Задачей расчета электрических сетей является правильная оценка величин электрических нагрузок и выбор соответственно им таких наименьших из числа возможных сечений проводов, кабелей и шин, при которых были бы соблюдены нормированные условия в отношении:
1. нагрева проводников,
2. экономической плотности тока,
3. электрической защиты отдельных участков сети,
4. потерь напряжения в сети,
5. механической прочности сети.
Расчетными нагрузками для выбора сечений проводников являются:
1. получасовой максимум I30 — для выбора сечений по нагреву,
2. среднесменная нагрузка Iсм — для выбора сечений по экономической плотности тока,
3. пиковый ток — для выбора плавких вставок и уставок тока максимальных расцепителей автоматов и для расчета по потере напряжения. Этот расчет обычно сводится к определению потерь напряжения в силовой сети при пуске отдельных мощных короткозамкнутых электродвигателей и в троллейных линиях.
При выборе сечений распределительной сети, независимо от фактического коэффициента загрузки электроприемника, следует всегда иметь в виду возможность использования его на полную мощность и, следовательно, за расчетный ток принимать номинальный ток электроприемника. Исключение допускается лишь для проводников к электродвигателям, выбранным не по нагреву, а по перегрузочному моменту.
Таким образом, для распределительной сети расчета, как такового, не производят.
Для определения расчетного тока в питающей сети необходимо нахождение совмещенного максимума или средней нагрузки целого ряда электроприемников и при том, как правило, различных режимов работы. Вследствие этого процесс расчета питающей сети является сравнительно сложным и разделяется на три основные последовательные операции:
1. составление расчетной схемы,
2. определение совмещенных максимумов нагрузки или средних значений ее на отдельных участках сети,
3. выбор сечений.
Расчетная схема, являющаяся развитием принципиальной схемы питания, намеченной при рассмотрении вопроса о распределении электрической энергии, должна содержать все необходимые данные в отношении подключенных нагрузок, длин отдельных участков сети и выбранного рода и способа прокладки ее.
Наиболее ответственная операция — определение электрических нагрузок на отдельных участках сети — в большинстве случаев основывается на применении эмпирических формул. Коэффициенты, входящие в эти формулы, зависят в наибольшей степени от режима работы электроприемников, и правильная оценка последнего имеет большое значение, хотя и не всегда является точной.
Вместе с тем неправильность в определении коэффициентов, а, следовательно, и нагрузок, может привести либо к недостаточной пропускной способности сети, либо к необоснованному удорожанию всей установки.
Прежде чем перейти к методологии определения электрических нагрузок для питающих сетей, необходимо отметить, что входящие в расчетные формулы коэффициенты не являются стабильными. В связи с непрерывным техническим прогрессом и развитием автоматизации эти коэффициенты должны подлежать периодическому пересмотру.
Поскольку как сами формулы, так и входящие в них коэффициенты являются до известной степени приближенными, нужно иметь в виду, что результатом расчетов может быть определение только порядка интересующих величин. По этой причине следует избегать излишней скрупулезности в арифметических операциях.
Величины и коэффициенты, входящие в расчетные формулы определения электрических нагрузок
Под установленной мощностью Ру понимается:
1. для электродвигателей длительного режима работы — каталожная (паспортная) номинальная мощность в киловаттах, развиваемая двигателем на валу:
2. для электродвигателей повторно-кратковременного режима работы — паспортная мощность, приведенная к длительному режиму, т. е. к ПВ = 100%:
где ПВН0М — номинальная продолжительность включения в процентах по каталожным данным, Рном —номинальная мощность при ПВН0М,
3. для трансформаторов электропечей:
где SН0М — номинальная мощность трансформатора по каталожным данным, ква, cosφном—коэффициент мощности, характерный для работы электропечи при номинальной мощности,
4. для трансформаторов сварочных машин и аппаратов — условная мощность, приведенная к длительному режиму, т. е. к ПВ = 100%:
где Sном — номинальная мощность трансформатора в киловольт-амперах при ПВном,
Под присоединенной мощностью Рпр электродвигателей понимается мощность, потребляемая двигателем из сети при номинальной нагрузке и напряжении:
где ηном — номинальный к п. д. двигателя в относительных единицах.
