РЕФЕРАТ

На тему:

«Показники, що характеризують споживачів електричної енергії»

Правильне визначення електричних навантажень є основою раціональної побудови і експлуатації систем електропостачання промислових підприємств.

При розрахунках і дослідженні навантажень застосовуються безрозмірні показники (коефіцієнти) графіків навантаження, які характеризують режим роботи споживачів електроенергії по потужності або по часу.

Коефіцієнти графіків навантажень визначаються як для індивідуального, так і для групового графіків як активної так і реактивної та повної потужності і струму. В зв'язку з цим прийнята слідуючи система позначок:

1. Всі коефіцієнти індивідуальних і групових графіків позначаються відповідно малою k і великою К буквами.

2. Рід коефіцієнта позначається індексом в вигляді початкової російської букви його назви.

3. Всі коефіцієнти графіків активної потужності позначаються індексом „а“, реактивної потужності - „р“, струму - „І“.

Наприклад К_з.г.а. - означає груповий коефіцієнт заповнення графіка активної потужності.

а). Коефіцієнт використання(использования) є основним показником для розрахунків навантажень.

Коефіцієнт використання активної потужності споживача k_и.а, або групи споживачів К_и.а - називається відношення середньої активної потужності окремого споживача (або групи їх) до її номінального значення:

(2.1)

Цей коефіцієнт, як і середнє навантаження р_с, Р_с відноситься, як правило, до зміни з найбільшим навантаженням споживачів.

Для групи споживачів, середньозважений коефіцієнт використання активної потужності К_иа - визначають з достатнім для розрахунків наближенням по формулі:

(2.2)

де - число підгруп споживачів з різними режимами роботи, які входять в дану групу; Р_с.м - середня потужність підгрупи за найбільш завантажену зміну; Р_ном.- номінальна потужність підгрупи споживачів.

Значення коефіцієнта використання повинні бути віднесені до того ж періоду часу (циклу, зміні, року), до якого віднесена потужність, на основі яких цей коефіцієнт вираховується. При віднесенні коефіцієнтів не до зміни, а до іншого періоду часу (наприклад року) в індекс вводиться додаткова буква, наприклад К_и.а.р.

Для графіка активних навантажень (рис.2.1) середній коефіцієнт використання активної потужності споживача за зміну може бути визначений з виразу

(2.3)

де е_а - енергія, спожита споживачем за зміну; е_{а. можл} - енергія, яка могла би бути спожита споживачем за зміну при номінальному завантаженні його на протязі всієї зміни.

Аналогічно визначають коефіцієнти використання по реактивній потужності:

(2.4)

(2.5)

Приблизні вирази (2.4) і (2.5) можуть застосовуватися при невеликих відмінностях окремих споживачів.

б. Коефіцієнтом включення споживача називається відношення тривалості включення споживача в циклі до всієї тривалості циклу . Час включення споживача за цикл складається з часу роботи і часу холостого ходу ;

(2.6)

Коефіцієнтом включення групи споживачів, або груповим коефіцієнтом включення, називається середньозважене (по номінальній активній потужності) значення коефіцієнтів включення всіх споживачів, які входять в групу, і визначається по формулі:

(2.7)

Просте визначення по (2.6) при переході до групового коефіцієнта включення не може бути прийняте, а (2.7) виведене з використанням умовного поняття - середньої за цикл групової включеної потужності.

Для графіка навантажень по активній потужності зображеного на рис. 2.1, коефіцієнт включення визначається з виразу:

(2.8)

Приблизно значення визначають в експлуатації з допомогою простого електричного лічильника часу. Коефіцієнт включення залежить від характеру технологічного процесу.

в. Коефіцієнтом завантаження споживача активної потужності називається відношення фактично спожитої ним середньої активної потужності (за час включення на протязі часу циклу ) до його номінальної потужності:

(2.9)

Аналогічно (2.9) коефіцієнти завантаження по реактивній потужності і струму дорівнюють:

(2.10)

(2.11)

Груповим коефіцієнтом завантаження по активній потужності називається відношення групового коефіцієнта використання до групового коефіцієнта включення , тобто

 (2.12)

Коефіцієнт завантаження, як і коефіцієнт включення, зв'язаний безпосередньо з технологічним процесом і міняється зі зміною режиму

роботи споживача.

