Скачать: el.snab.zip [127,43 Kb] (cкачиваний: 2)  

Электроснабжение, релейная защита и автоматика

1.Современное состояние энергетики и проблемы в области электроснабжения. Общие сведения о системе электроснабжения

2.Определение понятия энергетической системы

3.Назначение электрических сетей и их конструктивное исполнение

4.Силовые трансформаторы и автотрансформаторы

5.Потребители электроэнергии и их классификация

6.Характерные приемники электроэнергии

7.Графики электрических нагрузок

8.Основные физические величины, характеризующие электроприемники

9.Показатели графиков электрических нагрузок

10.Определение электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм

11.Определение электрических нагрузок однофазных приемников и электрического освещения

12.Выбор местоположения подстанций

13.Расход электроэнергии

14.Потери мощности и электроэнергии в линиях

15.Реактивная мощность, основные ее потребители и необходимость компенсации

16.Источники реактивной энергии и размещение конденсаторных установок

17.Классификация схем электроснабжения предприятия

18.Схемы цеховых электрических сетей напряжением до 1000 В

19.Конструктивное выполнение цеховых сетей

20.КРУ напряжением до 1кВ

21.Цеховые трансформаторные подстанции. Выбор числа и мощности трансформаторов

22.Качество электроэнергии, основные и дополнительные показатели качества электроэнергии

23.Регулирование параметров напряжения. Продольно-емкостная и поперечная компенсация конденсаторами

24.Регулирование напряжения трансформаторами

25.КЗ, его виды, причины возникновения, последствия КЗ, способы снижения токов КЗ

26.Релейная защита, классификация реле, основные требования, предъявляемые к релейной защите и автоматике

27.Основные принципы действия релейной защиты

28.Вторичные вспомогательные цепи

29.Защита воздушных и кабельных линий электропередачи

30.Релейная защита электродвигателя

31.Защита трансформаторов и подстанций

32.Автоматическое включение резерва и наиболее распространенные схемы АВР

33.Автоматическое повторное включение и наиболее распространенные схемы АПВ

34.Автоматическая разгрузка по частоте и току

1.Современное состояние энергетики и проблемы в области электроснабжения. Общие сведенияо системе электроснабжения

Российская энергосистема включает в себя различные типы электростанций. Установленная мощность всех учтенных электро­станций составляет 205 ГВт, часть из которых подлежит демонтажу.

Суммарная протяженность линий электропередач всех классов напряжений энергосистемы России составляет более 2,5 млн. км.

Произведенная электроэнергия распределяется по отраслям в следующем соотношении:промышленность – 58 % от общего объ­ема потребления, транспорт – 9,9 %, сфера услуг – 11,8 %, жилищ­ный сектор – 11,5 %, сельское хозяйство – 8,8 %.

По экспертным оценкам потребление электроэнергии в России к 2010 году должно возрасти до 1200 млрд. кВт·ч.

В области электроснабжения промышленных предприятий существуют проблемы: 1)обеспечение требуемой надежностиэлектроснабжения и надлежащего качества электроэнергии при минимальных затратах.; 2)создание рациональных и достаточно гибких в эксплуатации схем, позволяющих обеспечивать оптимальные режимы электропотребления в нормальных условиях и близкие к ним в послеаварийных; 3)повсеместное внедрение автоматизированных систем контроля и учета электропотребления (АСКУЭ); 4)автоматизация управления системами электроснабжения; 5)создание и применение систем автоматизированного проек­тирования (САПР) и др.

Электроснабжение – обес­печение потребителей электрической энергией. Система электроснабжения (СЭС) предназначена для переда­чи, приема и распределения электроэнергии.

В системе электроснабжения можно выделить три вида электроустановок: 1)по производству электроэнергии – электрические станции; 2)по передаче, преобразованию и распределению электроэнергии – электрические сети и подстанции; 3)по потреблению электроэнергии в производственных и бытовых нуждах – приемники электроэнергии.

Электрической станцией называется предприятие, на котором вырабатывается электрическая энергия. На станциях различные виды энергии с помощью электрических машин, называемых генераторами, преобразуются в электрическую энергию.

Электростанции разделяются на следующие основные группы: тепловые, гидравлические, атомные, ветряные и др.

Приемником электроэнергии называется электрическая часть производственной установки, получающая электроэнергию от источника и преобразующая ее в механическую, тепловую, химическую, световую энергию, в энер­гию электростатического и электромагнитного поля.

Электрической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения электроэнергии, состоящая из подстанций и распределительных устройств, соединенных линиями электропередачи, и работающая на определенной территории.

Прием, преобразование и распределение электроэнергии происходят на подстанции– электроустановке, состоящей из трансформаторов или преобразователей электроэнергии, распределительных устройств, устройств управления, защиты, измерения и вспомогательных устройств.

2.Определение понятия энергетической системы

Установки по производству, преобразованию, распределению и потреблению электроэнергии и теплоты, связан­ные между собой электрическими и тепловыми сетями с общим ре­жимом управления, называют энергетической системой, а электри­ческую часть энергосистемы (генераторы, преобразовательные и распределительные устройства, линии электропередачи (ЛЭП) и потребители электроэнергии) — электрической системой.

В настоящее время производство, передача, распределение и потребление электроэнергииосуществляются в основном на трехфазном переменном токе частотой 50 Гц. Это объясняется относительной простотой преобразования переменного тока и широ­ким применением для привода промышленных механизмов неслож­ных надежных трехфазных асинхронных двигателей. С помощью различных выпрямителей трехфазный переменный ток преобразуют в постоянный.

Для сокращения количества исполнений электрооборудования установлены номинальные значения напряжений генераторов, трансформаторов, сетей и приемников электроэнер­гии напряжением до и выше 1000 В переменного тока.

Потребности в электроэнергии, как в промышленности, так и в быту покрываются в основном за счет энергии, вырабатываемой на электростанциях.

Большую часть электроэнергии, как в России, так и в мировой энергетике вырабатывают тепловые, атомные и гидравлические электростанции.

Теплофикационные электростанции (ТЭЦ) строят вблизи по­требителей тепла, при этом используется обычно привозное топли­во. КПД дос­тигает 60-70 %. Теплофикационные электростанции существенно влияют на окружающую среду.

Атомные электростанции (АЭС) могут быть сооружены в лю­бом географическом районе не подверженном землетрясениям, в том числе и труднодоступном, но при наличии источника водоснабжения. АЭС предъ­являют повышенные требования к надежности работы оборудова­ния. КПД составляет 35-38 %. АЭС практически не загрязняют атмосферу. Трудной проблемой является захоронение или восстановление отработанных элементов.

Гидроэлектростанции (ГЭС) могут быть сооружены там, где имеются гидроресурсы и условия для строительства, что часто не совпадает с расположением потребителей электроэнергии. При наличии водохранилищ ГЭСможет быть использована для ра­боты в пиковой части суточного графика системы с частыми пус­ками и остановами агрегатов. КПД ГЭС составляет 85-87 %.

3.Назначение электрических сетей и их конструктивное исполнение

Электрическая энергия передается и распределяется с помощью ЛЭП и электрических сетей различных напряжений. Для выполнения электрических сетей применяются неизолиро­ванные (голые) и изолированные провода, кабели, токопроводы.

Голые провода не имеют изолирующих покровов. Их можно про­кладывать только в условиях, исключающих случайные прикосновения к ним людей. Прикосновение проводящим предметом к одному или нескольким проводам приведет к замыканию. Наибольшее рас­пространение голые провода получили на воздушных линиях, рас­положенных на открытом воздухе.

Большинство сетей напряжением до 1 кВ внутри помещений вы­полняются изолированными проводами, т. е. проводами, имеющи­ми изолирующие, а иногда защитные покровы.

Воздушной линией электропередачи называют ус­тройство для передачи электроэнергии по проводам. Воздушные линии состоят из трех элементов: проводов, изоля­торов и опор.

Кабелем называют многопроволочный провод или несколько скрученных вместе изолированных проводов помещенных в об­щую герметичную оболочку. В зависимости от назначения и условия работы кабельные линии могут прокладываться в грунте (траншейная прокладка), по конструк­циям (в трубах, на полках, по стенам, в коллекторах и т.д.).

Токопроводомназывают устройство, предназначенное для кана­лизации электроэнергии при открытой прокладке в производствен­ных и электротехнических помещениях, по опорным конструкциям, колоннам, зданиям.

Материалами для токоведущих частей проводов и кабелей явля­ются медь, алюминий, их сплавы и сталь.

Медь - один из лучших проводников электрического тока, и по­этому необходимые технико-экономические показатели (потери электроэнергии) можно получить при меньших сечениях медных проводов, чем при проводах из других материалов. Медные провода хорошо противосто­ят влиянию атмосферных условий и большинству химических реа­гентов, находящихся в воздухе.

Алюминий - проводимость примерно в 1,6 раза меньше проводимости меди, но все же достаточно высока, чтобы его можно было использовать в качестве токопроводящего материала. Действию атмосферных явлений алюминий противосто­ит так же хорошо, как и медь.

Стальные провода используются в тех случаях, когда требуется передать небольшую мощность и требуется небольшое сече­ние, например, в сельских сетях. Существенный недо­статок стальных проводов - их высокая коррозия. Для повышения коррозионной стойкости стальные провода изготавливают из оцинкованной меди.

Прием, преобразование и распределение электроэнергии происходят на подстанции– электроустановке, состоящей из трансформаторов или преобразователей электроэнергии, распределительных устройств, устройств управления, защиты, измерения и вспомогательных устройств.

Все множество подстанций, которые используются в СЭС раз­личных объектов, принято делить на следующие группы: 1)Узловая распределительная подстанция (УРП). Они предна­значены для распределения электрической энергии на напряжении 110...500 кВ, используются на особо крупных предприятиях и в энергосистемах; 2)Главные понизительные подстанции (ГПП), предназначены для понижения напряжения, например, до уровня напряжения внутризаводского электроснабжения. Устанавливаются на средних и крупных предприятиях, городах и поселках; 3)Подстанции глубокого ввода (ПГВ), назначение которых аналогичное ГПП. Используются на предприятиях с большой террито­рией, где отдельные крупные потребители расположены на доста­точно большом расстоянии друг от друга; 4)Центральные распределительные подстанции 6, 10 кВ (ЦРП) и промежуточные (РУ, РП), предназначены для распределения электроэнергии без понижения напряжения в городских и поселковых сетях, а также в сетях внутризаводского электроснабжения; 5)Цеховые (городские) трансформаторные подстанции (ТП), предназначенные для понижения напряжения до уровня 380...660 В; 6)Электротехнологические подстанции;7)Преобразовательные, тяговые подстанции и подстанции дру­гого назначения.

4.Силовые трансформаторы и автотрансформаторы

Силовые трансформаторы являются основным электрическим оборудованием электроэнергетических систем, обеспечивающим передачу и распределение электроэнергии на переменном трехфаз­ном токе от электрических станций к потребителям. В зависимости от числа обмоток транс­форматоры разделяются на двухобмоточные и трехобмоточные.

В настоящее время применяются трансформаторы следующих стандартных номинальных мощностей: 25, 40, 63, 100, 160,250, 400, 630, 1000, 1600, 2500, 4000, 6300, 10000, 16000, 25000, 32000, 40000, 63000, 80000, 160000 кВА и номинальных напряжений: 0,127, 0,22, 0,38, 0,66,6,3, 10, 35,110, 220, 330,500 кВ.

Условные обозначения типов трансформаторов состоят из букв, которые обозначают: первые буквы: О - однофазный, Т - трехфазный; последние буквы: Н – выполнение одной обмотки с устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН); Р – трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напря­жения; Т – трехобмоточный трансформатор; М, Д, ДЦ, С, 3 – система охлаждения трансформаторов.

После буквенного обозначения типа трансформатора в числителе дроби указывается номинальная мощность (кВА), в знаменате­ле – напряжение обмотки ВН (кВ).

Регулирование коэффициента трансформации можно осущест­влять при включенном (под нагрузкой) или отключенном трансфор­маторе. Трансформаторы с регулированием напряжения под на­грузкой (РПН) применяют на электрических станциях и районных подстанциях. Регулирование напряжения трансформаторов с переключением без возбуждения (ПБВ) производится на подстанциях промышленных предприятий. Переключение без возбуждения осуществляется после отключе­ния всех обмоток от сети при помощи ответвлений обмотки ВН или СН.

Функции изоляции и охлаждающей среды выполняет трансфор­маторное масло, заполняющее бак.

В зависимости от мощности трансформаторов применяют раз­личные виды охлаждения: естественное масляное (М); масляное с воздушным дутьем (Д); то же, с принудительной циркуляцией масла (ДЦ); масляно-водяное с естественной циркуляцией масла (MB); то же, с принудительной циркуляцией масла (Ц); с естест­венным воздушным охлаждением в трансформаторах с сухой изо­ляцией (С); с негорючим диэлектриком (Н); буква (З) обозначает, что трансформатор без расширителя и за­щита осуществляется с помощью азотной подушки.

Группой соединений называют угловое (кратное 30°) смещение векторов между одноименными вторичными и первичными линейными напряжениями холостого хода трансформатора. Возможны четыре схемы соеди­нения силовых трансформаторов: звезда Y, звезда с выведенной нейтралью Y_H, треугольник ∆, зигзаг Z.

Автотрансформаторы применяются при небольших коэффици­ентах трансформации (менее 2), при которых они более экономич­ны, чем трансформаторы. Автотрансформаторы при­меняются в сетях напряжением 220 кВ и выше для регулирования напряжения (линейные регуляторы).

Автотрансформаторы с первичным напряжением ВН 220 кВ имеют номинальные мощности 32, 63, 125 и 200 MBА.

Маркировка автотрансформаторов начинается с буквы А.

Номинальной мощностью автотрансформатора называется предельная мощность, которая может быть передана через автотрансформатор на стороне ВН.

Типовой мощностью называется мощность, пере­даваемая электромагнитным путем. Отношение типовой мощности S_ТИП к номинальной S_HOM называется коэффициентом выгодности автотрансформатора α= (1-1/k). Здесь k – коэффициент транс­формации. S_TИП = αS_HOM.

5.Потребители электроэнергии и их классификация

Потребителем электрической энергии называется электроприем­ник или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории. Прием­ником электрической энергии называется аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии.

При определении электриче­ских нагрузок промышленного предприятия потребители электроэнергии системати­зируются по следующим техническим показателям: 1)Режим работы:длительный,при котором электрические машины могут работать длительное время, причем превышение температуры отдельных частей машины не выходит за пределы, устанавливаемые стандартом; кратковременный, при котором рабочий период не настолько длителен, чтобы температуры отдельных частей машины могли достигнуть установившегося значения, период же остановки машины настолько длителен, что машина успевает охла­диться до температуры окружающей среды; повторно-кратковремен­ный (ПКР), при котором рабочие периоды чередуются с периодами пауз, а длительность всего цикла не превышает 10 мин. При этом нагрев не превосходит допустимого, а охлаждение не достигает темпера­туры окружающей среды. ПКР характеризуется ПВ; 2)Номинальная (установленная) мощность. Под номинальной активной мощностью Р_ном электродвигателя понимают мощность, развиваемую им на валу при номи­нальном напряжении, а для других электроприемников - потребляемую ими из сети мощность также при номинальном напряжении. Под номинальной реактивной мощностью Q_номприемника понима­ется реактивная мощность, потребляемая им из сети при номиналь­ной активной мощности и номинальном напряжении. Этот параметр принято указывать в виде коэффициента мощности cosφ = P/S или коэффициента реактивной мощности tgφ = Q/P, где Р, Q и S - соответственно активная, реактивная и полная мощности;3)Номинальное напряжение. Номинальные напряжения электроприемников определяют напряжения питающей сети, вы­ходное напряжение индивидуальных преобразователей или других источников питания; 4)Род тока. По роду тока все потребители электроэнергии можно раз­делить на три группы: работающие от сети переменного тока нор­мальной промышленной частоты (50 Гц), работающие от сети пе­ременного тока повышенной или пониженной частотыи работаю­щие от сети постоянного тока. Основной род тока, на котором работают электроустановки промышленных предприятий, – перемен­ный трехфазный ток частотой 50 Гц; 5)Частота переменного тока. По частоте переменного тока, на которой работают электроприемники, различают электроприемники промыш­ленной, повышенной и пониженной частоты. Стандартной промышленной частотой в России, странах ближнего зарубежья и Европы, а также во многих странах других континен­тов является частота 50 Гц; во всех других - 60 Гц. В экономиче­ском плане частота 60 Гц выгоднее, чем 50 Гц, т.к. оборудование, работающее на этой частоте, имеет меньшую массу и габариты; 6)Число фаз. Преимущественное большинство электроприемников промыш­ленных предприятий являются трехфазными. Значительно реже используются однофазные и двухфазные ЭП; 7)Степень бесперебойности электроснабжения. ПУЭ все электроприемники разделяются на три категории: Кэлектроприемникам 1-й категории относятся электроприем­ники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хо­зяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологическо­го процесса, нарушение функционирования особо важных элемен­тов коммунального хозяйства. Эти электроприемники должны иметь питание от двух независимых и взаимно резервируемых источников. Перерыв электроснабжения электроприемников 1-й категории может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. Кэлектроприемникам II-й категории относятся электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, простою работы, механизмов, транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Электроснабжение таких электроприемников рекомендуется осуществлять от двух независимых и взаимно резервирующих друг друга источников питания.К электроприемникам III-й категории относят все электроприемники, не под­ходящие под определения электроприемников I-й и II-й категорий. Питание их можно осуществлять от одного источника. Перерыв электроснабжения допустим не более чем на одни сутки.

6.Характерные приемники электроэнергии

Силовые общепромышленные установки.К этой группе прием­ников относятся компрессоры, вентиляторы, насосы и подъемно-транспортные устройства. Двигатели компрессоров, вентиляторов и насосов работают при­мерно в одинаковом режиме (длительном). Характер нагрузки, как правило, ровный, особенно для мощ­ных установок.

Подъемно-транспортные устройства работают в повторно кратковременном режиме. Для этих устройств характерны частые толчки нагрузки.

По бесперебойности питания эти устройства должны быть отнесены (в зависимости от места работы и установки) к потребителям 1-й и 2-й категорий.

Электрические осветительные установки. Характер нагрузки равномерный, без толчков, но ее значение изменяется в зависимости от времени суток, года и географического положения. Кратковременные (несколько секунд) аварийные перерывы в пи­тании осветительных установок допустимы. Продолжительные пе­рерывы (минуты и часы) в питании для некоторых видов производ­ства недопустимы. В таких случаях применяется резервирование питания от второго источника тока.

Преобразовательные установки. В зависимости от типа преобразователей тока преобразовательные установки делятся на: 1)полупроводниковые преобразовательные установки; 2)преобразовательные установки с ртутными выпрямителями; 3)преобразовательные установки с двигателями-генераторами; 4)преобразовательные установки с механическими выпрямите­лями.

Преобразовательные установки широко применяются в электролизных установках для получения электролитиче­ских алюминия, свинца, меди и пр., во внутризаводском элек­трическом транспорте для откатки, подъема, различных видов перемеще­ния грузов и т.п. Режим работы дает достаточно равномерный и симметричный по фазам график нагрузки. Эти установки могут быть отнесены к приемникам 1-й и 2-й категорий.

Электродвигатели производственных механизмов. Этот вид при­емников встречается на всех промышленных предприятиях. Коэффициент мощности колеблется в широких пределах в зависимости от технологического процесса. По надежности электроснабжения эта группа приемников относится, как правило, ко 2-й категории.

Электрические печи и электротермические установки. По способу превращения электрической энергии в тепловую можно разделить на: 1)печи сопротивления;2)индукционные печи и установки; 3)дуговые электрические печи; 4)печи со смешанным нагревом.

Печи по способу нагрева подразделяются на печи косвенногои прямого действия. Нагрев ма­териала в печах косвенного действия происходит за счет тепла, выделяемого нагревательными элементами при прохождении по ним электрического тока.

В печах прямого действия нагрев осуществляется теплом, выде­ляемым в нагреваемом изделии при прохождении по нему электри­ческого тока.

Большинство печей в отно­шении бесперебойности электроснабжения относятся к приемникам электрической энергии 1-й и 2-й категории.

Электросварочные установки как приемники делятся на уста­новки, работающие на переменном и постоянном токе.

Электросварочные установки постоянного тока состоят из дви­гателя переменного тока и сварочного генератора постоянного тока. При такой системе сварочная нагрузка распределяется по трем фазам в питающей сети переменного тока равномерно, но гра­фик ее остается переменным.

Электросварочные установки переменного тока представляют собой однофазную нагрузку в виде сварочных трансформаторов, с неравномерной нагрузкой фаз.

С точки зрения надеж­ности питания, сварочные установки относятся к приемникам элек­трической энергии 2-й категории.

7.Графики электрических нагрузок

Электрические нагрузки являются определяющим факто­ром как при проектировании СЭС, так и при ее эксплуатации. Преувеличение ожидаемых нагрузок при проектировании по сравнению с реально возникающими нагруз­ками при эксплуатации объекта приводит к перерасходу материалов, увеличению капитальных вложений. Преуменьшение - к излишним потерям мощности в сетях, перегреву, повышенному износу и сокра­щению срока службы электрооборудования. Обычно при определении ожидаемых нагрузок считают допустимыми ошибки в ± 10%.

Наиболее полную информацию о режимах электропотребления электроприемников несут в себе графики электрических нагрузок: Р = f(t), Q = f(t), I = f(t). Графики электрических нагрузок подразделяются: на инди­видуальные и групповые, а по продолжительности - на сменные, суточные и годовые.

Индивидуальные графики используются при определении па­раметров токоведущих элементов сетей, питающих отдельные крупные электроприемники (электрические печи, и т.п.). Кроме того, по ним определяются различные коэффициенты, характери­зующие режим работы этих приемников и используемые при про­ектных и других расчетах.

Групповые графики снимаются с целью определения показате­лей, характеризующих связи индивидуальных и групповых графи­ков, а также коэффициентов, используемых, например, при определении расчетных нагрузок узлов СЭС. Кроме того, групповые гра­фики позволяют правильно выбрать питающие источники и рацио­нальные схемы электроснабжения.

Сменные графики нагрузок, как правило, снимаются в наибо­лее загруженную смену. По ним определяются различные интегральные коэф­фициенты, используемые при расчетах электрических нагрузок.

Годовые графики нагрузок формируют из суточных графиков, снятых за характерные сутки (летние, зимние, выходные и празд­ничные). Их, как правило, представляют в виде упорядоченного графика по продолжительности.

По годовым графикам нагрузок находят такие параметры, как число часов использования максимума активной и реактивной на­грузки соответственно Т_им.а и Т_им.р и число часов максимальных потерь - τ, которые используются при технико-экономических расчетах.

Графики нагрузок снимают регистрирующими приборами и, чаще всего, по показаниям счетчиков электрической энергии за равные промежутки времени. В последнем случае они имеют сту­пенчатую форму, где мощность каждой ступени равняется ее сред­нему значению за соответствующий интервал времени (30 минут).

8.Основные физические величины, характеризующие электроприемники

При проектировании и эксплуатации СЭС в зависимости от решаемой задачи приходится оперировать разными мощностями для одного и того же электроприемника:

1)Номинальная мощность - мощность, обозначаемая на заводской табличке или паспорте, прилагаемом к электроприем­нику. Все величины, относящиеся к одному ЭП, обозначают строчными буквами, а к группе - заглав­ными. Тогда номинальную активную мощность одного электроприемника будем обозначать как р_ном (строчные), а соответствующую ей ре­активную - q_ном.Для группы электроприемников обозначения этих же мощностей будут иметь вид - Р_ном и Q_ном , причем

; ; где п - число электроприемников в группе.

2)Средняя мощность - постоянная во времени мощность, при которой в течение периода наблюдений Т потребляется такое же количество электрической энергии, что и при реальной изменяющейся во времени нагрузке. В условиях эксплуатации средние мощности могут быть най­дены по показаниям счетчиков электрической энергии ; ;где W_a и W_p- активная и реактивная энергии, потребленные элек­троприемниками за период наблюдения Т.

3)Среднеквадратичная мощность. Среднеквадратичные ак­тивная, реактивная и полная мощности за любой рассматриваемый интер­вал времени Т определяются по следующим выражениям при непрерывных графиках нагрузок р = f (t) и q = f (t)

; ;

4)Максимальные мощности. Максимальные значения ак­тивнойр_м, Р_м и реактивной q_м, Q_м мощности представляют собой наибольшие из соответствующих средних величин за некоторый промежуток времени Т

5)Расчетная мощность. Под расчетной мощностью Р_р пони­мается такая постоянная во времени нагрузка элемента СЭС, которая эквивалентна реальной нагрузке Р =f(t) по наиболее тяжелому из двух тепловых воздействий: максимальному перегреву элемента над температурой окружающей среды и тепловому износу изоляции. Если расчетную мощность, определенную из условия макси­мального перегрева, обозначим через Р_р1,а из условия теплового износа изоляции - Р_р2, то в качестве расчетной мощности принима­ется наибольшая из них, т.е. Р_р = тах(Р_р1, Р_р2).

9.Показатели графиков электрических нагрузок

К показателям графиков электрических нагрузок относятся следующие коэффициенты:

1)Коэффициент использования по активной мощности. Под коэффициентом использования по активной мощности по­нимается отношение средней мощности за наиболее загруженную смену (цикл) к номинальной. Так, для одного электроприемника ; где Т - рассматриваемый интервал времени, как правило, - одна смена или цикл. Для группы электроприемников коэффициент использования определяется путем суммирования взвешенных значений коэффи­циентов использования всех электроприемников. При этом в каче­стве весовых коэффициентов γ_t принимаются отношения номи­нальных мощностей отдельных электроприемников к суммарной установленной мощности всей группы в целом

;

Аналогично могут быть определены и коэффициенты исполь­зования по реактивной мощности. Численные значения k_иа приводятся в справочной литературе.

2)Коэффициент включения. Коэффициент включения характеризует степень использова­ния электроприемников во времени, и представляет собой отноше­ние времени включения ко времени цикла ; где t_{раб ,} t_хх, t_пауз - продолжительности работы под нагрузкой, холо­стого хода и паузы между включениями. Для группы электроприемников в целом коэффициент включе­ния определяется путем суммирования взвешенных значений коэф­фициентов включения отдельно взятых электроприемников группы

;

Информация для определения k_e берется из графиков электри­ческих нагрузок.

3)Коэффициент спроса. Коэффициент спроса определяется отношением расчетной мощности к номинальной. В соответствие с этим коэффициенты спроса установленной мощности одного электроприемника и груп­пы приемников в целом будут определяться соответственно по сле­дующим выражениям ; ; Значения k_са для отдельных групп электроприемников приво­дятся в справочной литературе.

4)Коэффициент максимума. Представляет собой отношение расчетного максимума активной нагрузки группы электроприемников к средней нагрузке за наиболее нагруженную смену, он служит для перехода от средней нагрузки к максимальной:

5)Коэффициент энергоиспользования. Неравномерность нагрузки по сменам, работу в праздничные дни, а также сезонные колебания нагрузки учитывает годовой ко­эффициент энергоиспользования К_Э.Г, который устанавливает связь между средними активными нагрузками за смену Р_С и среднегодо­выми нагрузками Р_С.Г:

где Р_С.Г- среднегодовая нагрузка, равная;Т_Г - годовое число часов работы.

,где Т_СМ - продолжительность смены; Т_ПР - годовое число часов, на которое сокращена продолжительность работы в предвыходные (предпраздничные) дни; m - число нерабочих дней в году; n - число смен; К_Р - коэффициент, учитывающий время ремонта и другие про­стои, принимаемый равным 0,96...0,98. Коэффициент энергоиспользования К_Э.Г изменяется в пределах 0,55...0,95.

6)Расход электроэнергии за смену. Расход электроэнергии за смену Э_СМ,необходимый для подсчета средней мощности Р_СМопределяется на действующих пред­приятиях по показаниям счетчиков за время наиболее загружен­ной смены Т_СМ. Эту же величину можно также подсчитать по расходам электроэнергии на единицу удельной ω_уд и произведенной продукции М_СМза Т_СМ.

Тогда средняя мощность

10.Определение электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм

Для оп­ределения электрических нагрузок составляют сводную ведомость установленной, расчетной и суммарной расчетной мощности по установке, цеху или предприятию.Данный метод является в настоящее время основным при разработке технических и рабочих проектов электроснабжения. По этому методу расчетная максимальная нагрузка группы электроприемников

(5.1)

Здесь групповую номинальную мощность Р_ном определяют как сумму номинальных мощностей электроприемников, за исключе­нием резервных.

Для группы электроприемников одного режима работы средние активная и реактивная нагрузки за наиболее загруженную смену определяются по формулам ; (5.2)

где tgφ соответствует средневзвешенному cosφ харак­терному для электроприемников данного режима работы.

Коэффициент максимума активной мощности К_макс определяют по справочным таблицам в зависимости от эффективного числа электроприемников группы n_эф или по диаграмме в зависимости от группового коэффициента использования К_и иn_эф.

Эффективное (приведенное) число электроприемниковn_эф – это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного максимума Р_макс, что и группа электроприемников, различных по мощности и режиму работы:

(5.4)

Для определения эффективного числа электроприемников применяется коэффициент m

(5.5)

При определении m допускается исключать мелкие электроприемники, суммарная мощность которых не превышает 5% номинальной мощности всей группы. Эффективное число электроприемников n_эф выбирается в зависимости от коэффициентов n, К_и, m.

Для электроприемников с практически постоянным графиком нагрузки величина К_макс принимается равной единице и максималь­ная расчетная мощность нагрузки определяется по средней мощ­ности нагрузки за наиболее загруженную смену: (5.6)

Реактивная максимальная расчетная мощность группы электро­приемников с различными режимами работы(5.7)

В соответствии с практикой проектирования принимают

Q_макс=1,1Q_см при n_эф≤10;Q_макс=Q_см при n_эф<i>>10.

Если в группе электроприемников цеха или предприятия имёются электроприемники, работающие с опережающим током, их реактивные мощности Q_c принимаются со знаком минус и вычитаютсяиз общей реактивной мощности. После определения Р_макс и Q_макс можно подсчитать полную мощность:

(5.8)

Расчетный максимальный ток для электроприемников соответ­ственно переменного и постоянного тока ; (5.9)

Следует отметить, что расчет нагрузок не может быть доста­точно точным из-за возможных

изменений исходных данных и не­точности расчетных коэффициентов с учетом динамики изменения коэффициентов во времени. Поэтому при расчете нагрузок допус­каются погрешности ±10%.

11.Определение электрических нагрузок однофазных приемников и электрического освещения

Однофазные электроприемники, включенные на фазные и междуфазные напряжения и распределенные по фазам с неравномерностью не выше 15%, учитываются как трехфазные той же суммарной мощности. При превышении указанной неравно­мерности расчетная нагрузка однофазных электроприемников при­нимается равной тройной нагрузке наиболее загруженной фазы.

При числе однофазных электроприемников до трех условная трехфазная номинальная мощность Р_иом.у определяется следующим способом:

а)при включенииэлектроприемников на фазноенапряжениеφ

где S_п — паспортная мощность; Р_нои.ф — номинальная мощность максимально нагруженной фазы;

б)при включении однофазных электроприемников на линейное напряжение при одном электроприемнике ; при двух-трех электроприемниках

Максимальная нагрузка однофазных электроприемников, вклю­ченных на фазное или линейное напряжение при числе их более трех при одинаковых К_ии cosφ определяется по формулам

;

В качестве электрических источников света на промышленном предприятии используются газоразрядные лампы и лампы накали­вания.

Активная расчетная нагрузка осветительных приемников цеха определяется по удельной нагрузке и коэффициенту спроса:

где р_{уд ОН} - удельная нагрузка осветительных приемников (ламп); F_Ц - площадь пола цеха, определяемая по генплану; К_{с ОН} - коэффи­циент спроса осветительной нагрузки.

Лампы накаливания на предприятиях в основном используются в качестве аварийного освещения, которое служит для временного продолжения работы или для эвакуации людей из помещения при внезапном отключении рабочего освещения. Для ламп накалива­ния tgφ_л.н=0.

Газоразрядные лампы на предприятии используются как основ­ные источники света (составляют примерно 75% от общей мощнос­ти осветительной нагрузки), обеспечивающие нормальную работу производства, для них реактивная мощность определяется по фор­муле

где tgφ_ОН=0,33.

12.Выбор местоположения подстанций

Проектирование системы электроснабжения предприятия предусматривает рациональное размещение на ее территории заводской и цеховых подстанций. Для нахождения места их размещения на генплан предприятия нано­сится картограмма нагрузок Р_i представляющая собой окружности, площади которых πR_i² в выбранном масштабе m равны расчетной нагрузке Р_i, соответствующих цехов. Следовательно, если Р_i= πR_i ², то где m – масштаб для определения площади круга.

Имея картограмму нагрузок цехов и координаты х_i, у_i, их расположения на генплане предприятия (рис.5.1.), можно определить центр электрических нагрузок – ЦРП (точку А), координа­ты которой будут ;

Местоположение заводской (ГПП) и цеховых подстанций (ТП) должно быть вблизи центра их нагрузок, что сокращает протя­женность, а следовательно, стоимость и потери в питающих и распределительных сетях электроснабжения предприятия. Местоположение ГПП и ТП уточняют с учетом наличия ограни­чений по прокладке электрических сетей вне и внутри предприятия и сравнивают приведенные затраты на их сооружение при различ­ном местоположении подстанций

13.Расход электроэнергии

График электрических нагрузок строят на основании данных о значениях нагрузки отдель­ных групп потребителей с учетом режима их работы. Суммируя нагрузки отдельных групп потребителей, получают сум­марный график нагрузки предприятия. Суммарная нагрузка на шинах напряжением выше 1000 В определяется с учетом нагрузки высоковольтных потребителей (Р_вв, Q_вв ), потерь мощности в трансформаторах (ΔР_т, ΔQ_т) и потерь в высоко­вольтной линии (ΔР_л, ΔQ_л). До окончательного выбора мощности трансформаторов и па­раметров высоковольтной сети предварительно принимают поте­ри в трансформаторах и линиях.

(6.1); (6.2) ; (6.3)

где S_н.н — расчетная мощность на шинах низшего напряжения до 1000 В за максимальною нагру­женную смену с учетом потерь в этой сети.

Суммарные активная и реак­тивная мощности нагрузки на ши­нах напряжением выше 1000 В:

(6.4) (6.5)

где К_совм- коэффициент совме­щения максимумов нагрузок (0,9–0,95); Р_н.н, Q_н.н – соответ­ственно активная и реактивная мощности на шинах низшего напряжения до 1000В.

Годовые расходы активной W_год и реактивной V_год энергии опре­деляются как сумма расходов электроэнергии силовых потребите­лей (W_сил,V_сил), осветительных потребителей (W_осв), активной и реактивных потерь электроэнергии в высоковольтных линиях (W_л,V_л) и трансформаторах (W_т,V_т,): (6.6); (6.7)

Годовой расход электроэнергии силовыми электроприемниками при средней активной Р_сри средней реактивной Q_cp нагрузках при времени Т_сил за максимально нагруженную смену соответственно составит (6.8); (6.9)

где T_год— фактическое время работы потребителя в год; α — коэф­фициент сменности по энергоиспользованию.

При средней мощности нагрузки осветительных установок Р_осв.сргодовой расход электроэнергии для освещения (6.10)

Годовое число часов работы силовых электроприемников Т_сил и число часов горения ламп электрического освещения Т_осв.ср берется из справочной литературы.

Годовая продолжительность работы силовых приемников зави­сит от характера производства и технологического процесса и может быть определена из выражения

(6.11)

где m – число нерабочих дней в году; n – число смен; Т_см – продолжительность смены, ч; K_р – коэффициент, учитывающий время ремонта и другие простои производства, принимаемый рав­ным 0,96–0,98; Т_пр – годовое число часов, на которое сокращена продолжительность работы в предвыходные и предпраздничные дни.

Зная годовой расход активной и реактивной энергии, можно определить средневзвешенный годовой коэффициент мощности: (6.12)