Как сделать расчет нагрузок

Обновлено: 05.07.2024

- По средней мощности и коэффициенту формы графика нагрузки.

Применение того или иного метода определяется допустимой погрешностью расчетов и наличием исходных данных.

Метод расчета электрических нагрузок по номинальной мощности
и коэффициенту использования

Метод определения расчетных нагрузок по номинальной мощности и коэффициенту использования применяется, как правило, для индивидуальных ЭП напряжением до 1 кВ, работающих в длительном режиме (ПВ=1).

По данному методу расчетные нагрузки принимаются равными средним значениям нагрузок за наиболее загруженную смену:

- расчетная активная мощность, потребляемая одним ЭП, при наличии графика нагрузки по активной мощности

где – расчетная активная мощность, кВт; – среднее значение активной мощности ЭП за наиболее загруженную смену, кВт;

- расчетная активная мощность, потребляемая одним ЭП, при отсутствии графика нагрузки по активной мощности

где – коэффициент использования активной мощности электроприемником за рассматриваемый промежуток времени (технологический параметр);

– номинальная активная мощность ЭП, кВт;

- расчетная реактивная мощность, потребляемая одним ЭП, при наличии графика нагрузки по реактивной мощности

где – расчетная реактивная мощность, кВ·Ар; – среднее значение реактивной мощности ЭП за наиболее загруженную смену, кВ·Ар;

- расчетная реактивная мощность, потребляемая одним ЭП, при отсутствии графика нагрузки по реактивной мощности

где – коэффициент использования реактивной мощности ЭП за рассматриваемый промежуток времени (технологический параметр); – номинальная реактивная мощность ЭП, кВт; tg – номинальное значение коэффициента реактивной мощности, соответствующего cosЭП;

- расчетная полная мощность, потребляемая одним ЭП:

где – расчетное значение полной мощности ЭП, кВ·А;

- расчетное значение тока ЭП

где – расчетный ток ЭП, А; – напряжение питания ЭП, кВ.

По данному методу допускается определение расчетных нагрузок группы ЭП напряжением до 1 кВ, связанных технологическим процессом, (например, многодвигательные приводы), а их число, как правило, не более трех-четырех. Режим работы электроприемников данной группы должен быть приведен к длительному режиму (ПВ=1).

Расчетные нагрузки группы ЭП, определяемые по данному методу:

- расчетная активная мощность, потребляемая группой ЭП, при наличии группового графика узла нагрузки по активной мощности

где – расчетная активная мощность, потребляемая группой ЭП, кВт;

– средняя активная мощность, потребляемая группой ЭП, за наиболее загруженную смену, кВт;

- расчетная активная мощность, потребляемая группой ЭП, при отсутствии группового графика узла нагрузки по активной мощности

где – коэффициент использования по активной мощности индивидуального ЭП, входящего в группу; n – число ЭП в группе;

- расчетная реактивная мощность, потребляемая группой ЭП, при наличии группового графика узла нагрузки по реактивной мощности

где – расчетная реактивная мощность группы ЭП, кВ·Ар; – среднее значение реактивной мощности группы ЭП, кВ·Ар;

- расчетная реактивная мощность, потребляемая группой ЭП, при отсутствии группового графика узла нагрузки по реактивной мощности

где – коэффициент использования по реактивной мощности индивидуального ЭП, входящего в группу; – средневзвешенный коэффициент реактивной мощности, соответствующий средневзвешенному значению данной группы ЭП;

- расчетная полная мощность, потребляемая группой ЭП

где – расчетная полная мощность узла нагрузки, кВ·А.

- Расчетное значение тока группы ЭП

где I_р – суммарный расчетный ток узла нагрузки, А; U_н – напряжение питания узла нагрузки, кВ.

Метод расчета электрических нагрузок по номинальной мощности
и коэффициенту спроса

Метод определения расчетных нагрузок по номинальной мощности и коэффициенту спроса применяется, как правило, для группы ЭП, работающих в длительном режиме (ПВ=1). Данный метод наиболее прост и широко применяется при разработке технического задания на проектирование.

Для определения расчетных нагрузок по этому методу необходимо знать номинальную мощность группы приемников (производства, цеха и т.п.), коэффициент спроса данной группы ЭП и значение коэффициента мощности данной группы.

Групповые графики нагрузок подразделений предприятия, как правило, не приводятся, поэтому значения и принимаются как средневзвешенные значения группы ЭП данного подразделения по справочной литературе.

Расчетные нагрузки по данному методу определяются по следующим выражениям:

- активная расчетная мощность

где – расчетное значение активной мощности узла нагрузки (цеха и т.п.), кВт; – средневзвешенное значение коэффициента спроса группы ЭП подразделения предприятия, о.е.;

- расчетная реактивная мощность

где – расчетное значение реактивной мощности узла нагрузки (цеха и т.п.), кВт; – значение коэффициента реактивной мощности, соответствующего средневзвешенному значению группы ЭП данного подразделения;

- полная расчетная мощность

где – полная расчетная мощность группы ЭП данного подразделения, кВ·А;

- расчетное значение тока

где – расчетный ток, А; – напряжение питания узла нагрузки, кВ.

