Характер нагрузки потребителя электрической энергии виды

Электрической нагрузкой какого-либо элемента сети называется мощность, которой нагружен данный элемент сети. Например, если по кабелю передается мощность 120 кВт, то нагрузка кабеля равна тоже 120 кВт. Точно так же можно говорить о нагрузке на шины подстанции или на трансформатор и т. д. Величина и характер электрической нагрузки зависят от потребителя электрической энергии, который может быть назван приемником электрической энергии .

Наиболее распространенным и важным в производстве приемником является электродвигатель. Главными потребителями электрической энергии на промышленных предприятиях являются трехфазные двигатели переменного тока. Электрическая нагрузка электродвигателя определяется величиной и характером механической нагрузки.

Нагрузки необходимо покрывать от источника электрической энергии, которым является электрическая станция. Обычно между генератором и потребителем электрической энергии существует целый ряд элементов электрической сети. Например, если двигатели, приводящие в движение механизмы в цеху питаются от сети напряжением 380 В, то в цеху или около цеха должна быть расположена цеховая трансформаторная подстанция, на которой установлены силовые трансформаторы для питания цеховых установок (для покрытия цеховых нагрузок).

Трансформаторы через кабели или воздушные провода питаются либо от более мощной подстанции, либо от промежуточного распределительного пункта высокого напряжения, или, что часто встречается на предприятиях, от тепловой электрической станции предприятия. Во всех случаях покрытие нагрузок осуществляется от генераторов электрической станции. При этом минимальное значение нагрузка имеет на конечном пункте, например в цехе.

По мере приближения к источнику питания нагрузка растет за счет потерь энергии в передающих звеньях (в проводах, трансформаторах и т. д.). Наибольшего значения она достигает у источника питания – у генератора электрической станции.

Поскольку нагрузка измеряется в единицах мощности, она может быть активная РкВт, реактивная QкBap и полная S = √( P 2 + Q 2 ) кВА.

Нагрузка также может быть выражена в единицах тока. Если, например, по линии протекает ток I = 80 А, то эти 80 А являются нагрузкой линии. При прохождении тока по любому элементу установки выделяется тепло, в результате чего этот элемент (трансформатор, преобразователь, шины, кабели, провода и др.) нагревается.

Допустимые мощности (нагрузки) на данные элементы электротехнической установки (машины, трансформаторы, аппараты, провода и др.) определяются величиной допустимой температуры. Ток, протекающий по проводам, помимо потерь мощности, вызывает потери напряжения, которые не должны превышать величин, регламентированных руководящими указаниями.

В реальных установках нагрузка в виде тока или мощности не остается в течение суток неизменной, и поэтому в практику расчетов введены определенные термины и понятия различных видов нагрузок.

Номинальная активная мощность электродвигателя – мощность, развиваемая двигателем на валу при номинальном напряжении и токе якоря (ротора).

Номинальная мощность любого приемника , кроме электродвигателя это потребляемая им активная мощность Рн (кВт) или полная мощность S н (кВА) при номинальном напряжении.

Паспортная мощность Рпасп электроприемника в повторно-кратковременном режиме приводится к номинальной длительной мощности при ПВ = 100% по формуле P н = P пасп √ПВ

При этом ПВ выражен в относительных единицах. Например, двигатель с паспортной мощностью Рпасп = 10 кВт при ПВ = 25%, приведенный к номинальной длительной мощности ПВ = 100%, будет иметь мощность P н = 10 √25 = 5 кВт.

Групповая номинальная мощность (установленная мощность) – сумма номинальных (паспортных) активных мощностей отдельных рабочих электродвигателей, приведенных к ПВ = 100%. Например, если Рн1 = 2,8, Рн2 = 7, Рн3 = 20 кВт, Р4пасп= 10 кВт при ПВ = 25%, то P н = 2,8 + 7 + 20 + 5 = 34,8 кВт.

