрузки k_з. Тогда выражение для максимальной нагрузки потребителя будет иметь вид:

(3)

где k_спр – коэффициент спроса для рассматриваемой группы потребителей.

Коэффициенты спроса определяются на основании опыта эксплуатации однотипных потребителей и приводятся в справочной литературе. Средние значения коэффициентов спроса для некоторых промышленных потребителей приведены в табл.1.

Таблица 1

Коэффициент спроса k_спр

Найденное по (3) значение максимальной нагрузки является наибольшим в году и соответствует обычно периоду зимнего максимума нагрузки.

Кроме Р_max, для построения графика необходимо знать характер изменения нагрузки потребителя во времени, который при проектировании обычно определяется по типовым графикам.

Типовой график нагрузки строится по результатам исследования аналогичных действующих потребителей и приводится в справочной литературе в виде, показанном на рис.1,а.

Рис.1. Суточные графики активной нагрузки потребителя
а – типовой
б – в именованных единицах

Для удобства расчетов график выполняется ступенчатым. Наибольшая возможная за сутки нагрузка принимается за 100%, а остальные ступени графика показывают относительное значение нагрузки для данного времени суток.

При известном Р_max можно перевести типовой график в график нагрузки данного потребителя, используя соотношение для каждой ступени графика:

(4)

где n% – ордината соответствующей ступени типового графика, %.

На рис.1,б показан график потребителя электроэнергии, полученный из типового (рис.1,а) при Р_max = 20 МВт.

Обычно для каждого потребителя дается несколько суточных графиков, которые характеризуют его работу в разное время года и в разные дни недели. Это – типовые графики зимних и летних суток для рабочих дней, график выходного дня и т.д. Основным является обычно зимний суточный график рабочего дня. Его максимальная нагрузка Р_max принимается за 100%, и ординаты всех остальных графиков задаются в процентах именно этого значения (рис.2).

Рис.2. Пример типового графика конкретного вида производства (черная металлургия)
1 – график рабочего дня
2 – график выходного дня

Кроме графиков активной нагрузки, используют графики реактивной нагрузки. Типовые графики реактивного потребления также имеют ординаты ступеней, %, абсолютного максимума:

(5)

где tgφ_max определяется по значению cosφ_max , которое должно быть задано как исходный параметр для данного потребителя.

Суточный график полной мощности можно получить, используя известные графики активной и реактивной нагрузок. Значения мощности по ступеням графика (рис.3) определяются по выражениям

(6)

где Р_n и Q_n – активная и реактивная нагрузки данной ступени в именованных единицах.

Рис.3. Суточные графики активной, реактивной и полной мощности потребителя

Суточные графики районных подстанций

Эти графики определяются с учетом потерь активной и реактивной мощностей в линиях и трансформаторах при распределении электроэнергии.

Потери мощности от протекания тока в проводах линий и в обмотках трансформаторов являются переменными величинами, зависящими от нагрузки. Постоянную часть потерь мощности в сети определяют в основном потери холостого хода трансформаторов.

Постоянные потери распределения и переменные потери для максимального режима в i-м элементе сети (линии, трансформаторе) находят с использованием методов, известных из курса «Электрические сети». Суммарные потери для любой ступени графика нагрузки подстанции могут быть найдены из выражений

(7)

где S_i – нагрузка i-го элемента сети, соответствующая рассматриваемой n-й ступени суммарного графика нагрузки; S_i,max – нагрузка элемента (линии, трансформатора), при которой определены

Способ построения графика активной нагрузки для конкретной сети показан на рис.4.

Рис.4. К построению графика активной нагрузки
электрической сети (на шинах районной подстанции)
а – схема сети,
б – графики нагрузки отдельных потребителей,
в – суммарный график нагрузки

Суточные графики нагрузки электростанций

Суммируя графики нагрузки потребителей и потери распределения в электрических сетях в целом по энергосистеме, получают результирующий график нагрузки электростанций энергосистемы

Рис.5. Графики активной нагрузки энергосистемы

График нагрузки генераторов энергосистемы получают из графика мощности, отпускаемой с шин, учитывая дополнительно расход электроэнергии на собственные нужды (рис.5). При значительных колебаниях нагрузки электростанций необходимо учитывать переменный характер потребления собственных нужд.

