Расчет электрических нагрузок на различных уровнях СЭС

Определение электрических нагрузок при проектировании системы электроснабжения объекта выполняют для характерных мест присоединения приемников электроэнергии (уровней СЭС). При этом отдельно рассматриваются сети до 1 кВ и сети выше 1 кВ. Обобщенная электрическая схема СЭС предприятия приведена на рисунке 5.1. На схеме цифрами обозначены уровни, для которых рассмотрены методики расчета электрических нагрузок.

Рассмотрим более подробно расчет электрических нагрузок на различных уровнях СЭС.

- Первый уровень

За расчетную нагрузку, создаваемую отдельными ЭП напряжением до 1 кВ, принимается средняя мощность. Все ЭП приводятся к длительному режиму (ПВ=1).

Расчетные нагрузки на данном уровне для отдельных ЭП определяются по формулам (5.1 ÷ 5.6).

Расчетные нагрузки, определенные на данном уровне необходимы для выбора: сечения радиальных или магистральных линий, питающих ЭП; коммутационных и защитных аппаратов.

- Второй уровень

Расчетную нагрузку, создаваемую группой ЭП напряжением до 1 кВ, определяют по номинальной мощности и средневзвешенному коэффициенту использования для данной группы.

Расчетные нагрузки на данном уровне для группы ЭП определяются по формулам (5.7 ÷ 5.12).

По расчетным нагрузкам группы ЭП выбираются: сечения распределительных шинопроводов; силовые пункты; сечения линий электропередачи (проводов, кабелей), питающих силовые пункты; коммутационные и защитные аппараты узла нагрузки.

Рисунок 5.1 Упрощенная схема характерных мест определения расчетных нагрузок в системе электроснабжения промышленного предприятия

Третий уровень

Расчет силовых нагрузок, создаваемых группой ЭП напряжением до 1 кВ на шинах цеховых ТП или силовых пунктов, питающих данное подразделение (цех), производится:

- по номинальной мощности и расчетному коэффициенту, при наличии исходных данных отдельных ЭП;

- по номинальной мощности и коэффициенту спроса, при известной установленной мощности подразделения в целом.

Подробно данные методы расчета электрических нагрузок изложены в разделе 5.1.

Расчетные нагрузки на данном уровне для группы ЭП по номинальной мощности и расчетному коэффициенту определяются по формулам (5.17 ÷ 5.24), а по номинальной мощности и коэффициенту спроса - по формулам (5.13 ÷ 5.16).

Нельзя забывать и о расчетной осветительной нагрузке подразделения, которую необходимо суммировать с расчетной силовой нагрузкой подразделения в целом. Методика расчета осветительной нагрузки изложена ранее, а расчетные значения определяются по формулам (5.44 ÷ 5.48)

Таким образом, расчетные нагрузки подразделения в целом определяются по формулам:

- активная мощность

, (5.50)

где – расчетное значение активной мощности цеха на стороне низшего напряжения, кВт; - расчетное значение активной мощности силовой нагрузки цеха, кВт; - расчетное значения активной мощности осветительной нагрузки цеха, кВт;

- реактивная мощность

, (5.51)

где – расчетное значение реактивной мощности цеха на стороне низшего напряжения, кВ·Ар; - расчетное значение реактивной мощности силовой нагрузки цеха, кВ·Ар; - расчетное значение реактивной мощности осветительной нагрузки цеха, кВ·Ар;

- полная мощность

, (5.52)

где - расчетное значение полной мощности цеха на стороне низшего напряжения, кВ·А;

- расчетный ток

, (5.53)

где - расчетное значение тока узла нагрузки, А; - номинальное напряжение узла нагрузки, кВ.

Расчетные нагрузки подразделения в целом необходимы для выбора: сечения линий электропередачи, питающих подразделение в целом; силовых пунктов и трансформаторов цеховых ТП; сечения шин РУ низшего напряжения цеховых СП или ТП; коммутационных и защитных аппаратов; устройств релейной защиты и автоматики.

Четвертый уровень

Расчетные значения нагрузок на стороне высшего напряжения силовых трансформаторов цеховых ТП определяют с учетом потерь мощности в трансформаторах по следующим выражениям:

- активная мощность

, (5.54)

где _. - расчетное значение активной мощности, потребляемой цехом на стороне высшего напряжения питающего трансформатора, кВт; - расчетное значение активной мощности, потребляемой цехом на стороне низшего напряжения питающего трансформатора, кВт; - потери активной мощности в цеховом трансформаторе, кВт;

- реактивная мощность

, (5.55)

где – расчетное значение реактивной мощности, потребляемой цехом на стороне высшего напряжения, кВ·Ар; - расчетное значение реактивной мощности, потребляемой цехом на стороне низшего напряжения питающего трансформатора, кВ·Ар; – потери реактивной мощности в цеховом трансформаторе, кВ·Ар;

- полная мощность

, (5.56)

где – расчетное значение полной мощности потребляемой на стороне высшего напряжения цеховой ТП, кВ·А;

- расчетный ток

, (5.57)

где - расчетное значение тока линии питающей цеховую ТП, А;

– номинальное напряжение линии питающей цеховую ТП, кВ.

Так как тип силового трансформатора еще неизвестен, можно принимать

= 0.02 , кВт; = 0.1 , кВ·Ар.

По полученным расчетным значениям нагрузок выбирают: сечение линии, питающие цеховые ТП; коммутационную и защитную аппаратуру; устройства релейной защиты и автоматики этих линий.

Пятый уровень

Расчетные значения нагрузок на шинах РП 6; 10 кВ определяют по активным и реактивным нагрузкам потребителей, питающихся от шин данного РП, с учетом коэффициента одновременности максимумов нагрузки цехов и силовой нагрузки напряжением выше 1 кВ, подключенной к шинам РП.

Дополнительно необходимо учитывать потери мощности в компенсирующих устройствах, подключенных к шинам РП.

Расчетные значения нагрузок определяются по формулам:

- расчетное значение активной мощности

, (5.58)

где – расчетное значение активной мощности на шинах РП, с учетом всех подключенных нагрузок, кВт; ∑ _.– суммарная расчетная активная мощность на стороне высшего напряжения цеховых ТП, питающихся от шин данного РП, кВт; – суммарная расчетная активная мощность силовых приемников напряжением выше 1кВ, питающихся от шин РП, кВт; _. – коэффициент одновременности максимумов активной мощности в рассматриваемом узле потребления и зависит от средневзвешенного коэффициента использования группы ЭП и числа присоединений к сборным шинам РП (справочная величина) [4]; _. - потери активной мощности в компенсирующих устройствах, подключенных к шинам РП, кВт;

- расчетное значение реактивной мощности при известном коэффициенте одновременности максимумов реактивной мощности в рассматриваемом узле потребления

, (5.59)

где – расчетная реактивная мощность на шинах РП, с учетом всех подключенных нагрузок, кВ·Ар; ∑ – суммарное расчетное значение реактивной мощности на стороне высшего напряжения цеховых ТП, питающихся от шин данного РП, кВ·Ар; ∑ – суммарная расчетная реактивная мощность силовых приемников напряжения выше 1кВ, питающихся от шин РП, кВ·Ар; - коэффициент одновременности максимумов реактивной мощности в рассматриваемом узле потребления; - потери реактивной мощности в компенсирующих устройствах, подключенных к шинам РП, кВ·Ар;

- расчетное значение реактивной мощности при неизвестном коэффициенте одновременности максимумов реактивной мощности

, (5.60)

где - расчетное значение активной мощности на шинах РП, кВт; – средневзвешенный коэффициент реактивной мощности, соответствующий средневзвешенному нагрузки РП;

- расчетное значение полной мощности

, (5.61)

где – расчетное значение полной мощности на шинах РП, кВ·А;

- расчетное значение тока линий, питающих РП

, (5.62)

где – расчетное значение тока линий, питающих РП, А;

– номинальное напряжение на шинах РП, кВ.

По полученным значениям нагрузок выбирают: шинные конструкции РП; сечение линии, питающих РП; коммутационную и защитную аппаратуру; устройства релейной защиты и автоматики электроустановки.

Шестой уровень

Расчетные значения нагрузок на шинах НН ППЭ определяются по расчетным значениям мощности всех отходящих от секции шин линий и силовой нагрузки напряжением выше 1 кВ, подключенной к секции шин, с учетом коэффициента одновременности максимумов силовой нагрузки, в данном узле питания. Также необходимо учитывать расчетную мощность осветительной нагрузки территории предприятия и потери активной мощности в компенсирующих устройствах, подключены к данному узлу нагрузки.

Расчетные значения нагрузок на данном уровне определяются по формулам:

- расчетные значения активной мощности

, (5.63)

где – расчетное значение активной мощности потребляемой, питающих от шин НН ППЭ, кВт; ∑ – суммарное значение активных расчетных мощностей всех отходящих от шин ППЭ линий, кВт; – коэффициент одновременности максимумов силовой нагрузки в рассматриваемом узле потребления; - расчетное значение активной мощности осветительной нагрузки территории предприятия, кВт; - потери активной мощности в компенсирующих устройствах, подключенных к шинам РП, кВт;

- расчетные значения реактивной мощности

, (5.64)

где – расчетное значение реактивной мощности потребляемой от шин НН ППЭ, кВ·Ар; - потери реактивной мощности в компенсирующих устройствах, подключенных к шинам ППЭ, кВт;

- расчетные значения полной мощности

(5.65)

где – расчетное значение полной мощности, потребляемой от шин НН ППЭ, кВ·А;

- расчетные значения тока

(5.66)

где – расчетное значение тока питающих от шин НН ППЭ линий, А. – номинальное напряжение на шинах РУ НН ППЭ, кВ.

При определении расчетных нагрузок на шинах РП и шинах НН распределительного устройства ППЭ, значение коэффициента одновременности максимумов силовой нагрузки, определяют по [4] в зависимости от значения средневзвешенного коэффициента использования и числа присоединений, рассматриваемого узла нагрузки. Как правило, коэффициент одновременности максимумов нагрузок отдельных групп приемников, принимается равным от 0,85 до 1,0 в зависимости от места нахождения данного узла в системе электроснабжения предприятия.

Расчетные значения осветительных нагрузок территории предприятия определяются по аналогии с формулой (5.3; 5.4) настоящего пособия.

По полученным расчетным значениям нагрузок выбирают мощность силовых трансформаторов ППЭ, сечение токоведущих частей, коммутационную и защитную аппаратуру распределительного устройства НН ППЭ предприятия.

Седьмой уровень

Расчетные значения нагрузок на стороне ВН ППЭ определяют по расчетным значениям нагрузок на шинах РУ НН ППЭ с учетом потерь в силовых трансформаторах ППЭ.

- Расчетное значение активной мощности

, (5.67)

где – расчетное значение активной мощности на стороне ВН ППЭ, кВт; – потери активной мощности в силовом трансформаторе ППЭ, кВт.

- Расчетное значение реактивной мощности

, (5.68)

где – расчетное значение реактивной мощности на стороне ВН ППЭ, кВ·Ар; – потери реактивной мощности в силовом трансформаторе ППЭ, кВ·Ар.

Потери активной и реактивной мощностей в трансформаторе приближенно можно определить по аналогии с потерями в цеховых трансформаторах.

- Расчетное значение полной мощности

, (5.69)

где – расчетное значение полной мощности, на стороне ВН ППЭ, кВ·А.

- Расчетные значения тока

, (5.70)

где – расчетное значение тока, линий питающих ППЭ предприятия от источника питания, А. – номинальное напряжение системы питания, кВ.

По полученным расчетным значениям нагрузок системы питания выбирают сечение линий, питающих ППЭ, коммутационную и защитную аппаратуру устройства ВН ППЭ предприятия.

После предварительного расчета электрических нагрузок на всех уровнях СЭС объекта производят расчет мощностей компенсирующих устройств и определяют места их размещения.

Далее необходимо произвести корректировку значений расчетных нагрузок на всех уровнях СЭС с учетом мощности компенсирующих устройств, установленных в данном узле нагрузки, уточненных значений потерь мощности в трансформаторах и потерь мощности в компенсирующих устройствах.