Расчетные нагрузки, определенные данным методом, необходимы для выбора сечения линий электропередачи, питающих узел нагрузки; силовых пунктов и трансформаторов; коммутационных и защитных аппаратов.

Метод расчета электрических нагрузок по средней мощности
и расчетному коэффициенту

При наличии данных о числе ЭП, их мощности и режимах их работы расчет силовых нагрузок до 1 кВ рекомендуется проводить посредней мощности () и расчетному коэффициенту (). Расчетный коэффициент определяется по упорядоченным диаграммам. Поэтому данный метод носит название – метод упорядоченных диаграмм.

Для расчета нагрузок необходимы исходные данные по каждому ЭП: количество и номинальная мощность ЭП (); коэффициент использования по активной мощности (); коэффициент активной мощности (cos) и режим работы. При различных режимах работы ЭП их необходимо привести к длительному режиму (ПВ=1).

Для определения расчетной мощности узла нагрузки по методу упорядоченных диаграмм все электроприемники разбиваются на подгруппы с учетом их подключения к узлу питания (силовой пункт, щит, сборка и т.п.). Необходимо отметить, что при формировании подгруппы резервные ЭП не учитываются.

По сформированным подгруппам ЭП определяются эффективное число электроприемников и средневзвешенный коэффициент использования данной подгруппы.

Эффективное число электроприемников – это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое обуславливает те же значения расчетной нагрузки, что и группа электроприемников с разными мощностями и различными режимами работы.

- Величина эффективного числа электроприемников подгруппы () определяется по формуле

где – номинальная активная мощность отдельного ЭП, входящего в состав подгруппы, кВт; – число ЭП в подгруппе.

При значительном числе ЭП в подгруппе (магистральные шинопроводы, шины цеховых ТП, в целом по цеху) допускается эффективное число электроприемников подгруппы определять по упрощенному выражению

где – номинальная активная мощность наиболее мощного ЭП в подгруппе, кВт.

Полученное по указанной формуле значение эффективного числа электроприемников подгруппы округляется до ближайшего меньшего целого числа. Допускается принимать значение эффективного числа электроприемников равным действительному числу электроприемников в подгруппе при условии, что

отношение номинальной активной мощности наиболее мощного ЭП ()

к номинальной мощности наименее мощного ЭП () менее трех.

- Средневзвешенный коэффициент использования для подгруппы (К_и) определяется по выражению

Определение расчетных нагрузок по данному методу сводится к расчету значений активной, реактивной, полной мощностей и полного тока, рассматриваемого узла нагрузки.

- Активная расчетная мощность группы электроприемников, подключенных к узлу питания напряжением до 1 кВ, определяется по выражениям

где – активная расчетная мощность узла нагрузки, кВт; – расчетный коэффициент подгруппы, определяемый как , о.е.; – номинальная и средняя мощности ЭП, входящих в подгруппу, кВт; – коэффициент использования индивидуального ЭП в подгруппе, о.е.; – активная суммарная мощность ЭП, входящих в подгруппу, кВт; – средневзвешенный коэффициент использования по активной мощности для ЭП, входящих в подгруппу, о.е.; – число ЭП в подгруппе.

В случае, если расчетная мощность, определенная по выражению (5.20), окажется меньше номинальной мощности наиболее мощного ЭП в подгруппе, следует принять расчетную мощность данной подгруппы равной номинальной мощности наиболее мощного ЭП.

Расчетный коэффициент определяется в зависимости от средневзвешенного коэффициента использования по активной мощности для подгруппы и эффективного числа электроприемников подгруппы. Значение расчетного коэффициента определяется по кривым этой зависимости или по таблицам с учетом постоянной времени нагрева сети, для которой рассчитываются электрические нагрузки.

Более точное значение расчетного коэффициента определяется по кривым зависимости , а также при 4 (рис. 5.1).

Для сетей напряжением до 1 кВ, питающих силовые пункты, щиты, распределительные шинопроводы, постоянная времени нагрева принята равной 10 мин (Т₀=10 мин). В данном случае расчетный коэффициент определяется по табл. 5.1.

Для магистральных шинопроводов и шин НН цеховых ТП постоянная времени нагрева принята равной 2,5 ч (Т₀=2,5 ч). В данном случае расчетный коэффициент определяется по табл. 5.2.

Рис. 5.1. Кривые коэффициентов расчетной нагрузки для различных коэффициентов использования в зависимости от

- Расчетная реактивная мощность узла нагрузки по этому методу определяется по формулам:

где – расчетная реактивная мощность, кВ·Ар; – коэффициент реактивной мощности, соответствующий средневзвешенному значению для ЭП, входящего в данную группу.

