Нагрузка отдельных элементов городской сети является важнейшей характеристикой ее работы. В зависимости от вида нагрузки устанавливаются целесообразные режимы работы сети, степень использования пропускной способности отдельных элементов, качество энергии, подаваемой потребителю, и т. д.
В связи с этим контролю за нагрузкой всех элементов сети и уровнем напряжения в установленных точках сети необходимо уделять самое тщательное внимание. Осуществление такого контроля в условиях городской сети встречает определенные затруднения из-за многочисленности сетевых сооружений и их разбросанности по территории города, а также невозможности установки стационарных приборов на всех элементах сети.
Следует также учитывать особенности нагрузки городских потребителей. Кривая, на которой приведено изменение нагрузки за установленный отрезок времени, называется графиком нагрузки. Как правило, рассматриваются суточные графики нагрузки, с помощью которых устанавливаются показатели нагрузки за наиболее характерные сезоны года. В частности, годовые графики нагрузки городской сети определяются двумя сезонами: зимним, с октября по март, и летним, с апреля по сентябрь.
На рис. 6-3 показаны суточные графики нагрузки трансформатора 320 кВ·А, от которого питается группа городских потребителей. Графики снимались самопишущим прибором в течение одной недели в декабре. Из этих графиков следует, что нагрузка изменяется как в течение одного дня, так и по дням недели в достаточно широких пределах.
Суточный график нагрузки имеет два максимума: утренний, около 7 ч, и вечерний, около 19 ч. При этом утренний максимум
составляет 0,5—0,6 вечернего. Дополнительно отметим, что вечерний максимум нагрузки летнего периода не превосходит 0,75 максимума зимнего периода.
Для оценки работы отдельных элементов сети наибольшее значение имеет максимальная нагрузка и ее продолжительность.
Рис. 6-3. Графики нагрузки трансформатора
Для городской сети максимальная нагрузка отмечается в зимний период, в вечернее время.
Очень существенно понятие продолжительности максимальной нагрузки. Эта продолжительность определяется условиями нагревания проводников при прохождении по ним электрического тока, и в настоящее время принимается равной 30 мин. Следовательно, токи продолжительностью менее 30 мин при определении значения максимальной нагрузки во внимание не принимаются.
Из рассмотрения графиков рис, 6-3 следует, что максимум нагрузки в течение дней недели не остается постоянным. Время наступления вечернего максимума также изменяется. Однако графики нагрузки достаточно однотипны: максимум нагрузки отмечается в период 18—21 ч. Это обстоятельство характерно для большинства элементов городских распределительных сетей. Последнее накладывает дополнительные трудности на производство измерений нагрузки, ибо их необходимо выполнять в ограниченный период суток. При этом имеется в виду, что измерения в городских сетях производятся, как правило, стационарными или переносными фиксирующими, а не самопишущими приборами.
Период производства измерений определяется местными инструкциями. Например, для условий Ленинграда зимний максимум наблюдается в 19—21 ч, летний в 21—22 ч. Если измерения нагрузки из-за большого числа элементов сети, электрически связанных между собой, в указанные часы организовать не удается, то незаконченные измерения необходимо продолжить на следующий день в тот же период.
Точность измерения максимума нагрузки зависит от способа проведения измерений. Только с помощью самопишущего прибора можно точно определить 30-минутный максимум нагрузки. Результаты измерения фиксирующими приборами (токоизмерительные клещи) будут случайными.
Ориентировочный характер нагрузки, измеренной токоизмерительными клещами, усиливается изменчивостью максимума нагрузки в течение сезона измерений. Например, нагрузка на вводе в жилой дом с 75 квартирами, оборудованными газовыми плитами, измерялась самопишущими приборами в течение 134 дней, в зимний период. В результате получены следующие данные (верхний ряд — диапазон максимума нагрузки. А; нижний ряд — число раз фиксации данной нагрузки):
Максимум нагрузки в течение указанного периода колебался в весьма широких пределах: от 10,5 до 30,5 А. Средний максимум нагрузки по результатам измерений составляет 23 А.
Отмеченную изменчивость нагрузки городской сети необходимо принимать во внимание, и организацию измерений следует производить в соответствии с задачами, которые должны быть решены на основе этих измерений. Поэтому различают систематический контроль за нагрузкой элементов сети и целевые измерения нагрузки, которые производятся при решении вопросов замены оборудования, усиления сетей и т, д.
Систематический контроль осуществляется путем измерения нагрузок и напряжения не менее двух раз в год, в том числе один раз в период максимума в зимний сезон. В результате
измерения максимальной нагрузки устанавливается степень использования пропускной способности линий и трансформаторов, перегруженные и недогруженные элементы сети. На основе этих измерений определяется правильность и экономичность эксплуатации отдельных элементов и всей сети в целом, выявляются участки сети с недопустимым уровнем колебания напряжения. По результатам измерений намечают проведение соответствующих мероприятий. На основе измерения нагрузки в летний период определяется возможность отключения части трансформаторов на это время для снижения потерь энергии в сети и т. д.
Измерения нагрузки и напряжения рекомендуется производить на стороне НН. Для измерений на стороне ВН следует устанавливать стационарные измерительные приборы. Измерения на стороне НН осуществляются переносными вольтметрами и амперметрами и токоизмерительными клещами.
Любое измерение нагрузки и напряжения связано с соприкосновением или близким приближением работающих лиц к частям, находящимся под напряжением. Поэтому особое внимание следует обращать на исправность изоляции приборов, приспособлений и защитных средств, используемых при производстве измерений. Необходимо строгое и четкое выполнение соответствующих требований правил техники безопасности.
Результаты измерения нагрузки и напряжения должны сразу же записываться на месте измерения. Следует добиваться наибольшей точности и правильности производства отсчетов на измерительных приборах. Приборы надо выбирать с соответствующими пределами измерений. Крайние пределы шкалы прибора должны не менее чем в 1,5—2 раза превышать ожидаемое максимальное значение измерений.
Измерения нагрузки производятся на всех фазах и нулевом проводе (при его наличии). При измерениях напряжения измеряются линейные и фазные значения. Измерения в сети 380 В допускаются только в том случае, когда нейтраль сети заземлена.
На следующий день производится обработка и проверка качества измерений. Сопоставлением с предыдущими измерениями выявляются явные ошибки, допущенные при текущих измерениях.
1 В соответствии с действующим ГОСТ 14312—69 термин «зазор контакта» заменен термином «раствор контакта».
Результаты систематических измерений позволяют анализировать состояние и использование установленного в сети оборудования. На основе этого анализа разрабатываются мероприятия по улучшению технико-экономических показателей и повышению технического уровня и культуры эксплуатации городской сети.
Сопоставление результатов измерений за ряд лет позволяет предсказать ожидаемые нагрузки в сети на следующий год, предполагаемое токораспределение по линиям сети и нагрузку трансформаторов. В соответствии с этим составляется на ближайший год план передвижки и замены сетевых трансформаторов, план капитального ремонта и строительства линий, а также изменения нормальной схемы сети для устранения нерациональной нагрузки отдельных ее элементов.
Измерение нагрузки отдельных элементов сети производится при нормальном режиме ее работы. На основе полученных данных оценивают нагрузки этих же элементов сети в различных аварийных режимах. Последнее позволяет установить порядок ввода в работу резервных элементов и изменения схемы сети на случай тех или иных аварийных режимов, возникающих в сетях, а также аналогичный порядок при отключении оборудования и линий для плановых ремонтных работ и профилактических испытаний.
При определении таких режимов следует принимать во внимание перегрузочную способность оборудования. Например, для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией напряжением 10 кВ и ниже на время ликвидации аварийного режима допускается кратковременная перегрузка до 130% на время максимумов продолжительностью не более 6 ч в сутки в течение 5 суток. Указанная перегрузка возможна, если в нормальном длительном режиме работы наибольшая нагрузка кабельной линии не превышает 80% полного длительного тока по нагреву.
Независимо от предшествующей нагрузки и температуры охлаждающей среды в рассматриваемых режимах допускается перегрузка масляных трансформаторов на 40% на время максимумов общей суточной продолжительностью не более 6 ч в течение не более 5 суток. При этом коэффициент заполнения суточного графика нагрузки трансформатора в условиях его перегрузки должен быть не более 0,75.
Работа оборудования в режимах перегрузки требует более достоверного определения нагрузки, чем это устанавливается одиночными измерениями. При этом имеется в виду отмеченная выше изменчивость максимума нагрузки городских сетей. Изменчивость нагрузки объясняется тем, что электроприемники потребителей включаются случайно, в зависимости от ряда причин и факторов, в том числе от особенностей организации бытовых и трудовых режимов населения, от технологических особенностей производства коммунально-бытовых предприятий и т. д. В результате максимум нагрузки является величиной случайной, и его оценка может производиться с использованием приемов математической статистики и теории вероятностей.
Известно, что случайная величина характеризуется ее средним значением и отклонением от среднего значения. Если произведено какое-то число измерений нагрузки, то среднее значение
где Iмакс — среднее значение максимума нагрузки, А; ∑I — сумма измеренных значений нагрузки, A; w — число проведенных измерений.
Рассеяние результатов измерений определяется среднеквадратичным отклонением о, которое выражается формулой
При наличии указанных характеристик значение максимума нагрузки
где i — нормированное отклонение.
При определении максимума нагрузки жилых домов значение отклонения t принимают равным 2. Последнее означает, что в 65% случаев можно ожидать реальный максимум нагрузки выше определенного по последней формуле.
Условия работы общественно-коммунальных учреждений обусловливают меньшую колеблемость нагрузки, в связи с чем для этих учреждений значение отклонения принимают равным 1,65.
Одновременно с приведенными формулами возникает вопрос о числе измерений, которые следует выполнить, чтобы получить достоверные данные о максимальной нагрузке. Для обычных технических расчетов принимают значение ошибки в пределах 5—40%. Для нагрузки городских сетей последнее означает, что ошибка будет находиться в указанных пределах, если произвести пять выборочных измерений в зимний период. Эти пять измерений позволят определить действительный максимум нагрузки, который, согласно теории вероятностей, может наблюдаться в период зимнего максимума.
Следовательно, необходимо различать среднее значение максимальной нагрузки и ее максимально возможное значение. Обычно при расчете потерь электрической энергии, определении технико-экономических показателей и т. п, ориентируются на средние значения максимальной нагрузки. Максимально возможное значение нагрузки используется при решении вопросов работы оборудования на предельном режиме, имея в виду допустимую плотность тока по нагреву, допустимые перегрузки трансформаторов и т. д.
Выполнение нескольких измерений, с последующей оценкой средней нагрузки и ее максимального значения по рассмотренной методике, позволяет более правильно решить вопросы рационального использования пропускной способности отдельных элементов городской сети.
