Меню

Формула коэффициента максимума активной мощности

Методика расчета электрических нагрузок методом коэффициента максимума

date image2015-07-02
views image11164

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Федеральное агентство по образованию РФ

ГОУ СПО « Выксунский металлургический техникум »

Методические указания

По выполнению практической работы

« Расчет нагрузок »

По дисциплине « Электроснабжение отрасли »

Введение

При расчете силовых нагрузок важное значение имеет правильное определение электрической нагрузки во всех элементах силовой сети. Завышение нагрузки может привести к перерасходу проводникового материала, удорожанию строительства; занижение нагрузки – к уменьшению пропускной способности электрической сети и невозможности обеспечения нормальной работы силовых электроприемников.

Расчет электрических нагрузок основывается на опытных данных и обобщениях, выполненных с применением методов математической статистики и теории вероятности.

Расчет начинают с определения номинальной мощности каждого электроприемника независимо от его технологического процесса, средней мощности, затраченной в течении наиболее загруженной смены, и максимальной расчетной мощности участка, цеха, завода или объекта.

Методика расчета электрических нагрузок методом коэффициента максимума

Максимальная мощность – наибольшая мощность, потребляемая участком, цехом, заводом в течение первой смены за 30 минут.

Если за 30 минут провода выдерживают максимальную нагрузку и не перегреваются, то выбранного сечения достаточно, чтобы данные потребители получили требуемое количество электроэнергии.

Активная и реактивная максимальные мощности равны

;

,

где Рсм— средняя активная мощность за наиболее нагруженную смену, кВт;

Qсм— средняя реактивная мощность за наиболее нагруженную смену, кВАр;

Km— коэффициент максимума активной нагрузки;

Ки— коэффициент использования электроприемников, определяется на основании опыта эксплуатации по таблице 1;

nэ— эффективное число электроприемников;

nэ=F(n, m, Kиср, Рном)— может быть определено по упрощенным вариантам ( таблица 2);

n— фактическое число электроприемников в группе;

m— показатель силовой сборки в группе;

Kиср— средний коэффициент использования группы электроприемников;

Рном— номинальная активная групповая мощность, приведенная к длительному режиму, без учета резервных электроприемников, кВт;

— коэффициент максимума реактивной нагрузки;

= 1,1 при , =1 при nэ>10.

где tgφ— коэффициент реактивной мощности.

.

Коэффициент максимума Кm – отношение расчетного максимума активной мощности агрузки группы электроприемников к средней мощности нагрузки за наиболее загруженную смену.

Коэффициент использования характеризует использование активной мощности и представляет собой отношение средней активной мощности за наиболее загруженную смену к номинальной мощности.

Коэффициент загрузки Кз – отношение фактически потребляемой активной мощности к номинальной активной мощности приемника.

Эффективным числом nэ называют число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного максимума, что и группа электроприемников, различных по мощности и роду работы.

Показатель силовой сборки m – отношение номинальной мощности наибольшего электроприемника к номинальной мощности наименьшего.

Источник

Порядок расчета нагрузок методом коэффициента максимума

Метод коэффициента максимума ( упорядоченных диаграмм)

Это один из основных методов расчета электрических нагрузок, который сводится к определению максимальных ( Р мах, Q мах,S мах) расчетных нагрузок группы электроприемников.

где Р мах‒ максимальная активная нагрузка, кВт;

Q мах ‒максимальная реактивная нагрузка, квар;

S мах ‒ максимальная полная нагрузка, кВА;

К м‒ коэффициент максимума активной нагрузки;

К ‘ м‒ коэффициент максимума реактивной нагрузки;

Р см‒ средняя активная мощность за наиболее загруженную смену, кВт;

К и‒ коэффициент использования электроприемников, определяется на основании опыта эксплуатации по табл. П.3.3

Р ном‒ номинальная активная мощность, приведенная к длительному ≤режиму, без учета резервных электроприемников, кВт;

tgφ‒ коэффициент реактивной мощности;

К м= F (К и,n,n э) определяется по таблицам ( графикам ) ( см. табл.П.3.4), а при отсутствии их может быть найден по формуле

где n э‒ эффективное число электроприемников

К и.ср ‒ средний коэффициент использования группы электроприемников

где Р см∑,Р ном∑,‒ суммы активных мощностей за смену и номинальных в группе электроприемников, кВт.

n э= F (К и,.ср, n, Р ном, m) может быть определено по упрощенным вариантам,

где n‒ фактическое число электроприемников в группе;

m‒ показатель силовой сборки в группе

где Р ном.наиб,Р ном.наим‒ номинальные приведенные к длительному режиму мощности электроприемников наибольшего и наименьшего в группе, кВт.

В соответствии с практикой проектирования принимается К ‘ м=1,1 при n э≤ 10;

Эффективное (приведенное) число электроприемников следует определять:

− при числе приемников в группе до 5 по формуле

− при большом числе приемников рекомендуется пользоваться упрощенными способами вычисления

Читайте также:  Увеличение мощности инвертора 12 220

где n – фактическое число электроприемников.

б) при m > 3 и ≥ 0,2 , по формуле

n

Если найденное по этой формуле окажется большим, чем фактическое, то следует принимать = n.

в) при m > 3 и и приведенное число приемников n э, шт., по таблице П. 3.4 определяем коэффициент максимума . <например: при =0.5 и n э =30, = 1,16>.

Определение полной расчетной мощности. Полная расчетная мощность S расч, кВ∙А, определяется по формуле:

Для удобства расчета составляется табл.5.2

S Рр S Qр S W а S W р

Пример расчета.Расчет производится методом коэффициента спроса и установленной мощности. Результаты расчета приведены в табл. 5.3

Расчет электрической нагрузки методом коэффициента спроса и установленной мощности

* Опережающий коэффициент мощности при использовании синхронных двигателей

5.3. Выбор мощности и числа трансформаторов

Расчетную полную нагрузку участка ( цеха ) определяют по выражению:

Если в цехе ( участке) преобладает нагрузка от асинхронных двигателей, то полная расчетная мощность во многом зависит от мероприятий по компенсации реактивной мощности. Реактивная мощность и средневзвешенный коэффициент мощности носят индуктивный характер:

где W аi ( кВт∙ч), W рi (квар∙ ч) − активная и реактивная энергия.

где Т− годовое число часов работы( табл.П.3.5)

Если , необходимо предусмотреть компенсацию реактивной мощности. Расчетная мощность компенсирующего устройства определяется по формуле:

, ,

где – коэффициент реактивной мощности, соответствующий до проведения мероприятий по компенсации; –коэффициент реактивной мощности, соответствующий желаемому .

Полная расчетная мощность нагрузок после компенсации реактивной мощности:

, .

При использовании конденсаторных установок предусматривается возможность соединения конденсаторов по схеме звезда и треугольник – это позволяет изменять генерируемую реактивную мощность в три раза:

.

Количество однофазных или трехфазных конденсаторов:

, шт,

где – мощность одного конденсатора при номинальном напряжении, квар (табл. П.3.5-П.3.6);

– номинальное напряжение конденсатора.

Пример. Выбрать мощность трансформаторной подстанции по данным табл.5.3.

Определяем средневзвешенный коэффициент мощности

= 6,67∙10 6 / √ [( 6,67∙10 6 ) 2 + (2,15∙10 6 ) 2 ] = 0,85

Так как средневзвешенный коэффициент мощности меньше нормированного ( 0,92‒ 0,95) необходимо предусмотреть компенсацию реактивной мощности.

Расчетная мощность компенсирующего устройства

= 1480 (0,6 – 0,34) = 384 квар.

Полная расчетная мощность нагрузок после компенсации реактивной мощности:

=√[( 1480) 2 + (233,3 -384) 2 ] =1484,4

Выбираем компенсирующую установку типа УКЛ(П)57-6,3(10,5)-450К мощностью 450 квар.

Выбираем трансформаторную подстанцию с КТП – 2500/ 35/6 кВ.

Выбор количества. Правильное определение числа и мощности цеховых трансформаторов возможно только путем технико-экономических расчетов. Выбор производится с учетом факторов: категории надежности электроснабжения потребителей; компенсации реактивных нагрузок на напряжение до 1кВ; перегрузочной способности трансформаторов в нормальном и аварийных режимах; шага стандартных мощностей. Цеховые трансформаторы имеют следующие номинальные мощности: 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500 кВА.

Для потребителей I категории и II категории необходимо выбирать не менее двух трансформаторов. [ПУЭ-7]

Чтобы выбрать наиболее рациональный вариант электроснабжения, необходимо рассмотреть не менее двух вариантов числа и мощности трансформатора, сравнивая их по технико-экономическим показателям.

Выбор расчетной мощности трансформаторов производят по расчетной мощности для нормального и аварийного режимов исходя из рациональной их загрузки в нормальном режиме и с учетом минимально необходимого резервирования в послеаварийном режиме.

При выборе двух трансформаторов считают, что они будут загружены равномерно, т.е. расчётная мощность, приходящаяся на один трансформатор, S расч. Т, будет равна

S расч. Т1 = S расч. Т2= S расч/ 2

где S расч. Т1, S расч. Т2 − расчетная мощность, приходящаяся на один трансформатор Т1( Т2) двухтрансформаторной подстанции, кВА;

S расч − расчетная мощность цеха, кВА.

Подбираем номинальную мощность трансформатора подстанции S ном. Т по условию

S ном. Т ≥ S расч. Т

где S ном.Т– номинальная мощность одного трансформатора двухтрансформаторной подстанции, .

На основании шкалы стандартных мощностей трансформаторов подбирают не менее двух вариантов номинальных мощностей трансформаторов. Технические данные трансформаторов приведены в табл.П.3.7‒П.3.8.

Номинальные мощности трансформаторов должны быть близкими к расчётной. Необходимо помнить, что наиболее экономично трансформатор работает при загрузке на 70-80%.

Коэффициент загрузки β или определяется по формуле

β = S расч. Т/ S ном.Т,

гдеS расч. Т − действительная нагрузка одного трансформатора, кВА;

S ном.Т – номинальная мощность одного трансформатора, кВА.

Техническое сравнение вариантов трансформаторов.Двухтрансформаторные подстанции применятся в том случае ,если на данном производстве преобладают потребители первой и второй категории. При выборе для ТП двух трансформаторов, проверяют обеспеченность резервирования при аварийном отключении одного из работающих трансформаторов.

Читайте также:  Рычаги переключения коробки отбора мощности

В аварийных условиях при аварии с одним из работающих трансформаторов, для оставшегося трансформатора допускается перегрузка 1,4 номинальной мощности в часы максимальной нагрузки, но не более шести часов в сутки на протяжении пяти суток. Причем допустимый коэффициент загрузки β Д трансформатора до аварии должен быть не более 0,93т.е.

β = (S расч. Т/ S ном.Т) Д = 0,93

В аварийных условиях в часы максимальной загрузки можно отключать потребители III категории и частично потребители II категории. Таким образом, нагрузка подстанции S ав будет включать в себя потребителей I и II категории т.е.

где S ав.доп− аварийная нагрузка всей подстанции приходящаяся на оставшийся в работе трансформатор, кВА;

S кат 1,11 − суммарная мощность потребителей 1 и 11 категории всей подстанции. кВА.

Аварийная допустимая нагрузка на трансформатор в аварийном режиме составляет

Любой из выбранных вариантов трансформаторов должен соответствовать условию

S ав.доп ≥ S кат 1,11

Экономическое сравнение вариантов трансформаторов. В качестве критерия сравнительной эффективности вариантов электроснабжения принят минимум годовых приведенных затрат. Суммарные приведенные затраты по каждому варианту трансформаторов можно определить как

где З− суммарные приведенные затраты рассматриваемого варианта трансформаторов З 1−1 вариант,З 11− 11 вариант;

Е− суммарный коэффициент отчислений, Е н= 0,2;

К− единовременные капитальные вложения по рассматриваемому варианту по укрупненным показателям, руб;

С э− стоимость потерь электроэнергии, руб/год.

Стоимости потерь электроэнергии С э:

где ‒ стоимость потерь активной электроэнергии, руб/кВт∙ч (табл.П.12.1):

Для определения стоимости потерь активной электроэнергии находят потери активной электроэнергии за год (8760 ч.) ∆W а.Т, кВт·ч, для трансформаторов по формуле

∆W а.Т= 8760 n Р хх+ n Р кз

где n‒ число трансформаторов на подстанции;

Р хх‒ потери активной энергии холостого хода, кВт (П.3.7‒П.3.8 );

Р к ‒ потери активной мощности КЗ, кВт (П.3.7−П.3.8);

τ‒ время наибольших потерь, ч.

Время потерь ,ч, определяетсяпо формуле

где – время использования максимальной нагрузки, ч.

Окончательный выбор трансформаторов. Рассматривая техническое сравнение и приведенные затраты вариантов трансформаторов окончательно выбираем количество и мощность трансформаторов более дешевого варианта.

Если разница между приведенными затратами вариантов составляет до 10 %, то можно принять более дорогой и более надежный вариант.

Запись делают следующего содержания:

Окончательно принимаем I вариант подстанции типа КТП с двумя трансформаторами ТМЗ по условию

как вариант, имеющий меньшие приведенные затраты.

Окончательно принимаем II вариант подстанции типа КТП с двумя трансформаторами ТМЗ более дорогой но и более надежный т.к. разница между приведенными затратами вариантов составляет менее 10 %,

5.4 Выбор ГПП и цеховой трансформаторной подстанции

Выбор цеховой комплектной трансформаторной подстанции производится на основании расчета и выбора трансформатора произведенного в задании №3 и дополнительной нагрузки остальных электропотребителей предприятия.

Техническая характеристика комплектных трансформаторных подстанций приведена в П.3.7.

Для выбора трансформатора для ГПП используется метод расчета по установленной мощности и коэффициенту спроса ( см. Практическое занятие 2).

После определения расчетной мощности и проверки условия компенсации реактивной мощности выбирается трансформатор. Технические данные трансформаторов для ГПП приведены в табл. П.3.8;

Аналогично выбирается и цеховая трансформаторная подстанция. Технические данные трансформаторных подстанций 10(6) кВ и входящие в них комплектующие приведены в табл. П.3.9‒П.3.10.

Источник



Коэффициент максимума ( ).

Коэффициент максимума – это отношение расчётной активной мощности к средней нагрузке за определённый период времени (период времени принимается равным продолжительности наиболее загруженной смены). Т.к. коэффициент максимума относится к групповым графикам нагрузок, то он определяется по выражению:

Коэффициент максимума представляет собой определённую и важную характеристику графика, т.к. связывает найденные из графика величины – расчётную и среднюю нагрузки.

Величина зависит от эффективного числа приёмников и ряда коэффициентов, характеризующих режим потребления электроэнергии группой приёмников (в частности от коэффициента использования).

Аналогично выражению (3.53) коэффициент максимума графика нагрузок определяется по току (по реактивной мощности определять нет смысла, т.к. она не совершает работы).

Существует несколько методик определения коэффициента максимума.

1. В методике упорядоченных диаграмм, предложенной Г.М. Каяловым, устанавливается приближённая аналитическая зависимость от основных показателей режима работы отдельных независимых приёмников и их эффективного числа (графическая зависимость представлена в [1]). Эта зависимость определяется следующими выражениями для графиков нагрузки по активной мощности:

где А=4,8 и В=3,1 при ;

А=2,8 и В=1,67 при .

Читайте также:  Мощность излучения лазерной указки с длиной волны 600 нм равна 2 мвт определите число фотонов

Аналогично определяются групповые показатели графиков нагрузки по току.

Для удобства практического использования кривых [1] определение величины коэффициента максимума осуществляется по специальной таблице.

В качестве примера возьмём выборку из такой таблицы поясняющую определение величины .

Значения при значениях
0,1 0,15 0,2 0,8 0,9
3,43 3,11 2,64 1,14 1,05
3,23 2,87 2,42 1,12 1,04
1,13 1,10 1,08 1,01 1,01
1,12 1,10 1,07 1,01 1,01

Анализ данного метода позволяет сделать следующие выводы:

а) при ; при и значения меняются незначительно.