(8)

где Р_i – мощность, отдаваемая с шин станции; Р_уст – установленная мощность генераторов; Р_c.н.max – максимальный расход на собственные нужды; коэффициенты 0,4 и 0,6 приближенно характеризуют соответствующую долю постоянной и переменной части расхода на собственные нужды Р_с.н.max.

Нагрузка между отдельными электростанциями распределяется таким образом, чтобы обеспечить максимальною экономичность работы в целом по энергосистеме. Исходя из этих соображений, диспетчерская служба энергосистемы задает электростанциям суточные графики нагрузки.

При проектировании электрической части электростанции необходимо знать график нагрузки трансформаторов и автотрансформаторов связи с энергосистемой. Способ построения такого графика для трансформаторов связи ТЭЦ с энергосистемой показан на рис.6.

Рис. 6. Графики активной нагрузки для ТЭЦ, работающей в энергосистеме
а – поясняющая схема
6 – графики выработки и потребления мощности на генераторном напряжении
в – график нагрузки трансформаторов связи

Требуемый график Р_т получают, вычитая из графика нагрузки генераторов Р_г график потребления местной нагрузки и расход электроэнергии на собственные нужды Р_с.н.

Годовой график продолжительности нагрузок

Этот график показывает длительность работы установки в течение года с различными нагрузками. По оси ординат откладывают нагрузки в соответствующем масштабе, по оси абсцисс – часы года от 0 до 8760. Нагрузки на графике располагают в порядке их убывания от Р_max до Р_min (рис.7).

Рис.7. Годовой график продолжительности нагрузок

Построение годового графика продолжительности нагрузок производится на основании известных суточных графиков. На рис.8 показан способ построения графика при наличии двух суточных графиков нагрузки – зимнего (183 дня) и летнего (182 дня).

Рис.8. Способ построения годового графика продолжительности нагрузок

Для наиболее распространенных потребителей электроэнергии в справочниках приводятся типовые графики активной и реактивной нагрузок по продолжительности.

График продолжительности нагрузок применяют в расчетах технико-экономических показателей установки, расчетах потерь электроэнергии, при оценке использования оборудования в течение года и т.п.

Технико-экономические показатели, определяемые из графиков нагрузки

Площадь, ограниченная кривой графика активной нагрузки, численно равна энергии, произведенной или потребленной электроустановкой за рассматриваемый период:

(9)

где Р_i – мощность i-й ступени графика; Т_i – продолжительность ступени.

Средняя нагрузка установки за рассматриваемый период (сутки, год) равна:

(10)

где Т – длительность рассматриваемого периода; W_п – электроэнергия за рассматриваемый период.

Степень неравномерности графика работы установки оценивают коэффициентом заполнения

(11)

Коэффициент заполнения графика нагрузки показывает, во сколько раз выработанное (потребленное) количество электроэнергии за рассматриваемый период (сутки, год) меньше того количества энергии, которое было бы выработано (потреблено) за то же время, если бы нагрузка установки все время была максимальной. Очевидно, что чем равномернее график, тем ближе значение k_зп к единице.

Для характеристики графика нагрузки установки можно воспользоваться также условной продолжительностью использования максимальной нагрузки

(12)

Эта величина показывает, сколько часов за рассматриваемый период Т (обычно год) установка должна была бы работать с неизменной максимальной нагрузкой, чтобы выработать (потребить) действительное количество электроэнергии W_п за этот период времени. Определение величины Т_max можно проиллюстрировать на примере рис.3.

В практике применяют также коэффициент использования установленной мощности

(13)

или продолжительность использования установленной мощности

(14)

В формулах (13) и (14) под Р_уст следует понимать суммарную установленную мощность всех агрегатов, включая резервные.

Коэффициент использования k_и характеризует степень использования установленной мощности агрегатов. Очевидно, что k_и<1, а Т_уст< Т. С учетом соотношения Р_уст≥Р_max имеем k_и≤k_зп.

В среднем для энергосистем России продолжительность использования установленной мощности электростанций составляет около 5000 ч в год.



Изменение электрической нагрузки во времени называется графиком электрической нагрузки. Графики электрических нагрузок строятся в прямоугольных координатах и представляются плавными кривыми или ломаными линиями.

