ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.11.2023
Просмотров: 50
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Лекционные материалы
Дисциплина
«Электроэнергетические системы и сети»
Разработаны доцентом кафедры «Электроэнергетические системы»
ВятГУ Вычегжаниным А.В.
2
Электрические нагрузки.
3
Электрические нагрузки
• Общие положения
• Графики нагрузок
• Состав нагрузок
• Характеристики нагрузок
• Представление нагрузок в расчетных схемах и схемах замещения для расчетов установившихся режимов
4
Общие положения
• От характера нагрузки зависят требования, предъявляемые к электрической сети для обеспечения надежного и качественного электроснабжения потребителей при наибольшей экономической эффективности.
• Потребление энергии в электроэнергетических системах изменяется при изменении параметров режима, т.е. при изменении частоты и напряжения.
Поэтому для проведения расчетов важно знать, как изменится мощность нагрузки в указанных выше обстоятельствах.
5
Графики нагрузок
• Одной из наиболее существенных характеристик нагрузки является величина
потребляемой активной и реактивной
мощности. Эта мощность зависит от числа и режима работы отдельных приемников энергии и изменяется как в течение суток, так и в течение года. Для характеристики такого изменения пользуются графиками нагрузки.
6
Графики нагрузок
• График нагрузки представляет собой
графическое изображение изменения
нагрузки потребителя во времени.
• В зависимости от рассматриваемого интервала времени различают суточные,
сезонные и годовые графики нагрузки, а по степени охвата потребителей -
индивидуальные и групповые.
7
Суточные графики нагрузок
• Суточный график односменного предприятия
• Суточный график двухсменного предприятия
8
Суточные графики нагрузок
• Суточный график коммунально- бытовой нагрузки
• Суточный график водопровода и насосных станций
9
Годовые графики нагрузок
• График годовых максимумов
10
Годовые графики нагрузок
• График по продолжительности
11
Годовые графики нагрузок
• График наибольших нагрузок по месяцам
12
Годовые графики нагрузок
Площадь годового графика нагрузки представляет собой электроэнергию, полученную потребителем, в течение года:
0
Т
Pdt
W
13
Время использования наибольших нагрузок
• При отсутствии графика нагрузки потребителя электроэнергии можно охарактеризовать с помощью дополнительных показателей.
• Для характеристики наибольшей мощности потребления указывается величина Pнб.
• Для характеристики потребляемой энергии за рассматриваемый период времени вводится параметр, называемый временем использования наибольшей нагрузки Тнб.
14
Время использования наибольших нагрузок
• Данная величина может быть определена из справочных материалов, а при наличии графика нагрузки по формуле:
,
НБ
НБ
W
T
P
где W – электроэнергия, полученная потребителем за определенный промежуток времени (обычно за год);
P
НБ
– наибольшее значение мощности потребителя.
15
Время использования наибольших нагрузок
• Т
НБ
, час - время использования наибольшей нагрузки – это время, течение которого при работе потребителя с наибольшей мощностью последний получит такую же энергию, что и при работе по реальному графику (W = Р
НБ
Т
НБ
).
,
НБ
НБ
W
T
P
16
Время использования наибольших нагрузок
• Время использования наибольшей нагрузки важнейший показатель, который характеризует не только потребителя, но и интенсивность работы электрической сети в целом. Так для предприятий его годовая величина может быть оценена в следующих диапазонах:
• для односменных Т
НБ
= 2000-3000ч;
• для двухсменных Т
НБ
= 3000-4500ч;
• для трехсменных Т
НБ
= 4500-8000ч;
• для коммунально-бытовой нагрузки Т
НБ
= 1300-3500ч.
17
Состав нагрузок
• Примерный состав потребителей электроэнергии по группам:
• АД – асинхронные двигатели; ОУ и БП – осветительные установки и бытовые потребители; ЭП – электрические печи;
СД – синхронные двигатели; потери электроэнергии в сетях
АД
50%
Потери
8%
ОУ и БП
22%
ЭП
11%
СД
9%
18
Статические характеристики
нагрузки
• Характеристики, дающие зависимость потребляемой нагрузкой мощности от напряжения или от частоты при медленном изменении перечисленных параметров режима, называются статическими
характеристиками нагрузки
• Статические характеристики представляются в виде кривой или группы кривых. Различают статические характеристики нагрузки по напряжению и по
частоте.
