Понятие расчетной электрической нагрузки

Как известно, в технических данных элемента системы электро­снабжения указывается неизменная во времени токовая нагрузка, длительно допустимая по условиям его нагрева I_доп. Очевидно, что для выбора элемента согласно табличным значениям допустимых токовых нагрузок по графику переменных нагрузки I_t последний необходимо сначала заменить эквивалентным по эффекту нагрева простейшим графиком I = I_расч, где I_расч и есть определяемая рас­четная нагрузка из данного графика. Наиболее часто расчетную на­грузку определяют в соответствии с максимальной температурой нагрева элемента. Таким образом, расчетной нагрузкой по пику тем­пературы называют такую неизменную во времени нагрузку I_расч, которая обуславливает в элементе тот же максимальный перегрев, что и заданная переменная нагрузка I_t.

Практически важно уметь по возможности просто, хотя бы с определенной погрешностью, оценить расчетную нагрузку для дан­ного графика.

Эффективное значение нагрузки определяет среднюю величину потерь мощности в проводнике, а следовательно, и средний пере­грев элемента; последний всегда меньше максимального, кроме слу­чая неизменной во времени нагрузки, когда оба перегрева равны. Расчетный ток I_расч всегда превышает эффекитивный I_э и тем более средний I_с токи. Отсюда вытекает неравенство где I_max, - наибольшее (максимальное) текущее значение тока в дан­ном графике.

Это неравенство дает достаточно наглядную, однако слишком грубую оценку расчетной нагрузки I_расч. Гораздо большая точность в оценке достигается с помощью понятия максимума средней (или эффективной) нагрузки I_maxΘ за скользящий интервал времени Θ.

Действительно, поскольку нагрев проводника является результа­том воздействия на него нагрузки за некоторое время, средняя нагруз­ка I_Θ за интервал времени Θ характеризует нагрев проводника более точно, чем наибольшая мгновенная нагрузка _{Imax t} в том же интервале.

Нетрудно убедиться, что существует оптимальная длительность интервала осреднения Θ_oпт, при которой средняя нагрузка I_Θ при про­чих равных условиях наиболее точно характеризует изменение на­грева проводника за время t + Θ_опт. Очевидно, что длительность ин­тервала осреднения не должна быть мала из-за необходимости учета интегрального воздействия нагрузки на перегрев проводника. Но дли­тельность интервала осреднения не должна быть слишком велика, так как внутри большой длительности интервала даже при меньшей нагрузке возможен значительный пик графика, который успеет выз­вать значительный перегрев проводника. Иными словами, при чрез­мерно большом интервале осреднения Θ связь между значениями средней нагрузки и наибольшего перегрева в данном интервале бу­дет потеряна.

Следовательно, оптимальное значение Θ_опт должно быть возмож­но меньшим, но все же достаточным по величине для того, чтобы наибольший перегрев проводника наступал в конце интервала ос­реднения. Доказано, что оптимальный интервал осреднения следу­ет принимать равным трем постоянным времени нагрева провод­ника, т. е. Θ_опт = 3 Т_о.

После того как найдено наибольшее значение I_{max Θопт}, остается найти соответствующее значение расчетной нагрузки I_расч. Прак­тически с достаточно большой степенью точности можно принять

Таким образом, максимальная средняя нагрузка за интервал вре­мени Θ_опт = 3 T_о принимается равной расчетной нагрузке I_расч, в этом и заключается принцип максимума средней нагрузки.

Отметим, что для графиков с высокой неравномерностью (боль­шой вариацией), например, для резкопеременных нагрузок, расчет­ную нагрузку необходимо приравнять максимуму эффективной, а не средней нагрузки.

Для определения расчетных нагрузок групп приемников необ­ходимо знать установленную мощность (сумму номинальных мощ­ностей) всех электроприемников группы и характер технологичес­кого процесса.

Расчетная нагрузка определяется для смены с наибольшим по­треблением энергии данной группы ЭП - электроприемников, це­хом или предприятием в целом для характерных суток. Обычно наиболее загруженной сменой является смена, в которой использу­ется наибольшее число агрегатов (дневная).

«Указания по расчету электрических нагрузок систем электро­снабжения» (РТМ 36.18.32.0.1 - 89) допускают применение следую­щих методов определения расчетных нагрузок.

1. По удельным расходам электроэнергии и плотностям нагрузки:

а) при наличии данных об удельных расходах электроэнергии на единицу продукции в натуральном выражении э_уд и выпускае­мой за год продукции М по формуле

где Т_max - годовое число часов использования максимума активной мощности.

Величина э_уд является интегральным показателем расхода элек­троэнергии на единицу продукции, в который входит и расход элек­троэнергии на вспомогательные нужды производств, и освещение цехов. Пределы средних значений удельных расходов по отдельным видам продукции приводятся в соответствующих справочниках.

б) при наличии данных об удельных плотностях максимальной нагрузки на квадратный метр площади цеха р_уп и заданной величи­не этой площади F_ц по формуле

Расчетные удельные нагрузки p_уд зависят от рода производства и выявляются по статистическим данным. Этот метод применяется для определения расчетной нагрузки для производств с относитель­но равномерно распределенной по производственной площади на­грузкой (механические и механосборочные цехи, осветительные установки). Для осветительных нагрузок р_{уд ОН} = 8... 25 Вт/м², а для силовых нагрузок p_{уд CH} обычно не превышают 0,3 кВт/м².

2. По коэффициенту спроса К_с.

Определение расчетной нагрузки по коэффициенту спроса при­меняется при отсутствии данных о числе электроприемников и их мощности, об удельном потреблении электроэнергии на единицу продукции или удельной плотности нагрузок на 1 м² площади цеха. В соответствии с методом коэффициента спроса допускается (на ста­дии проектного задания и при других ориентировочных расчетах) определять нагрузку предприятия в целом по средним величинам коэффициента спроса по формуле

Значения коэффициента спроса зависят от технологии производ­ства и приводятся в отраслевых инструкциях и справочниках.

3. По коэффициенту расчетной активной мощности К_р.

Определение расчетной нагрузки по коэффициенту расчетной ак­тивной мощности применяется при наличии данных о числе ЭП, их мощности и режиме работы для определения нагрузки на всех сту­пенях распределительных и питающих сетей (включая трансфор­маторы и преобразователи).