Электроснабжение промышленных предприятий и электрические нагрузки

Высокие темпы развития энергетики требуют максимальной эффективности капиталовложений и материальных затрат в данной отрасли промышленности. Как известно, на долю промышленных предприятий приходится около двух третей потребления электроэнергии. В связи с этим особенно большое значение имеет задача определения электрических нагрузок промышленных предприятий: для отдельных групп электроприемников, цехов и всего предприятия в целом.

Электрическая сеть, запроектированная на основе преуменьшенных расчетных нагрузок, не сможет обеспечить пропускную способность элементов сети по условию нагрева, вследствие этого нарушается нормальное функционирование предприятия. Завышение же расчетной нагрузки приводит к излишним капиталовложениям в строительство сетей электроснабжения и нарушению электромагнитной совместимости. Поэтому точное определение расчетных нагрузок есть первый и основополагающий этап проектирования любой электрической сети в промышленности.

Расчетные электрические нагрузки промышленных предприятий следует принимать по проектам электроснабжения предприятий или по соответствующим аналогам.

Электрические нагрузки существующих предприятий допускается принимать по данным фактических замеров с учетом перспективного развития предприятия.

Нагрузка электроэнергетической системы - суммарная электрическая мощность, расходуемая всеми приемниками (потребителями) электроэнергии, присоединёнными к распределительным сетям системы, и мощность, идущая на покрытие потерь во всех звеньях электрической сети (трансформаторах, преобразователях, линиях электропередачи). Зависимость изменения электрической нагрузки во времени, т. е. мощности потребителя или силы тока в сети в функции времени, называется графиком нагрузки. Различают индивидуальные и групповые графики нагрузки — соответственно для отдельных потребителей и для групп потребителей. Электрические нагрузки, определяющиеся мощностью потребителей, являются случайными величинами, принимающими различное значение с некоторыми вероятностями. Потребители обычно работают не одновременно и не все на полную мощность, поэтому фактически электрические нагрузки всегда меньше суммы индивидуальных мощностей потребителей.

Отношение наибольшей потребляемой мощности к присоединённой мощности называют коэффициентом одновременности. Отношение наибольшей нагрузки данной группы потребителей к их установленной мощности называется коэффициентом спроса.

Различают среднюю электрическую нагрузку, т. е. значение нагрузки энергосистемы, равное отношению выработанной (или использованной) за определенный период времени энергии к длительности этого периода в часах, и среднеквадратичную электрическую нагрузку за сутки, месяц, квартал, год.

Под активной (реактивной) электрической нагрузкой понимают суммарную активную (реактивную) мощность всех потребителей с учётом её потерь в электрических сетях. Активная мощность Р отдельной нагрузки, группы нагрузок или электрическая нагрузка определяется как Р = S×cosj, где S = UI — полная мощность (U — напряжение, I — сила тока), cos j — коэффициент мощности j = arcts Q/P где Q — реактивная мощность нагрузки. Нагрузка с резко или скачкообразно меняющимся графиком называется толчкообразной нагрузкой. В нагрузке электроэнергетической системы при изменении условий работы и нарушениях режима энергосистемы (изменении напряжения, частоты, параметров передачи, конфигурации сети и т.д.) возникают переходные процессы. При изучении этих процессов обычно рассматривают не отдельные нагрузки, а группы нагрузок (узлы нагрузки), присоединённых к мощной подстанции, высоковольтной распределительной сети или линии электропередачи.

Процессы в узлах нагрузки оказывают влияние на работу энергосистемы в целом. Степень этого влияния зависит от характеристик нагрузки, под которыми обычно понимают зависимости потребляемой в узлах активной и реактивной мощностей, вращающего момента или силы тока от напряжения или частоты. Различают 2 вида характеристик нагрузок — статические и динамические. Статической характеристикой называется зависимость мощности, момента или силы тока от напряжения (или частоты), определяемая при медленных изменениях электрической нагрузки.

Эти же зависимости, определённые при быстрых изменениях нагрузки, называются динамическими характеристиками. Надёжность работы энергосистемы в каком-либо режиме в значительной мере зависит от соотношения нагрузки электроэнергетической системы в этом режиме и возможной предельной нагрузки.

Требования к определению электрических нагрузок, которые должны выполняться при проектировании объектов электроснабжения промышленных предприятий:

1. Основными исходными данными для определения расчетных нагрузок служит перечень электроприемников, установленных на предприятии, с указанием их номинальной мощности, назначения, режима работы.

2. Определение электрических нагрузок электроприемников с переменным графиком нагрузки на всех ступенях питающих и распределительных сетей следует выполнять, как правило, по методу коэффициента использования и коэффициента максимума в соответствии с действующими указаниями по определению электрических нагрузок в промышленных установках, при этом расчетные нагрузки на трансформаторы следует корректировать с учетом нагрузок, определяемых по удельным расходам электроэнергии.

3. Коэффициенты использования и максимума следует систематически уточнять на основании данных обследования электрических нагрузок действующих промышленных электроустановок.

4. Нагрузки от крупных потребителей напряжением выше 10000020В должны учитываться особо, в соответствии с их режимом работы. Расчетную нагрузку электроемких потребителей следует определять по графику нагрузки, составленному на основе технологического графика.

5. При построении общего графика нагрузки нескольких электроемких потребителей необходимо учитывать несовпадение индивидуальных графиков с целью уменьшения максимума суммарной электрической нагрузки.

6. Определение суммарных резкопеременных ударных нагрузок следует производить на основании индивидуальных графиков работы таких электроприемников. Учитывая сложный и случайный характер изменения нагрузок, допускается применение упрощенного метода определения суммарных резкопеременных ударных нагрузок путем определения вероятности совпадения максимумов индивидуальных графиков по времени продолжительности работы и времени пауз.

Результаты расчета электрических нагрузок должны сопоставляться со среднегодовыми темпами роста нагрузок, полученными из анализа их изменения за последние 5-10 лет и, при необходимости, корректироваться.

В системах электроснабжения промышленных предприятий для коммутации токов в электрических сетях в условиях больших токовых нагрузок применяются выключатели нагрузки.

Выключатели нагрузки являются механическими коммутационными аппаратами и применяются в электрических цепях переменного тока в качестве простого выключателя. Выключатели предназначаются для коммутирования активных и индуктивных нагрузок, включая двигатели, защищенных другими коммутационными аппаратами. Выключатели нагрузки могут использоваться в учетно-распределительных щитах зданий и сооружений для оперативного включения/выключения отдельных групп электропотребителей. Таким образом, выключатели выполняют функцию включения/выключения (рубильника). Выключатели нагрузки защищают от перегрузок и коротких замыканий многоэтажные автостоянки, складские помещения, жилые здания, больницы, промышленные предприятия и т.д.

Выключатели нагрузки с успехом применяют во многих ответственных электроустановках, например, в качестве генераторных выключателей в мощных энергоблоках - для коммутации рабочих токов (без защитных функций), в установках компенсации реактивной мощности - для коммутации конденсаторных батарей большой мощности и в целом ряде других случаев.