Коефіцієнт завантаження по активній потужності для графіка навантажень, зображений на рис. 2.1 і визначається з виразу:

(2.13)

і показує ступінь використання потужності споживача за робочий час, тобто за час включення плюс час холостого ходу.

Приймаючи до уваги (2.9) і (2.12) одержуємо слідуючі основні співвідношення:

(2.14)

В першому рівнянні (2.14) величини і , є незалежними, зв'язані тільки з технологічним процесом; величини , будучи функцією і , визначається в експлуатації за показниками лічильника активної енергії і характеризує дуже важливий параметр графіка - середнє навантаження.

г. Коефіцієнтом форми індивідуального або групового графіка навантажень і називається відношення середньоквадратичного струму (або середньоквадратичної повної потужності) споживача або групи споживачів за визначений період часу до середнього значення його за той же період часу:

 (2.15)

Коефіцієнти форми, віднесені до активної і реактивної потужності одного або групи споживачів, визначають зі слідуючи виразів:

(2.16)

(2.17)

Коефіцієнт форми характеризує нерівномірність графіка за час; своє найменше, рівне одиниці значення він приймає при навантаженні, яке не міняється на протязі часу.

Для індивідуального графіка навантажень слід розрізняти значення коефіцієнта форми:

за повний цикл

(2.18)

за час включення

; (2.18)

які зв'язані залежністю:

(2.19)

Коефіцієнт форми графіка навантажень групи споживачів одного режиму роботи (тобто з одними і тими ж значеннями і ), що включаються незалежно, визначаються рівнянням:

(2.20)

де - приведене число споживачів групи, яке визначається з достатньою точністю по формулі:

(2.21)

де в чисельнику стоїть квадрат суми номінальних активних потужностей всіх споживачів(тобто квадрат групової потужності) даної групи, а в знаменнику - сума квадратів номінальних активних потужностей окремих споживачів групи.

Якщо всі споживачі групи мають однакову номінальну потужність , то

(2.22)

Якщо споживачі групи мають різні номінальні потужності, то .

Значення треба би було визначити виходячи не з номінальних потужностей споживачів, а з середньоквадратичних значень спожитої потужності за час (інтервал опосереднення) Т_опос. Але різниця результатів буде, як правило, невелика, а тому, враховуючи умовність значення , можна вести розрахунки по (2.21).

З (2.20) зрозуміло, що груповий коефіцієнт форми, а відповідно, і нерівномірність групового графіка навантажень споживачів одного режиму роботи не залежать від коефіцієнта використання , а залежать від коефіцієнта включення , вплив якого зменшується із збільшенням . При заданих значеннях і значення повністю визначає значення . Тому, приведене число споживачів є числом однакових по потужності споживачів з заданим режимом роботи, які при тій же сумарній номінальній потужності , будуть мати той же груповий коефіцієнт форми, як і при заданих потужностях споживачів. Так як , то при інших рівних умовах , а відповідно, і нерівномірність групового графіка будуть тим більші, чим більша різниця потужностей окремих споживачів в групі. Це пояснюється тим, що взаємна компенсація провалів і піків індивідуальних графіків навантажень споживачів одного режиму роботи, що випадково накладаються і формують груповий графік навантажень, для споживачів різної потужності буде менше, ніж для споживачів однакової потужності.

При згідно (2.20) ; а це означає, що при необмеженому зростанні числа споживачів груповий графік навантажень наближається до . Але цей висновок і (2.20) справедливі тільки при усталеному режимі найбільш завантаженої зміни.

В умовах експлуатації коефіцієнт форми найкраще визначати по показниках лічильників активної і реактивної енергії по такій формулі:

(2.23)

Вивід цієї формули слідуючий:

На рис.2.2 зображено груповий графік навантажень за час Т=24год, побудований за показниками лічильника активної енергії. Значення одержане за показниками лічильника за добу. Значення - це споживання електроенергії за час де - число інтервалів, на які розбитий графік навантажень(в нашому випадку =24; =1год).

Квадрат середньоквадратичної активної потужності за час визначають з виразу:

(2.24)

Якщо проміжки часу прийняти однаковими, тобто

,

то одержимо

Тоді (2.24) спроститься:

(2.25)

Але (з рис.2.2)

; (2.26)

де - витрати активної електроенергії за час ;

З врахуванням (2.26) формула (2.25) набуде такого вигляду:

Середня активна потужність, за час згідно визначенню дорівнює:

де - витрати активної електроенергії за час .

