Цель создания системы электроснабжения — обеспечение электроэнергией надлежащего качества с допустимыми показателями надежности электроприемников (ЭП). Строго говоря, ЭП не входят в систему электроснабжения, потому что в абсолютном большинстве выбираются не в электрической части проекта и не электриками (кроме осветительных приборов), но для изучения закономерностей построения системы электроснабжения необходимо рассмотреть типичные ЭП, их характеристики и режимы работы.
        Группы электропотребителей по потреблению электроэнергии:
    Первой и основной группой ЭП являются электрические двигатели (электромашины). В установках, не требующих регулирования скорости в процессе работы, применяются только электроприводы переменного тока (асинхронные двигатели мощностью до 630 кВт и синхронные двигатели мощностью до 30 МВт). Нерегулируемые электродвигатели переменного тока — основной вид электроприемников в промышленности, на долю которых приходится около 70 % суммарной мощности. Электродвигателем в электрике считается электродвигатель, имеющий мощность 0,25 кВт и выше. Двигатели меньшей мощности рассматриваются как средства автоматизации.
     Различные электротехнологические и электротермические установки составляют вторую по назначению группу ЭП, на которую в электропотреблении приходится около 20 %. Это печи сопротивления косвенного и прямого действия, дуговые и индукционные печи, установки диэлектрического нагрева, сварка, электролизные и гальванические (металлопокрытий) и высоковольтные электростатические установки. Первую и вторую группу ЭП объединяют под общим названием «силовая нагрузка».
     Третья обязательная группа ЭП — электроосвещение, которое по величине нагрузке может составлять до десятков процентов. Установки электрического освещения с лампами накаливания, люминесцентными, дуговыми, ртутными, натриевыми и ксеноновыми лампами применяются на всех предприятиях для внутреннего и наружного освещения.
    Четвертая группа ЭП — устройства обработки информации и управления. Электропотребление этой группой незначительно, но эти устройства предъявляют особые требования к надежности электроснабжения и качеству напряжения.
     Необходимо различать понятия «электроприемник» и «потребитель» (см. гл. 1). Потребитель всегда физически выделяется как объект (здание, сооружение, территория), который имеет определенное производственнохозяйственное название или территориальноадминистративное наименование (единичное — школа, офис, пансионат; ряд: дом, квартал (село), микрорайон, город, район, регион, страна). Потребителем может быть один светильник на блокпосту, лампочка в торговой палатке или на шести сотках или промышленный гигант — 100 тыс. двигателей суммарной установленной мощностью 5 млн кВт. Следует иметь в виду, что понятие «потребитель» используется при планировании, проектировании, управлении при рассмотрении электроснабжения объекта в целом, а «электроприемник» — при решении узких электротехнических задач.
       Классификация электроприемников по категориям надежности электроснабжения приведена в другой статье на нашем сайте. 
 
     Принято классифицировать ЭП по ряду показателей: 
   1. По роду тока все приемники электроэнергии, работающие от сети, подразделяются на три группы: переменного тока нормальной промышленной частоты 50 Гц (в ряде стран используют частоту 60 Гц), переменного тока повышенной или пониженной частоты, постоянного тока. Большинство ЭП промышленных предприятий работает на переменном трехфазном токе частотой 50 Гц.
   Установки повышенной частоты используют: для высокочастотного электроинструмента сборочных цехов автопромышленности и других поточных производств, где повышенная частота (обычно 175...200 Гц) позволяет изготавливать электроинструмент более легким за счет применения быстроходных двигателей; для электропривода центрифуг в промышленности искусственного волокна — 100...200 Гц; для электропривода деревообрабатывающих станков, в которых для получения высоких скоростей резания по дереву (до 20000 об/мин) применяются частоты до 400 Гц; в установках индукционного сквозного нагрева металлов для горячей штамповки и ковки — от 500 до 10000 Гц. Для получения частот до 10 кГц применяются преимущественно тиристорные преобразователи, выше 10 кГц — электронные генераторы.Установки пониженной частоты применяют: 0,5... 1,5 Гц — для электромагнитного перемешивания стали в электропечах; 2...5 Гц — для контактной электросварки путем преобразования частоты и числа фаз в специальных сварочных машинах, где энергия трехфазного тока частотой 50 Гц преобразуется в энергию однофазного тока частотой 2...5 Гц; 10...40 Гц — для регулирования скорости электроприводов асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, например для привода роликов рольгангов в прокатных станах. Цехи электролиза, установки электролитического получения металлов, цехи гальванопокрытий, некоторые виды электросварки и электродвигателей питаются от сети постоянного тока.
 