Средняя активная нагрузка за максимально загруженную смену Рср.см и такая же средняя реактивная нагрузка Qcp,см представляют собой частные от деления количества электроэнергии, потребляемой за максимально нагруженную смену (соответственно WCM и VCM), на продолжительность смены в часах Тсм,
Среднегодовая нагрузка активная Рср.г и такая же нагрузка реактивная Qcp.г представляют собой частные от деления годового потребления электроэнергии (соответственно Wг и Vг) на годовую продолжительность рабочего времени в часах (Тг):
Под максимальной нагрузкой Рмакс понимают наибольшую из средних нагрузок за тот или иной интервал времени.
В соответствии с ПУЭ, для расчета сетей и трансформаторов по нагреву этот интервал времени установлен равным 0,5 ч, т. е. принимается получасовой максимум нагрузки.
Различают получасовые максимумы нагрузок : активной Р30, квт, реактивной Q30, квар, полной S30, ква, и по току I30, а.
Пиковым током Iпик называют мгновенный максимально возможный ток для данного электроприемника или для группы электроприемников.
Под коэффициентом использования за смену КИ понимают отношение средней активной нагрузки за максимально нагруженную смену к установленной мощности:
Соответственно этому годовой коэффициент использования представляет собой отношение средней годовой активной нагрузки к установленной мощности:
Под коэффициентом максимума Км понимается отношение активной получасовой максимальной нагрузки к средней нагрузке за максимально загруженную смену,
Величина, обратная коэффициенту максимума, представляет собой коэффициент заполнения графика Кзап
Коэффициент спроса Кс — отношение активной получасовой максимальной нагрузки к установленной мощности:
Под коэффициентом включения Кв понимается отношение рабочего времени приемника повторно-кратковременного и длительного режима работы за смену к продолжительности смены:
У электроприемников, предназначенных для непрерывной работы в течение смены, коэффициент включения практически равен единице.
Коэффициентом загрузки по активной мощности К3 представляет собой отношение нагрузки электроприемника в данный момент времени Pt к установленной мощности:
Для электродвигателей, у которых под установленной мощностью понимается мощность на валу, правильнее было бы относить Ки, Кв, К3 не к установленной, а к присоединенной к сети мощности.
Однако в целях упрощения расчетов, а также ввиду трудности учета к. п. д. участвующих в нагрузке электродвигателей, целесообразно относить эти коэффициенты также к установленной мощности. Таким образом, коэффициенту спроса, равному единице (Кс = 1), соответствует фактическая загрузка электродвигателя в размере η% от полной.
Коэффициентом совмещения максимумов нагрузки KΣ — отношение совмещенного получасового максимума нагрузки нескольких групп электроприемников к сумме максимальных получасовых нагрузок отдельных групп:
С допустимым для практических целей приближением можно принять, что
Расчетные нагрузки промышленных предприятий
Электроснабжение > Расчет нагрузок
Расчетные нагрузки промышленных предприятий
Для электрических сетей расчетными нагрузками являются наибольшие возможные нагрузки длительностью не менее 30 мин.
Величина расчетной нагрузки зависит от числа и установленной мощности электроприемников, характера производства и степени автоматизации — производственного процесса.
1. Номинальная (установленная) мощность электроприемников
Номинальная активная мощность для одного электроприемника определяется по формулам:
для приемников освещения и электродвигателей при длительном режиме работы
для электродвигателей повторно-кратковременного режима работы
для трансформаторов электропечей
для трансформаторов сварочных машин и аппаратов и сварочных трансформаторов ручной сварки
где Рн — номинальная мощность приемника освещения или номинальная (паспортная) мощность электродвигателя для длительного режима работы, квт;
ПВн — номинальная (паспортная) продолжительность включения, отн. ед.;
Рн.п — паспортная мощность электродвигателя при номинальной относительной продолжительности включения, квт;
Sn — паспортная мощность трансформатора, ква;
cos j н — коэффициент мощности электропечи, сварочного аппарата или сварочного трансформатора при номинальных условиях.
