Суточные и годовой график нагрузки

Надежность

К I категории относят электроприемники, перерыв в электро­снабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования (для сельского хозяй­ства — болезнь и гибель животных), массовый брак (порчу) сельс­кохозяйственной продукции, нарушение сложных технологичес­ких процессов и т. п.

Электроприемники I категории должны обеспечиваться элект­роэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источни­ков питания. Перерыв в электроснабжении этих электроприемни­ков от одного из источников допускается только на время автомати­ческого восстановления питания.

Ко II категории относят элекгроприемники, перерыв в электро­снабжении которых приводит к массовым недоотпускам продук­ции, простоям рабочих и механизмов, нарушению нормальной дея­тельности значительного числа городских и сельских жителей.

Электроприемники II категории должны обеспечиваться элект­роэнергией от двух источников питания. При нарушении электро­снабжения от одного из них допустимы перерывы в подаче электро­энергии на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом или выездной оперативной бригадой. До­пускается питание электроприемников II категории по одной ли­нии и от одного трансформатора, если возможны проведение ава­рийного ремонта линии или замена повредившегося трансформа­тора за время не более одних суток.

К III категории относят все остальные электроприемники. Для них электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы в электроснабжении не превы­шают одни сутки.

Для повышения надежности электроснабжения могут быть ис­пользованы различные средства. Это связано, с одной стороны, с по­лучением экономического эффекта, в первую очередь за счет умень­шения ущерба от перерывов в электроснабжении, с другой — с допол­нительными затратами на сами средства. Поэтому повышение надеж­ности электроснабжения наиболее целесообразно до определенного оптимального уровня, при котором достигается максимальный сум­марный экономический эффект с учетом обеих составляющих.

Различные средства и мероприятия по повышению надежности электроснабжения можно разделить на две группы — организаци­онно-технические и технические.

К организационно-техническим мероприятиям относят следую­щие:

1. Повышение требований к эксплуатационному персоналу, в том числе трудовой и производственной дисциплине, а также повы­шение квалификации персонала.

2. Рациональная организация текущих капитальных ремонтов и профилактических испытаний, в том числе совершенствование

планирования ремонтов и профилактических работ, механизация ремонтных работ, ремонт линий под напряжением.

В сельских электрических сетях линии под напряжением прак­тически не ремонтировали. В то же время в сетях другого назначе­ния, в том числе напряжением выше 110 кВ, линии ремонтируют, так как значительно уменьшаются перерывы в электроснабжении, в первую очередь при планово-предупредительных и профилакти­ческих работах. Это объясняется меньшей эффективностью ремон­та под напряжением в сельских распределительных сетях 10 кВ, чем, например, в сетях более высоких напряжений, и недостаточ­ной квалификацией обслуживающего персонала. Однако следует предполагать, что в дальнейшем такой ремонт найдет применение и в сельских электрических сетях.

3. Рациональная организация отыскания и ликвидации повреж­дений, в том числе совершенствование поиска повреждений, в час­тности с использованием специальной аппаратуры; применение необходимого автотранспорта; диспетчеризация, телемеханизация, радиосвязь и др.; механизация работ по восстановлению линий.

4. Обеспечение аварийных запасов материалов и оборудования. Следует стремиться к оптимальному объему этих запасов, так как их излишек связан с потерей капиталовложений, а недостаток может привести к увеличению срока восстановительных работ.

К техническим средствам и мероприятиям по повышению на­дежности электроснабжения относят следующие:

1. Повышение надежности отдельных элементов сетей, в том числе опор, проводов, изоляторов, различного линейного и под- станционного оборудования.

2. Сокращение радиуса действия электрических сетей. Воздуш­ные электрические линии — наиболее повреждаемые элементы си­стемы сельского электроснабжения. Число повреждений растет примерно пропорционально увеличению длины линий.

В системе сельского электроснабжения проведена значительная работа по разукрупнению трансформаторных подстанций и сокра­щению радиуса действия сетей, который для линий напряжением 10 кВ должен быть повсеместно снижен до 15 км, а в дальнейшем — примерно до 7 км, как это принято во многих зарубежных странах.

