Электрическая нагрузка. Виды электрических нагрузок.

Электроприемники, включенные в электрическую сеть для работы, создают в сети нагрузки, которые выражаются в единицах мощности или тока. Электроприемники присоединяются к электрическим сетям в одиночку или группами. В состав группы могут входить электроприемники как одинакового, так и различного назначения и режима работы. Режим работы системы электроснабжения одинаковых приемников или их групп зависит от режима работы или сочетаний режимов работы одиночных приемников или их групп.

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.

Резкопеременная нагрузка

характеризуется резкими набросами 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. Эти установки, в основном, принадлежат промышленным предприятиям. Учитывая связь электрических сетей промышленных предприятий и сетей сельскохозяйственного назначения через трансформаторные подстанции, можно считать, что специфические нагрузки промышленных предприятий оказывают влияние и на электрические сети сельскохозяйственного назначения.

По мощности электроприемники сельскохозяйственного назначения можно разделить на три группы: большой мощности (свыше 50 кВт), средней мощности (от 1 до 50 кВт) и малой мощности (до 1 кВт). Некоторые приемники используют для работы постоянный ток и токи повышенной (до 400 Гц) или высокой частоты (до 10 кГц).

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.

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.

Ко второй категории относятся электроприемники и комплексы электроприемников, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недовыпуску продукции, простоям рабочих и механизмов.

Электроснабжение приемников второй категории должно обеспечиваться от двух независимых источников питания. Перерыв в электроснабжении допускается на время, необходимое для автоматического и оперативного переключения на второй источник.

К третьей категории относятся электроприемники и комплексы электроприемников, не попадающие под определения первой и второй категорий. Электроснабжение их может осуществляться от одного источника питания. Перерыв электроснабжения допускается на время проведения восстановительных работ, но не более одних суток.

Работа большинства электроприемников сопровождается потреблением из сети не только активной, но и реактивной мощности [1, 3]. 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. 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.

Установки с опережающим током являются источниками реактивной мощности. Их применяют для компенсации реактивной нагрузки с индуктивным характером цепи.

Таким образом, нагрузка в электрической сети представляется активными и реактивными нагрузками.

Появление в распределительной сети электрической нагрузки вызывает нагрев токоведущих частей – проводов, кабелей, коммутационных аппаратов, обмоток электродвигателей и трансформаторов. Чрезмерный их нагрев может привести к преждевременному старению изоляции и ее износу. В связи с этим температура токоведущих частей не должна превышать допустимых значений. Сечение проводов и кабелей, коммутационных аппаратов должно выбираться по допустимому току нагрузки. Для определения допустимого (расчетного) тока нагрузки должна быть определена расчетная мощность нагрузки.

За расчетную нагрузку при проектировании и эксплуатации СЭС принимается такая неизменная во времени нагрузка Iрсч, которая вызывает максимальный нагрев токоведущих и соседних с ними частей, характеризующийся установившейся температурой. Нагрев не должен превышать допустимого значения. Обычно установившееся тепловое состояние для большинства проводов и кабелей наступает за 30 минут (около трех постоянных времени нагрева – 3Т, т. е. постоянная времени нагрева Т = 10 мин). В установках с номинальным током нагрузки более 1000 А установившаяся температура достигается за время не менее 60 мин.

Основные характеристики нагрузок узлов электрических сетей

Лекция №5

Одной из первых и основополагающих частей проекта электроснабжения объекта является определение ожидаемых электрических нагрузок на всех ступенях электрических сетей. От характера нагрузки и ее уровня зависят требования, предъявляемые к электрической сети, технические характеристики элементов электрических сетей – сечения и марки проводников, мощности и типы трансформаторов, электрических аппаратов и другого электротехнического оборудования.

Потребители электроэнергии различны по своему характеру: промышленные предприятия, жилые дома, коммунально-бытовые учреждения, электротранспорт, с/х потребители и т.д.

Самый распространенный вид потребителей – АД. Они различаются по мощности, всегда потребляют реактивную мощность.

Синхронные двигатели (СД) генерируют реактивную мощность. Коммунально-бытовая нагрузка — освещение, нагревательные приборы и т.д. Потребление электрической энергии на бытовые нужды растёт (вследствие увеличения числа двигателей пылесосов, стиральных машин, электробритв, а также телевизоров, кондиционеров, холодильников). Всё это приводит к увеличению потребления реактивной мощности. Растёт удельный вес специальных видов нагрузки – выпрямительной и инверторной, нагрузки электрохимии и электрометаллургии.

Существенную часть в потреблении электрической энергии составляют потери в сетях.

Характерный примерный состав комплексной нагрузки, %:

Мелкие АД-34%, крупные АД-14, освещение-25%, выпрямители, инверторы, печи, нагревательные приборы-10%, синхронные двигатели-10%, потери в сетях 7-9%.

Графики нагрузки

Характеристикой нагрузки является величина потребляемой активной и реактивной мощности. Мощность зависит от числа и режима работы разных электроприёмников. В течение суток мощность может изменяться в широких пределах.

Характеристика потребителей по потребляемой мощности будет полной лишь тогда, когда известна вся совокупность возможных значений мощности необходимой данным потребителям. Эта характеристика даётся графиками нагрузки, которые представляют собой плавные, ломаные или ступенчатые кривые, построенные в прямоугольных осях координат (по оси ординат откладываются мощности нагрузки, а по оси абсцисс- время, в течение которого рассматривается её изменение).

График нагрузки, характеризующий изменение мощности, потребляемой за одни сутки, называется суточным графиком.

Графики различных потребителей существенно отличаются друг от друга. Но в графиках имеются некоторые общие количественные показатели. К ним относятся наибольшее (Р_нб) и наименьшее (Р_нм) значения мощности нагрузки. Очертания графиков меняются в зависимости от того – рабочие сутки это или выходные дни.

Суточные графики одного потребителя в различные времена года отличаются друг от друга. Поэтому для представления о потреблении мощности пользуются суточными графиками для трёх характерных периодов работы потребителей: зимнего, летнего и весенне-осеннего. Соответственно различают наибольшую и наименьшую нагрузки для этих периодов. Для большинства районов России зимний график характеризуется максимальным значением наибольшей мощности Р

нб, а летний – минимальным значением наименьшей мощности Р_нм.

Суточные графики для отмеченных периодов и их число суток в году, позволяют получить годовые нагрузки.

Также широко используются годовые графики по продолжительности нагрузки.

Эти графики представляют собой диаграммы постепенно убывающих значений мощности, каждому из которых соответствует время, в течение которого данная мощность в продолжение года требуется потребителю.

Другим важным графиком считается годовой график максимумов нагрузки.

По оси абсцисс откладываются дни года или месяцы в календарном порядке, а на оси ординат – максимальные значения нагрузки за данные дни или месяцы. Для такого графика характерен спад в летние месяцы из-за осветительной нагрузки и возрастание к концу года из-за присоединения новых потребителей.

Суточный и годовой графики позволяют определить энергию, получаемую потребителем, соответственно, за сутки и за год.

При известной мощности нагрузки Р_н получаемая потребителем энергия за малый промежуток времени.

W= P_Нt

или при переходе к пределам:

dW=Pнdt (1)

Энергия, получаемая за время t при изменяющейся во времени мощности определяется при интегрировании уравнения (1):

W_н=P_н(t)dt (2)

Это выражение характеризует площадь, ограниченную осями координат и графиком нагрузки. Вычисление её не представляет труда, если график имеет вид ступенчатой линии.

Когда очертание графика имеет иной вид, его заменяют ступенчатым, сохраняя характерные точки исходного графика (наибольшие и наименьшие нагрузки и отдельные закономерные повышения и понижения мощности) и выдерживая равенство площадей исходного и ступенчатого графиков.

Графики нагрузок удобно характеризовать временем использования наибольшей (максимальной) нагрузки Т_нб (Т_max). Этим показателем определяется время, в течение которого потребитель, работая с наибольшей нагрузкой, получил бы из сети то же количество энергии, что и при работе по действительному графику.

На рис. приведен график, поясняющий определение времени Т_нб. Энергия, полученная за год, определяется площадью, ограниченной этим графиком и равной при 8760 часах в году.

W=

Та же площадь, при неизменной нагрузке, равной наибольшей мощности м.б. вычислена:

W=P_НБТ_НБ

т.е. время использования наибольшей нагрузки определяется отношением площади, ограниченной действительным графиком нагрузки, к ординате, отвечающей наибольшей мощности нагрузки.

Т_НБ=

Время Т_нб может вычисляться применительно как к годовому, так и к суточному графику.

Продолжительность использования наибольших активных нагрузок в течение года в зависимости от числа и продолжительности смен:

Продолжительность смены, ч	Годовое число часов работы при числе смен, ч
	одна	две	три
8	2250	4500	6400
7	2000	3950	5870

Потребители потребляют кроме активной мощности ещё и реактивную мощность. Поэтому необходимо знание графиков реактивной мощности. Они могут быть получены аналогично графикам активной мощности.

При проектировании требующаяся реактивная мощность учитывается приближённо, используется коэффициент мощности ( Cos _н ), значение которого либо принимается неизменным, либо задаётся применительно к периодам наибольшей и наименьшей активной мощности нагрузки (при этом Cos _н может принимать разные числовые значения).

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ

4.1. Понятие электрической нагрузки

Электрическая нагрузка – это мощность, потребляемая электрической установкой в определенный момент времени. Если электрическая нагрузка рассматривается на присоединении электроприемника к электрической сети, то в этом случае речь идет об электрической энергии, потребляемой электроприемником как преобразователем её в другие виды энергии. Когда же рассматривается узел электрической сети, то речь идет об электрической энергии, передаваемой по её элементам. Следовательно, в данном случае электрическая нагрузка в каждый момент времени будет определяться мощностью определенного числа включенных в работу электроприемников, присоединенных к этому узлу электрической сети.

Электрическая нагрузка группы электроприемников P(t) является случайной величиной, как следствие случайной реализации электрифицированных технологических процессов, когда в каждый момент времени количество и мощность включенных в работу электроприемников случайны.

Для узлов электрической сети, начиная с ТП 10/0,4 кВ и выше (рис.2.3), можно считать, что электрическая нагрузка как случайная величина распределена по нормальному закону распределения вероятностей. Эта гипотеза базируется на центральной предельной теореме теории вероятностей, смысл которой заключается в следующем: если случайная величина является следствием большого количества слагаемых, каждое из которых случайно и слабо влияет на сумму, то нет основания отвергать гипотезу о распределении этой случайной величины по нормальному закону распределения вероятностей. Математически это можно представить в виде

i =1

где Рi – мощность отдельного электроприемника; Рt – значение электрической нагрузки узла электрической сети, к которому присоединено n электроприемников. И чем больше n, тем больше основание не отвергать гипотезу о распределении электрической нагрузки по нормальному закону распределения вероятностей. Данное обстоятельство позволяет моделировать электрическую нагрузку при решении определенных задач проектирования и управления электроэнергетическими объектами.

При указанном представлении электрической нагрузки как случайного явления, т.е. при фиксированном времени, она рассматривается как бы в «статике». Однако такой подход для решения задач по управлению электроэнергетическими объектами является явно недостаточным. Поэтому зачастую необходимо рассматривать электрическую нагрузку в «динамике», когда её характеристики как случайной величины изменяются во времени. При таком представлении электрическая нагрузка является случайным процессом и характер её поведения может быть описан теорией случайных процессов.

Случайным процессом называют такой процесс, конкретный вид которого в результате реализации заранее неизвестен. Электрическая нагрузка на практике, как случайный процесс, всегда имеет только одну (из бесчисленного множества возможных) реализацию, которая является следствием случайного функционирования электрифицированных технологических процессов. Эта реализация, очевидно, есть обычный (неслучайный) процесс, который может быть представлен графически

(рис.4.1).

При фиксированном времени t (то есть в сечении времени t) случайный процесс превращается в случайную величину, а его реализация в значение случайной величины P(t).

В ходе дальнейшего изложения электрическая нагрузка будет рассматриваться либо как случайный процесс, либо как случайная величина,

в зависимости от того, рассматривается ли она на всем диапазоне изменения времени t или при его фиксированном значении.

P

P(t)

Θ

Рис.4.1. Реализация электрической нагрузки

С обобщенной точки зрения электрическая нагрузка может быть представлена как результат электрифицированной жизнедеятельности человека в различных её сферах: в промышленности, в быту, в сельском хозяйстве и т.д. Поэтому характер изменения её во времени зависит от характера названной жизнедеятельности человека, на который оказывают влияние множество факторов, приводящих к тому, что электрическая нагрузка проявляет изменчивый характер во времени. Эта изменчивость формируется, в основном, под действием таких природных явлений как суточное и годовое вращение земли, сказывающееся в смене времени суток и года, а так же принятых человеком понятий рабочего и выходного дня. Однако указанная изменчивость поведения электрической нагрузки, как правило, проявляет определенные устойчивые закономерности, позволяющие создать и использовать методики для физико-математического

представления электрической нагрузки на стадиях проектирования и управления электроэнергетическими объектами.

4.2. Графики электрических нагрузок, их числовые характеристики

Как было определено выше – электрическая нагрузка является случайным процессом и графически может быть представлена в виде непрерывно изменяющейся реализации (рис.4.1). Для решения практических задач по управлению режимами работы электроэнергетических объектов такая форма представления информации об электрической нагрузке неприемлема, т.к. она не отражается в виде числовой последовательности и, следовательно, исключается возможность использования цифровых технических систем для обработки этой информации. Таким образом, исходя из этого, информацию об электрической нагрузке, представленную в виде реализации случайного процесса, необходимо преобразовать в числовую последовательность без потери информации о такой важной характеристике, как количестве электроэнергии, переданной по элементу электрической сети. Таким преобразованием является оценка средних значений электрической нагрузки на последовательных интервалах реализации Θ (рис.4.1, часто используют интервалы длиной 30 или 60 минут) одинаковой длины по выражению

	1 t +Θ
PΘ =		∫P(t)dt, t =1,2…n ,	(4.2)
	Θ
		t

где n соответствует длине рассматриваемого интервала времени Т. Эта форма представления информации называется графиком электрической нагрузки и может быть определена для полного тока (I(t)), активной, реактивной и полной мощности (P(t), Q(t), S(t)).

Для решения некоторых практических задач часто используются следующие числовые характеристики графиков электрической нагрузки:

• Среднее значение на интервале Т

	1	n	1
Icp =		∑Ii =		∑Irτr ,	(4.3)
			T
	n i =1			r

где n – число одинаковых интервалов осреднения (ступенек) на графике I(t); i – номер интервала осреднения на графике I(t); Ii – величина i-й ступеньки графика I(t); Ir – величина r-й ступеньки, когда интервалы осреднения различной длины, и в этом случае τr – длительность r-й ступеньки;

•Среднеквадратическое или эффективное значение нагрузки на интервале Т

Icк = Iэф =	1	n	1	∑Ir2τr ;
		∑Ii2 =	T
	n i =1			r

• Дисперсия нагрузки на интервале Т

		1	n	1
DI = σI2	=		∑(Ii − Icp )2 =		∑(Ii − Icp )2τr ;
				T
		n i =1			r

• Коэффициент максимума нагрузки

Kmax = IImax ≥1;

ср

• Коэффициент формы графика

	Kф =	Iск		≥1;
		Iср
	• Коэффициент заполнения
	Kзап =		Iср		≤1;
			Imax

• Коэффициент равномерности

K p =	Imin	≤1.
	Imax
В частном случае, если It=const,
Kmax =1, Kф =1,	Iэф = Icp = Imax = Imin .

(4.4)

(4.5)

(4.6)

(4.7)

(4.8)

(4.9)

Электрические нагрузки и их значение

Для правильного выбора и проверки проводников (кабелей и шин), а также трансформаторов по экономической плотности тока и соответственно пропускной способности,  расчета потерь и отклонений напряжений, выбора устройств компенсации и защиты необходимо знать электрические нагрузки проектируемого объекта.

Основой рационального решения вопросов электроснабжения современных предприятий и энергосистем является правильное определение электрических нагрузок. При завышении нагрузок – появляются излишние затраты, а также недоиспользование мощностей дорогостоящего оборудования. При занижении – может приводить к перегрузкам энергосистемы и недоотпускам продукции. Ни первый, ни второй вариант не являются приемлемыми. Данную задачу осложняет еще и то, что имеется довольно много факторов и зависимостей, трудно поддающихся учету при проектировании.

Режимы работы предприятий

Графики и режимы работы предприятий и энергосистем довольно не стабильны и изменяются во времени, как показано на рисунке ниже:

Где: 1 и 2 – это активная и реактивная мощности соответственно.

На изменение графиков нагрузки влияет также внедрение новых технологий и производственных процессов, увеличение вентиляции санитарно – технической, а также наращивание производственных мощностей. Также повышение использования оборудования за счет уплотнения рабочего времени, автоматизации процессов производства и так далее.

Довольно много существует различных методов проведения расчетов электрических нагрузок, обзор и анализ их мы не будем приводить в данной статье. Эти методики постоянно совершенствуются как практически, так и теоретически и базируются на обследованиях наиболее характерных предприятиях. Обследования – основа для практического внедрения методик.

Определение нагрузок

Для подсчета суммарных нагрузок и построения их графика необходимо определить нагрузки различных частей системы электроснабжения:

• Мощные электроприемники (например, главные привода прокатных станов, электропечи, мощные электромашины) нужно изучать путем изучения технологического цикла, а также индивидуальных показателей режима работы. Построение графиков электрических нагрузок на основе технологических графиков работы цеха либо предприятия;
• Определить суммарные резкопеременные нагрузки (например электропечи и т.д.) на основе графиков индивидуальных нагрузок с учетом фактора несовпадений индивидуальных графиков для снижения максимальной ударной нагрузки и для уменьшения колебания напряжения сети;
• Определить нагрузку воздуходувных, насосных, компрессорных станций по удельному потреблению электрической энергии на единицу объема воздуха, воды и так далее;

Нагрузку электроприемников находящихся в резерве, сварочные ремонтные трансформаторы, пожарные насосы, а также электроприемников работающих в кратковременном режиме (как пример – задвижки, вентили, дренажные насосы и другие), при подсчете средних нагрузок, как правило, не учитывают. Питающие линии и силовые пункты должны рассчитываться с учетом влияния резервных электроприемников.

Виды электрических нагрузок

Для того, чтоб выполнить проект системы электроснабжения нужно определить следующие виды нагрузок:

• Средние – мощность, потребленная за максимально загруженную смену. Также могут быть среднемесячные или среднегодовые. Средняя мощность, потребленная за год, нужна для определения годовых потерь электрической энергии, а средняя мощность за максимально загруженную смену – по ней определяют расчетный максимум;
• Максимально – кратковременные (пиковые) – их определение нужно для проверки колебания напряжения в сетях, для определения параметров срабатывания токовой защиты, выбора плавких предохранителей, проверки электрических сетей по условиям самозапуска электрических машин;
• Максимальные имеющие различную продолжительность (10, 30, 60 мин) – их используют чтоб произвести расчет электрической сети по нагреву, определения потерь мощности максимальных в сетях, выбор элементов сети по плотности тока (экономической), для определение отклонений напряжений и потерь.

В отдельных отраслях при проектировании систем электроснабжения могут вводить некоторые уточнения и допущения, которые базируются на довольно хорошем знании специфики технологического процесса данной отрасли, а также выявлении, более детальном для данной отрасли, расчетных коэффициентов, расходов энергии, числа часов использования максимума.

Расчет электрических мощностей промышленного транспорта, испытательных станций, лабораторных установок производят по другим методикам, которые учитывают специфику работы данных установок.

Основные характеристики нагрузок узлов электрических сетей. Характер нагрузки потребителя электрической энергии в заявке

ГлавнаяРазноеХарактер нагрузки потребителя электрической энергии в заявке

Электрическая нагрузка. Виды электрических нагрузок.

Электроприемники, включенные в электрическую сеть для работы, создают в сети нагрузки, которые выражаются в единицах мощности или тока. Электроприемники присоединяются к электрическим сетям в одиночку или группами. В состав группы могут входить электроприемники как одинакового, так и различного назначения и режима работы. Режим работы системы электроснабжения одинаковых приемников или их групп зависит от режима работы или сочетаний режимов работы одиночных приемников или их групп.

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.

Резкопеременная нагрузка характеризуется резкими набросами 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. Эти установки, в основном, принадлежат промышленным предприятиям. Учитывая связь электрических сетей промышленных предприятий и сетей сельскохозяйственного назначения через трансформаторные подстанции, можно считать, что специфические нагрузки промышленных предприятий оказывают влияние и на электрические сети сельскохозяйственного назначения.

По мощности электроприемники сельскохозяйственного назначения можно разделить на три группы: большой мощности (свыше 50 кВт), средней мощности (от 1 до 50 кВт) и малой мощности (до 1 кВт). Некоторые приемники используют для работы постоянный ток и токи повышенной (до 400 Гц) или высокой частоты (до 10 кГц).

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.

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.

Ко второй категории относятся электроприемники и комплексы электроприемников, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недовыпуску продукции, простоям рабочих и механизмов.

Электроснабжение приемников второй категории должно обеспечиваться от двух независимых источников питания. Перерыв в электроснабжении допускается на время, необходимое для автоматического и оперативного переключения на второй источник.

К третьей категории относятся электроприемники и комплексы электроприемников, не попадающие под определения первой и второй категорий. Электроснабжение их может осуществляться от одного источника питания. Перерыв электроснабжения допускается на время проведения восстановительных работ, но не более одних суток.

Работа большинства электроприемников сопровождается потреблением из сети не только активной, но и реактивной мощности [1, 3]. 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. 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.

Установки

[1] Основные виды потребителей электрической энергии.

«Потребитель электроэнергии» может включать в себя сети очень высоких напряжений (220 и даже 500 кВ). Таким образом, организационно потребители электроэнергии не входят в состав ЭС, но в связи с важнейшей особенностью электроэнергетического производства — неразрывностью технологического процесса производства и потребления электроэнергии — и свя­занным с этим сильным влиянием электроприемников на режимы работы системы в целом и на качество отпускаемой электроэнергии должны рассматриваться совместно с другими элементами ЭС. Взаимоотношения потребителя с ЭС включают в себя вопросы различного характера: юридическо-правовые, технико-экономические, оперативно-диспетчерские. Сами потребители могут характеризоваться структурой их ведомственной принадлежности, размерами потребления, составом приемников электроэнергии и их техническими данными, режимами потребления и возможностью их регулирования, требованиями к надежности электроснабжения и др.

Главным потребителем электроэнергии является промышленность.

Структура и характеристика потребителей определяют условия построения схемы их электроснабжения; высокий удельный вес крупных синхронных двигателей на нефтепромыслах требует спе­циального исполнения систем релейной защиты и автоматики; наличие электронагревательных систем позволяет их использовать в качестве потребителей-регуляторов и т. п.

Потребители электроэнергии различны по своему характеру: промыш. предприятия, жилые дома и коммунально-бытовые учреждения, эликтрифицированный транспорт и т.д. Самый распространенный вид потребителей – асинхронные двигатели. Синхронные двигатели генерируют реактивную мощность, в ряде случаев их номин.мощность велика. Коммунально-бытовая нагрузка – освещение, нагревательные приборы и т.д. – ранее считалась преимущественно активной. Потребление электроэнергии на бытовые нужды растет вследствие увеличения числа двигателей ( пылесосы, стиральные машины, электробритвы), а также телевизоров, кондиционеров, холодильников. Все это приводит к росту реактивной мощности коммунально-бытовой нагрузки. Растет удельный вес специальных видов нагрузки – выпрямителей и инверторов, электрохимии и электрометаллургии, например электролизной нагрузки и дуговых сталеплавильных печей, электрифицированного железнодорожного и городского транспорта. Существенную часть в потреблении электроэнергии составляют потери в сетях.

Графики нагрузок электроустановок. Интегральные характеристики графиков нагрузок.

Самыми основными графиками являются суточные и годовые.

В суточном графике площадь, ограниченная ступенчатой кривой P(t), соответствует суточной выработке электроэнергии или суточному потреблению Э(t).

где n– число ступеней графика,T_max– число часов использования максимума нагрузки, К_З— коэффициент заполнения.

Годовые графики складываются из месячных максимумов, это делается для того чтобы представлять загрузку оборудования энергосистем, станции и т.д. это позволяет планировать ремонты электрооборудования и планировать экономичную работу системы.

Годовые графики также бывают по продолжительности, они показывают продолжительность работы оборудования в течении года с различными нагрузками. Построение графика начинается с определения продолжительности максимальной мощности в течении года. Для этого определяется ее продолжительность в течении суток зимой и летом и умножаетяс на число суток зимой и летом соответственно. Зима 213 суток, лето 152 суток. Эток график используется при технико-экономичесих расчетах.

Назначение графиков нагрузки

• обеспечение бесперебойного, надежного и экономичного электроснабжения потребителей.

• Определение ожидаемой выработки электростанции, потребность в топливе, воде.

• Планирование ремонтов оборудования

• Выработки рекомендации для проведения мероприятии по уплотнению графиков ОЭС.

• Разработка типовых графиков для составления энергобалансов и определения необходимых генерирующих мощностей.

Участие электростанции в покрытии графика нагрузки энергосистем

Для улучшения работы энергосистемы в целом необходимо увеличивать маневренность электрооборудования; сооружение пиковых электростанции; блоки повышенной маневренности на газомазуте с мощностью 500МВт; а также использование газотурбинных установок и поддержания в целосности ЕЭС РФ.

Параметры электрической сети | Режимщик

Параметры сети и характер нагрузки

 

Номинальным напряжением приемников электрической энергии называется напряжение, при котором они предназначены для нормальной работы.

 

 

Каждая электрическая сеть характеризуется номинальным напряжением приемников электрической энергии, в том числе и трансформаторов, которые от нее питаются. Отличие действительного  напряжения на выводах приемника электрической энергии от номинального напряжения является одним из основных показателей качества электрической энергии. Напряжение у потребителя (подстанция, завод, трансформаторный пункт) или у отдельного приемника (электродвигатель, лампа накаливания) никогда не остается постоянным в течение суток. В процессе нормальной эксплуатации электрической сети наблюдаются плавные, закономерные отклонения напряжения от среднего уровня или резкие кратковременные колебания напряжения, вызванные внезапным изменением режимов работы приемников. Поддержать напряжение у потребителей неизменным и равным номинальному практически невозможно. Пределы допустимых отклонений напряжения, которые удобно выражать в процентах от номинального напряжения (δU), пользуясь формулой:

 

 

Очевидно, что отклонение напряжения положительно, когда напряжение у приемника U₂ выше номинального U_н и отрицательно — в противоположном случае. Ответить на вопрос, какое из отклонений, положительное или отрицательное, лучше, в ряде случаев весьма трудно. Для этого каждый приемник рассматривают с точки зрения его назначения, места установки и режима работы, так как совсем не безразлично, применена ли лампа накаливания в светильнике наружного освещения или над рабочим местом в цехе. Во всех случаях следует руководствоваться нормами предельно допустимых отклонений напряжения у приемников.

Из таблицы видно, для одних и тех же приемников, например ламп накаливания, в условиях жилых помещений можно допустить отклонения в пределах ± 5%, так как это практически не отразится на жителях, в то время как снижение напряжения больше чем на 2,5 % у ламп рабочего освещения недопустимо из-за возможного брака. При снижении напряжения на 5 % номинального светового потока лампы накаливания снижается до 82,5 %, а люминесцентные лампы перестают работать устойчиво. При повышении напряжения, например, на 5 % срок службы лампы снижается до 350 часов вместо нормальных 1000 часов. Мощность нагревательных приборов, вращающий момент асинхронных двигателей и мощность конденсаторов изменяются пропорционально квадрату, то есть второй степени напряжения. Поэтому даже незначительные изменения напряжения резко ухудшают основные характеристики этих приемников.

 

Параметры электрической сети включают в себя параметры линейных элементов (индуктивные) сопротивления проводов и кабелей, и те же параметры трансформаторов. При решении вопросов, связанных с регулированием напряжения сети, составляется расчетная схема замещения, в простейшем случае представляющая собой последовательное соединение всех активных и индуктивных сопротивлений. для превращения схемы сети в схему замещения необходимо определить параметры линейных элементов, для чего необходимо знать протяженность линий, марку провода и его сечение, а также расстояние между проводами. К параметрам линейных элементов сети, оказывающим влияние на величину напряжения у приемников, относятся величины:

 

r₀ — активное сопротивление на каждый километр, Ом;

x₀ — индуктивное (реактивное) сопротивление на каждый километр линии, Ом.

 

Индуктивное сопротивление x₀ для трехфазной линии тем больше, чем чем больше расстояние между проводами. Это объясняется тем, что  соединение провода своим магнитным потоком уменьшают ЭДС самоиндукции в проводах и тем в большей степени, чем они ближе друг к другу. Для кабельных линий или проводов, расположенных в одной трубе, расстояние между отдельными жилами незначительно и поэтому x₀, близко к 0,08 Ом/км. В линиях постоянного тока индуктивное сопротивление отсутствует, так как там нет переменного магнитного поля. Для заводских сетей, проложенных на изоляторах или роликах, при расстояниях между проводами 50-150 мм индуктивное сопротивление составляет примерно 0,3 Ом/км, а для воздушных сетей близко к 0,4 Ом/км.

Сопротивления линий могут быть легко получены по формулам:

 

 

 

где l — протяженность линии, км.

 

В заводских сетях схема замещения силового трансформатора, связывающего сеть высокого и низкого напряжений, принимаются состоящей только из последовательно соединенных активного R_т и индуктивного X_т сопротивлений. Для определения этих параметров необходимо воспользоваться следующими данными заводского паспорта трансформатора или по данным ГОСТ: номинальная мощность трансформатора S_н, кВА; номинальное линейной напряжение обмотки низшего или высшего напряжения U_н, кВ; потери в обмотках или потери короткого замыкания ΔPкз, кВт; напряжение короткого замыкания, u_к, %.

Для расчета используются формулы:

 

Электроснабжение промышленных предприятий осуществляется, как правило, по распределительной воздушной или кабельной сети 6, 10 или 35 кВ. Распределительная сеть высокого напряжения через трансформаторы связана с сетью низкого напряжения. параметры сети высокого, низкого напряжений и самого трансформатора можно только тогда связывать электрической схемой замещения, когда все они предварительно будут рассчитаны или, как говорят, приведены к одному напряжению, принятому за базисное. Пересчет сопротивлений на «базисное» напряжение и получение «приведенных» сопротивлений производится по формулам:

 

где R’, X’ — приведенные величины активного и реактивного сопротивлений; U’ — базисное, обычно высшее напряжение трансформатора; Uн — номинальное напряжение того участка сети, на котором находится пересчитываемое сопротивление.

 

После приведения сопротивлений к одному напряжению сеть, имеющую одну ступень трансформации, можно рассматривать как сеть одного базисного напряжения. Схема замещения для сети с одной ступенью трансформации приведена на рисунке ниже.

Приемники электрической энергии могут быть разделены на две группы.

 

К первой из них следует отнести приемники, в которых электрическая энергия целиком переходит в тепло, например лампы накаливания, дуговые печи, нагревательные приборы обычного типа.

Ко второй группе относятся приемники, действие которых невозможно без наличия переменного магнитного поля. К ним относятся все электродвигатели переменного тока, индукционные печи, трансформаторы и т.д. В этих приемниках энергии в течение четверти периода накапливается магнитное поле, в течение следующей четверти уходит из магнитного поля обратно к источнику. Эти чередующиеся перемещения энергии в линии вызывают протекание по линии дополнительного тока, называемого намагничивающим или реактивным Iр. Ток этот отстает по времени от напряжения на четверть периода (0,005 секунд). Для пояснения процессов, происходящих в цепях переменного тока, принято пользоваться тригонометрическим соотношением между сторонами  прямоугольного треугольника ОАВ (рисунок ниже).

При этом ток I рассматривается как вектор, совпадающий с гипотенузой треугольника, а катеты рассматриваются как составляющие тока  — активная Iа и реактивная Iр. Амперметр, включенный в рассечку линии, показывает величину тока I,  проходящего по цепи, из которого только часть Iа обеспечивает развитие активной мощности. Реактивная слагающая тока Iр есть следствие процесса перетока энергии магнитного поля, которая загружает сеть, создавая в ней дополнительные потери энергии и напряжения. Чтобы судить об экономичности использования сети и оборудования по величине тока и напряжения при наличии реактивной составляющей тока, используется как называемый коэффициент мощности, который из векторной диаграммы определяется как:

cosф = P/ S или cosф = Iа / I.

 

Подобные соотношения справедливы и для мощности одной фазы трехфазной системы. Активная слагающая тока Iа = I·cosф входит в выражение активной мощности, определяя ее при заданном напряжении U:

P = U·Ia = U·I·cosф.

 

Реактивная слагающая тока Iр = I· sinф входит в выражение реактивной мощности, определяя ее при заданном напряжении U:

Q = U·Iр = U·I·sinф.

 

Коэффициент мощности для осветительной или, как говорят, чисто активной нагрузки близок к единице. При выборе способа и средств регулирования напряжения на зажимах трехфазного приемника с симметричной нагрузкой фаз необходимо, кроме параметров питающей линии, установить характер самой нагрузки, то есть активную и реактивную составляющие тока (мощности). проще всего это можно осуществить с помощью имеющихся практически у каждого потребителя электросчетчиков «активной» и «реактивной» энергии.

 

 

Ответственность за эксплуатацию электроустановок
Составление плана электроснабжения. Часть 2
Отключение токоведущих частей