+7 (812) 448-30-88
+7 (812) 910-22-50
Заказать звонок →
Мы перезвоним вам

Графики электрических нагрузок  и показателей, характеризующие приемники электрической энергии

Содержание:
  1. Коэффициент использования
  2. Коэффициентом включения приемника
  3. Коэффициентом загрузки
  4. Коэффициентом формы графика нагрузок
  5. Коэффициентом максимума
  6. Коэффициент спроса
  7. Коэффициентом заполнения графика нагрузок
  8. Коэффициентом разновременности максимумов нагрузок

Правильное определение электрических нагрузок является основой рационального построения и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий.

Основные понятия, связанные с классификацией электрических нагрузок, хорошо изложены в учебнике А.А. Федорова «Основы электроснабжения промышленных предприятий», М.: Энергия, 1972.

1. Коэффициент использования является основным показателем для расчета нагрузки. Коэффициентом использования активной мощности приемника ки,а или группы приемников Ки,а называется отношение средней активной мощности отдельного приемника (группы приемников) к ее номинальному значению.

a815d-clip-4kb

Этот коэффициент, как и средняя нагрузка рс, Рс относится, как правило, к смене с наибольшей нагрузкой приемников. Для группы приемников, состоящей из подгруппы приемников с различными режимами работы, средневзвешенный коэффициент использования активной мощности Ки,а определяется с достаточным для практических расчетов приближением по формуле:

2eaaa-clip-2kb

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

imageЗначения коэффициентов использования должны быть отнесены к тому же периоду времени (цикл, смена, год), к которому отнесены мощности, на основе которых этот коэффициент вычисляется.

618e8-clip-9kb

Рис.1 График нагрузок по активной мощности

Для данного графика из активной мощности средний коэффициент использования активной мощности приемника за смену может быть определен из выражения:

0d274-clip-5kb

где Эа – энергия, потребленная приемником за смену;

Эа,возм  – энергия, которая могла быть потреблена приемником за смену его при

наименьшей нагрузке в течение всей смены.

Аналогично определяется коэффициент использования по реактивной мощности ки,р, Ки,р и току ки,I, Ки,I:

88202-clip-11kb

2. Коэффициентом включения приемника кв называется отношение продолжительности включения приемника в цикле tв ко всей продолжительности цикла tц. Время включения приемника за цикл складывается из времени работы tр и времени холостого хода tх:

8b3bb-clip-2kb

Коэффициентом включения группы приемников, или групповым включением Кв называется средневзвешенное (по номинальной активной мощности). Значение коэффициента включения всех приемников, входящих в группу, определяется по формуле:

2abb8-clip-4kb

Простейшее определение кв, выраженное формулой (6), при переходе к групповому коэффициенту включения не  может быть, а формула (7) выведена с использованием условного понятия – средней за цикл групповой включенной мощности.

Для графика нагрузок по активной мощности (см. рис.1) коэффициент включения определяется из выражения:


bdf01-clip-3kb

Приближенно значение кв определяется во время эксплуатации с помощью простейшего электрического счетчика времени. Коэффициент включения зависит от технологического процесса.

 

3. Коэффициентом загрузки приемника кз,а по активной мощности называется отношение фактически потребляемой им средней активной мощности рс,в (за время включения tв течение времени цикла tц) к его номинальной мощности:

a5652-clip-5kb

Аналогично определяется и коэффициент загрузки и для реактивной мощности, и по току:

0e622-clip-5kb

Групповым коэффициентом загрузки по активной мощности называется отношение группового коэффициента использования к групповому коэффициенту включения кв:

025a1-clip-2kb

Коэффициент загрузки, как и коэффициент включения, непосредственно связан с технологическим процессом и используется с применением режима работы приемника.

Коэффициент загрузки по активной мощности для графика нагрузки (см. рис.1) определяется из выражения

3c251-clip-4kb

и показывает степень использования мощности приемника за рабочее время (время включения + время хода).

Принимая во внимание уравнения (9) и (12), получим следующие основные соотношения:

7a518-clip-3kb

В первом уравнении (14) величины кв и кз,а являются независимыми, связанными только с технологическим процессом: величина ки,а, являясь функцией кв и кз,а, весьма просто определяется в эксплуатации по показаниям счетчика активной энергии и характеризует важнейший параметр графика – среднюю нагрузку.

 

4. Коэффициентом формы графика нагрузок кф,I, Кф,I называется отношение среднеквадратичного тока (или среднеквадратичной мощности) приемника или группы приемников за определенный период времени к его среднему значению за то же период времени.

bb007-clip-3kb

Так как коэффициенты форм отнесены к активной и реактивной мощности одного или группы приемников, они определяются из следующих выражений:

2e567-clip-6kb

Коэффициент формы характеризует неравномерность графика во времени. Свое наименьшее, равное единице, значение он принимает при нагрузке, неизменной во времени.

Для индивидуального графика нагрузок следует различать значения коэффициента формы:

2d2ae-clip-9kb

которые связаны зависимостью

c895d-clip-2kb

Коэффициент формы графика нагрузок группы приемников одного режима работы (с одними и теми же значениями ки,а и кф,а), включаемых независимо, определяются из уравнения:

1dd5d-clip-4kb

где nп – приведенное число приемников группы, определяемое достаточно точно по формуле:

8a237-clip-5kb

где в числителе стоит квадрат суммы номинальных активных мощностей всех n приемников (т.е. квадрат групповой мощности) данной группы, а в знаменателе – сумма квадратов номинальных активных мощностей отдельных приемников группы.

Если все приемники группы имеют одинаковую номинальную мощность рном, то приведенное число nп:

427de-clip-4kb

Если приемники группы имеют различные номинальные мощности, то nп < n.

Величину nп по существу следовало бы определять исходя не из номинальных мощностей приемников, а из среднеквадратичных значений потребляемой мощности за время (интервал усреднения) Тоср. Однако количественная разность результатов будет, как правило, невелика, а поэтому, учитывая условность величины nп, можно вести расчет по формуле (21).

Широко распространенное в литературе понятие эффективного числа приемников nэ фактически является приведенным к определенным условиям, нами так и называется приведенным число приемников nп.

Из уравнения (20) ясно, что групповой коэффициент формы, а следовательно, и неравномерность группового графика нагрузок приемников одного режима работы, не зависят от коэффициента использования ки,а, а зависят от коэффициента включения кв, влияние которого убывает с увеличением nп.

При задании значений кв и кф,а величина nп полностью определяет величину кф,а. Следовательно, приведенное число приемников nп является числом одинаковых по мощности приемников с заданным режимом работы, которые при той же суммарной номинальной мощности Рном будут иметь тот же групповой коэффициент формы, что и при заданных различных мощностях их приемников.

Так как nп £ n, то при прочих равных условиях Кф,а, а следовательно, и неравномерность группового графика будут тем больше, чем больше различие мощностей отдельных приемников в группе. Последнее физически объясняется тем, что взаимная компенсация провалов и пиков на случайно налагающихся индивидуальных графиках нагрузок приемников одного режима работы, формирующих групповой график нагрузок, для приемников разной мощности будет меньше, чем для приемников одинаковой мощности.

При nп ® ¥, согласно выражению (20), Кф,а ® 1. Это означает, что при неограниченном возрастании числа приемников групповой график нагрузок стремится к P(t) = const. Но этот вывод и формула (20) справедливы только при установившемся режиме наиболее загруженной сети.

В условиях эксплуатации коэффициент формы удобнее всего находить по показателям счетчиков активной и реактивной энергии.

1a12a-clip-11kb

Рис.2 Групповой график нагру­зок по активной мощности

 

График нагрузок (см. рис.2) построен по показателям счетчика активной электроэнергии.

Значение Эа получено по показателям счетчика за сутки. Величины DЭа,i представляют собой потребление электрической энергии за время DT =T/m, где m – число интервалов, на которое разбит график нагрузок (DТ = 1 ч, m = 24).

Квадрат среднеквадратичной активной мощности за время Т определяется из выражения:

50671-clip-4kb

Тогда формула (24) упростится:

e0493-clip-4kbВ то же время

1b419-clip-3kb

где DЭа,i – расход активной электроэнергии за время DТ.

С учетом выражения (26) формула (25) приобретет следующий вид:

6dbe1-clip-2kb

Средняя активная мощность за время Т согласно определению равна:

543bb-clip-912b

где Эа – расход активной электроэнергии за время Т.

Коэффициент формы группового графика нагрузок по активной мощности равен:

3cb1a-clip-9kb

то есть получили выражение (23).

Аналогично определяются коэффициенты формы графиков реактивной, кажущейся мощности и тока.

Выводы:

1)  При постоянном (неизменном) технологическом процессе производства и постоянном объеме выпускаемой продукции коэффициент формы Кф,а практически постоянен и не меняется в зависимости от изменения графика нагрузок за рассматриваемый период времени (при условии стабильности потребления электроэнергии), то есть Эа = const (см. рис.3), где Эа,1= Эа,2, что подтверждается многочисленными опытными данными.

 

 

Рис.3. График нагрузок потребителя при различном потреблении мощности

(во времени), но при Эа = const за рассматриваемый промежуток времени

2)  Коэффициент формы Кф,а для подавляющего количества предприятий с достаточно ритмичным процессом производства изменяется в пределах от 1,05 до 1,15.

3)  Отклонения Кф,а от указанных выше значений наблюдается 1,02 в сторону уменьшения и до 1,25 в сторону увеличения. Когда коэффициент Кф,а неизвестен, в расчетах его можно приближенно принимать 1,1-1,15.