Коефіцієнт форми групового графіка навантажень по активній потужності:

(2.27)

тобто ми одержали (2.23).

Аналогічно визначають коефіцієнти форми графіків реактивної і повної потужностей і струму.

Одночасно відмітимо, що:

1. при постійному технологічному процесі виробництва і постійному об'ємі випущеної продукції коефіцієнт форми практично постійний і не міняється в залежності від зміни графіка навантажень за розглядуваний період часу (при умові стабільності споживання електроенергії), тобто (рис.2.3), де , що підтверджується багаточисленними дослідними даними;

Рис.2.4. Залежність коефіцієнта максимуму Кн.а від приведеного числа споживачів nn при різних коефіцієнтах використання

К_н.а., коефіцієнт форми для більшості підприємств з достатньо ритмічним процесом виробництво міняється від 1,05 до 1,15; відхилення , від вказаних вище значень спостерігається до 1,02 в сторону зменшення і до 1,25 в сторону збільшення. Коли коефіцієнт форми невідомий, в розрахунках його можна приблизно приймати 1,1-1,15.

Ці висновки справедливі для графіків навантажень групи, що об'єднують значне число споживачів, наприклад шини цехових трансформаторних підстанцій(ТП), головних розподільчих підстанцій(ГРП) і т.д. тобто там, де - велике.

г) Коефіцієнтом максимуму активної потужності і називається відношення розрахункової активної потужності ; до середньої потужності за досліджуваний період часу:

(2.28)

Досліджуваний період часу приймається рівним тривалості найбільш завантаженої зміни. За звичай коефіцієнт максимуму відноситься до групових графіків навантажень, тобто визначається значення .

Коефіцієнт максимуму графіка навантажень по струму буде

(2.29)

Коефіцієнт максимуму , поєднуючи дві визначені з графіка величини - розрахункове і середнє навантаження, представляє собою визначену і важливу характеристику графіка. Коефіцієнт максимуму залежить від приведеного числа споживачів і ряду коефіцієнтів, що характеризують режим споживання електроенергії даної групи споживачів.

Коефіцієнт максимуму активної потужності , приблизно можна представити функцією і : див.рис.2.4.

д). Коефіцієнт попиту, як і коефіцієнт максимуму, відносяться як правило до групових графіків. Коефіцієнтом попиту по активній потужності називається відношення розрахункової (в умовах проектування) або споживаної активної потужності (в умовах експлуатації) до номінальної(встановленої) активної потужності групи споживачів:

 або (2.30)

Аналогічний коефіцієнт для струмових навантажень:

або (2.31)

Значення коефіцієнта попиту для різних груп споживачів в різних галузях промисловості і різних виробництв, і підприємств в цілому визначається з досвіду експлуатації і приймається при проектуванні по довідникових матеріалах.

є). Коефіцієнт заповнення графіка активних навантажень називається відношення середньої активної потужності до максимальної за досліджуваний період часу (як правило );

(2.32)

Досліджуваний період часу приймаються рівним тривалості найбільш завантаженої зміни.

Якщо врахувати, що по сумі теж, що і , то коефіцієнт заповнення графіка є величиною, оберненою до коефіцієнта максимуму (див 2.28 і 2.32).

Коефіцієнт заповнення графіка як правило відноситься до групових графіків, так же як і коефіцієнт максимуму.

Аналогічні вирази для коефіцієнтів заповнення графіків навантажень по струму, реактивній і повній потужності

(2.33)

(2.34)

Значення коефіцієнтів заповнення добових графіків навантажень для різних підприємств при проектуванні приймається по довідниках.

ж). Коефіцієнт різночасності максимумів активних навантажень називається відношення сумарного розрахункового максимуму активної потужності вузла системи електропостачання до суми розрахункових максимумів активної потужності окремих груп споживачів, що входять в даний вузол системи електропостачання:

(2.35)

Цей коефіцієнт характеризує зміщення максимуму навантажень окремих груп споживачів в часі, що викликає зниження сумарного максимуму навантажень в порівнянні з сумою максимумів окремих груп. І тільки коли максимуми навантажень окремих груп споживачів співпадають по часу, що мало імовірно, їх сумарний максимум буде рівний сумі максимумів окремих груп споживачів.

Коефіцієнт різночасності максимумів навантажень в деякій мірі зв'язаний з коефіцієнтом форми графіка навантажень Чим нижчий , тобто чим ближче до одиниці, тим ближче і до одиниці, і навпаки. Коефіцієнт міняється на протязі року, тому що міняється максимум навантажень освітлення та опалення. Прийнято рахувати по грудневій добі: для цеху:

для заводу:

де - сума розрахункових навантажень окремих груп споживачів в цеху; - сумарне розрахункове навантаження цеху; - сума розрахункових навантажень окремих цехів заводу; - сумарне розрахункове навантаження заводу.

Застосування необхідне при розрахунку навантажень вузлів в системі електропостачання в тому випадку, якщо розрахункове навантаження вузла визначається додаванням розрахункових навантажень окремих груп його споживачів, тобто при орієнтовних розрахунках.

Коли при визначенні розрахункових навантажень на вищих ступенях системи електропостачання по умовах технологічного процесу можна очікувати неспівпадіння по часу найбільш завантажених змін або неодночасної роботи потужних агрегатів (електричних печей, прокатних станів і т.д.), допускається застосування коефіцієнта різночасності максимумів. Значення цього коефіцієнта встановлюється галузевими інструкціями в залежності від місцевих умов.

Коефіцієнт різночасності максимумів навантажень приймається 0,9-0,95, а при наявності декількох ступенів в системі електропостачання загальний коефіцієнт повинен бути не нижче 0,85 за виключенням випадків, при яких технологічний процес виробництва обумовлює більш низькі значення цього коефіцієнта.

Приблизно можна приймати:

- для лінії високої напруги системи внутрішнього електропостачання підприємства =0,85-1,0;

- для шин електростанцій підприємств, шин ГПП і живильних ліній електропередач (система зовнішнього електропостачання) =0,9ч1,0.

При цьому необхідно звернути увагу на те, щоби сумарні розрахункові навантаження вузла системи електропостачання були не нижчі його середніх навантажень.

В залежності від мети розрахунку, споживання електроенергії, як правило, визначається за рік, рідше за місяць або за найбільш завантажену зміну.

Річне споживання активної електроенергії для окремих цехів і підприємств в цілому визначається з виразу:



Рис.2.4. Графік активних навантажень споживача при різному споживанні активної потужності (по часу), але при Э0=пост за розглядуваний проміжок часу (в даному випадку - доби).

Річний графік навантаження заводу по тривалості використаної потужності

 (2.56)

Річна тривалість роботи силових споживачів залежить від характеру виробництва і технологічного процесу і може бути визначена з виразу:

(2.57)

де: - число неробочих днів на протязі року; - число змін; - тривалість зміни часу; - коефіцієнт, який враховує час ремонту та інші простої виробництва, приймається рівним - 0,96-0,98; - річне число годин, на які скорочена тривалість роботи в передвихідні передсвяткові дні.

Річне число годин роботи в залежності від числа змін
Тривалість зміни	Число змін
	1	2	3
8	2250	4500	6400
7	2000	3950	5870

Річна тривалість роботи підприємства, за винятком цехів з неперервним виробництвом, в залежності від числа і тривалості змін можна приймати по даним таблиці. Для підприємств і цехів з неперервним виробництвом (електроліз, гарячі цехи і т.п.) річне число годин роботи відповідно збільшується.

Якщо для даного виду виробництва річний коефіцієнт змінності по енерговикористанню невідомий, а по технологічному завданню є відомості по відносних завантаженнях інших (менш завантажених) змін, то річне споживання активної електроенергії може бути визначена по формулі:

(2.58)

де - середня потужність за найбільш завантажену зміну;

- річна тривалість роботи окремих змін; - коефіцієнти, що враховують ступінь завантаження другої, третьої і четвертої зміни, що являють собою відношення розрахункових максимумів окремих, менш завантажених змін до максимуму найбільш завантаженої першої зміни;

К пр. - коефіцієнт, що враховує роботу в вихідні і святкові дні () і місячні коливання навантаження ()

Сезонні зміни навантаження при визначенні річних витрат електроенергії слід враховувати вводом відповідного поправочного коефіцієнта в величину . В загальному випадку (2.58).

Для орієнтовних розрахунків при неможливості визначення з (2.56) і (2.58) допускається використання формули:

(2.59)

де - розрахункове навантаження, - річне число годин використання максимуму електричної потужності.

Підстанція енергосистеми

Рис.2.6. Схема характерних місць визначення розрахункових навантажень в системі електропостачання промислового підприємства

Але цей метод рекомендується застосовувати тільки в крайніх випадках.

При наявності норм питомої витрати електроенергії на одиницю продукції в натуральному виразі - річну витрату електроенергії, спожитої цехом або підприємством в цілому, можна визначити по формулі

; (2.60)

де - річний випуск продукції в натуральному виразі.

Формула (2.60) може застосовуватися і для всякого іншого, відмінного від року періоду. Значення є інтегральним показником витрат електроенергії на одиницю продукції (наприклад 1т прокату, один екскаватор, 1т кислоти, один комбайн і т.д.). В величину входить і витрата електроенергії на всі допоміжні потреби виробництва і освітлення цехів та території.

Значення питомих витрат електроенергії слід приймати по даних, приведених у вказівках Держбуду або промислових міністерств України по проектуванню підприємств, будинків і споруд різних галузей промисловості.

Середні значення питомих витрат електроенергії по окремих видах продукції приводяться в довідникових матеріалах.

Розрахунок річної витрати активної електроенергії по (2.60) є контрольним по відношенню до розрахунку по іншим приведеним вище методам визначення . Результати розрахунків, виконаних по (2.56), (2.58), або (2.59), повинні бути співставлені з результатом розрахунку по (2.60). При розходженні більше ніж на 10% повинні бути вияснені причини розходжень і внесені відповідні корективи в розрахунки.

В системі електропостачання промислового підприємства існує декілька характерних точок визначення розрахункових електричних навантажень. Розглянемо ці характерні точки на схемі рис.2.6.

1. Визначення розрахункового навантаження, що створюється одним споживачем напругою до 1000 В (навантаження 1), необхідне для вибору проводу або кабелю, що підходить до даного споживача, і апарата, з допомогою якого проводиться підключення споживача до силової розподільчої шафи або розподільчої лінії.

2. Визначення розрахункового навантаження, що створюється групою споживачів напругою до 1000 В (навантаження 2), необхідне для вибору січення раціональної лінії або розподільчої магістралі, яка живить дану групу споживачів, і апарата, що приєднує дану групу споживачів до головного силового розподільчого щита або живильної магістралі в схемі блока трансформатор-магістраль.

3. Визначення розрахункового навантаження, що створюється на шинах низької напруги 0,69-0,4/0,23 кВ цехової трансформаторної підстанції (ТП) окремими потужними споживачами або силовими розподільчими щитами, що живлять окремі споживачі або групи споживачів (навантаження 3), необхідне для вибору січення ліній, що відходять від шин 0,69 або 0,4/0,23 кВ цехової ТП і живлять вказані вище споживачі і апарати приєднання відходячих ліній до шин низької напруги цехових ТП.

Визначення загального розрахункового навантаження на шинах низької напруги ТП або головної магістралі системи живлення блока трансформатор-магістраль (БТМ) (навантаження 3) необхідне для вибору числа і потужності цехових трансформаторів, січення і матеріалу шин цехових ТП або головної магістралі і відключаючих апаратів, що встановлені на стороні низької напруги цехових трансформаторів.

4. Визначення розрахункових навантажень, що створюються на шинах 6-20кв розподільчих пунктів (РП) окремими споживачами або окремими цеховими трансформаторами з врахуванням втрат в трансформаторах (навантаження 4), необхідне для вибору січень проводів ліній, що відходять від шин РП і живлять цехові трансформатори і споживачів високої напруги, та відключаючих апаратів, що встановлюються на цих лініях.

5. Визначення загального розрахункового навантаження на шинах кожної секції РП (навантаження 5) необхідне для вибору січення і матеріалу шин 6-20 кВ РП, січення ліній що живлять кожну секцію шин РП, і відключаючої апаратури зі сторони шин головної понижувальної підстанції (ГПП). Якщо від шин 6-2кВ ГПП безпосередньо живляться цехові трансформатори або споживачі, то навантаження 6 означає те ж, що і навантаження 5, тільки відносно шин 6-20 кВ ГПП.

