Расчет электрических нагрузок

 

1. Расчет электрических  нагрузок

 

Электрической нагрузкой  согласно ГОСТ 19431-84 называется значение мощности, потребляемой электроустановкой  в установленный момент времени. Определение электрических нагрузок является первым этапом проектирования любой системы электроснабжения, т. к. величина электрических нагрузок оказывает существенное влияние на выбор элементов и технико-экономические показатели проектируемой системы электроснабжения.

Перед расчетом электрических  нагрузок необходимо привести основные характеристики электроприемников  цеха в соответствии с табл. 8.

Таблица 8

Характеристики  электроприемников цеха

Обозначение ЭП на плане цеха	Наименование ЭП	Номинальная мощность pн, кВт	Номинальный ток Iн, А	Коэффициент реактивной мощности tgj (cosj)	Коэффициент использования Kи	КПД η, %
1	2	3	4	5	6	7
1,2	Вентиляторы	55	98.43	0.85	0.8	0.15
3-5	Сварочные агрегаты	5.6	14.19	0.4	0.3	0.6
6-8	Токарные автоматы	10	43.46	0.65	0.2	0.35
9-11	Зубофрезорные станки	20	86.92	0.65	0.2	0.35
12-14	Кругло- шлифовальные станки	5	21.73	0.65	0.2	0.35
15-17	Заточные станки	1.5	17.35	0.65	0.2	0.35
18,19	Сверлильные станки	3.4	39.33	0.65	0.2	0.35
20-25	Токарные станки	12	52.15	0.65	0.2	0.35
26,27	Плоскошли-фовальные станки	17.2	74.75	0.65	0.2	0.35
28-30	Строгальные станки	4.5	19.56	0.65	0.2	0.35
31-34	Фрезерные станки	7.5	32.59	0.65	0.2	0.35
35-37	Расточные станки	4	17.38	0.65	0.2	0.35
38,39	Краны мотовые	18	54.76	0.5	0.35	0.5

 

Номинальные токи электроприемников определяются по формулам:

1. для трехфазных электродвигателей

                                         

;                                     (1) 

2. для остальных трехфазных электроприемников

                                          

;                                       (2)

Возмем 

3. для однофазных электродвигателей, включенных на фазное напряжение

                                          

;                                       (3)

4. для однофазных электродвигателей, включенных на линейное напряжение

                                         

;                                      (4)

5. для остальных однофазных электроприемников, включенных на фазное напряжение

                                           

;                                          (5)

6. для остальных однофазных электроприемников, включенных на линейное напряжение

 

                                          

,                                       (6)       

где P_н – номинальная мощность электроприемника, кВт; U_н – номинальное напряжение электроприемника, В; U_ф – фазное напряжение, В; η – КПД электроприемника; cosφ – коэффициент мощности электроприемника.

В практике проектирования систем электроснабжения применяют  различные методы определения электрических  нагрузок, которые подразделяются на основные и дополнительные.

К основным следует отнести методы определения электрических нагрузок:

• по установленной мощности и коэффициенту спроса (метод коэффициента спроса);
• по средней мощности и отклонению расчетной нагрузки от средней (статистический метод);
• по средней мощности и коэффициенту формы графика нагрузки;
• по средней мощности и коэффициенту расчетной мощности (метод коэффициента расчетной активной мощности).

К вспомогательным можно  отнести методы определения электрических  нагрузок:

• по удельному расходу электроэнергии на единицу выпускаемой продукции;
• по удельной нагрузке на единицу производственной площади.

С 1993 г. основным и обязательным нормативным документом по определению электрических нагрузок промышленных предприятий является РТМ 36.18.32.4-92 [1], который устанавливает порядок расчета электрических нагрузок по методу коэффициента расчетной активной мощности.

Расчетная активная мощность P_р – это мощность, соответствующая такой неизменной токовой нагрузке I_р, которая эквивалентна фактической изменяющейся во времени нагрузке по наибольшему возможному тепловому воздействию на элемент системы электроснабжения.

Коэффициент расчетной мощности К_р – это отношение расчетной активной мощности Р_р к значению К_иР_н группы электроприемников:

                                              

.                                         (7)

 

Расчет электрических  нагрузок электроприемников напряжением  до 1 кВ выполняется по форме Ф636-92 (табл. 9) и производится для каждого узла питания (распределительного пункта, распределительного или магистрального шинопровода, цеховой трансформаторной подстанции), а также по цеху, корпусу в целом.

 

Таблица 9

Расчет электрических  нагрузок (форма Ф636-92)

Исходные данные						Расчетные   величины			Эффективное число ЭП**	Коэффициент расчетной нагрузки Кр	Расчетная мощность			Расчетный ток, А
по заданию технологов				по справочным данным							активная, кВт	реактивная, кВАр** при при	полная,   кВА
Наимено-вание ЭП	Количество ЭП, шт.* n	Номинальная   (установленная) мощность, кВт*		коэффициент использования Ки	коэффициент реактивной мощности
		одного ЭП	общая
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Вентиляторы	2	55	110	0.8	0.85	88	74.8	6050	2	1.0	88	82.28	120.5	190
Сварочные агрегаты	3	5.6	16.8	0.3	0.4	5.04	2.016	94.08	3	1.28	6.45	2.22	6.821	10
Токарные автоматы	3	10	30	0.2	0.65	6	3.9	300	3	1.62	9.72	4.29	10.625	16
Зубофрезорные станки	3	20	60	0.2	0.65	12	7.8	1200	3	1.62	19.44	8.58	21.249	32
Кругло- шлифовальные станки	3	5	15	0.2	0.65	3	1.95	75	3	1.62	4.86	2.145	5.312	8
Заточные станки	3	1.5	4.5	0.2	0.65	0.9	0.585	6.75	3	1.62	1.46	0.6435	1.596	2.4
Сверлильные станки	2	3.4	6.8	0.2	0.65	1.36	0.884	23.12	2	1.62	2.2	0.9724	2.405	3.6
Токарные станки	6	12	72	0.2	0.65	14.4	9.36	864	6	1.62	23.33	10.296	25.501	39
Плоскошли-фовальные станки	2	17.2	34.4	0.2	0.65	6.88	4.472	591.68	2	1.62	11.15	4.9192	12.187	19
Строгальные станки	3	4.5	13.5	0.2	0.65	2.7	1.755	60.75	3	1.62	4.374	1.93	4.781	7.3
Фрезерные станки	4	7.5	30	0.2	0.65	6	3.9	225	4	1.62	9.72	4.29	10.625	16
Расточные станки	3	4	12	0.2	0.65	2.4	1.56	48	3	1.62	3.88	1.72	4.244	6.4
Краны мотовые	2	30	60	0.35	0.5	21	10.5	1800	2	1.25	26.25	11.55	28.689	44

 

*  Резервные  электроприемники, а также электроприемники, работающие кратковременно, в расчете  не учитываются.

** При  расчете электрических нагрузок  для магистральных шинопроводов, на шинах цеховых трансформаторных  подстанций, в целом по цеху, корпусу,  предприятию:

допускается определять n_э по выражению

расчетная реактивная мощность принимается равной 

.

 

Исходные данные для расчета (графы 1 – 6) заполняются на основании  полученного задания на проектирование (графы 1 – 4) и согласно справочным материалам (графы 5, 6). Все электроприемники группируются по характерным категориям с одинаковыми  коэффициентами использования К_и и реактивной мощности tgj (cosj). Значения коэффициентов использования К_и и реактивной мощности tgj (cosj) для характерных групп электроприемников приведены в табл. П1. При наличии в справочных материалах интервальных значений К_и следует для расчета принимать наибольшее значение. В каждой строке указываются электроприемники одинаковой мощности. При этом резервные электроприемники в расчете не учитываются, а номинальная мощность электродвигателей с повторно-кратковременным режимом работы не приводится к длительному режиму (ПВ = 100 %).

При определении расчетной  нагрузки цеха или другого узла питания  следует учитывать наличие однофазных электроприемников.

При включении однофазного  электроприемника на фазное напряжение он учитывается в графе 2 как эквивалентный  трехфазный электроприемник номинальной  мощностью

                                     

,                                (8)

 

где р_н.о – номинальная активная мощность однофазного электроприемника, кВт; q_н.о – номинальная реактивная мощность однофазного электроприемника, кВАр.

При включении однофазного  электроприемника на линейное напряжение он учитывается как эквивалентный  электроприемник номинальной мощностью

 

                                  

.                              (9)

 

При наличии группы однофазных электроприемников последовательность их учета в электрической нагрузке цеха следующая:

1. однофазные электроприемники распределяются по фазам;
2. определяется нагрузка каждой фазы от однофазных электроприемников:

                                       

                                   (10)

 

3. определяется общая нагрузка каждой фазы от однофазных и трехфазных электроприемников:

 

                                   

                              (11)

 

где – установленная мощность трехфазных электроприемников, кВт;

4. определяется неравномерность загрузки фаз по формуле:

 

                                   

,                              (12)

 

где P_н.max, P_н.min – установленные мощности наиболее и наименее загруженной фазы соответственно, кВт.

При наличии группы однофазных электроприемников, которые распределены по фазам с неравномерностью, не превышающей 15 % по отношению к общей  мощности трехфазных и однофазных электроприемников  в группе, они могут быть представлены в расчете как эквивалентная  группа трехфазных электроприемников  с той же суммарной номинальной  мощностью.  
В случае превышения указанной неравномерности номинальная мощность эквивалентной группы трехфазных электроприемников принимается равной утроенному значению мощности наиболее загруженной фазы.

Далее для каждой характерной  группы электроприемников  
в графах 7 и 8 соответственно записываются построчно величины К_иP_н и К_иP_нtgj. В итоговой строке определяются суммы этих величин: и .

Средневзвешенный (групповой) коэффициент использования для  данного узла питания определяется по формуле:

 

                                         

.                                     (13)

 

Значение K_и.гр заносится в графу 5 итоговой строки.

Для последующего определения  эффективного числа электроприемников n_э в графе 9 построчно определяются для каждой характерной группы электроприемников одинаковой мощности величины и в итоговой строке – их суммарное значение .

Эффективным числом электроприемников  называется такое число однородных по режиму работы электроприемников  одинаковой мощности, которое обусловливает  те же значения расчетной нагрузки, что и группа различных по мощности электроприемников.

Эффективное число электроприемников  определяется по формуле:

                                             .                                       (14)

 

Найденное по формуле (14) значение n_э округляется до ближайшего меньшего целого числа.

В зависимости от средневзвешенного  коэффициента использования, эффективного числа электроприемников и постоянной времени нагрева сети определяется и заносится в графу 11 коэффициент  расчетной нагрузки К_р.