   2. По числу фаз различают одно, двух и трехфазные ЭП. Все они подключаются к трехфазной сети с учетом соответствия номинального напряжения фазному и линейному напряжению сети. Для включения однофазных ЭП требуется нейтральный (нулевой) провод.
 
   3. ЭП классифицируются по величине номинального напряжения. Общепромышленные ЭП изготавливают на следующие номинальные (линейные) напряжения: до 1 кВ — 36, 42, ПО, 220, 380, 500, 660 В; свыше 1 кВ — 3, 6, 10, 20 кВ. Согласно ПУЭ электротехнические установки, производящие, преобразующие, распределяющие и потребляющие электроэнергию, подразделяются на электроустановки напряжением выше 1 кВ и электроустановки напряжением до 1 кВ (электроустановки постоянного тока — до 1,5 кВ). Такое выделение соответствует существенно разным условиям проектирования, эксплуатации и безопасности.
   Например, наиболее распространенным решением до 1 кВ является использование напряжения сети 380 В с глухозаземленной нейтралью. В этом случае силовые ЭП подключают к трем фазам, а осветительные ЭП — к фазе и нулевому проводу на фазное напряжение 220 В без дополнительной трансформации.
 
   4. ЭП классифицируются по способу задания номинальной мощности: для электродвигателей номинальные (активные) мощности выражаются в киловаттах (кВт), причем в паспортных данных указывается механическая мощность на валу электродвигателя (ЭД.) Из электрической сети при этом ЭД потребляет мощность. Понятие «присоединенная мощность» используется только при рассмотрении отдельного ЭП; когда же речь идет о группе ЭП, используют термин «суммарная номинальная мощность» или «установленная мощность группы ЭП». Номинальной (установленной) мощностью плавильных электропечей и сварочных установок является мощность (полная) питающих их трансформаторов, выраженная в киловольтамперах (кВА). Это же относится к трансформаторам, в том числе трансформаторам преобразовательных и выпрямительных агрегатов. Если эти ЭП имеют небольшую мощность и подключаются к сети до 1 кВ, то указывается также мощность, потребляемая из сети; таким образом, для них присоединенная мощность совпадает с номинальной.
 
   5. По режиму работы ЭП изготавливаются для длительного режима работы, кратковременного и повторнократковременного.
   Известен также термин «резкопеременный режим работы» ЭП, под которым подразумевается режим работы мощных электроприемников, сопровождающийся значительными возрастаниями мошности нагрузки, соизмеримыми с мощностью короткого замыкания и вызывающими колебания напряжения. Электроприемниками с резко переменным режимом работы являются двигатели прокатных станов, дугосталеплавильные печи (ДСП), сварка и др. Для нерегулируемых приводов наиболее экономичная область применения асинхронных и синхронных электродвигателей определяется напряжением. При напряжении до 1 кВ и мощности до 100 кВт экономичнее применять асинхронные двигатели; свыше 100 кВт — синхронные двигатели (что не всегда возможно по условиям работы и пуска). Мощность до 1 ООО кВт — это область напряжения 6 и 10 кВ, определяемая возможностью изготовления высоковольтных асинхронных электродвигателей. Асинхронные двигатели с фазным ротором применяются в мощных электроприводах с маховиком и с тяжелыми условиями пуска: в преобразовательных агрегатах, шахтных подъемниках.
 
   Преимущества синхронных двигателей:
•  способность компенсировать реактивную мощность;
• повышение перегрузочной способности и устойчивости синхронных двигателей благодаря применению автоматического регулирования возбуждения с форсировкой возбуждения при снижении напряжения в сети ниже 85 %;
• более высокий КПД, чем у асинхронных электродвигателей. При необходимости широкого, плавного изменения скорости
применяют приводы постоянного тока и частотный асинхронный привод. Преобразование переменного тока в постоянный требует затрат на установку преобразовательных агрегатов и аппаратуры управления, на строительство помещений, а также эксплуатационных расходов на обслуживание и на потери электроэнергии. Двигатели постоянного тока стоят дороже, чем асинхронные или синхронные двигатели. Но регулируемые приводы постоянного тока технологически эффективны в случаях, когда требуется быстрое изменение частоты вращения или реверсирование двигателя (например, на прокатных станах).
     К группе электроприемников силовых общепромышленных установок и производственных механизмов относятся электродвигатели компрессоров, вентиляторов, насосов, работающие, как правило, в продолжительном режиме на напряжении 0,22—10 кВ. Номинальная мощность этих электродвигателей изменяется в широком диапазоне — от 0,25 кВт до 30 МВт. Для электропривода крупных насосов, компрессоров и вентиляторов применяют преимущественно синхронные двигатели, которые используются как дополнительные источники реактивной мощности в системе электроснабжения. Подъемнотранспортные устройства работают в повторнократковременном режиме. Для них характерны частые толчки нагрузки, которые приводят к тому, что коэффициент мощности изменяется в широком диапазоне (0,3...0,8).
     Электротермические приемники в соответствии с методами нагрева подразделяются на дуговые электропечи для плавки черных и цветных металлов, электронные, вакуумные и шлакового переплава, установки индукционного нагрева для плавки и термообработки металлов и сплавов, электрические печи сопротивления, электросварочные установки, термические коммунальнобытовые приборы. Дуговые электрические печи подразделяются на сталеплавильные (ДСП), руднотермические и печи косвенного действия для плавки цветных металлов. ДСП условно подразделяются на печи малой емкости (0,5... 12 т) с трансформаторами мощностью 0,4...9,0 MB  А, средней емкости (15...50 т) с трансформаторами мощностью до 40 MB  А; большой емкости (70...200 т и более) (крупнотоннажные) с трансформаторами мощностью 60... 125 MB А. Мощность и резкопеременный характер их нагрузки оказывают большое влияние на систему электроснабжения.
   К дуговым печам прямого действия относятся и вакуумные печи, питающиеся от полупроводниковых выпрямительных агрегатов; в их состав входят вакуумные насосы, автоматические регуляторы тока и дугового промежутка. Мощность печей достигает 6 000 кВ * А.
   Печи сопротивления бывают косвенного и прямого действия. В первых нагрев материала происходит за счет теплоты выделяемой нагревательными элементами. Мощность печей косвенного действия: 50...600 кВт — для плавки цветных металлов; 5... 10000 кВт — для термообработки. Печи прямого действия осуществляют нагрев тешкь той, выделяемой в нагревательном изделии при прохождении по нему электрического тока. Такие печи применяются для графитизации угольных изделий (мощность — 800... 16 000 кВ • А) и нагрева стекломассы (мощность — 400...4 000 кВ • А). Выпускают печи на различные напряжения, в одно и трехфазном исполнении.
   Печи и установки индукционного и диэлектрического нагрева подразделяются на плавильные и установки для закалки и сквозного нагрева диэлектриков. В индукционных печах плавка металла осуществляется за счет теплоты, выделяющейся из самого металла при прохождении по нему индукционного тока. Плавильные печи изготавливают со стальным сердечником и без него. Печи с сердечником называют канальными. Они имеют мощность 125...2 000 кВ * А, однофазное исполнение и работают на промышленной частоте при напряжении 380 В, 6 или 10 кВ. Основное электрооборудование: индуктор, конденсаторная батарея, устройство для регулирования напряжения, коммутационнозащитная аппаратура, аппаратура управления. Для поверхностной закалки применяются индукционные установки, которые работают на частоте 2400...8000 Гц и имеют мощность 50...400 кВт.
Печи без сердечника называются тигельными. Печи промышленной частоты 50 Гц используются для плавки чугуна, цветных металлов и имеют мощность 200... 18000 кВ * А. Тигельные печи повышенной частоты (500...2400 Гц) питаются от тиристорных преобразователей; их мощность — 90... 2 500 кВ * А; они применяются для плавких вставок.
   В установках для нагрева диэлектриков нагреваемый материал (дерево, пластмасса и др.) помещают в электрическое поле конденсатора и нагрев происходит за счет токов смещения. Установки этого типа широко применяются для сушки и клейки древесины, нагрева пластических масс, стерилизации продуктов и т.д. Установки диэлектрического нагрева питаются током частотой 20...40 МГц и выше (от электронных генераторов).
  Электрические печи со смешанным нагревом подразделяются на руднотермические печи (РТП) и печи электрошлакового переплава (ЭШП). В РТП материал нагревается за счет теплоты, выделяемой при прохождении тока по шихте и горении дуги. Такие печи применяются для получения ферросплавов, корунда, выплавки чугуна, свинца, возгонки фосфора. Мощность РТП — до 80 MBА; напряжение питания — 10...220 кВ. Процесс в печах ЭШП происходит за счет теплоты, выделяющейся в шлаке при прохождении по нему тока, расплавление шлака достигается с помощью электрической дуги. Печи ЭШП применяются для получения высококачественных сталей и специальных сплавов. Выпускаются ЭШП одно, двух и трехфазные мощностью 1000... 10000 кВ  А.
    Электросварочные установки — специфичные приемники, особенно при расчете электрических нагрузок и выборе режимов работы. Технологическая сварка подразделяются на дуговую, контактную и специальную. Применяют следующие источники питания: 1) постоянного тока — электромашинные преобразователи, выпрямители и передвижные сварочные подстанции; 2) переменного тока — однои трехфазные трансформаторы. Коэффициент мощности первых при номинальной нагрузке составляет 0,7 ...0,8; на холостом ходу снижается до 0,4. Электросварочные установки переменного тока представляют собой однофазную нагрузку в виде сварочных трансформаторов для дуговой сварки и сварочных аппаратов контактной сварки. Сварка на переменном токе представляет собой однофазную нагрузку с неравномерной загрузкой фаз и низким cosф (0,30...0,35 — для дуговой сварки; 0,4...0,7 — для контактной сварки);.
   К специальным видам сварочных установок относятся высокочастотные, плазменные, электрошлаковые, лазерные, электроннолучевые. Высокочастотные установки применяются при производстве сварных труб (на трубоэлектросварочных станах), оболочек электрических кабелей, при изготовлении различных профилей. Этот вид сварки обладает меньшей энергоемкостью, чем дуговая и контактная сварки, и не накладывает ограничения на скорость выполнения работ.
   Электрохимические и электролизные установки (электролитические ванны для электролиза воды, растворов, расплавов цветных металлов; установки электрохимических процессов в газе; ванны для гальванических покрытий: омеднения, никелирования хромирования, оцинкования и т.п.) работают на постоянном токе, который получают от преобразовательных подстанций. Электролитический процесс требует постоянства выпрямленного тока, для чего необходимо регулирование напряжения. Коэффициент мощности установок составляет 0,8...0,9; мощность одной электролизной серии — 100 133 М Вт.
      Установки электростатического поля применяют для создания направленного движения капель (например, при выполнении электроокраски), улавливания твердых взвешенных частиц в газе с помощью электрофильтров (очистка дымовых газов), разделения смесей жидкости и газа, различающихся по размерам и электропроводимости. Питание установок электрополя производится от сети напряжением 0,4 кВ, но внутри установки напряжение повышается. Мощность установки — до 1 000 кВт.
      Установки электрического освещения с лампами накаливания, ныне заменяемыми, люминесцентными, ртутными, натриевыми, ксеноновыми энергосберегающими лампами используются на всех предприятиях для внутреннего и наружного освещения.
   Электроприемники 1УР для целей электроснабжения можно подразделить на характерные группы. Механические нагрузки приводов оцениваются значениями сил и моментов, действующих на рабочий орган, элементы механизма и вал двигателя. В общем случае нагрузки зависят от скорости, пути и времени. 
   Установившийся режим работы, при котором момент или усилие нагрузки не зависит от времени, оценивается статическими механическими характеристиками двигателя. Направление действия моментов (сил) механизмов может совпадать с частотой вращения двигателя (механизмы загрузки печей сверху, механизмы подъема кранов) и быть встречным ей (печные рольганги, механизмы передвижения мостов и тележек кранов).
      Двигатели механизмов могут работать при изменяющейся нагрузке с разным соотношением времени работы и паузы, частоты пуска и торможения, цикличности и ритмичности и др. Стандартами установлено восемь режимов работы электрических машин. С точки зрения электроснабжения — влияния на расчет нагрузки на низших уровнях — их можно подразделить на три характерные группы (режима): продолжительный, кратковременный, повторнократковременный.
      Продолжительный режим работы электрического двигателя соответствует номинальной неизменной нагрузке двигателя, продолжающейся так долго, что температура т всех частей его достигает установившихся значений. 