 

5. Коэффициентом максимума активной мощности км,а, Км,а называется отношение расчетной, активной мощности рр, Рр к средней нагрузке рс, Рс за исследуемый период времени:

52305-clip-3kb

Исследуемый период времени принимается равным продолжительности наиболее загруженной смены. Обычно коэффициент максимума относится к групповым графикам нагрузок, то есть определяется значение Км,а.

Аналогично выражению (28) коэффициент максимума графика нагрузок по току определяется как

2bdfc-clip-2kb

41439-clip-106kb

Рис.4 Кривые коэффициентов максимума Км,а для различных коэффициентов

использования Ки,а в зависимости от nп

6. Коэффициент спроса, как и коэффициент максимума, относится обычно к групповым графикам. Коэффициентом спроса по активной мощности Кс,а называется отношение расчетной Рр (в условиях проектирования) или потребляемой Рп (в условиях эксплуатации) активной мощности группы приемников.

d8ec2-clip-3kb

Аналогичный коэффициент применим и для токовой нагрузки:

9b8e7-clip-3kb

Значения коэффициентов спроса Кс,а для различных групп приемников в различных отраслях промышленности и различных производств и предприятий в целом определяются из опыта эксплуатации и принимаются при проектировании по справочным материалам.

 

7. Коэффициентом заполнения графика нагрузок по активной мощности Кз,г,а называется отношение средней активной мощности к максимальной за исследуемый период времени (обычно Рм = Р30):

49b6c-clip-3kb

Исследуемый период времени принимается равным продолжительности наиболее активной смены.

Если учесть, что Рм по существу то же, что Рр, то коэффициент заполнения графика Кз,г,а является величиной, обратной коэффициенту максимума (см. (28), (32)).

6ea08-clip-1kb

Коэффициент заполнения графика обычно относится к групповым графикам нагрузок так же, как и коэффициент максимума.

Аналогичны выражения для коэффициента заполнения графиков нагрузок по реактивной мощности и току (кажущейся мощности):

502a9-clip-6kb

Числовые значения коэффициентов заполнения суточного графика нагрузок Кз,г,а, Кз,г,р для различных предприятий при проектировании принимаются по справочным материалам.

 

8. Коэффициентом разновременности максимумов нагрузок по активной мощности Кр,м,а называется отношение суммарного расчетного максимума активной мощности узла системы электроснабжения к сумме расчетных максимумов активной мощности отдельных групп приемников, входящих в данный узел системы электроснабжения.

26cde-clip-3kb

Этот коэффициент характеризует смещение максимумов нагрузок отдельных групп приемников по времени, что вызывает снижение суммарного максимума нагрузок узла по сравнению с суммой максимумов отдельных групп. И только в случае, когда максимумы нагрузок отдельных групп приемников совпадают по времени, что маловероятно, их суммарный максимум нагрузок равен сумме максимумов отдельных групп приемников.

Коэффициент разновременности максимумов нагрузок Кр,м,а £ 1. В какой-то мере он связан с коэффициентом формы графика нагрузок Кф,а. Чем меньше Кф,а, то есть чем он ближе к единице, тем ближе и Кр,м,а к единице, и наоборот. Коэффициент Кр,м,а изменяется в течение года, т.к. изменяется максимум нагрузок освещения и отопления. Принято считать Кр,м,а по декабрьским суткам:

15830-clip-27kb

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Применение Кр,м,а необходимо при расчете нагрузок узлов в системе электроснабжения в том случае, если расчетная нагрузка узла определяется суммированием расчетных нагрузок отдельных групп потребителей его, то есть при ориентировочных расчетах.

В случае, когда при определении расчетных нагрузок на высших ступенях систем электроснабжения по условиям технологического процесса можно ожидать несовпадения во времени наиболее загруженных смен или неодновременной работы крупных агрегатов (электрические печи, прокатные станы и т.п.), допускается применение коэффициента разновременности максимумов. Значение этого коэффициента устанавливается отраслевыми инструкциями в зависимости от местных условий.

Коэффициент разновременности максимумов нагрузок Кр,м,а принимается в пределах 0,9¸0,95, а при наличии нескольких ступеней в системе электроснабжения общий понижающий коэффициент должен быть не ниже 0,85, за исключением случаев, когда технологический процесс производства обуславливает более низкие значения этого коэффициента.

Приближенно можно принять:

–     для линий высокого напряжения системы внутреннего электроснабжения предприятия Кр,м,а = 0,85¸1,0;

–     для шин электростанций предприятия, или ГПП и питающих линий электропередачи (систем внешнего электроснабжения) Кр,м,а = 0,9¸1,0.

При этом необходимо обращать внимание на то, чтобы суммарная расчетная нагрузка узла системы электроснабжения была не меньше его средней нагрузки.