Потребители электроэнергии и их классификация

Потребителей электроэнергии систематизируют по эксплуатационно-техническим признакам: производственному назначению, производственным связям, режимам работы, мощности и напряжению, роду тока, территориальному размещению, требованиям к надежности электроснабжения, стабильности расположения электроприемников.

При проектировании систем электроснабжения потребителей электроэнергии в основном систематизируют по надежности электроснабжения, режимам работы, мощности, напряжению и роду тока [6].

Надежность, как одно из требований к системам электроснабжения, определяется числом независимых источников питания и схемой электроснабжения.

По надежности электроснабжения в соответствии с требованиями ПУЭ [3, 4] электроприемники разделяются на следующие три категории.

I категория – электроприемники, 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. Пример электроприемников I категории: насосы водоснабжения и канализации, газоочистка, приводы вращающихся печей, газораспределительные пункты, промышленные вентиляторы, аварийное освещение и др.

Из состава электроприемников I категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров. Например, в черной металлургии к особой группе относятся электродвигатели насосов водоохлаждения доменных печей.

II категория – электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

III категория – все остальные электроприемники, не попадающие под определения первой и второй категорий (различные вспомогательные механизмы в основных цехах, цехи несерийного производства и др.).

Электроприемники I категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

К числу независимых источников питания относятся две секции или системы шин одной или двух электростанций и подстанций при одновременном соблюдении двух условий:

1) каждая из секций или систем шин, в свою очередь, имеет питание от независимого источника;

2) секции (системы) шин не связаны между собой или имеют связь, автоматически отключающуюся при нарушении нормальной работы одной из секций (систем) шин.

Для электроснабжения особой группы электроприемников I категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.

В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприемников и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприемников I категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), предназначенные для этих целей агрегаты бесперебойного питания, дизельные электростанции, аккумуляторные батареи и т. п.

Электроприемники II категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Для электроприемников II категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Для электроприемников III категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают одни сутки.

По режимам работы электроприемники разделяют на группы по сходству режимов. Различают три характерных режима работы.

1. Продолжительный режим (ПР), в котором электроприемники могут работать длительное время, при этом температура частей машины или аппарата не превышает номинальную длительно допустимую.

К электропремникам продолжительного режима работы относятся электродвигатели компрессоров, насосов, вентиляторов, механизмов непрерывного транспорта, нагревательные печи и др., у которых периоды работы измеряются величинами от часов до нескольких суток.

2. Кратковременный режим (КР), при котором рабочий период не настолько длителен, чтобы температуры отдельных частей машины могли достигнуть установившегося значения, период же остановки машины настолько длителен, что она успевает охладиться до температуры окружающей среды.

В кратковременном режиме работают вспомогательные механизмы металлорежущих станков, механизмы для перестройки технологических агрегатов, электроприводы различных заслонок, механизмов открывания фрамуг и др., у которых пауза значительно превышает длительность рабочего периода.

3. Повторно-кратковременный режим (ПКР), при котором рабочие периоды чередуются с периодами пауз, а длительность всего цикла не превышает 10 мин. При этом нагрев не превышает длительно допустимой температуры, а охлаждение не достигает температуры окружающей среды.

Примерами работы электроприемников в этом режиме являются электродвигатели мостовых кранов, тельферов, подъемников, главные приводы и приводы рабочих рольгангов реверсивных прокатных станов, механизмы автоматизированных поточных линий в циклическом режиме работы, установки точечной сварки и др. [7].

Повторно-кратковременный режим характеризуется продолжительностью включения, %

,

где t _в, t _о и t _ц – соответственно время включения, отключения и продолжительность цикла, t _ц ≤ 10 мин.

Для электроприемников, работающих в повторно-кратковременном режиме, устанавливаются стандартные значения ПВ_%, равные 15; 25; 40; 60. Значение ПВ_% = 100 соответствует продолжительному режиму работы.

При отсутствии информации о значениях ПВ_% рассматриваемых в проекте электроприемников, величины ПВ_% могут быть приняты на основе значений коэффициентов включения электроприемников, о. е.:

,

тогда

.

Справочные значения k _в электроприемников приведены в приложении 9 (табл. П.9.1).

После вычисления ПВ_% полученные значения округляются до ближайших стандартных (15; 25; 40; 60; 100 %).

В режимах работы необходимо учитывать также несимметричность нагрузки по фазам. Трехфазные электродвигатели и печи являются симметричными нагрузками. К несимметричным нагрузкам (одно- и двухфазным) относятся: электрическое освещение, однофазные и двухфазные печи, сварочные агрегаты и т. п.

По мощности и напряжению все электроприемники могут быть разделены на две группы.

1. Электроприемники большой мощности (100 кВт и выше), которые могут быть изготовлены на напряжение 3; 6 или 10 кВ и, следовательно, получать питание непосредственно от сети 3; 6; 10 кВ. К этой группе относятся мощные печи сопротивления и дуговые печи для плавки черных и цветных металлов, питаемые через собственные трансформаторы, электродвигатели большой мощности (300 кВт и выше).

2. Электроприемники малой и средней мощности (ниже 100 кВт), питание которых возможно и экономически целесообразно только на напряжении 380 или 660 В.

По роду тока электроприемники делятся на три группы:

1) работающие от промышленной сети 50 Гц;

2) работающие от сети переменного тока повышенной или пониженной частоты;

3) работающие от сети постоянного тока.

Большинство электроприемников промышленных предприятий работают на переменном трехфазном токе частотой 50 Гц. Установки повышенной частоты применяются для нагрева под закалку, ковку, штамповку металлов и для их плавки. В текстильной, деревообрабатывающей промышленности и других отраслях для питания высокоскоростных двигателей используются токи частотой 130–400 Гц. Для получения частот до 10 кГц применяются тиристорные преобразователи, для частот больше 10 кГц – электронные генераторы. В транспорте (частота тока 16,6 Гц), установках для перемешивания жидкого металла в печах (частота тока до 25 Гц) и индуктивных нагревательных установках применяются коллекторные электродвигатели пониженной частоты. От сети постоянного тока, полученного преобразованием переменного тока частотой 50 Гц, питаются двигатели постоянного тока, цехи электролиза и гальванопокрытий, агрегаты электролитического получения металлов и др.

Технические требования ряда производственных механизмов в отношении широкого регулирования скорости, поддержания постоянства скорости технологического процесса, необходимости повышенного перегрузочного момента при повторно-кратковременном режиме работы, частого реверсирования, быстрых разгонов и торможения вызывают необходимость применения для электропривода этих механизмов электродвигателей постоянного тока, а также частотно-регулируемых приводов с асинхронными двигателями. Цехи электролиза, электролитического получения металлов, гальванические цехи и некоторые виды электросварки требуют для питания постоянного тока.

При построении схемы электроснабжения промпредприятия учитывается наличие на предприятии потребителей постоянного тока и токов высокой частоты и, следовательно, предусматриваются специальные преобразовательные установки для питания этих электроприемников. Преобразовательные установки применяются для обслуживания отдельных электроустановок или их групп. При незначительном числе и небольшой мощности отдельных потребителей постоянного тока или токов высокой частоты, а также при разбросанности их по территории цехов у каждого из этих потребителей устанавливаются индивидуальные преобразователи. Индивидуальные преобразовательные агрегаты устанавливаются и у мощных электроприводов, управление которыми производится по специальным схемам. При достаточно большом числе и большой суммарной мощности потребителей предусматриваются централизованные преобразовательные подстанции с полупроводниковыми выпрямителями или двигатель-генераторами.

В системе электроснабжения предприятий преобразовательные установки и подстанции сами являются потребителями переменного тока.

2.2.2. Расчет электрических нагрузок трехфазных
электроприемников

При проектировании системы электроснабжения потребители электроэнергии (отдельный приемник электроэнергии, группа приемников, цех или завод в целом) рассматривают в качестве нагрузок. Различают следующие виды нагрузок:

– активную мощность P, кВт;

– реактивную мощность Q, квар;

– полную мощность S, кВА;

– ток I, А.

Расчет электрических нагрузок промышленных предприятий выполняется в соответствии с РТМ 36.18.32.4-92 [8].

Для представления электрических величин и коэффициентов, характеризующих электроприемники, принята следующая система обозначений: показатели электропотребления отдельных электроприемников обозначаются строчными буквами, а групп электроприемников – прописными буквами латинского или греческого алфавита.

Например: p ₁ = 7,5 кВт – мощность вентилятора; p ₂ = 20 кВт – мощность сушильного шкафа; P = 400 кВт – мощность ремонтно-механического цеха.

Номинальная (установленная) мощность отдельного электроприемника длительного режима работы – это паспортная мощность, обозначенная на заводской табличке или в паспорте электроприемника, кВт:

p _ном = p _пасп. (2.1)

Номинальная реактивная мощность отдельного электроприемника длительного режима работы, квар:

q _ном= p _ном·tg φ, (2.2)

где tg φ=tg(arcos(cos φ)) – значение коэффициента реактивной мощности электроприемника.

Для многодвигательных приводов учитываются все одновременно работающие электродвигатели данного привода. Если в числе этих двигателей имеются одновременно включаемые, то они учитываются в расчете как один электроприемник, номинальной мощностью, равной сумме номинальных мощностей одновременно работающих двигателей (например p _ном=13+10+10+3=36 кВт).

Для электроприемников повторно-кратковременного режима работы номинальная активная мощность приводится к длительному режиму (ПВ_%=100), кВт:

, (2.3)

где ПВ_% – продолжительность включения электроприемника, % (см. п. 2.2.1). Номинальная реактивная мощность вычисляется по (2.2).

Расчетная мощность одиночных электроприемников принимается равной номинальной (2.1)–(2.2), для одиночных электроприемников повторно-кратковременного режима – равной номинальной, приведенной к длительному режиму (2.3).

Полная расчетная мощность электроприемника, кВА:

. (2.4)

Расчетный ток электроприемника, А:

, (2.5)

где U _ном – номинальное линейное напряжение питания электроприемника, кВ.

Пример. Определить расчетные мощности и ток для крана-балки (табл. 1.2), у которой p _пасп=13 + 10 + 10 + 3 = 36 кВт; cos φ = 0,5 о. е.; ПВ_% = 40.

Решение. Номинальные (расчетные) мощности составят:

кВт;

q _ном = 22,8·1,73 = 39,4 квар.

Полная расчетная мощность:

кВА.

Расчетный ток:

А.

2.2.3. Расчет электрических нагрузок однофазных
электроприемников

Однофазные электроприемники, включенные на фазные и междуфазные (линейные) напряжения и распределенные по фазам с неравномерностью не выше 15 % по отношению к общей мощности трехфазных и однофазных электроприемников в группе, учитываются как трехфазные той же суммарной мощности. В случае превышения указанной неравномерности расчетная нагрузка однофазных электроприемников принимается равной тройной величине нагрузки наиболее загруженной фазы.

Нагрузки отдельных фаз при включении однофазных электроприемников на линейное напряжение определяются как полусуммы нагрузок двух плеч, прилегающих к данной фазе:

;

;

.

Неравномерность нагрузки по фазам определяется как разность между активными нагрузками наиболее и наименее нагруженных фаз с отнесением ее к наименее нагруженной фазе по формуле, %

,

где р _{ном,max,ф}; р _{ном,min,ф} – номинальные мощности наиболее и наименее загруженной фазы, кВт.

При количестве однофазных электроприемников 1–3 они учитываются в расчетах как эквивалентный трехфазный приемник, номинальная условная мощность которого определяется следующим образом:

а) при включении электроприемников на фазное напряжение

р _{ном,усл} = 3· р _ном,ф или ;

q _{ном, усл} = 3· q _ном,ф, (2.6)

где р _ном,ф; q _ном,ф – активная (приведенная к ПВ_% = 100) и реактивная номинальные мощности максимально загруженной активной мощностью фазы; s _пасп – полная паспортная мощность электроприемника, кВА; ПВ – продолжительность включения электроприемника в долях единицы, о. е.; cos φ – коэффициент мощности электроприемника.

б) при включении на линейное напряжение двух-трех электроприемников используется формула (2.6), при включении одного электроприемника

; , (2.7)

где р _ном,о; q _ном,о – активная (приведенная к ПВ_% = 100) и реактивная номинальные мощности однофазного электроприемника;

Пример. Определить эквивалентную трехфазную мощность включенного на линейное напряжение сварочного трансформатора, у которого s _пасп = 25 кВт; ПВ_% = 25; cos φ = 0,35 о. е.

Решение. Определяем номинальную однофазную мощность трансформатора:

кВт; (2.8)

q _ном,о = p _ном,о·tg φ = 4,4·2,68 = 11,8 квар.

Вычисляем эквивалентную трехфазную мощность (2.7):

кВт; квар.

Если число неравномерно распределенных по фазам однофазных приемников более трех, то условную трехфазную номинальную мощность определяют как утроенное значение номинальной мощности наиболее загруженной фазы. При этом наиболее загруженной фазой считают фазу, имеющую наибольшую среднюю нагрузку от однофазных приемников [9]. Среднюю нагрузку каждой фазы при смешанном включении однофазных приемников (наиболее общий случай), когда часть приемников включена на фазное, а часть – на линейное напряжение, определяют суммированием однофазных нагрузок данной фазы (фаза – нуль) и однофазных нагрузок, включенных на линейное напряжение, приведенных к этой фазе и фазному напряжению с помощью коэффициентов приведения (табл. 2.1) [10]. Например, для фазы a будем иметь

;

,

где p _{ном, ab} , p _{ном, ca} – нагрузки, присоединенные на линейное напряжение соответственно между фазами ab и ca; p _{ном, a} , q _{ном, a} – нагрузки, присоединенные на напряжение фазы а (между фазным и нулевым проводами); p _{( ab ) а} , p _{( cа ) а} , q _{(а b ) а} , q _{( cа ) а} – коэффициенты приведения нагрузок, включенных на линейное напряжение к фазе а (табл. 2.1); k _и1, k _и2, k _и3 – коэффициенты использования по активной мощности однофазных приемников различного режима работы.

Таблица 2.1

Коэффициенты приведения однофазной нагрузки,
включенной на линейное напряжение, к нагрузке,
отнесенной к одной фазе трехфазного тока и фазному напряжению

Аналогично определяются средние однофазные нагрузки для фаз b и c, находится наиболее загруженная фаза по активной мощности, например фаза с, а затем эквивалентная трехфазная нагрузка сети от однофазных электроприемников

Р _см = 3× Р _см(с); Q _см = 3× Q _см(с).

Средневзвешенное значение К _и определяется для этой же наиболее загруженной фазы по формуле

,

а эффективное число электроприемников определяется по формуле

,

где – сумма номинальных мощностей однофазных электроприемников данного расчетного узла; n – фактическое число однофазных электроприемников; p _{ном,о,max} – номинальная мощность наиболее мощного электроприемника однофазного тока.

При совместной работе на трехфазную сеть однофазных и трехфазных приемников электроэнергии расчетную нагрузку узла системы электроснабжения определяют по формулам:

;

при эффективном числе приемников n _эф ≤ 10

;

при эффективном числе приемников n _эф > 10

,

где n ₁, m ₁, – число приемников трехфазного тока с переменным и практически постоянным графиками нагрузок; n ₂, m ₂ – число приемников однофазного тока с переменным и практически постоянным графиками нагрузок.

Пример. Определить максимальную нагрузку, создаваемую однофазными электроприемниками, включенными на фазное и линейное напряжение сети 380/220 В.

На фазное напряжение присоединены две нагревательные печи мощностью по 20 кВт, cos φ = 1; К _и = 0,5; Р _уст = 2·20 = 40 кВт.

На линейное напряжение включены:

1) сварочная машина типа МРМ-11, 380 В, с тремя однофазными трансформаторами с S _пасп = 50 кВА; ПВ = 25 %; cos j = 0,4; K _и = 0,35; приведенная мощность кВт; количество машин – 3;

2) сварочный аппарат МТЦ-75, 380 В, S _пасп = 75 кВА; ПВ = 40 %; cos j = 0,5; K _и = 0,25; кВт; количество аппаратов – 2;

3) сварочный аппарат МТП-100; 380 В; S _пасп=100 кВА; ПВ=40 %; cos j=0,4; K _и=0,4; кВт; количество аппаратов – 2.

Решение. Результаты расчетов представлены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Определение однофазных нагрузок, включенных на фазное и линейное напряжение сети 380/220 В

Согласно табл. 2.2 (см. выше) наиболее загруженной по активной мощности является фаза c: Р _см(с) = 25,3 кВт; Q _см(с) = 23,6 квар.

Находим K _идля фазы с:

.

Находим эффективное число электроприемников:

.

На основании значений K _и и n _э с помощью справочных таблиц [8] определяем K _м = 1,12.

Расчетная (максимальная) нагрузка трехфазного тока от однофазных электроприемников составит

кВт;

квар;

кВА.

Date: 2015-10-18; view: 16393; Нарушение авторских прав