Значения коэффициентов расчетной нагрузки

для питающих сетей напряжением до 1 кВ

Коэффициент использования
0,1	0,15	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
8,00 6,22 4,05 3,24 2,84 2,64 2,49 2,37 2,27 2,18 2,11 2,04 1,99 1,94 1,89 1,85 1,81 1,78 1,75 1,72 1,6 1,51 1,44 1,4 1,35 1,3 1,25 1,2 1,16	5,33 4,33 2,89 2,35 2,09 1,96 1,86 1,78 1,71 1,65 1,61 1,56 1,52 1,49 1,46 1,43 1,41 1,39 1,36 1,35 1,27 1,21 1,26 1,13 1,1 1,07 1,03 1,0 1,0	4,00 3,39 2,31 1,91 1,72 1,62 1,54 1,48 1,43 1,39 1,35 1,32 1,29 1,27 1,25 1,23 1,21 1,19 1,17 1,16 1,1 1,05 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0	2,67 2,45 1,74 1,47 1,35 1,28 1,23 1,19 1,16 1,13 1,1 1,08 1,06 1,05 1,03 1,02 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0	2,00 1,98 1,45 1,25 1,16 1,14 1,12 1,1 1,09 1,07 1,06 1,05 1,04 1,02 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0	1,6 1,6 1,34 1,21 1,16 1,13 1,1 1,08 1,07 1,05 1,04 1,03 1,01 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0	1,33 1,33 1,22 1,12 1,08 1,06 1,04 1,02 1,01 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0	1,14 1,14 1,14 1,06 1,03 1,01 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0	1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

Значения коэффициентов на шинах НН цеховых трансформаторов

и для магистральных шинопроводов напряжением до 1 кВ

Коэффициент использования
0,1	0,15	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7 и более
6 - 8 9 - 10 10 – 25 25 -50 Более50	8,00 5,01 2,94 2,28 1,31 1,2 1,1 0,8 0,75 0,65	5,33 3,44 2,17 1,73 1,12 1,0 0,97 0,8 0,75 0,65	4,00 2,69 1,8 1,46 1,02 0,96 0,91 0,8 0,75 0,65	2,67 1,9 1,42 1,19 1,0 0,95 0,9 0,85 0,75 0,7	2,00 1,52 1,23 1,06 0,98 0,94 0,9 0,85 0,75 0,7	1,6 1,24 1,14 1,04 0,96 0,93 0,9 0,85 0,8 0,75	1,33 1,11 1,08 1,0 0,94 0,92 0,9 0,9 0,85 0,8	1,14 1,0 1,0 0,97 0,93 0,91 0,9 0,9 0,85 0,8

- Полная расчетная мощность узла нагрузки

где – полная расчетная мощность, кВ·А.

- Расчетный токузла нагрузки

где – расчетный ток, А; – номинальное напряжение узла питания, кВ.

После определения расчетных нагрузок подгрупп ЭП по узлам питания (силовой пункт, щит, сборка и т.п.) рассчитывается нагрузка всего подразделения (цеха, корпуса и т.п.). Подразделение рассматривается как центр питания всех подгрупп ЭП, а расчетные нагрузки подгрупп ЭП составляют группу нагрузок всего подразделения. Допускается определять по упрощенной формуле (5.18). Расчет нагрузок подразделения в целом производится аналогично, как и для подгрупп ЭП. Но в формулах (5.19) и (5.20) вместо мощностей и коэффициентов индивидуальных ЭП необходимо подставлять мощности и коэффициенты, рассчитанные для подгруппы ЭП. При расчете суммарной нагрузки подразделения в целом необходимо учитывать осветительную нагрузку всего подразделения (цеха).

Метод расчета электрических нагрузок по средней мощности
и отклонению расчетной нагрузки от средней

Поскольку групповая нагрузка представляет собой систему независимых случайных нагрузок отдельных электроприемников, то при большом их числе групповая нагрузка подчиняется нормальному закону распределения случайных величин. Данный метод расчета – статистический метод расчета нагрузок.

По этому методу расчетную нагрузку группы приемников определяют двумя интегральными показателями: генеральной средней нагрузкой (P_с) и генеральным среднеквадратичным отклонением () из уравнения

где статистический коэффициент, зависящий от закона распределения и принятой вероятности превышения по графики нагрузки от уровня ;

– среднеквадратичное отклонение для принятого интервала осреднения.

Среднеквадратичное отклонение для группового графика определяют по формуле

где – активная среднеквадратичная мощность, кВт.

Статистический метод позволяет определять расчетную нагрузку с любой принятой вероятностью ее появления. В практических расчетах достаточно принять вероятность превышения расчетной нагрузки от средней, на , что соответствует , тогда

Применение этого метода целесообразно для определения нагрузок по отдельным группам и узлам СЭС при наличии результатов анализа действующих электроустановок напряжением до 1 кВ.

Расчетные значения полной мощности и тока по данному методу для группы ЭП определяются по известным формулам.

Метод расчета электрических нагрузок по средней мощности
и коэффициенту формы графика

В данном методе расчетную нагрузку группы ЭП принимают равной их среднеквадратичной. Метод применим для расчета нагрузок группы ЭП, когда число приемников в группе достаточно велико и их режим работы разнообразен.

Данный метод может применяться для определения расчетных нагрузок цеховых шинопроводов, на шинах низшего напряжения цеховых трансформаторных подстанций, на шинах РУ напряжением 6; 10 кВ, когда значения коэффициента формы графика () достаточно стабильны.

По данному методу расчетные нагрузки группы электроприемников определяют по формулам:

где – расчетное значение активной мощности, кВт; – коэффициент формы графика по активной мощности; – расчетное значение средней мощности группы ЭП за наиболее загруженную смену, кВт;

где – расчетное значение реактивной мощности, кВ·Ар; – коэффициент реактивной мощности, соответствующий средневзвешенному узла нагрузки;

где – расчетное значение полной мощности, кВ·А;

где – расчетное значение тока узла нагрузки, А; – напряжение узла питания нагрузки, кВ.

Значения коэффициента формы графика достаточно стабильны, если производительность (и, как следствие, нагрузка) завода или цеха примерно постоянна. При проектировании значение коэффициента может быть принято по опытным данным аналогичного действующего предприятия. При отсутствии данных можно принимать = 1,1…1,2.

Все рассмотренные методы определения расчетных нагрузок применяются при расчетах симметричных трехфазных нагрузок.

Формализация расчета электрических нагрузок развивалась все годы в нескольких направлениях и привела к следующим методам:

эмпирический (метод коэффициента спроса, двухчленных эмпирических выражений, удельного расхода электроэнергии и удельных плотностей нагрузки, технологического графика);
упорядоченных диаграмм, трансформировавшийся в расчет по коэффициенту расчетной активной мощности;
собственно статистический;
вероятностного моделирования графиков нагрузки.

Метод коэффициента спроса

Метод коэффициента спроса наиболее прост, широко распространен, с него начался расчет нагрузок. Он заключается в использовании выражения (2.20): по известной (задаваемой) величине Ру и табличным значениям, приводимым в справочной литературе (примеры см. в табл. 2.1):

Величина Кс принимается одинаковой для электроприемников одной группы (работающих в одном режиме) независимо от числа и мощности отдельных приемников. Физический смысл — это доля суммы номинальных мощностей электроприемников, статистическиотражающая максимальный практически ожидаемый и встречающийся режим одновременной работы и загрузки некоторого неопределенного сочетания (реализации) установленных приемников.

В табл. 2.2 приведены значения ЛГС, характеризующие насосы как группу. При углублении исследований KQ4 например только для насосов сырой воды, также может быть разброс 1:10.

Правильнее учиться оценивать Кс в целом по потребителю (участку, отделению, цеху). Полезно выполнять анализ расчетных и действительных величин для всех близких по технологии объектов одного и того же уровня системы электроснабжения, аналогичной табл. 1.2 и 1.3. Это позволит создать личный информационный банк и обеспечить точность расчетов. Метод удельного расхода электроэнергии применим для участков (установок) 2УР (второый, третий… Уровень Энергосистемы), отделений ЗУР и цехов 4УР, где технологическая продукция однородная и количественно меняется мало (увеличение выпуска снижает, как правило, удельные расходы электроэнергии Ауй).

В реальных условиях продолжительная работа потребителя не означает постоянство нагрузки в точке ее присоединения на более высоком уровне системы электроснабжения. Как статистическая величина Луд, определяемая для какогото ранее выделенного объекта по электропотреблению А и объему Л/, есть некоторое усреднение на известном, чаще месячном или годовом, интервале. Поэтому применение формулы (2.30) дает не максимальную, а среднюю нагрузку. Для выбора трансформаторов ЗУР можно принять Рср = Рмах. В общем случае, особенно для 4УР (цеха), необходимо учитывать Кмах в качестве Т принимать действительное годовое (суточное) число часов работы производства с максимумом использования активной мощности.

Метод удельных плотностей нагрузок

Метод удельных плотностей нагрузок близок к предыдущему. Задается удельная мощность (плотность нагрузки) у и определяется площадь здания сооружения или участка, отделения, цеха (например, для машиностроительных и металлообрабатывающих цехов у = 0,12…0,25 кВт/м2; для кислородноконвертерных цехов у = = 0,16…0,32 кВт/м2). Нагрузка, превышающая 0,4 кВт/м2, возможна для некоторых участков, в частности, для тех, где имеются единичные электроприемники единичной мощности 1,0…30,0 МВт.

Метод технологического графика

Метод технологического графика опирается на график работы агрегата, линии или группы машин. Например, график работы дуговой сталеплавильной печи конкретизируется: указывается время расплавления (27…50 мин), время окисления (20…80 мин), число плавок, технологическая увязка с работой других сталеплавильных агрегатов. График позволяет определить общий расход электроэнергии за плавку, среднюю за цикл (с учетом времени до начала следующей плавки), и максимальную нагрузку для расчета питающей сети.

Метод упорядоченных диаграмм

Метод упорядоченных диаграмм, директивно применявшийся в 1960 — 1970е гг. для всех уровней системы электроснабжения и навсех стадиях проектирования, в 1980— 1990е гг. трансформировался в расчет нагрузок по коэффициенту расчетной активной мощности. При наличии данных о числе электроприемников, их мощности, режимах работы его рекомендуют применять для расчета элементов системы электроснабжения 2УР, ЗУР (провод, кабель, шинопровод, низковольтная аппаратура), питающих силовую нагрузку напряжением до 1 кВ (упрощенно для эффективного числа приемников всего цеха, т.е. для сети напряжением 6 — 10 кВ 4УР). Различие метода упорядоченных диаграмм и расчета по коэффициенту расчетной активной мощности заключается в замене коэффициента максимума ,всегда понимаемого однозначно как отношение Рмах/Рср (2.16), коэффициентом расчетной активной мощности Ар. Порядок расчета для элемента узла следующий:

• составляется перечень (число) силовых электроприемников с указанием их номинальной PHOMi (установленной) мощности;

• определяется рабочая смена с наибольшим потреблением электроэнергии и согласовываются (с технологами и энергосистемой) характерные сутки;

• описываются особенности технологического процесса, влияющие на электропотребление, выделяются электроприемники с высокой неравномерностью нагрузки (они считаются подругому — по максимуму эффективной нагрузки);

• исключаются из расчета (перечня) электроприемники: а) малой мощности; б) резервные по условиям расчета электрических нагрузок; в) включаемые эпизодически;

• определяются группы т электроприемников, имеющих одинаковый тип (режим) работы;

• из этих групп выделяютсяуе подгруппы , имеющие одинаковую величину индивидуального коэффициента использования а:и/;

• выделяются электроприемники одинакового режима работы и определяется их средняя мощность;

• вычисляется средняя реактивная нагрузка;

• находится групповой коэффициент использования Кн активноймощности;

• рассчитывается эффективное число электроприемников в груп пе из п электроприемников:

где эффективное (приведенное) число электроприемников — это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного максимума Р, что и группа электроприемников, различных по мощности и режиму работы.

При числе электроприемнйков в группе четыре и более допускается принимать пэ равным п (действительному числу электроприемников) при условии, что отношение номинальной мощности наибольшего электроприемника Pmutm к номинальной мощности меньшего электроприемника Дом mm меньше трех. При определении значения п допускается исключать мелкие электроприемники, суммарная мощность которых не превышает 5 % от номинальной мощности всей группы;

• по справочным данным и постоянной времени нагрева Т0 принимается величина расчетного коэффициента Кр;

• определяется расчетный максимум нагрузки:

Электрические нагрузки отдельных узлов системы электроснабжения в сетях напряжением выше 1 кВ (находящиеся на 4УР, 5УР) рекомендовалось определять аналогично с включением потерь в трансформаторах.

Результаты расчетов сводят в таблицу. Этим исчерпывается расчет нагрузок по коэффициенту расчетной активной мощности.

Расчетная максимальная нагрузка группы электроприемников Ртах может быть найдена упрощенно:

где Рном — групповая номинальная мощность (сумма номинальных мощностей, за исключением резервных по расчету электрических нагрузок); Рср.см ~ средняя активная мощность за наиболее загруженную смену.

Расчет по формуле (2.32) громоздок, труден для понимания и применения, а главное, он нередко дает двукратную (и более) ошибку. Негауссову случайность, неопределенность и неполноту исходной информации метод преодолевает допущениями: электроприемники одного названия имеют одинаковые коэффициенты, исключаются резервные двигатели по условиям электрических нагрузок, коэффициент использования считается независимым от числа электроприемников в группе, выделяются электроприемники с практически постоянным графиком нагрузки, исключаются из расчета наименьшие по мощности электроприемники. Метод не дифференцирован для различных уровней системы электроснабжения и для различных стадий выполнения (согласования) проекта. Расчетный коэффициент максимума Ктах активной мощности принимается стремящимся к единице при увеличении числа электроприемников (фактически это не так — статистика этого не подтверждает. Для отделения, где двигателей 300… 1000 шт., и цеха, где их до 6000 шт., коэффициент может составлять 1,2… 1,4). Внедрение рыночных отношений, ведущих к автоматизации, разнообразию выпуска продукции, перемещает электроприемники из группы в группу.

Статистическое определение ЯСр.см для действующих предприятий осложняется трудностью выбора наиболее загруженной смены (перенос начала работы разных категорий работников в пределах смены, четырехсменная работа и др.). Проявляется неопределенность при измерениях (наложение на административнотерриториальную структуру). Ограничения со стороны энергосистемы ведут к режимам, когда максимум нагрузки Ртгх встречается в одной смене, в то время как расход электроэнергии больше в другой смене. При определении Рр нужно отказаться от Рср.см исключив промежуточные расчеты.

Подробное рассмотрение недостатков метода вызвано необходимостью показать, что расчет электрических нагрузок, опирающийся на классические представления об электрической цепи и графиках нагрузки, теоретически не может обеспечить достаточную точность.

Статистические методы расчета электрических нагрузок устойчиво отстаиваются рядом специалистов. Методом учитывается, что даже для одной группы механизмов, работающих на данном участке производства, коэффициенты и показатели меняются в широких пределах. Например, коэффициент включения для неавтоматических однотипных металлорежущих станков меняется от 0,03 до 0,95, загрузки A3 — от 0,05 до 0,85.

Задача нахождения максимума функции Рр на некотором интервале времени осложняется тем, что от 2УР, ЗУР, 4УР питаются электроприемники и потребители с различным режимом работы. Статистический метод основывается на измерении нагрузок линий, питающих характерные группы электроприемников, без обращения к режиму работы отдельных электроприемников и числовым характеристикам индивидуальных графиков.

Метод использует две интегральные характеристики: генеральную среднюю нагрузку PQp и генеральное среднее квадратичное отклонение , где дисперсия DP берется для того же интервала осреднения.

Максимум нагрузки определяется следующим образом:

Значение р принимается различным. В теории вероятности часто используется правило трех сигм: Ртах = Рср ± За, что при нормальном распределении соответствует предельной вероятности 0,9973. Вероятности превышения нагрузки на 0,5 % соответствует р = 2,5; для р = 1,65 обеспечивается 5%я вероятность ошибки.

Статистический метод является надежным методом изучения нагрузок действующего промышленного предприятия, обеспечивающим относительно верное значение заявляемого промышленным предприятием максимума нагрузки Pi(miiX) в часы прохождения максимума в энергосистеме. При этом приходится допускать гауссово распределение работы электроприемников (потребителей).

Метод вероятностного моделирования графиков нагрузки предполагает непосредственное изучение вероятностного характера последовательных случайных изменений суммарной нагрузки групп электроприемников во времени и основан на теории случайных процессов, с помощью которой получают автокорреляционную (формула (2.10)), взаимно корреляционную функции и другие параметры. Исследования графиков работы электроприемников большой единичной мощности, графиков работы цехов и предприятий обусловливают перспективность метода управления режимами электропотребления и выравнивания графиков.

Главный инженер ВНИПИ Тяжпромэлактропроект А. Г. Смирнов

РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

РТМ 36.18.32.4-92*

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

где Р_Н - групповая номинальная (установленная) активная мощность; р_Н - номинальная (установленная) мощность одного электроприемника; n - число электроприемников.

При значительном числе электроприемников (магистральные шинопроводы, шины цеховых трансформаторных подстанций, в целом по цеху, корпусу, предприятию) эффективное число электроприемников можно определять по упрощенному выражению

где р_Н.МАКС - номинальная мощность наиболее мощного ЭП группы.

2. Внесены соответствующие изменения в расчетный формуляр (форма Ф636-92), который принят единым независимо от способа определения эффективного числа электроприемников. В формуляре произведение К_иР_Н, где К_и - коэффициент использования, представлено не как средняя нагрузка, каковой оно не является, а как промежуточная расчетная величина.

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.

4. Откорректированы значения коэффициентов одновременности К_О (табл. 3) приближением их к значениям, полученным при статистической обработке результатов обследований / 1/. Основанием для корректировки послужил анализ расчетного и фактического электропотребления на шинах 6 - 10 кВ распределительных и главных понижающих подстанций промышленных предприятий.

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.

1.1. В Указаниях приведена методика определения электрических нагрузок, являющихся исходными данными для проектирования систем электроснабжения потребителей электроэнергии всех отраслей народного хозяйства.

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.

2.1. Для представления электрических величин и коэффициентов, характеризующих электропотребление, принята следующая система обозначений: показатели электропотребления индивидуальных ЭП обозначаются строчными буквами, а групп ЭП - прописными буквами латинского или греческого алфавита.

2.2. Номинальная (установленная) мощность одного ЭП - мощность, обозначенная на заводской табличке или в его паспорте. Применительно к агрегату с многодвигательным приводом под номинальной мощностью подразумевают наибольшую сумму номинальных мощностей одновременно работающих двигателей.

2.3. Групповая номинальная (установленная) активная мощность - сумма номинальных активных мощностей группы ЭП

где n - число электроприемников.

2.4. Номинальная реактивная мощность одного ЭП q _Н - реактивная мощность, потребляемая из сети или отдаваемая в сеть при номинальной активной мощности и номинальном напряжении, а для синхронных двигателей - при номинальном токе возбуждения.

2.5. Групповая номинальная реактивная мощность - алгебраическая сумма номинальных реактивных мощностей входящих в группу ЭП

где tg j - паспортное или справочное значение коэффициента реактивной мощности.

2.6. Групповая средняя активная мощность за период времени Т определяется как частное от деления расхода активной W_a или реактивной W_p 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):

Необходимо иметь в виду, что в дальнейшем в Указаниях под термином "средняя активная (или реактивная) мощность" имеется в виду наибольшее возможное значение средней активной (реактивной) мощности за наиболее загруженную смену продолжительностью Т=Т_СМ. (Т_СМ - продолжительность смены), т.е. за смену с наибольшим потреблением энергии группой ЭП, цехом или предприятием в целом.

2.7. Коэффициент использования отдельного электроприемника k _И или группы ЭП К_И - отношение средней активной мощности отдельного ЭП р_С или группы ЭП Р_С за наиболее загруженную смену к ее номинальному значению:

В справочных материалах, содержащих расчетные коэффициенты для определения электрических нагрузок промышленных предприятий, например в / 2/, значения коэффициентов использования приведены по характерным (однородным) категориям ЭП. К одной характерной категории относятся ЭП, имеющие одинаковое технологическое назначение, а также одинаковые верхние границы возможных значений k _И и коэффициентов реактивной мощности tg j .

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 р_С=р_Н k _И и q _С =р_Н 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

где n - число характерных категорий ЭП, входящих в данную группу.

При определении К_И группы электроприемников как средневзвешенного справочного значения характерных категорий произведение К_ИР_Н не должно рассматриваться как среднее значение ожидаемой нагрузки, так как в нем не учтен фактор снижения расчетных значений К_И 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 К_ИР_Н используется как промежуточная расчетная величина, позволяющая сохранить традиционный алгоритм расчета.

2.9. Эффективное число электроприемников n _Э - это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое обусловливает те же значения расчетной нагрузки, что и группа различных по мощности электроприемников. Величину n _Э рекомендуется определять по следующему выражению:

Величина n _Э может определяться также по упрощенному выражению (см. п. 3.2.5.2)

Если найденное по упрощенному выражению число n _Э окажется больше n , то следует принимать n _Э = n . Если р_Н.МАКС/р_Н.МИН £ 3, где р_Н.МИН - номинальная мощность наименее мощного ЭП группы, также принимается n _Э = n .

2.10. Расчетная активная Р_р и реактивная Q _р мощность - это мощность, соответствующая такой неизменной токовой нагрузке I_p , которая эквивалентна фактической изменяющейся во времени нагрузке по наибольшему возможному тепловому воздействию на элемент системы электроснабжения. Вероятность превышения фактической нагрузки над расчетной не более 0,05 на интервале осреднения, длительность которого принята равной трем постоянным времени нагрева элемента системы электроснабжения 3Т_О, через который передается ток нагрузки (кабеля, провода, шинопровода, трансформатора и т.д.).

Для одиночных ЭП расчетная мощность принимается равной номинальной, для одиночных ЭП повторно-кратковременного режима - равной номинальной, приведенной к длительному режиму.

2.11. Коэффициент расчетной мощности К _p - отношение расчетной активной мощности Р_р к значению К_ИР_Н группы ЭП

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/:

Т_О=10 мин - для сетей напряжением до 1 кВ, питающих распределительные шинопроводы, пункты, сборки, щиты. Значения К_р для этих сетей принимаются по табл. 1 или номограмме (см. рисунок);

Т_О=2,5 ч - для магистральных шинопроводов и цеховых трансформаторов. Значения К_р для этих сетей принимаются по табл. 2;

Т_О ³ 30 мин - для кабелей напряжением 6 кВ и выше, питающих цеховые трансформаторные подстанции и распределительные устройства. Расчетная мощность для этих элементов определяется при К_р=1.

2.12. Коэффициент спроса группы ЭП К_С - отношение расчетной активной мощности к номинальной мощности группы

2.13. Коэффициент одновременности К_О - отношение расчетной мощности на шинах 6-10 кВ к сумме расчетных мощностей потребителей, подключенных к шинам 6-10 кВ РП, ГПП

2.14. Расчетная активная мощность цеха, предприятия в целом, выраженная через удельные показатели электропотребления, равна

где W _УД - удельный расход электроэнергии на единицу продукции; М - годовой выпуск продукции в натуральном выражении; Р_УД - удельная плотность максимальной нагрузки на 1 м 2 площади цеха, предприятия.

2.15. Годовой расход электроэнергии определяется по выражениям:

где Т_М(Т_М.Р) - годовое число часов использования максимума активной (реактивной) мощности; Р_Р, Q_P - расчетные нагрузки; К_О - коэффициент одновременности по табл. 3 при числе присоединений более 25.

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.

3.2.1.1. Все ЭП группируются по характерным категориям с одинаковыми К_И и tg j . В каждой строке указываются ЭП одинаковой мощности.

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

где р_Н.О, q _Н.О - активная и реактивная мощности однофазного ЭП.

При включении однофазного ЭП на линейное напряжение он учитывается как эквивалентный ЭП номинальной мощностью

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.

3.2.2. В графах 7 и 8 соответственно записываются построчно величины К_ИР_Н и К_ИР_Н tg j . В итоговой строке определяются суммы этих величин

3.2.3. Определяется групповой коэффициент использования для данного узла питания

Значение К_И заносится в графу 5 итоговой строки.

3.2.4. Для последующего определения n _Э в графе 9 построчно определяются для каждой характе рной группы ЭП одинаковой мощности величины n и в итоговой строке - их суммарное значение S n . При определении n _Э по упрощенной формуле графа 9 не заполняется.

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

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 К_р.

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 Р_Р=р_Н.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

3.2.9. К расчетной активной и реактивной мощности силовых ЭП напряжением до 1 кВ должны быть при необходимости добавлены осветительные нагрузки Р_Р.О и Q _Р.О .

3.2.10 Значение токовой расчетной нагрузки, по которой выбирается сечение линии по допустимому нагреву, определяется по выражению

где - полная расчетная мощность, кВ*А, (графа 14).