• Точные характеристики комплексной нагрузки могут быть получены только опытным путем. Тем не менее, у таких характеристик имеются и общие закономерности.
19
Статическая характеристика по напряжению
осветительной установки
• Активная мощность, потребляемая осветительной установкой, содержащей лампы
накаливания, не зависит от частоты и примерно
пропорциональна
напряжению в степени 1,6.
Реактивной мощности такая
нагрузка не потребляет.
• Активная мощность осветительной установки, состоящей из люминесцентных ламп мало, зависит от напряжения, а ее реактивная мощность, как правило, бывает полностью скомпенсирована.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
1,1
Напряжение, о.е.
P,
о
.е
20
Статические характеристики асинхронного
двигателя
• Асинхронный двигатель потребляет мощность, равную мощности рабочей машины, т.е. машины, приводимой во вращение двигателем.
• При этом активную
мощность, потребляемую асинхронным двигателем
можно считать не зависящей
от напряжения на его зажимах, так как при изменении напряжения в небольших пределах скольжение машины меняется незначительно, поэтому и скорость вращения двигателя и активная мощность на его валу получают малые изменения.
21
Статические характеристики асинхронного
двигателя
Реактивная мощность, потребляемая двигателем, имеет две составляющие:
,
S
Q
Q
Q
Намагничивающая мощность
Q
зависит от квадрата напряжения:
2
U
Q
x
Мощность
Q
S
пропорциональна квадрату тока:
2 3
S
S
Q
I
x
22
Статические характеристики асинхронного
двигателя
23
Статические характеристики синхронного
двигателя по напряжению
• Зависимости для реактивной мощности синхронного двигателя с независимым возбуждением представлены семейством кривых при различных значениях величины xd (сопротивления двигателя), принятого в относительных единицах равным значениям 0,5; 1 и 2.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
1,2 1,4 1,6 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1
1,05 1,1
Напряжение, о.е.
P
, о.
е.
;
Q
, о.
е.
Р
Q(xd=0,5)
Q(xd=1)
Q(xd=2)
24
Статическая характеристика по напряжению
печной нагрузки
• Печная нагрузка имеет различные характеристики в зависимости от типа печи.
• Дуговые печи и печи сопротивления всех типов от мощных до малых бытовых потребляют только
активную мощность, ее величина примерно пропорциональна квадрату напряжения.
• Характеристика печей имеет сходство с характеристикой осветительной нагрузки.
• Мощные карборундовые печи потребляют также реактивную мощность, имеющую в области нормальной работы совершенно специфический характер.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
1,2 1,4 1,6 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1
1,05 1,1
Напряжение, о.е.
P,
о
.е
.;
Q
, о
.е
Р
Q
25
Обобщенные статические характеристики
нагрузки по напряжению и по частоте
Такие характеристики получены расчетным путем в институте "Энергосетьпроект" для характерного состава нагрузок и их схем соединения.
При анализе режимов крупных электрических сетей принято использовать типовые обобщенные статические характеристики
26
Обобщенные статические характеристики
нагрузки по напряжению
0,7 0,8 0,9 1
1,1 1,2 1,3 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1
1,05 1,1
Напряжение, о.е.
P
, о
.е
.;
Q
, о
.е
Р
Q (6;10)
Q(110;220)
27
Обобщенные статические характеристики
нагрузки по напряжению
при изменении напряжения в узлах потребления активная мощность, потребляемая нагрузкой, меняется меньше реактивной мощности
0,7 0,8 0,9 1
1,1 1,2 1,3 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1
1,05 1,1
Напряжение, о.е.
P
, о
.е
.; Q
, о
.е
Р
Q (6;10)
Q(110;220)
28
Обобщенные статические характеристики
нагрузки по напряжению
Это объясняется тем, что при изменении напряжения в определенных небольших пределах скорость вращения асинхронных двигателей и активная мощность, потребляемая ими, изменяются незначительно
0,7 0,8 0,9 1
1,1 1,2 1,3 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1
1,05 1,1
Напряжение, о.е.
P
, о
.е
.; Q
, о
.е
Р
Q (6;10)
Q(110;220)
29
Обобщенные статические характеристики
нагрузки по частоте
0,9 0,95 1
1,05 1,1 46 47 48 49 50 51 52 53
Частота, Гц
P
, о
.е
.; Q
, о
.е
Р
Q
30
Обобщенные статические характеристики
нагрузки по напряжению и по частоте
Статические характеристики реактивной мощности по напряжению и частоте имеют
U- образный характер.
При этом нормальным режимам соответствуют правая ветвь характеристики по напряжению и левая – по частоте.
Поэтому при незначительном снижении напряжения происходит снижение и реактивной мощности нагрузки, а при незначительном снижении частоты потребляемая нагрузкой реактивная мощность увеличивается.
31
Обобщенные статические характеристики
нагрузки по напряжению и по частоте
Регулирующий эффект нагрузки – степень изменения активной и реактивной мощности нагрузки при изменении напряжения или частоты.
Числено регулирующий эффект характеризуется значениями частных производных:
;
;
;
НАГР
НАГР
НАГР
НАГР
НАГР
НАГР
P
Q
P
Q
U
U
f
f
;
НАГР
НАГР
НАГР
P
P
U
f
- обладают положительным регулирующим эффектом во всем рассматриваемом диапазоне,
32
Обобщенные статические характеристики
нагрузки по напряжению и по частоте
Регулирующий эффект нагрузки – степень изменения активной и реактивной мощности нагрузки при изменении напряжения или частоты.
Числено регулирующий эффект характеризуется значениями частных производных:
;
;
;
НАГР
НАГР
НАГР
НАГР
НАГР
НАГР
P
Q
P
Q
U
U
f
f
НАГР
НАГР
Q
U
- при малых изменениях напряжения обладает положительным регулирующим эффектом,
33
Обобщенные статические характеристики
нагрузки по напряжению и по частоте
Регулирующий эффект нагрузки – степень изменения активной и реактивной мощности нагрузки при изменении напряжения или частоты.
Числено регулирующий эффект характеризуется значениями частных производных:
;
;
;
НАГР
НАГР
НАГР
НАГР
НАГР
НАГР
P
Q
P
Q
U
U
f
f
- во всем рассматриваемом диапазоне обладает отрицательным регулирующим эффектом.
НАГР
Q
f
34
Представление нагрузок в расчетах
установившихся режимов
Наиболее точный способ учета электрических нагрузок при расчете режимов работы электрических сетей - представление их в виде статических
характеристик по частоте и напряжению.
Однако из-за большой сложности расчетов этот способ применяется лишь в том случае, когда напряжение и
частота значительно отличаются от номинальных
значений. Чаще ограничиваются менее строгим описанием свойств нагрузки.
35
Представление нагрузок в расчетах
установившихся режимов
Задание нагрузки постоянным по модулю и фазе
током:
Такой способ представления нагрузки применяется в случаях, когда необходимо отразить изменение
мощности нагрузки при изменении напряжения на ее
зажимах. Наиболее часто применяется при расчете сетей с номинальным напряжением U
НОМ
35 кВ.
36
Представление нагрузок в расчетах
установившихся режимов
Задание нагрузки постоянной по величине
мощностью:
Указанным способом пользуются при расчете установившихся режимов питающих и
распределительных сетей высокого напряжения.
37
Представление нагрузок в расчетах
установившихся режимов
Задание нагрузки постоянными параллельно или
последовательно соединенными активным и
индуктивным сопротивлениями
(проводимостями) :
Указанным способом пользуются при расчете
установившихся режимов, характеризующихся
значительными изменениями напряжения на
зажимах нагрузки.
38
Представление нагрузок в расчетах
установившихся режимов
Задание нагрузки постоянными параллельно или
последовательно соединенными активным и
индуктивным сопротивлениями
(проводимостями) :
2 2
2 2
cos ;
sin .
НАГР
НАГР
Н
НАГР
НАГР
НАГР
НАГР
Н
НАГР
НАГР
U
U
r
P
S
U
U
x
Q
S