Классификация приемников электроэнергии и их общие характеристики

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

Приемники электроэнергии промышленных предприятий делятся на следующие группы:

1) 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 правильного построения систем промышленного электроснабже­ния 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);

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

3) места расположения приемников электроэнергии; необходимо также выяснить стационарные они или передвижные.

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, двигатель-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, вен­тильный 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, распределяющие 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 глухозаземленной, так и с изолированной нейтралью, а уста­новки постоянного тока — с глухозаземленной и изолированной нулевой точкой.

Электрические установки с изолированной нейтралью следует при­менять для повышения надежного питания систем промышленного электроснабжения (торфяные разработки, угольные шахты и т. п.) при условии, что в этом случае обеспечиваются контроль изоляции сети и целостность пробивных предохранителей, быстрое обнаружение персо­налом замыканий на землю и быстрая ликвидация их или автомати­ческое отключение участков с замыканием на землю.

В четырехпроводных сетях переменного тока или трехпроводных 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 (напряжением до 35 кВ);

2) с нейтралью, включенной на землю через индуктивное сопротивле­ние для компенсации емкостных токов (напряжением до 35 кВ и редко 110 кВ);

3) с глухозаземленной нейтралью (напряжением 110 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 используют электроэнергию 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, электродвигатели в текстильной промышленности при произ­водстве искусственного шелка (частота 133 Гц).

Для преобразования переменного тока промышленной частоты в токи высокой и повышенной частоты служат двигатель-генераторы (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 применяют ламповые генераторы. От ионных генераторов можно получить частоты до 2800 Гц. К приемникам с пониженной частотой относятся коллекторные электродвигатели, применя­емые для транспортных целей {16²/3} Гц), перемешиватели жидкого метал­ла (до 25 Гц) и индукционные нагревательные устройства для отливки крупных деталей. Переменный ток пониженной частоты в промышленных установках широкого применения не имеет.

Приемники электроэнергии 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 (S₁). В этом режиме электрическая машина или аппарат может работать продолжительное время без превышения температуры отдельных частей машины или аппарата выше допустимой.

Примерами приемников, работающих в этом режиме, являются электродвигатели компрессоров, насосов, вентиляторов и т. п.

q_окр.ср- температура окружающей среды;

q_уст- установившееся значение температуры.

2) приемники, работающие в режиме кратковременной нагрузки (S₂). 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.;

Время включенного состояния электроприемника настолько мало, что температура его частей за это время не успевает достигнуть установившегося значения, после отключения она снижается до темперетуры окружающей среды.

3) приемники, работающие в режиме повторно-кратковременной на­грузки (S₃). 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.

Температура частей электроприемника за время включения не успевает достичь установившегося значения, а за время отключения она не успевает снизится до температуры окружающей среды.

Относительная продолжительность включения

ПВ [%] =(t_в/t_ц) 100% = (t_в/(t_в – t_о)) 100%

ПВ=15%, 25%, 40%, 60%.

Р_длит=Р_{паспорт} ÖПВ_[о.е]

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, по которому его следует классифицировать.

Кроме этих трех установленных ГОСТом режимов выделяются электроприемники имеющие резко переменный режим работы (дуговые печи). Они вызывают резкие колебания напряжения в сети и для них обычно стремяться выбрать отдельную схему питания.

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

С точки зрения обеспечения надежного и бесперебойного питания приемники электроэнергии делятся на три категории (+ особая):

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.

Приемники 1-й категории должны иметь не менее двух независимых источников питания.

Перерыв в электроснабжении допускается на время автоматического переключения питания. Независимым источником питания называется такой источник питания, на котором сохраняется напряжение при исчезновении его на другом источнике питания этих электроприемников. В качестве независимого источника питания могут быть использованы отдельные секции или системы шин

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

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

Вопрос о надежности электроснабжения потребителей связан с числом независимых источников питания, схемой электроснабжения и категорией потребителей. Приемники 2-й категории могут иметь один-два независимых 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.