6. Визначення загального розрахункового навантаження на шинах 6-20 кВ кожної секції ГПП (навантаження 6) необхідне для вибору числа і потужності понижуючих трансформаторів, які встановлюються на ГПП, вибір січення і матеріалу шин ГПП і відключаючих апаратів, які встановлюються на стороні напруги 6-20 кВ трансформаторів ГПП.

7. Визначення розрахункових навантажень на стороні напруги 35-220 кВ трансформатора ГПП з врахуванням втрат в трансформаторі необхідне для вибору січення ліній, що живлять трансформатори ГПП і апаратури для підключення трансформаторів і ліній що їх живлять (навантаження 7).

В мережах електропостачання промислових підприємств втрачається біля 10% спожитої електроенергії. Величина втрат визначається режимом роботи електроспоживачів і окремих ланок мережі - ліній і силових трансформаторів. Недостатнє завантаження трансформаторів і електродвигунів, низький коефіцієнт потужності мережі збільшує втрати.



Рис. 4.3. Криві для визначення часу втрат

Зростання втрат електроенергії знижує економічні показники мережі, тому що підвищується вартість енергії.

Правильний вибір електрообладнання, визначення раціональних режимів його роботи, вибір найбільш економного способу підвищення коефіцієнта потужності дають можливість знизити втрати в мережі і визначити тим самим найбільш економічний режим в процесі експлуатації.

Зниження втрат енергії досягається також шляхом максимального завантаження електроспоживачів, силових трансформаторів і ліній; обмеження часу роботи електрообладнання, особливо зварювального, на холостому ходу; регулювання рівня напруги в мережі, застосування більш високої її ступені, наприклад 600 В замість 380 В: 10 кВ. замість 6 кВ. і т.ін.

Розрахунок втрат електроенергії може бути виконаний виходячи з величини розрахункового навантаження і часу максимальних втрат.

Часом максимальних втрат електроенергії (або часом втрат) ф - називається розрахунковий час, на протязі якого мережа, працюючи з постійним максимальним навантаженням, має такі ж втрати електроенергії, як і при роботі по дійсному річному графіку навантаження. Час втрат визначається по кривих (рис.4.3).

1. Втрати потужності і енергії в мережах. Втрати активної потужності в трьохфазній лінії визначається по формулі.

(квт) (4.23)

а втрати реактивної потужності:

(квар) (4.24)

де: і Х - активний і реактивний опір лінії, Ом; - розрахунковий струм навантаження, А; - активна потужність, кВт; - реактивна потужність, квар.

Втрати активної енергії в лінії розраховуються в залежності від числа годин використання максимуму навантаження і коефіцієнта потужності мережі:

(кВт.год) (4.25)

Втрати так званої реактивної енергії визначаються відповідно по формулі:

(квар.г) (4.26)

де ф - час втрат, що визначається по рис. 4.3..

2. Втрати потужності і енергії в трансформаторі. Втрати активної і реактивної потужностей в трансформаторі складаються з двох складових, одна з яких залежить від його завантаження, а друга ні:

(кВт) (4.27)

(кВАр) (4.28)

де - номінальні витрати в міді(втрати к.з), квт; - номінальні в сталі (втрати холостого ходу), квт; - номінальна напруга к.з., %; - номінальний струм холостого ходу, %; - номінальна потужність трансформатора, кв·А; - коефіцієнт завантаження трансформатора.

Для трансформаторів потужністю до 1000 ква з до 6,5% і до 5% втрати можуть визначатися з відношення

Втрати активної і реактивної енергії в трансформаторі залежать не тільки від його завантаження, але й від часу підключення його до мережі .

Сумарні активні втрати електроенергії

(квт.год) (4.29)

а втрати реактивної енергії

(квар.год) (4.30)

ЛІТЕРАТУРА

1. Федоров А.А. Электроснабжение промышленних предприятий 1972г. стр. 32 -49.

2. Федоров А.А; Каменева В.В Основы электроснабжение промышленних предприятий 1984г. стр. 20 - 30.

3. Постников Н.П., Рубашов Г.М. Электроснабжение промышленних предприятий 1984г. стр. 41 - 44.