ELEKTROENERGETYKA ZAKŁADÓW RZEMYSŁOWYCH

prof. J. Kulczycki

opracowali: Krzysztof Pędzisz EX4

Bartosz Pawlus EX4

Wykład I.

Temat: Zapotrzebowanie na moc i energię.

Przy projektowaniu urządzeń elektroenergetycznych istnieje konieczność ustalenia przewidywanych obciążeń poszczególnych elementów tych urządzeń - bardzo ważny etap w fazie projektowania. Niewłaściwy dobór obciążeń prowadzi bądź do nieuzasadnionych nakładów finansowych, bądź do ograniczenia przepustowości urządzeń.

Głównym celem obliczeń jest wyznaczenie mocy szczytowej.

Jako moc szczytową P_S, zwaną również mocą obliczeniową, przyjmuje się największą ze średnich mocy dla przyjętego umownie okresu rejestracyjnego, wynoszącego zazwyczaj 15 minut. P_S15' - moc szczytowa 15-to minutowa.

W niektórych przypadkach przyjmuje się moc szczytową 30-to minutową (P_S30') lub moc szczytową 60-cio minutową P_S60'.

Moc szczytowa czynna P_S i bierna Q_S występują na ogół w tym samym czasie, co pozwala na obliczenie obciążenia mocą bierną na podstawie znajomości szczytowego obciążenia czynnego.

W niektórych przypadkach konieczne jest obliczenie mocy średniej (P_ŚR), obliczanej za okres roczny. Moc średnią oblicza się w celu obliczenia obciążeń zakładu przemysłowego

i ustalenia zapotrzebowania energii elektrycznej.

Obliczona średnia i szczytowa moc zakładu zwykle różni się od mocy, jaka wystąpi w rzeczywistości, z uwagi na brak na etapie projektowania dokładnej znajomości przebiegu obciążeń.

Moc szczytową bierną obliczamy w ogólnym przypadku według zależności:

Q_S=P_S ∙ tgφ

gdzie: tgφ - tangens odpowiadający współczynnikowi mocy cosφ, występującemu przy

szczytowym obciążeniu mocą czynną.

Moc średnią wyznaczamy z zależności:

,

gdzie: A_r, A_b - roczne zużycie energii czynnej w Kw. i biernej w kvarh,

T_r - roczny rzeczywisty czas pracy zakładu w h.

Przy doborze przekroju przewodów, przyrządów rozdzielniczych itp. posługujemy się obliczeniowym prądem szczytowym:

[A]

Moc szczytowa jest podstawą doboru cieplnego urządzeń.

Rys. 1. Charakterystyka temperatury w funkcji czasu.

Po 3÷5 stałych czasowych temperatura się ustala. Szybkość ustalania się temperatury warunkowana jest:

• rodzajem materiału,

• sposobem odprowadzania ciepła,

• czynniki środowiskowe,

Metody obliczania zapotrzebowania mocy

Metody obliczania zapotrzebowania mocy szczytowej odbiorców energii dzieli się na:

• statystyczne,

• analityczne.

Metody statystyczne opierają się na analizie pomiarowo-obliczeniowej sieci zakładów

o takim samym lub zbliżonym profilu produkcji i wyposażeniu maszynowym.

Wśród nich można wyróżnić następujące metody:

• metoda analogii;

• metoda jednostkowego zużycia energii elektrycznej;

• metoda jednostkowego zużycia mocy szczytowej;

• metoda jednostkowego obciążenia powierzchniowego.

Metody analityczne oparte są wyłącznie na rachunkowym wyznaczeniu mocy

szczytowej w oparciu o niektóre wskaźniki .

Do metod analitycznych zaliczamy:

• metodę współczynników zapotrzebowania mocy;

• metodę dwuczłonową D.S. Liwszyca;

• metodę zastępczej liczby odbiorników.

METODY ANALITYCZNE

Metody analityczne wymagają znajomości mocy znamionowej wszystkich odbiorników pracujących w zakładzie oraz miejsca ich zainstalowania. Metody analityczne umożliwiają dokładniejsze wyznaczenie mocy szczytowej i dlatego stosuje się je w opracowaniach technicznych.

• Metoda współczynnika zapotrzebowania mocy k_z

Metoda polega na stosowaniu współczynnika zapotrzebowania mocy k_z, określonego dla charakterystycznych grup odbiorników na podstawie pomiarów statystycznych.

- gdy zakład już istnieje

- gdy zakład jest dopiero projektowany (moc która będzie)

gdzie: k_j - współczynnik jednoczesności nakładania się największych obciążeń

k_w - współczynnik wykorzystania

Rys. 2. Współczynnik jednoczesności nakładania się największych obciążeń k_j w funkcji mocy szczytowej czynnej.

Wartości współczynnika zapotrzebowania mocy, współczynnika wykorzystania i współczynnika macy cosφ dla poszczególnych grup odbiorników przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1. Współczynniki k_z, k_w, cosφ.

Niejednoczesność - jaka część urządzeń (w sztukach) pracuje w stosunku do wszystkich zainstalowanych (całkowitej ich liczby).

Moc szczytową czynna charakterystycznej grupy odbiorników wyznacza się z zależności:

[kW]

Metoda współczynnika zapotrzebowania mocy jest metodą stosunkowo prostą, jednak wymaga od projektanta znajomości mocy zainstalowanych oraz współczynnika k_z (ze statystyk) - niesie to możliwość pomyłki. Każda statystyka jest lepsza przy dużej liczbie obiektów, dlatego ta metoda racji statystyki jest wskazana przy liczbie jednostek > 50.

• Metoda dwuczłonowa D.S. Liwszyca

Metoda dwuczłonowa daje dobre wyniki w przypadku dużych zakładów przemysłu metalowego, ponieważ dla tego typu zakładów zostały najdokładniej określone stosowane w niej współczynniki.

Obliczenie mocy szczytowej wykonuje się oddzielnie dla każdej grupy odbiorników.

Według metody Liwszyca obciążenia elektroenergetyczne składają się z dwóch członów:

gdzie: P_Ni - moce znamionowe (5) odbiorników [kW],

P_{zainstalowana} - moc zainstalowanych urządzeń [kW],

c, b - współczynniki obliczeniowe podane w tabeli 2.

Zapotrzebowanie mocy biernej oblicza się również oddzielnie dla poszczególnych grup, wykorzystując podane w tabeli 2 średnie wartości współczynnika mocy.

Metoda Liwszyca porównuje duże obiekty z małymi.

• Metoda zastępczej liczby odbiorników (z.l.o.)

Metoda ta posiada szereg zalet:

- szeroki zakres stosowalności,

- łatwa możliwość adaptacji do warunków technologicznych,

- uwzględnienie różnorodności wyposażenia technologicznego,

- duża dokładność wyników.

Metoda jest w zasadzie uniwersalna i może znaleźć zastosowanie do wszystkich przypadków projektowania sieci przemysłowych stosowanych w praktyce.

Obliczeniową moc szczytową dla grupy odbiorników wyznacza się z zależności:

gdzie: k_s - współczynnik szczytu, mówi ile razy obciążenie w szczycie jest większe od obciążenia w czasie pracy odbiornika (zależy od ilości odbiorników, im odb. jest więcej tym k_s jest mniejszy).

k_s=f(1/n,k_w);
;

k_w - wskaźnik wykorzystania mocy.

n_z - zastępcza liczba odbiorników;
;

Rys. 3. Zależność zastępczej liczby odbiorników n_z od względnej liczby n_w i względnej mocy P_w odbiorników.

Rys. 4. Zależność współczynnika szczytu k_s od zastępczej liczby odbiorników n_z i współczynnika k_w.

Metoda zastępczej liczby odbiorników zależy również od stadium projektowego.

Tabela 2.

---