Расчетная, или максимальная активная, Рм, реактивная Qм и полная S м мощность, а также максимальный ток I м представляют собой наибольшие из средних величин мощностей и токов за определенный промежуток времени, измеряемый 30 мин. Вследствие этого расчетная максимальная мощность иначе называется получасовой или 30-минутной максимальной мощностью Рм = Р30. Соответственно, I м= I зо.

Расчетный максимум тока I м = I30 = √(P м 2 + Q м 2 )/(√3 U н) или I м = I30 = P м/( √3 U нС osφ) , где С osφ – средневзвешенное значения коэффициента мощности за расчетное время (30 мин.)

Графиком электрических нагрузок принято называть графическое изображение расходуемой мощности за определенный отрезок времени. Различают суточный и годовой графики нагрузок. Суточный график показывает зависимость расходуемой мощности от времени в течение суток. По вертикали откладывается нагрузка (мощность), по горизонтали — часы суток. Годовой график определяет зависимость расходуемой мощности от времени в течение года.

По своей форме графики электрических нагрузок для различных производств и потребителей сильно отличаются друг от друга.

Читайте также:  Какие картины можно повесить в кабинете

Необходимо различать графики: цеховых нагрузок и нагрузок на шинах главного распределительного устройства собственной электростанции или подстанции. Эти два графика отличаются друг от друга прежде всего по абсолютным величинам почасовых нагрузок, а также по своему виду.

График на шинах электростанции (ГРУ) получается путём суммирования нагрузок по всем цехам предприятия и прочим потребителям, включая и внешних потребителей. При этом к цеховым нагрузкам следует прибавить потери мощности в цеховых трансформаторах и проводах, подводящих к трансформаторам. Вполне естественно, что на шинах ГРУ мощность значительно превышает мощность каждой отдельно взятой подстанции.

Про электрические нагрузки жилых зданий: Суточные графики нагрузки жилых зданий

Электрические сети сооружаются для передачи энергии от ЭС к потребите-лям. Требуемая этими потребителями мощность определяет электрическую на-грузку сети. От характера нагрузки зависят требования, которые предъявляются к электрической сети.

Все потребители электроэнергии условно делятся на следующие группы:

· производственные потребители сельского хозяйства;

К коммунально-бытовым относятся освещение жилых долов и обществен-ных зданий, двигатели лифтов, холодильников, технологическое оборудование предприятий общественного питания и учреждений бытового обслуживания.

К промышленным электроприемникам относятся электродвигатели,освети-тельные приборы, электротермические установки, выпрямительные установки для преобразования переменного тока в постоянный.

Нагрузка тяговых ПС железной дороги, тяговых выпрямительных ПС трам-ваев, троллейбусов, метро относится к электрифицированному транспорту.

К производственным потребителям сельского хозяйства относится обору-

дование животноводческих ферм, мельниц, предприятий по переработке сельско-хозяйственной продукции.

К прочим потребителям относятся насосные установки водопровода и кана-лизации, компрессорные станции.

В зависимости от эксплуатационно-технических признаков все электро-приемники делятся:

· по режимам работы;

· по мощности и напряжению;

· по степени надежности.

По режимам работы различают электроприемники:

· с продолжительно неизменной или маломеняющейся нагрузкой. Характе-ризуюся тем, что длительно работают без превышения длительно допу-

стимой температуры. Сюда относятся электродвигатели насосов, вентиля-торов;

· с кратковременной нагрузкой. При работе электроприемников их темпера-тура ниже длительно допустимой температуры, а за время останова токо-ведущие части остывают до температуры окружающей среды. Сюда отно-сятся большинство электроприводов металлорежущих станков;

· с повторно-кратковременной нагрузкой. Длительность цикла “включение– отключение” не превышает 10 минут. При работе электроприемников их температура ниже длительно допустимой температуры, а за время остано-ва токоведущие части не остывают до температуры окружающей среды;

· нагревательные аппараты, работающие в продолжительном режиме с практически постоянной нагрузкой;

· электрическое освещение. Электроприемники характеризуются резким изменением нагрузки.

