Практика определения расчетного и договорного максимума

Правильное и своевременное определение расчетных (максимальных Р_тах = Р) нагрузок методологически не отличается от расчета других параме­тров электропотребления или от определения ресурсов, необходимых для по­строения, функционирования и развития электрического хозяйства. Однако при расчете Р_пш= Р требуется высокий профессионализм, позволяющий опе­реться на прошлые знания и опыт, оценить текущее состояние, увидеть пер­спективу, включая прогноз параметров развития (эволюционных и бифурка­ционных), ожидаемых инноваций и инвестиций. И это в условиях, когда в бизнесе (на производстве) и в быту начали проявляться закономерности, о ко­торых не только не подозревало ныне работающее поколение технариев и гу­манитариев, но о которых лишь четверть века назад начали говорить в разви­тых странах и у нас.

В данном подразделе показано, что ни одна по-настоящему сложная задача не может быть решена чисто математическим формализованным путем. Про­блему определения расчетной нагрузки Р = Р_тях нельзя отнести к сложной, по­ка речь идет о нескольких электроприемниках с известными параметрами и ре­жимами (любой уровень системы электроснабжения до 1 кВ, высоковольтные двигатели 3—10 кВ, дуговые печи и другие единичные электроприемники 35,

J 40 Глава 3. Потребление электроэнергии и электрические нагрузки

ПО и даже 220 и 330 кВ). Но когда на объекте предполагается установить 100—300 электроприемников, а тем более когда их ожидается 1,0-100 тыс. шт., когда суточные (часовые) режимы единично различны, а при годовом рассмо­трении — не представимы с достаточной для инженерных расчетов точностью, с полным основанием можно говорить о сложной системе, свойства которой есть композиция вероятностных и ценологических ограничений.

Именно для таких сложных систем проблема определения Р неоднознач­на. Недаром не хватило века, чтобы проблему можно было считать общепри­нято решенной (понятие коэффициента спроса введено в XIX веке). Другими словами, расчет нагрузок можно свести (с инженерным допущением) к «таб­лице умножения», взяв название технологического (сантехнического и проч.) оборудования из справочников и умножая на жестко определенные К_И, К_с, cos(p. Но это правильно на уровне шкафа, щита 0,4 кВ, когда речь идет о 8, 12, 16 присоединениях и встает вопрос о выборе кабеля (проводника), пита­ющего этот щит.

Приведем три практических метода расчета:

1. Если (в соответствии с представительным обследованием в промышлен­ности) множество эксплуатируемых асинхронных двигателей до 100 кВт име­ет на 1УР максимальный коэффициент спроса К_с= 0,7 (по крупному заводу на 6УР среднегодовой К_с близок к 0,2), то при выборе питающего кабеля шка­фа 2УР для любой группы электроприемников, к нему присоединяемых, мож­но полагать Р_р = К_сЛР_у при К_с = 0,7 (или К_с = 0,8). Метод можно проиллюст­рировать.

2. Если из группы электроприемников, подключенных к одному источни­ку питания, три крупнейшие (остальные, более мелкие, по сумме номиналь­ных мощностей не превышают 20 % от них), то Р_р = />, + Р₂ + Р₃ (см. рис. 7.12).

3. Если объект по количеству электроприемников и их паспортам не опре­деляем и 2УР(ЗУР) является одновременно границей раздела, выполняя функ­цию 6УР, то необходимы знания об объектах-аналогах, крупнейших (техноло­гических и иных) электроприемниках и их режимах.

Таким образом, мы от прямого однозначного метода расчета приходим к профессионально-логическому техническому анализу (к человеческому опыту и интуиции специалиста). Следовательно, необходимо задуматься об окружа­ющей технической, информационной и социальной действительности, осо­знать проблему фактов (исходных данных), понять логику ценологической методологии и, как следствие, овладеть методикой расчетов нагрузок, дающей результаты, близкие к реально необходимым.