б) вычисление и необходимо только для цеховых сетей при и , т.к. в остальных случаях можно принять равным действительному числу приёмников (исключив те приёмники группы, суммарная мощность которых не превышает 5 % установленной мощности всей группы), а величину принимают по вышеуказанным соображениям (см. пункт а)).

2. Формула М.К. Харчева устанавливает зависимость продолжительностью 0,5ч от и :

где — среднее значение группового коэффициента использования.

Формула (3.57) устанавливает зависимость от :

где a — функция, зависящая от степени усреднения максимума нагрузки, а также от ритмичности производственного процесса;

— среднее значение группового коэффициента включения.

Выражение (3.58) заменяется выражением (3.57) вследствие недостаточности опытных данных для установления значения . Эта замена снижает точность определения , особенно для групп приёмников, имеющих низкие значения группового коэффициента загрузки .

3. Ф.К. Бойко, используя положения теории вероятностей, получил выражение для коэффициента максимума , соответствующего максимуму нагрузки длительностью, равной продолжительности рабочего периода времени:

где — коэффициент формы группового графика нагрузки за цикл;

— групповой коэффициент включения.

Подставив в (3.59) значение , получим:

где — групповой коэффициент формы за время включения.

По выражению (3.60) составлены таблицы и построены кривые, широко представленные в литературе, которые позволяют по исходным данным определять значение и наблюдать степень влияния основных показателей на величину .

Результаты обследования электрических объектов показали, что коэффициент максимума продолжительностью 0,5 ч, определённый по (3.60), совпадает с , найденным экспериментальным путём. Таким образом, учёт зависимости от даёт более точные и надёжные результаты по сравнению с учётом зависимости от (по методу М.К. Харчева).

4. По статистическому методу Б.В. Гнеденко и Б.С. Мешель величина коэффициента максимума продолжительностью Т определяется из выражения:

где — расчётный коэффициент использования для данной категории приёмников (в статистическом методе определения электрических нагрузок он называется генеральным расчётным коэффициентом использования). Величина , это объясняется тем, что генеральный расчётный коэффициент использования данной категории приёмников выбирается из совокупности частных коэффициентов использования с таким расчётом, чтобы вероятность появления последних, больших по величине , была не более 5-10 %.

— коэффициент отклонения для максимума продолжительностью Т и эффективному единичному приёмнику.

Экспериментально получено выражение для определения расчётного отклонения :

где — коэффициент, характеризующий, во сколько раз время Т, необходимое для нагрева проводника до установившейся температуры, больше 30 мин.

В литературе широко встречаются кривые , построенные по формуле (3.62). По данным кривым можно найти значение величины заданной продолжительности.

Результаты обследования ряда промышленных предприятий показали, что величины коэффициента максимума, определённые по методу математической статистики, значительно ближе к действующим значениям. Сопоставление расчётов с определением максимумов различной продолжительности по методу математической статистики (см. (3.61)) с расчётами, выполненными по 30-ти минутному максимуму, позволяют сделать вывод:

· Для цехов с системой питания силовых распределительных пунктов изолированными проводниками от щитов низкого напряжения необходимо для каждой линии определять величину в соответствии с длительностью интервала осреднения Т, т.е. учитывать величину a; это даёт снижение требуемого количества проводникового материала в цеховой сети на 8-10 %.

· При распределении электроэнергии по системе трансформатор-магистраль напряжением 1000 В от трансформаторов до 1МВА учёт длительности интервала осреднения, отличной от 30-ти минутной, даёт снижение затрат на проводниковый материал, порядка 1-2 %. Это объясняется тем, что сечения ответвлений должны иметь пропускную способность согласно ПУЭ не менее 10 % пропускной способности шинопроводов.

· Вычисление и необходимо только для цеховых сетей при и . Для всех звеньев сети, начиная с цеховых шинопроводов и заканчивая трансформаторами ГПП, в большинстве случаев коэффициент максимума 30-ти минутной продолжительности не превышает . Таким образом, отпадает необходимость в точном определении .

Источник