Тема 1. Характеристика электроприемников

промышленных предприятий

Общие сведения о потребителях электроэнергии, предмет и задачи курса.

Характерные группы электроприемников промышленных предприятий: электроприводы, электротермические печи и установки, электросварочные установки, установки электрического освещения, установки специального назначения, преобразователи частоты и тока, потребители и генераторы реактивной мощности.

Основные технические и режимные характеристики электроприемников.

Классификация электроприемников по напряжению, роду тока, частоте, категории надежности, режиму работы.

[1], гл. 2, 3; [2], разд. 6, 7; [4].

Методические указания

Промышленность является основным потребителем электроэнергии. Под потребителем электроэнергии понимают отдельный электроприемник или группу электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории. При этом приемниками электроэнергии (или электроприемниками) называют устройства, преобразующие электрическую энергию в другой вид энергии.

В данном курсе электроприемник рассматривается как элемент системы электроснабжения предприятия, определяющий потребляемую им электроэнергию. Поэтому в задачу курса входит рассмотрение электроприемников как устройств, формирующих определенную электрическую нагрузку предприятия и предъявляющих определенные требования к системе обеспечения их электроэнергией.

Для того, чтобы электроприемники выполняли свои функции, требуется соединение их с источником. Совокупность различных аппаратов, линий, вспомогательных устройств и сооружений, предназначенных для производства, передачи, распределения и преобразования энергии принято называть электроустановкой.

Обычно электроприемники объединяются в электроустановки технологией производства. Технологические установки могут содержать различное число электроприемников разного назначения, мощности и являться потребителями отдельных элементов системы электроснабжения промышленного предприятия: аппарата, лаборатории, цеха. Для энергоснабжающей сети потребителем является предприятие в целом.

Электрической нагрузкой называют мощность, потребляемую электроустановкой в данный момент времени. Если речь идет о потребителях переменного тока, то потребляемая мощность состоит из полной, активной и реактивной мощности.

Промышленные предприятия являются потребителями электроэнергии, содержащими различные электроприемники [1].

По характеру использования электроэнергии все электроприемники обычно делят на следующие группы:

1. Электроприводы, т.е. устройства, преобразующие электрическую энергию в механическую, состоящие из электродвигателя и исполнительного механизма. Это наиболее распространенный вид электроприемников на производстве. На их долю приходится около 65 % всей потребляемой электроэнергии.

2. Электротермические печи и установки, т.е. устройства, преобразующие электрическую энергию в тепловую на постоянном токе, переменном токе промышленной, пониженной и повышенной частоты. Для чего используются преобразователи, присоединенные к сети общего назначения (50 Гц). Электропечи и установки питаются непосредственно от сети общего назначения или через самостоятельные печные трансформаторы. Мощность таких установок (одной единицы) колеблется от нескольких киловатт до сотни мегаватт [2, разд. 7, гл. 7.5].

3. Электросварочные установки, предназначенные для выполнения процессов сварки, наплавки, напыления, резки и сварки с применением давления [2, разд. 7, гл. 7.6].

4. Светотехнические установки. Это различные виды установок электрического освещения зданий, сооружений и территорий предприятий [2, разд. 6, гл. 6.1].

5. Электротехнологические установки, в которых электрический ток непосредственно используется для реализации технологического процесса. К таким установкам относятся электролизные установки, установки гальванических покрытий, электролиза воды, получения водорода и т.д. [2, разд. 7, гл. 7.10].

6. Преобразователи переменного тока частотой 50 Гц в постоянный ток и в переменный ток повышенной или пониженной частоты, используемых для электролиза или электрохимических процессов. Применяются преобразователи одноякорные, двигатель-генераторы и полупроводниковые.

7. Установки специального назначения, к которым относятся: электромагнитные сепараторы, предназначенные для обогащения металлической руды и работающие как на постоянном, так и на переменном токе; подъемные электромагниты, работающие на постоянном токе; электромагнитные шкивы и муфты.

При выполнении своих функций режим работы электроприемников может быть разным. При решении вопросов электроснабжения потребителей рассматривают следующие режимы:

1. Продолжительный режим, при котором приемники работают с неизменной или мало изменяющейся нагрузкой длительное время. При этом повышение температуры отдельных частей оборудования над температурой окружающей среды не превышает установленных пределов. К таким электроприемникам относят электроприемники компрессоров, насосов, вентиляторов, нагревательных печей и т.п.

2. Кратковременный режим, при котором рабочий режим не настолько длителен, чтобы отдельные части аппарата или машины могли достигнуть допустимого установившегося значения температуры, а время паузы имеет такое значение, что оборудование успевает охладиться до температуры окружающей среды. К таким электроприемникам относятся вспомогательные механизмы станков, задвижки и т.п.

3. Повторно-кратковременный режим, при котором рабочие периоды чередуются с паузами. Однако нагрев оборудования при этом за рабочий цикл не достигает установившегося значения, а охлаждение во время паузы не снижает его температуру до температуры окружающей среды. К таким электроприемникам относятся электродвигатели подъемных кранов, сварочные аппараты и т.п.

При повторно-кратковременном режиме период включения длится в течение времени t_в, а пауза в течение t_п. В результате такой работы электроприемник нагревается до некоторой установившейся температуры. Однако процесс нагрева по сравнению с длительным режимом замедляется, а перегрев снижается. Для характеристики режима повторно-кратковременной нагрузки вводят величину, называемую продолжительностью включения (ПВ), которая определяется следующим образом:

ПВ = t_в / t_в + t_п.

Как отмечалось выше электроприемники рассматриваются как устройства, определяющие нагрузку предприятия и предъявляющие определенные требования к обеспечению их электроэнергией. Поэтому при проектировании и эксплуатации электроснабжения используют технические показатели электроприемников. Рассмотрим основные из них.

Важным параметром электроприемника является установленная мощность. Для отдельного электроприемника под этим понимают номинальную мощность данного устройства, т.е. указанное изготовителем значение паспортной мощности (при ПВ = 100 %). Если потребитель представляет совокупность однородных электроприемников, то установленная мощность потребления равна сумме их номинальных мощностей.

Если потребитель представляет группу различных электроприемников, то их установленная мощность определяется путем суммирования их установленных мощностей с приведением к одинаковым условиям определения [1, гл. 3)].

Следующим параметром электроприемника является номинальное напряжение. Это напряжение трехфазной сети определяется как линейное напряжение присоединенных к этой сети электроприемников.

По частоте переменного тока различают электроприемники промышленной (50 Гц), пониженной (ниже 50 Гц), повышенной (до 10000 Гц) и высокой (10000 Гц и выше) частоты.

По роду тока различают электроприемники переменного, постоянного и импульсного тока. Основная масса электроприемников переменного тока использует промышленную частоту. Электроприемники постоянного тока, среди которых наибольшее значение имеет электропривод постоянного тока, получают питание от преобразователей переменного тока в постоянный.

Для питания потребителей импульсного тока также используются индивидуальные преобразователи.

В системах электроснабжения электроприемники с преобразователями, питающиеся от сети промышленной частотой обычно рассматриваются как потребителем переменного тока с определенными режимными характеристиками [7].

Важным показателем электроприемников является потребляемая ими реактивная мощность, характеризуемая коэффициентами активной или реактивной мощности

(1)

или

, (2)

где P, Q, S – активная, реактивная и полная мощности соответственно.

От работы электроприемников зависит нормальное протекание технологических процессов производства. Поэтому при решении вопросов электроснабжения приходится разделять электроприемники по степени надежности электроснабжения. То есть необходимо определить в какой мере повлияет отключение питания электроприемника на выполняемые им функции.

Поэтому одним из основных требований является обеспечение надежности снабжения электроэнергией электроприемников. Электроприемники в отношении обеспечения надежности их электроснабжения разделяются на три категории [2]:

1. Электроприемники первой категории, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

2. Электроприемники второй категории, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

3. Электроприемники третьей категории – это все остальные электроприемники не подпавшие под определение первой и второй категорий.

Выполнение этого требования электроприемников связано с выполнением схемы их питания, поэтому подробно эти вопросы будут рассмотрены в курсе «Системы электроснабжения».