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:

Расчет электрических нагрузок - №1 - открытая онлайн библиотека *, (2.27)

где Расчет электрических нагрузок - №2 - открытая онлайн библиотека – паспортная (потребляемая) мощность электродвигателя, кВт; η – КПД двигателя; Pном – полезная мощность, кВт; ΔP – собственные потери электродвигателя, кВт.

Для значительной группы электродвигателей активная мощность Расчет электрических нагрузок - №3 - открытая онлайн библиотека , 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 Расчет электрических нагрузок - №3 - открытая онлайн библиотека .

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

Расчет электрических нагрузок - №5 - открытая онлайн библиотека , кВт, (2.28)

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

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

Расчет электрических нагрузок - №6 - открытая онлайн библиотека , кВА , (2.29)

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

Расчет электрических нагрузок - №7 - открытая онлайн библиотека * 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)

Расчет электрических нагрузок - №8 - открытая онлайн библиотека . (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: Расчет электрических нагрузок - №9 - открытая онлайн библиотека Расчет электрических нагрузок - №10 - открытая онлайн библиотека , (2.31)

где Расчет электрических нагрузок - №10 - открытая онлайн библиотека - суммарная мощность отдельных «i» электроприемни-

ков, кВт.

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

Расчет электрических нагрузок - №12 - открытая онлайн библиотека ; Расчет электрических нагрузок - №13 - открытая онлайн библиотека , (2.32)

где Wa – активная энергия, кВт·ч; Тсм – продолжительность смены, ч; Wр – реактивная энергия, кВАр·ч.

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

Расчет электрических нагрузок - №14 - открытая онлайн библиотека ; Расчет электрических нагрузок - №15 - открытая онлайн библиотека , (2.33)

где Ки – коэффициент использования электроприемника; Расчет электрических нагрузок - №16 - открытая онлайн библиотека - реактивный коэффициент мощности электро-

приемника.

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

Расчет электрических нагрузок - №17 - открытая онлайн библиотека ; Расчет электрических нагрузок - №18 - открытая онлайн библиотека , (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:

Расчет электрических нагрузок - №19 - открытая онлайн библиотека ; Расчет электрических нагрузок - №20 - открытая онлайн библиотека . (2.35)

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

Расчет электрических нагрузок - №21 - открытая онлайн библиотека ; Расчет электрических нагрузок - №22 - открытая онлайн библиотека . (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 Ки. Этот коэффициент является основным показателем для расчета нагрузки. Коэффициент использования Ки или средний коэффициент группы Киc электроприемников характеризует использование активной мощности и представляет собой отношение средней активной мощности Pсм одного приемника или группы приемников за наиболее загруженную смену к номинальной мощности Рном (установленной):

Расчет электрических нагрузок - №23 - открытая онлайн библиотека . (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

Расчет электрических нагрузок - №24 - открытая онлайн библиотека , (2.38)

где n – число подгрупп приемников с разными режимами работы, входящих в данную группу; Р1см – средняя мощность подгруппы за наиболее загруженную смену; Р1ном – номинальная мощность приемников.

Очевидно, что коэффициент использования Ки для каждого электроприемника или суммарный для группы приемников будет меньше единицы, то есть Ки < 1,0 (Ки = 0,4 – 0,9). Коэффициент использования Ки 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

Расчет электрических нагрузок - №25 - открытая онлайн библиотека . (2.39) Аналогично определяется коэффициент использования для реактивной мощности

Расчет электрических нагрузок - №26 - открытая онлайн библиотека , (2.40)

где qном–номинальная реактивная мощность одного приемника, кВАр.

Расчет электрических нагрузок - №27 - открытая онлайн библиотека

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

Расчет электрических нагрузок - №28 - открытая онлайн библиотека , (2.41)

где Рпотр – 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 (Кс = 0,5 – 0,95).

Фактическая нагрузка может быть определена, как произведение установленной мощности Ру на коэффициент Ки или Кс, т.е.

Расчет электрических нагрузок - №29 - открытая онлайн библиотека , (2.42)

где Ру = Р1см – 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):

Расчет электрических нагрузок - №30 - открытая онлайн библиотека , (2.43)

где Рном= Рпотр – номинальная установленная мощность; Кс – коэффициент спроса по справочным данным для данной группы приемников или по формуле (2.39) при tпаузы=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 Gтонн продукции, то потребляемая им средняя активная мощность будет равна

Расчет электрических нагрузок - №31 - открытая онлайн библиотека , (2.44)

где Wy – 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

Расчетную нагрузку можно определить по удельной мощности на единицу производственной площади. Для группы электроприемников расчетная мощность (нагрузка) равна

Расчет электрических нагрузок - №32 - открытая онлайн библиотека , (2.45)

где F – площадь размещения группы приемников, м2; р0 – удельная расчетная мощность на 1 м2 производственной площади, кВт/м2.

Таблица 2.7

Удельные расходы электроэнергии

№ п/п Наименование продукции Единицы измерений Удельный расход кВт∙ч на единицу продукции Wy
Готовый прокат на крупных заводах т 60-80
Трубы стальные т 126-160
Электросталь т 720-815
Автомобили ед 1300-1900
Дизель-тепловозы ед
Троллейбусы ед

Расчетные удельные мощности зависят от рода производства и выявляются по статистическим данным. В табл. 2.8 приведены значения удельных мощностей на 1 м2 производственной площади для некоторых предприятий [12].

Таблица 2.8

Удельные мощности (нагрузки) при освещении лампами накаливания

№ п/п Наименование предприятия Удельная нагрузка Вт/м2
Механические и сборочные цеха 13-16
Кузнечно-прессовые и термические цеха
Деревообделочные цеха
Литейные цеха 12-15
Котельные 8-10
Насосные и компрессорные 10-15
Трансформаторные подстанции 12-15
Гаражи 10-15
Магазины и склады
Центральные заводские лаборатории
Столовые
Бытовые помещения цехов
Пульты управления электростанций и подстанций 25-30
Территория предприятий 0,15-0,2

Определение осветительных электрических нагрузок предприятий

Мощности, потребляемые электрическим освещением различных производственных площадей, могут быть определены по формуле [11]:

Расчет электрических нагрузок - №33 - открытая онлайн библиотека , кВт (2.46)

или менее точно по формуле

Расчет электрических нагрузок - №34 - открытая онлайн библиотека , (2.47)

где Sо – освещаемая площадь в м2, равная общей площади освещаемого помещения за вычетом неосвещаемых площадей (например, занятых оборудованием высотой более 2 м от пола); S – общая площадь освещаемого помещения, м2; руо – удельная мощность, затрачиваемая на 1 м2 освещаемой площади, Вт/м2; ру – удельная мощность, затрачиваемая на 1 м2 общей площади освещаемого помещения, Вт/м2.

Из равенств (2.46) и (2.47) следует

Расчет электрических нагрузок - №35 - открытая онлайн библиотека , (2.48)

где Кз – коэффициент загроможденности освещаемой площади.

Кз, руо и ру приводятся в справочных таблицах для всех помещений и цехов предприятий. Они зависят от многих факторов: от вида лампы, прожектора, требуемой освещенности и состояния помещения.