2.4 Выбор номинальных напряжений

Систему электроснабжения можно подразделить на систему внешнего электроснабжения) воздушные и кабельные линии от узловых подстанций энергосистемы до ПГВ, ГПП, ГРП) и систему внутреннего электроснабжения (распределительные линии от ПГВ, ГПП, ЦРП до цеховых трансформаторных подстанций). Сети внутреннего электроснабжения делятся на внутризаводские, межцеховые и внутрицеховые. При выборе номинального напряжения внешнего участка сети принимаются во внимание существующее напряжение возможных источников питания энергосистемы, расстояние от этих источников до предприятия и нагрузка предприятия в целом. От выбора рационального напряжения схемы зависят параметры линии электропередач, выбираемое оборудование подстанции, размеры капитальных вложений, расход цветного металла, потери электроэнергии и эксплуатационные расходы.

Рациональное напряжение можно определить аналитическим путем с помощью эмпирической формулы Илларионова:

,

или по формуле:

где P – передаваемая максимальная мощность МВт,

ℓ – расстояние от точки подключения линии до подстанции, км.

В питающих и распределительных (межцеховых) сетях небольших и средних предприятий применяются номинальные напряжения 6 и 10 кВ. Следует применять напряжение 10 кВ как более экономичное. Напряжение 6 кВ используется при преобладании на проектируемом предприятии электроприемников с напряжением 6 кВ. В ряде случаев электроснабжение электроприемников с напряжением 6 кВ осуществляется по питающим линиям напряжением 10 кВ с последующей трансформацией на 6 кВ непосредственно для данных электроприемников.

Напряжение 660 В как внутрицеховое целесообразно на тех предприятиях, где по условиям расположения цехового технологического оборудования или окружающей среды нельзя или затруднительно приблизить цеховые трансформаторные подстанции к питаемым ими электроприемникам ЭП или на предприятиях с большой удельной плотностью электрических нагрузок, концентрацией мощностей и с большим числом двигателей в диапазоне мощностей 200 – 600 кВт. В случае применения напряжения 660 В возникает необходимость и в сетях 380 В для питания небольших электродвигателей и светотехнических установок. Наиболее широко применяется напряжение 380 / 220 В.

2.5 Построение графиков нагрузок и их анализ

Для определения количества потребления активной и реактивной энергии при проектировании электроустановок и для определения мощности трансформаторов ГПП строят суточные графики нагрузок для зимнего и летнего периода и годовые по продолжительности.

Из справочной литературы [2] рис. 2.13 с. 48 или по прил. Б выбирается типовой суточный график электрических нагрузок для заданной промышленности. Типовые графики построены в относительных единицах и выражают нагрузки в разные часы в процентах от максимальной, принимаемой за 100%. Для пересчета ординат в именованные единицы (кВт, квар), необходимо определить абсолютную величину максимальной расчетной нагрузки предприятия Р_р.п. (Q _р.п).

Все произведённые вычисления сводятся в табл. 2.14 и табл. 2.15 (отдельно для зимнего и летнего периодов).

Таблица 2.14- Построение графика нагрузок для зимнего периода

Нагрузки	Часы суток
	1	2	3	4	5	…	24
Р,%
Рt,кВт
Q,%
Qt,,квар

Таблица 2.15 - Построение графика нагрузок для летнего периода

Нагрузки	Часы суток
	1	2	3	4	5	…..	24
Р,%
Рt,кВт
Q,%
Qt,,квар

По данным Р_.t. и Q_t, для зимнего и летнего периодов строятся суточные графики активной и реактивной мощностей.

По суточным графикам строятся годовые графики по продолжительности для активной и реактивной мощности в порядке убывания.

При этом полагают, что зимний период длится 213 суток (7 месяцев), а летний – 152 суток.

Годовой график по продолжительности показывает длительность работы электроустановок в течение года с различными нагрузками. На этом графике по оси абсцисс откладывают продолжительность нагрузки в течение года (от 0 до 8760 часов), а по оси ординат – соответствующие нагрузки (в % и единицах мощности)

Годовой график нагрузки по продолжительности позволяет определить целый ряд величин и коэффициентов, которые используются в дальнейшем для выбора электрооборудования, расчёта электрических сетей и других целей.

Площадь годового графика по продолжительности представляет собой количество электроэнергии, потребленной предприятием в течение года:

Средняя годовая активная мощность Р_ср.г , равна:

,

Коэффициент заполнения графика нагрузки К_з.г. характеризует степень неравномерности режима работы электроустановки и определяется по формуле:

,

где: Р_р – расчётная максимальная нагрузка.

Годовое число часов использования максимума нагрузки:

Т_м = К_з.г. × 8760 = W / Р _р.п.мах.

Т_м показывает, сколько часов в году установка должна была бы работать с неизменной максимальной нагрузкой, чтобы потребить действительно потреблённое за год количество электроэнергии. В прил. Б табл. Б3 дано годовое число часов использования максимума для различных отраслей промышленности.

Количество, полученной потребителем электроэнергии можно определить по формуле:

W = Р _р.п.мах. × Т_м

Коэффициент использования активной установленной мощности К_и. характеризует степень использования установленной мощности

К_и .= Р_ср./ Р_у

где суммарная установленная мощность Р_у =  Р_ном., кВт

Пример расчета:

Для металлургического завода расчетная максимальная нагрузка составила P_p=12 МВт. Суточный график зимнего дня представлен на рис.5.1(Прил. . Б. рис. Б-м). Построить годовой график нагрузок, при условии, что нагрузка летнего дня на 20% меньше нагрузки зимнего дня. По годовому графику определить годовую электроэнергию, потребляемую предприятием, коэффициент заполнения графика нагрузок К_з.г., число часов использования максимума активной мощности Т_м .

Рис.2.4- Суточный зимний график активной и реактивной

Нагрузок

Решение: По графику рис.2.1 заполняется табл.2,16. По формуле (2.1) производится пересчет активной мощности, заданной в процентах (по графику) в именованные единицы (МВт).

Таблица 2.16 - Перевод типового графика нагрузок (%) в график нагрузки данного предприятия для зимнего и летнего периодов

часы	1-6	7-14	15	16-18	19	20-24
По суточному зимнему графику
P, %	80	100	90	95	85	95
Ppt зим	9,6	12	10,8	11,4	10,2	11,4
По суточному летнему графику
P, %	60	80	70	75	65	75
Ppt зим	7,2	9,6	8,4	9,0	7,8	9,0

По данным табл. 2.16 строим суточные графики зимних и летних суток.

Рис. 2.5. Суточный зимний и летний график.

Так как годовой график имеет ступенчатую форму, то нагрузку необходимо расположить в убывающем порядке, начиная с наибольшей (Р_max =12 МВт). Принимаем t_зимн= 213ч; t_летн = 152 ч.

t₁= 213∙9 = 1917 ч W₁ = 12∙1917 = 23004 МВт∙ч

t₂= 213∙7 = 1491 ч W₂ = 11,4∙1491 =16997 МВт∙ч

t₃= 213∙1 = 213 ч W₃= 10,8∙213 = 2300 МВт∙ч

t₄= 213∙1 = 213 ч W₄ = 10,2∙213 = 2173 МВт∙ч

t₅= 213∙ 6 + 152∙ 9 = 2646 ч W₅ = 9,6∙2646 = 25402 МВт∙ч

t₆= 152∙7 = 1064 ч W₆ = 9∙1064 = 9576 МВт∙ч

t₇= 152∙1= 152 ч W₇ = 8,4∙152 = 1277 МВт∙ч

t₈=152∙1= 152 ч W₈ = 7,8∙152 = 1186 МВт∙ч

t₉=152∙6= 912 ч W₈ = 7,2∙912 = 6566 МВт∙ч

Данные для построения годового графика сводим в табл. 2.17

Таблица 2.17 - Данные для построения годового графика нагрузки

№ ступени графика	P, %	Ppt., МВт	ti ,ч	W, МВт·ч
1	100	12	1917	23004
2	95	11,4	1491	16997
3	90	10,8	213	2300
4	85	10,2	213	2300
5	80	9,6	2646	25402
6	75	9,0	1064	9576
7	70	8,4	152	1277
8	65	7,8	152	1186
9	60	7,2	912	6566
итого			8760	88481

Годовой график активной нагрузки подстанции будет иметь вид, представленный на рисунке 2.6.

Рис. 2.6. Годовой график нагрузок

По зимнему графику определяем:

; ; МВт

Приложение А

Характерные графики суточных активных и реактивных нагрузок предприятий различных отраслей промышленности

рис.А.1-суточные графики нагрузок.

ТаблицаА-1

Графики нагрузок различных отраслей промышленности

а) угледобычи	д) цветной металлургии;
б) нефтепереработки;	е) химии;
в) торфоразработки;	ж) тяжелого машиностроения;
г) черной металлургии;	з) ремонтно-механических заводов

рис.А.2-суточные графики нагрузок.

ТаблицаА-2

Графики нагрузок различных отраслей промышленности

и) станкостроительных;	н) легкой промышленности;
к) автомобильных;	о) прядильно-ткацких фабрик;
л) деревообрабатывающей пром-ти;	п) печатных и отделочных фабрик;
м) целлюлозно-бумажной пром-ти;	р) пищевой промышленности