Сформулируем до начала расчетов ряд предрасчетных вопросов:

1) Р_р определяется для действующего (существующего) объекта или для
объекта, постройка которого намечается, следовательно, речь идет о проект­
ных Р_тах;

2) следует выяснить, для какого уровня системы электроснабжения (1УР—

6VP\ npnvrra пягчртнг

3.5. Практика определения расчетного и договорного максимума

3) представлено ли (как? когда?) технологическое описание объекта, т. е. будет ли объект качественно охарактеризован как принадлежащий к некото­рому виду (кластеру) некоторого класса (семейства) объектов;

4) возможно ли получение (где? у кого?) количественных показателей (чи­сел), характеризующих объект (включая электроприемники); какова их пол­нота, достаточность, достоверность;

5) какой научной картине мира соответствует предъявленный со стороны или названный вами показатель (число), который будет взят для определения Р_р: а) число однозначно и неизменно, не связано со временем; б) оно есть среднее и есть уверенность, что его использование не повлечет большую ошибку, чем инженерная (допустимая); в) число — величина, привязанная только к данному объекту и только ко времени, обозначенному заданием.

Определение Р_тм для существующего (действующего) предприятия (по­требителя) будет рассмотрено в гл. 17 и 18. Зададим вопрос: на что теорети­чески опирался расчет Р_тгх, действующий весь XX век и устаревший к нача­лу нового? В одном из последних учебников утверждается: «Групповая нагрузка есть сумма индивидуальных графиков независимых электроприем­ников (при числе приемников в группе больше 10), случайная величина групповой нагрузки подчиняется нормальному закону распределения». В 60-е годы на Всесоюзном совещании по нагрузкам доказывалось: «При большом числе электроприемников стрелка прибора, фиксирующего максимальную нагрузку рабочей смены, была бы фактически неподвижной, отклоняясь не более того, что требует нормальное распределение, так как случайное отклю­чение (или сброс нагрузки одним электроприемником) тотчас компенсиро­валось бы другим».

Из этого теоретического убеждения делался вывод о возможности ограни­читься одной реализацией нагрузки для назначенной расчетчиком наиболее загруженной смены и о возможности изучения электрической нагрузки как случайной величины, не связывая ее со временем (с конкретными сутками,... годом). Это же давало основу для использования нормативных (т. е. утверж­даемых централизованно) коэффициентов, удельных расходов электроэнергии на единицу продукции, плотностей нагрузок.

Тогда, по справочнику, можно было найти для чугунолитейного блока: К_с = 0,55; у = 0,45 кВт/м² и 2750 кВтч/т для аптеки с приготовлением лекарств: 0,15 кВт/м² площади торгового зала и cos ф = 0,90; для многопрофильной больницы 2,20 кВт/койко-место при cos ф = 0,93 и т. д. Для расчетов Р не на­до было быть инженером. Все задано, формализовано, кто бы ни считал — ре­зультат предопределен, ничего нового не может ни произойти, ни случиться.

Итак, формализованные методы предполагают однозначную возможность: 1) назвать смену (объект, технологический режим) с наибольшей электричес­кой нагрузкой; 2) использовать фиксированные расчетные коэффициенты и именованные единицы как для отдельного электроприемника или их группы, так и для цеха, предприятия, руководствуясь тождеством объектов, которые имеют одинаковое (совпадающее) название (наименование); 3) не связывать

Глава 3. Потребление электроэнергии и электрические нагрузки

расчеты со временем (студент, задание на курсовой проект которого совпал с тем, что выполнялся его родителями, получит тот же результат).

Приведем два примера, подтверждающие необходимость нового подхода, который опирается на ограничение сферы действия центральной предельной теоремы теории вероятности и закона больших чисел. Подход предлагает иное видение мира (третья научная картина), иной математический аппарат (гипер­болическое Я-распределение).

Первый пример иллюстрирует теоретическое отсутствие среднего и бесконечность дисперсии — возможность сколь угодно большой ошибки при формальном решении задачи (решение в точке). Фактически, при конечном наборе чисел среднее и дисперсия конечно рассчитываемы. Мы говорим о теоретическом отсутствии математического ожидания. В ре­зультате может существовать ошибка в 2, 10, 100 раз, если руководствоваться средним, пред­сказываемым нормальным распределением.

Обратимся к суточному электропотреблению, про которое известно, что при одном и том же объеме производства оно различно. Уже в 1944 г. было показано, что удельный расход при прокатке 20 т/ч составлял 70 кВтч/т, падая до 30 кВтч/т при 40 т/ч. Расходы значительно раз­личались для малоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей. К этому в начале нового века добавлялась неравномерность загрузки [до 1985 г. прокатные станы страны работали с 98 %-ной загрузкой, для ряда станов заказ меньше 5000 т не принимали (см. табл. 3.7)], которая вела к простоям до 12 ч и более. В режиме реального времени требовался диспетчерский кон­троль за лимитами потребления энергоресурсов, что делало приоритетными электрические режимы перед технологическими.

Факты разброса удельных расходов электроэнергии Л_уд и разнообразия электрооборудова­ния по всем предприятиям черной металлургии и предприятиям всех других отраслей эконо­мики подтверждают непреложность закона информационного отбора, который накладывает количественные негауссовы ограничения на величины всех электрических показателей, пара­метры электропотребления и нормы.

Устойчива (табл. 3.8) средняя величина удельных расходов по отрасли (и предприятию) в целом. Она может быть использована при общегосударственной (отраслевой) оценке, сравне­нии с мировым уровнем потребности в электроэнергии и ее электроэффективности. Но это среднее неприменимо к конкретному предприятию (действительно, в 1990 г. максимум по кон­вертерной стали составил 49,7, минимум — 13,1 кВтч/т; по прокату — 3033 и 34,4 и кВтч/т). Если же привести полный список А по любому из 45 видов продукции, представленной ин-

Таблица 3.7. Агрегатные месячные удельные расходы электроэнергии (2001 г.)

	Стан 450				Стан 250
Наименование продукции	Аю, кВтч/т	М„т	Наименование	продукции	А	, кВтч/т	М„т
Профиль 40 ВС				Профиль 16
Швеллер 10				Круг 16
Швеллер 16				Профиль 18
Уголок 75x6				Круг 20
Уголок 75x8				Круг 22
Профиль 50				Профиль 25
Квадрат 60				Круг 24
Уголок 45x5					Бунты

3.5. Практика определения расчетного и договорного максимума

Таблица 3.8. Среднеотраслевые удельные расходы электроэнергии до 1990 г. по СССР

Наименование	Луд, кВтч/т, по годам
продукции

Конвертерная сталь 29,0 32,3 33,0 37,9 38,0 43,1 38,1 37,4 34,4

Электросталь 692 727 723 752 725 781 771 750 714

Прокат 112 111 126 150 144 169 155 154 152

формационным банком «Черметэлектро», то из него нельзя получить результат ни классичес­кими методами, ни вероятностными, в пределе сводящимися к нормальному распределению (впрочем, это же относится и к двум квартирам, коттеджам, офисам, аптекам, больницам, ву­зам, имеющим сравнимые, и даже одинаковые, площади или другие технологические показа­тели, но несравнимые общие и удельные расходы электрической энергии). Решение дает толь­ко комплексный метод расчета электрических нагрузок и кластер-анализ предприятий, гауссово группирующихся по Я-кривой.

Второй пример (см. табл. 2.2) иллюстрирует практическую бесконечность электро­приемников, слабость связей и зависимостей их между собой (это всегда можно наблюдать для электроприемников 2УР в ЗУР) что, собственно, подтверждает наличие ценоза.

Пусть нужно запитать квартиру с заданным электрооборудованием. Формализованные те­ории требуют паспорт на каждый электроприемник (номинальная мощность, режимы); ин­дивидуальные расчетные коэффициенты; неформализуемое (а ценологические ограничения иного и не допускают) объединение электроприемников в однородные группы, исключение электроприемников, работающих эпизодически, и мелких (строгое определение годового рас­хода электроэнергии не допускает какого-либо исключения).

Пытаясь установить коэффициент одновременности включения, теоретически следует рассматривать матрицу (в данном случае 51x51). Тогда можно утверждать, например, если включен утюг, то не работает мясорубка. Но можно ли это сделать с уверенностью для всех 2600 пар (не говоря уже о трудозатратах)? И еще, о номинальной мощности. Вероятность од­новременного включения четырех конфорок электроплиты и духовки крайне мала, но инди­видуальный проводник должен выдерживать такую нагрузку (если не предусмотрена защита, в том числе и электронная, не допускающая какого-то режима). Можно представить нагруз­ку, когда 15 мин хотя бы один раз в течение года (это касается сечений 6 и 10 мм², см. под­раздел 3.2) включено максимальное число приемников наибольшей мощности (плюс полное включение освещения).

Таким образом, речь идет не о максимальной нагрузке из средних расчетчиком установ­ленного режима работы (наиболее загруженная смена, характерный летний и зимний день), а о максимальной из возможных (исключая режимы КЗ). Ставится вопрос о нагрузочном за­пасе сетей и аппаратов, который скрыто присутствовал всегда в самих методиках расчета и был обусловлен завышенными коэффициентами и который сейчас явно принимается собст­венниками, осознающими несопоставимость ущерба от перерыва электроснабжения и воз­можной перекладки сетей с затратами на кратное завышение сечения и второй ввод. Аварий­ность электроснабжения жилищно-коммунального хозяйства, особенно для многоэтажек, построенных 10—20 лет назад и более, не в малой степени связана с тем, что расчетная на­грузка была ориентирована на «среднюю квартиру» и не учитывала изменение электронасы­щенности.

144 Глава 3. Потребление электроэнергии и электрические нагрузки

Исторически электротехнические расчеты отличаются от расчета механиз­мов, у которых запас прочности при расчете механической прочности прини­мается всегда и может быть десятикратным.

Обратимся к известному учебному примеру. Определим нагрузки для и не­зависимо работающих электроприемников одинаковой мощности со средней Р = 1 кВт стандартом нагрузок о", = а₂ =... = а„ = 0,5 кВт, полагая Р = 2 Для Лтх ⁼ -^ср ⁺ Р°> ^где 1,73 < (3 < 2,5, при этом нижнему пределу плотности е_х нормального распределения отвечает е_х = 0,05, а верхнему е_х = 0,005. Сле­дует отметить, что даже в очень точных исследованиях значение е_х менее 0,003 обычно не принимают, с учетом независимости коэффициенты взаимной корреляции нагрузок электроприемников г = 0).

Генеральная средняя нагрузка в узле при предполагаемом питании все п электроприемников из одной точки (ошибочность такой постановки описана в подразделе и сумма максимумов / приемников

"ср ~ "cp{i) ~ ^П"ср > "ри ^—2,-Г;(тах)>

генеральные дисперсия и стандарт нагрузки

Расчетная нагрузка в узле нагрузки

4(2) ^{= ?}с_Р + Р° = пР_ср + PaV^ = P_cp[l + Py-jL

где у = <У/Р_ср — коэффициент вариации.

Коэффициент одновременности включения нагрузки

К = Р Р

"одн ^Грм/ р(1Г

Результаты вероятностного расчета, графически проиллюстрированные на рис. 3.8, приведены ниже:

Число ЭП........ 1 5 10 50 100 500

Р............ 2 10 20 100 200 1000

Р_т........... 2 7,2 13,6 57 ПО 531

К_тн........... 1,0 0,72 0,68 0,57 0,55 0,53

Расчет, опирающийся на гауссовы представления (вторую научную карти­ну мира), приводит к абсурдному результату: для любого предприятия (объек­та), где установлено свыше 500 электроприемников, половина, с практичес­кой уверенностью, всегда включена (любой рост количества приемников не меняет этого соотношения).

3.5. Практика определения расчетного и договорного максимума

0,5

100 200 300 400 500 " Рис.3.8. График зависимости К = f{n)

Утверждают, что при учете обязательно существующих взаимных корреляционных зависимостей между отдельными парами г Ф 0 (и группами) электроприемников — 1 < г < +1 можно подсчитать нагрузку точно, построив матрицу | г |. К сожале­нию, за все время существования этой идеи (с 1973 г.) не удалось увидеть иссле­дование матрицы большей, чем 20x20. Це-нологическая теория утверждает, что ре­альная матрица для электроприемников, питающихся от ЗУР, не может быть получена. Сами же коэффициенты корреляции - ранжируемы.

Продемонстрируем практический подход на примере небольшого электроремонтного уча­стка, где намечается установить технологическое оборудование в соответствие табл. 3.9. Уча­сток не относится к потребителям 1 категории, поэтому на вводе 2УР можно установить один распределительный силовой шкаф, например ШРС, и проложить один кабель Суммарная ус­тановленная мощность участка 53,3 кВт.

Сделаем краткий анализ. Установленное оборудование № 1, 2, 7, 12 работает непрерывно с мощностью, близкой к номинальной; № 4, 5 — большую часть смены; № 3 — периодичес­ки с номинальной нагрузкой, остальные — периодически с нагрузкой, как правило, меньшей номинальной К каждому из 12 электроприемников радиально подводится кабель, сечением не ниже требуемого по нагреву номинальным током (вне зависимости от нагрузки).

Так что выбирать нужно только шкаф ШРС и кабель ввода. Но номинальный ток шкафа 250 и 400 А (400 А — слишком большой запас) и к одному вводному зажиму возможно под­ключение двух кабелей 2 (3x95) мм-'. Длительно допустимый ток одного кабеля 3x95 с алюми­ниевыми жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлорид-ной или резиновой оболочках, бронированных и небронированных, при прокладке в воздухе составляет 170 А, в земле — 255 А

Число отходящих линий и номинальные токи предохранителей варьируют 5x60, 5x100,

Таблица 3.9. Перечень электроприемников электроремонтного участка

№ п/п Наименование оборудования

Р, кВт Количество

1 Сушильный электрический шкаф

2 Трансформатор сварочный для пайки медных проводов, кВА

3 Балансировочный станок

4 Полуавтомат для рядовой многослойной намотки катушек

5 Намоточный станок

6 Точильный станок двухсторонний

7 Ванна для пайки

8 Обдирочно-шлифовальный станок

9 Токарно-винторезный станок

10 Вертикально-сверлильный станок

11 Таль электрическая

12 Вентилятор

6,2
5,0
1,7
1,1
2,8
1,7
2,6
3,2
1,7
0,9
2,8

Глава 3. Потребление электроэнергии и электрические нагрузки

2x60 + ЗхЮО. Оборудование № 1, 2, 9 целесообразно подключить к шкафу, остальное под­ключать под один зажим, шлейфом, от магистрали с разъемами (розетками) или, что дороже, от дополнительно устанавливаемого шкафа. Окончательная схема во многом определяется планом расположения, но одного кабеля 3x95 мм² к шкафу — достаточно.

Для существующего предприятия (объекта), которое уже имеет энергоснаб-жающую организацию, т. е. фиксированный 6УР, нет проблемы определения Р_р для выбора проводника по нагреву (трансформатора, коммутационного ап­парата). Определение максимальной нагрузки Р_тах = Р_р должно быть основа­но на двух сейчас обязательных для любого потребителя условиях: 1) наличие опломбированного коммерческого счетчика (для крупных предприятий — си­стемы автоматизированного учета и контроля электроэнергии — АСКУЭ); 2) согласование на 6УР коммутационного аппарата и уставки защиты (макси­мально возможной величины потребляемой мощности).

Счетчик позволяет отследить текущий получасовой максимум по (3.10) и определить средние нагрузки за сутки (3.11), неделю, месяц, квартал, год (3.14). Анализируя величину коэффициента максимума (3.13) и заполнения графика (3.18), можно ставить вопрос о воздействии на технологическую де­ятельность в целях повышения числа часов использования максимума нагруз­ки (3.28). Это тождественно снижению величины заявленного максимума. Для крупного предприятия, снижающего Р_тт на десяток мегаватт, речь идет о крупной экономии (при стоимости 1 кВт Р_та, например, 150 руб./мес).

Однако большинство потребителей платит за израсходованную электро­энергию (за кВтч), для них не интересен максимум, но важен вопрос, когда питающая сеть должна быть усилена (трансформатор заменен на следующий габарит), а уставка защиты загрублена. Это теоретически означает, что потре­битель имеет возможность регулировать Р_пт, доводя коэффициент заполне­ния до 0,95—0,98 и имея коэффициент спроса в целом по предприятию не вы­ше К_с = 0,2: ошибочны вероятностные представления расчета электрических нагрузок по коэффициенту расчетной активной мощности.

Надо отметить, что основные положения теории в последние десятилетия не подтверждались фактами, статистически. Кроме того, во-первых, не учи­тывается ценологическое различие электроприемников, которое заключается в качественном различии режимов приемников одного наименования и на­значения и в разнице на несколько порядков мощностей приемников (от 0,25 до 1000 кВт и более). Во-вторых, Р_шх связывают с нагрузкой линии, что для средних и крупных предприятий не имеет смысла, так как и в проектах, до­говорах и в экономических расчетах при нормировании Р связывается не с вводами (их всегда не один, а может быть и десяток), а с потребителем (объ­ектом) в целом. В-третьих, поведение множества электроприемников во вре­мени определяется слабыми связями и слабыми зависимостями (т. е. их нель­зя считать независимыми), которые существуют между приемниками и с реализуемой технологией.

J.J. Практика определения расчетного и договорного максимума 147

Вопросы для самопроверки

1. Выделите характерные группы электроприемников по механической нагруз­ке.

2. Какие режимы работы электрических двигателей учитываются в системах электроснабжения?

3. Поясните различие в физическом смысле расчетной величины электрической нагрузки по нагреву и нагрузки по проектным договорным условиям.

4. Сравните классическое понятие получасового максимума нагрузки и разно­образные использованные на практике понятия при эксплуатации, при проектиро­вании и в договорных отношениях.

5. Опишите величины интервала осреднения электропотребления во времени и графики электрических нагрузок.

6. Изобразите суточные графики электрической нагрузки любых известных Вам потребностей (можно и квартиры) и поясните неизбежность для электрики изме­нения параметров электропотребления по часам и минутам.

7. Приведите математические выражения расчетных коэффициентов, применя­емые при определении электрических нагрузок.

8. Сравните эмпирические методы расчета электрических нагрузок.

9. Укажите достоинства, недостатки и область применения метода упорядочен­ных диаграмм.

10. Охарактеризуйте исходные данные, необходимые для статистических и ве­роятностных методов расчета электрических нагрузок.

11. Оцените по таблицам разброс параметров при использовании комплексно­го расчета электрических нагрузок.

12. Определите расчетный максимум электрической нагрузки своей квартиры по списку приемников и показаний счетчика.

Глава 4. Выбор схем, напряжений и режимов присоединения предприятии

---

Дата добавления: 2015-07-17