3. Методические указания по проектированию

3.1. Расчет электрических нагрузок

Электрической нагрузкой согласно ГОСТ 19431-84 называется значение мощности, потребляемой электроустановкой в установленный момент времени. Определение электрических нагрузок является первым этапом проектирования любой системы электроснабжения, т. к. величина электрических нагрузок оказывает существенное влияние на выбор элементов и технико-экономические показатели проектируемой системы электроснабжения.

Перед расчетом электрических нагрузок необходимо привести основные характеристики электроприемников цеха в соответствии с табл. 8.

Таблица 8 Характеристики электроприемников цеха

Обозначение ЭП на плане цеха	Наименование ЭП	Номинальная мощность pн, кВт	Номинальный ток Iн, А	Коэффициент реактивной мощности tg (cos)	Коэффициент использования Kи	КПД η, %
1	2	3	4	5	6	7

Номинальные токи электроприемников определяются по формулам:

1. для трехфазных электродвигателей

; (1)

2. для остальных трехфазных электроприемников

; (2)

3. для однофазных электродвигателей, включенных на фазное напряжение

; (3)

4. для однофазных электродвигателей, включенных на линейное напряжение

; (4)

5. для остальных однофазных электроприемников, включенных на фазное напряжение

; (5)

6. для остальных однофазных электроприемников, включенных на линейное напряжение

, (6)

где P_н – номинальная мощность электроприемника, кВт; U_н – номинальное напряжение электроприемника, В; U_ф – фазное напряжение, В; η – КПД электроприемника; cosφ – коэффициент мощности электроприемника.

В практике проектирования систем электроснабжения применяют различные методы определения электрических нагрузок, которые подразделяются на основные и дополнительные.

К основным следует отнести методы определения электрических нагрузок:

• по установленной мощности и коэффициенту спроса (метод коэффициента спроса);

• по средней мощности и отклонению расчетной нагрузки от средней (статистический метод);

• по средней мощности и коэффициенту формы графика нагрузки;

• по средней мощности и коэффициенту расчетной мощности (метод коэффициента расчетной активной мощности).

К вспомогательным можно отнести методы определения электрических нагрузок:

• по удельному расходу электроэнергии на единицу выпускаемой продукции;

• по удельной нагрузке на единицу производственной площади.

С 1993 г. основным и обязательным нормативным документом по определению электрических нагрузок промышленных предприятий является РТМ 36.18.32.4-92 [1], который устанавливает порядок расчета электрических нагрузок по методу коэффициента расчетной активной мощности.

Расчетная активная мощность P_р – это мощность, соответствующая такой неизменной токовой нагрузке I_р, которая эквивалентна фактической изменяющейся во времени нагрузке по наибольшему возможному тепловому воздействию на элемент системы электроснабжения.

Коэффициент расчетной мощности К_р – это отношение расчетной активной мощности Р_р к значению К_иР_н группы электроприемников:

. (7)

Расчет электрических нагрузок электроприемников напряжением до 1 кВ выполняется по форме Ф636-92 (табл. 9) и производится для каждого узла питания (распределительного пункта, распределительного или магистрального шинопровода, цеховой трансформаторной подстанции), а также по цеху, корпусу в целом.

Таблица 9

Расчет электрических нагрузок (форма Ф636-92)

Исходные данные						Расчетные величины			Эффективное число ЭП**	Коэффициент расчетной нагрузки Кр	Расчетная мощность			Расчетный ток, А
по заданию технологов				по справочным данным							активная, кВт	реактивная, кВАр** при при	полная, кВА
Наимено-вание ЭП	Количество ЭП, шт.* n	Номинальная (установленная) мощность, кВт*		коэффициент использования Ки	коэффициент реактивной мощности
		одного ЭП	общая
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15

_______________

* Резервные электроприемники, а также электроприемники, работающие кратковременно, в расчете не учитываются.

** При расчете электрических нагрузок для магистральных шинопроводов, на шинах цеховых трансформаторных подстанций, в целом по цеху, корпусу, предприятию:

допускается определять n_э по выражению

расчетная реактивная мощность принимается равной

.

