|
Условно принимают Т0 = 10 мин, тогда 0 = 30 мин независимо от сечения проводника, что и приводит к понятию получасового максимума PmsiX. Использование максимальной из средних нагрузок, в чем и заключается принцип максимума средней нагрузки, позволяет говорить о расчетном (проектном) максимуме, заявленном или фактическом (суточном, недельном, месячном, квартальном и годовом), 30-минутном, Р}0 — Ртт-
Использование вместо расчетного максимума Р значения получасового Ртах приводит к завышению сечений проводников, мощностей трансформаторов и др. Существует тенденция (особенно с внедрением информационных технологий) к уменьшению интервала осреднения, например до 1—5 мин при управлении электропотреблением, и к его увеличению до 1 ч (и более), например при оценке работы инерционных агрегатов (часовая производительность, удельные нормы).
В зависимости от конструкции, условий прокладки для каждого проводника любого назначения указывается неизменный во времени нормируемый (номинальный) ток 1ном, длительно предельно допустимый по нагреву. Например, по ПУЭ допустимый длительный ток для трехжильных кабелей (напряжение 10 кВ, сечение токопроводящей жилы 185 мм2, с алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной маслоканифольной и нестекающей массами изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке), прокладываемых в земле, составляет 310 А. Ток принят из расчета прокладки в траншее (земле) на глубине 0,7-1,0 м не более одного кабеля при температуре земли +15 °С, с удельным сопротивлением земли 120 см-К/Вт и допустимой температурой жилы кабеля +60 °С. При прокладке нескольких кабелей рядом в зависимости от расстояния между ними и от их количества вводится понижающий коэффициент до 0,75. По току 1р выбирают ближайшее сечение, номинальный ток которого с учетом всех расчетных коэффициентов больше (/ном > /р).
Таким образом, при проверке на нагрев проводников любого назначения используют получасовой максимум тока /тах, наибольший из средних получасовых токов данного элемента. Выбор сечений проводников в целях определения предельно допустимого нагрева производится с учетом не только нормальных, но и послеаварийных режимов, а также режимов в период ремонта
Т
3.2. Параметры электропотребления и расчетные коэффициенты
и возможных неравномерностей распределения токов между линиями, секциями шин и т. д.
Кроме определения сечений элементов системы электроснабжения по нагреву максимальная нагрузка Ртах необходима для определения потерь и отклонений напряжения, максимальных потерь мощности и энергии в сетях, для выбора элементов электрических сетей по экономической плотности тока, для определения тока трогания релейной защиты, для выбора плавких предохранителей и уставок выключателей, для проверки самозапуска электродвигателей, колебаний напряжения в сетях и в других случаях, когда необходимо рассчитать элементы электрической сети или их режимы с учетом законов Максвелла.
Кроме того, понятие получасового максимума активной мощности Ртт стали применять: 1) с 70-х годов к максимальной 30-минутной мощности, заявляемой промышленными предприятиями в договорах с энергосистемами на 6УР, 2) с 80-х годов — к лимиту электрической мощности — предельно допустимому (разрешаемому энергосистемой) значению получасовой активной мощности предприятия в часы максимальных нагрузок энергосистемы (часы прохождения максимума в энергосистеме); 3) с выходом Федеративного закона «Об электроэнергетике» — к договорной величине мощности и энергии при оказании услуг по передаче электроэнергии по единой национальной электрической сети, при обращении на оптовый рынок или при функционировании в пределах различных розничных рынков электроэнергии. Для простоты далее будем рассматривать идеальный случай, когда расчетная (проектная или иная) максимальная нагрузка совпадает с фактической максимальной, замеренной каким-либо способом, и равна максимальной заявленной (договорной) на 6УР (на уровне предприятия): Рр = Ртю = Рф = />1(П1ах).
Заявленный максимум не передается по конкретному проводу, не трансформируется одним трансформатором, не отключается одним выключателем: физически нет тока, соответствующего расчетной мощности Р и определяемого по уравнению (3.5). Положение усложняется, если учитывать максимальную электрическую нагрузку: 1) в утренние и вечерние часы (Ру(тях) и Ръ(тах)); 2) ночную; 3) превышающую заявленную и лимит (который может быть разрешен, если есть резерв у субъектов электроэнергетики); 4) соответствующую проектной технологической производительности; 5) согласованную с энерго-снабжающей организацией для подключения; 6) перспективную проектную нагрузку; 7) при осуществлении регулирования режима электропотребления (управление потребителями-регуляторами) и др.
