ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

О РАСЧЕТЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

(технический циркуляр ВНИГМ Тяжпромэлектропроект
№ 359-92 от 30 июля 1992 г.)

УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

РТМ 36.18.32.4-92*

ВНИПИ ТЯЖПРОМЭЛЕКТРОПРОЕКТ

Москва 1992

Техническим циркуляром ВНИПИ Тяжпромэлектропроект № 358-90 от 1 августа 1990 г. с 1 октября 1990 г. были введены в порядке опытно-промышленного внедрения "Указания по расчету электрических нагрузок", шифр М788-1068 (далее Указания). За проведшее время от подразделений института Тяжпромэлектропроект и электротехнических отделов технологических ГИПРО был получен ряд замечаний к Указаниям. Анализ полученных замечаний, а также разработка программного обеспечения для автоматизированного расчета электрических нагрузок на ПЭВМ выявили необходимость внесения ряда корректив в Указания 1990 г.

Окончательная редакция "Указаний по расчету электрических нагрузок" (РТМ 36.18.32.4-92) вводится в действие с 1 января 1993 г. К этому сроку рекомендуется завершить переработку пособия к расчету электрических нагрузок. Технический циркуляр № 358-90 от 1 августа 1990 г. считать утратившим силу.

Главный инженер ВНИПИ Тяжпромэлактропроект А. Г. Смирнов

РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

* Введен взамен "Указаний по расчету электрических нагрузок", шифр М788-1068, 1990 г.

Срок введения установлен с 01 января 1993 г.

Разработан ВНИПИ Тяжпромэлектропроект: заведующий лабораторией, канд. техн. наук Б.Д. Жохов; главный инженер проекта Л.Б. Годгельф.

Утвержден главным инженером ВНИПИ Тяжпромэлектропроект А.Г. Смирновым.

В Указания по расчету электрических нагрузок, введенные в действие в 1990 г. в порядке опытно-промышленного внедрения, внесен ряд корректив, вызванных итогами трехлетнего применения Указаний в проектной практике.

Основные из них следующие:

1. Эффективное число электроприемников (ЭП) n_Э рекомендуется определять по выражению

где Р_Н - групповая номинальная (установленная) активная мощность; р_Н - номинальная (установленная) мощность одного электроприемника; n - число электроприемников.

При значительном числе электроприемников (магистральные шинопроводы, шины цеховых трансформаторных подстанций, в целом по цеху, корпусу, предприятию) эффективное число электроприемников можно определять по упрощенному выражению

где р_Н.МАКС - номинальная мощность наиболее мощного ЭП группы.

2. Внесены соответствующие изменения в расчетный формуляр (форма Ф636-92), который принят единым независимо от способа определения эффективного числа электроприемников. В формуляре произведение К_иР_Н, где К_и - коэффициент использования, представлено не как средняя нагрузка, каковой оно не является, а как промежуточная расчетная величина.

3. Пункт 3.9 Указаний дополнен требованием, что расчетная мощность любой группы электроприемников не может быть меньше номинальной мощности наиболее мощного электроприемника группы. Требование введено с целью исключить случаи, когда сечение кабеля к индивидуальному ЭП, выбираемое по номинальной мощности, оказывается больше сечения кабеля питающей сети.

4. Откорректированы значения коэффициентов одновременности К_О (табл. 3) приближением их к значениям, полученным при статистической обработке результатов обследований /1/. Основанием для корректировки послужил анализ расчетного и фактического электропотребления на шинах 6 - 10 кВ распределительных и главных понижающих подстанций промышленных предприятий.

5. Скорректировано выражение для определения годового расхода электроэнергии с учетом фактора, что при определении расхода электроэнергии следует использовать не верхнюю границу возможных значений, а наиболее вероятное значение максимальной нагрузки.

1. Область применения

1.1. В Указаниях приведена методика определения электрических нагрузок, являющихся исходными данными для проектирования систем электроснабжения потребителей электроэнергии всех отраслей народного хозяйства.

1.2. Указания заменяют действующие "Указания по расчету электрических нагрузок" (шифр М788-1068), введенные в 1990 г. в опытно-промышленное внедрение на срок 3 года и опубликованные в "Инструктивных указаниях по проектированию электротехнических промышленных установок", 1990 г., № 4, с. 3-7.