Исходные данные для расчета (графы 1 – 6) заполняются на основании полученного задания на проектирование (графы 1 – 4) и согласно справочным материалам (графы 5, 6). Все электроприемники группируются по характерным категориям с одинаковыми коэффициентами использования К_и и реактивной мощности tg (cos). Значения коэффициентов использования К_и и реактивной мощности tg (cos) для характерных групп электроприемников приведены в табл. П1. При наличии в справочных материалах интервальных значений К_и следует для расчета принимать наибольшее значение. В каждой строке указываются электроприемники одинаковой мощности. При этом резервные электроприемники в расчете не учитываются, а номинальная мощность электродвигателей с повторно-кратковременным режимом работы не приводится к длительному режиму (ПВ = 100 %).

При определении расчетной нагрузки цеха или другого узла питания следует учитывать наличие однофазных электроприемников.

При включении однофазного электроприемника на фазное напряжение он учитывается в графе 2 как эквивалентный трехфазный электроприемник номинальной мощностью

, (8)

где р_н.о – номинальная активная мощность однофазного электроприемника, кВт; q_н.о – номинальная реактивная мощность однофазного электроприемника, кВАр.

При включении однофазного электроприемника на линейное напряжение он учитывается как эквивалентный электроприемник номинальной мощностью

. (9)

При наличии группы однофазных электроприемников последовательность их учета в электрической нагрузке цеха следующая:

1. однофазные электроприемники распределяются по фазам;

2. определяется нагрузка каждой фазы от однофазных электроприемников:

(10)

3. определяется общая нагрузка каждой фазы от однофазных и трехфазных электроприемников:

(11)

где – установленная мощность трехфазных электроприемников, кВт;

4. определяется неравномерность загрузки фаз по формуле:

, (12)

где P_н.max, P_н.min – установленные мощности наиболее и наименее загруженной фазы соответственно, кВт.

При наличии группы однофазных электроприемников, которые распределены по фазам с неравномерностью, не превышающей 15 % по отношению к общей мощности трехфазных и однофазных электроприемников в группе, они могут быть представлены в расчете как эквивалентная группа трехфазных электроприемников с той же суммарной номинальной мощностью. В случае превышения указанной неравномерности номинальная мощность эквивалентной группы трехфазных электроприемников принимается равной утроенному значению мощности наиболее загруженной фазы.

Далее для каждой характерной группы электроприемников в графах 7 и 8 соответственно записываются построчно величины К_иP_н и К_иP_нtg. В итоговой строке определяются суммы этих величин: и .

Средневзвешенный (групповой) коэффициент использования для данного узла питания определяется по формуле:

. (13)

Значение K_и.гр заносится в графу 5 итоговой строки.

Для последующего определения эффективного числа электроприемников n_э в графе 9 построчно определяются для каждой характерной группы электроприемников одинаковой мощности величины и в итоговой строке – их суммарное значение .

Эффективным числом электроприемников называется такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое обусловливает те же значения расчетной нагрузки, что и группа различных по мощности электроприемников.

Эффективное число электроприемников определяется по формуле:

. (14)

Найденное по формуле (14) значение n_э округляется до ближайшего меньшего целого числа.

В зависимости от средневзвешенного коэффициента использования, эффективного числа электроприемников и постоянной времени нагрева сети определяется и заносится в графу 11 коэффициент расчетной нагрузки К_р.

В соответствии с [1] принимаются следующие постоянные времени нагрева:

• Т₀ = 10 мин – для сетей напряжением до 1 кВ, питающих распределительные шинопроводы, пункты, сборки, щиты. Значения К_р для этих сетей принимаются по табл. П2;

• Т₀ = 2,5 ч – для магистральных шинопроводов и цеховых трансформаторов. Значения К_р для этих сетей принимаются по табл. П3.

Расчетная активная мощность подключенных к узлу питания электроприемников напряжением до 1 кВ (графа 12) определяется по формуле:

. (15)

Расчетная реактивная мощность подключенных к узлу питания электроприемников напряжением до 1 кВ (графа 13) определяется следующим образом. Для питающих сетей напряжением до 1 кВ в зависимости от n_э:

при ; (16)

при . (17)

Расчетная реактивная мощность для магистральных шинопроводов и на шинах цеховых трансформаторных подстанций независимо от n_э определяется по формуле:

. (18)

Полная расчетная мощность (графа 14) определяется по формуле:

. (19)

К расчетной активной и реактивной мощности силовых электроприемников напряжением до 1 кВ при необходимости должны быть добавлены осветительные нагрузки Р_р.о и Q_р.о. Тогда полная расчетная мощность составит:

. (20)

При отсутствии конкретных данных осветительная нагрузка цеха приближенно может быть принята равной 5 % от силовой.

Расчетный ток (графа 15) определяется по формуле:

. (21)