3.3 Расчет электрических нагрузок ЭП напряжением выше 1 кВ производится в целом аналогично расчету, приведенному в п. 3.2, с учетом следующих особенностей:

3.3.1. При получении от технологов коэффициентов, характеризующих реальную загрузку электродвигателей, в графу 5 заносится вместо К_И значение К_З, в графу 7 - значение К_З P _Н .

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.

3.3.5. В зависимости от числа присоединений группового коэффициента использования S К_ИР_Н/ S Р_Н, занесенного в графу 5 итоговой строки, по табл. 3 определяется значение коэффициента одновременности K _О . Значение K _О заносится в графу 11 (при этом К_Р=1, см. п. 2.11).

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 К_Р для питающих сетей напряжением до 1000 В

В данной статье приведен порядок расчета нагрузки бытовой электрической сети по установленной мощности и коэффициенту спроса (так называемый метод коэффициента спроса).

Рассчитанная по данной методике электрическая бытовая мощность может применяться для выбора аппаратов защиты и сечения кабелей электропроводки.

Методика расчета бытовой мощности

Расчет мощности бытовой электросети по методу коэффициента спроса производится в следующем порядке:

Справочно: Так как в соответствии с действующими правилами силовые и осветительные сети принято разделять, расчет необходимо производить раздельно для силовой сети (розеточных групп) и сети освещения.

1) Определяется установленная (суммарная) электрическая мощность (P_уст) отдельно для силовой сети (розеточной группы) — P_уст-с и сети освещения P_уст-о:

где: P₁,P₂,P_n — мощности отдельно взятых электроприемников (электрических приборов) в доме. При отсутствии фактических значений мощностей их можно принять нашей таблице мощностей бытовых электроприборов.

где: P₁,P₂,P_n — мощность одной отдельно взятой лампы каждого типа в доме;

n₁, n₂, n_n, — количество ламп каждого типа.

Примечание: при отсутствии данных о мощности и количестве ламп для расчета установленной мощности сети освещения можно воспользоваться нашим онлайн-калькулятором расчета освещения помещения по площади помещения.

2) Исходя из установленной определяем расчетную мощность:

При определении мощности бытовой электросети необходимо учитывать, что все имеющиеся в доме электроприборы, как правило, одновременно в сеть не включаются поэтому для определения расчетной мощности применяется специальный поправочный коэффициент называемый коэффициентом спроса, значение которого принимается исходя из установленной мощности (суммарной мощности бытовых электроприборов):

Примечание: При значении установленной мощности силовой сети до 5 кВт включительно коэффициент спроса рекомендуется принимать равным 1.

Расчетную мощность так же определяем раздельно:

где: P_уст-с — установленная мощность силовой сети;

К_сс — коэффициент спроса для силовой сети.

где: P_уст-о — установленная мощность сети освещения;

К_со — коэффициент спроса для сети освещения.

Общую расчетную мощность бытовой сети можно получить получить сложив расчетные мощности силовой сети и сети освещения:

Полученные значения расчетных мощностей можно применять для определения расчетного тока сети и выбора аппаратов защиты (автоматических выключателей, УЗО и т.д.), а так же расчета сечения электропроводки. Подробнее об этом читайте в статье: Расчет электрической сети и выбор аппаратов защиты.

Так же для данных расчетов можно воспользоваться следующими нашими онлайн калькуляторами:

Пример расчета мощности бытовой сети

Для примера расчета бытовой мощности возьмем частный дом в котором имеются следующие электроприемники:

стиральная машина — 2000 Вт
микроволновая печь — 1800 Вт
мультиварка — 1200 Вт
кухонная вытяжка — 120 Вт
пылесос — 550 Вт
телевизор — 130 Вт
персональный компьютер — 350 Вт
принтер — 60 Вт

В сети освещения:

Лампочки накаливания — 6 шт по 75 Вт
Энергосберегающие лампочки — 8 шт по 22 Вт

Производим расчет мощности силовой сети:

Установленная мощность (сумма мощностей всех электроприборов):

теперь переведем данную мощность в киловатты для чего необходимо разделить полученное значение на 1000:

Определяем расчетную мощность силовой сети, для чего умножаем полученную установленную мощность на коэффициент спроса значение которого определяем по таблице выше (К_сс принимаем равным 0,8):

По аналогии определяем мощность сети освещения:

P_уст-о=6*75+8*22=450+176=626 Вт (или 0,626 кВт)

Определяем расчетную мощность силовой сети (учитывая малую мощность сети освещения и тот факт, что в такой небольшой сети все лампочки могут одновременно работать длительный период времени коэффициент спроса для сети освещения (К_со)принимаем равным 1):

Применим рассчитанные значения для определения номинального тока автоматического выключателя и сечения кабеля с помощью соответствующих онлайн калькуляторов (на примере силовой сети):

Автоматический выключатель для силовой сети определяем с помощью Онлайн-калькулятора расчета автомата по мощности:

Сечение кабеля для силовой сети определяем с помощью Онлайн-калькулятора расчета сечения кабеля по мощности:

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

Читайте также: