Основные методы расчета.

Основные понятия
Расчетные значения нагрузок – это нагрузки, соответствующие такой неизменной токовой нагрузке (Iр), которая эквивалентна фактической нагрузке по наибольшему тепловому воздействию, не превышающему допустимых значений, на элемент системы электроснабжения.
Эффективное число электроприемников – это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое обуславливает те же значения расчетной нагрузки, что и группа электроприемников с разными мощностями и различными режимами работы.
Пояснения сокращений
ЭП – электроприемник
При проектировании системы электроснабжения любого объекта (жилой или производственный) необходимо правильно определить ожидаемые электрические нагрузки отдельных электроприемников (ЭП) и все уровни узлов системы электроснабжения объекта.
Расчетные значения нагрузок – это нагрузки, соответствующие такой неизменной токовой нагрузке (Iр), которая эквивалентна фактической нагрузке по наибольшему тепловому воздействию, не превышающему допустимых значений, на элемент системы электроснабжения.
Проведя исследования и определив электрические нагрузки следует переходить к выбору силовых трансформаторов, компенсирующий устройств, проводов и кабелей, средств защиты.
Деление методов расчета электрических нагрузок представлены на диаграмме.

Расчет электрических нагрузок по номинальной мощности и коэффициенту использования

В большинстве случаев данный метод применяется для индивидуальных ЭП напряжением до 1 кВ, работающих в длительном режиме (ПВ=100%).
По данному методу расчетные нагрузки принимаются равными средним значениям нагрузок за наиболее загруженную смену:

где P_p – расчетная активная мощность, кВт;
P_(с.м.) – среднее значение активной мощности ЭП за наиболее загруженную смену, кВт
k_(и.а.) – коэффициент использования активной мощности ЭП за рассматриваемый промежуток времени (технологический параметр);
P_н – номинальная активная мощность ЭП, кВт;
Q_p – расчетная реактивная мощность, кВ·Ар;
Q_(с.м.) – среднее значение реактивной мощности ЭП за наиболее загруженную смену, кВ·Ар;
k_(и.q.) – коэффициент использования реактивной мощности ЭП за рассматриваемый промежуток времени (технологический параметр);
Q_н– номинальная реактивная мощность ЭП, кВт;
tgφ_н – номинальное значение коэффициента реактивной мощности, соответствующего cosφ_н ЭП;
S_p– расчетное значение полной мощности ЭП, кВ·А;
I_p– расчетный ток ЭП, А;
U_н– напряжение питания ЭП, кВ.
Использование данного метода возможно и для определения расчетных нагрузок группы ЭП напряжением до 1 кВ, связанных технологическим процессом, в случае если их не более трех-четырех. Режим работы электроприемников данной группы должен быть приведен к длительному режиму (ПВ=1).


где P_p – расчетная активная мощность, потребляемая группой ЭП, кВт;
P_(с.м.)– средняя активная мощность, потребляемая группой ЭП, за наиболее загруженную смену, кВт;
k_(и.а.i) – коэффициент использования по активной мощности индивидуального ЭП, входящего в группу;
n – число ЭП в группе;
Q_p – расчетная реактивная мощность группы ЭП, кВ·Ар;
Q_(с.м.)– среднее значение реактивной мощности группы ЭП, кВ·Ар;
k_(и.q.i) – коэффициент использования по реактивной мощности индивидуального ЭП, входящего в группу;
tgφ_н – средневзвешенный коэффициент реактивной мощности, соответствующий средневзвешенному значению cosφ_н данной группы ЭП;
S_p – расчетная полная мощность узла нагрузки, кВ·А.
I_p – суммарный расчетный ток узла нагрузки, А;
U_н – напряжение питания узла нагрузки, кВ.

Расчет электрических нагрузок по номинальной мощности и коэффициенту спроса.

Данный метод применяется для группы ЭП, работающих в длительном режиме (ПВ=100%). Является наиболее простым и широко применяется при разработке технического задания на проектирование.
Перед тем как приступить к расчетам по этому методу необходимо выяснить следующие данные:

• номинальную мощность группы приемников (производства, цеха и т.п.);
• коэффициент спроса данной группы ЭП;
• значение коэффициента мощности данной группы.

Значение таких параметров как К_(с.а.) и cosφ_(c.вз.) следует принять как средневзвешенные по справочной литературе.
Расчетные нагрузки по данному методу определяются по следующим выражениям


где P_p – расчетное значение активной мощности узла нагрузки (цеха/участка/помещения), кВт;
k_c.a.– средневзвешенное значение коэффициента спроса группы ЭП подразделения предприятия, о.е.;
Q_p – расчетное значение реактивной мощности узла нагрузки (цеха/участка/помещения), кВт;
tgφ – значение коэффициента реактивной мощности, соответствующего средневзвешенному значению cosφ группы ЭП данного подразделения;
S_p – полная расчетная мощность группы ЭП данного подразделения, кВ·А;
I_p– расчетный ток, А;
U_н– напряжение питания узла нагрузки, кВ.
Проведя данные вычисления можно переходить к следующим этапам:

• выбора сечения линий электропередачи, питающих узел нагрузки;
• силовых пунктов и трансформаторов
• коммутационных и защитных аппаратов

Расчет электрических нагрузок по средней мощности и расчетному коэффициенту

В случаях наличия данных о числе ЭП, режимах работы, мощности рекомендуется проводить расчет электрических нагрузок по средней мощности P_c и расчетному коэффициенту K_p. K_p определяется методом упорядоченных диаграммам.

В случае расчета мощности узла нагрузки по методу упорядоченных диаграмм необходимо разбить ЭП на подгруппы, учитывая подключение ЭП к питающему узлу (щит, сборка, силовой пункт, шинопровод, и т.п.) Однако, помните, что при разбивке на подгруппы резервные ЭП в расчет не включаются.


Порядок расчета по подгруппам:


где
P_н.i.– номинальная активная мощность отдельного ЭП, входящего в состав подгруппы, кВт;
n – число ЭП в подгруппе.
P_н.max. – номинальная активная мощность наиболее мощного ЭП в подгруппе, кВт.
P_p – активная расчетная мощность узла нагрузки, кВт;
k_p– расчетный коэффициент подгруппы, определяемый как;
C_н.i.–средняя мощности ЭП, входящих в подгруппу, кВт;
k_и.а.i – коэффициент использования индивидуального ЭП в подгруппе, о.е.;
P_н– активная суммарная мощность ЭП, входящих в подгруппу, кВт;
k_и – средневзвешенный коэффициент использования по активной мощности для ЭП, входящих в подгруппу, о.е.;
Если полученное значение параметра «расчетная мощность» окажется меньше номинальной мощности ЭП с наибольшим показателем «номинальная мощность», расчетную мощность подгруппы принимают равной номинальной мощности этого ЭП.
По окончанию определения расчетных нагрузок подгрупп ЭП по узлам питания (сборка, щит, силовой пункт, узел и т.д.) рассчитывается нагрузка всего подразделения.
Особое внимание следует обратить на то, что при расчете суммарной нагрузки подразделения в целом необходимо не забывать учитывать осветительную нагрузку.

Расчет электрических нагрузок по средней мощности и отклонению расчетной нагрузки от средней

Групповая нагрузка зачастую представляет системы случайных нагрузок независимых друг от друга ЭП, в случае, когда количество ЭП большое общая нагрузка данной группы подчиняется нормальному закону распределения случайных величин.
Данный метод расчета еще называется статистический метод расчета нагрузок.
Основа расчета по этому методу заключается в том, что определяются два интегральных показателя:

Среднеквадратичное отклонение для группового графика определяют по формуле


гдеP_с.к. – активная среднеквадратичная мощность, кВт.
Подобный метод позволяет определять расчетную нагрузку с любой принятой вероятностью ее появления.
Обычно принимают вероятность превышения расчетной нагрузки от средней, на 0,5%, что соответствует β=2,5.
Применять данный метод рекомендуется если в наличии имеется результат статистического анализа по действующим электроустановкам.
Полная мощность и сила тока рассчитывается аналогично предыдущим способам.

Метод расчета электрических нагрузок по средней мощности и коэффициенту формы графика

В данном методе расчетную нагрузку группы ЭП принимают равной их среднеквадратичной. Метод применим для расчета нагрузок группы ЭП, когда число приемников в группе достаточно велико и их режим работы разнообразен.
Данный метод может применяться для определения расчетных нагрузок цеховых шинопроводов, на шинах низшего напряжения цеховых трансформаторных подстанций, на шинах РУ напряжением 6; 10 кВ, когда значения коэффициента формы графика (Кф) достаточно стабильны.
По данному методу расчетные нагрузки группы электроприемников определяют по формулам:
- активная мощность

где P_p – расчетное значение активной мощности, кВт; K_ф.а. – коэффициент формы графика по активной мощности; P_с.м. – расчетное значение средней мощности группы ЭП за наиболее загруженную смену, кВт;
- реактивная мощность


где Q_p – расчетное значение реактивной мощности, кВар; tgφ – коэффициент реактивной мощности, соответствующий средневзвешенному cosφ узла нагрузки;
- полная мощность


где S_p – расчетное значение полной мощности, кВ·А;
- расчетный ток


где I_p – расчетное значение тока узла нагрузки, А; U_н – напряжение узла питания нагрузки, кВ.
Значения коэффициента формы графика достаточно стабильны, если производительность (и, как следствие, нагрузка) завода или цеха примерно постоянна. При проектировании значение коэффициента K_ф. может быть принято по опытным данным аналогичного действующего предприятия. При отсутствии данных можно принимать K_ф.а.= 1,1…1,2.
Все рассмотренные методы определения расчетных нагрузок применяются при расчетах симметричных трехфазных нагрузок.

Вспомогательные методы расчета электрических нагрузок. Метод расчета электрических нагрузок по удельному расходу электроэнергии на единицу продукции

Для потребителей электрической энергии с неизменной или мало изменяющейся во времени нагрузкой расчетная нагрузка совпадает со средней нагрузкой за наиболее загруженную смену. В данном случае расчетное значение нагрузок может быть определено по удельному расходу электрической энергии на единицу продукции при заданном объеме выпуска за определенный период времени (например, за наиболее загруженную смену, месяц, год).
Значение активной расчетной мощности за наиболее загруженную смену

где P_с.м.– среднее значение потребляемой активной мощности за наиболее загруженную смену, кВт; W_уд– удельный расход активной электроэнергии на единицу продукции за наиболее загруженную смену, кВт×ч; N_см – количество продукции, выпускаемой за смену, шт., т; T_см – продолжительность наиболее загруженной смены, ч.
Остальные показатели расчетных нагрузок (Q_p, S_p, и I_p) по данному методу определяются по аналогии с предыдущими методами расчета электрических нагрузок.
Удельный расход электроэнергии на единицу продукции ориентировочно можно принять по статистическим данным действующих предприятий с аналогичным технологическим процессом.

Вспомогательные методы расчета электрических нагрузок. Метод расчета электрических нагрузок по удельной мощности на единицу производственной площади.

Метод определения расчетной нагрузки по удельной мощности на единицу производственной площади применяется при проектировании сетей, которые характеризуются большим количеством электроприемников малой и средней мощности, равномерно распределенных по площади производственного помещения.
Расчетная нагрузка по данному методу определяется по номинальной мощности и коэффициенту спроса, т.к. количество электроприемников велико, а исходные данные по отдельным электроприемникам, как правило, отсутствуют.
Активная расчетная мощность определяется по выражению

где P_p – расчетное значение активной мощности для группы ЭП, расположенных на данной территории, кВт; К_c – средневзвешенный коэффициент спроса группы ЭП, для которых определяется расчетное значение мощности; P_н – номинальная суммарная активная мощность группы электроприемников, расположенных на данной территории, кВт;
При отсутствии перечня оборудования, расположенного на данной территории, номинальная мощность группы электроприемников по данному методу определяется по формуле


где P_н – активная номинальная мощность группы электроприемников, кВт;
p_уд – удельная мощность на 1 м² производственной мощности, кВт/м²;
F – площадь, на которой размещена группа приемников, м2.
Удельную мощность нагрузки определяют по статистическим данным или справочной литературе для однородных производств. Её значение зависит от многих факторов.
Остальные показатели расчетных нагрузок (Q_p, S_p, и I_p) по данному методу определяются по аналогии с предыдущими методами расчета электрических нагрузок.
Метод применим для ориентировочных расчетов, однако получил широкое применение при расчете мощности осветительных нагрузок отдельных корпусов подразделений предприятия, т.к. осветительная нагрузка равномерно распределена по площади подразделения.