Основные потребители электроэнергии и их характеристики

Потребители электроэнергии различны по своему характеру: промышленные предприятия, жилые дома и коммунально-бытовые учреждения, электрифицированный транспорт, сельскохозяйственные потребители и т.д. Самый распространенный вид потребителей – асинхронные двигатели. Они различаются по номинальной мощности, всегда потребляют реактивную мощность, но могут работать при разных «cosφ» в зависимости от загрузки. Синхронные двигатели генерируют реактивную мощность, в ряде случаев их номинальная мощность очень велика. Коммунально-бытовая нагрузка – освещение, нагревательные приборы и т.д. – ранее считалась преимущественно активной. Потребление электроэнергии на бытовые нужды имеет тенденцию к росту вследствие увеличения числа двигателей (пылесосы, полотеры, стиральные машины, электробритвы и др.), а также телевизоров, кондиционеров, холодильников. Все это приводит к росту реактивной мощности коммунально-бытовой нагрузки. Растет удельный вес специальных видов нагрузки – выпрямителей и инверторов, электрохимии и электрометаллургии, электрифицированного железнодорожного и городского транспорта. Существенную часть в потреблении электроэнергии составляют потери в сетях. Характерный для электрических систем России примерный состав комплексной нагрузки, %, приведен ниже:

- мелкие асинхронные двигатели…………………35%

- крупные асинхронные двигатели……………….15%

- крупные синхронные двигатели………………….9%

- освещение и бытовая нагрузка…………………22%

- выпрямители, инверторы, печи…………………11%

- потери в сетях……………………………………….8%

Важнейшая характеристика нагрузки потребителя – значение её активной и реактивной мощностей. Мощность, потребляемая нагрузкой, зависит от напряжения и частоты.

Статические характеристики нагрузки по напряжению P_н(U), Q_н(U) или по частоте P_н(f), Q_н(f) – это зависимости активной и реактивной мощностей от напряжения (или от частоты) при медленных изменениях параметров режима. Статические характеристики соответствуют установившимся режимам.

Динамические характеристики – это те же зависимости, но при быстрых изменениях параметров режима. Динамические характеристики соответствуют переходным режимам.

Каждый вид потребителей имеет свои характеристики нагрузки по напряжению и частоте, причем соотношение разных видов нагрузки может быть самым различным. Статические характеристики мощности по напряжению в таких случаях целесообразно снимать опытным путем, измеряя зависимости P_н(U), Q_н(U) в узлах нагрузки. В тех случаях, когда эти характеристики неизвестны, для расчетов используют типовые обобщенные статические характеристики (рис.1.1, 1.2). Эти характеристики получены расчетным путем для комплексной нагрузки указанного выше состава. Характеристики построены в относительных единицах, причем за единицу принято значение напряжения U_н0, активной P_н0 и реактивной Q_н0 мощностей в исходном режиме. Чтобы найти значения мощности в новом режиме, отличающимся от исходного, надо для относительной величины напряжения в новом режиме U_н*= U/U_н0 найти по статическим характеристикам соответствующие относительные значения мощностей P_н*, Q_н* и умножить на них значения мощностей в исходном режиме, т.е. P_н= P_н** P_н0; Q_н= Q_н** Q_н0.

Регулирующим эффектом нагрузки называют степень изменения активной и реактивной мощностей нагрузки при изменении напряжения или частоты. Численно регулирующий эффект характеризуется значениями частных производных ¶P_н/¶U, ¶Q_н/¶U, ¶P_н/¶f, ¶Q_н/¶f; из них всегда положительны ¶P_н/¶U, ¶P_н/¶f. Поэтому P_н уменьшается при понижении как напряжения, так и частоты (рис.1.1 и 1.2). Характеристики Q_н*(U), Q_н*(f) имеют U-образный характер, т.е. имеют точку минимума, после которой при уменьшении U и f реактивная мощность растет. Обычно нормальным установившимся режимам соответствуют правая часть от точки минимума характеристики Q_н*(U) и левая часть Q_н*(f). На этих рабочих частях характеристик регулирующие эффекты ¶Q_н/¶U и ¶Q_н/¶f имеют разные знаки. При уменьшении U убывает Q_н, а при уменьшении f растет Q_н.

Рис.1.1 Типовые обобщенные статические характеристики

нагрузки по напряжению: Р_н* - активной мощности;

Q_н*6(10) - реактивной мощности для узла 6(10) кВ;

Q_н*110 - реактивной мощности для узла 110 кВ.

Рис.1.2 Типовые обобщенные статические характеристики

нагрузки по частоте