Фізичні параметри та коефіцієнти, що характеризують графіки навантажень

Розрізняють максимальне навантаження та розрахункове навантаження окремих електроприймачів чи їх груп.

Максимальне навантаження – це найбільше значення активної, реактивної, повної потужності чи струму за певний період часу.

За тривалістю розрізняють два види максимальних навантажень:

– максимальні тривалі навантаження тривалістю 10, 30, 60 хв, які використовують для вибору елементів електропостачальної системи з умов нагрівання та для розрахунку максимальних втрат потужності та напруги;

– максимальні короткочасні навантаження (пікові) тривалістю 1–2 с, які використовують для розрахунку коливань напруги, перевірки мереж за умов пуску та самозапуску двигунів, вибору уставок захистів тощо.

Для аналізу режимів та проектування систем електропостачання необхідно знати розрахункове значення потужності (навантаження), яке еквівалентне змінному навантаженню за тепловою дією.

Розрахунковою потужністю за допустимим нагріванням називають таку незмінну в часі потужність елемента електропостачальної системи, яка еквівалентна дійсній змінній потужності за тепловою дією.

Розрахункове навантаження за максимальною температурою – таке незмінне в часі значення струму І_р1, яке перегріває провідник відносно температури довкілля, так само, як і змінне навантаження І(t).

На практиці широко застосовують поняття розрахункового активного навантаження Р_р, хоч нагрівання провідника обумовлене повним струмом. Це пояснюється тим, що для статистичних досліджень в умовах експлуатації графіки Р(t) отримати значно простіше, ніж графіки I(t).

Струмовідні частини (провідники) під дією струму нагріваються поступово. На швидкість нагрівання впливає теплова інерція, яка характеризується сталою часу нагрівання τ_н. Час, що дорівнює трьом сталим часу (τ=3τ_н) прийнято як інтервал усереднення розрахункового навантаження. Значення сталої часу нагрівання для провідників малих і середніх перерізів близьке до 10 хвилин, тому тривалість періоду осереднення для визначення розрахункового навантаження прийнято 30 хвилин.

Якщо стала часу нагрівання якогось елемента суттєво відрізняється від прийнятої (τ_н=10 хв), то розрахункове півгодинне навантаження необхідно звести до розрахункового навантаження іншої тривалості.

Таким чином, розрахунковим навантаженням вважають максимальне середнє навантаження за інтервал часу, що дорівнює трьом сталим часу нагрівання: Р_р = Р_СМАХ (рис. 2.11).

Розрахункове навантаження використовується не тільки для вибору апаратів та перерізів струмовідних частин, але і для техніко-економічних розрахунків, де розраховують кількість спожитої електричної енергії та кількість втрат енергії у системі електропостачання.

Рис. 2.11. Визначення розрахункового максимального навантаження	Рис.2.12. Визначення середньої потужності - РС

Середнє навантаження – це така незмінна потужність, за використання якої споживається така ж кількість електроенергії, як за змінної потужності за графіком навантаження. В розрахунках використовують значення середньої активної Р_с та реактивної Q_с потужностей, визначені за певний період часу: за рік, за добу або за найбільше завантажену зміну. Кількість спожитої електроенергії за період Т електроприймачем зі змінним графіком навантаження (рис.2.12), визначається за формулою

.

Середню потужність даного електроприймача за цей період отримаємо поділивши кількість енергії W_T на тривалість періоду Т:

.

Можна використати також ступінчастий графік (рис.2.8) і визначити середню потужність за формулою:

,

де: Т — період, що розглядається (год); Р_і — потужність окремого ступеню (кВт); t_i — тривалість цього ступеню (год); n- кількість ступенів.

Середню потужність можна визначити за показами лічильника W_Т за період часу Т за формулою:

.

Для характеристики графіків навантаження застосовують також: час використання максимального навантаження та час найбільших втрат.

Час використання максимального навантаження Т_М – це такий час, протягом якого за умови споживання електроенергії з максимальним (розрахунковим) навантаженням Р_р кількість спожитої електроенергії дорівнює кількості електроенергії, спожитої за дійсний час зі змінним навантаженням. Споживання електроенергії, наприклад, за період Т можна визначити з виразів

.

Звідси можна визначити час використання максимального навантаження Т_М як результат ділення кількості спожитої енергії W_T на значення розрахункової потужності Р_р.

Якщо графік навантаження поданий у вигляді ступеневої функції часу, час використання максимального навантаження розраховують за такою формулою:

.

На практиці визначають і використовують це поняття стосовно річного періоду для активної (Т_м) та реактивної (Т_м.р) розрахункових потужностей.

Час найбільших втрат τ – це такий час, протягом якого за максимального навантаження втрати електроенергії у системі електропостачання мають таке ж значення, що і за змінного навантаження протягом періоду, що розглядається (звичайно за рік). Оскільки втрати електроенергії залежать від квадрату повної потужності S, то час найбільших втрат визначається з формул:

,

Звідси визначають час найбільших втрат

.

Коефіцієнт використання активної потужності (коефіцієнт використання) одного приймача k_в або групи електроприймачів K_в - це відношення середньої активної потужності окремого приймача р_с або групи Р_с за певний період часу, наприклад, цикл t_ц чи Т_ц до відповідної номінальної потужності р_н або Р_н, тобто

; .

Коефіцієнтом увімкнення електроприймача k_y називають відношення тривалості увімкненого стану t_у за час циклу до тривалості циклу t_ц. Оскільки час увімкненого стану приймача за цикл складається з часу роботи t_Р та часу неробочого ходу t_о, можна записати:

.

Коефіцієнт завантаженняелектроприймача k_з за активною потужністю називається відношення середньої активної потужності р_су за час увімкнення t_у протягом часу циклу t_ц до його номінальної потужності р_н:

.

Коефіцієнт максимуму - відношення розрахункового навантаження Р_р до середнього Р_с (він стосується групових графіків):

.

В інженерній практиці коефіцієнт максимуму, як і коефіцієнт використання, визначають для найбільше завантаженої зміни – загальноприйнятого розрахункового періоду, для якого визначаються розрахункові навантаження.

Коефіцієнт попиту - відношення розрахункової потужності Р_р до номінальної Р_н за груповий цикл або зміну:

.

Він безпосередньо пов’язує розрахункову максимальну потужність з номінальною потужністю без врахування властивостей графіка, які залежать, наприклад, від кількості електроприймачів та режимів їх роботи.

Дуже легко встановити наступну залежність:

,

тобто коефіцієнт попиту дорівнює добутку коефіцієнтів використання та максимуму.

Коефіцієнт одночасності максимумів навантажень K_ом – це відношення сумарного розрахункового навантаження Р_рå до суми розрахункових максимумів навантажень окремих груп приймачів, які входять в цей вузол системи електропостачання:

.

Цей коефіцієнт характеризує зміщення максимумів навантажень окремих груп приймачів у часі, що спричиняє зменшення сумарного максимуму навантаження вузла.