Потребители электроэнергии и их режим работы

Приемниками электроэнергии являются лампы электрического освещения, бытовые и промышленные нагревательные приборы, электродвигатели, промышленные электропечи, электролизные установки и др. Все электроприемники потребляют активную мощность; электродвигатели, индукционные электропечи и другие подобные им электроприемники потребляют также реактивную мощность.

Режим работы электроприемников, зависящий от их назначения и использования, не остается постоянным и изменяется в различные часы суток и месяцы года. Изменяется и потребляемая ими электрическая мощность (электрическая нагрузка).

Изменение нагрузки электроприемника или группы электроприемников за сутки удобно изображать графически в виде суточного графика нагрузок, который строят в прямоугольных осях координат, откладывая по оси абсцисс часы суток от 0 до 24 ч, а по оси ординат нагрузку в киловаттах или мегаваттах (рис. 1). При этом условно считают нагрузку неизменной в интервале между двумя смежными нагрузками. Так же строят графики реактивных (кВАр, МВАр) и полных (кВА, МВА) нагрузок.

Рисунок 1 Суточный график активных нагрузок

Наибольшую нагрузку установки по суточному графику длительностью не менее получаса называют максимальной суточной нагрузкой установки (Р_{макс. сут} на рис. 1).

Площадь суточного графика активных нагрузок в определенном масштабе дает электроэнергию в киловатт-часах А_сут, потребленную группой электроприемников за сутки. Средняя нагрузка установки за сутки

P_ср.уст. = А_сут / 24

Наиболее характерными суточными графиками для большинства потребителей являются графики за зимние и летние сутки. Форма суточного графика зависит от режима работы электроприемников. Для иллюстрации на рис. 2 и 3 приведены типовые суточные графики нагрузок для некоторых групп потребителей, построенные на основании многолетнего опыта эксплуатации. Ординаты этих графиков выражены в процентах максимальной нагрузки за зимние сутки.

Рисунок 2. Типовые суточные графики нагрузок коммунальных электропотребителей.

1-электроосвещение жилых домов; 2-мелкие бытовые электроприборы; 3-электроосвещение общественных зданий; 4-наружное электроосвещение; 5-бытовые электродвигатели малой мощности; 6-насосные установки водопровода и канализации; 7-городской электрифицированный транспорт; 8-свободный график для города с населением 20-250 тысяч жителей, учитывающий нагрузку графиков 1-7

Рисунок 3. Типовые суточные графики нагрузок промышленного электропотребления.

1-при односменной работе; 2-при двухсменной работе; 3-при трехсменной работе.

Действительные суточные графики нагрузок могут существенно отличаться от приведенных, особенно графики нагрузок промышленных предприятий, так как их форма зависит от длительности, начала и конца смен, времени обеденных перерывов, величины ночной нагрузки и т. д. Значительно могут отличаться графики нагрузок предприятий разных отраслей промышленности.

В практике часто пользуются также годовыми графиками нагрузок по продолжительности (рис. 4), показывающими длительность работы электроустановки в течение года с различными нагрузками.

Рисунок 4. Годовой график нагрузок по продолжительности.

Наибольшую в году нагрузку электроустановки в течение не менее получаса называют максимальной нагрузкой Р_макс (наибольшая ордината наибольшего в году суточного графика, например зимнего).

Площадь годового графика по продолжительности в определенном масштабе дает годовое количество электроэнергии в киловатт-часах. Средняя годовая нагрузка установки

Р_ср.год = А_год / 8760

где 8760 = 24 · 365 — число часов в году.

В эксплуатации суточные графики нагрузок просто получить по показаниям электро-измерительных приборов — ваттметров и счетчиков, при этом нагрузку между двумя смежными записями приборов принимают неизменной.

При проектировании определяют ожидаемую нагрузку электроприемников расчетным путем, используя разработанные практикой методы и материалы эксплуатации, излагаемые в специальных пособиях и руководствах.

Потребляемая из сети группой электроприемников мощность, т. е. их действительная нагрузка в какой-либо момент времени, всегда меньше суммарной мощности электроприемников и только в редких случаях равна ей. Объясняется это тем, что к электросети обычно подключены не все установленные электроприемники, а в отдельных случаях не все подключенные приемники работают с полной нагрузкой.

Если взять для примера внутреннее электроосвещение жилых домов, то никогда не бывает, чтобы одновременно были включены все лампы даже одного крупного жилого дома, а тем более района города, целого города, поселка и т. д. Даже в вечерние часы зимних суток какая-то часть ламп отключена.

На крупном промышленном предприятии, оборудованном большим числом электродвигателей, также никогда не бывает, чтобы одновременно работали все установленные механизмов обычно находится в заправке или ремонте, многие вспомогательные механизмы работают периодически (краны, подъемники, компрессоры и многие другие), в сложных механизмах с многодвигательным приводом электродвигатели работают в определенной последовательности по мере выполнения отдельных операций и т. д.

Производственные механизмы и станки снабжают стандартными электродвигателями, номинальная мощность которых иногда несколько превышает мощность, необходимую для работы механизма или станка с учетом его действительной загрузки, определяемой из условий технологического процесса. Поэтому некоторые электродвигатели предприятия работают с неполной нагрузкой.

Максимальную нагрузку группы электроприемников с одинаковым режимом работы можно определить по формуле

Р_макс = К_о · К_з · ΣР_пр

где ΣР_пр — суммарная присоединенная мощность группы электроприемников;

К_о — коэффициент одновременности работы электроприемников, показывающий, какую часть от присоединенной мощности всех установленных электроприемников составляет присоединенная мощность электроприемников, работающих во время максимальной нагрузки;

К_з — коэффициент загрузки электроприемников, показывающий степень загрузки электроприемников, работающих во время максимальной нагрузки.

Коэффициенты К_о и К_з могут быть равны или меньше единицы в зависимости от типа и числа электроприемников и режима их работы.

Каждый электроприемник характеризуется его установленной мощностью Р_у, под которой понимают его номинальную (паспортную) мощность Р_ном. В частности, установленной (номинальной) мощностью электродвигателя является мощность, развиваемая им на валу при полной загрузке.

Присоединенная мощность электроприемника — это мощность, потребляемая им из сети при полной загрузке. Для ламп накаливания, нагревательных приборов и печей Р_пр =  Р_у = Р_ном, а для электродвигателей Р_пр = Р_у / η_д = Р_ном / η_д

где η_д — к. п. д. электродвигателя при полной (номинальной) загрузке.

Таким образом ΣР_пр является суммарной мощностью, потребляемой из сети всеми приемниками при условии, что все они подключены к сети и работают с полной   загрузкой.

Максимальную нагрузку Р_макс группы электроприемников можно также определить по их суммарной установленной (номинальной) мощности ΣР_у и среднему значению их к. п. д. η_ср по формуле

Р_макс = ((К_о · К_з) / η_ср) · ΣР_у

или Р_макс = К_с · ΣР_у,

где К_с = (К_о · К_з) / η_ср

К_с – коэффициент спроса группы электроприемников.