3. Применение подземных кабельных сетей. Значительные пре­имущества перед воздушными линиями имеют подземные кабель­ные. Они короче воздушных, так как их не нужно прокладывать по обочинам полей севооборотов, а можно вести по кратчайшему рас­стоянию. При этом полностью устраняются помехи сельскохозяй­ственному производству. Основное же преимущество кабельных линий — их высокая надежность в эксплуатации. Полностью ис­ключаются повреждения линий от гололеда и сильных ветров, су­щественно снижаются аварии от атмосферных перенапряжений. Число аварийных отключений снижается в 8... 10 раз. Однако про­должительность ликвидации аварий на кабельных линиях при со-

временном уровне эксплуатации примерно в 3 раза больше, так как сложнее найти место повреждения и приходится проводить земля­ные работы по вскрытию траншеи. С помощью специальных при­боров можно ускорить отыскание повреждений.

Особенно существенно, что капиталовложения на кабельные ли­нии при прокладке кабелеукладчиками оказываются практически одинаковыми по сравнению с капиталовложениями на воздушные.

Благодаря этим преимуществам кабельные линии напряжением 10 кВ весьма перспективны для развития сельских электрических сетей и в будущем по мере роста выпуска кабеля электропромыш­ленностью все большее число линий будут кабельными, а воздуш­ные линии 0,38 кВ будут выполняться с использованием изолиро­ванных проводов.

4. Сетевое и местное резервирование. Сельские электрические сети работают в основном в разомкнутом режиме, т. е. они обеспе­чивают одностороннее питание потребителей. При таком режиме можно снизить значения токов короткого замыкания, применить более дешевую аппаратуру, в частности выключатели, разъедини­тели и др., снизить потери мощности в сетях, облегчить поддержа­ние требуемых уровней напряжения на подстанциях и т. п. При этих условиях надежность электроснабжения потребителей зна­чительно ниже, чем при замкнутом режиме, т. е. при двухсторон­нем питании потребителей. В качестве резервного источника мо­жет быть использована вторая линия электропередачи от другой подстанции (или от другой секции шин двухтрансформаторной подстанции). Такое резервирование называют сетевым. Однако особенно в районах с повышенными гололедно-ветровыми на­грузками возможно повреждение обеих линий и прекращение по­дачи энергии. Более независимым источником служит резервная электростанция (местное резервирование). В системе сельского электроснабжения для питания наиболее ответственных потреби­телей в период аварии основной линии чаще всего в качестве ре­зервной используют дизельные электростанции небольшой мощ­ности, применение которых намечается значительно расширить.

5. Автоматизация сельских электрических сетей, в том числе со­вершенствование релейной защиты, использование автоматичес­кого повторного включения (АПВ), автоматического включения резерва (АВР), автоматического секционирования, устройств авто­матизации поиска повреждений, автоматического контроля ненор­мальных и аварийных режимов, телемеханики.

Широкое внедрение большинства рассмотренных ранее техни­ческих средств связано с большими капитальными вложениями, учитывая, что протяженность сельских электрических сетей дос­тигла 2,2 млн км. При автоматизации сетей как средства повыше­ния надежности электроснабжения требуются относительно малые затраты при широких возможностях использования в эксплуатиру­емых сетях без их серьезной реконструкции. Автоматизация — одно из основных и наиболее эффективных средств повышения надеж­ности электроснабжения.

Следует отметить, что максимальный эффект от повышения на­дежности электроснабжения может быть получен при комплексном использовании различных мероприятий и средств. Их оптималь­ные сочетания определяются конкретными условиями. Разрабаты­вают целую комплексную программу повышения надежности элек­троснабжения сельскохозяйственных потребителей, которая будет включать в себя рекомендации по оптимальным комплексам средств для различных условий.

Суточные и годовой график нагрузки

От электрических сетей в сельских районах обычно питается большое число разнообразных потребителей электрической энер­гии, под которыми понимают приемник или группу приемников электрической энергии, объединенных технологическим процес­сом и размещенных на определенной территории. Приемником электрической энергии (электроприемником), в свою очередь, на­зывают аппарат, агрегат или механизм, предназначенный для пре­образования электрической энергии в энергию другого вида.

В сельских районах находятся следующие потребители электри­ческой энергии:

жилые дома рабочих и служащих в населенных пунктах, фермер­ские хозяйства;

больницы, школы, клубы, магазины, пекарни, прачечные и дру­гие предприятия, обслуживающие население;

производственные потребители хозяйств (животноводческие фермы, зерноочистительные пункты, теплицы, хранилища сельс­кохозяйственной продукции, мельницы, гаражи, котельные и т. п.);

предприятия агропромышленного комплекса, хлебоприемные пункты, предприятия по переработке сельскохозяйственной продук­ции (молокозаводы, консервные заводы, мясокомбинаты и т. п.);

прочие потребители, в числе которых могут быть промышлен­ные предприятия.

В особую группу должны быть выделены крупные предприятия по производству сельскохозяйственной продукции на промышлен­ной основе, в первую очередь животноводческие комплексы, пти­цефабрики и тепличные комбинаты. Схемы их электроснабжения отличаются от типовых схем в районах рассредоточенной нагрузки сельскохозяйственных потребителей и приближаются к соответ­ствующим схемам для промышленных предприятий.

Для проектирования электрических линий, подстанций и стан­ций необходимо знать нагрузки отдельных электроприемников и их групп.

Электрическая нагрузка в сельском хозяйстве, как и в других от­раслях народного хозяйства, — величина непрерывно изменяющаяся: одни потребители включаются, другие отключаются. Мощ­ность, потребляемая включенными электроприемниками, напри­мер электродвигателями, также уменьшается или увеличивается с изменением загрузки приводимых в действие рабочих машин. Кро­ме того, с течением времени общая электрическая нагрузка непре­рывно увеличивается, так как растет степень электрификация сель­скохозяйственного производства и быта сельского населения.

Эти изменения, как правило, носят случайный характер, однако они подчиняются вероятностным законам, которые могут быть ус­тановлены с той большей точностью, чем больше опытных данных было использовано при их определении.

Таким образом, обстоятельное изучение электрических нагру­зок в сельском хозяйстве — сложная самостоятельная задача. В дан­ном курсе эту задачу рассматривают частично и сводят в первую очередь к определению расчетных нагрузок, т. е. наибольших зна­чений полной мощности на вводе к потребителю или в электричес­кой сети за промежуток времени 0,5 ч в конце расчетного периода. Различают дневной Sд и вечерний Sв максимум нагрузок потребите­ля или группы потребителей.

За расчетный период принимают время, истекшее с момента ввода установки в эксплуатацию до достижения нагрузкой расчет­ного значения. В сельских электроустановках продолжительность такого периода принимают равной 5... 10 годам. Необходимо также знать коэффициент мощности расчетных нагрузок.

Для распространенных в сельском хозяйстве электроприемни­ков показатели нагрузки определяют по нормативам, приведенным далее. При составлении типовых проектов и определении нагрузок, данные по которым отсутствуют в типовой методике, используют реальные графики электрической нагрузки.

Графиком нагрузки называют зависимость активной Р, реактив­ной Q или полной S мощности нагрузки от времени. Графики на­грузки могут быть суточными и годовыми.

В большинстве случаев в разные периоды года суточные графики нагрузки отличаются один относительно другого. Особенно значи­тельно изменяется в средних и северных широтах осветительная на­грузка вследствие изменения продолжительности светового дня. При расчетах часто ограничиваются двумя характерными суточны­ми графиками для зимнего (рис. 3.1, а) и летнего (рис. 3.1,6) дней.

Годовой график (рис. 3.2, а) — это изменение по месяцам года максимальной получасовой нагрузки. Он характеризует колебания расчетной мощности объекта в течение года.

Для практических целей удобен годовой график нагрузки по продолжительности (рис. 3.2, б). На этом графике по оси абсцисс откладывают время (в году 8760 ч), а по оси ординат — минималь­ную нагрузку, которая соответствует этому времени. Годовой гра­фик по продолжительности составляют на основе суточных графи­ков за все дни года.

Рис. 3.1. Суточные графики нагрузки для зимнего (а) и летнего (б) дней: Р — мощность в относительных единицах (по отношению к максимальной)

Рис. 3.2. Годовые графики нагрузки: а — по месяцам года; 6— по продолжительности

С достаточной точностью годовой график по продолжительнос­ти можно построить, пользуясь суточными графиками только для двух дней в году — зимнего и летнего. Делают это следующим обра­зом. На рисунке 3.3, а показан суточный график нагрузки зимнего, а на рисунке 3.3, б — летнего дней. Проводят на графиках пунктир­ные прямые, соответствующие нагрузкам Р_ъ Р₂,..., Р_n. Для каждого суточного графика можно определить, сколько часов действует дан­ная (или большая) нагрузка Р;.

Если теперь предположить, что сельские потребители в среднем в течение года работают 200 дней по зимнему и 165 дней по летнему графикам, то продолжительность действия нагрузок Р₁ Р₂ ..., Р_n и больших их в течение года находят так:

Откладывая соответствующие точки в системе координат Р, t и соединяя их, получаем годовой график по продолжительности (рис. 3.3, в). На этом графике Р_ср — средняя годовая мощность, ко­торая равна количеству энергии W, переданной за год (т. е. площади годового графика по продолжительности), деленной на полное чис­ло часов в году — 8760.

По графикам нагрузки объекта можно найти все параметры, не­обходимые для проектирования системы электроснабжения.

Для определения расчетной нагрузки на графике берут участок, где в течение не менее получаса мощность наибольшая. В тех случа­ях, когда максимум нагрузки на графике длится менее получаса, эк­вивалентная мощность

Для того чтобы найти расчетную нагрузку, выраженную полной мощностью S._MB, необходимо знать коэффициент мощности нагруз­ки cosφ в период ее максимума:

По годовому графику нагрузки объекта по продолжительности (рис. 3.4) можно определить время использования максимальной на­грузки Т как основание прямоуголь­ника, равновеликого по площади фи­гуре ABCD, высота которого равна расчетной максимальной нагрузке. Очевидно,что время

Зная расчетную нагрузку и время использования максимальной нагруз-

ки, легко найти энергию, потребляемую объектом в течение года:

Этот параметр необходимо знать при выполнении технико-эко­номических расчетов.

Очевидно, что чем больше значение Т, тем лучше используют электроснабжающую установку. В пределе при нагрузке, неизмен­ной в течение всего года и равной расчетной, Т= 8760 ч. В сельском хозяйстве нагрузка в течение суток и года сильно меняется и обычно значение T находится в пределах от 900 до 3400 ч.

Для всякого потребителя электроэнергии характерна его уста­новленная (или номинальная) мощность .S_ycT, указанная в паспорте электрической лампы, электродвигателя или другой установки. Учитывают также присоединенную мощность, т. е. мощность, ко­торую потребляет из сети электроприемник при его полной загруз­ке. Для всех электроприемников, кроме электродвигателей, присо­единенная мощность S_пр равна установленной Р_уст. Для электродви­гателей

При большом числе электроприемников они обычно одновре­менно не работают. Поэтому расчетную мощность на вводе в поме­щения определяют как арифметическую сумму присоединенных мощностей электроприемников, умноженную на коэффициент од­новременности к_о < 1. Коэффициентом одновременности называют отношение расчетной нагрузки группы из нескольких электропри­емников к сумме их максимальных нагрузок.

При использовании точных способов определения нагрузок тре­буются значительное количество исходных данных и большой объем вычислительной работы. Поэтому на практике широко при­меняют приближенные методы, с помощью которых можно срав­нительно быстро находить нужные значения с погрешностью, обычно не превышающей ±10 %. Следует отметить, что для многих задач большая точность и не требуется, так как средний интервал между ближайшими стандартными сечениями* проводов или сту­пенями мощности трансформаторов более чем в 2 раза превышает ±10%.

На основании статистической обработки большого опытного материала разработаны методические указания по расчету электри­ческих нагрузок в сетях 0,38... 110 кВ сельскохозяйственного назна­чения, а также программы для использования при расчетах на элек­тронно-вычислительных машинах. Далее изложены основные тео­ретические положения и результаты этой методики.