Номинальная мощность группы электроприемников определяется как сумма номинальных мощностей всех электроприемников:
где р у — номинальная мощность электроприемника, квт;
n — общее число электроприемников в группе.
2. Расчетные нагрузки
Для одного электроприемника расчетная активная мощность принимается равной:
при длительном режиме работы
при повторно-кратковременном режиме работы
где р у — номинальная мощность электроприемника, квт.
При повторно-кратковременном режиме работы электроприемника установленная мощность должна быть приведена к длительному режиму работы по одной из формул (3-2) или (3-4).
Расчетная реактивная мощность одного электроприемника определяется из выражения
где j — фазовый угол тока электроприемника при режиме расчетной нагрузки.
Для группы электроприемников числом до 3 включительно активная и реактивная расчетные мощности определяются как суммы соответственно активных и реактивных нагрузок электроприемников группы.
При ориентировочных расчетах допускается определять расчетную активную мощность одной или нескольких групп электроприемников по формуле
где Кс и Ру — соответственно средняя величина коэффициента спроса и установленная мощность группы однотипных электроприемников;
n — общее число групп электроприемников. Реактивная расчетная мощность может быть определена из выражения
где j — фазовый угол суммарного тока всей группы электроприемников для режима расчетной нагрузки.
Средние значения коэффициента спроса силовой нагрузки для некоторых производств приведены в табл. 3-1 и 3-2.
Коэффициент спроса осветительной нагрузки промышленных предприятий и относящихся к ним вспомогательных и бытовых сооружений принимается по табл. 3-3.
В общем случае коэффициент спроса группы электроприемников промышленного предприятия определяется как произведение коэффициентов использования (Ки) и максимума (Км):
Коэффициенты использования и максимума группы электроприемников соответственно равны:
где Рсм — средняя активная нагрузка рассматриваемой группы электроприемников за наиболее нагруженную смену предприятия, квт;
Р и Ру — соответственно расчетная и номинальная активная мощности той же группы электроприемников, квт.
Значения коэффициентов использования в зависимости от типа приводимых механизмов и характера производства приведены в табл. 3-1.
Значения коэффициента использования для нескольких групп электроприемников с разными значениями коэффициента использования определяются по формуле (3-12), в которой под Рсм следует понимать сумму средних нагрузок за наиболее нагруженную смену для всех групп электроприемников:
Коэффициент спроса группы электроприемников для ориентировочных расчетов может быть принят в зависимости от коэффициента использования по табл. 3-4.
3. Определение коэффициента максимума
При расчетах на стадии технического проекта или рабочих чертежей расчетные нагрузки определяются с учетом коэффициента максимума, величина которого зависит от коэффициента использования и эффективного числа электроприемников.
Под эффективным числом группы электроприемников с различной установленной мощностью и разными режимами работы понимается такое число приемников, одинаковых по мощности и однородных по режиму работы, которое обеспечивают ту же величину расчетной нагрузки, что и рассматриваемая группа различных по мощности и режиму работы электроприемников.
В общем случае эффективное число электроприемников может быть найдено из выражения
Эффективное число электроприемников может быть принято равным фактическому их числу в следующих случаях:
а) когда мощность всех приемников одинакова;
б) при коэффициенте использования Ки>0,8;
в) когда выполняются указанные в табл. 3-5 соотношения между коэффициентом использования и величиной отношения, равного:
где Ру.макс и Ру.мин — соответственно номинальные активные мощности наибольшего и наименьшего электроприемников в группе, квт.
При определении Ру.мин должны быть исключены наиболее мелкие электроприемники, суммарная мощность которых не превосходит 5% мощности всей группы приемников.
Когда указанные условия не выполняются, эффективное число электроприемников определяется в зависимости от величин Р*и n* , вычисляемых пo формулам (* — звездочки, поставленные под буквенными обозначениями, указывают на относительные величины).
где n — общее число электроприемников группы;
— сумма номинальных мощностей всей группы, квт;
— число приемников в группе, номинальная мощность каждого из которых больше или равна половине номинальной мощности наиболее мощного приемника в группе;
— сумма номинальных мощностей этих приемников, квт.
