Приемники электрической энергии

1    1     КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИЕМНИКОВ  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

И ИХ ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Около 70% всей вырабатываемой в нашей стране электрической  энергии потребляется промышленными  предприятиями.

Приемники электроэнергии промышленных предприятий делятся  на следующие группы: L Приемники трехфазного тока напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц.

2.  Приемники  трехфазного тока напряжением  выше 1000 В, частотой 50 Гц.

3.  Приемники  однофазного тока напряжением  до 1000 В, частотой 50 Гц.

4     Приемники,    работающие    с    частотой,    отличной    от    50    Гц,    питаемые    от преобразовательных подстанций и установок.

5     Приемники   постоянного   тока,   питаемые   от   преобразовательных   подстанций   и установок.

Для всех приемников перечисленных выше групп необходимо выяснить:

1) требования, предъявляемые  действующими Правилами устройства  электроустановок (ПУЭ) к надежности  питания приемников (1-я, 2-я и 3-я  категории);

3) режим работы (продолжительный, кратковременный,  повторно-кратковременный); -

3) места расположения приемников электроэнергии и являются ли они стационарными или передвижными.

В настоящее  время электроснабжение промышленных предприятий ведется на переменном трехфазном токе. Для питания групп  приемников постоянного тока сооружаются  преобразовательные подстанции, на которых устанавливаются преобразовательные агрегаты: полупроводниковые выпрямители, ртутные выпрямители, двигатели-генераторы и механические выпрямители.

Преобразовательные  агрегаты питаются от сети трехфазного  тока и являются, поэтому приемниками трехфазного тока.

Приемники постоянного  тока, имеющие индивидуальные преобразовательные агрегаты: электропривод по системе  генератор-двигатель, ионный электропривод  и т.п., являются с точки зрения электроснабжения приемниками трехфазного тока.

Часто встречающимися приемниками постоянного тока, требующими питания от преобразовательных подстанций, являются внутризаводской электрифицированный  транспорт, некоторые установки, использующие явление электролиза, некоторые  электродвигатели подъемно-транспортных и вспомогательных механизмов.

Согласно    ПУЭ        электротехнические    установки,    производящие,    преобразующие, металла (до 25 Гц) и индукционные нагревательные устройства для отливки крупных деталей. Переменный ток пониженной частоты в промышленных установках широкого применения не имеет.

Приемники электрической  энергии могут быть подразделены на группы по сходству режимов, т.е. по сходству графиков нагрузки. Деление  потребителей на группы позволяет более  точно находить суммарную электрическую нагрузку.

Различают три  характерные группы приемников:

1.    Приемники,   работающие   в   режиме   с   продолжительно   неизменной   или   мало меняющейся нагрузкой.  В этом режиме электрическая  машина или аппарат может работать  продолжительное время без повышения температуры отдельных частей машины или аппарата свыше   допустимой.    Примерами   приемников,   работающих   в   этом   режиме,   являются электродвигатели компрессоров, насосов, вентиляторов и т. п.

2.  Приемники,  работающие в режиме кратковременной нагрузки. В этом режиме рабочий период машины или аппарата не настолько длителен, чтобы температура отдельных частей машины или аппарата могла достигнуть установившегося значения. Период остановки машины или   аппарата   настолько   длителен,   что   машина   практически   успевает   охладиться   до температуры    окружающей   среды.    Примерами   данной    группы    приемников   являются электродвигатели электроприводов вспомогательных механизмов металлорежущих станков (механизмы подъема поперечины, зажимы колонн, двигатели быстрого перемещения суппортов и др.), гидравлических затворов и т. п.

3.   Приемники,  работающие  в  режиме  повторно-кратковременной   нагрузки.  В  этом режиме    кратковременные    рабочие    периоды    машины    или    аппарата    чередуются    с кратковременными   периодами   отключения.    Повторно-кратковременный   режим   работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ) и длительностью цикла. В повторно-кратковременном режиме электрическая машина или аппарат может работать с допустимой для них относительной продолжительностью включения неограниченное время, причем превышение температур отдельных частей машины или аппарата не выйдет за пределы допустимых значений. Примером этой группы приемников являются электродвигатели кранов, сварочные аппараты и т. п.

Для перечисленных  выше режимов работы приемников в  соответствии с ГОСТ 183-74 электропромышленность  выпускает электродвигатели, рассчитанные на указанные условия работы.

В действительности график нагрузки каждого приемника отличается от заданного при проектировании. На режим работы приемника влияют технологические особенности каждой отрасли промышленности. График нагрузки приемника является основным показателем, пораспределяющие и потребляющие электроэнергию, подразделяются на электроустановки напряжением до 1000 В и электроустановки напряжением выше 1000 В.

Электротехнические  установки напряжением до 1000 В  выполняются как с глухо заземленной, так и с изолированной нейтралью, а установки постоянного тока — с глухо заземленной и изолированной нулевой точкой.

Электрические установки с изолированной нейтралью  следует применять при повышенных требованиях по безопасности (торфяные разработки, угольные шахты и т. п.) при условии, что в этом случае обеспечиваются контроль изоляции сети и целость пробивных предохранителей, быстрое обнаружение персоналом замыканий на землю и быстрая ликвидация их либо автоматическое отключение участков с замыканием на землю.

В четырехпроходных сетях переменного тока или трехпроходных сетях постоянного тока для установок без повышенной опасности глухое заземление нейтрали обязательно.

Электрические установки напряжением выше 1000 В  делятся на установки:

1) с изолированной  нейтралью (напряжения до 35 кВ);

2) с нейтралью,  включенной на землю через индуктивное сопротивление для компенсации емкостных токов (напряжения до 35 кВ и редко ПО кВ);

3) с эффективно  заземленной нейтралью (напряжения  ПО - 150 кВ)

4) с глухо  заземленной нейтралью (напряжение 220 кВ и выше).

Кроме того, все эти установки подразделяются на установки с малыми токами замыкания на землю (до 500 А) и установки с большими токами замыкания на землю (более 500 А).

По частоте  тока приемники электроэнергии делятся  на приемники промышленной частоты (50 Гц) и приемники с высокой (выше 10 кГц), повышенной (до 10 кГц) и пониженной (ниже 50 Гц) частотами.

Большинство приемников использует электрическую энергию  нормальной промышленной частоты. Установки  высокой и повышенной частоты  применяются для нагрева под  закалку, ковку и штамповку металлов, а также для плавки металлов. К приемникам с повышенной частотой относятся, например, электрические двигатели в текстильной промышленности при производстве искусственного шелка (частота 133 Гц).

Для преобразования переменного тока промышленной частоты в токи высокой и повышенной частоты служат двигатели-генерторы (электромашинные преобразователи), а также тиристорные или ионные преобразователи. Для получения повышенной частоты до 10 кГц применяют преимущественно тиристорные преобразователи (инверторы). Для получения частот 10 кГц и выше применяются ламповые генераторы. От ионных генераторов можно получать до 2800 Гц. К приемникам с пониженной частотой относятся коллекторные электродвигатели, применяемые для транспортных целей (16 2/3 Гц), перемешиватели жидкого которому его следует классифицировать.

Кроме разделения потребителей по режимам работы следует  учитывать несимметричность нагрузки или неравномерность загрузки фаз. К симметричным нагрузкам относятся  электродвигатели и трехфазные печи. К несимметричным нагрузкам (одно- и двухфазным) следует отнести электрическое освещение, однофазные к двухфазные печи, однофазные сварочные трансформаторы и т. п. в том случае, когда распределить их симметрично по фазам не удается.

1.1     1.1     Надежность (бесперебойность) питания

С точки зрения обеспечения надежного и бесперебойного питания, приемники электрической энергии делятся на четыре категории:

Особая  категория — приемники, перерыв в электроснабжении которых недопустим.

1-я  категория — приемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей или значительный материальный ущерб, связанный с повреждением оборудования, массовым браком продукции или длительным расстройством сложного технологического процесса производства.

2-я  категория — приемники, перерыв в электроснабжении которых связан с существенным недоотпуском продукция, простоем людей, механизмов, промышленного транспорта.

3-я  категория — приемники, не подходящие под определения 1-й и 2-й категорий (например, приемники второстепенных цехов, не определяющих технологический процесс основного производства).

Вопрос о надежности электроснабжения потребителей связан с числом источников питания, схемой электроснабжения и категорией потребителей. Приемники 1-й категории должны иметь не менее двух независимых источников питания. Приемники 2-й категории могут иметь один-два источника питания (решается конкретно в зависимости от значения, которое имеет данное промышленное предприятие в народном хозяйстве страны, и местных условий). Приемники 3-й категории, как правило, могут иметь один источник питания, но если по местным условиям можно обеспечить питание без существенных затрат и от второго источника, то применяется резервирование питания и для этой категории приемников. 

 2    2     ХАРАКТЕРНЫЕ ПРИЕМНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

2.1     2.1     Силовые  общепромышленные  установки

К этой группе приемников относятся компрессоры, вентиляторы, насосы и подъемно-транспортные устройства.

Двигатели компрессоров, вентиляторов и насосов работают примерно в одинаковом режиме и в зависимости от мощности снабжаются электрической энергией па напряжении от 0,22 до 10 кВ. Мощность таких установок изменяется в очень широком диапазоне от долей единицы до тысяч киловатт. Питание двигателей производится током промышленной частоты 50 Гц. Характер нагрузки, как правило, ровный, особенно для мощных установок. Перерыв в электроснабжении чаще всего недопустим и может повлечь за собой опасность для жизни людей, серьезное нарушение технологического процесса или повреждение оборудования. Например, прекращение подачи сжатого воздуха на машиностроительном заводе, где режущий инструмент крепится при помощи пневматических устройств, может вызвать ранения обслуживающего персонала. Прекращение электроснабжения насосной станции на металлургическом заводе может вывести из строя такую ответственную установку, как доменная печь, и причинить крупные убытки. Последствия отключения насосных установок во время пожара не нуждаются в пояснениях. В ряде цехов прекращение питания двигателей вентиляторов может вызвать массовые отравления работающего персонала. Таких примеров можно привести большое количество. В указанных случаях установки следует относить к потребителям 1-й категории.

Потребители рассматриваемой  группы создают нагрузку равномерную и симметричную по всем трем (разам. Толчки нагрузки имеют место только при пуске. Коэффициент мощности достаточно стабилен и обычно имеет значение 0,8—0,85.

Для электропривода крупных насосов, компрессоров и  вентиляторов чаще всего применяют синхронные двигатели, работающие с опережающим коэффициентом мощности.

Подъемно-транспортные устройства работают в повторно-кратковременном  режиме. Для этих устройств характерны частые толчки нагрузки, в связи  с резкими изменениями нагрузки коэффициент мощности также изменяется в значительных пределах, в среднем от 0,3 до 0,8. По бесперебойности питания эти устройства должны быть отнесены (в зависимости от места работы и установки) к потребителям 1-й и 2-й категорий. В подъемно-транспортных устройствах применяется как переменный (50 Гц), так и постоянный ток. В большинстве случаев нагрузку от подъемно-транспортных устройств на стороне переменного тока следует считать симметричной по всем трем фазам.

2.2     2.2     Электрические осветительные установки

Электрические светильники представляют собой  однофазную нагрузку, однако благодаря  незначительной мощности приемника (обычно не более 2 кВт) в электрической сети при правильной группировке осветительных  приборов можно достичь достаточно равномерной нагрузки по фазам (с несимметрией не более 5—10%).

Характер нагрузки равномерный, без толчков, но ее значение изменяется в зависимости от времени  суток, года и географического положения. Частота тока общепромышленная, равная 50 Гц. Коэффициент мощности для ламп накаливания равен 1, для газоразрядных ламп 0,6. Следует иметь в виду, что в проводах, особенно нулевых, при применении газоразрядных ламп появляются высшие гармоники тока.

Кратковременные (несколько секунд) аварийные перерывы в питании осветительных установок допустимы. Продолжительные перерывы (минуты и часы) в питании для некоторых видов производства недопустимы. В таких случаях применяется резервирование питания от второго источника тока (в некоторых случаях даже от независимого источника постоянного тока). В тех производствах, где отключение освещения угрожает безопасности людей, применяются специальные системы аварийного освещения. Для осветительных установок промышленных предприятий применяются напряжения от 6 до 220 В.

2.3     2.3     Преобразовательные установки

Для преобразования трехфазного тока в постоянный или  трехфазного тока промышленной частоты 50 Гц в трехфазный или однофазный ток пониженной, повышенной или высокой частоты на территории промышленного предприятия сооружаются преобразовательные остановки.