Тема Электрическая нагрузка Понятие электрической нагрузки O

Тема Электрическая нагрузка

Понятие электрической нагрузки O Под электрической нагрузкой понимается величина мощности, потребляемой отдельными приемниками электроэнергии или их группами. В состав группы могут входить электроприемники как одинакового, так и различного назначения и режима работы. В процессе работы электроприемников характер нагрузки в сети может оставаться неизменным, изменяться в отдельных или всех фазах, сопровождаться появлением высших гармоник тока или напряжения. В связи с этим нагрузку в сети можно разделить на спокойную симметричную (преобладающее большинство трехфазных электроприемников), резкопеременную, несимметричную и нелинейную. Резкопеременная, несимметричная и нелинейная нагрузка относятся к специфическим нагрузкам.

O Резкопеременная нагрузка характеризуется резкими набро- сами и провалами мощности или тока. Несимметричная нагрузка характеризуется неравномерной загрузкой фаз. Она вызывается однофазными и реже трехфазными приемниками с неравномерной загрузкой фаз. При несимметричной нагрузке в сети возникают токи прямой, обратной и нулевой последовательности. Нелинейная нагрузка создается электроприемниками с нелинейной вольт-амперной характеристикой. При нелинейной нагрузке в сети появляются высшие гармоники тока или напряжения, искажается синусоидальная форма тока или напряжения. Специфические нагрузки обычно создаются электродуговыми печами, сварочными установками, полупроводниковыми преобразовательными установками.

O Виды нагрузок Промышленная Сельскохозяйственная Коммунально-бытовая

O Каждый из этих видов нагрузки характеризуется определен- ным составом электроприемников. O Промышленная нагрузка весьма разнообразна и определяется профилем промышленного предприятия. Основным видом электроприемников в них являются электродвигатели силовых установок и производственных механизмов, электросварочные и электротермические установки. O Сельскохозяйственная производственная нагрузка также определяется профилем предприятия. Основные их электроприемники – электродвигатели, осветительные и нагревательные установки. O Коммунально-бытовая нагрузка включает осветительные установки жилых и общественных зданий и наружного освещения, бытовые приборы. Преобладания здесь однофазных приемников приводит к неразрывной нагрузке отдельных фаз.

O Во время работы одни группы приемников могут допускать перерывы в электроснабжении, в то же время перерыв в электроснабжении других недопустим. По надежности и бесперебойности электроснабжения электроприемники делятся на три категории. O К первой категории относятся электроприемники и комплексы электроприемников, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб (повреждение основного оборудования), расстройство технологического процесса. Эти приемники должны иметь возможность обеспечения электроэнергией не менее чем от двух независимых источников питания. Нарушение их электроснабжения допускается только на время автоматического восстановления электроснабжения от второго источника.

O Из состава электроприемников первой категории выде- ляется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров. O Для электроснабжения особой группы электроприемников первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания. O В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприемников и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприемников первой категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), предназначенные для этих целей агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т. п.

O Электроприемники второй категории – электроприем- ники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. O Электроприемники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Для электроприемников второй категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

O Электроприемники третьей категории - все остальные электроприемники, не подпадающие под определения первой и второй категорий. O Для электроприемников третьей категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток.

O Работа большинства электроприемников сопровождается потреблением из сети не только активной, но и реактивной мощности. Активная мощность преобразуется в теплоту, механическую мощность на валу рабочей машины и т. п. Реактивная мощность расходуется на создание магнитных полей в электроприемниках. Ее основными потребителями являются асинхронные двигатели, трансформаторы, реакторы, индукционные печи, в которых ток отстает по фазе от напряжения. Потребителями реактивной мощности также являются электроустановки, работа которых сопровождается искажением синусоидальной кривой тока или напряжения. Потребление реактивной мощности характеризуется коэффициентом мощности сosφ, представляющим собой отношение активной мощности Р к полной мощности S.

O Удобным показателем является коэффициент реактивной мощности tgφ, выражающий отношение реактивной мощности Q к активной Р, т. е. он показывает, какая реактивная мощность потребляется на единицу активной мощности. O Установки с опережающим током являются источниками реактивной мощности. Их применяют для компенсации реактивной нагрузки с индуктивным характером цепи. O Таким образом, нагрузка в электрической сети представляется активными и реактивными нагрузками.

Графики электрических нагрузок O Изменение электрической нагрузки во времени называется графиком электрической нагрузки. Графики электрических нагрузок строятся в прямоугольных координатах и представляются плавными кривыми или ломаными линиями. O На рис. 1 показаны различные способы представления графиков электрических нагрузок Р= f(t). Графики нагрузок могут быть представлены плавными кривыми линиями и ломаными (ступенчатыми) линиями с интервалом осреднения на каждой ступени 30 мин (рис. 1, а) и 60 мин (рис. 1, б).

O Рис. 1. Сменные графики электрических нагрузок, выраженные кривыми и ломаными линиями: а – с интервалом осреднения 30 мин. ; б – с интервалом осреднения 60 мин.

O Характер и форма индивидуального графика нагрузки электроприемника определяются технологическим процессом. Групповой график представляет собой результат суммирования индивидуальных графиков электроприемников, входящих в группу. Конфигурация группового графика зависит от многих случайных факторов – различной загрузки отдельных электроприемников, сдвигом во времени их включения и отключения. Устойчивые графики для отдельных предприятий, производств называют типовыми. O Графики электрических нагрузок во времени действия нагрузки делят на сменные, суточные, месячные, сезонные (летние, зимние) и годовые. O На рис. 2 представлен суточный график активной и реактивной нагрузки группы сельскохозяйственных предприятий при трехсменной работе в зимнее время.

