Расчетные методы определения нагрузок

 

 

1. Метод удельного потребления энергии на единицу продукции.

Необходимую электрическую мощность в цехах по предприятию и отдельным цехам можно определить по данным удельного потребления на единицу продукции, Wуд

Годовое потребление электроэнергии предприятием в целом или отдельными цехами.

Wгод = Wуд*Мгод

 

Максимальная расчетная мощность.

Рмакс = Wгод/Тмах,

где Тмах – годовое число часов использования максимума активной мощности, при котором предприятия потребляют такое же количество электроэнергии, как и при средней годовой нагрузке.

Тмах – металлургической промышленности 6500ч

Понятие потери и падения напряжения в электрических сетях.

 

Электрические сети напряжением до 1000В выбираются по току нагрузки, т.е. по нагреву.

Условие выбора:

Ip≤Iдоп – ток расчетный меньше или равен току допустимого.

Согласно ПУЭ потеря напряжения в силовых сетях не должна превышать ±5%, при большей потере затруднится пуск двигателя. В сетях освещения отклонения напряжения разрешается от – 2,5 до + 5%. При большем падении напряжении резко снижается световой поток.

 

Вектор тока откладываем под углом φ, соответствующему cos φ нагрузки. Падение напряжения на активном сопротивлении по фазе совпадает с вектором тока. Отрезок вс- падение напряжения на индуктивном сопротивлении, опережает вектор тока на 90°. Отрезок ас представляет собой геометрическую разность векторов напряжения в начале и в конце линии ΔŪф=Ū1-Ū2

В сетях напряжением до 35кВ угол θ мал (появляется из- за наличия емкостного тока).

Падение напряжения в линии складывается из продольной составляющей падения напряжения (отрезок аd), которое представляет собой алгебраическую разность между напряжением в начале и в конце линии и называется поперечной составляющей падения напряжения. Отрезок сd-называется поперечной составляющей падения напряжения, которым в сетях напряжением до 35кВ пренебрегают. Поэтому в сетях напряжением до 35кВ падение напряжения считается равным продольной составляющей

аd = аf + fd

аf из ∆ авf

аf=I*r*cosφ Р=√3*U*I*cosφ

fd=вg из ∆вcg Q=√3*U*I*sinφ

fd=вg=I*x*sinφ

ΔUф=аd=I*r*cosφ + I*x*sinφ

ΔUл=√3Uф=√3 (I*r*cosφ+ I*x*sinφ)

 

Если расчет сечения и проверка его по потерям напряжения ведется по нагрузочным токам потребителей, то ΔU% можно определить

 

 

Схемы силовых и осветительных сетей напряжением до1000В

Требования к электрическим схемам:

Схемы должны быть простыми удобными в эксплуатации, расходы на сооружение и материалы должны быть минимальными.

1. Радиальная схема

Характерна тем, что от источника питания отходят линии запитывающие распределительные пункты и крупные электроприемники, от которых в свою очередь отходят самостоятельные линии, запитывающие прочие мелкие электроприемники.

Достоинствами является: высокая надежность, легко применяются элементы автоматики.

Недостатки: несет дополнительные затраты на сооружение пунктов питания и дополнительный расход проводникового материала.

 

1. Магистральная схема

Применяется там, где нагрузка равномерно распределена по площади цеха. Схема простая, дешевая, но не обеспечивает достаточной надежности, т. к. при отключении одной магистрали отключается вся нагрузка. Для повышения надежности стали применять сквозные магистрали.

1. Смешанная схема.

Несет в себе элементы радиальной и магистральной схемы одновременно.

Основные определения величин реактивной мощности.

Потеря активной мощности складывается из потерь на передачу активной мощности ΔРа и из потерь на передачу реактивной мощности ΔРр

 

 

Формула показывает, что между потерями активной мощности и cosφ обратно пропорциональная связь, увеличивая cosφ мы уменьшаем потери активной мощности.

Компенсация реактивной мощности или повышение cosφ электроустановок имеет большое значение и является частью общей проблемы повышения КПД, работы системы электроснабжения и улучшения качества передаваемой электроэнергии.

или

снижение потерь активной мощности по отношению к передаваемой реактивной мощности называется коэффициентом понижения потерь Rпп или экономическим эквивалентом Rэкв,

которые зависят от cosφ электроустановок и от компенсирующих устройств, которые установлены.

Основными потребителями реактивной мощности являются:

1. Асинхронные двигатели 65 – 70%
2. Силовые трансформаторы 20 – 25%
3. Воздушные линии, люминесцентные лампы, реакторы, индукционные приборы, и т. д. ≈ 10%

Передача значительной реактивной мощности по сети невыгодна по следующим причинам:

1. Возникают дополнительные потери активной мощности и активной энергии.
2. Возникают дополнительные потери напряжения.
3. Загрузка реактивной мощностью сети уменьшает ее пропускную способность, следовательно требует увеличения сечения проводов и кабелей, увеличения номинальной мощности и числа трансформаторов на подстанции.

Вывод: Приведенные соображения вынуждают, где это только технически и экономически целесообразно, предусматривать дополнительные мероприятия по уменьшению реактивной мощности.

Мероприятия, не требующие применения компенсирующих устройств:

1. Упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования, а следовательно и к повышению коэффициента мощности;

2. Переключение статорных обмоток асинхронных двигателей напряжением до 1000В с треугольника на звезду, если их нагрузка составляет менее 40%;

3. Устранение режима холостого хода работы асинхронных двигателей без нагрузки путем установки ограничителей холостого хода;

4. Замена, перестановка и отключение трансформаторов загружаемых в среднем менее, чем на 30% от их номинальной мощности;

5. Замена мало загруженных двигателей меньшей мощности при условии, что изъятие избыточной мощности влечет за собой уменьшение суммарных потерь активной энергии в энергосистеме и двигателе;

6. Замена асинхронных двигателей синхронными двигателями той же мощности, где это возможно по технико-экономическим соображениям;

7. Применение синхронных двигателей для всех новых установок электропривода, где это приемлимо по технико-экономическим соображениям.

Мероприятия связанные с применением компенсирующих устройств:

1. Установка статических конденсаторов.

2. Использование синхронных двигателей в качестве компенсаторов.

Мероприятия по повышению коэффициента мощности, допускаемые в виде исключения:

1. Использование имеющихся на предприятии синхронных генераторов в качестве синхронных компенсаторов;

2. Синхронизация асинхронных двигателей, причем она допускается при нагрузке на валу не менее 70% от номинальной мощности и соответствующим технико-экономическим обоснованием.

 

Компенсирующие установки.

 

1. Статические конденсаторы (СК) – это специальные емкости для выработки реактивной мощности.

Р

Φ Q_сети

Q

S

Q_ку

Мощность одного элемента от 9 ÷ 150квар. При недостатке данной мощности элементы собирают в батареи конденсаторов (БК).

СК – по сравнению с другими средствами компенсации имеет ряд существенных преимуществ:

1. Малые потери активной мощности внутри самого конденсатора;

2. Простота монтажа в связи с малой массой и отсутствием фундамента;

3. Простота эксплуатации в связи с отсутствием трущихся и вращающихся частей;

4. Возможность использования для установки любого сухого помещения.

Недостатки:

1. Зависимость генерируемой мощности от напряжения;

2. Недостаточная прочность при перенапряжениях и к. з.;

Широкое применение конденсаторов потребовало создания комплектных конденсаторных установок (ККУ), которые бывают регулируемые на напряжение 380В и мощностью 110 ÷ 450квар и нерегулируемые на напряжение 6 ÷ 10кВ и мощностью 450 ÷ 1125квар.

1. Синхронные компенсаторы – этосинхронныедвигателиоблегченнойконструкциибезнагрузкина валу.

Работают в режиме вырабатывания (генерирования) реактивной мощности при возбуждении компенсатора и в режиме потребления реактивной мощности при недовозбуждении. За счет этого появляется возможность плавного регулирования реактивной мощности в сети.

Недостатки:

1. Большие габариты.

2. Необходимы фундамент и отдельное помещение.

3. Дорогие, сложны в эксплуатации, монтаже.

4. Шумный при работе.

5. Имеет больше потери активной мощности чем СК.

 

Регулирование напряжения.

 

Регулирование трансформаторов с ПБВ (Переключение без возбуждения) с отключением трансформатора от сети.

Данный способ регулирования напряжения работает по принципу изменения количества витков, которые регулируются при помощи замыкания сегмента определенных витков обмотки.

При замыкании сегмента на х1 у1 z1 количество витков уменьшается соответственно уменьшается ЭДС и как следствие снижается напряжение на 5%.

При замыкании сегмента на х2 у2 z2 ЭДС соответствует номинальному значению следовательно напряжение сети номинальное.

При замыкании сегмента на х3 у3 z3 количество витков увеличивается, следовательно, ЭДС увеличивается, соответственно напряжение увеличивается на 5%.

Недостатком способа является то, что регулирование осуществляется только при отключении трансформатора от сети.

Этот способ является сезонным.

Разновидностью регуляторов с ПБВ является регулятор барабанного типа, который встраивается в силовой трансформатор на каждую фазу.