Коэффициенты, характеризующие режим работы электроустановок
Режим работы электроустановок за некоторый период времени (сутки, год) характеризуется следующими величинами. Коэффициент нагрузки, или коэффициент заполнения графика, представляет отношение средней мощности к наибольшей за один и тот же рассматриваемый период времени:
(12)
где W — потребленное количество электроэнергии за время Т (сутки, год), кВт-ч.
Коэффициент нагрузки показывает, какую часть составляет действительно потребленное количество электроэнергии за рассматриваемый период времени от того количества электроэнергии, которое было бы потреблено установкой за то же время, если бы она все время работала с наибольшей нагрузкой. Обычно кнагр< 1· При кнагр=1 график нагрузки представлял бы прямую линию, параллельную оси абсцисс.
Продолжительность использования наибольшей активной мощности Тмях показывает, сколько часов за рассматриваемый период времени (сутки, год) должна была бы работать установка с неизменной наибольшей нагрузкой Рмах, чтобы потребить действительно потребленное за этот период времени количество электроэнергии W:
Для суточного графика Тмах равно основанию прямоугольника с высотой Рмах, площадь которого равна W (см. рис. 96), т. е. площади действительного графика нагрузки. На основании формул (12) и (13) МОЖНО Написать W — Кнагр ТРмах = Тмах Рмах, откуда Тмах =Кнагр т, т. е. Тмах =Т, так как кнагр 1. Для крупных энергосистем , питающих главным образом промышленную нагрузку, продолжительность использования наибольшей мощности по годовому графику Тг мах колеблется от 4000 до 7000 ч в год (кнагр=0,454-0,80). Для подстанций с преобладающей осветительной нагрузкой Тт шах= 2000-:-4000 ч в год.
Коэффициент использования установленной мощности характеризует степень использования установленной мощности на подстанциях:
(14)
где Руст — установленная суммарная мощность трансформаторов подстанции (включая резервные), кВт; Рср — средняя используемая мощность трансформаторов подстанции, кВт. Обычно куст =кнаРр < 1.
Коэффициент резерва показывает степень резервирования трансформаторов подстанций:
(15)
Определение мощности подстанции
Методы определения электрических нагрузок.
Проектирование электроснабжения предприятия выполняют, как правило, в два этапа: стадия проектного задания (или технического проекта) и стадия рабочих чертежей. На стадии проектного задания расчет электрических нагрузок выполняют приближенно, например согласно данным о суммарной установленной мощности отдельных потребителей (отделения цеха и т. д.). На стадии рабочих чертежей производят окончательный уточненный расчет электрических нагрузок с использованием конкретных данных о единичных приемниках отделений, цехов и т.д. Определение расчетных нагрузок выполняют от низших к высшим ступеням системы электроснабжения по отдельным расчетным узлам в сетях напряжением до и выше 1000 В.
Расчет электрических нагрузок различных узлов системы электроснабжения выполняют с целью выбора сечений питающих и распределительных сетей напряжением до и выше 1000 В, числа и мощности трансформаторов подстанций, сечений шин их распределительных устройств, коммутационной и защитной аппаратуры.
Основные методы определения наибольших расчетных нагрузок, применяемые в настоящее время в практике проектирования, могут быть разделены на две основные группы: 1) метод, определяющий наибольшую расчетную нагрузку Рмах путем умножения установленной мощности потребителя Руст на коэффициент спроса кс < 1, т. с. Р,=Руст кс ;2) методы, определяющие наибольшую расчетную нагрузку либо путем умножения величины средней нагрузки Рср на коэффициент увеличения средней нагрузки, т. е. Рмах = Рсркун, либо путем добавления к величине средней нагрузки некоторой величины ∆с, характеризующей отклонение наибольшей нагрузки от средней, т. е. Рmax == Рср + ∆с. К первой группе относят метод определения расчетной нагрузки по установленной мощности и коэффициенту спроса, который рассматривается ниже подробно. Этот метод по сравнению с методами второй группы, является приближенным и используется в основном на стадии проектного задания. Особую группу составляют методы определения расчетных нагрузок по удельным показателям производства, а именно по удельному расходу электроэнергии на единицу продукции при заданном объеме продукции за определенный период и по удельной мощности на единицу производственной площади. Данные по удельным показателям производства, накопленные на основании длительного опыта проектирования и эксплуатации электроустановок различного назначения, приводятся в справочной литературе.
Подстанция с вторичным напряжением до 1000 В.
Цель расчета — определить наибольшую мощность на шинах проектируемой электроустановки и построить для нее график суммарной нагрузки. На основании этого графика выбрать число и единичную мощность трансформаторов.
Исходные данные для расчета: установленные мощности потребителей, коэффициенты спроса и мощности, величина напряжения, при котором питаются потребители, и типовые суточные графики нагрузок отдельных потребителей.
Последовательность расчета: определяют наибольшие активные мощности отдельных потребителей; строят графики активных нагрузок отдельных потребителей по вычисленным значениям их наибольших мощностей и типовым графикам; строят график суммарного потребления и находят по нему наибольшую суммарную активную мощность; находят полную наибольшую мощность потребителей па нишах электроустановки; выбирают число и единичную мощность трансформаторов на основании полной мощности и суммарного графика нагрузки.