По мощности и напряжению различают электроприемники:

· большой мощности (80 – 100 кВт и больше) напряжением 6 – 10 кВ. Например, печи;

· малой и средней мощности (менее 80 кВт) напряжением 380 – 660 В.

По роду тока различают электроприемники:

· переменного тока промышленной частоты;

· переменного тока повышенной или пониженной частоты;

Степень надежности электроприемников устанавливается в зависимости отпоследствий, которые имеют место при внезапном перерыве в электроснабжении. Различают электроприемники:

· I категории. Перерыв в электроснабжении таких потребителей связан с опасностью для жизни людей, значительным ущербом экономики госу-дарства, повреждением оборудования, массовым браком продукции. К по-требителям I категории надежности относятся шахты, железные дороги, доменные и электролизные цеха, метро, стадионы, городские потребители общей нагрузкой более 10 МВ·А. Питание потребителей I категории надежности должно осуществляться от двух независимых источников пи-тания. Независимыми считаются источники потеря напряжения на одном из которых по любой причине не приводит к потере напряжения на дру-гом. Две системы шин считаются независимыми источниками питания. Среди потребителей I категории надежности выделяют особую группу электроприемников. К ней относят электроприемники, для которых бес-перебойное электроснабжение необходимо для безаварийного останова производства, связанного с возможностью возникновения пожаров, взры-вов, гибелью людей. Для них необходимо предусмотреть три независимых источника питания. Это – операционные больниц, химическое производ-

ство. Перерыв в электроснабжении потребителей I категории надежности допускается на время автоматического переключения на резервное пита-ние;

· II категории. Перерыв в электроснабжении таких потребителей связан с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов, про-мышленного транспорта, нарушением нормальной жизнедеятельности значительного количества городских жителей. К потребителям II катего-рии надежности относятся крупные магазины, предприятия легкой про-мышленности, здания высотой более 5 этажей, многоквартирные дома с электроплитами, учебные заведения, группы потребителей с общей нагрузкой от 300 до 1000 кВ·А. Рекомендуется питание от двух независи-мых источников питания. Допускается питание от одного источника пита-ния и от одного трансформатора при наличии резерва по вторичной сто-роне. Допускается перерыв в электроснабжении на время переключений по вводу резервного питания дежурным персоналом. Длительность ре-монта не должна превышать одни сутки;

Читайте также:  Почему растения тянутся к свету

· III категории. К ним относятся все неответственные потребители: неболь-шие жилые поселки, здания до пяти этажей. Перерыв в электроснабжении таких потребителей допускается на время до одних суток.

Графики нагрузки электроприемников

Свойства электроприемников, включенных в сеть, обусловливают характер нагрузки и ее технико – экономические показатели, оказывают непосредственное влияние на качество электроэнергии. Например, электроприемники, создающие неравномерные по фазам нагрузки, вызывают несимметрию тока и напряжения. Или электроприемники с резкопеременной толчковой нагрузкой создают в сетях колебания напряжения. Это вызывает мигание ламп, отказ от работы электронной аппаратуры, ухудшение работы электродвигателей.

Для нормальной работы сетей, улучшения их технико – экономических пока-зателей принимаются различные технические меры. Например, раздельное пита-ние силовых и осветительных электроприемников.

Таким образом, особенности работы электроприемников должны учитывать-ся при проектировании, анализе режимов, в эксплуатации сетей.

Потребление электроэнергии зависит от назначения электроприемника, ре-жима его работы, времени работы и многих других факторов. Процесс потребле-ния электроэнергии во времени отражается графиками нагрузки.

По виду фиксируемого параметра различают графики активной, реактивной, полной (кажущейся) мощности и тока электроприемника.

Графики отражают изменение нагрузки за определенный период времени. По этому признаку их подразделяют на суточные (24 ч), сезонные и годовые.

Фактический график нагрузки электроприемника может быть получен с по-мощью регистрирующих приборов, которые фиксируют изменение соответству-ющего параметра во времени. Очертания суточных графиков нагрузки одного и того же электроприемника меняются в зависимости от того, рассматриваются ра-

бочие сутки или выходные дни, от времени года. На его очертание влияет и мно-жество случайных факторов. Поэтому одним суточным графиком нагрузки нельзя охарактеризовать работу электроприемника.

