Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Параметры электропотребления и расчетные коэффициенты
Расчетная величина электрических нагрузок Р определяет технические решения, диктуя затраты на изготовление электротехнических изделии, на создание и развитие энергосистем, на построение и функционирование объектов электрики. Ожидаемые Рр определяют электроснабжение всех уровней. Опыт показал, что Рр систематически завышаются и что проблемы расчета Рр не могут быть решены в рамках существующих теорий. Уже в 60-е годы обнаружилось, что применение указаний, основанных на методе упорядоченных диаграмм, не обеспечило допустимую погрешность расчетов ± 10%. Внедрение в черной металлургии (1976 г.) системной оценки количественно определило масштабы явления: ошибки Рр составляют 50—200%, фактическая загрузка силовых трансформаторов - 25—40%, распределительных сетей - 20—30%, коэффициент спроса находится на уровне 0,2—0,25%. Такое положение характерно и для других отраслей. Отсутствие анализа исходных данных (известных к моменту принятия решения по схеме электроснабжения при проектировании, во время эксплуатации и др.), отрыв расчета от технологических, временных и человеческих факторов, нечеткость представления, для каких целей, стадий проектирования и уровней системы электроснабжения выполняется расчет, порождают путаницу в терминологии, проявляющуюся в применении понятий, имеющих разный физический смысл, но одинаковое математическое представление. Понятие Рр многозначно и применяется, во-первых, как связанное с физическим процессом протекания электрического тока, во-вторых, для нормирования, оплаты и других целей, связанных с управлением электропотреблением. Исторически, со времен Вольта и Ома, греющее действие электрического тока поставило вопрос о выборе сечения проводников. И сейчас выбор элементов электрической сети из условий нагрева является одним из основных этапов проектирования. Максимальная температура перегрева проводника с постоянной времени нагрева Тн в общем случае определяется уравнением теплового баланса, решаемым до конечного результата только для неизменного во времени t графика нагрузки I(t) = const, т. е. для электроприемников, имеющих постоянную во времени нагрузку, как на рис. 2.1. Для большинства приемников нагрузка во времени изменяется. На линиях 6УР, секциях РУ 5УР и 4УР, линиях и трансформаторах, связывающих 5УР, 4УР, ЗУР, нагрузка меняется непрерывно (исчезающие мала вероятность сохранения нагрузки для двух последовательных интервалов D t, сравнимых с часто применяемым интервалом дискретизации, равным 3 мин). Закон изменения нагрузки, например на протяжении года, достаточно сложен. Подключение, соединение электроприемников в группу на распределительном щите или на подстанции порож-
дает случайный характер нагрузки, где уравнение теплового баланса, в том числе (2.3), неразрешимо из-за математических трудностей. Поэтому выбор сечения проводника по нагреву производят не по максимальной температуре перегрева, а по расчетной токовой нагрузке Ip, которая определяется на основании принципа максимума средней нагрузки, предложенного Н. В. Копытовым и теоретически обоснованного Г. М. Каяловым:
0 £ t £ T - q, (2.4)
где q - длительность интервала осреднения, принимаемая для графиков нагрузки, практически неизменных во времени, равной q =ЗTН (во всех остальных случаях q < ЗTН). Для распространенных сечений F постоянная времени нагрева Tн равна:
Для оценки нагрева проводников правильнее использовать закон Джоуля-Ленца и вести расчет по максимуму среднеквадратичного (эффективного) тока для каждого изменения за время dt. Расчетный ток Ip, равный максимуму среднего тока, есть приближение, обеспечивающее инженерную точность при построении схемы электроснабжения. В простейшем случае, когда нагрузка постоянна, принимают I = const = Ip. При переменной нагрузке, когда график чаще всего случайный, использование выражения (2.4) приводит к эквивалентному по эффектам нагрева расчетному току I который вызывает в проводнике или такой же максимальный нагрев над окружающей температурой, нрти тот же тепловой износ изоляции, что и заданная переменная нагрузка I(t). Ток Ip обычно определяют по расчетной активной нагрузке
(2.5)
где Uном — номинальное напряжение; cosjр — расчетный коэффициент мощности. В качестве расчетной нагрузки применяют среднюю нагрузку по активной мощности 0 £ t £ T - q (2.6)
за интервал реализации продолжительностью Т, который связывают с (постоянной времени нагрева Тн. Условно принимают Тн =10 мин,
тогда q = 30 мин независимо от сечения проводника, что и приводит к понятию получасового максимума Ртах. Использование для понятия расчетного максимума Рр значения получасового максимума Рmax ведет к завышению сечений проводников, мощностей трансформаторов и др. Существует тенденция, усиливаемая внедрением ЭВМ и созданием информационных банков знаний, к уменьшению интервала осреднения, например до 1—5 мин при управлении электропотреблением, и к увеличению до 1 ч и более, например при оценке работы инерционных агрегатов (часовая производительность, удельные нормы). В зависимости от конструкции, условий прокладки для каждого проводника указывается неизменный во времени нормируемый (номинальный) ток Iном, длительно допустимый по его перегреву. Например, по ПУЭ допустимый ток для трехжильных кабелей напряжением 10 кВ сечением токопроводящей жилы 185 мм2 с алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке, прокладываемых в земле, составляет 310 А. Ток принят из расчета прокладки в траншее на глубине 0,7—1 м не более одного кабеля при температуре земли + 15 °С, с удельным сопротивлением земли 120 см - К/Вт и с допустимой температурой жилы кабеля +60 °С. При прокладке нескольких кабелей рядом в зависимости от расстояния между ними и от их количества вводится понижающий коэффициент до 0,75. По току I выбирают ближайшее сечение, номинальный ток которого с учетом всех расчетных коэффициентов больше (Iном ³ Ip) Таким образом, при проверке на нагрев проводников любого назначения принимается получасовой максимум тока I тах, наибольший из средних получасовых токов данного элемента. Выбор сечений проводников в отношении предельно допустимого нагрева производится с учетом не только нормальных, но и послеаварийных режимов, а также режимов в период ремонта и возможных неравномерностей распределения токов между линиями, секциями шин и т. д. Кроме определения сечений элементов системы электроснабжения по нагреву максимальная нагрузка Ртах необходима для определения потерь и отклонений напряжения, максимальных потерь мощности сетях, для выбора элементов электрических сетей по экономической плотности тока, для определения тока трогания релейной защиты, для выбора плавких предохранителей и уставок выключателей, для проверки самозапуска электродвигателей, колебаний напряжения в сетях и в других случаях, когда необходимо рассчитать элементы электрической сети или их режимы, опираясь в пределе на законы Максвелла. Наряду с использованием получасового максимума активной мощности Ртах в этом классическом смысле это понятие стало с 70-х годов применяться к максимальной 30-минутной мощности, заявляемой промышленными предприятиями в договорах с энергосистемами.
на 6УР, а с 80-х годов — к лимиту электрической мощности — предельно допустимому (разрешаемому энергосистемой) значению получасовой активной мощности предприятия в часы максимальных нагрузок энергосистемы (часы прохождения максимума в энергосистеме). Для простоты далее будем рассматривать идеальный случай, когда расчетная (проектная или иная) максимальная нагрузка совпадает с фактической максимальной, замеренной каким-либо способом, и равна максимальной заявленной на 6УР (на уровне предприятия): Рр = Ртах = Рф. Заявленный максимум не передается по конкретному проводу, не трансформируется одним трансформатором, не отключается одним выключателем: физически нет тока, соответствующего расчетной мощности Рр и определяемого из (2.5). Положение усложняется, если учитывать: максимальную электрическую нагрузку в часы утреннего Pmax у и вечернего Ртах в максимумов нагрузки; ночной максимум; максимальную нагрузку, превышающую заявленную и лимит, которая может быть разрешена, если есть резерв в энергосистеме; максимальную нагрузку, соответствующую проектной технологической производительности; максимальную нагрузку, согласованную энергосистемой для подключения; перспективную максимальную проектную нагрузку; максимальную нагрузку при осуществлении регулирования режима электропотребления (управление потребителями-регуляторами) и др. Таким образом, при решении вопросов электроснабжения определяющей величиной является расчетная электрическая нагрузка, которая принимается равной получасовому максимуму Ртах. Этот максимум может находиться по данным конкретных электроприемников и применяться для расчетов электрических сетей и их элементов (опираясь на теоретические основы электротехники). Но он может и рассчитываться с учетом системных свойств предприятия, устойчивости развития и устойчивости структуры. Такой Ртах нужен при выборе схем электроснабжения предприятий, производств и цехов, определении их объемов электропотребления, решении вопросов присоединения к энергосистеме, определении основных групп электрооборудования, капитальных вложений, штатов. Рост числа элементов по уровням сверху вниз приводит к тому, что расчеты, которые жестко определяют каждый элемент системы электроснабжения, возможны лишь при многих допущениях для 6УР и 5УР. Для более низких уровней системы электроснабжения возможны лишь локальные расчеты (для данной секции РП, цеховой ТП, распределительного шкафа). Как физическая величина электрическая нагрузка есть электрическая мощность P(t). Если электрическая энергия А, совершая работу, расходуется равномерно в течение времени t, то Р = A/t. Изменение
электрических нагрузок во времени представляют таблицами (временными рядами), указанием нагрузок для характерных режимов, например периодов расплавления, окисления и рафинирования дуговой сталеплавильной печи, или определенного временного интервала: получаса, часа, смены, суток, недели, месяца, года. Наиболее полно нагрузки во времени изображаются графически (рис. 2.4), Различаются графики нагрузки: 1) индивидуальные - графики электрических приемников; 2) групповые - слагаемые из индивидуальных графиков с учетом взаимозависимости нагрузок по условиям технологии. Групповые графики могут применяться при выборе оборудования и проводников, питающих группы электроприемников (главным образом для 2УР); 3) потребителей в целом, питающихся 01 6УР - 4УР, для которых учет всего многообразия индивидуальных графиков практически счетного множества электроприемников делает невозможным применение прямых методов расчета (даже при наличии всех графиков к моменту принятия технического решения). Для графиков важен интервал осреднения Dt, сумма которых определяет 30-минутный интервал, принимаемый за расчетное время. Для индивидуальных графиков Dt должно соответствовать физике изучаемого процесса. Например, для рельефных сварочных машин Dt должно быть весьма малым из-за резкопеременного режима работы, отображаемого графиком нагрузки, который приведен на рис. 2.5, где время импульса сварки t1 = 0,04 ¸ 0,12 с; время паузы между импульсам
t2 = 0,02 ¸ 0,2 с, число импульсов 2-10, время замены деталей t0 = 4 ¸ 200с, время цикла tц. Регистрация ординат графиков нагрузки группы электроприемников, подключенных к какому-либо коммутационному аппарату 2УР, и графиков потребителей 6УР-4УР существующими регистрирующими приборами может осуществляться с любым интервалом осреднения, например 3 мин (рис. 2.6). При измерении на одном электрическом присоединении с интервалом ДГ = 3 мин общее число регистрируемых точек за сутки составит 24 - 60/3 = 480, всего за год 175 200. Такое количество измерений затрудняет использование графика на рис. 2.6 на большом временном интервале и для большого числа присоединений. Кроме технических трудностей съема информации, суммирования результатов, регистрации и обработки существуют и экономические ограничения (затраты на аппаратуру, затраты труда). Современная техника позволяет осциллографировать электрические величины для наблюдения коротких импульсов и регистрации интервалов, например меньших полупериода частоты переменного тока. Но
эта точность при измерении нагрузок оказывается неиспользуемой из-за индуктивных и емкостных сопротивлений электрической сети, датчиков и преобразователей, соединительных проводов. Любой график, приборно определенный или теоретически рассчитанный, имеет погрешность. Переход к большим интервалам, например от интервалов по рис. 2.6 к получасовым интервалам, увеличивает погрешность. Точность расчета электрических нагрузок, опирающаяся на графики, не может быть выше априорной точности графиков. Если индивидуальные графики нагрузки электроприемников известны и возникает необходимость аналитического формирования групповых графиков нагрузки, то применимы автокорреляционная функция индивидуального графика нагрузки kp(t), рассматриваемого как реализация стационарного случайного процесса,
и взаимно корреляционные функции всех пар индивидуальных графиков
где p(t), pv(t), Ps (t) - индивидуальные графики нагрузки; Рср, Рv ср, Ps c p - средние значения нагрузки (средняя мощность) для этих графиков. Среднее значение нагрузки за время цикла Площадь под ломаной графика нагрузки потребителя на рис. 2.6 есть энергия Л. Выделим интервал t0-30 за первые 30 мин. Тогда где p(t) — неизвестное фактическое изменение мощности во времени; Pсp i — средняя мощность за i-й интервал осреднения (Dt = 3 мин);
Рmax — расчетный получасовой максимум нагрузки, соответствующий выражениям (2.4) и (2.6): Ртах= Рр. Чтобы получить Ртах, достаточно, используя равенство (2.10), снять показания счетчика электроэнергии, пересчитать их в киловатт-часы и разделить на 0,5 ч. Отклонение от Ртах учитывается счетчиком, определяющим среднюю нагрузку Рср за интервал, например t3-6 и t15-16 Суммирование, проводимое счетчиком за 30 мин, упрощает допущения о значении и вероятности изменения нагрузки за Dt. Из рис. 2.6 очевидно, что величина Ртах зависит от начала отсчета. Если определить Ртах в интервале t15_45, то получим DР = + 9. Технически возможно рассчитывать Ртах за 30-минутный интервал, начинающийся с любого момента. Возникает вопрос о цели таких измерений и их экономической целесообразности, которая оправдывается при регулировании электропотребления предприятий и при создании систем управления электрическими нагрузками. Пока, как правило, измерение производится в фиксированное время, совпадающее с началом часа. Усредненные по (2.10) максимумы фиксируются, образуя суточный график (рис. 2.7), состоящий из 48 точек. На суточном графике выделяют утренний Ртах у и вечерний Ртах в (обычно больший) максимумы и ночной провал, когда нагрузка опуска-
ется до минимума Pmin. Часы прохождения утреннего и вечернего максимумов задаются энергосистемой. Наибольший из Рmax y или Pmax в принимается за суточный максимум (при регулировании максимум может не совпадать с этими значениями) и наносится на годовой (месячный, квартальный) график нагрузки. Наибольший из суточных максимумов в течение квартала должен приниматься за заявленный Рзтах и оплачиваться. В этом случае фактический расчетный и заявленный максимумы будут совпадать: Рфmax = Рp = Рзmax =Рmax. Аналогично (2.9) или (2.10) определяется среднесуточная мощность: Рс.сут = (1/48) åРсi, где Рсi - средняя нагрузка на получасовой интервал (см. рис. 2.7), или
Графики наглядно характеризуют электрическую нагрузку (и многие другие стороны работы предприятия, например ритмичность, использование оборудования по сменам). Но в инженерной практике оперировать с графиками неудобно, и поэтому при расчетах электрических нагрузок, согласовании технических условий на электроснабжение предприятий, лимитировании и управлении электропотреблением оперируют показателями, применение которых достаточно практически для всех расчетов. Выражения (2.10) и (2.11) дают основания для введения ряда показателей. Особенность аппаратурного измерения величин Р и А заключается в том, что измерение мощности сводится к измерению напряжения и тока [см. (2.5)]. Фиксирование этой мощности во времени дает площадь А = РТ — электропотребление: расход электроэнергии, регистрируемый счетчиком. Таким образом, для действующих предприятий на высших уровнях системы электроснабжения 6УР, 5УР, 4УР всегда имеется достоверная величина - расход электроэнергии за отчетный период: смену, сутки, неделю, месяц, квартал, год. Годовая отчетность для 6УР есть государственная статистическая отчетность, отчетность для 5УР (частично и для 4УР) - ведомственная, которая может быть положена в основу отраслевых информационных банков по удельным и общим расходам электроэнергии. Используем наиболее известную и достоверную величину А. Если площадь А = const и А = РСТ, где Т — число часов в сутках, в году (Tг = 8760 ч) и т. д., то при работе предприятий с нагрузкой, равной Ртах, это же количество электроэнергии А было бы израсходовано за число часов Tм, называемое числом часов использования максимума (из рис. 2.7 Тм = 17 ч; Т = 24 ч) или продолжительностью использования максимальной нагрузки. Для годового электропотребления
6УР, 5УР, 4'Р можно записать Из всех интервалов, усредненных на Dt = 30 мин, нагрузка с 21 ч до 21 ч 30 мин является максимальной (рис. 2.7). Именно эта нагрузка, являясь средней за некоторый интервал времени, иллюстрирует положение, согласно которому максимальная нагрузка Ртах, принимаемая при расчете, есть максимальная из средних нагрузок. Это положение распространяется на любой интервал, в том числе на квартал, год. Развитие вычислительной техники и потребности в регулировании электропотребления требуют уменьшения временного интервала (в идеале — ежесуточная заявка Ртах, реализован переход на заявку Ртах по месяцам). Определим коэффициент максимума по активной мощности как отношение максимальной нагрузки на интервале Т к средней: где средняя нагрузка Рс теоретически определяемая (2.9), практически находится как отношение расхода электроэнергии А к продолжительности временного интервала (2.11). Например, среднегодовая нагрузка предприятия (производства, цеха) Назовем установленной мощностью электроприемника Ру его номинальную мощность, указанную изготовителем электротехнического устройства (паспортная мощность, указанная в документации). Установленным назовем любой электроприемник, подключенный к электрической сети, работающий или неработающий, но могущий быть включенным или отключенным в любое время по технологическим требованиям, условиям безопасности, ремонтным соображениям. Установленная мощность дня любого присоединения и на любом уровне системы электроснабжения равна сумме установленных (номинальных) мощностей без каких-либо поправочных коэффициентов. В случае, например, установки трех насосов водоотлива с электроприводом, таких, что в нормальном режиме один обеспечивает удаление воды, второй включается взамен или аварийно, третий должен быть в готовом состояний к периоду интенсивного поступления воды (все три насоса могут быть в любом из трех состояний), установленная мощность двигателей насосов будет
При этом исключается неопределенность, которая вносилась исключением из (2.15) всех "заведомо резервных потребителей", простаивавших в дни производства записи (замера нагрузки) по причинам, не свойственным условиям нормальной эксплуатации. В расчетах часто используется номинальная (паспортная) мощность электродвигателя Рном — мощность, развиваемая на валу при номинальном напряжении. Это значит, что на зажимах электродвигателя и далее на 2УР и выше потребуется большая мощность, определяемая КПД электродвигателя и потерями в сети, которые изменяются при изменении загрузки электродвигателя и напряжения. Однако, несмотря на вносимую погрешность в расчетах используют паспортные данные электроприемников (Рном, Iном, cos j ). Определим коэффициент использования по активной мощности как отношение средней мощности к установленной: коэффициент спроса по активной мощности — как отношение максимальной нагрузки к установленной: Степень неравномерности графика нагрузки характеризуется коэффициентом заполнения графика нагрузки по активной мощности
При расчете электрических нагрузок для 6УР полезно сравнить для предприятий и цехов-аналогов установленную мощность электроприемников в целом Ру (с учетом освещения и электрозатрат на технологию: сварку, электронагрев, электроплавку и др.) с установленной мощностью электродвигателей РДВ = рср Д, учитываемую коэффициентом технологической нагрузки Для электроприемников 1УР и их групп 2УР (ЗУР), где сохраняет физический смысл ток (2.4) как протекающий по конкретному провод-
нику и отключаемый конкретным аппаратом, в некоторых случаях (например, при определении потерь мощности в проводнике, которые пропорциональны квадрату нагрузки) целесообразно введение понятия эффективной нагрузки рэ как суммы квадратов ординат графика P(t) (рис. 2.7), или в интегральной форме
где пределы интегрирования могут быть взяты не за цикл, а за сутки, год. Коэффициент формы индивидуального или группового графика по активной мощности Для 1УР и 2УР (ЗУР) имеет физический смысл коэффициент включения как отношение времени включения tв электроприемника ко времени цикла kв = tв/tц или как отношение номинальной мощности группы включенных электроприемников к установленной мощности группы Групповой коэффициент включение kb может определяться также как средневзвешенное (по номинальной активной мощности) значение коэффициентов включения всех приемников группы: Коэффициент загрузки электроприемника или группы по активном мощности есть отношение его средней загрузки за время включения в течение рассматриваемого времени к номинальной мощности: Отличие (2.24) от (2.16) заключается в том, что Ки учитывает загрузку работающих и наличие неработающих электроприемников, т. е. Ки = Кв Кз (при Кв =1; Ки = Кз). Заметим, что kc = KMKв K3 и что коэффициенты Кф, К в, Кз для высших уровней системы электроснабжения теряют физический смысл и практически неопределимы. По рассчитанной величине Рр = Ртах определяется максимальная реактивная мощность нагрузки
и полная мощность
Date: 2015-06-11; view: 2829; Нарушение авторских прав |