Таким образом, при решении вопросов электроснабжения определяющей является расчетная электрическая нагрузка, равная получасовому максимуму Ртт. Этот максимум можно находить по данным конкретных электроприемников и применять для расчетов электрических сетей и их элементов (на основании теоретических основ электротехники). Но его можно рассчитывать и с учетом системных свойств предприятия, устойчивости развития и ценологи-ческой устойчивости структуры. Такой Ртш нужен при выборе схем электроснабжения предприятий, производств и цехов, определении объемов их элек-
Глава 3. Потребление электроэнергии и электрические нагрузки
тропотребления, при решении вопросов технологического и технического присоединения к подстанциям и сетям энергоснабжающей организации, при определении основных групп электрооборудования, инновационных вложений, штатов.
Рост числа элементов по уровням сверху вниз приводит к тому, что расчеты, жестко определяющие каждый элемент системы электроснабжения, возможны лишь при многих допущениях для 6УР и 5УР. Для более низких уровней системы электроснабжения возможны лишь локальные расчеты (для данной секции РП, цеховой ТП, распределительного шкафа).
Величина электрической нагрузки соответствует электрической мощности Р = f(t). Если электрическая энергия А расходуется равномерно в течение времени t, то Р = A/t. Изменение электрических нагрузок во времени представляют в виде таблиц (временные ряды) с указанием нагрузок для характерных режимов, например периодов расплавления, окисления и рафинирования дуговой сталеплавильной печи, или определенного временного интервала: получаса, часа, смены, суток, недели, месяца, года.
Наиболее наглядно нагрузки во времени представлены на графиках (см. рис. 3.2). Графическое изображение необходимо, например: 1) для оценки искажений, вносимых ДСП в сеть и определяющих качество электрической энергии на шинах присоединения (рис. 3.2, б); 2) для расчета мощности электропривода станка (рис. 3.2, в); 3) для определения нагрузки и технологического расхода электроэнергии за цикл, включая возврат рекуперации (рис. 3.2, г).
Можно выделить следующие графики нагрузки:
1) индивидуальные — графики электрических приемников:
2) групповые — слагаемые из индивидуальных графиков с учетом взаимозависимости нагрузок по условиям технологии; групповые графики можно применять при выборе оборудования и проводников, питающих группы электроприемников (главным образом для 2УР);
3) для потребителей в целом, питающихся от 6УР—4УР, для которых учет всего многообразия индивидуальных графиков практически счетного (практически бесконечного) множества электроприемников делает невозможным применение прямых методов расчета (даже при наличии всех графиков к моменту принятия технического решения).
Для графиков важен интервал осреднения, сумма Доопределяет 30-минутный интервал, принимаемый за расчетное время. Для индивидуальных графиков At должно соответствовать физике изучаемого процесса. Например, для рельефных сварочных машин А/ должно быть весьма малым из-за резкопере-менного режима работы, отображаемого графиком нагрузки, который приведен на рис. 3.3 (время импульса сварки tt = 0,04+0,12 с; время паузы между импульсами t2 = 0,02+0,2 с, число импульсов 2-10, время замены деталей t0 = 4+200 с, время цикла Q.
Регистрация величин на ординате графиков нагрузки группы электроприемников, подключенных к какому-либо коммутационному аппарату 2УР, и на
3.2. Параметры электропотребления и расчетные коэффициенты 113
U \ U
Рис. 3.3. График нагрузки сварочной машины: f, — время сварки, t2 — пауза между сварочными импульсами, f3 — Цикл собственно сварки в автоматическом режиме, f0 — время на замену детали; t — цикл сварки
ординате графиков потребителей 6УР—4УР существующими регистрирующими приборами может осуществляться с любым интервалом осреднения, например 3 мин (рис. 3.4). При измерении на одном электрическом присоединении с интервалом Л? = 3 мин общее число регистрируемых точек за сутки составит 24-60/3 = 480, всего за год 175 200. Такое количество измерений затрудняет использование графика (см. рис. 3.4) на большом временном интервале и для большого числа присоединений. Кроме технических трудностей съема информации, суммирования результатов, регистрации и обработки существуют и экономические ограничения (затраты на аппаратуру, обслуживание).