Мелкие электроприемники, суммарная мощность которых не превосходит 5% номинальной мощности всех электроприемников, при определении 
не учитываются.
В зависимости от величин р* и n * по табл. 3-6 находят величину относительного значения эффективного числа электроприемников:
и определяют эффективное число приемников умножением полученного значения на общее число электроприемников группы:
В зависимости от коэффициента использования Ки и эффективного числа приемников n э по табл. 3-7 определяется коэффициент максимума Км.
Величины расчетных активной и реактивной мощностей группы электроприемников определяется по формулам:
где Рсм — средняя активная мощность для группы электроприемников за наиболее нагруженную смену, квт;
tg j — соответствует характерному для данной группы электроприемников значению фазового угла в режиме максимальной активной мощности.
Полная расчетная мощность определяется из выражения
расчетный ток — по формуле
где U н — номинальное напряжение сети, кв.
Коэффициент мощности при режиме расчетной нагрузки равен:
При определении эффективного числа электроприемников для большого числа питающих линий, нескольких трансформаторных пунктов, распределительных подстанций и т. п. допускается применять упрощенную методику расчета, которая заключается в следующем.
Для отдельных линий или подстанций, для которых ранее были определены величины номинальной мощности и эффективного числа электроприемников вычисляются мощности условных электроприемников по формуле
где Ру и n э — соответственно номинальная мощность и эффективное число электроприемников рассматриваемой линии или подстанции.
При этом не учитывается нагрузка резервных электроприемников, ремонтных сварочных трансформаторов и других ремонтных электроприемников, пожарных насосов, а также электроприемников, работающих кратковременно (дренажные насосы, задвижки, вентили, щитовые затворы и т. п.). Нагрузка таких электроприемников учитывается только при расчете питающих эти приемники линий и линий, питающих силовые распределительные пункты, к которым они подключены.
Определение эффективного числа электроприемников, коэффициентов максимума и спроса для условных электроприемников, вычисленных по формуле (3-26), производится методом, изложенным выше для индивидуальных приемников.
При окончательном подсчете нагрузок должны быть учтены реактивные мощности присоединенных к сети батарей конденсаторов (мощности батарей статических конденсаторов учитываются со знаком «минус»), а также потери активной и реактивной мощности в понижающих трансформаторах.
Для электроприемников с малоизменяющейся во времени нагрузкой (насосы водоснабжения, вентиляторы, отопительные и нагревательные приборы, печи сопротивления и т. п.) коэффициент спроса может быть принят равным коэффициенту использования:
Изложенный метод определения расчетных нагрузок рекомендуется применять на всех ступенях и для всех элементов системы электроснабжения промышленных предприятий без введения в расчеты понижающих коэффициентов. Допускается применение коэффициента участия в максимуме в пределах 0,9—0,95 в случаях, когда при определении нагрузок на высших ступенях системы электроснабжения можно ожидать несовпадения во времени максимально загруженных смен, а также при ориентировочных расчетах.
В табл. 3-8 дано число часов использования максимальной мощности для осветительной нагрузки промышленных предприятий.
В отделении цеха промышленного предприятия установлена группа электродвигателей на номинальное напряжение 380 в с длительным режимом работы. По величине коэффициента использования электроприемники разбиваются на три подгруппы, для каждой из которых в табл. 3-9 указаны число и мощность двигателей, суммарная номинальная мощность, величины коэффициентов использования и мощности.
Требуется определить расчетные нагрузки для всей группы электродвигателей отделения.
Таблица 3-9 Расчетные данные для примера 3-1
Электрические нагрузки рассчитывают по потребляемой мощности, которая может быть средней и максимальной. По средней потребляемой мощности выбирают силовые трансформаторы для цеховых подстанций и рассчитывают цеховые электрические сети. По максимально потребляемой мощности выбирают силовые трансформаторы для ГПП.
