Параметры электропотребления и расчетные коэффициенты

Цель расчета электрических нагрузок — определение токов, протекающих по токоведущим элементам, для выяснения их допустимости по условиям на­грева элементов. Расчет электрических нагрузок проводится для определения величин затрат в системах электроснабжения промышленных предприятий.

Температура нагрева проводников ограничивается условиями износа изо­ляции и работы самого элемента. Если бы токи в проводниках были неизмен­ны, то расчет их сечений можно было бы производить, пользуясь допустимы­ми температурами перегрева. Для кабелей и приводов, например, она составляет 50—80 °С. Но меняющийся во времени ток вызывает изменение температуры проводников. Интерес представляет максимальная температура, которая может существовать некоторое время.

Требование т_уст < т_доп (установившаяся температура меньше допустимой), приводит к тому, что в паспорте оборудования (в каталожных данных) указы­вается: 1) номинальная мощность, при которой не произойдет перегрева (для трансформаторов, электродвигателей, генераторов); 2) допустимый ток, при котором не будет перегрева (для проводов, кабелей, реакторов).

Расчетная величина электрических нагрузок Р определяет технические ре­шения и указывает затраты на изготовление электротехнических изделий, на создание и развитие субъектов электроэнергетики, на построение и функци­онирование объектов электрики. Ожидаемые Р определяют электроснабже­ние всех уровней. Опыт показал, что значения Р_р систематически завышают и что проблемы ее расчета не могут быть решены в рамках существующих тео­рий. Уже в 60-е годы обнаружилось, что применение указаний, основанных на методе упорядоченных диаграмм, не обеспечило допустимую погрешность расчетов ± 10%. Внедрение в черной металлургии (1976 г.) системной оценки количественно определило масштабы явления: ошибки Р_р составляли 50-200 %, фактическая загрузка силовых трансформаторов — 25-40 %, рас­пределительных сетей — 20-30 %, коэффициент спроса находится на уровне 0,2—0,25 %. Такое положение было характерно и для других отраслей. Первое десятилетие рынка снизило на четверть среднюю общезаводскую загрузку трансформаторов и сетей системы электроснабжения и коэффициент спроса предприятий. В начале XXI века в электроэнергетике России устойчиво не ис­пользуется не менее 30 ГВт генерирующих мощностей, ежегодное содержание которых (через тарифы) потребителям энергии обходится 12—15 млрд руб.

Отсутствие анализа исходных данных (известных к моменту принятия ре­шения по схеме электроснабжения при проектировании, во время эксплуата­ции и др.), отрыв расчета от технологических, временных и человеческих фак­торов, нечеткость представления, для каких целей, стадий проектирования и уровней системы электроснабжения выполняется расчет, порождают путани­цу в терминологии, проявляющуюся в применении понятий, имеющих раз­ный физический смысл, но одинаковое математическое представление. Поня-

108 Глава 3. Потребление электроэнергии и электрические нагрузки

тие Р многозначно и применяется, во-первых, как связанное с физическим процессом протекания электрического тока, во-вторых, при инвестиционном проектировании, решении перспективных вопросов развития предприятия, модернизации отдельных производств, при согласовании вопросов присоеди­нения (подключения) предприятия или отдельных его объектов с энергоснаб-жающей организацией; в третьих для нормирования, оплаты и других целей, связанных с управлением электропотреблением и энергосбережением.

Исторически, со времен Вольта и Ома, из-за греющего действия электри­ческого тока / возникла проблема выбора сечения проводников. Выбор эле­ментов электрической сети с учетом условий нагрева — один из основных эта­пов проектирования. Максимальную температуру перегрева проводника с постоянной времени нагрева 7₀ в общем случае определяют по уравнению теплового баланса только для неизменного во времени t графика нагрузки /(/) = const, т. е. для электроприемников, имеющих постоянную во времени нагрузку (см. рис. 3.1, а).

Для большинства приемников нагрузка во времени изменяется. На лини­ях 6УР, секциях РУ 5УР и 4УР, линиях и трансформаторах, связывающих 5УР, 4УР, ЗУР, нагрузка меняется непрерывно (исчезающе мала вероятность сохранения нагрузки для двух последовательных интервалов Л/, сравнимых с часто применяемым интервалом дискретизации, равным 3 мин). На рис. 3.2, а представлено изменение напряжения U_mu = 220 В случайного выбранного по­требителя — интервал 1 ч. Закон изменения нагрузки, например на протяже­нии года, достаточно сложен. Подключение, соединение электроприемников в группу на распределительном щите или на подстанции порождает случай­ный характер нагрузки, в этом случае уравнение теплового баланса, в том чис­ле (3.3), становится неразрешимым из-за математических трудностей.

Поэтому выбор сечения проводника по нагреву производят не по макси­мальной температуре перегрева, а по расчетной токовой нагрузке /, которая определяется на основании принципа максимума средней нагрузки:

h_mit)=^)){t)dt, (3.4)

где 6 — длительность интервала осреднения (9 < t< T— 9), принимаемая для графиков нагрузки, практически неизменных во времени, равной 0 = ЗГ₀ (во всех остальных случаях 9 < 37J,). Для распространенных сечений F кабеля по­стоянная времени нагрева 7J, (за время, равное 3 Т₀ проводник нагревается до 95% от т_уст) изменяется следующим образом:

F, мм²................ 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150

Т₀, мин............ 4,2 4,8 5,6 7,2 9 12 15 18,4 21,4 24,2

Для оценки нагрева проводников правильнее использовать закон Джоуля— Ленца и вести расчет по максимуму среднеквадратичного (эффективного) то­ка для каждого изменения за время At. Расчетный ток /, равный максимуму

3.2. Параметры электропотребления и расчетные коэффициенты

Р, МВт 20

Р, МВт

10-

30 45

В

t, с

t, с

Р, МВт '

Рис. 3.2. Графики изменения напряжения и электрической мощности в зависимости от времени нагрузки:

а — трехминутные отклонения напряжения при часовом интервале; б — мгновенные значения ак­тивной мощности фазы дуговой печи; в — минутная нагрузка металлообрабатывающего станка; г — суммарная нагрузка главных приводов тонколистового стана за цикл горячего проката

среднего тока, можно считать приближением, обеспечивающим инженерную точность при построении схемы электроснабжения.

В простейшем случае, когда нагрузка постоянна, принимают / = const = /_р. При переменной нагрузке, когда график чаще всего случайный, использова­ние выражения (3.4) приводит к эквивалентному по эффектам нагрева расчет­ному току /, который вызывает в проводнике или такой же максимальный нагрев, или тот же тепловой износ изоляции, что и при заданной переменной нагрузке / (t). Ток /_р обычно определяют по уравнению расчетной активной нагрузки;

110 Глава 3. Потребление электроэнергии и электрические нагрузки

^,=V3[/_HOM/_pcos(p_p, (3.5)

где U_mu — номинальное напряжение; cos(p_p — расчетный коэффициент мощ­ности.

В качестве расчетной нагрузки применяют среднюю нагрузку по активной мощности, где интервал реализации продолжительностью Т связывают с по­стоянной времени нагрева Т₀:

Pe=^'⁺fp{t)dt, (3.6)

Дата добавления: 2015-07-17