Рис. 2. Суточный график активной (Р), реактивной (Q) нагрузки

O Из суточного графика видно, что наиболее загруженной сменой является вечерняя (с 16 до 24 часов), менее загруженной – ночная (с 23 до 7 часов). Максимальная нагрузка наблюдается с 18 до 20 часов. В это время наряду с силовой нагрузкой технологического оборудования добавляется осветительная нагрузка. Максимальная нагрузка из приведенного графика принимается за расчетную нагрузку при выборе электрических устройств по допустимому нагреву. O На графике электрических нагрузок площадь, ограниченная ломаной линией изменения активной нагрузки Р = f(t) и осями координат, представляет собой активную энергию Wa, потребляемую приемниками из сети для преобразования в другие виды. O Площадь, ограниченная линией изменения реактивной нагрузки Q=f(t) и осями координат, выражает реактивную энергию Wp, циркулирующую между сетью и электроприемниками. Эта энергия необходима электроприемникам для создания магнитных полей.

O Годовой график нагрузки может быть построен аналогично суточному графику, т. е. по средним мощностям, но не за 30, 60 мин, а за месяц (рис. 3, а). O Рис. 3. Годовой график изменения активной мощности: а – по средним месячным мощностям; б – по продолжительности

O Чаще строят годовые графики по продолжительности. Такой график представляет собой кривую изменения убывающей нагрузки в течение года (8760 час). Годовой график по продолжительности (рис. 3, б) можно построить по годовому графику, построенному по средним месячным мощностям (рис. 3, а) или двум характерным суточным графикам нагрузки за зимние и летние сутки. O При этом условно принимают, что продолжительность зимнего периода 213 суток или 183 суток, а летнего – 152 или 182 суток в зависимости от климатического района, в котором находится промышленное предприятие.

O На рис. 4 показаны графики электрической нагрузки: годовой график по продолжительности (рис. 4, в), построенный на основании суточных графиков –зимнего (рис. 4, а) и летнего (рис. 4, б). Для построения годового графика можно воспользоваться вспомогательной таблицей (табл. 1).

O Таблица 1 - Вспомогательная таблица для построения годового графика

Показатели графиков нагрузки O Рассмотрим график активной нагрузки (рис. 5). Из графика четко видны значения Рмах и Рмin нагрузки. Под максимальной нагрузкой понимается абсолютный максимум фактического индивидуального или группового графика. Максимальную мощность по графику принимают за расчетную. При изображении графика ломаной линией, величина максимума зависит от интервала осреднения и является его функцией.

O Аналогично следует говорить и о минимальной нагрузке. На графике можно выделить среднюю активную нагрузку Рср за время Т. Рис. 5. График активной нагрузки

где Wа – активная энергия, потребляемая за время Т. Из графика можно определить эквивалентную мощность: O Таким же образом на графике реактивных нагрузок определяется средняя реактивная нагрузка Qср:

где Wр – реактивная энергия, циркулируемая между сетью и приемниками. O Из графиков электрических нагрузок – активной нагрузки (рис. 2) и аналогичного ему графика реактивной нагрузки, могут быть определены следующие показатели: O а) полная мощность в любой момент времени

O б) полная мощность в часы максимума активной нагрузки O в) активная энергия, потребляемая электроприемником из сети O г) реактивная энергия, циркулирующая между сетью и электроприемниками

O д) число часов использования максимумов активной и реактивной нагрузки O Число часов использования максимума активной нагрузки представляет собой время, за которое электроприемники могли потреблять электроэнергию Wa при работе с максимальной нагрузкой Рм; O ж) коэффициент мощности в период максимума активной нагрузки

O з) средневзвешенный коэффициент мощности за время Т O График нагрузки или режим работы одного или группы приемников характеризуется рядом коэффициентов. O 1. Коэффициент использования – отношение средней нагрузки (pср , Рср) к номинальной (рном, Рном). Различают коэффициенты использования по активной мощности Киа, реактивной мощности Кир и току Кит.

O 2. Коэффициент включения характеризует степень использования электроприемника по времени. Для одиночного приемника коэффициент включения определяется по формуле: O 3. Коэффициент формы графика нагрузки выражает неравномерность графика нагрузки во времени. Коэффициент формы графика нагрузки определяется как отношение среднеквадратичной (эффективной) нагрузки к средней за данный период времени.

O При равномерной нагрузке Кф=1. O 4. Коэффициент заполнения графика определяется отношением средней активной мощности за исследуемый период времени к максимальной мощности за тот же период: O 5. Коэффициент максимума представляет собой отношение максимальной нагрузки к средней нагрузке той же продолжительности. Коэффициент максимума относится к групповым графикам.

O 6. Коэффициент спроса определяется отношением максимальной нагрузки к номинальной

Определение пиковых нагрузок O Пиковой нагрузкой называется максимальная нагрузка одного или группы приемников, действующая кратковременно (от долей до нескольких секунд). Такие нагрузки возникают при пусках и самозапусках электродвигателей, при эксплуатационных коротких замыканиях, характерных для электросварки и ду-говых электропечей. Пиковая нагрузка, как правило, характери-зуется пиковым током. Для одиночного электродвигателя пиковым током будет является пусковой ток

O где Кп– кратность пускового тока. O Пиковый ток для групповой нагрузки может быть определен по одной из следующих формул где Iм – расчетный ток группы приемников; Iном. нб – номинальный ток электродвигателя наибольшей мощности; Pм, Qм – расчетные активная и реактивная мощности группы приемников; рн. нб, qн. нб – номинальная активная и реактивная мощность электродвигателя наибольшей мощности; Ки, Км – коэффициенты использования и максимума, которые были применены при определении расчетной нагрузки; iп. нб – пусковой ток электродвигателя наибольшей мощности. O