Расчет электрических нагрузок

При расчете силовых нагрузок большое значение имеет правильное определение электрической нагрузки во всех элементах силовой сети. Завышение нагрузки может привести к перерасходу проводникового материала, к повышению стоимости строительства; занижение нагрузки – к уменьшению пропускной способности электрической сети и т.д. [11].

Расчет начинают с определения установленной номинальной мощности каждого электроприемника, мощности наиболее загруженной смены и максимальной расчетной мощности участка, цеха, завода или объекта. Номинальная мощность – это полезная мощность электроприемника, совершающая работу. Она указывается в технических характеристиках электроустановок, электродвигателей, электронагревателей, силовых сварочных и печных трансформаторов, и т.д.

В цехах промышленных предприятий установлено до 80 % асинхронных двигателей, работающих в разных технологических режимах.

Для электродвигателей (металлорежущих станков, вентилято-

ров, компрессоров и т.д.) фактически потребляемая активная мощность:

^*, (2.27)

где – паспортная (потребляемая) мощность электродвигателя, кВт; η – КПД двигателя; P_ном – полезная мощность, кВт; ΔP – собственные потери электродвигателя, кВт.

Для значительной группы электродвигателей активная мощность , так как в период максимальной загрузки электроприемников потери ΔP компенсируются мощностью не участвующих в работе электроприемников.

Для всех нагревательных приемников, в том числе освещения, всегда .

Для электроприемников, заданных полной мощностью S (трансформаторов силовых, печных, сварочных и т.д.)

, кВт, (2.28)

где S – полная паспортная (установленная) мощность, кВА; cosφ – коэффициент мощности.

Для электродвигателей с повторно – кратковременным режимом (краны, лифты)

, кВА , (2.29)

где ПВ = 15, 25, 40, 60 % - повторное включение приемника, задается техпроцессом в процентах.

* В данной главе обозначения величин принято такое же, как в типовых электротехнических расчетах.

Для электроприемников с ПВ, заданных полной мощностью S (сварочных трансформаторов и машин)

. (2.30)

Когда все электроприемники включены в работу, то расчет ведут методом «коэффициента максимума». Одиночные электроприемники группируются и присоединяются к общему силовому щиту. Следовательно, для группы электроприемников номинальная мощность равняется сумме мощностей отдельных электроприемников: , (2.31)

где - суммарная мощность отдельных «i» электроприемни-

ков, кВт.

Сменная Р_см или средняя Р_ср мощность учитывает количество мощности, израсходованной в период одной наиболее загруженной смены (рис.2.2):

; , (2.32)

где W_a – активная энергия, кВт·ч; Т_см – продолжительность смены, ч; W_р – реактивная энергия, кВАр·ч.

Для вновь проектируемых промышленных предприятий активная (кВт) и реактивная (кВАр·ч) мощности каждого одиночного электроприемника

; , (2.33)

где К_и – коэффициент использования электроприемника; - реактивный коэффициент мощности электро-

приемника.

Рассматривая электрическую нагрузку в комплексе, присоединенную к трансформаторной подстанции (ТП), сменную мощность суммируют:

; , (2.34)

где n – количество электроприемников.

Максимальная мощность – это наибольшая мощность, потребляемая участком, цехом, заводом в течение первой смены за 30 мин. Если за 30 мин провода выдержат максимальную нагрузку и не перегреются, то выбранного сечения достаточно для длительного режима работы:

; . (2.35)

Полная максимальная мощность (кВА) и максимальный ток (А)

; . (2.36)

При расчетах и исследованиях электрических нагрузок применяют расчетные коэффициенты, характеризующие режим работы электроприемников, потребление энергии и мощности, времени и графиков нагрузки.

1. Коэффициент использования К_и. Этот коэффициент является основным показателем для расчета нагрузки. Коэффициент использования К_и или средний коэффициент группы К_иc электроприемников характеризует использование активной мощности и представляет собой отношение средней активной мощности P_см одного приемника или группы приемников за наиболее загруженную смену к номинальной мощности Р_ном (установленной):

. (2.37)

При подключении группы электроприемников к одной ТП коэффициент использования активной мощности группы приемников равняется отношению средней активной мощности группы к ее номинальному значению с разными режимами работы за смену

, (2.38)

где n – число подгрупп приемников с разными режимами работы, входящих в данную группу; Р_1см – средняя мощность подгруппы за наиболее загруженную смену; Р_1ном – номинальная мощность приемников.

Очевидно, что коэффициент использования К_и для каждого электроприемника или суммарный для группы приемников будет меньше единицы, то есть К_и < 1,0 (К_и = 0,4 – 0,9). Коэффициент использования К_и и средневзвешенный коэффициент мощности cosφ для разных приемников задаются справочными таблицами, которые используют при расчете нагрузок.

Для графика активных нагрузок (рис.2.1) средний коэффициент использования активной мощности приемника за смену можно определить из выражения

. (2.39) Аналогично определяется коэффициент использования для реактивной мощности

, (2.40)

где q_ном–номинальная реактивная мощность одного приемника, кВАр.

Рис. 2.1. Индивидуальный график активных нагрузок

2. Коэффициент спроса - это отношение потребляемой мощности к номинальной. Он является вторым основным показателем для расчета нагрузки, как и коэффициент использования

, (2.41)

где Р_потр – потребляемая мощность, равная средней мощности за смену плюс потери мощности в проводах и самих потребителях.

Коэффициент спроса для различных отраслей предприятий и электроприемников приводится в справочниках (К_с = 0,5 – 0,95).

Фактическая нагрузка может быть определена, как произведение установленной мощности Р_у на коэффициент К_и или К_с, т.е.

, (2.42)

где Р_у = Р_1см – установленная номинальная мощность группы приемников, определяемая по выражению (2.34).

Расчетная или потребляемая активная нагрузка для группы однородных по режиму работы приемников определяется (см. рис.2.1):

, (2.43)

где Р_ном= Р_потр – номинальная установленная мощность; К_с – коэффициент спроса по справочным данным для данной группы приемников или по формуле (2.39) при t_паузы=0; tgφ - реактивный коэффициент мощности (по справочнику).

Расчет электрических нагрузок по удельным расходам электроэнергии

Определение нагрузок производится при наличии данных о годовом объеме выпускаемой продукции (тонны, штуки, метры), режиме работы предприятия и прогрессивных нормах удельного расхода электроэнергии [11].

По статическим данным или технологическим расчетам для каждой продукции устанавливаются удельные расходы электроэнергии, представляющие собой расход электроэнергии на производство единицы продукции.

На производстве количество выпускаемой продукции чаще всего измеряется в тоннах, а удельный расход электроэнергии - в кВт∙ч/т.

Если известно, что за время Т часов предприятие выпускает G_тонн продукции, то потребляемая им средняя активная мощность будет равна

, (2.44)

где W_y – удельный расход электроэнергии, кВт ·ч/т.

Удельные расходы электроэнергии на единицу соответствующей продукции цехов, заводов и фабрик определены и сведены в принятые и утвержденные таблицы, которыми пользуются при проектировании электроснабжения соответствующего предприятия.

В таблице 2.7 приведены значения удельных расходов электроэнергии на единицу готовой продукции заводов черной металлургии и машиностроительной промышленности [12].

Расчет электрических нагрузок по удельной мощности на единицу производственной площади