Если предприятие для которого рассчитывают нагрузки работает по трехсменному графику и загрузка оборудования по сменам не одинаковая, то расчет ведут по наиболее загруженной смене. Рср = Ки × å Рном
Ки – коэффициент использования, зависит от степени загрузки оборудования, по времени, по мощности. Ки = Кв × Кз; Ки
Задача: Определить максимальную нагрузку цеха машиностроительного завода со следующими механизмами: металлообрабатывающие станки при мелкосерийном производстве с номинальным режимом работы мощностью Р от 5 до 15кВт, карусельные станки с тяжелым режимом работы, ленточные конвейеры, центробежные насосы, сварочные машины для стыковой сварки.
Определяем средневзвешенный коэффициент использования:
Ксир = åРср / åРном = 300 / 808 = 0,37
Методика определения эффективного числа электроприемников
Если фактическое число электроприемника не более четырех, то эффективное число равно фактическому. Если же оно более четырех, то эффективное число определяется по отношению к m: m = Рнмак / Рнмин.
Если m 3, то эффективное число электроприемников определяется: nэ = 2åРном / Рнмак.
Определяем средневзвешенный коэффициент использования:
Ксир = åРср / åРном = 300 / 808 = 0,37
| Потребители | Кол-во | Рн, кВт | åРн, кВт | Ки | cosj | tgj | Км | Рj, кВт | Рмак, кВт | Qмак, квар | Sм, кВА |
| Металлообр. станки | 17 | — | 160 | 0,12 | — | — | — | 19,2 | — | — | — |
| Карусельные станки | 4 | 50 | 200 | 0,17 | — | — | — | 34 | — | — | — |
| Конвейеры | 8 | 15 | 120 | 0,4 | — | — | — | 48 | — | — | — |
| Насосы | 3 | 80 | 240 | 0,7 | — | — | — | 168 | — | — | — |
| Сварочные машины | 4 | 22 | 88 | 0,35 | — | — | — | 30,8 | — | — | — |
| Итого на шинах 0,4кВ | 36 | — | 808 | 0,37 | 0,74 | 0,91 | 1,24 | 300 | 372 | 338,8 | 502,7 |
| Потери в ЛЭП | — | — | — | — | — | — | — | — | 15,1 | — | — |
| Потери в трансф-ре | — | — | — | — | — | — | — | — | 10,06 | 50,27 | — |
| Итого на шинах 6кВ | — | — | — | — | — | — | — | — | 397 | 388,8 | 556 |
Расчет электрических нагрузок в электроустановках напряжением до 1 кВ методом упорядоченных диаграмм показателей графиков электрических нагрузок
Расчетная нагрузка по доимому нагреву представляет собой такую условную длительную неизменную нагрузку, которая эквивалентна ожидаемой изменяющейся нагрузке по наиболее. тяжелому тепловому воздействию: макси- мальной температуре нагрева проводника или тепловому износу его изоляции
В соответствии с РТМ 36.18.32.4-92 расчетная активная мощность, группы электроприемников (количество электроприемников чипе более одного) на напряжение до 1 кВ определяется по выражению:
где, К — коэффициент расчетной мощности;
к Р — коэффициент использования /-го электроприемника;
р™ — номинальная мощность 1-го электроприемника;
п- количество электроприемников в группе.
Групповой коэффициент использования:
Значение К зависит от эффективного числа электроприемников (п), группового коэффициента использования (Kи), а так же от постоянной времени нагрева сети, для которой рассчитываются электрические нагрузки. В методике расчета приняты,| следующие значения постоянной времени нагрева (Т0):
Т0= 1р мин — для сетей напряжением до 1 кВ, питающих распределительные шинопроводы, пункты, сборки, щиты. Значения К для этих сетей принимаются по табл. 1.7;
Т0 = 2,5 ч—для магистральных шинопроводов и цеховых трансформаторов. Значения К для этих сетей принимаются по таблице:
Таблица 2. Коэффициенты использования и мощности некоторых механизмов и аппаратов
| Электроприемники |
Эффективное число электроприемников пэ — это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое обуславливает те же значения расчетной нагрузки,что и группа различных по мощности и режиму работы электроприемников. Величина пэ определяется по выражению:
Таблица 3.Значения коэффициентов расчетной нагрузки Kр для питающих сетей напряжением до
1 кВ для постоянной времени нагрева T0=10 мин:
