Потребители электроэнергии электрифицированного транспорта

На долю электрифицированного транспорта приходится 2-5% общего расхода электроэнергии страны. В перспективе эта доля будет расти. В настоящее время электротяга применяется на всех видах транспорта (магистральный, городской, промышленный, сельскохозяйственный, водный, воздушный).

На транспорте нашли применение 2 системы тока:

- система постоянного тока;

- однофазного переменного тока промышленной частоты

Вид транспорта	Ток	Напряжение
Тяговой подстанции, В	Токоприёмника, В
Трамвай, троллейбус	постоянный
Метро	постоянный
Ж/Д	Магистральный	Однофазный 50Гц
пригородный
Промышленный транспорт	Подземный	постоянный	275, 600, 1650, 3300,	250, 550, 1500, 3000,
наземный	Постоянный, переменный 50Гц
Электромобили	Постоянный (аккумуляторные батареи)		36, 72
Электрокары, электропогрузчики	24, 36, 72

Методы определения расчётной электрической нагрузки.

Определение расчётной нагрузки, является одной из основных задач электроснабжения. При этом различают 2 величины расчётной нагрузки:

-определяют максимальный нагрев проводника;

-максимальный износ изоляции.

Расчётной нагрузкой по пику нагрева проводника называется, такая неизменная во времени нагрузка, которая обуславливает максимальный перегрев проводника над температурой окружающей среды.

Расчётной нагрузкой по пику теплового износа изоляции называется, такая неизменная во времени нагрузка, которая вызывает такой же максимальный тепловой износ изоляции, как и реальная, изменяющаяся во времени нагрузка.

В конечном счёте, для решения практических задач используют наибольшую из этих двух нагрузок. В общем случае расчётный ток определяется по выражению:

;

где W – расход активной электроэнергии, кВт∙ч;

V – расход реактивной электроэнергии, квар∙ч.

Величина расчётной нагрузки определяет выбор токоведущих элементов СЭС, а также обуславливает основные технико-экономические показатели.

Если величина расчётной нагрузки завышена относительно фактической, то это приведёт к увеличению капитальных затрат на СЭС. Если она меньше фактической, то это ведёт к ускоренному износу оборудования, к увеличению потерь мощности и энергии, может привести к повреждению электрооборудования и перерывам электроснабжения.

Для определения расчётной нагрузки имеется большое количество методов, и все эти методы, условно, можно разделить на две группы:

1. Основные методы:

- Статистический метод. Используется на стадии реконструкции СЭС, когда известны графики нагрузки потребителей электроэнергии;

- Метод упорядоченных диаграмм и показателей ГЭН. Используется на стадии проектирования СЭС;

2. Вспомогательные методы:

· метод коэффициента спроса;

· метод удельной мощности на единицу производственной площади;

· метод удельного расхода электроэнергии на единицу выпускаемой продукции либо оказываемых услуг.

Основные методы определения расчётной нагрузки.

Статистический метод определения расчётной нагрузки.

Статистический метод основан на положении о том, что нагрузка, при числе электроприёмников от 4 и более подчиняется нормальному закону распределения вероятности (закон Гаусса), и при этом плотность распределения вероятности нагрузки определяется выражением:

,

где - среднеквадратическое отклонение нагрузки от математического ожидания.

Функция распределения вероятности нагрузки подчиняющейся нормальному закону распределения имеет следующий вид:

В основе статистического метода залажено основное правило теории вероятности случайных величин подчиняющихся нормальному закону распределения (правило ): вероятность того, что случайная величина, подчиняющаяся нормальному закону распределения вероятности, отклонится от своего математического ожидания на величину превышающую утроенное значение среднеквадратического отклонения, практически равна 0.

P=1-0.9997=0.0003

Распространяя данное правило к определению расчётной нагрузки, плотность распределения вероятности нагрузки может быть представлена графически следующим образом:

Т.о. видно, что с вероятностью 0,9997 электрическая нагрузка будет будет находится в следующих пределах: Рс-Рс+, тогда критические значения нагрузки могут быть определены по выражениям:

Pмах=Рс+

Pмин=Рс-

где

В практических целях экономики не целесообразно определять расчётную (мах) нагрузку с очень высокой вероятностью, поэтому выражение для определения Рр принимает вид:

Рмах=Рр=Рс+

где кратность меры рассеивания (коэффициент Стьюдента).

;

чем меньше , тем выше вероятность того, что реальная нагрузка превысит расчётную. Поэтому важным моментом статистического метода является определение (обоснование) значения .

	Р
-3	0.9997
-2.5	0.9995
-2.0	0.975
-1.5	0.935
-1.0	0.84
-0.5	0.69
0.5	0.31
	0.16
1.5	0.065
2.0	0.025
2.5	0.005
3.0	0.003

На практике при определении расчётной нагрузки без учета теплового износа изоляции берут значение .В этом случае вероятность того, что реальная нагрузка превысит расчётную составляет 0,005 или 0,5%.

В некоторых случаях , при этом вероятность превышения реальной нагрузки над расчётной составляет 0,05 или 5%, что является приемлемым для инженерных расчётов. Под вероятностью превышения реальной нагрузки расчётной понимается доля времени в течении которого реальная нагрузка больше чем расчётная.

Для современных потребителей электроэнергии, режимы работы которых отличаются нестабильностью, закон распределения вероятности нагрузки иногда отличается от нормальных(например: равномерный закон распределения вероятности нагрузки).

Метод упорядоченных диаграмм (МУД).

В случае, когда количество электроприёмников в группе более 3-х для определения расчётной электрической нагрузки используются МУД. Данный метод является основным для определения расчётной нагрузки для напряжения до 1 кВ и применяется в основном при проектировании цехового электроснабжения. Сущность метода упорядоченных диаграмм заключается в установлении связи между расчётной мощностью нагрузки и показателями режимов работы электроприёмников групп.

где Км - коэффициент максимума графика нагрузки;

Ки – групповой коэффициент использования;

Pуст - установленная мощность потребителя электроэнергии;

С 1992 года выражение для определения максимальной мощности нагрузки унифицировано и имеет вид:

где Кр - коэффициент расчётной активной нагрузки;

Если Км ≥1, то значение Кр могут быть как больше, так и меньше единицы, в зависимости от того, на каком уровне СЭС определяется расчётная нагрузка.

МУД основан на следующем алгоритме:

1. Определение установленной мощности группы электроприёмников.

При этом работающие в повторно-кратковременном режиме не приводятся к длительному режиму работы.

2. Определяется групповой коэффициент использования мощности

3. Определяется эффективное количество электроприёмников в группе

n_э – эффективное количество электроприёмников – такое количество электроприёмников одинаковых по мощности и по режиму работы, которые обеспечивают такую же нагрузку как и реальное количество электроприёмников разных по мощностям и режимам работы

4. По номограммам определяется коэффициент расчётной активной нагрузки

K_р=f(K_и; n_э;T_o)

T_o – постоянная времени нагрева сети, на которую определяется расчётная нагрузка.

При этом возможны 3 случая:

1) T_o=10мин. – цеховые электросети, выполненные распределительными шинопроводами (ШРА) и распределительными шкафами (ШР или ПР);

2) T_o=2,5ч – используются номограмма, полученная для определения расчётной нагрузки на магистральных шинопроводах (ШМА), в водно-распределительных устройствах (ВРУ), в цеховых трансформаторных подстанциях (ЦТП);

3) T_o=30мин. – для сетей 6-10кВ. В этом случае K_р=1 вне зависимости от K_и и n_э.

5. Определяется расчётная активная нагрузка

P_p= K_рK_иР_уст.

В основе метода упорядоченных диаграмм.

6. Определяется расчётная реактивная нагрузка. При этом возможны 2 случая:

1) Если T_o=10мин., то

tgφ_i – коэффициент реактивной мощности i-го электроприёмника в группе. Определяется по справочным данным в зависимости от наименования электроприёмника.

K`_p – коэффициент расчётный реактивной нагрузки

K`_р=

2) Если T_o=2,5ч (ШМА, ВРУ, ЦТП);

T_o=30мин (сети 6-10кВ), то

tgφ_ср.взв. – средневзвешенный коэффициент реактивной мощности группы электроприёмников.

W – расход активной электроэнергии, кВт∙ч;

V – расход реактивной электроэнергии, квар∙ч.

7. Определяется полная расчётная нагрузка

8. Определяется расчётный ток

Полученный ток используется для выбора элементов электрической сети, на которые рассчитывается нагрузка по условию допустимого нагрева. При этом условие допустимого нагрева является основным для проектирования систем цехового электроснабжения. Исключение составляют цеха, время использования максимальной нагрузки которых Т_м>5000 часов, в этом случае выбор элементов электроснабжения осуществляется по экономическим условиям (согласно ПУЭ).

Проблемы определения расчётной нагрузки возникают в случае, когда количество электроприёмников в группе больше 3.

Определение расчётной нагрузки при количестве электроприёмников в группе 3 и менее.

В качестве расчётной нагрузки принимается суммарная установленная электрическая нагрузка электроприёмников:

1);

2);

3);

4) .

tgφ_н.i – номинальный коэффициент реактивной мощности электроприёмника. Указывается в паспортных данных электроприёмника.

-номинальный коэффициент полезного действия электроприёмника.

Для одиночных электроприёмников в качестве расчетной принимается номинальная нагрузка, приведенная к длительному режиму работы:

1);

2);

3);

4)

Полученное значение расчётного тока используется для выбора ответвлений к электроприёмникам (выбор провода, магнитного пускателя, защитной аппаратуры).

Вспомогательные методы определения расчётной нагрузки.

На практике в ряде случаев отсутствуют ГЭН, а также сведения о режимах работы электроприёмников. В этих случаях расчётную нагрузку определяют вспомогательными (эмпирическими) методами:

· Метод коэффициента спроса;

· Метод удельного расхода электроэнергии на единицу выпускаемой продукции;

· Метод удельной плотности нагрузки на единицу производственной площади.

1. Метод коэффициента спроса.

Расчётная нагрузка определяется по выражению

P_p= K_сР_уст

К_с – коэффициент спроса группы электроприёмников. Значение К_с принимается по справочным таблицам в зависимости от состава группы электроприёмников и наименования потребителей.

Физический смысл К_с заключается в следующем: это доля суммы номинальных мощностей электроприёмников статистически отражающая максимальный, практически ожидаемый режим одновременной работы и загрузки некоторого сочетания установленных электроприёмников.

tgφ –средневзвешенный коэффициент реактивной мощности рассматриваемого потребителя электроэнергии. Определяется по справочным данным.

Данный метод широко используется для определения расчётной нагрузки цехов предприятия и завода в целом, особенно на предпроектных стадиях.

2. Метод удельного расхода электроэнергии на единицу выпускаемой продукции.

1) P_p= K_с ∙Р_уст

2) -показатель, характеризующий эффективность использования электроэнергии.

Данный метод используется для определения расчётной нагрузки участков, отделений и цехов, где технологическая продукция П однородна и количественно мало меняется. При этом определяется средняя нагрузка

П – объём произведённой продукции за время Т

При определении расчётной (максимальной) нагрузки следует принимать во внимание время использования максимальной нагрузки.

Для котельной - 8400ч.

Для механического цеха – 3600ч.

Значения удельного расхода электроэнергии приводится в справочной литературе в зависимости от наименования продукции, однако на практике эти значения могут отличаться в 10-ки раз. В связи с этим у метода низкая точность расчёта.

При этом значение удельных расходов электроэнергии целесообразно принимать по результату их измерения, а также, по результатам разработки норм расхода электроэнергии на единицу выпускаемой продукции.

3. Метод удельной плотности нагрузки на единицу производственной площади.

Удельная плотность нагрузки определяется на основании обследования цехов действующих промышленных предприятий:

;

S_p – максимальная (расчётная) нагрузка цеха;

F_ц – площадь цеха.

Удельная установленная мощность на единицу площади:

Значения S_уд, P_уд приводятся в справочной литературе в зависимости от наименования электроприёмника и площади его производственных помещений.

Расчётная нагрузка определяется по выражению:

;

Например, для металлообрабатывающих цехов Р_уд=0,12..0,25 кВт/м².

Данный метод широко используется для определения расчётной нагрузки осветительных электроприёмников. При этом расчётная нагрузка освещения определяется по выражению

Р_р.о.=К_с.о.∙Р_уд.о.∙F

К_с.о. – коэффициент спроса осветительной нагрузки;

Р_уд.о. – удельная мощность осветительной нагрузки, которая в зависимости от требований к освещённости изменяется в пределах 4...100 Вт/м².

Таким образом, расчётную электрическую нагрузку можно определить основными и вспомогательными методами, причём проектные решения следует основывать на результатах, полученных основными методами (особенно методом упорядоченных диаграмм).

Определение расчётной нагрузки потребителей на напряжение 6-10 кВ.

Задача заключается в поиске расчётной электрической нагрузки цехов потребителя, а также на шинах его источников питания (РП, ГПП, ПГВ).

При определении расчётной нагрузки, как правило, используют вспомогательные методы расчёта: метод коэффициента спроса для определения расчётной силовой нагрузки и метод удельной мощности нагрузки для определения расчётной осветительной мощности.

Расчёт выполняется в следующем порядке:

1. Методом коэффициента спроса определяется расчётная нагрузка каждого из участков (цехов) потребителя.

; ;

где К_ci, tgφ_i – коэффициенты спроса и реактивной мощности i-го участка (цеха) потребителей, принимаются по справочным данным.

2. Методом удельной мощности нагрузки определяется расчётная осветительная нагрузка.

;

где К_соi – коэффициент спроса осветительной нагрузки i-го участка;

P_уд.о.i – коэффициент удельной мощности осветительной нагрузки, Вт/м²;

F_i – площадь участка.

3. Рассчитывается суммарная полная нагрузка всех участков (цехов) потребителя.

; ;

4. Определяется расчётная нагрузка потребителей в целом

;

К_о – коэффициент одновремённости максимумов нагрузки. Находится в зависимости от группового коэффициента использования и количества присоединений (участков) потребителей K_о=f(K_u;n).

Значения К_о также приведены в справочниках по электроснабжению в зависимости от наименования потребителя и отрасли промышленности.

Данный коэффициент учитывает разновремённость максимумов нагрузки отдельных участков потребителя.

Рвн, Qвн – соответственно расчётная активная и реактивная нагрузки электроприёмников высокого напряжения потребителя.

Из формул видно, что при определении расчётной нагрузки потребителя в целом учитываются потери мощности в элементах системы внутризаводского электроснабжения (КЛ и цеховые трансформаторы). На стадии, когда нет схем электроснабжения и отсутствуют сведения об ее элементах, потери мощности в них допускается определять по приближённым выражениям:

1)

2)

При определении расчётной нагрузки потребителя также учитывается нагрузка высоковольтных электроприёмников, которые рассчитаны методом коэффициента спроса.

;

На основании расчёта нагрузки потребителя выбираются высоковольтные КЛ, необходимые для канализации электроэнергии по территории потребителя, а также элементы РП, ГПП, ПГВ.

; ; U_н=6-10 кВ.

Определение расчётной нагрузки при наличии

однофазных электроприёмников в группе.

На ряду с 3-х фазными электроприёмниками потребители электроэнергии используют также и однофазные электроприёмники (сварочные агрегаты, гальванические электроустановки, осветительные электроустановки).

Если неравномерность однофазных электроприёмников не превышает 15% общей мощности 3-х фазных электроприёмников в группе, то они учитываются как 3-х фазные электроприёмники той же суммарной мощности. Неравномерность нагрузки по фазам рассчитывается по выражению

,

где P_н.max – номинальная нагрузка наиболее нагруженной из фаз;

P_н.min – номинальная нагрузка наименее нагруженной из фаз.

При наличии однофазных электроприёмников, когда их количество не превышает 3-х эквивалентная расчетная 3-х фазная определяется следующим образом:

1. Определяется эквивалентная нагрузка по фазам:

PA=(PAB+PAC)/2+PA

PB=(PAB+PBC)/2+PB

PC=(PBC+PAC)/2+PC

2. Выбирается наиболее загруженная фаза и определяется расчетная эквивалентная 3-х фазная нагрузка (например, фазы А).

Рр=3∙РА.

Если однофазные электроприёмники в группе включены на фазное напряжение, то в качестве расчётной принимается утроенное значение нагрузки наиболее загруженной фазы:

Рр=3∙Рф.

Если же однофазные электроприёмники подключены на линейное напряжение, то расчётная нагрузка определяется как произведение мощности наиболее мощного электроприёмника на √3:

Рр=√3∙Рф.

Расчётная нагрузка для однофазных электроприёмников в случае, когда их количество больше чем 3 при одинаковых коэффициентах использования К_и и мощности cosφ определяется по формулам:

;

К_р – коэффициент расчётной активной нагрузки, определяется в зависимости от группового коэффициента использования К_и и эффективного количества электроприёмников в группе:

Кр=f(Ки; nэ).

При этом эффективное количество однофазных электроприёмников определяется по выражению:

1) для однофазных электроприёмников

,

где ΣP_н.о. – сумма номинальных мощностей однофазных электроприёмников в группе;

P_н.о.max – наибольшая номинальная мощность однофазного электроприёмника в группе.

2) В случае когда в группе имеются однофазные и трехфазные электроприёмники, то их эффективное количество определяется по выражению:

,

где Р_н.3i – номинальная нагрузка 3-х фазного электроприёмника;

Р_н.о.i – эквивалентная номинальная нагрузка однофазного электроприёмника наиболее загруженной фазы.

В общем случае, когда количество однофазных электроприёмников более 3-х, значения К_и и сosφ различны, электроприёмники включены как на фазное так и на линейное напряжение, расчётная нагрузка определяется в следующей последовательности:

1. Определяется средняя нагрузка по фазам.

Например, для фазы А:

Р_с.а.=К_иР_abp_(ab)a+ К_иP_cap_(ca)a+K`_иР_ао,

Р_ab, P_ca – нагрузка присоединений на линейное напряжение;

Р_ао – нагрузка, присоединённая на фазное напряжение;

p_(ab)a,p_(ca)a – коэффициенты приведения нагрузок, включённых на линейное напряжение AB и СА соответственно к фазе А. Значения этих коэффициентов принимаются по таблицам в зависимости от сosφ.

Коэффициенты	сosφ
0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9
p(ab)a, p(bс)b, p(ca)c	1.4	1.17		0.89	0.8	0.72	0.64	0.5
p(ab)b, p(bс)c, p(ca)a	-0.4	-0.17		0.11	0.2	0.28	0.36	0.6
q(ab)a, q(bс)b, q(ca)c	1.26	0.86	0.58	0.38	0.22	0.09	-0.05	-0.29
q(ab)b, q(bс)c, q(ca)a	2.54	1.44	1.16	0.96	0.8	0.67	0.53	0.29

2. Из полученных значений выбирается наиболее загруженная фаза по средней нагрузке. Для этой фазы определяется групповой коэффициент использования.

Например, для фазы А:

3. Определяется расчётная нагрузка

;

K_р=f(K_u;n_э);

K`_р=

Определение расчётных электрических нагрузок городских электрических сетей.

Городские электрические сети служат для электроснабжения жилых и общественных зданий, комунально-промышленных объектов. Для выбора элементов таких сетей по условию их допустимого нагрева необходимо знать расчетные электрические нагрузки. Эти нагрузки складываются из нагрузок потребителей расчетного узла с учетом коэффициентов одновременности.

Определение расчётных нагрузок жилых зданий (U до 1 кВ).

Расчётная нагрузка на вводе жилого дома складывается из нагрузки квартир, лифтов, санитарно-технических устройств (вентиляторов, насосов водоснабжения).

где - расчётная нагрузка квартир (определяется методом удельной мощности);

где - удельная нагрузка электроприёмников в квартире;

n – количество квартир.

Ррл – расчётная нагрузка лифтов (определяется методом коэффициента спроса);

где - коэффициент спроса мощности лифтовых установок;

- мощность двигателя лифта;

Ррст – расчётная нагрузка санитарно-технических устройств (определяется методом коэффициента спроса);

где Ко=0.9 – коэффициент одновременности.

Определение расчётных нагрузок общественных зданий (до 1 кВ).

Нагрузки этих объектов определяются по удельным расчётным мощностям, которые приведены в справочной литературе.

Здания	Ед. измерения	Руд
Предприятия Общественного питания	кВт/место	0.65-0.9	0.98
Школа	кВт/ученик	0.13-0.22	0.92

Дата добавления: 2014-01-07