Приемники электрической энергии
Основными характеристиками ЭП являются: номинальная мощность, напряжение, род и частота тока, требуемая степень надежности питания.
Все ЭП характеризуются номинальной (установленной) мощностью, т. е. Такой, с которой ЭП может длительно работать в условиях, соответствующих тем, для которых он предназначен. По тому, что именно принято понимать под их номинальной мощностью, все ЭП делятся на две группы. К первой относятся ЭП, номинальная мощность которых соответствует отдаваемой ими мощности (электродвигатели); ко второй - номинальная мощность которых соответствует мощности, потребляемой ими из сети (нагревательные н осветительные установки и т. п.). Таким образом, в номинальную (установленную) мощность ЭП первой группы потери в них самих не включаются, а у ЭП второй группы - включаются. В зависимости от типа и назначения ЭП номинальную мощность выражают в ваттах, киловаттах или мегаваттах (Вт, кВт, МВт) - у электродвигателей, нагревателей, осветительных установок, вольт-амперах, киловольт-амперах или мегавольт-амперах (В-А, кВ-А, MB-A) - у индукционных и дуговых печей, сварочных установок и т. п.
По напряжению ЭП, как и все электроустановки, разделяются в соответствии с ПУЭ на ЭП до 1000 В и выше [1]. Это деление связано с тем, что мероприятия и технические средства, обеспечивающие безопасность обслуживающего персонала в электроустановках напряжением до 1000 В и выше, различны. Кроме того, все ЭП различаются по номинальному, т. е. Расчетному, напряжению. Номинальные напряжения ЭП переменного тока 127, 220, 380, 660, 3000, 6000, 10000 В. При постоянном токе номинальные напряжения ЭП следующие: 6, 12, 24, 36, 110, 220, 440, 550, 825, 1500 и 3000 В.
По роду тока все ЭП делятся на ЭП переменного тока и ЭП постоянного тока. Наиболее распространенными на промышленных предприятиях являются ЭП переменного тока. ЭП постоянного тока являются, например, электролизные установки. ЭП переменного тока, в свою очередь, подразделяются на три группы по частоте. К первой группе относятся приемники, работающие от сети переменного тока нормальной промышленной частоты (50 Гц), ко второй - приемники, работающие от сети переменного тока частоты большей чем 50 Гц, и к третьей - работающие от сети пониженной частоты.
Подавляющее большинство электроприемников работает от сети переменного тока нормальной промышленной частоты.
Некоторые ЭП (специальный электроинструмент, электродвигатели специальных деревообрабатывающих и высокоточных шлифовальных станков) требуют для питания высокоскоростных двигателей токов повышенной частоты (175 - 400 Гц). В установках индукционного и поверхностного нагрева металлов, для горячей штамповки и термообработки и для диэлектрического нагрева неметаллических материалов используются токи повышенной (до 10000 Гц) и высоких (свыше 10000 Гц) частот.
К электроприемникам пониженной частоты относятся асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, работающие с частотой 10 - 40 Гц и применяемые в электроприводах с плавным регулированием скорости, сварочные машины для контактной сварки (2 - 5 Гц) и т. д.
По требуемой степени надежности питания ЭП подразделяются на три категории, причем в основе этой классификации лежат возможные последствия перерывов.
К первой категории относятся те электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, нарушение сложного технологического процесса, массовый брак продукции или нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения. Эти электроприемники должны обеспечиваться питанием не менее чем от двух независимых источников, и перерыв их электроснабжения допускается лишь на время автоматического включения резервного питания.
К элекпроприемникам первой категории относится, например, главный подъем и главный вентилятор угольных шахт, подача воды в доменных печах, разливочные и завалочные краны в мартеновских цехах, приводы поворота миксера для жидкого чугуна и конвертора для меди, крупные электролизные установки, санитарно-техническая вентиляция во вредных химических производствах и т. п.
Из ЭП первой категории выделяются электроприемники так называемой «особой» группы, бесперебойная работа которых необходима для обеспечения безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего оборудования. Питание таких ЭП должно обеспечиваться не только от двух независимых источников, но и от третьего независимого источника, который включается автоматически при перерыве электроснабжения. Примерами таких ЭП являются электродвигатели приводов системы охлаждения реакторов на атомных электростанциях; приводы вентиляторов, компрессоров, центробежных насосов, если их остановка может вызвать опасную концентрацию горючих или токсичных газов, пожар или взрыв, а также аварийное освещение некоторых помещений.
Ко второй категории относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых связан с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушением нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Перерыв в электроснабжении электроприемников второй категории допускается на время, необходимое для ручного включения резервного питания дежурным персоналом или выездной оперативной бригадой, если подстанция не имеет постоянного дежурства.
Все электроприемники цехов массово - поточного производства и горячей обработки металлов могут быть отнесены ко второй категории. ЭП этой категории допускают применение более простых и дешевых схем электроснабжения, но также требуют определенной степени резервирования.
К третьей категории относятся все прочие электроприемники, например, во вспомогательных цехах, цехах несерийного производства, на
неответственных складах и т. п. Они допускают перерыв питания на время ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, но не
свыше суток.
При проектировании и реконструкции систем электроснабжения предприятий очень важно правильно определить категорию электроприемников по требуемой степени надежности питания и не допускать необоснованного отнесения электроприемников к первой или второй категории, так как это увеличивает капитальные затраты на строительство и расходы на эксплуатацию систем электроснабжения.
Промышленные предприятия являются потребителями активной и реактивной мощностей.
Активная мощность потребляется всеми без исключения электроприемниками, она необходима для выполнения полезной работы и покрытия потерь в электроприемниках и технологическом оборудовании.
Потребление реактивной мощности связано чаще всего с тем, что основные виды ЭП и сетевого оборудования (двигатели, индукционные печи, трансформаторы и др.) для своей работы нуждаются в переменном магнитном поле. Строго говоря, термин «потребление» применительно к реактивной мощности является условным, так как эта мощность не потребляется, а является обменной, циркулирующей между источником и приемником.
Основными потребителями реактивной мощности на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели (60-65% общего потребления) трансформаторы (20-25%), вентильные преобразователи, реакторы, линии электрических сетей и прочие электроустановки (10-20%).
Отдельные виды электроприемников такие, как лампы накаливания и электрические печи сопротивления косвенного действия, для своей работы в переменном магнитном поле не нуждаются. Эти ЭП потребляют из сети только активную мощность.
Связь между потреблением активной и реактивной мощностей может быть установлена с помощью еоБф, называемого коэффициентом мощности:
P
ООБф = — ,
где
S = УІ P2 + Q2 .
В этих выражениях S, P и Q - соответственно полная, активная и реактивная мощности. Как видно из этих формул, еоБф определяет связь между P и Q не прямо и не в явном виде. Прямая связь между ними устанавливается с помощью tgф, называемого коэффициентом реактивной мощности:
^ф =Q ■
19
По традиции коэффициент мощности используется как один из номинальных параметров ЭП, в расчетах же режимов реактивной мощности в электрических сетях он непосредственно не применяется. Для этой цели используются либо непосредственно данные о реактивных нагрузках, либо данные о tg ф, соответствующие определенным значениям P и Q. Значение коэффициента реактивной мощности предприятия в часы максимальных нагрузок энергосистемы используется также при расчетах за электроэнергию.