      График работы электрического двигателя, соответствующий этому режиму работы, показан на рис. 2.1, а, из которого видно, что мощность на валу двигателя Р не изменяется в течение всего времени его работы. Установившейся температурой отдельных частей двигателя считается температура, изменение которой в течение 1 ч не превышает 1 °С (рис. 2.1, б). Большинство электродвигателей» образующих технологические линии и агрегаты непрерывных производств, работают в продолжительном режиме, для части которых он может длиться часы, сутки, недели. Постоянство нагрузки двигателя (Рс = const) не является обязательным условием продолжительного режима. Чаще всего нагрузка двигателя меняется во времени. График получается ступенчатый, что характерно, например, для производств, где нагрузка определяется геометрическими и физическими свойствами измельчаемого или сортируемого материала. Рис. 2.1 есть обычный прием идеализации, используемый в физике, когда реальное многообразие протекающих процессов моделируют представлениями первой научной картины мира, в то время как их фактически следует описывать вероятностно или ценологически. Специалисты (механики, приводчики), выбирающие мощность двигателя (это относится ко всем электроприемникам), определяют необходимую, или номинальную, мощность Рном, т.е. мощность на валу электродвигателя. Потребляемая же мощность Рпатр = Рном/ц с учетом КПД больше (г = 0,8...0,9), так что исключение КПД ведет к ошибке сразу на 10...20 % (ценологически: все подсчитать нельзя, а на инженерный результат поправка не влияет).
   Кратковременный режим работы электрического двигателя характеризуется тем, что двигатель работает при номинальной мощности в течение времени, когда его температура не успевает достичь установившейся. При отключении двигатель длительно не работает и его температура экспоненциально снижается до температуры окружающей среды. В кратковременном режиме двигатели могут быть рассчитаны на стандартную продолжительность рабочего периода, по истечении которого они должны быть отключены .
Повторнократковременный режим работы двигателя — это такой режим, при котором кратковременные рабочие периоды номинальной нагрузки чередуются с паузами (рис 2.2, а). Продолжительность рабочих периодов и пауз не настолько велика, чтобы перегревы отдельных частей двигателя при неизменной температуре окружающей среды могли достигнуть установившихся значений (рис. 2.2, б). При повторнократковременном режиме работы двигатель можно сильнее нагружать, чем при продолжительном номинальном режиме.
      Повторнократковременный режим работы характеризуется длительностью рабочего периода — продолжительностью включения (ПВ) в процентах или в относительных единицах Тт. Эта длительность определяется отношением времени включения ко времени всего цикла, т.е. ко времени отключения tQ плюс время включения.
      Для двигателей подъемнотранспортных и других механизмов установлены значения ПВ, равные 15, 25, 40 и 60%, для которых электротехническая промышленность выпускает оборудование. Фактические ПВ устройств в процессе работы изменяются в значительном диапазоне, поэтому возникает необходимость перерасчета их мощности с паспортной ПВ на фактическую. Кроме разделения потребителей по режимам работы следует учитывать также несимметричность нагрузки (неравномерность нагрузки по фазам). Трехфазные электродвигатели и печи являются симметричными нагрузками. К несимметричным нагрузкам (одно и двухфазным) относятся электрическое освещение, однофазные и двухфазные печи, однофазные сварочные трансформаторы и т п
   Особую группу электроприемников составляют единичные электроприемники большой единичной мощностью (например, трансформаторы, работающие в блоке с электропечью, преобразователем, импульсной установкой; электропривод 30 МВт воздуходувки и др.), определяющие расчетную электрическую нагрузку, схемы главных (5УР) и распределительных (4УР) подстанций, меры по обеспечению качества электроэнергии в электрических сетях общего назначения, технические условия на присоединение к энергоснабжающей организации.

Рекомендуйте эту статью другим!



9aerygsty6y7
сен 21, 2013 4223

Линии электропередачи на стальных опорах

Строительство воздушных линий электропередачи ведется уже более 100 лет. Все эти годы…
Асинхронный последовательный обмен
нояб 04, 2015 527

Асинхронный последовательный обмен

При асинхронной последовательной передаче данных синхронизирующий сиг­нал не…
beginner97 14
сен 02, 2016 647

Классификация и система обозначений тиристоров

Выпускаемые с 1980 г. тиристоры имеют классификацию и систему обозначений, установленные…
Интерфейс RS 232 1
фев 02, 2014 1735

Интерфейс RS 232

Цифровой последовательный интерфейс RS-232 используется для подключения к компьютеру…
нояб 07, 2012 3405

Нефтяная промышленность России, перспективы развития, лидеры, объемы

Нефтяная промышленность является составной частью ТЭК - многоотраслевой системы,…