Основные характеристики приемников и потребителей электроэнергии.

Зав.кафедрой преподаватель

 

1. Понятие об электроприемниках и потребителях электроэнергии. Характерные приемники энергии.

Приемником электроэнергии (электроприемником, токоприемником) называется электрическая часть производственной установки, получающая электроэнергию от источника и преобразующая ее в механическую, тепловую, химическую, световую энергию, в энергию электростатического и электромагнитного поля.

По технологическому назначению приемники электроэнергии классифицируются в зависимости от вида энергии, в который данный приемник преобразует электрическую энергию: электродвигатели приводов машин и механизмов; электротермические установки; электрохимические установки; установки электроосвещения; установки электростатического и электромагнитного поля, электрофильтры; устройства искровой обработки, устройства контроля и испытания изделий (рентгеновские аппараты, установки ультразвука и т.д.).

Электроприемники характеризуются номинальными параметрами: напряжением, током, мощностью и др. Совокупность электроприемников производственных установок цеха, корпуса, предприятия, присоединенных с помощью электрических сетей к общему пункту электропитания, называется электропотребителем.

 

Номинальная мощность электроприемников.

Номинальная активная мощность ЭП (PНОМ) – это мощность, потребляемая из сети при номинальной нагрузке ЭП, при которой он должен работать длительное время в установившемся режиме без превышения допустимой температуры.

Для длительного режима работы ЭП номинальная мощность равна паспортной величине (P_ПАСП)

P_НОМ=P_ПАСП.

Для приемников работающих в повторно-кратковременном режиме номинальную мощность определяют по паспортной мощности путем приведения ее к длительному режиму работы (ПВ=1) в соответствии с формулами: , или,

где ПВ_ПАСП - паспортная величина, о.е.; kВ - коэффициент включения рассчитывается по графику нагрузки ЭП.

Для электродвигателей мощность, потребляемая из сети, называется присоединенной мощностью (PПР) и определяется по выражению

,

где P_НОМ - номинальная мощность, развиваемая на валу двигателя, кВт;

ηНОМ - номинальный КПД электродвигателя, о.е.

Номинальная реактивная мощность ЭП (QНОМ) – реактивная мощность, потребляемая им из сети при номинальной активной мощности и номинальном напряжении.

Для ЭП, работающего в длительном режиме, величина QНОМ вычисляется по формуле

,

где tgφ - соответствует номинальному cosφ ЭП (cosφ - паспортная величина).

Для ЭП, работающего в повторно-кратковременном режиме, величина QНОМ вычисляется по формуле .

 

Номинальная полная мощность ЭП (sн)

.

Номинальный ток (I_НОМ)

трехфазного ЭП:

.

однофазного ЭП:

.

 

Номинальный коэффициент активной мощности (cosφ)

.

Номинальные напряжения.

Номинальное напряжение — это базисное напряжение из стандартизированного ряда напряжений, определяющих уровень изоляции сети и электрооборудования.

Действительные напряжения в различных точках системы могут несколько отличаться от номинального, однако они не должны превышать наибольшие рабочие напряжения, установленные для продолжительной работы.

Номинальным напряжением у источников и приёмников электроэнергии (генераторов, трансформаторов) называется такое напряжение, на которое они рассчитаны в условиях нормальной работы. Номинальные напряжения электрических сетей и присоединяемых к ним источников и приёмников электрической энергии устанавливаются ГОСТом.

Номинальное напряжение, кВ	Наибольшее рабочее напряжение, кВ
до 1000В
0,23
0,4
0,66
свыше 1000В
	3,6
	7,2
	17,5
	40,5

 

Род и частота тока

Токи различного рода неодинаково опасны (при прочих равных условиях) для организма. Наиболее опасным следует считать переменный ток промышленной частоты 50 – 60 Гц. Он сильно воздействует на центральную нервную систему и производит сильные сокращения мышц, которые во многих случаях удерживают человека в контакте с частями, находящимися под напряжением, лишая возможности самостоятельно освободится от ТВЧ.

По этому вопросу существует несколько теорий, но ни одна из них не отвечает высоким требованиям современной физиологической науки. Однако, грубо в приближенной форме можно объяснить это явление.

При прикосновении к ТВЧ, находящимся под напряжением, в живой клетке происходит расщепление внутриклеточного вещества на ионы, которые устремляются к внешним оболочкам клеток.

При частоте 50 Гц и близких к ней скорость ионов оказывается достаточной, чтобы за период изменения тока, пройти длину клетки. Это соответствует наибольшему возмущению в клетке и нарушению биохимических процессов в ней.

Дальнейшее повышение частоты, несмотря на рост тока, проходящего через человека, сопровождается снижением опасности поражения, которая полностью исчезает при частоте 450 – 500 кГц.

Токи частотой 450 – 500 кГц и более не могут вызвать смертельного поражения вследствие прекращения работы сердца или легких, а также других жизненно важных органов.

Правда, эти токи сохраняют опасность ожогов, как при возникновении электрической дуги, так и при прохождении их непосредственно через тело человека.

Постоянный токпримерно в 4 – 5 раз безопаснее переменного частотой 50 Гц. Проходя через тело человека, он вызывает более слабые сокращения мышц и менее неприятные ощущения по сравнению с переменным током того же значения. Лишь в момент замыкания и размыкания цепи тока человек испытывает кратковременное болезненное ощущение вследствие внезапного судорожного сокращения мышц, подобное тому, которое возникает при переменном токе примерно того же значения.

 

С электродвигателями

В машиностроении, станкостроении и металлообработке основными электроприемниками с электродвигателями являются металлорежущие станки, а также кузнечно-штамповочные машины и прессы. К металлорежущим станкам относятся токарные, фрезерные, сверлильные, строгальные и шлифовальные. Мощности приводов станков варьируются в широком диапазоне – от долей киловатта до мегаватта и более. Средняя мощность приводов станков массового машиностроения находится в пределах 5-10 кВт. В цехах крупных заводов она составляет 15-25 кВт. Металлорежущие станки являются потребителями переменного тока с частотой 50 Гц. Для некоторых шлифовальных, фрезерных и сверлильных станков применяется повышенная частота. Питание станков осуществляется, как правило, на напряжении 400 В. В цехах тяжелого машиностроения может также применяться напряжение 690 В. Режим работы станков весьма разнообразный. Для некоторых станков характерны частые пуски, остановки и реверсы. Коэффициент мощности нагрузки металлорежущих станков 0,4-0,65.

По надежности электроснабжения станки, в основном, относятся к электроприемникам второй или третьей категории. Исключение составляют некоторые крупные станки, обрабатывающие уникальные детали и являющиеся электроприемниками первой категории. Расположение металлорежущих станков является нестабильным.

К кузнечно-штамповочным машинам и прессам относится оборудование, предназначенное для ковки и штамповки металлов в горячем и холодном состоянии. Кривошипные прессы холодной штамповки имеют мощность электропривода в диапазоне от 2 до 180 кВт, горячей штамповки – от 28 до 500 кВт. Наиболее мощными являются гидравлические прессы, работающие от насосно-аккумуляторных станций. Мощности двигателей составляют 250-1500 кВт. Питание осуществляется переменным трехфазным током при частоте 50 Гц на напряжении 0,4, 0,63, 6 и 10 кВ.

Режим работы кузнечно-штамповочных машин и прессов характеризуется чередованием холостых ходов с кратковременными толчками ударной нагрузки. Среднее значение коэффициента мощности составляет 0,65. Иногда ковочные машины имеют установку для электрического индукционного нагрева металла мощности до 500 кВ·А. По надежности электроснабжения кузнечно- штамповочные машины и прессы относятся ко второй категории.

В деревообработке при первичной обработке древесины применяются механизмы (лесопильные рамы, электропилы и др.) мощностью 1-140 кВт. Деревообрабатывающие станки (круглопильные, обрезные, продольно-торцевые, строгальные, фрезерные, сверлильные, токарные по дереву, шлифовальные и др.) имеют мощность 1-120 кВт. Режим работы длительный с неравномерной нагрузкой из-за неоднородности материала (наличие сучков) и степени влажности обрабатываемой древесины. Коэффициент мощности деревообрабатывающих станков 0,55-0,7. Деревообрабатывающие станки работают с использованием трехфазного переменного тока при напряжении 400 В. Для получения повышенных частот вращения применяются двигатели повышенной частоты (100-400 Гц) с питанием от преобразователей.

По надежности электроснабжения станки деревообработки относятся ко второй категории. Расположение станков стабильное.

В металлургическом производстве для обеспечения работы дуговых электрических печей используется большое количество электродвигателей, мощность которых колеблется от долей киловатта до 1400 кВт. Они используются для привода механизмов регулирования положения электродов, подъема свода и наклона печи, насосов охлаждения, устройства газоочистки и т.д. Наиболее мощными являются электродвигатели газоочистки. Они имеют мощность 1000-1400 кВт. Суммарная мощность механизмов печи достигает 10 МВт. Напряжение 6 или 10 кВ применяется для крупных двигателей, 400 В – для двигателей мощностью до 200 кВт. Режим работы двигателей может быть различный: продолжительный или повторно-кратковременный с ПВ=15-40%. По степени бесперебойности электроснабжения к электроприемникам первой категории относятся насосы водоснабжения, агрегаты газоочистки, системы автоматического управления. Остальные электроприемники, хотя и требуют надежного электроснабжения, допускают кратковременные перерывы питания.

Машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) предназначены для получения стальных заготовок-слитков для прокатного производства. Основными электроприемниками МНЛЗ являются электродвигатели тянущего устройства, кристаллизатора, валков зоны вторичного охлаждения, рольгангов, режущего устройства. Большая часть из перечисленных механизмов требует плавного регулирования частоты вращения. Поэтому в МНЛЗ применяются электродвигатели как переменного (с преобразователями частоты), так и постоянного тока. Суммарная мощность МНЛЗ составляет 1000-12000 кВт. Электроприемники МНЛЗ относятся к первой категории. Электроприемниками первой категории являются также заливочные, разливочные и т.п. краны, работающие с жидким металлом.

Слитки, полученные на МНЛЗ, затем поступают на прокатные станы. В прокатных станах имеются две основные группы потребителей электроэнергии: главный привод клетей и приводы вспомогательных механизмов, обеспечивающих транспортировку и резку металла. Мощность отдельных двигателей главных приводов достигает 10 МВт на переменном и 11,4 МВт на постоянном токе. Наиболее мощными являются многоклетьевые станы для горячей прокатки листа. Режим работы главных приводов – резкопеременный. Электродвигатели главных приводов непрерывных горячих широкополосных станов относятся к электроприемникам первой категории, а реверсивных – ко второй. Двигатели вспомогательных механизмов (кранов, рольгангов, шлепперов, кантователей, ножниц и т.д.) имеют мощности от десятков до 2500 кВт. Большинство из них работают в повторно-кратковременном режиме с ПВ=15-40% с частыми пусками. При частоте включения до 400 в час применяются асинхронные двигатели, при большей – двигатели постоянного тока. Напряжение двигателей переменного тока 0,4, 6 и 10 кВ. Категория по надежности электроснабжения для вспомогательных механизмов такая же, как и главных приводов.

В промышленности строительных материалов (цементные заводы, стеклозаводы, заводы железобетонных изделий и т.п.) номинальная мощность электродвигателей находится в пределах: для смесителей и сушильных барабанов – до 55 кВт, цементных мельниц – до 1800 кВт, вентиляторов, дробилок и компрессоров – 300-1600 кВт. На цементных заводах нагрузка двигателей напряжением 6 кВ мощностью 400-1800 кВт составляет более 60% от общей нагрузки. Двигатели меньшей мощности получают электроэнергию на напряжении 0,4 кВ. Основным агрегатом цементных заводов является вращающаяся печь. Для главного привода печей применяют асинхронные электродвигатели с фазным ротором мощностью 60-500 кВт. Работу печи обеспечивают вспомогательные механизмы: шламовые питатели с двигателями постоянного тока, а также элеваторы, транспортеры, маслонасосы, вентиляторы и т.д. с асинхронными электродвигателями. К электроприемникам первой категории относятся приводы вращающихся печей, компрессоры, вентиляторы и насосы.

На стеклозаводах применяются дробилки, сушильные агрегаты, стеклоформующие машины мощностью 1,5-2,5 кВт, стеклопрокатные машины мощностью 6,5 кВт, шлифовальные и полировальные станки, конвейеры, рольганги и т.д. Автоматизированный конвейер шлифовки и полировки стекла имеет около ста двигателей переменного тока общей мощностью 2500-4500 кВт. Наибольшая мощность двигателя до 65 кВт. На стеклозаводах к первой категории по надежности электроснабжения относятся машины для вытягивания и проката стекла, а также механизмы, обслуживающие стекловаренную печь.

На заводах железобетонных изделий применяются: бетономешалки и растворомешалки с двигателями мощностью 20-40 кВт, формовочные машины с вибраторами, имеющие многодвигательный привод общей мощностью около 75 кВт, бетоноукладчики, конвейеры по производству панелей перекрытий и т.д. Электротехнологическими установками являются электросварка и электронагрев. По надежности электроснабжения относятся, в основном, ко второй категории. Напряжение силовых электроприемников в промышленности строительных материалов 400 В, а мощных двигателей – 6 и 10 кВ. Большинство механизмов работает в продолжительном режиме. Производство имеет непрерывный характер.

В легкой промышленности мощность отдельных механизмов, как правило, не превышает 15-16 кВт, часто применяются микродвигатели. В текстильном производстве используются разрыхлительные, трепальные, чесальные, ровничные, прядильные и ткацкие машины. Для прядения хлопка применяются машины и агрегаты мощностью 0,6-30 кВт, для хлопко-ткачества – 0,6-36 кВт, для отделки тканей – 0,25-150 кВт, для прядения шерсти – 0,27-44 кВт, для шерстеткачества – 0,1-36 кВт, для мытья, крашения и отделки шерсти – 0,25-46 кВт.

На предприятиях могут применяться комбинированные агрегаты, выполняющие несколько технологических операций, оборудованные многодвигательным приводом (сушильно-ширильные стабилизационные машины, печатные машины и т.д.). Их мощность достигает 370 кВт.

 

Зав.кафедрой преподаватель

 

1. Понятие об электроприемниках и потребителях электроэнергии. Характерные приемники энергии.

Приемником электроэнергии (электроприемником, токоприемником) называется электрическая часть производственной установки, получающая электроэнергию от источника и преобразующая ее в механическую, тепловую, химическую, световую энергию, в энергию электростатического и электромагнитного поля.

По технологическому назначению приемники электроэнергии классифицируются в зависимости от вида энергии, в который данный приемник преобразует электрическую энергию: электродвигатели приводов машин и механизмов; электротермические установки; электрохимические установки; установки электроосвещения; установки электростатического и электромагнитного поля, электрофильтры; устройства искровой обработки, устройства контроля и испытания изделий (рентгеновские аппараты, установки ультразвука и т.д.).

Электроприемники характеризуются номинальными параметрами: напряжением, током, мощностью и др. Совокупность электроприемников производственных установок цеха, корпуса, предприятия, присоединенных с помощью электрических сетей к общему пункту электропитания, называется электропотребителем.

 

Основные характеристики приемников и потребителей электроэнергии.

Электрические сети сооружаются для передачи энергии от ЭС к потребите-лям. Требуемая этими потребителями мощность определяет электрическую на-грузку сети. От характера нагрузки зависят требования, которые предъявляются к электрической сети.

Все потребители электроэнергии условно делятся на следующие группы:

· коммунально-бытовые;

· промышленные;

· электрифицированный транспорт;

· производственные потребители сельского хозяйства;

· прочие потребители.

К коммунально-бытовым относятся освещение жилых долов и общественных зданий, двигатели лифтов, холодильников, технологическое оборудование предприятий общественного питания и учреждений бытового обслуживания.

К промышленным электроприемникам относятся электродвигатели, осветительные приборы, электротермические установки, выпрямительные установки для преобразования переменного тока в постоянный.

Нагрузка тяговых ПС железной дороги, тяговых выпрямительных ПС трамваев, троллейбусов, метро относится к электрифицированному транспорту.

К производственным потребителям сельского хозяйства относится оборудование животноводческих ферм, мельниц, предприятий по переработке сельско-хозяйственной продукции.

К прочим потребителям относятся насосные установки водопровода и канализации, компрессорные станции.

Все электроприемники имеют ряд характерных показателей:

- номинальное напряжение;

- установленная мощность;

- номинальная активная мощность;

- номинальная реактивная мощность;

- номинальная полная мощность;

- номинальный ток;

- номинальный коэффициент мощности.

Режимы работы ЭП разнообразны и изменяются во времени. Для характеристики пользуются следующими понятиями.

Номинальное напряжение (U_НОМ) — напряжение элемента электрической сети, при котором обеспечивается длительный режим его работы с наиболее оптимальными технико-экономическими показателями.

Установленная мощность индивидуального электроприемника (PУСТ) – его мощность указанная на табличке завода изготовителя или в паспорте ЭП (PПАСП). При указанной мощности ЭП должен работать при номинальной нагрузке и номинальном напряжении длительное время в установившемся режиме без превышения допустимой температуры. Будем считать установленным любой ЭП, подключенный к электрической сети (работающий или не работающий), но который можно включить в любое время по требованию технологии.

Номинальная активная мощность ЭП (PНОМ) – это мощность, потребляемая из сети при номинальной нагрузке ЭП, при которой он должен работать длительное время в установившемся режиме без превышения допустимой температуры.

В зависимости от эксплуатационно-технических признаков все электро-приемники делятся:

· по режимам работы;

· по мощности и напряжению;

· по роду тока;

· по степени надежности.

По режимам работы различают электроприемники:

· с продолжительно неизменной или маломеняющейся нагрузкой. Характеризуются тем, что длительно работают без превышения длительно допустимой температуры. Сюда относятся электродвигатели насосов, вентиляторов;

· с кратковременной нагрузкой. При работе электроприемников их темпера-тура ниже длительно допустимой температуры, а за время останова токоведущие части остывают до температуры окружающей среды. Сюда относятся большинство электроприводов металлорежущих станков;

· с повторно-кратковременной нагрузкой. Длительность цикла “включение–отключение” не превышает 10 минут. При работе электроприемников их температура ниже длительно допустимой температуры, а за время останова токоведущие части не остывают до температуры окружающей среды;

· нагревательные аппараты, работающие в продолжительном режиме с практически постоянной нагрузкой;

· электрическое освещение. Электроприемники характеризуются резким изменением нагрузки.