Тема 1.2. Электрические нагрузки жилых зданий

Курс лекций

по дисциплине ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ НЕПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

по специальности 100400 – ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ _______

Утверждено

на заседании кафедры

протокол №___ от ______________200__г.

зав. кафедрой _____________ Л.С. Зимин

САМАРА 2008г.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ЛЕКЦИЯ №1

Тема 1.1. Потребители электроэнергии городов, основные методы определения расчетных нагрузок.

Введение. Особенности потребителей электроэнергии городов. Графики электрических нагрузок. Характеристики электропотребления.

Общие сведения. Жилищно-комунальное хозяйство представляет сегодня одно из крупнейших звеньев нашей экономики. Городской обобществленный жилищный фонд достиг почти 2 млрд. м². Ежегодно на строительство жилья ассигнуется более 20 млрд. р.

Жилищно-комунальное хозяйство потребляет ежегодно для нужд электроснабжения около 230 млрд. кВт*ч. Потребление эл. энергии электроприемниками жилищно-коммунального хозяйства распределяется следующим образом: жилые здания и общежития – 50%; предприятия торговли и общественного питания – 20%; школы и детские учреждения – 15%; предприятия бытового обслуживания – 10%; городской электрифицированный транспорт, наружное электроосвещение, установки теплоснабжения, водоснабжения и канализации – 5%.

Все ЭП по назначению и характерным признакам могут быть квалифицированы следующим образом.

Силовые электроустановки общепромышленного назначения. Эта группа включает насосные, вентиляционные и компрессорные установки, подъемно-

транспортные устройства. Электродвигатели насосов, вентиляторов, компрессоров работают в длительном режиме с не изменяющейся или мало изменяющейся во времени нагрузкой. Для эл. сети они создают равномерно распределенную по фазам нагрузку. Толчки последней имеют место только при пусках электродвигателей. Коэффициент мощности при номинальной загрузке составляет 0,8 –0,88. Напряжение электроснабжения этой группы ЭП жилищно-коммунального хозяйства, как правило, 380/220 В.

Электродвигатели подъемно-транспортных устройств работают в повторно-кратковременном режиме, характеризующемся частыми пусками и остановками. Нагрузка их во времени может резко колебаться от холостого хода до максимальной. Поэтому и значение коэффициента мощности изменяется от 0,3 при холостом ходе до 0,85 при номинальной нагрузке. Нагрузку от подъемно-транспортных устройств можно считать равномерно распределенной по фазам сети.

Осветительные электроустановки. Применяемые в светильниках эл. лампы (накаливания, люминесцентные, ртутные и др.) являются однофазными ЭП-ми. Симметричность осветительной нагрузки в трехфазной сети достигается за счет равномерного распределения светильников по фазам на стадии проектирования и в процессе эксплуатации. Как правило, единичная мощность источников света невелика. Однако в последние годы стали выпускаться ксеноновые лампы мощностью до 50 кВт. Осветительная нагрузка не имеет толчков, но ее величина может значительно измениться в зависимости от времени суток и года. Коэффициент мощности у ламп накаливания равен единице, у газоразрядных ламп – 0,6. Для повышения коэффициента мощности газоразрядных ламп в каждом светильнике, где они устанавливаются, предусматривается КУ, повышающее коэффициент мощности до 0,9. Напряжение питания осветительных установок 220 В. Для помещений с повышенной опасностью используется пониженное напряжение.

Газоразрядные лампы осветительных установок являются источниками высших гармоник тока, искажающих синусоидальность формы кривой напряжения.

Бытовые электроприборы. Электровооруженность быта определяется материальным уровнем жизни. Сегодня трудно себе представить семью, не имеющую холодильника, стиральной машины, телевизора, радиоприемника и др. Электропотребление в быту неуклонно растет. В табл. 1.1 приведены характеристики наиболее распространенных бытовых электроприборов.

Все бытовые электроприборы – однофазные электроприемники. Поэтому равномерное распределение электрических эл. нагрузок квартир по фазам представляет весьма сложную задачу. Не симметрия нагрузки в трехфазных городских сетях напряжением 380/220 В порой достигает 30-40%. Напряжение питания бытовых электроприборов 220 В. В некоторых городах еще сохранилось напряжение127 В.

Табл.1.1.Характеристики некоторых бытовых электроприборов.

Преобразовательные установки. Из приемников эл. энергии жилищно-бытового хозяйства к этой группе относятся тяговые подстанции городского электрифицированного транспорта, работающего на постоянном токе. Преобразование переменного тока в постоянный производится с помощью полупроводниковых выпрямителей, заменивших установки с ртутными преобразователями. Напряжение электроснабжения преобразовательных установок, как правило, 10(6) кВ. Коэффициент мощности 0,7-0,8. Нагрузка на стороне переменного тока симметрична по фазам, но резко колеблется за счет бросков тока при работе тяговых электродвигателей. Вентильные выпрямители имеют нелинейную вольтамперную характеристику, поэтому они являются источниками синусоидальности формы кривой напряжения. Кроме электрифицированного транспорта, в коммунальном хозяйстве выпрямительные установки используются для процесса гальванизации – нанесения в электролитических ваннах тонкого слоя никеля или хрома на поверхность металлических изделий для предотвращения коррозии или в защитно-декоративных целях.

Производственные механизмы. К этой группе ЭП-ов относятся электродвигатели, приводящие в действие технологическое оборудование, станки предприятий бытового обслуживания и общественного питания. Наибольшее распространение получили АД с короткозамкнутым ротором. Напряжение питания 380/220 В. Коэффициент мощности изменяется в широком диапазоне в зависимости от нагрузки. Средняя мощность двигателей 2-10 к Вт. Для трехфазной электрической сети ЭП этой группы оказывают равномерную нагрузку.

Электрические установки. Предназначены для преобразования электрической энергии в тепловую. В жилых домах высотой более 9 этажей и общежитиях применяются эл. плиты мощностью до 8 кВт. К этой же группе относится термическое оборудование предприятий общественного питания. Электротермическое оборудование выпускается в однофазном и трехфазном исполнении на напряжение 380/220 В. Коэффициент мощности электротермического оборудования равен 1, нагрузка симметрична по фазам, за исключением однофазных ЭП.

Электросварочные установки. Подразделяются на установки, работающие на переменном и постоянном токе. Электросварочные генераторы постоянного тока в качестве приводного двигателя имеют АД. Нагрузка равномерно распределяется по фазам питающей сети переменного тока и изменяется во времени. Коэффициент мощности таких установок составляет 0,7-0,8, а при холостом ходе снижается до 0,4. Электросварочные установки переменного тока представляют собой однофазную нагрузку в виде сварочных трансформаторов, работающих в повторно-кратковременном режиме. Коэффициент мощности установок для электродуговой сварки составляет 0,3-0,35, для контактной сварки – 0,4-0,7. На строительных площадках электросварочные установки дуговой сварки - наиболее распространенные ЭП. Их особенность состоит в частом перемещении по территории строительства, что необходимо учитывать при разработке схемы временного электроснабжения.

Состав нагрузки некоторых потребителей селитебной зоны города. Для продовольственных магазинов основными ЭП являются холодильные и вентиляционные установки, грузовые лифты, освещения. Режим работы холодильных установок (охлаждаемых камер, холодильных шкафов, прилавков, витрин) зависит от температуры наружного воздуха и загрузки холодильных камер.

Нагрузку предприятий общественного питания составляют электротермическое и холодильное оборудование, вентиляционные установки, грузовые лифты, освещение.

Все бытовые электрифицированные приборы по назначению подразделяются на следующие группы: эл. нагревательные приборы для приготовления пищи, эл. приборы освещения, эл. приборы отопления, эл. машины для уборки помещений, эл. приборы личной гигиены, эл. приборы культурно-бытового назначения, электрифицированные бытовые инструменты, холодильники. Кроме того электрооборудование квартир, в нагрузке жилых зданий участвуют обще домовые потребители эл. энергии (освещение подъездов, лифты, повысительные насосы и др.)

Среднее значение удельного расхода электроэнергии в год, определенные на расчетный период для жилого и общественного сектора, даны в табл.1.2:

Табл. 1.2. Средние значения удельного расхода электроэнергии в год

Графики электрических нагрузок. Характеристики электропотребления.

Электрические нагрузки городов создаются электроприемниками предприятий, строек, предприятий обслуживания населения, административных и жилых зданий. Очевидно, что нагрузка не остается неизменной во времени как в течении суток, так и в течении года. Эл. энергия имеет особенность одновременного производства ее и потребления. Поэтому суммарная мощность всех работающих электростанций энергосистемы в любой момент времени должна быть не меньше суммарной мощности всех подключенных к ней потребителей. Для планирования производства электроэнергии необходимо иметь характеристику электропотребления предприятия, города, региона за определенный период времени. Такой характеристикой является график нагрузки, который определяет зависимость электропотребления, выраженного в единицах мощности или в процентах, от максимальной мощности, от времени.

Различают суточные и годовые графики нагрузок. Суточные графики составляются путем часовых или получасовых записей нагрузок по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии или записи потребляемой мощности самопишущими киловатт метрами. В зависимости от характера производства, вида ЭП, режима их работы каждая однородная группа потребителей имеет свой индивидуальный график нагрузки.

Рис.1.1. Суточные графики электрической нагрузки (в процентах от максимальной нагрузки): а – жилого дома с газовыми плитами; б – жилого дома с электрическими плитами; в – трансформаторной п/ст, питающей жилые дома с электроплитами; г – трансформаторной п/ст, питающей жилые дома с газовыми плитами; д – столовой; е – универмага; 1 – рабочий день; 2 – выходной.

На рис.1.1 представлены суточные графики нагрузки жилых и общественных зданий и трансформаторных п/ст.

Особенность графиков нагрузки коммунально-бытовых потребителей – их неравномерность, определяемая электрическим освещением. Максимум нагрузки жилых домов приходится с 19 до 21 ч. – так называемый вечерний максимум. Утренний максимум нагрузки меньше вечернего и составляет от 40 до 65 % вечернего максимума в зависимости от вида энергоносителя, используемого для приготовления пищи: природного газа или электрической энергии. Годовое потребление электроэнергии одной семьи составляет от 100 до 2300 кВт*ч в домах с электроплитами.

Максимумы нагрузок коммунальных учреждений наступают в разное время: в школах с пищеблоками и столовыми – в 12 ч, в универмагах и комбинатах бытового обслуживания, химчистках, ателье график нагрузки круглосуточно работающих потребителей (городские водозаборы, канализационные насосные станции, очистные сооружения) практически равномерны. Максимальная нагрузка, создаваемая продовольственными магазинами, приходится на первые часы их работы (подъем товаров, интенсивная работа холодильных установок).

Если в эл. нагрузке города преобладает освещение, то график нагрузки будет неравномерным: в вечернее время нагрузка всегда больше, чем в утренние, дневные и ночные часы. В крупных промышленных городах с предприятиями, работающими в три смены, доля осветительной нагрузки меньше, и суточный график нагрузки оказывается значительно равномернее.

В общей нагрузке городских эл. сетей напряжением 10(6) кВ доля промышленных предприятий, как правило, составляет около 50 %. На рис.1.2. приведен суточный график для районов города при совмещенной промышленной и коммунально-бытовой нагрузках для зимнего максимума. Сравнение его с графиками нагрузки жилых домов показывает, что за счет промышленных предприятий возрастает электропотребление в ночные и утренние часы, более равномерным становится график нагрузки в дневные и вечерние часы.

Рис.1.2. Суточный график электрической нагрузки района города.

Чем равномернее график нагрузки, тем лучше используется электрооборудование, тем легче управление энергосистемой. Их неравномерность обусловила необходимость выделения части электростанции для обеспечения максимумов нагрузок. Такие электростанции называют пиковыми, а станции, работающие с более постоянной нагрузкой – базовыми. Каждой электростанции задается суточный график, являющийся составной частью всей нагрузки энергосистемы.

Существует ряд методов регулирования (выравнивания) графиков нагрузки. Основными из них являются: увеличение числа рабочих смен предприятий; смещение времени начала рабочих смен предприятий; применение эл. котельных с баками-аккумуляторами горячей воды, подключаемых к электросети а часы минимальных нагрузок; использование гидроаккумулирующих электростанций, которые в ночное время, работая в режиме насосной станции, перекачивают воду из нижнего бассейна в верхний, а в часы пиковых нагрузок энергосистемы преобразуют потенциальную энергию запасенной воды в электрическую.

Графики эл. нагрузок составляются для различных уровней электропотребления: отдельного здания или цеха, потребительной трансформаторной подстанции, предприятия, города, региона. По суточным графикам нагрузки рабочих и выходных дней для различных сезонов года могут быть построены годовые графики. В отличие от суточных годовые графики составляются в относительных единицах с монотонным изменением нагрузки и ее продолжительности. По годовым графикам нагрузки определяются значения технологических расходов мощности и энергии в элементах эл. сети.

По графикам нагрузки и режимам работы ЭП устанавливаются характеристики электропотребления в виде коэффициентов, отражающих особенности характерных групп ЭП и используемых для определения расчетной эл. мощности при проектировании систем электроснабжения. Наиболее важными являются:

Коэффициент использования к_и – отношение средней мощности ЭП Р_СР к ее номинальному значению Р_НОМ:

Коэффициент спроса к_с – отношение расчетной активной мощности Р_р к установленной (номинальной) мощности Р_у:

Коэффициент включения к_в – отношение продолжительности включения ЭП в цикле ко всей продолжительности цикла : ;

Коэффициент формы индивидуального или группового графика нагрузки к_ф – отношение среднеквадратичной полной мощности S_CK или среднеквадратичного тока I_CK ЭП или группы ЭП за некоторый период времени к среднему значению его за этот же период времени S_CP или I_CP: или ;

Коэффициент максимума по активной мощности – отношение расчетной активной нагрузки Р_Р к средней нагрузке Р_ср:

Среднесуточная или среднегодовая нагрузка - отношение количества электроэнергии Э, израсходованной потребителями в течение суток или года, к числу часов его работы Т за тот же период времени:

Время (число часов) использования максимума нагрузки Т _max – отношение количества электроэнергии, израсходованной потребителем в течение суток или года, к максимальной нагрузке Р_max за этот же период времени:

Методы определения расчетных электрических нагрузок

Расчетная нагрузка – это такая нагрузка, при длительном потреблении которой, элементы СЭС нагреваются до такой же температуры, до которой они нагрелись бы при действительно изменяющейся с течением времени нагрузке.

Методы расчетных нагрузок:

1) Удельные нагрузки на единицу площади:

;

Этот метод применяется редко.

2) Удельные расходы эл. энергии на единицу выпускаемой продукции:

3) Метод удельных диаграмм (эффективного числа или коэф. максимума).

Для расчета этим методом должны быть известны следующие величины:

n – количество станков; - номинальная мощность; ПВ для повторно-кратковременного режима, - коэф. использования;

Для двух ЭП:

Для ЭП 3:

.

Это самый популярный метод.

4) Метод коэффициента спроса – самый простой метод

- количество ЭП;

- номинальная мощность ЭП;

- коэф. спроса.

Этот метод чаще всего применяется в расчетах лифтовых установок.

Лекция №2

Тема 1.2. Электрические нагрузки жилых зданий

Исследование и формирование электрических нагрузок жилых зданий

Жилые здания – самые непрогнозируемые объекты. Здесь все приемники, в основном, однофазные, вследствие чего возникает не симметрия.

Включение ЭП в квартире носит случайный характер и зависит от ряда факторов. В совокупности это должно учитываться при определении расчетной нагрузки, имеющей важнейшее значение для выбора параметров электрической сети. За расчетную нагрузку принимается получасовой средних получасовых нагрузок, рассматриваемых элементов сети (ввод в квартиру, питающая линия).

Для групповых сетей квартир, за расчетный берется 15-ти минутный максимум.

Средняя вероятность включения ЭП в данный момент времени выражается формулой:

(1)

- полная потребляемая мощность;

- установленная мощность ЭП;

- установленная активная мощность ЭП;

- эл. энергия, потребляемая из сети за период времени.

При включении групп ЭП независимо друг от друга, средние вероятности включения суммируются и определяются выражением (2).

(2)

Если режимы работы ЭП зависят друг от друга, то средняя вероятность включения группы будет меньше средней вероятности включения группы независимых ЭП. Средняя нагрузка этой группы будет меньше суммы средних нагрузок отдельных ЭП. В таких случаях определяется средневзвешенная вероятность:

- средние максимумы нагрузки групп ЭП;

- коэф. спроса i-того ЭП.

При измерении общих нагрузок в данной точке сети, взаимная зависимость режимов ЭП учитывается автоматически.

Вероятность того, что из общего числа ЭП n, одновременно включено m, определяется формулой (3). Формирование электрических нагрузок групп ЭП с достаточной точностью подчиняется биноминальному закону распределения.

, (3)

- средний коэффициент спроса (средняя вероятность включения ЭП за данный отрезок времени).

Формула (3) основана на схеме независимых испытаний и предполагает, что ЭП включаются независимо друг от друга.

При общем числе ЭП можно вести расчет вероятности на основе норм закона распределения (закона Гаусса):

(4)

- нормированное отклонение.

Из формулы (4) вытекает формула для числа ЭП приемников m, из общего числа n, которые могут быть включены единовременно

(5).

Кривая нормального распределения:

Из рисунка видно, что чем больше разброс,

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: