Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 2
АНАЛИЗ ГРАФИКОВ НАГРУЗОК ПО СЧЕТЧИКАМ
АКТИВНОЙ И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
Цель работы: Овладение методикой опытного построения графиков нагрузок, определение и анализ параметров и коэффициентов, характеризующих эти графики.
I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Режимы работы потребителей электрической энергии не остаются постоянными, а непрерывно изменяются в течение суток, недель и месяцев года. Соответственно изменяется и нагрузка всех звеньев передачи и распределения электроэнергии и генераторов электрических станций. Изменение нагрузок электроустановок в течение времени принято изображать графически в виде графиков нагрузки.
Различают графики активных и реактивных нагрузок. По продолжительности графики нагрузки делятся на сменные, суточные и годовые.
В условиях эксплуатации изменения нагрузки по активной и реактивной мощности во времени представляют в виде ступенчатой кривой по показаниям счетчиков активной и реактивной мощности, снятым через одинаковые определенные интервалы времени (30 или 60 мин.).
Знание графиков нагрузки позволяет определять величину сечений проводов и жил кабелей, оценивать потери напряжения, выбирать мощности генераторов электростанций, рассчитывать системы электроснабжения проектируемых предприятий, решать вопросы технико-экономического характера и многое другое.
По суточным графикам нагрузки строятся годовые графики. Различают два типа годовых графиков. Первый – график изменения суточных максимумов нагрузки. Он дает возможность правильно запланировать вывод электрооборудования в ремонт. Второй тип – график по продолжительности, который строится по двум характерным суточным графикам предприятия (за зимние и летние сутки). Годовые графики по продолжительности используются в технико-экономических расчетах (при определении оптимального типа и мощности трансформаторов, генераторов станций, выборе вариантов электроснабжения и т. д.).
Графики нагрузок промышленных предприятий характеризуются следующими параметрами и коэффициентами:
1. Рм, Qм, Sм – максимумы соответственно активной, реактивной и полной мощностей нагрузок.
2. Рсм, Qсм – соответственно средняя активная и реактивная нагрузки за наиболее загруженную смену.
где Рi и Qi – текущие значения активной и реактивной мощности за наиболее загруженную смену (максимально загруженной считается смена с максимальным расходом активной энергии); n – количество измерений.
3. Рср, Qср, Sср – среднесуточные активная, реактивная и полная мощность нагрузки соответственно. Определяются аналогично среднесменным, только для суток.
4. Кз.а, Кз.р – коэффициенты заполнения графиков нагрузки активного и реактивного:
5. Ки – коэффициент использования установленной мощности потребителей. Обычно вычисляется для определенного промежутка времени:
– для наиболее загруженной смены:
– для суток:
где Руст – установленная мощность всех электроприемников, кВт.
6. Км – коэффициент максимума нагрузки (определяется для наиболее загруженной смены):
7. Средний за сутки коэффициент мощности:
.
8. Рэ, Qэ, Sэ – среднеквадратичные или эффективные активная, реактивная и полная нагрузки суточного графика:
, кВт,
где Р1, Р2, …, Рn – средняя нагрузка на интервалах времени между замерами показаний приборов; t1, t2, …, tn – временные интервалы между замерами.
Если интервалы между замерами одинаковы, то:
, кВт,
, кВар,
, кВ×А,
где n – число измерений; 
, 
и т.д.
9. kф – коэффициент формы графика, который определяется как отношение среднеквадратичной мощности к средней за рассматриваемый период времени:
, 
, 
.
10. Тм – число часов использования максимума активной нагрузки в год:
,
где Wа.г – потребленная за год активная энергия, кВт×ч
,
где Р1, Р2, …, Рn – средняя нагрузка на интервалах времени между замерами показаний приборов суточного графика нагрузки; t1, t2, …, tn – временные интервалы между замерами.
11. α – коэффициент сменности:
,
где Рср.г – среднегодовая активная нагрузка:
.
В настоящее время согласно действующему прейскуранту цен на электроэнергию № 09-01 применяются в основном две системы тарифов: одноставочный и двухставочный.
Под тарифами понимается система отпускных цен за электроэнергию, дифференцированных для различных групп потребителей.
Размеры тарифов устанавливаются региональными энергетическими комиссиями (РЭК).
Для одноставочных тарифов стоимость израсходованной электроэнергии, руб.,
С э= bWа,
где Wа– количество израсходованной предприятием электроэнергии, кВт×ч;
b –тарифная ставка за 1 кВт×ч, руб/кВт×ч.
По одноставочному тарифу оплата производится промышленными предприятиями с присоединенной мощностью до 750 кВ×А.
Одноставочные тарифы являются наиболее простыми при расчетах за потребленную электроэнергию. Но они имеют некоторые недостатки: при отключении потребителя в какой-то промежуток времени потребитель не несет расходов за электроэнергию в этот период. Энергосистема же постоянно держит в рабочем состоянии генерирующие мощности с сопровождающимися при этом издержками энергетического производства.
Энергосистема осуществляет электроснабжение ряда промышленных и других потребителей. Соответственно, график нагрузки энергосистемы имеет явно выраженный дневной и вечерний максимумы.
Особое значение для энергосистемы имеют вопросы снижения электрической нагрузки предприятий в часы максимума энергосистемы (с 8 до
11 ч и с 17 до 22 ч).
При использовании одноставочных тарифов потребитель не стимулируется к выравниванию суточного графика нагрузки и к снижению токов нагрузки в часы максимума энергосистемы, так как оплачивает только потребленную электроэнергию независимо от кривой графика ее потребления. Но предприятие, оплачивающее электроэнергию по одноставочному тарифу, обязано оплатить в 4-кратном размере израсходованную сверх лимита электроэнергию.
Двухставочный тариф применяется для промышленных предприятий с присоединенной мощностью более 750 кВ×А. Двухставочный тариф состоит из основной и дополнительной ставок.
За основную ставку принимается годовая плата за 1 кВт присоединенной (договорной) максимальной 30-минутной мощности предприятия, участвующей в максимуме нагрузки ЭС. Дополнительная ставка двухставочного тарифа предусматривает плату за израсходованную в киловатт-часах электроэнергию, учтенную счетчиками.
Стоимость электроэнергии по двухставочному тарифу, руб.:
Сэ = aPм + bWа,
где а – плата за 1 кВт заявленной (расчетной) мощности предприятия, участвующей в максимуме нагрузки энергосистемы, руб./г; b – стоимость
1 кВт×ч активной энергии по счетчику.
За нарушение договорных обязательств применяется система штрафов. За потребление сверхлимитной электроэнергии предприятие обязано оплатить надбавку в 6-кратном размере дополнительной ставки двухставочного тарифа. Превышение присоединенной мощности, заявленной в часы максимума энергосистемы, влечет за собой плату в 10-кратном размере основной ставки двухставочного тарифа за квартал, в котором произошло нарушение условий договора.
Кроме этого, энергосистема задает график работы компенсирующих устройств реактивной мощности, несоблюдение которого ведет к увеличению тарифа в размере 50 % за квартал, в котором отмечено нарушение этого графика.
В балансе реактивных нагрузок потери реактивной мощности в элементах системы электроснабжения промышленного предприятия достигают
20 %. Естественный коэффициент мощности электрических нагрузок различных промышленных предприятий изменяется в пределах cosjест= 0,7–0,9. Это означает, что предприятия потребляют реактивную мощность
Qм = Pм × tgjест = (1,02 - 0,48) Рм.
Полные затраты на производство и передачу всей необходимой предприятию реактивной мощности от шин электростанций в большинстве случаев значительно больше, чем затраты на производство реактивной мощности непосредственно в системе электроснабжения предприятия. Поэтому экономически целесообразно от генераторов электростанций передавать часть реактивной мощности, а 
– компенсировать на шинах присоединения предприятия к энергосистеме.
Согласно «Правилам пользования электрической и тепловой энергией», предусматривается нормирование потребления реактивной мощности непосредственно в именованных единицах, т. е. наряду с нормированием потребления активной мощности нормируется и реактивная.
Учитывая необходимость постоянного поддержания оптимальных режимов в энергосистеме, реактивная мощность предприятий нормируется для периода максимальной активной нагрузки энергосистемы QЭ1 и для периода минимальной нагрузки QЭ2 . Значения QЭ1 и QЭ2 рассчитываются энергоснабжающей организацией по специальной методике и на каждый квартал указываются в договоре с предприятием на пользование электрической энергией.
Оптимальное значение потребляемой из сетей энергосистемы реактивной мощности QЭ1, задаваемое потребителю, определяет для него суммарную установленную мощность компенсирующих устройств.