Для удобства расчетов реально снятый график заменяют ступенчатым. Обычно для каждого потребителя дается несколько суточных графиков, которые характеризуют его работу в разное время года и в разные дни недели. Это графи-ки зимних и летних суток для рабочих дней, график выходного дня. Основным является зимний график рабочего дня. Его максимальная нагрузка принимается за 100%, а ординаты всех остальных графиков задаются в процентах именно от этого значения.

По графикам однотипных предприятий получают типовые графики нагрузки, которые приводятся в справочной литературе.

При отсутствии графиков реактивной мощности, их можно получить из гра-фиков активной мощности:

где tgjmax -определяется по значению cosφmax, которое задается как исход-

ный параметр для каждого потребителя.

По суточным графикам нагрузки строят годовые графики нагрузки по про-должительности. Нагрузки на графике располагают в порядке их убывания от Рmax до Рmin (см. рис. 6.1).

График по продолжительности нагрузок применяют в расчетах технико –
% P экономических показателей уста-
новки, расчетах потерь электро-
энергии, при оценке использования
оборудования в течении года.
Площадь, ограниченная кривой
графика активной нагрузки, чис-
t ленно равна энергии, потребленной
электроприемником за год:
8760ч
Рисунок 6.1 – Годовой график по Wп=åPi × Dti ,

ti –продолжительность ступени.Средняя нагрузка за год равна:

Степень неравномерности графика работы установки оценивают коэффици-ентом заполнения:

W P ср
kзп= п = .
Pmax×8760 P max

Коэффициент заполнения графика показывает, во сколько раз потребленное количество электроэнергии меньше того количества энергии, которое было бы потреблено, если бы нагрузка установки все время была максимальной. Очевидно, чем равномернее график, тем значение коэффициента заполнения ближе к едини-це.

Для характеристики графика пользуются временем использования макси-мальной нагрузки Tmax. Это время, в течение которого при работе установки с максимальной нагрузкой из сети потребляется такое же количество электроэнер-гии, что и по реальному графику нагрузки. Значение Tmax можно рассчитать сле-дующим образом:

Значения Tmax для различных потребителей приводится в справочной литературе.

Электроприемники, включенные в электрическую сеть для работы, создают в сети нагрузки, которые выражаются в единицах мощности или тока. Электроприемники присоединяются к электрическим сетям в одиночку или группами. В состав группы могут входить электроприемники как одинакового, так и различного назначения и режима работы. Режим работы системы электроснабжения одинаковых приемников или их групп зависит от режима работы или сочетаний режимов работы одиночных приемников или их групп.

В процессе работы электроприемников характер нагрузки в сети может оставаться неизменным, изменяться в отдельных или всех фазах, сопровождаться появлением высших гармоник тока или напряжения. В связи с этим нагрузку в сети можно разделить на спокойную симметричную (преобладающее большинство трехфазных электроприемников), резкопеременную, несимметричную и нелинейную. Резкопеременная, несимметричная и нелинейная нагрузка относятся к специфическим нагрузкам.

Читайте также:  Температура в отоплении многоквартирных домов нормативы

Резкопеременная нагрузка характеризуется резкими набросами и провалами мощности или тока. Несимметричная нагрузка характеризуется неравномерной загрузкой фаз. Она вызывается однофазными и реже трехфазными приемниками с неравномерной загрузкой фаз. При несимметричной нагрузке в сети возникают токи прямой, обратной и нулевой последовательности. Нелинейная нагрузка создается электроприемниками с нелинейной вольт-амперной характеристикой. При нелинейной нагрузке в сети появляются высшие гармоники тока или напряжения, искажается синусоидальная форма тока или напряжения.