Современная микротехника позволяет представлять электрические величины для наблюдения в виде коротких импульсов и регистрировать интервалы, делением, например, полупериодов частоты переменного тока. Но эта точность при измерении нагрузок оказывается неиспользуемой из-за индуктивных и емкостных сопротивлений электрической сети, датчиков и преобразователей, соединительных проводов. Любой график, построенный по показателям приборов или теоретически рассчитанный, имеет погрешность. Переход к большим интервалам, например от интервалов, представленных на рис. 3.4, к получасовым, увеличивает погрешность. Точность расчета электрических нагрузок по графикам не может быть выше априорной их точности.
P(f), отн. ед.
+4
МИН
Рис. 3.4. График нагрузки Р = f(t) с интервалом осреднения Дг = 3 мин:
РсР(зб)' PcP(i518) ~ усредненные (средние) нагрузки за интервал Дг = 3-6 мин и 15-18 мин; Рт
максимальная нагрузка (усредненная за At = 30 мин) за первые 30 мин графика
Глава 3. Потребление электроэнергии и электрические нагрузки
Если индивидуальные графики нагрузки электроприемников известны и возникает необходимость аналитического формирования групповых графиков, то можно использовать для расчетов автокорреляционную функцию индивидуального графика нагрузки кр (х), рассматриваемого как реализация стационарного случайного процесса,
кр(х) = lim -= J(p(0-Pcp )(p(t+x)-pjdt, (3.7)
Г —>оо * О
и взаимно корреляционные функции всех пар индивидуальных графиков:
*Р„С0 =
- \ Pv (t)Ps (t+x)dt + \ Pv (t)Ps (t - tu+ x)dt
Lu-z
— Pcp(v) Pcp(s) > (3.8)
где p (t), pv (t), ps (t) - индивидуальные графики нагрузки; рср, р срЫ, pcp(s) -средние значения нагрузки (средняя мощность). Среднее значение нагрузки за время цикла
Ро=Т-'!р(№- (3-9)
Ц О
Величина площади под ломаной графика нагрузки потребителя на рис. 3.4 равна значениям энергии А. Выделим интервал ^0_30 за первые 30 мин, получим
30 10
Л> = \p(f)dt = 1Рср (()Д/ = Pmax /0_30, (3.10)
О '=1
где р (t) — неизвестное фактическое изменение мощности во времени; Р (1) — средняя мощность за /'-и интервал осреднения (At = 3 мин); Ртт — расчетный получасовой максимум нагрузки, соответствующий выражениям (3.4) и (3.6), Р = Р.
max p
Чтобы рассчитать />тах по (3.10), достаточно показания счетчика электроэнергии пересчитать в киловатт-часы и разделить на 0,5 ч. Отклонение от Р учитывается счетчиком, определяющим среднюю нагрузку Р за интервал, например f3_6 и fl5_lg. Суммирование, проводимое счетчиком за 30 мин, упрощает допущения о значении и вероятности изменения нагрузки за At.
Очевидно, что величина Ртгк (см. рис. 3.4) зависит от начала отсчета. Если определить Ртах в интервале /15_45, то получим АР = +9. Технически возможно рассчитывать Pmaji за 30-минутный интервал, начинающийся с любого момента. Такие измерения экономически целесообразны при регулировании электропотребления предприятий и при создании систем управления электрическими нагрузками. Пока, как правило, измерение производят в фиксированное время, совпадающее с началом часа. Усредненные по (3.10) максимумы фиксируются, получается суточный график (рис. 3.5), состоящий из 48 точек.
На суточном графике выделяют утренний Р {тт) и вечерний Рв(тт) (обычно больший) максимумы и ночной провал, когда нагрузка спускается до мини-
3.2. Параметры электропотребления и расчетные коэффициенты
°3 (max) *ф (max)
Ти | |||||||||
1 | * | ||||||||
1 ^"^^ | -р^ | к. | |||||||
/ад Г | /^ | ч | |||||||
----- "Г | |||||||||
г | -PcptO | ТУ (max) | '«Р | "в (max) | |||||
'mm | |||||||||
24 Т,1,ч
Рис. 3.5. Суточный P(f) график электрических нагрузок:
госистеме; Ру( Р — среднесуточная нагрузка; Р3(| |
Рад — одно из получасовых усреднений; Рф(|Т1ах) — максимальная фактическая получасовая нагрузка за сутки, равная Рв(тах) — максимальной нагрузке в вечерние часы прохождения максимума в энер-— максимальная нагрузка в утренний максимум; Р — минимальная нагрузка;
■ заявленный максимум нагрузки, равный расчетному Р
мума Рша. Часы прохождения утреннего и вечернего максимумов задаются энергоснабжающей организацией. Наибольший из Py(max) или Рв(тах) принимают за суточный максимум (при регулировании максимум может не совпадать с этими значениями) и наносят на годовой (месячный, квартальный) график нагрузки. Наибольший из суточных максимумов в течение квартала следует принимать за заявленный PJ(mm) и оплачивать. В этом случае фактический расчетный и заявленный максимумы будут совпадать: Рф{тах) = Рр — P3(max) = = Ртах. Аналогично (3.9) или (3.10) определяют среднесуточную мощность: Рсрсут = (1/48) £ Рст, где Pcpii) — средняя нагрузка на получасовой интервал (см. рис. 3.5), или
Р = А /24
ср.сут сут'
(3.11)
Графики наглядно характеризуют электрическую нагрузку (и многие другие стороны работы предприятия, например ритмичность, использование оборудования по сменам). Но в инженерной практике работать с графиками неудобно (в настоящее время на начальных стадиях проектирования их не используют, в отличие от проектных заданий 30—40-х годов). Поэтому при расчетах электрических нагрузок, согласовании технических условий на электроснабжение предприятий, лимитировании и управлении электропотреблением оперируют показателями, применение которых достаточно практически для всех расчетов.
Выражения (3.10) и (3.11) дают основания для введения ряда показателей. Фиксирование мощности во времени дает электропотребление: А = РТ — расход электроэнергии, регистрируемый счетчиком.
Глава 3. Потребление электроэнергии и электрические нагрузки
Для понимания особенностей представления Р важно иметь в виду, что могут быть измерены только мгновенные значения мощности (замеры для интервала At — (2-50)""' с интересны только для специфических задач). Мощности за ряд одинаковых или различающихся интервалов на протяжении любого их количества (но не менее двух) во времени не суммируются, т. е. они не аддитивны в отличие от величин расхода электроэнергии Л, которые можно суммировать за любой промежуток времени (что следует из закона сохранения энергии).
Поэтому, когда мы говорим о мощности Р, Ртах, Рф в электроснабжении предприятия, всегда предполагаем, что присутствует время и как интервал и как точка на текущем векторе времени Ньютона. Так что определение Рр есть конвенционное соглашение 30—50-х годов (хотя его так не называют) об интервале At и привязки его к протяженности суток,..., года. Это утверждение подтверждается замерами в характерные летние и зимние дни, когда предприятия по требованию энергоснабжающей организации предоставляют фактические замеры своего Ртах в течение суток с 30-минутным интервалом.
Таким образом, для действующих предприятий на высших уровнях системы электроснабжения 6УР, 5УР, 4УР всегда имеется достоверная величина — расход электроэнергии за отчетный период: смену, сутки, неделю, месяц, квартал, год. Годовая отчетность для 6УР — это государственная статистическая; отчетность для 5УР (частично и для 4УР) — ведомственная, которая может быть взята за основу для отраслевых информационных банков по удельным и общим расходам электроэнергии.
Используем для расчетов наиболее известную и достоверную величину А. Если А = const и А = РсрТ (где Т — число часов в сутках, в году 8760 ч), то при работе предприятий с нагрузкой, равной Ртах, это же количество электроэнергии А было бы израсходовано за число часов Ттъх, называемое числом часов использования максимума (см. рис. 3.5 — Гтах = 17 ч; Т = 24 ч) или продолжительностью использования максимальной нагрузки. Для годового электропотребления 6УР, 5УР, 4УР можно записать
Л = pJr = РшхТтх- (3-12)
Из всех интервалов, усредненных на At ~ 30 мин, нагрузка с 21 ч до 21 ч 30 мин является максимальной (см. рис. 3.5). Именно эта нагрузка (средняя за некоторый интервал времени) иллюстрирует положение, согласно которому максимальная нагрузка Рпт, принимаемая при расчете, есть максимальная из средних. Это положение распространяется на любой интервал, в том числе на квартал, год. Развитие вычислительной техники и потребности в регулировании электропотребления требуют уменьшения временного интервала (в идеале желательна ежесуточная заявка Рпш реализован переход на заявку по месяцам и неделям).
Определим коэффициент максимума по активной мощности как отношение максимальной нагрузки на интервале Т к средней:
3.2. Параметры электропотребления и расчетные коэффициенты 117
K = PmJP^ (3-13)
среднюю нагрузку Р определяют как отношение расхода электроэнергии А к продолжительности временного интервала (3.11). Например, среднегодовая нагрузка предприятия (производства, цеха)
^„ = 4/7; = Лг/8760. (3.14)
Назовем установленной мощностью электроприемника Р его номинальную мощность, указанную изготовителем электротехнического устройства (паспортная мощность, указанная в документации). Будем считать установленным любой электроприемник, подключенный к электрической сети, работающий или неработающий, но который можно включить или отключить в любое время по технологическим требованиям, условиям безопасности, ремонтным соображениям. Установленная мощность для любого присоединения и на любом уровне системы электроснабжения равна сумме установленных (номинальных) мощностей без каких-либо поправочных коэффициентов. В случае, например, установки трех насосов водоотлива с электроприводом (в нормальном режиме один обеспечивает удаление воды, второй включается взамен или аварийно, третий должен быть в готовом состоянии к периоду интенсивного поступления воды и все три насоса могут быть в любом из трех состояний) установленная мощность их двигателей будет
P, = tPHOM0). (3.15)
При этом исключается неопределенность, которая вносилась исключением из (3.15) всех «заведомо резервных потребителей», простаивавших в дни производства записи (замера нагрузки) по причинам, не свойственным условиям нормальной эксплуатации.
В расчетах часто используется номинальная (паспортная) мощность электродвигателя Рном — мощность, развиваемая на валу при номинальном напряжении. Это значит, что на зажимах электродвигателя и далее на 2УР и выше потребуется большая мощность, определяемая КПД электродвигателя и потерями в сети, которые изменяются в зависимости от загрузки электродвигателя и напряжения. Однако, несмотря на вносимую погрешность в расчетах, электроснабженцы электрики используют только паспортные данные электроприемников (Рнои, /ном, cos ф).
Определим коэффициент использования по активной мощности как отношение средней мощности к установленной:
КИ = Рср/Ру или Кк = ±кии)Рнаи /±рти, (3.16)
1 / 1
коэффициент спроса по активной мощности — как отношение максимальной нагрузки к установленной:
Глава 3. Потребление электроэнергии и электрические нагрузки
К = Р /Р. (3.17)
с max/ у v '
Степень неравномерности графика нагрузки характеризуется коэффициентом его заполнения по активной мощности
K^KH = PJPmiX, (3.18)
или из (3.12) - (3.14)
К3 = КИ=ТН/М60=1/КН.
Из (3.13), (3.16) и (3.17) коэффициент спроса
КС = КМКИ. (3.19)
При расчете электрических нагрузок для 6УР полезно сравнить для предприятий и цехов-аналогов установленную мощность электроприемников в целом Ру (с учетом освещения и электрозатрат на термическую технологию: сварку, электронагрев, электроплавку и др.) с установленной мощностью электродвигателей Рав = Р п, учитываемую коэффициентом технологической нагрузки:
Kt=Py/P„, (3.20)
где Рср — средняя мощность электродвигателя по предприятию; п — их общее количество.
Для электроприемников 1УР и их групп 2УР (ЗУР) [см. (3.4)] в некоторых случаях (например, при определении потерь мощности в проводнике, которые пропорциональны квадрату нагрузки) целесообразно введение понятия эффективной нагрузки Рз как суммы квадратов ординат графика Р (t) (см. рис. 3.5), или в интегральной форме
P*=W0pl(f)dt> (3-2D
пределы интегрирования могут быть взяты не за цикл, а за сутки, год. Коэффициент формы индивидуального или группового графика по активной мощности
Кф=Рэ/Рср- (3.22)
Для 1УР и 2УР (ЗУР) имеет физический смысл коэффициент включения как отношение времени включения tB электроприемника ко времени цикла kB = tjtu или как отношение номинальной мощности группы включенных электроприемников к установленной мощности группы:
3.2. Параметры электропотребления и расчетные коэффициенты 119
*в = Р^О/Ру (3.23)
Групповой коэффициент включения Кв можно определять так же как средневзвешенное (по номинальной активной мощности) значение коэффициентов включения всех приемников группы: Кв =llkBpHOU/'ZpHOM. Коэффициент загрузки электроприемника или группы по активной мощности есть отношение его средней загрузки за время включения в течение рассматриваемого времени к номинальной мощности:
X, = PvJPr (3-24)
Различие коэффициентов Кк и К3, (3.24) и (3.16), заключается в том, что Кк учитывает загрузку работающих и наличие неработающих электроприемников, т. е. Кк = КвКз (при Кв= \\ КИ = К3). Заметим, что Кс = КЫКВК3 и что коэффициенты Аф, Кв, К2 для высших уровней системы электроснабжения теряют физический смысл и практически неопределимы.
По рассчитанной величине Р = Ртт определяется максимальная реактивная мощность нагрузки
с?™» = р^т (з-25)
и полная мощность
S = 1pL + GL = ^ах /coscp. (3.26)
Выражения (3.12)—(3.14), (3.16)—(3.20), (3.22)—(3.26) необходимы при решении многих вопросов электроснабжения, и знание их обязательно.
Неравномерность нагрузки по сменам, в выходные и праздничные дни, сезонные колебания учитываются коэффициентами энергоиспользования (суточным Кэсут, месячным Кэы, квартальным Кзкв, годовым Кэг), если определена средняя активная нагрузка за смену Р м и среднесуточная Рсрсут нагрузка за месяц, квартал, год:
К = Р IP 'К = Р IP '
э сут срсч' сут> эм срсм' м'
Кэкв= Рсрсм/Рк»' Кг= Рсрси/Рг (3-27)
В различных теоретических расчетах чаще всего используют годовой коэффициент энергоиспользования Кэт, принимая среднегодовую нагрузку Рсрг= Аг/Тг, где Тг — годовое число работы предприятия, заимствованное электриками в 50—60-е годы у экономистов. Годовое число часов работы предприятий приведено ниже:
Глава 3 Потребление электроэнергии и электрические нагрузки
Продолжительность смены, ч 8 7
Тг, ч, при числе смен
1 2250 2000
2 4500 3950
3 6400 5870
Со временем Тт трансформировалось в число часов использования максимума Гтах, которое для силовых нагрузок цехов и предприятий составляет: одна смена — 1500^-2000; две смены - 2500^-4000; три смены 4500-нбООО; непрерывная работа — 6500-^8000 ч/год. Естественно, что ценологические пределы существенно иные.
Понятнее для технологического менеджмента использовать коэффициент энергоиспользования электричества — электроиспользования Кээ (число часов работы предприятия (объект 2УР—5УР), в сутки, неделю, месяц, квартал, год с нагрузкой неизменной и равной Ртях)'.
^maxW = ^э= Лы/Рта*{,)> (3.28)
где АА1 — расход электроэнергии за исследуемый интервал; РтаЦ1) — максимум нагрузки (30-минутный).
Пример для наглядности' суточное число часов использования максимума в рабочий день механического цеха, не относящегося к основному производству, составляет 7 ч; для доменного цеха — 19 ч.
Дата добавления: 2015-07-17; просмотров: 88 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Параметры электропотребления и расчетные коэффициенты | | | Формализуемые методы расчета электрических нагрузок |