Вопрос 12. Электрические нагрузки узлов электрических сетей, основные определения

Электрические нагрузки являются исходными данными для решения сложного комплекса технических и экономических вопросов, возникающих при проектировании электроснабжения военных объектов. Определение электрических нагрузок необходимо для выбора и проверки токоведущих элементов сети по нагреву и экономическим соображениям, расчета отклонений и колебаний напряжений, выбора компенсирующих установок и защитных устройств. От правильной оценки ожидаемых электрических нагрузок зависит рациональность выбора схемы и всех элементов сети. В практике проектирования для определения электрических нагрузок принята допустимая погрешность +10%.

Электрическая нагрузка — величина характеризующая потребление мощности отдельными приемниками или потребителями электроэнергии.

Приемник — индивидуальное устройство (электродвигатель, электрическая лампа и т. д.), потребляющее электрическую энергии.

Потребитель — совокупность приемников военного объекта в целом, объединенных в группы по следующим основным признакам:

• — напряжению, роду тока, частоте тока; требуемой степени бесперебойности питания и степени резервирования; технологическим связям и режимам работы; территориальному размещению и стабильности расположения электрооборудования;
• — схема электроснабжения.

Основными являются три вида нагрузок:

Активная мощность, реактивная мощность и ток. Изменение нагрузок во времени можно наблюдать по измерительным приборам и регистрировать самопишущим прибором. В условиях эксплуатации изменение нагрузки по активной и реактивной мощности во времени записывают, как правило, по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии, снятым через определенные равные интервалы времени.

Кривая изменения активной, реактивной или токовой нагрузки во времени называется графиком нагрузки соответственно по активной, реактивной мощности или току (рис. 4.4.). Графики нагрузок подразделяются на индивидуальные и групповые — для групп приемников электроэнергии. С точки зрения регулярности индивидуальные графики подразделяются на периодические, циклические, нециклические и нерегулярные. Групповые графики нагрузок по степени регулярности, зависящей от видов индивидуальных графиков, подразделяются на периодические, почти периодические и нерегулярные индивидуальные графики необходимы для определения отдельных мощных приемников электроэнергии с резко переменным характером нагрузки, но в большинстве случаев используются групповые графики нагрузок. Каждый военный объект имеет свои характерные суточные и годовые графики нагрузок.

Рис. 4.4. Суточный график нагрузки по активной мощности

Номинальная (или установленная) мощность приемников электроэнергии является достаточно достоверной исходной величиной для расчета электрических нагрузок. Длительно допустимая по нагреву суммарная номинальная мощность всех приемников групп дает первую, грубую оценку возможного верхнего предела значений расчетной групповой нагрузки. При этом номинальная мощность приемников всегда приводится к длительному режиму их работы.

Номинальная мощность одного приемника электроэнергии — это мощность, обозначенная на заводской табличке или в паспорте двигателя, силового трансформатора или на колбе или цоколе источника света.

Под номинальной активной мощностью Рном электродвигателей понимается выраженная в киловаттах мощность, которая развивается двигателем на валу при номинальном напряжении, а под номинальной активной мощностью других приемников электроэнергии — потребляемая ими из сети мощность в киловаттах при номинальном напряжении.

Средняя нагрузка группы приемников электроэнергии дает возможность приближенно оценить предел возможных значений расчетной нагрузки. В общем виде средняя нагрузка за любой интервал времени для группы потребителей определяется из выражений:

; .

В условиях эксплуатации средние нагрузки за некоторый период времени определяется по показаниям электросчетчиков с помощью выражений:

Р_С = Э_а/Т, Q_C = Э_р/Т где Э_а, Э_р — потребление активной и реактивной электроэнергии группой приемников за некоторый период времени Т. (понятие потребление реактивной электроэнергии является условным, поскольку в действительности она не расходуется, а лишь циркулирует в электрической системе).

Средняя активная (или реактивная) мощность группы приемников равна сумме средних активных (или реактивных) мощностей отдельных приемников, входящих в данную группу:

;

где рс, g_С — средняя активная, реактивная i — того приемника.

Групповые квадратические графики нагрузки Р²(Т), Q²(T), I²(T) характеризуются значениями среднеквадратичной нагрузки Рск, Qcк, Icк.

за рассматриваемый период времени (цикл, смена, месяц, год). Среднеквадратичные нагрузки за любой интервал времени в общем виде определяются из выражений:

Среднеквадратичная реактивная мощность Qск имеет важное значение для оценки эффекта снижения потерь электроэнергии в сетях при повышении cos.

Максимальные значения активной, реактивной, полной мощности или тока представляют собой небольшие из соответствующих средних значений за некоторый промежуток времени. Максимальные нагрузки характеризуются ожидаемой частотой появляется за тот или иной период времени.

По продолжительности различают два вида максимальных нагрузок:

• 1) максимальные длительные нагрузки различной продолжительности (10, 30, 60 мин и т. д.), определяемые для выбора элементов системы по нагреву и расчета максимальных потерь мощности в них;
• 2) максимальные кратковременные нагрузки (пиковые) длительностью 1…2с., определяемые для проверки колебания напряжения в сетях, проверки сетей по условиям самозапуска электродвигателей, выбора плавкой вставкой предохранителя, расчета тока срабатывания максимальной токовой релейной защиты.