Специфические нагрузки обычно создаются электродуговыми печами, сварочными установками, полупроводниковыми преобразовательными установками. Эти установки, в основном, принадлежат промышленным предприятиям. Учитывая связь электрических сетей промышленных предприятий и сетей сельскохозяйственного назначения через трансформаторные подстанции, можно считать, что специфические нагрузки промышленных предприятий оказывают влияние и на электрические сети сельскохозяйственного назначения.

По мощности электроприемники сельскохозяйственного назначения можно разделить на три группы: большой мощности (свыше 50 кВт), средней мощности (от 1 до 50 кВт) и малой мощности (до 1 кВт). Некоторые приемники используют для работы постоянный ток и токи повышенной (до 400 Гц) или высокой частоты (до 10 кГц).

Во время работы одни группы приемников могут допускать перерывы в электроснабжении, в то же время перерыв в электроснабжении других недопустим. По надежности и бесперебойности электроснабжения электроприемники делятся на три категории.

К первой категории относятся электроприемники и комплексы электроприемников, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб (повреждение основного оборудования), расстройство технологического процесса. Эти приемники должны иметь возможность обеспечения электроэнергией не менее чем от двух независимых источников питания. Нарушение их электроснабжения допускается только на время автоматического восстановления электроснабжения от второго источника.

Ко второй категории относятся электроприемники и комплексы электроприемников, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недовыпуску продукции, простоям рабочих и механизмов.

Электроснабжение приемников второй категории должно обеспечиваться от двух независимых источников питания. Перерыв в электроснабжении допускается на время, необходимое для автоматического и оперативного переключения на второй источник.

К третьей категории относятся электроприемники и комплексы электроприемников, не попадающие под определения первой и второй категорий. Электроснабжение их может осуществляться от одного источника питания. Перерыв электроснабжения допускается на время проведения восстановительных работ, но не более одних суток.

Работа большинства электроприемников сопровождается потреблением из сети не только активной, но и реактивной мощности [1, 3]. Активная мощность преобразуется в теплоту, механическую мощность на валу рабочей машины и т. п. Реактивная мощность расходуется на создание магнитных полей в электроприемниках. Ее основными потребителями являются асинхронные двигатели, трансформаторы, реакторы, индукционные печи, в которых ток отстает по фазе от напряжения. Потребителями реактивной мощности также являются электроустановки, работа которых сопровождается искажением синусоидальной кривой тока или напряжения. Потребление реактивной мощности характеризуется коэффициентом мощности сosφ, представляющим собой отношение активной мощности Р к полной мощности S. Удобным показателем является коэффициент реактивной мощности tgφ, выражающий отношение реактивной мощности Q к активной Р, т. е. он показывает, какая реактивная мощность потребляется на единицу активной мощности.

Установки с опережающим током являются источниками реактивной мощности. Их применяют для компенсации реактивной нагрузки с индуктивным характером цепи.

Таким образом, нагрузка в электрической сети представляется активными и реактивными нагрузками.

Появление в распределительной сети электрической нагрузки вызывает нагрев токоведущих частей – проводов, кабелей, коммутационных аппаратов, обмоток электродвигателей и трансформаторов. Чрезмерный их нагрев может привести к преждевременному старению изоляции и ее износу. В связи с этим температура токоведущих частей не должна превышать допустимых значений. Сечение проводов и кабелей, коммутационных аппаратов должно выбираться по допустимому току нагрузки. Для определения допустимого (расчетного) тока нагрузки должна быть определена расчетная мощность нагрузки.

За расчетную нагрузку при проектировании и эксплуатации СЭС принимается такая неизменная во времени нагрузка Iрсч, которая вызывает максимальный нагрев токоведущих и соседних с ними частей, характеризующийся установившейся температурой. Нагрев не должен превышать допустимого значения. Обычно установившееся тепловое состояние для большинства проводов и кабелей наступает за 30 минут (около трех постоянных времени нагрева – 3Т, т. е. постоянная времени нагрева Т = 10 мин). В установках с номинальным током нагрузки более 1000 А установившаяся температура достигается за время не менее 60 мин.

Оставьте ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *