Приемники электрической энергии. Электрические нагрузки

Понятие о многоступенчатой передаче электроэнергии. Характеристики основных промышленных потребителей. Графики электрических нагрузок. Определение приведенного числа приемников, средних нагрузок, расхода электроэнергии, расчетных электрических нагрузок.

Рубрика Физика и энергетика
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 13.07.2013
Размер файла 465,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Контрольная работа

Электроснабжение промышленных предприятий

Тема

Приёмники электрической энергии. Электрические нагрузки

Содержание

1. Понятие о многоступенчатой передаче электроэнергии

2. Характеристики основных промышленных потребителей

3. Графики электрических нагрузок

4. Определение приведённого числа приёмников

5. Определение средних нагрузок

6. Определение расхода электроэнергии

7. Определение расчётных электрических нагрузок

Литература

1. Понятие о многоступенчатой передаче электроэнергии

На электростанциях электроэнергию вырабатывают при относительно низких напряжениях: 0,23-0,4 и 3,15-10,5 кВ. При таких напряжениях передавать электроэнергию на большие расстояния невыгодно, поэтому генераторное напряжение повышают до напряжения 35-110-220 кВ и выше и по магистральным линиям электропередачи передают в районы потребления. Там напряжение вновь понижают до 6, 10 кВ и на таком напряжении электроэнергия распределяется между пунктами потребления. Для непосредственного использования в установках потребителя напряжение ещё раз снижают до 220/380 В.

Рис. 1.1 Многоступенчатая схема передачи электроэнергии потребителям

Т1, Т2 - повышающие трансформаторы, Т3-Т-6 - понижающие трансформаторы, ВЛ - воздушная линия.

Номинальное напряжение является одним из основных параметров, характеризующих конкретную электроустановку. Согласно правил устройства электроустановок все электроустановки делятся на:

· установки до 1000 В,

· установки свыше 1000 В.

Для электроснабжения предприятий распределительные устройства и установки до 1000 В имеют незначительное значение и используются, как правило, как потребители электроэнергии, поэтому основное внимание в данном курсе уделяется установкам выше 1000 В.

Стандартные напряжения переменного трёхфазного тока (линейные значения) в России являются: 3, 6, 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ (в настоящее время линии 1150 кВ используются на напряжение 750 кВ). Для электроснабжения предприятий напряжение выше 220 кВ применяется редко. Выбор того или иного стандартного напряжения определяет построение всей системы электроснабжения промышленного предприятия. Но естественно, чем крупнее предприятие, тем целесообразней выбирать напряжение высшего уровня.

2. Характеристики основных промышленных потребителей

При выполнении схем электроснабжения: выбора мест подключения к головным и распределительным подстанциям, линиям энергосистемы, выбора конфигурации сети, необходимо учитывать требования различных групп потребителей к бесперебойности и надёжности электроснабжения.

Электроснабжение предприятия должно обеспечивать:

· бесперебойность электроснабжения,

· качество электроэнергии,

· удобство и безопасность эксплуатации,

· экономичность,

· возможность изменение некоторых параметров сети при развитии предприятии без коренного переустройства сети.

Требования, предъявляемые к системе электроснабжения в отношении надёжности, зависят от характера электроприёмников потребителей и делятся на категории:

1. первая категория - электроприёмники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб хозяйству, повреждение оборудования, массовый брак продукции с большим экономическим ущербом. Такие электроприёмники должны иметь два независимых источника питания, а перерывы в электроснабжении допускаются лишь на время ввода резервного питания.

В этой категории выделяются объекты, требующие особо повышенной надёжности питания, перерывы электроснабжения которых угрожают жизни людей или могут приводить к взрывам и экологическим катастрофам. Для таких потребителей необходимо наличие трёх независимых источников питания.

2. вторая категория - электроприёмники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой массовый недоотпуск продукции, простой рабочих, механизмов, нарушение нормальной деятельности значительного количества жителей. Для этой категории потребителей допустимы перерывы в электроснабжении на время, необходимое для включения резервного питания действиями обслуживающего персонала, но не более 3,5 часа.

3. третья категория - все остальные потребители: неответственные нагрузки, жилищный сектор, небольшие посёлки, мелкие предприятия и т. п. Для потребителей третьей категории допускаются перерывы в электроснабжении на время, необходимое для ремонта повреждённого элемента сети, но не более чем на 24 часа.

Приёмники электрической энергии по сходству графиков нагрузки можно разделить на три характерные группы: с продолжительной нагрузкой, с кратковременной нагрузкой, с повторно-кратковременной нагрузкой.

а) б)

в)

Рис. 1.2 Графики основных режимов работы электроприёмников

а - продолжительный режим, б - кратковременный режим, в - повторно-кратковременный режим.

Продолжительный режим (рис. 1.2а). Такой режим работы электроприёмника продолжается столь длительное время, что превышение температуры нагрева всех её частей над температурой окружающей среды достигает установившегося значения фуст.

После включения электроприёмника его температура начинает повышаться. Если бы отсутствовала отдача теплоты в окружающую среду, то температура непрерывно повышалась бы, и за время Т (постоянная времени нагрева) достигла бы максимального значения. При дальнейшей работе температура продолжала бы повышаться до разрушения оборудования. Но в результате, происходящего одновременно, процессу охлаждения оборудования наступает тепловое равновесие, при котором температура электроприёмника становится установившейся. Установившейся считается температура, изменение которой в течении одного часа не превышает 1_С. При выборе установок по нагреву необходимо, чтобы установившееся значение превышения температуры над температурой окружающей среды не превышало допустимого значения.

Как правило, в продолжительном режиме работают электродвигатели вентиляторов, дымососов, большинства насосов и др.

Кратковременный режим (рис. 1.2 б) характеризуется небольшими по времени периодами работы оборудования, когда температура не успевает достичь установившейся, а перерыв в работе такой продолжительности, что температура приёмника снижается до температуры окружающей среды. В кратковременном режиме работают электроприводы различных задвижек, вспомогательные механизмы станков и др.

Повторно-кратковременный режим (рис. 1.2 в), при котором кратковременные режимы работы чередуются с паузами. При этом рабочие периоды не настолько длительные, чтобы оборудование нагрелось бы до установившегося значения, а во время пауз электроустановка не успевает остыть до температуры окружающей среды. В результате многократных циклов температура установки достигает некоторой псевдоустановившейся температуры, характерной именно для такого цикла. Следует отметить, что повторно-кратковременный режим может быть с неодинаковыми по длительности временами нагрева и остывания, так называемый плавающий цикл. Тогда псевдоустановившаяся температура может изменяться в достаточно широких пределах.

В таком режиме работают электроприводы подъёмно-транспортных механизмов, электросварка, некоторые электроприводы конвейеров и др.

Для оценки загрузки приёмников с повторно-кратковременным режимом используется формула относительной продолжительности включения:

, (1.1)

где tв -длительность работы, tо - длительность отключения (пауза).

3. Графики электрических нагрузок

Правильное определение электрических нагрузок является основой рационального построения и эксплуатации системы электроснабжения предприятия.

Нагрузка любых потребителей электроэнергии колеблется в течение суток, месяца, года, в зависимости от мощности подключённых электроприёмников, технологического режима. Графики нагрузок отражают колебания спроса на электроэнергию во времени (рис. 1.3).

а) б)

Рис. 1.3 Характерные суточные (а) и годовые (б) графики нагрузки

Суммарная нагрузка отдельных потребителей электроэнергии изменяется во времени под воздействием большого числа факторов. Эти колебания могут быть регулярные и случайные. На суточных графиках нагрузки выделяют максимумы и минимумы, обычно нагрузка имеет минимум в ночные часы, а максимум - в утренние и вечерние часы. При построении недельного графика нагрузки минимальные значения имеют выходные дни. При рассмотрении годового графика нагрузки имеет место регулярное снижение нагрузки в летний период.

Такого рода колебания определяются циклами природных явлений (ночь, лето), технологичными особенностями энергопотребления, количеством смен и т. п.

На вышеуказанные регулярные и предсказуемые колебания нагрузок накладываются нерегулярные, которые вызываются случайными изменениями электрических нагрузок. Эти колебания, не изменяя общего характера регулярного режима электропотребления, приводят к дополнительной изменчивости потребительской нагрузки, к случайным набросам и сбросам нагрузки по отношению к регулярной нагрузке.

В связи с этим при прогнозировании режимов энергопотребления предусматривается разработка как графиков регулярных изменений нагрузки, так и вероятностных характеристик её случайных отклонений.

Оперировать графиками нагрузок для анализа электроснабжения предприятия удобней с помощью коэффициентов. Рассмотрим основные из них.

Коэффициент использования.

Данный коэффициент является основным показателем для расчёта нагрузки. Коэффициентом использования мощности активной мощности приёмника kи,а называется отношение средней активной мощности этого приёмника к её номинальному значению:

. (1.2)

Коэффициент использования определяется для суток, недели, месяца, года, тогда этот коэффициент называется плотностью графика электропотребления.

Показателем режима электропотребления за год в целом является продолжительность использования оборудования при его загрузке максимальной мощности:

электрическая энергия приемник нагрузка

, (1.3)

где Аг - электроэнергия, потребляемая за год.

Аналогично определяются коэффициенты использования по реактивной мощности и току:

, (1.4)

. (1.5)

Коэффициент включения.

Это отношение продолжительности включения электроприёмника в цикле tв ко всей продолжительности цикла tц. Причём время включения в цикл складывается из времени работы tр и времени холостого хода tx:

(1.6)

Приближённо значение kв определяется в эксплуатации с помощью электрического счётчика времени.

Коэффициент суточной неравномерности электропотребления.

Это отношение минимальной потребляемой активной мощности Рmin к максимальной Pmax за сутки:

. (1.7)

С помощью этого коэффициента можно оценить ресурс электрооборудования.

Коэффициент загрузки.

Коэффициентом загрузки kз,а активной мощности оборудования называется отношение фактически потребляемой им средней мощности рср,в к его номинальной мощности за время включения:

. (1.8)

Аналогично находится коэффициент загрузки для реактивной мощности.

Коэффициент загрузки и коэффициент включения связаны непосредственно с технологическим процессом и изменяется с изменением режима электроприёмника.

Коэффициент формы графика нагрузок.

Это отношение среднеквадратичного значения мощности Sск(iск) или тока приёмника за определённый период времени к среднему значению Sср(iср) его за тот же период:

. (1.9)

Коэффициент формы характеризует неравномерность графика нагрузок во времени, и своё наименьшее значение, равное единице, он принимает при нагрузке, неизменной во времени.

4. Определение приведённого числа приёмников

Большинство коэффициентов, описывающих графики нагрузок применимы как для отдельных электроприёмников, так и для групп электроприёмников. В случаях, когда потребляемая мощность электроприёмников в группе равна, то расчёт затруднений не вызывает. Когда мощность приёмников различна, следует привести все электроприёмники в группе к одинаковой мощности.

Под приведённым (эффективным) числом приёмников группы nп, различных по номинальным мощностям и режиму работы понимается такое число однородных по режиму работы приёмников одинаковой мощности, которое обуславливает ту же расчётную нагрузку, что и данная рассматриваемая группа различных по мощности и режиму работы электроприёмников:

. (1.10)

Согласно формуле, если все приёмники в группе имеют одинаковую мощность, то nп=n, а если различную, то nп< n.

5. Определение средних нагрузок

Важное значение при расчёте электропотребления и оценки потерь электроэнергии имеют средняя мощность за наиболее загруженную смену Pсм, Qсм и среднегодовая мощность Pсг, Qсг. Величины Pсм, Qсм находят исходя из удельных расходов электроэнергии, которые известны для большинства производств.

Средняя активная мощность за наиболее загруженную смену Pсм определяется путём умножения суммарной номинальной мощности группы электроприёмников на их групповой коэффициент использования:

Pсм=kи,аPном (1.11)

Средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену Qсм может определяться:

1) путём умножения суммарной номинальной реактивной мощности группы приёмников на их групповой коэффициент использования:

Qсм=kи,рQном (1.12)

2) путём умножения средней активной мощности Pсм на tgц, соответствующий групповому коэффициенту мощности cosц:

Qсм= Pсм tgц, (1.13)

где tgц- это отношение реактивной мощности к активной ().

Среднегодовая мощность, потребляемая предприятием находится из соотношения:

, (1.14)

, (1.15)

где Аа.г, Ар.г - активная и реактивная потребляемая электроэнергия за год, Тг - годовой фонд рабочего времени.

6. Определение расхода электроэнергии

В зависимости от цели расчёта расход электроэнергии определяется за год, за месяц и за наиболее загруженную смену. Годовой расход активной электроэнергии может быть найден из соотношения:

. (1.16)

Годовой фонд рабочего времени зависит от характера производства, сменности, продолжительности смены и других факторов, и определяется конкретно для каждого случая.

Сезонные изменения нагрузки при определении расхода электроэнергии следует учитывать поправочным коэффициентом.

7. Определение расчётных электрических нагрузок

Одним из основополагающим этапом при проектировании системы электроснабжения предприятия является определение расчётных нагрузок, а не простое суммирование установленных мощностей. Расчётная максимальная мощность, потребляемая электроприёмниками предприятия, всегда меньше суммы номинальных мощностей этих приёмников. Это объясняется неполной загрузкой мощностей электроприёмников, разновременностью их работы, обеспечением условий труда обслуживающего персонала. От правильной оценки ожидаемых электрических нагрузок зависит степень капиталовложений при организации электроснабжения. Завышение ожидаемых нагрузок ведёт к удорожанию строительства, перерасходу материалов, неоправданному увеличению питающих мощностей. Занижение нагрузок, либо проектирование электроснабжения без учёта перспективного роста мощности производства может привести к дополнительным потерям мощности, перегрузке оборудования, либо к необходимости кардинальной перестройке системы электроснабжения.

Рис. 1.4 Схема характерных мест определения расчётных нагрузок в системе электроснабжения предприятия

Рассмотрим характерные места нагрузок на схеме (рис.1.4).

1. Определение расчётной нагрузки, создаваемым одним приёмником напряжением до 1000 В (нагрузка 1). Определение этой нагрузки необходимо для выбора сечения питающего её кабеля, и аппарата, при помощи которого производится присоединение приёмника к распределительной линии.

2. Определение расчётной нагрузки, создаваемой группой приёмников, напряжением до 1000 В (нагрузка 2). Определение данной нагрузки необходимо для выбора сечения радиальной линии, питающей данную группу приёмников, и аппарата, присоединяющего данную группу к распределительному шкафу.

3. Определение расчётной нагрузки, создаваемой на шинах напряжения до 1000 В цеховой подстанции (нагрузка 3).Определение данной нагрузки необходимо для выбора сечения линий цеховой ТП и питающих указанные приёмники, и аппарата присоединения отходящих линий.

4. Определение общей расчётной нагрузки отдельной группы электроприёмников на стороне 6 кВ (нагрузка 4). Определение данной нагрузки необходимо для выбора числа и мощности цеховых трансформаторов, сечения шин цеховой ТП, сечения проводов отходящих линий, а так же коммутационных аппаратов.

5. Определение расчётной нагрузки, создаваемой на шинах 6 кВ распределительных пунктов РП отдельными приёмниками (нагрузка 5), либо отдельными цеховыми трансформаторами с учётом потерь в трансформаторах. Определение данной нагрузки необходимо для выбора сечений проводов линий, отходящих от шин главной понизительной подстанции (ГПП) и питающих цеховые трансформаторы, либо отдельные приёмники на напряжение 6 кВ, а так же коммутационной аппаратуры на отходящих линий.

6. Определение общей расчётной нагрузки на шинах 6 кВ каждой секции ГПП (нагрузка 6). Определение данной нагрузки необходимо для выбора числа и мощности главных питающих трансформаторов, выбора сечения шин ГПП, а так же коммутационной аппаратуры.

7. Определения расчётной нагрузки на стороне высшего напряжения 110 кВ с учётом потерь в главных трансформаторах. Определение данной нагрузки необходимо для выбора сечений линий, питающих предприятие и аппаратов присоединения питающих линий.

При определении расчётных нагрузок должны учитываться ряд положений:

· графики нагрузок предприятия изменяются во времени: растут в связи с расширением производства и уменьшаются с повышением производительности труда, применением передовых технологий,

· предприятие рассчитывается функционировать определённое время, после которого необходимо либо реконструировать предприятие, либо его ликвидировать.

Рассмотрим основные методы определения расчётных нагрузок.

Метод упорядоченных диаграмм.

Метод применим, когда известны номинальные данные всех электроприёмников предприятия с учётом их размещения на территории предприятия.

Определяют среднюю нагрузку групп приёмников за максимально загруженную смену Рсм и расчётный получасовой максимум Рр:

Рсм=kиРном. (1.17)

Расчётная максимальная нагрузка:

Рр=kмРсм, (1.18)

где kм - коэффициент максимума, в данном случае активной мощности, принимаемой по графикам, в зависимости от коэффициента использования и эффективного числа электроприёмников. Коэффициент максимума характеризует превышение максимальной нагрузки над средней за максимально загруженную смену. Величина, обратная коэффициенту максимума называется коэффициентом заполнения графика нагрузки kзап:

. (1.19)

Расчёты нагрузок проводят для активных и для реактивных мощностей.

Недостаток метода упорядоченных диаграмм в том, что он не содержит элемента прогнозирования нагрузок.

Порядок расчёта:

1) все электроприёмники разбиваются на однородные по режиму работы группы с одинаковыми значениями коэффициентов использования и коэффициентов мощности,

2) в каждой группе электроприёмников и по узлу в целом находят пределы их номинальных мощностей и приведённое число приёмников, при этом все электроприёмники приводятся к ПВ=100%,

3) подсчитывают номинальную мощность узла,

4) определяют для групп электроприёмников коэффициент использования и коэффициент мощности cosц по справочным таблицам и по характеристикам оборудования,

5) определяют активную (по 1.17) и реактивную потребляемую мощность за наиболее загруженную смену:

Qсмсмtgц, (1.20)

6) определяют суммарную активную и реактивную нагрузку для узла для разнородных групп электроприёмников,

7) определяют средневзвешенное значение коэффициента использования узла и коэффициента мощности по tgцуз:

, (1.21)

, (1.22)

8) определяют эффективное приведённое число электроприёмников nп,

9) с учётом коэффициента максимума определяют расчётную максимальную нагрузку,

10) определяют полную мощность:

, (1.23)

и расчётный ток:

(1.24)

Метод расчёта нагрузок по удельному потреблению электроэнергии на единицу продукции.

Определяется годовой расход активной электроэнергии:

Wa0M, (1.25)

а по нему рассчитывают нагрузку:

, (1.26)

где М - годовое число единиц продукции, щ0 - удельный расход электроэнергии на единицу продукции, Тг - годовой фонд рабочего времени.

Удельный расход электроэнергии на единицу продукции определяют на основе анализа данных о расходе энергии на аналогичных предприятиях.

Метод определения расчётной нагрузки по коэффициенту формы.

Расчётная нагрузка определяется из следующих выражений:

, (1.27)

, (1.28)

. (1.29)

В условиях эксплуатации среднюю мощность можно определить по показаниям счётчиков активной и реактивной энергии и сопоставить со средней нагрузкой, определённой расчётным путём.

Существуют и другие методы расчёта нагрузки предприятия: метод удельной плотности электрической нагрузки на единицу производственной площади, метод по установленной мощности и др.

Литература

1. Шеховцов В.П. Расчет и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005.

2. Алиев И.И. Электротехнический справочник. - М.: ИП РадиоСофт, 2002.

3. Сибикин Ю.Д. Электроснабжение промышленных и гражданских зданий: Учеб. для студ. сред. проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2006.

4. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебник для студентов высших учебных заведений. - М.: Интермет Инжиниринг, 2005.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Определение расчетных электрических нагрузок электроснабжения. Расчет нагрузок осветительных приемников. Выбор схемы электроснабжения цеха. Потери мощности холостого хода трансформатора. Выбор питающих кабелей шинопроводов и распределительные провода.

    контрольная работа [350,8 K], добавлен 12.12.2011

  • Расчет электрических нагрузок. Построение графиков электрических нагрузок. Основные показатели и коэффициенты, характеризующие графики нагрузок. Средняя активная мощность. Выбор силовых трансформаторов. Схемы электрических соединений подстанции.

    дипломная работа [2,7 M], добавлен 23.06.2011

  • Характеристика потребителей электрической энергии. Определение расчетных электрических нагрузок жилых домов и числа трансформаторных подстанций. Построение картограммы нагрузок. Выбор марки и сечения проводов. Релейная защита, противоаварийная автоматика.

    дипломная работа [1,3 M], добавлен 29.07.2012

  • Классификация и характеристика промышленных электроприемников. Виды электрических нагрузок промышленных предприятий, график и способы его построения. Определение расчетных электрических нагрузок, разработка картограммы. Электробаланс и расчет потерь.

    шпаргалка [61,2 K], добавлен 25.05.2013

  • Определение расчетных нагрузок корпусов и предприятия. Построение картограммы электрических нагрузок цехов. Режимы работы нейтралей трансформаторов. Расчет токов короткого замыкания. Схема электрических соединений. Компенсация реактивной мощности.

    курсовая работа [776,0 K], добавлен 05.01.2014

  • Определение расчетных электрических нагрузок по цехам предприятия, рационального напряжения системы электроснабжения. Расчет картограммы нагрузок и определение центра электрических нагрузок предприятия. Выбор числа и мощности трансформаторов ГПП.

    курсовая работа [141,8 K], добавлен 10.04.2012

  • Особенности формирования системы электроснабжения промышленных предприятий. Характеристика потребителей электроэнергии. Методы расчета электрических нагрузок. Расчет силовой электрической нагрузки напряжением до 1000В. Потери мощности в трансформаторах.

    контрольная работа [32,2 K], добавлен 05.04.2012

  • Систематизация и расчёт электрических нагрузок и годовых расходов электроэнергии. Расчёт силовых электрических нагрузок. Определение годовых расходов электроэнергии. Выбор конструктивного исполнения заводской сети. Выбор мощности конденсаторов.

    курсовая работа [317,9 K], добавлен 06.05.2014

  • Принцип построения схем распределения электрической энергии внутри жилых зданий. Описание схемы электроснабжения двенадцати этажного дома. Метод определения электрических нагрузок в жилых зданиях. Расчётные нагрузки жилых домов второй категории.

    контрольная работа [1,1 M], добавлен 24.11.2010

  • Эквивалентирование электрических сетей до 1000 В и оценка потерь электроэнергии в них по обобщенным данным. Поэлементные расчеты потерь электроэнергии в низковольтных электрических сетях. Выравнивание нагрузок фаз в низковольтных электрических сетях.

    дипломная работа [2,6 M], добавлен 17.04.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.