Суточные графики нагрузки жилых зданий

Режимы работы бытовых электроприемников различны. Они меняются в зависимости от назначения и использования этих приборов в семье. Характер изменения нагрузок отчетливее всего виден на так называемом суточном графике нагрузки, причем в зависимости от числа присоединенных квартир, дня недели и времени года эти графики отличаются друг от друга.

В связи с тем, что максимальные нагрузки в сетях, питающих бытовые потребители, наблюдаются в зимнее время, наибольший интерес представляют суточные графики нагрузки зимнего дня. Кроме того, на характер графика нагрузки существенно влияет способ приготовления пищи.

С этой точки зрения суточные графики нагрузки можно подразделить на три основные группы в зависимости от способа приготовления пищи:

• для зданий с газовыми плитами,

• плитами на твердом топливе

• электрическими плитами.

Ниже рассматриваются особенности графиков для зданий с газовыми и электрическими плитами.

Рис. 1. Усредненный суточный график нагрузки на вводе в 62-квартирный дом с газовыми плитами.

Форма суточного графика нагрузки и его характеристика (заполнение), а также максимум нагрузки изменяются в широких пределах. Поэтому для исследований строятся усредненные типичные графики нагрузок, определенные из ряда графиков по средним получасовым нагрузкам.

Для элементов сетей, питающих квартиры с газовыми плитами, усредненные графики определяются за все дни недели, включая субботу и воскресенье, так как большого различия в графиках нагрузки по дням недели в этих сетях нет. Для элементов сетей, питающих квартиры с электрическими плитами, определяются усредненные графики за выходные дни (суббота и воскресенье) и за рабочие дни недели, так как в этих сетях графики нагрузок рабочих и выходных дней отличаются друг от друга.

Характерной особенностью графика нагрузки выходного дня является наличие утреннего и дневного максимумов нагрузки, по величине близких к вечернему максимуму нагрузки рабочих дней.

Рис. 2. Усредненный суточный график жилого дома (501 квартира с газовыми плитами) на шинах подстанции. Измерения производились самопишущими амперметрами.

Средние нагрузки определяют по показаниям счетчика имением величины учтенной энергии на соответствующий промежуток времени (обычно 30 мин). Для построения усредненного графика суммируют средние нагрузки, зафиксированные в одно и то же время, например в 14 ч (14 ч 30 мин, 15 ч и т. д.) во все дни недели, а затем полученную величину делят на семь.

На рис. 1 представлен усредненный суточный график нагрузки на вводе в 62-квартирный дом с газовыми плитами. На рис 2 показан усредненный суточный график нагрузки жилых домов (501 квартира) на шинах трансформаторной подстанции. На рис. 3 представлен аналогичный график на вводе в 108-квартирный дом с электрическими плитами для рабочего и выходного дней. Из графика рис. 1 следует, что в сетях зданий с газовым плитами в Москве зимний максимум нагрузки наступает примерно в 18 ч и продолжается до 22—23 ч, однако наибольшее значение нагрузки наблюдается от 20 до 21

Рис. 3. Усредненный суточный график нагрузки на вводе в 108-квартирный дом с электрическими плитами. 1 — рабочий день, 2 — суббота, 3 — воскресенье.

Коэффициент заполнения суточного графика нагрузки

находится в пределах 0,35—0,5.

Утренний максимум нагрузки длится 2 ч: с 7 до 9 ч и равен 35—50% вечернего максимума; дневная нагрузка составляет 30—45%, а ночная — 20—30%.

В сетях, питающих квартиры с электрическими плитами, в рабочие дни недели вечерний максимум нагрузки совпадает по времени с максимумом нагрузки домов с газовыми плитами. Утренний максимум начинается с 6 ч и продолжается до 11 ч. Величина утреннего максимума лежит в пределах 60—65% вечернего максимума. Дневная нагрузка составляет 50—60%, а ночная — 20%. Коэффициент заполнения суточного графика нагрузки колеблется от 0,45 до 0,55.

В субботние и воскресные дни, кроме вечернего максимума с 21 до 23ч, имеет место утренний максимум, по величине примерно равный вечернему, и дневной максимум нагрузки с 13 до 17 ч, равный 85—90% вечернего максимума. Для таких дней коэффициент заполнения графика выше, чем в рабочие дни. Приведенные данные характерны для крупных городов. В небольших городах и поселках, где существенную роль играет сменная работа трудящихся, графики нагрузки могут отличаться от рассмотренных ниже.

Широкое применение бытовых электроприборов, оборудованных электродвигателями малой мощности, привело к снижению коэффициента мощности до 0,9—0,92 в домах с газовыми плитами в часы вечернего максимума нагрузки, и в остальное время суток до 0,76—0,8. В домах с электрическими плитами коэффициент мощности выше и составляет как в дневное, так и в вечернее время 0,95, а в ночные часы — 0,8.

Это обстоятельство является весьма важным и должно учитываться при проектировании электрических сетей, поскольку до настоящего времени проектирование велось без учета этого фактора. Коэффициент мощности принимался практически равным единице, что было правильным, когда основной нагрузкой было электрическое освещение, выполненное лампами накаливания.

Нагрузка жилого дома характеризуется, как правило, применением однофазных электроприемников. Это не могло не сказаться на распределении нагрузок по фазам электрической сети. Нагрузки отдельных фаз оказываются неодинаковыми. Несмотря на то, что как при проектировании, так и при монтаже и эксплуатации электроустановок жилых домов принимаются меры к возможно более равномерному распределению нагрузок по фазам, исследования показали, что фактически неравномерность нагрузки фаз оказывается часто значительной.

Положение усугубилось и связи с повсеместным применением бытовых электроприемников (холодильников, стиральных машин, телевизоров, радиоприемников и т. д.), имеющих различные и в значительной мере случайные режимы работы, в результате чего несимметрия фазных нагрузок городских сетей стала неизбежной.

Так, например, по данным Мосэнерго, даже в наружных сетях при наличии, как правило, трехфазных вводов в здания, при хорошей организации эксплуатации и регулярном наблюдении, не удавалось добиться асимметрии фазных нагрузок ниже 20%. Еще хуже обстоит дело при малоэтажной застройке, характерной для небольших городов и поселков, где вводы в здания большей частью выполняются однофазными. Исследования, проведенные в Москве при одновременном измерении нагрузок всех трех фаз, а также в нулевом проводе четырехпроводных сетей, подтвердили сказанное выше.

Рис. 4. Усредненные суточные графики нагрузки по фазам стояка в доме с электрическими плитами.

Во внутридомовых сетях, особенно в сетях зданий с электрическими плитами, имеет место существенная асимметрия фазных нагрузок, обусловленная не только неравномерным распределением однофазных электроприемников, но и главным образом естественной разновременностью включения и отключения электроприборов. Для иллюстрации сказанного на рис. 4 приведен усредненный суточный график по каждой фазе стояка в доме с электрическими плитами. Характерно, что приведенные графики даны для линии, к каждой фазе которой присоединено равное число квартир.

Результаты обработки полученных при измерениях данных приведены в табл. 1 (по данным лаборатории электрооборудования МНИИТЭП).

Таблица 1 Данные измерения фазных нагрузок

Оценка асимметрии нагрузок

Для оценки асимметрии нагрузок можно пользоваться понятием коэффициента асимметрии фазных нагрузок в часы максимума, представляющим собой отношение тока в нулевом проводе I0 к току средней фазной нагрузки Iсрф.

Величины расчетных нагрузок:

- без учета асимметрии

- с учетом асимметрии Р

где: Pмсрф— максимальная расчетная среднефазная нагрузка (на одну фазу);

Pмкасф— максимальная расчетная среднефазная нагрузка наиболее загруженной фазы.

Отношение последних двух фомул называется коэффициентом перехода от расчетной нагрузки без учета асимметрии к расчетной нагрузке с учетом асимметрии:

Обработка графиков нагрузки отдельных фаз и суммарных показала, что во внутридомовых электрических сетях домов с газовыми плитами асимметрия фазных нагрузок по средним тридцатиминутным значениям в часы максимума нагрузки находится в пределах 20%. Расчетная нагрузка по максимально нагруженной фазе на 20—30% выше расчетного максимума средней фазной нагрузки.

В домах с электроплитами асимметрия фазных нагрузок на вводе в стоквартирный дом составляет 20—30%, а во внутридомовых питающих сетях (для магистралей, питающих 30—36 квартир, асимметрия достигает 40—50%). Таким образом, установлена необходимость учета асимметрии фазных нагрузок при выборе параметров электрической сети; надо иметь в виду, что по мере увеличения количества присоединенных квартир асимметрия снижается . Неучтенная асимметрия фазных нагрузок может привести к существенным ошибкам при выборе сечений проводов и кабелей.

При проектировании асимметрию учитывают путем соответствующего увеличения величин нормируемых удельных электрических нагрузок (кВт/квартира), т. е. ведут расчет по наиболее нагруженной фазе.

На шинах питающего трансформатора асимметрия фазных нагрузок сказывается незначительно и может не учитываться.

Следует упомянуть, что при значительной асимметрии фазных нагрузок в связи с появлением в сети токов обратной и нулевой последовательностей имеют место дополни тельные потери напряжения и мощности, что ухудшает экономические показатели сети и качество напряжении у электроприемников.