Розрахунок електричного навантаження

Визначення електричного навантаження є першим етапом проектування кожної системи електропостачання. Від правильної оцінки можливого навантаження залежать капітальні витрати в системі електропостачання, кількість кольорового металу, втрати електроенергії й експлуатаційні витрати. Помилки при визначенні електронавантаження призводять до погіршення техніко-економічних показників промислового підприємства в цілому.

При проектуванні й експлуатації систем електропостачання промислових підприємств і цивільних споруд є три види навантаження: активна потужність Р, реактивна потужність Q і струм І.

У розрахунках систем електропостачання підприємств і цивільних споруд використовуються наступні навантаження:

а) середнє навантаження за найбільш навантажену зміну для визначення розрахункового навантаження та кількості електроенергії;

б) розрахунковий півгодинний максимум активної та реактивної енергії для вибору елементів системи електропостачання за нагрівом, відхилення напруги й економічності рішень;

в) піковий струм для визначення коливань напруги, вибору апаратів захисту та їх уставок.

2.1.1 Розрахунок середньозмінного навантаження за найбільш завантажену зміну.

Розрахунок ведеться методом упорядкованих діаграм.

Для розрахунку потрібно мати відомість споживачів, план розташування споживачів електричної енергії.

З довідника по кожній групі однакових споживачів, об'єднаних за технологічним принципом виписуються коефіцієнти використання та коефіцієнти реактивної потужності.

Зводиться потужність споживачів повторно-короткочасного (ТВ) режиму до потужності довготривалого режиму за формулою, кВт

, (2.1)

де Р_пасп – паспортна потужність споживача, кВт;

ТВ_пасп – паспортна тривалість вмикання споживача, (в.о.).

Об'єднуються споживачі з однаковим коефіцієнтом використання k_в у групи і заносяться в таблицю 2.1.

Розраховується активна потужність групи (наприклад першої), кВт

, (2.2)

де: п_і – кількість споживачів у групі.

Реактивна потужність групи (наприклад першої), квар

, (2.3)

де: tg – коефіцієнт потужності, який відповідає cos .

Середньозмінна активна потужність, кВт

. (2.4)

Середньозмінна реактивна потужність, квар

. (2.5)

Подібним методом виконуються розрахунки по інших групах і заносяться в таблицю 2.1.

Таблиця 2.1 – Дані електричних навантажень

№ г рупи	Найменування електроприймачів	Кіл	Потужність при ТВ=100%	Сумарна потужність групи	cos	tg	Коефіцієнт kв	Середньо-змінна потужність групи
акт.	реакт.	акт. Рзм	реакт. Qзм
шт.	кВт	кВт	квар	-	-	-	кВт	квар
…
Разом по цеху:

2.1.2 Максимальне навантаження

Максимальне навантаження цеху (дільниці) знаходиться через коефіцієнт максимуму k_м і середньозмінне навантаження Р_зм, кВт

. (2.6)

Коефіцієнт максимуму є функцією ефективної кількості електроприймачів

. (2.7)

Ефективна кількість приймачів електроенергії може бути знайдена декількома способами.

Знаходимо допоміжну величину

m = P_{ном.макс} / Р_{ном.мін}, (2.8)

де Р_{ном.макс} – потужність найбільшого споживача;

Р_{ном.м ін} – потужність найменшого споживача.

Якщо т ≤ 3, то тоді n_еф = n, де n – дійсне число споживачів. Коефіцієнт максимуму знаходиться з таблиці довідника [1, с.54] і максимальна потужність розраховується за (2.6).

Коли т > 3, розраховується середній коефіцієнт використання для цеху

, (2.9)

де – встановлена потужність цеху (з таблиці 2.1).

Коли k_вс ≥ 0, 2, і т > 3 ефективна кількість приймачів

. (2.10)

Коли k_вс < 0, 2, розрахунок ведемо через відносні величини п_е*

п_е=п_е* ∙ п. (2.11)

п _* =n ₁/ п, (2.12)

де n ₁ – кількість електроприймачів, потужність яких не менше половини потужності найбільшого.

, (2.13)

де Р _{1 ном} – сумарна потужність електроприймачів, які входять в число n ₁.

Виходячи з величин n_* і P_* за таблицею [1, с.57] знаходиться n_е* і обчислюється п_е і k_м.

Максимальна реактивна потужність, квар

, при n_е ≤ 10, (2.14)

, при n_е > 10. (2.15)

Максимальна повна потужність, кВА

. (2.16)

2.1.3 Потужність для освітлення, кВт

, (2.17)

де – питома потужність, Вт/м²;

k_з – коефіцієнт запасу, (1, 3... 1, 6);

k_n – коефіцієнт попиту, (0, 8... 0, 95);

F_цех – площа цеху, м².

2.2 Компенсація реактивної потужності (застосування ТКРП)

Активна енергія перетворюється в інші види енергії. Реактивна енергія (потужність) потрібна для підтримування електричних або магнітних полів.

Основними споживачами реактивної потужності є асинхронні двигуни (65 %), і трансформатори (20 %).

Основними джерелами реактивної потужності є генератори електричних станцій, синхронні компенсатори, синхронні двигуни, тиристорні джерела, батареї статичних конденсаторів.

Надмірне споживання реактивної енергії з системи призводить до значних втрат активної енергії на передачу реактивної, втрат напруги, збільшення потужності трансформаторів підстанцій. Таким чином необхідно її генерувати якомога ближче до споживача. Для цехової підстанції приймається комплектна конденсаторна компенсаційна установка (ККУ) як найрозповсюдженіше джерело реактивної потужності. Але обладнання на компенсацію потребує витрат на придбання та експлуатацію. Тому остаточне рішення про встановлення такого обладнання приймається після техніко-економічного обґрунтування.

2.2.1 Знаходимо реактивну потужність, яку потрібно компенсувати

, (2.18)

де q_е – межа значення потужності, що виділяється цеху в період максимуму активної потужності;

tg – тангенс оптимального кута, який відповідає величині Q_e. Для системи " Дніпроенерго tg = 0, 2.

. (2.19)

2.2.2 З довідника [2] вибирається одна або дві ККУ, щоб забезпечити
Q_ку ≥ Q_{ку ном}.

2.2.3 Виконуємо техніко-економічне обґрунтування застосування ККУ.

Визначається вартість втрат активної енергії на компенсацію, грн.

, (2.20)

де ∆ Р_к – питомі втрати на компенсацію;

Т – річне число годин роботи, залежить від кількості та тривалості змін;

В ₀ – тариф на електроенергію.

Амортизаційні відрахування, грн.

, (2.21)

де φ – відсоток відрахувань;

k – капітальні витрати на ККУ.

Повні річні витрати, грн.

. (2.22)

Річна економія за рахунок зниження втрат активної енергії при зменшенні споживання реактивної потужності, грн.

, (2.23)

де k_вв – коефіцієнт використання втрат; для проектованої системи (0, 02... 0, 2). Приймається k_вв = 0, 13.

2.2.4 Висновок. Якщо річна економія перевищує повні річні витрати
(Е_ре > В_ку), то використання компенсувального обладнання доцільно.