Наибольшая мощность потребителя
(16)
где Руст — установленная мощность потребителя электроэнергии, кВт; кс — коэффициент спроса.
Под установленной мощностью потребителя надо понимать сумму номинальных мощностей приемников энергии, взятую из их технических паспортов. Для электродвигателей это поминальная мощность Рном (в кВт) на валу, соответствующая номинальному вращающему моменту МН0М при полной нагрузке двигателя; для нагревательных приборов — мощность при поминальном напряжении и токе; для ламп накаливания — мощность, указанная на колбе или цоколе.
Рис. 98. График суммарной активной нагрузки
Коэффициент спроса учитывает одновременность включения и загрузку оборудования, к. п. д. оборудования и к.п.д. сети (потери в сети), т. е. характеризует потребление мощности установленными приемниками электроэнергии в часы максимальной нагрузки электроустановки. Так, трудно предположить, чтобы все электродвигатели какого-либо железнодорожного или другого предприятия работали с полной загрузкой и притом все одновременно. Даже такие потребители, как вентиляторы, электропечи, нагревательные приборы, электролампы и им подобные, работающие с полной загрузкой, включаются неодновременно. Исключение представляет только наружное освещение городов, поселков, производственных площадей, которое включается и отключается почти одновременно. Следовательно, коэффициент спроса показывает, какую часть мощности от установленных на предприятии приемников энергии должна составлять мощность подстанции.
(17)
Коэффициент спроса, где к — коэффициент одновременности, показывающий, какая часть приемников присоединена к сети в момент наибольшей нагрузки (к<1); η.пp — к.п.д, приемника; η0 — к.п.д. сетей напряжением до 1000 В, от которых питаются приемники; к3 — коэффициент загрузки приемников энергии (к3 < 1).
Коэффициенты спроса, приводимые в справочной литературе, даются для отдельных видов электрического оборудования, разбитого на группы,— станки, вентиляторы, насосы, сварочные аппараты и т. д. и для объектов и потребителей в целом — завод, фабрика, железнодорожный узел, депо, цех, поселок. Коэффициент спроса является величиной вероятной и он тем достовернее, чем больше оборудования на объекте или в цехе. Значение к колеблется от 0,15 до 0,75. При этом чем больше приемников энергии, тем меньше к0.
На основании наибольших мощностей потребителей и типовых графиков строят графики активных нагрузок потребителей 1, 2, 3 и график суммарного потребления 4, как показано на рис. 98. Наибольшая расчетная активная нагрузка ∑Ррасч.мах составилась не из наибольших нагрузок отдельных потребителей, а из нагрузок Р1, Р2, Р3, являющихся какой-то частью наибольших мощностей Рмах1, Рмах2, Рмах3.
Наибольшая полная мощность на шинах подстанции (в кВ·А) представляет геометрическую сумму активных и реактивных мощностей с учетом разновременности максимумов нагрузок потребителей:
(18)
(18)
где Рmax- наибольшая мощность потребителя, вычисленная по формуле (16), кВт; Qmaх—реактивная мощность потребителя, соответствующая мощности Pmax; Qmax = Ртах tg φ, квар; к=коэффициент разновременности максимумов нагрузок рассчитываемой подстанции, который представляет отношение наибольшей суммарной расчетной активной мощности ΣΡрасч.мах к сумме наибольших активных мощностей отдельных потребителей ∑Pmux, т· е· Κρ·м =
I
При выборе одного трансформатора его номинальная мощность Shom.tp должна быть равна или больше расчетной, полученной по формуле (18),
(19)
При выборе двух трансформаторов необходимо, чтобы
(20)
Для питания потребителей 1-й категории устанавливают, как правило, два трансформатора, из которых один рабочий, а второй резервный. Их выбирают согласно формуле (19). Если двухтрансформаторная подстанция питает потребителей всех категорий, то трансформаторы выбирают по формуле (20) с учетом надежного электроснабжения потребителей только 1-й категории при аварийном отключении одного из трансформаторов. Потребители 2-й и 3-й категорий на это время отключаются. Поэтому формула (20) является ориентировочной при выборе трансформаторов, питающих потребителей всех категорий. Выбранные трансформаторы необходимо проверить па обеспечение питания потребителей 1-й категории в аварийном режиме. Из этого следует, что в нормальном режиме в работе могут находиться один или два трансформатора в зависимости от величины нагрузки.
Для потребителей 3-й категории выбирают один трансформатор. В случае аварийного выхода из работы трансформатора однотрансформаторной подстанции его заменяют передвижным. Мощность последнего не всегда может удовлетворять условию (19). Поэтому для передвижных трансформаторов ПУЭ допускают аварийную перегрузку на 40% во время максимума общей суточной нагрузки продолжительностью не более 6 ч в течение не более пяти суток. (В течение пяти суток поврежденный трансформатор должен быть отремонтирован.) При этом коэффициент нагрузки суточного графика в условиях перегрузки трансформатора должен быть не более 0,75, т. е. кНагр =» 152 =Scр.с ут/l,4Sном.тp =0,75. Это же условие может быть использовано и при выборе трансформаторов двухтрансформаторной подстанции, питающей потребителей всех категорий, на случай выхода из работы одного из них, чтобы избежать выбора трансформаторов завышенной мощности и снизить стоимость подстанции.