На рис. 1 показаны различные способы представления графиков электрических нагрузок Р= f(t). Графики нагрузок могут быть представлены плавными кривыми линиями и ломаными (ступенчатыми) линиями с интервалом осреднения на каждой ступени 30 мин (рис. 1,а) и 60 мин (рис. 1,б) в зависимости от времени достижения предельно допустимой температуры при максимальной нагрузке.

Графики электрических нагрузок строятся с помощью самопишущих приборов (амперметры, ваттметры), по визуальному отсчету показаний стрелочных приборов через равные промежутки времени, по отсчету показаний счетчиков активной энергии через те же интервалы времени. График, построенный с помощью самопишущего прибора, является криволинейным, а построенный по показаниям счетчиков энергии – ступенчатым, где на каждой ступени показывается средняя мощность за контролируемый промежуток времени.

Нагрузка в каждый момент времени является величиной случайной, закон распределения которой во времени изменяется.

Графики электрических нагрузок строятся как для одиночных электроприемников, так и для их групп. Для одиночных электроприемников строятся индивидуальные графики и для группы электроприемников – групповые графики.

Рис. 1. Сменные графики электрических нагрузок, выраженные кривыми   и ломаными линиями: а – с интервалом осреднения 30 мин.; б – с интервалом осреднения 60 мин.

Характер и форма индивидуального графика нагрузки электроприемника определяются технологическим процессом. Групповой график представляет собой результат суммирования индивидуальных графиков электроприемников, входящих в группу. Конфигурация группового графика зависит от многих случайных факторов – различной загрузки отдельных электроприемников, сдвигом во времени их включения и отключения. Устойчивые графики для отдельных предприятий, производств называют типовыми.

Графики электрических нагрузок во времени действия нагрузки делят на сменные, суточные, месячные, сезонные (летние, зимние) и годовые.

Сменные графики строят за время продолжительности смены с учетом технологических перерывов в работе электроприемников. Суточные графики охватывают время от 0 до 24 часов. При построении графика принимают среднюю нагрузку за время осреднения. На этом графике выделяют наиболее загруженную смену, т.е. смену, в течение которой наблюдается наибольший выпуск продукции и наибольшее потребление электроэнергии. Такие графики характерны для предприятий и производств с 2-х – 3-х – сменным и непрерывным режимом работы. Месячные графики строят с целью определения расхода электроэнергии на производственные и непроизводственные нужды и оплаты за электроэнергию. При анализе таких графиков можно выделить недели, декады, в течение которых имеет место наибольший выпуск продукции и наибольшее потребление электроэнергии.

По сезонным и годовым графикам определяют максимальную нагрузку, зависящую от сезонных факторов (отопление, вентиляция, подача воды на непроизводственные нужды), расход электроэнергии за сезон и год. На рис. 2 представлен суточный график активной и реактивной нагрузки группы сельскохозяйственных предприятий при трехсменной работе в зимнее время.

Рис. 2. Суточный график активной (Р), реактивной (Q) нагрузки

Из суточного графика видно, что наиболее загруженной сменой является вечерняя (с 16 до 24 часов), менее загруженной – ночная (с 23 до 7 часов). Максимальная нагрузка наблюдается с 18 до 20 часов. В это время наряду с силовой нагрузкой технологического оборудования добавляется осветительная нагрузка. Максимальная нагрузка из приведенного графика принимается за расчетную нагрузку при выборе электрических устройств по допустимому нагреву.

На графике электрических нагрузок площадь, ограниченная ломаной линией изменения активной нагрузки Р = f(t) и осями координат, представляет собой активную энергию Wa, потребляемую приемниками из сети для преобразования в другие виды.

Площадь, ограниченная линией изменения реактивной нагрузки Q=f(t) и осями координат, выражает реактивную энергию Wp, циркулирующую между сетью и электроприемниками. Эта энергия необходима электроприемникам для создания магнитных полей.

Годовой график нагрузки может быть построен аналогично суточному графику, т. е. по средним мощностям, но не за 30, 60 мин, а за месяц (рис. 3, а).

Рис. 3. Годовой график изменения активной мощности: а – по средним месячным мощностям; б – по продолжительности

Чаще строят годовые графики по продолжительности. Такой график представляет собой кривую изменения убывающей нагрузки в течение года (8760 час). Годовой график по продолжительности (рис. 3, б) можно построить  по  годовому графику, построенному по  средним месячным мощностям (рис. 3, а) или двум характерным  суточным графикам нагрузки за зимние и летние сутки.

При этом условно принимают, что продолжительность  зимнего периода 213 суток или 183 суток, а летнего – 152 или 182 суток в зависимости от климатического              района,    в    котором    находится    промышленное   предприятие. На рис. 4 показаны графики электрической нагрузки: годовой график по продолжительности (рис. 4, в), построенный на основании суточных графиков – зимнего (рис. 4, а) и летнего (рис. 4, б).

Рис. 4. Графики электрических нагрузок: а – суточный зимнего периода; б – суточный летнего периода; в – годовой график по продолжительности

Для построения годового графика можно воспользоваться вспомогательной таблицей (табл. 1).

Таблица 1

Вспомогательная таблица для построения годового графика

Почасовые максимумы нагрузок, кВт	Число часов работы с нагрузкой в сутки сезона, ч	Число часов работы с нагрузкой за год, ч
зима	лето
400 и более	1	—	213
350 и более	4	—	840
300 и более	7	1	1625
250 и более	10	2	2410
200 и более	18	7	4865
150 и более	19	18	6780
100 и более	24	20	8140
50 и более	24	24	8760

Построенный годовой график по продолжительности еще называют упорядоченным графиком, т.к. он построен по порядку убывающих ординат. Ступенчатый график с ломаной линией  изменяющейся нагрузки можно заменить графиком с плавно изменяющейся кривой, но при этом площадь, ограниченная ломаной или плавной кривой и осями координат, должна оставаться постоянной.

3) График нагрузки

По расчётным нагрузкам и типовому графику
(определяется номером варианта) строим суточные графики активной, реактивной и
полной нагрузок цеха.

Таблица
4. Типовой график нагрузки

Часы	1−2	3−4	5−6	7−8	9−10	11−12	13−14	15−16	17−18	19−20	21−22	23−24
Нагрузка  в % от расчётной	60	50	70	70	90	100	90	100	70	70	60	65

Таблица
5. Графики нагрузки

Часы	1−2	3−4	5−6	7−8	9−10	11−12	13−14	15−16	17−18	19−20	21−22	23−24
P, кВт	378,7	315,6	441,8	441,8	568,1	631,2	568,1	631,2	441,8	441,8	378,7	410,3
Q, квар	577,5	481,3	673,8	673,8	866,3	962,5	866,3	962,5	673,8	673,8	577,5	625,6
S, кВА	690,6	575,5	805,7	805,7	1035,9	1151	1035,9	1151	805,7	805,7	690,6	748,2

Рисунок 4. Суточный график
активной нагрузки цеха

Рисунок 5. Суточный график
реактивной нагрузки цеха

Рисунок 6. Суточный график
полной нагрузки цеха

Для того чтобы выбрать мощность трансформатора,
необходимо исходный суточный график полной мощности (см. рисунок 6) перестроить
в эквивалентный двухступенчатый.

Для этого определяем среднюю мощность S_э1 на интервале h,
соответствующему максимуму нагрузки, и среднюю мощность нагрузки на интервале,
предшествующем максимуму нагрузки.

;

Рисунок 7. Эквивалентный суточный
график полной нагрузки цеха

Принимаем предварительно мощность трансформатора  и определяем степень его загрузки,
соответственно, на интервалах максимума и минимума нагрузки

Зная величину  и , определим действительное значение . Среднегодовое значение температуры
окружающей среды принимаем равным :

.

Тогда действительная мощность силового трансформатора

Принимаем из стандартного ряда мощностей ближайшее
большее значение:

4) Формирование цеховой электрической сети

Для формирования цеховой электрической сети необходимо
все ЭП независимо от их принадлежности к разным участкам разделить на группы.
При этом каждая группа формируется по территориальному признаку, т.е. в состав
группы включаются находящиеся рядом друг с другом ЭП. Следует помнить, что
количество ЭП в группе определяется возможностями используемых силовых шкафов
или шинопроводов. На рисунке 8 представлен план цеховой электрической сети.