1.3. Указания не распространяются на определение электрических нагрузок электроприемников с резкопеременным графиком нагрузки (электроприводов прокатных станов, дуговых электропечей, контактной электросварки и т.п.), промышленного электрического транспорта, жилых и общественных зданий, а также электроприемников с известным графиком нагрузки.

1.4. Отраслевые проектные институты могут составлять информационно-справочные материалы с уточненными значениями расчетных коэффициентов, полученных в результате исследования электропотребления характерных групп ЭП, используемых в отрасли, если эти коэффициенты получены при условии, что их фактические значения могут превысить расчетные с вероятностью не более 0,05.

1.5. Для проверки результатов расчетов по настоящим Указаниям и оценки нагрузки в целом по цеху или предприятию можно использовать показатели электропотребления на единицу продукции или на 1 м² площади цеха.

2. Определения и обозначения основных величин

2.1. Для представления электрических величин и коэффициентов, характеризующих электропотребление, принята следующая система обозначений: показатели электропотребления индивидуальных ЭП обозначаются строчными буквами, а групп ЭП - прописными буквами латинского или греческого алфавита.

2.2. Номинальная (установленная) мощность одного ЭП - мощность, обозначенная на заводской табличке или в его паспорте. Применительно к агрегату с многодвигательным приводом под номинальной мощностью подразумевают наибольшую сумму номинальных мощностей одновременно работающих двигателей.

2.3. Групповая номинальная (установленная) активная мощность - сумма номинальных активных мощностей группы ЭП

где n - число электроприемников.

2.4. Номинальная реактивная мощность одного ЭП q_Н - реактивная мощность, потребляемая из сети или отдаваемая в сеть при номинальной активной мощности и номинальном напряжении, а для синхронных двигателей - при номинальном токе возбуждения.

2.5. Групповая номинальная реактивная мощность - алгебраическая сумма номинальных реактивных мощностей входящих в группу ЭП

,

где tg j - паспортное или справочное значение коэффициента реактивной мощности.

2.6. Групповая средняя активная мощность за период времени Т определяется как частное от деления расхода активной W_a или реактивной W_p энергии всех входящих в группу ЭП на длительность периода:

P_C=W_a/T; Q_C=W_p/T.

Средняя активная (или реактивная) мощность группы равна сумме средних активных (или реактивных) мощностей входящих в группу ЭП (кроме резервных):

    .

Необходимо иметь в виду, что в дальнейшем в Указаниях под термином "средняя активная (или реактивная) мощность" имеется в виду наибольшее возможное значение средней активной (реактивной) мощности за наиболее загруженную смену продолжительностью Т=Т_СМ. (Т_СМ - продолжительность смены), т.е. за смену с наибольшим потреблением энергии группой ЭП, цехом или предприятием в целом.

2.7. Коэффициент использования отдельного электроприемника k_И или группы ЭП К_И - отношение средней активной мощности отдельного ЭП р_С или группы ЭП Р_С за наиболее загруженную смену к ее номинальному значению:

k_И=р_С/р_Н     К_И=Р_С/Р_Н

В справочных материалах, содержащих расчетные коэффициенты для определения электрических нагрузок промышленных предприятий, например в /2/, значения коэффициентов использования приведены по характерным (однородным) категориям ЭП. К одной характерной категории относятся ЭП, имеющие одинаковое технологическое назначение, а также одинаковые верхние границы возможных значений k_И и коэффициентов реактивной мощности tgj.

Например, сверлильные станки относятся к характерной категории "металлорежущие станки", которая представлена в справочных материалах расчетными коэффициентами k_И=0,14 и tgj=2,3. Это означает, что активная и реактивная средняя (за максимально загруженную смену) мощность любого станка, относящегося к указанной категории может быть выше р_С=р_Нk_И и q_С=р_Нk_Иtgj с вероятностью превышения не более 0,05.

2.8. Для группы, состоящей из ЭП различных категорий (т.е. с разными k_И), средневзвешенный коэффициент использования определяется по формуле

где n - число характерных категорий ЭП, входящих в данную группу.

При определении К_И группы электроприемников как средневзвешенного справочного значения характерных категорий произведение К_ИР_Н не должно рассматриваться как среднее значение ожидаемой нагрузки, так как в нем не учтен фактор снижения расчетных значений К_И при увеличении числа электроприемников в группе. Указанный фактор учитывается в номограмме (см. рисунок) и табл. 1-3 в соответствии с аналитическими выражениями, приведенными в /1/, а в формуляре К_ИР_Н используется как промежуточная расчетная величина, позволяющая сохранить традиционный алгоритм расчета.

2.9. Эффективное число электроприемников n_Э - это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое обусловливает те же значения расчетной нагрузки, что и группа различных по мощности электроприемников. Величину n_Э рекомендуется определять по следующему выражению:

Величина n_Э может определяться также по упрощенному выражению (см. п. 3.2.5.2)

Если найденное по упрощенному выражению число n_Э окажется больше n, то следует принимать n_Э=n. Если р_Н.МАКС/р_Н.МИН£3, где р_Н.МИН - номинальная мощность наименее мощного ЭП группы, также принимается n_Э=n.

2.10. Расчетная активная Р_р и реактивная Q_р мощность - это мощность, соответствующая такой неизменной токовой нагрузке I_p, которая эквивалентна фактической изменяющейся во времени нагрузке по наибольшему возможному тепловому воздействию на элемент системы электроснабжения. Вероятность превышения фактической нагрузки над расчетной не более 0,05 на интервале осреднения, длительность которого принята равной трем постоянным времени нагрева элемента системы электроснабжения 3Т_О, через который передается ток нагрузки (кабеля, провода, шинопровода, трансформатора и т.д.).

Для одиночных ЭП расчетная мощность принимается равной номинальной, для одиночных ЭП повторно-кратковременного режима - равной номинальной, приведенной к длительному режиму.

2.11. Коэффициент расчетной мощности К_p - отношение расчетной активной мощности Р_р к значению К_ИР_Н группы ЭП

К_р=Р_р/К_ИР_Н

Коэффициент расчетной мощности зависит от эффективного числа электроприемников, средневзвешенного коэффициента использования, а также от постоянной времени нагрева сети, для которой рассчитываются электрические нагрузки.

Настоящими Указаниями приняты следующие постоянные времени нагрева /1/:

Т_О=10 мин - для сетей напряжением до 1 кВ, питающих распределительные шинопроводы, пункты, сборки, щиты. Значения К_р для этих сетей принимаются по табл. 1 или номограмме (см. рисунок);

Т_О=2,5 ч - для магистральных шинопроводов и цеховых трансформаторов. Значения К_р для этих сетей принимаются по табл. 2;

Т_О³30 мин - для кабелей напряжением 6 кВ и выше, питающих цеховые трансформаторные подстанции и распределительные устройства. Расчетная мощность для этих элементов определяется при К_р=1.

2.12. Коэффициент спроса группы ЭП К_С - отношение расчетной активной мощности к номинальной мощности группы

К_С=Р_р/Р_Н.

2.13. Коэффициент одновременности К_О - отношение расчетной мощности на шинах 6-10 кВ к сумме расчетных мощностей потребителей, подключенных к шинам 6-10 кВ РП, ГПП

.

2.14. Расчетная активная мощность цеха, предприятия в целом, выраженная через удельные показатели электропотребления, равна

Р_Р=W_УДМ/Т_М; Р_М=Р_УДF,

где W_УД - удельный расход электроэнергии на единицу продукции; М - годовой выпуск продукции в натуральном выражении; Р_УД - удельная плотность максимальной нагрузки на 1 м² площади цеха, предприятия.

2.15. Годовой расход электроэнергии определяется по выражениям:

W_а.г=Р_РТ_МК_О;  W_р.г=Q_РТ_М.РК_О,

где Т_М(Т_М.Р) - годовое число часов использования максимума активной (реактивной) мощности; Р_Р, Q_P - расчетные нагрузки; К_О - коэффициент одновременности по табл. 3 при числе присоединений более 25.

3. Последовательность расчета электрических нагрузок

3.1. Расчет выполняется по форме Ф636-92 (табл. 4).

3.2. Расчет электрических нагрузок ЭП напряжением до 1 кВ производится для каждого узла питания (распределительного пункта, шкафа, сборки, распределительного шинопровода, щита станций управления, троллея, магистрального шинопровода, цеховой трансформаторной подстанции), а также по цеху, корпусу в целом.

3.2.1 Исходные данные для расчета (графы 1-6) заполняются на основании полученных от технологов, сантехников и др. специалистов таблиц-заданий на проектирование электротехнической части (графы 1-4) и согласно справочным материалам (графы 5, 6), в которых приведены значения коэффициентов использования и реактивной мощности для индивидуальных ЭП.

При этом:

3.2.1.1. Все ЭП группируются по характерным категориям с одинаковыми К_И и tgj. В каждой строке указываются ЭП одинаковой мощности.

3.2.1.2. Резервные электроприемники, ремонтные сварочные трансформаторы и другие ремонтные электроприемники, а также электроприемники, работающие кратковременно (пожарные насосы, задвижки, вентили и т.п.), при подсчете расчетной мощности не учитываются (за исключением случаев, когда мощности пожарных насосов и других противоаварийных ЭП определяют выбор элементов сети электроснабжения). В графах 2 и 4 указываются данные только рабочих ЭП.

3.2.1.3. В случаях, когда n_Э определяется по упрощенному выражению (см. п. 3.2.5.2), все ЭП группируются построчно по характерным категориям независимо от мощности ЭП, а в графе 3 указываются максимальная и минимальная мощности ЭП данной характерной группы.

3.2.1.4. Для многодвигательных приводов учитываются все одновременно работающие электродвигатели данного привода. Если в числе этих двигателей имеются одновременно включаемые (с идентичным режимом работы), то они учитываются в расчете как один ЭП номинальной мощностью, равной сумме номинальных мощностей одновременно работающих двигателей.

3.2.1.5. Для электродвигателей с повторно-кратковременым режимом работы их номинальная мощность не приводится к длительному режиму (ПВ=100%).

3.2.1.6. При включении однофазного ЭП на фазное напряжение он учитывается в графе 2 как эквивалентный трехфазный ЭП номинальной мощностью

р_Н=3р_Н.О;    q_Н=3q_Н.О,

где р_Н.О, q_Н.О - активная и реактивная мощности однофазного ЭП.

При включении однофазного ЭП на линейное напряжение он учитывается как эквивалентный ЭП номинальной мощностью

р_Н=р_Н.О;     q_Н=q_Н.О

3.2.1.7. При наличии группы однофазных ЭП, которые распределены по фазам с неравномерностью не выше 15% по отношению к общей мощности трехфазных и однофазных ЭП в группе, они могут быть представлены в расчете как эквивалентная группа трехфазных ЭП с той же суммарной номинальной мощностью.

В случае превышения указанной неравномерности номинальная мощность эквивалентной группы трехфазных ЭП принимается равной тройному значению мощности наиболее загруженной фазы.

3.2.1.8. При наличии в справочных материалах интервальных значений k_И следует для расчета принимать наибольшее значение. Значения k_И должны быть определены из условия, что вероятность превышения фактической средней мощности над расчетной для характерной категории ЭП должна быть не более 0,05.

3.2.2. В графах 7 и 8 соответственно записываются построчно величины К_ИР_Н и К_ИР_Нtgj. В итоговой строке определяются суммы этих величин

SК_ИР_Н               SК_ИР_Нtgj

3.2.3. Определяется групповой коэффициент использования для данного узла питания

К_И=SК_ИР_Н/SР_Н

Значение К_И заносится в графу 5 итоговой строки.

3.2.4. Для последующего определения n_Э в графе 9 построчно определяются для каждой характерной группы ЭП одинаковой мощности величины n и в итоговой строке - их суммарное значение Sn. При определении n_Э по упрощенной формуле графа 9 не заполняется.

3.2.5. Определяется эффективное число электроприемников n_Э следующим образом:

3.2.5.1. Как правило, n_Э для итоговой строки определяется по выражению

n_Э=(SР_Н)²/Sn

3.2.5.2. При значительном числе ЭП (магистральные шинопроводы, шины цеховых трансформаторных подстанций, в целом по цеху, корпусу, предприятию) n_Э может определяться по упрощенной формуле

n_Э=2SР_Н/р_Н.МАКС

3.2.5.3. Найденное по указанным выражениям значение n_Э округляется до ближайшего меньшего целого числа. При n_Э£4 рекомендуется пользоваться номограммой (см. рисунок).

3.2.6. В зависимости от средневзвешенного коэффициента использования и эффективного числа электроприемников определяется согласно п. 2.11 настоящих Указаний и заносится в графу 11 коэффициент расчетной нагрузки К_р.

3.2.7. Расчетная активная мощность подключенных к узлу питания ЭП напряжением до 1 кВ (графа 12) определяется по выражению

Р_Р=К_РSК_ИР_Н

В случаях, когда расчетная мощность P_Р окажется меньше номинальной наиболее мощного электроприемника, следует принимать Р_Р=р_Н.МАКС.

3.2.8. Расчетная реактивная мощность (графа 13) определяется следующим образом:

3.2.8.1. Для питающих сетей напряжением до 1 кВ в зависимости от n_Э:

при n_Э£10  Q_Р=1,1SК_ИР_Нtgj

при n_Э>10  Q_Р=SК_ИР_Нtgj

3.2.8.2. Для магистральных шинопроводов и на шинах цеховых трансформаторных подстанций, а также при определении реактивной мощности в целом по цеху, корпусу, предприятию

Q_Р=К_РSК_ИР_Нtgj=Р_Рtgj

3.2.9. К расчетной активной и реактивной мощности силовых ЭП напряжением до 1 кВ должны быть при необходимости добавлены осветительные нагрузки Р_Р.О и Q_Р.О.

3.2.10 Значение токовой расчетной нагрузки, по которой выбирается сечение линии по допустимому нагреву, определяется по выражению

I_p=S_p/U_H                                               (графа 15),

где  - полная расчетная мощность, кВ*А, (графа 14).

3.3 Расчет электрических нагрузок ЭП напряжением выше 1 кВ производится в целом аналогично расчету, приведенному в п. 3.2, с учетом следующих особенностей:

3.3.1. При получении от технологов коэффициентов, характеризующих реальную загрузку электродвигателей, в графу 5 заносится вместо К_И значение К_З, в графу 7 - значение К_ЗP_Н.

3.3.2. Расчетная нагрузка цеховых трансформаторных подстанций (с учетом осветительной нагрузки и потерь в трансформаторах (см. п. 3.4)) заносится в графы 7 и 8.

3.3.3. Определяется число присоединений 6-10 кВ на сборных шинах РП, ГПП (графа 2 итоговой строки). Резервные ЭП не учитываются.

3.3.4. Эффективное число ЭП n_Э не определяется и графы 9 и 10 не заполняются.

3.3.5. В зависимости от числа присоединений группового коэффициента использования SК_ИР_Н/SР_Н, занесенного в графу 5 итоговой строки, по табл. 3 определяется значение коэффициента одновременности K_О. Значение K_О заносится в графу 11 (при этом К_Р=1, см. п. 2.11).

3.3.6. Расчетная мощность (графы 12-14) определяется по выражениям

Р_Р=К_ОSК_ИР_Н;

Q_Р=К_ОSК_ИР_Нtgj=Р_Рtgj;

3.4. Результирующий расчет нагрузок для каждой трансформаторной подстанции и выбор мощности трансформаторов рекомендуется выполнять по форме Ф202-90.

Результирующая нагрузка на стороне высокого напряжения определяется с учетом средств КРМ и потерь мощности в трансформаторах.

Таблица 1. Значения коэффициентов расчетной нагрузки К_Р для питающих сетей напряжением до 1000 В

Таблица 2. Значения коэффициентов расчетной нагрузки К_Р на шинах НН цеховых трансформаторов и для магистральных шинопроводов напряжением до 1 кВ

Таблица 3. Значение коэффициента одновременности К_О для определения расчетной нагрузки на шинах 6 (10) кВ РП и ГПП