1. Классификация приемников электрической энергии.
Приемник электрической энергии (ЭП) – электротехническое устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии в другой вид энергии (или электрическую энергию, но с другими параметрами).
Специфика технологических процессов различных производств предъявляет определенные требования к характеристикам и конструктивному исполнению электроприемников и, как следствие, большому их разнообразию.
Все ЭП классифицируются по различным показателям:
— исполнению защит от воздействия окружающей среды.
Рассмотрим более подробно классификацию электроприемников по их показателям.
Электротехнические показатели
Из всего многообразия электроприемники силовых общепромышленных электроустановок можно разделить следующим образом:
— ЭП трехфазного тока напряжением выше 1 кВ, частотой 50 Гц;
— ЭП трехфазного тока напряжением до 1 кВ, частотой 50 Гц;
— ЭП однофазного тока напряжением до 1 кВ, частотой 50 Гц;
— ЭП, работающие с частотой, отличной от 50 Гц;
— ЭП постоянного тока.
Показатели по режиму работы
Продолжительный режим работы
Электроприемники, работающие в номинальном режиме с продолжительно неизменной или малоизменяющейся нагрузкой. В этом режиме электрический аппарат (машина) может работать длительное время, температура его частей может достигать установившихся значений, без превышения температуры свыше допустимой. Пример: электрические двигатели насосов, компрессоров, вентиляторов и т.п.
Кратковременный режим работы
Кратковременный режим работы электроприемника (электродвигателя) характеризуется тем, что ЭП работает при номинальной мощности в течение времени, когда его температура может достичь установившегося значения. Но при отключении его температура успевает снижаться до температуры окружающей среды. Пример: электродвигатели вспомогательных механизмов, гидрозатворов и т.п.
Повторно-кратковременный режим работы
При повторно-кратковременном режиме работы (ПКР) электроприемника кратковременные рабочие периоды чередуются с паузами (ЭП отключен). Продолжительность рабочих периодов и пауз не настолько велика, чтобы нагрев отдельных частей ЭП при неизменной температуре окружающей среды мог достигнуть установившихся значений.
Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ, % – паспортная величина) или коэффициентом включения (kв). Коэффициент включения рассчитывается по графику нагрузки ЭП как отношение времени включения 
к времени всего цикла
:
, (2.1)
где 
время включения (время работы), с, мин, ч;
время полного цикла, с, мин, ч;
время паузы, с, мин, ч.
Пример: электродвигатели кранов, сварочные аппараты и т.п.
Показатели по надежности электроснабжения
В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники подразделяются на следующие три категории [1].
Электроприемники I категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Электроприемники I категории 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.
Из состава электроприемников I категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования. Для электроснабжения особой группы электроприемников I категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого, взаимно резервирующего источника питания для безаварийной остановки технологического процесса.
Электроприемники II категории – 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. Электроприемники II категории в нормальном режиме должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых, взаимно резервирующих источников питания. Перерыв электроснабжения электроприемников II категории допускается на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала.
Электроприемники III категории – все остальные электроприемники, не подпадающие под определения I и II категорий. 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.
Независимые источники питания – источники, схема и конструктивное исполнение которых и питающих их электрических сетей таковы, что при отказе одного из них снижение качества электроэнергии на другом не превышает установленных пределов в любой момент времени, включая время аварийного режима.
1. ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКИ И ПОТРЕБИТЕЛИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Для реализации своей жизнедеятельности в определенных сферах в настоящее время человек использует такие наиболее распространенные виды энергии, как тепловая, механическая, лучистая, химическая. Формально любую жизнедеятельность человека можно представить в виде двухполюсника (рис.1.1), который преобразует вход в выход по определенному закону называемому технологическим процессом. Вход Технологический Выход процесс Рис. 1.1. Структура жизнедеятельности человека Названные выше виды энергии используются для совершения работы в технологическом процессе. С момента изобретения электричества человечество пришло к выводу, что большинство видов энергии, необходимых для своей жизнедеятельности, целесообразно получать из электрической энергии, путем преобразования её с помощью определенных физических устройств. Эта целесообразность была определена экономическими и экологическими факторами. Указанный процесс получения необходимых видов энергии из электрической получил название электрификации жизнедеятельности человека, а технологический процесс этой деятельности – электрифицированный технологический процесс. В настоящее время электроэнергия проникла во все сферы жизни: быт, производство, транспорт, сырьевые и перерабатывающие отрасли и т.д. С развитием электрификации появились принципиально новые технологические процессы, определившие современное состояние научнотехнического прогресса: электролиз, электрохимия, электротермия. На их
основе развились новые электротехнологические процессы, связанные с получением высококачественной стали, титана, магния, ферросплавов и т.д. Сейчас электротехнология в промышленности – это наиболее энергоемкие процессы. Развитие силовой электроники и микроэлектроники привели к созданию цифровых технических систем, позволивших перевести управление технологическими процессами на новый уровень – автоматизированного управления и робототехники. Современная электрификация быта человека привела к совершенно другим, более комфортным условиям жизни. 1.2. Электроприемники и потребители электроэнергии, их классификация Приемником электрической энергии (электроприемником) называется физическое устройство, получающее электрическую энергию и преобразующее её в другие виды энергии, необходимые для жизнедеятельности человека: механическую, тепловую, лучистую и т.д. Совокупность электроприемников, расположенных на определенной территории и объединенных единством технологического процесса, образует потребителя электроэнергии . Потребитель электроэнергии – это весьма обобщенное понятие. В зависимости от поставленной задачи при организации электрифицированного быта человека примерами потребителя электроэнергии могут быть квартира, подъезд дома, дом, жилой микрорайон, город и т.д. А при организации электрифицированного производства примерами потребителя электроэнергии могут быть производственный участок, цех, производственный корпус, предприятие. При решении задач электроснабжения электроприемников и потребителей электроэнергии целесообразно проведение их классификации, т.е. объединение в группы по таким признакам, которые в дальнейшем будут определяющими при принятии схемных решений электрических сетей и
мощности их элементов. Этими признаками являются: величина напряжения, род тока, величина мощности электроприемника, число фаз, режим работы, категория по надежности электроснабжения, характер преобразования электроэнергии. По величине напряжения различают потребители и электроприемники до 1000 В и выше 1000 В. Величина напряжения 1000 В – весьма условная граница деления указанных объектов на группы. Она связана с формированием правил устройства электроустановок и правил обеспечения электробезопасности при их обслуживании, в условиях постоянного стремления человека повысить напряжение на зажимах электроприемников для повышения технико-экономической эффективности электрификации и электроснабжения. По роду тока различают электроприемники переменного тока промышленной частоты (50 Гц), переменного тока повышенной или пониженной частоты и постоянного тока. Промышленная частота это частота, на которой производится электроэнергия в электроэнергетической системе как централизованном источнике. Необходимость изменения указанных параметров электроэнергии вызвана повышением эффективности электрификации технологических процессов, вследствие применения новых технологий, необходимости более плавного изменения и получения большего диапазона регулирования скорости вращения производственных механизмов и т.д. По величине мощности электроприемники целесообразно разделить на три группы: малой мощности – единицы киловатт, средней мощности – десятки киловатт, большой мощности – сотни киловатт. Подобная классификация, в таком простейшем понимании, несет в себе информацию о габаритах и массе электроприемника, о мощностях элементов электрической сети, к которой его необходимо будет подключать. По числу фаз различают трехфазные и однофазные электроприемники. Электроприемники на напряжение выше 1000 В, а это электроприемники
генераторного напряжения, всегда выполняются трехфазными, так как они являются электроприемниками большой мощности. Электроприемники на напряжение до 1000 В могут быть трехфазными или однофазными, рассчитанными на фазное или линейное напряжение. Режимами работы электроприемников являются: длительный, кратковременный, повторно-кратковременный. Длительный – это такой режим, когда электроприемник, включенный в работу, нагревается до установившейся температуры. Если загрузка электроприемника равна его паспортной величине, то, работая в этом режиме, он нагреется до его длительно допустимой температуры. Кратковременный – это такой режим, когда электроприемник, включенный в работу, не нагревается до установившейся температуры, а при отключении охлаждается до температуры окружающей среды. Работая в этом режиме при паспортной загрузке, электроприемник не нагревается до длительно допустимой температуры. Повторно-кратковременный – это такой режим, когда рабочие периоды t р чередуются с периодами пауз t п . При этом нагрев в рабочих периодах не превосходит установившейся температуры для длительного режима работы при данной загрузке электроприемника, а охлаждение в периодах пауз не достигает температуры окружающей среды. Данный режим является промежуточным между длительным и кратковременным. При увеличении t р он стремится к длительному режиму, а при увеличении t п – к кратковременному. При оценке расчетных нагрузок в задачах проектирования систем электроснабжения этот режим представляется числовой характеристикой – коэффициентом продолжительности включения ПВ , который рассчитывается по выражению
| ПВ = | t p | 100% . | (1.1) |
| t p + t п |
На промышленных предприятиях в длительном режиме работают электроприводы основных технологических агрегатов и механизмов,
вентиляторов, насосов, компрессоров и т.д., всевозможные нагревательные установки, электрические печи и электрическое освещение. В кратковременном режиме работает подавляющее большинство электроприводов вспомогательных механизмов, а также механизмов для открывания фрамуг, гидравлических затворов, всякого рода заслонок, задвижек и т.п. В повторно-кратковременном режиме работают электроприводы мостовых кранов, тельферов, подъемников и аналогичных им установок, а также сварочные аппараты. По надежности электроснабжения все электроприемники и потребители электроэнергии делятся на первую, вторую и третью категории. Электроприемники первой категории – 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. Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников , бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров. Электроприемники первой 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. Здесь под независимостью источников питания подразумевается то, что нарушение работы одного из источников не приводит к нарушению работы другого. Для электроснабжения особой группы электроприемников первой 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 первой категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), предназначенные для этих целей агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т.п. Электроприемники второй категории – 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. Электроприемники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Для них 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, но не более 2 часов. Электроприемники третьей категории – все остальные электроприемники, не подпадающие под определения первой и второй категорий. Для них электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток. По характеру преобразования электроэнергии электроприемники подразделяют на электроприводы, осветительные и облучательные установки, электротехнологические установки, цифровые технические системы. Электроприводы (ЭП) – это электроприемники, преобразующие электрическую энергию в механическую. В зависимости от типа двигателя,
как непосредственного преобразователя электроэнергии, различают асинхронный электропривод, синхронный электропривод и привод постоянного тока. Обобщенная структура электропривода как электроприемника представлена на рис.1.2.
| АУЗ | Д | ПМ | R |
| Электроэнергия | Механическая энергия |
Рис.1.2. Обобщенная структура электропривода Аппаратура управления и защиты (АУЗ) реализует управление потоком электрической энергии и изменение её параметров. Двигатель (Д) преобразует электрическую энергию в механическую, а передаточный механизм (ПМ) позволяет осуществить управление потоком механической энергии. Элемент R моделирует элементарную операцию технологического процесса, в которой совершается работа с использованием механической энергии, получаемой с помощью электропривода. Осветительные и облучательные установки преобразуют электрическую энергию в лучистую различного спектра. Если это видимый спектр, то данные установки называют осветительными, которые используются для выполнения зрительных действий человека. Инфракрасные излучения характеризуются большой проникающей способностью в ткани и оказывают на них тепловое воздействие. Ультрафиолетовое излучение в основном используется как фактор бактерицидного воздействия на вредные микроорганизмы. Структура осветительных и облучательных установок представлена на рис.1.3.
| ПРА | Л | УУ | Р |
| Электроэнергия | Лучистая энергия |
Рис.1.3. Структура осветительных и облучательных установок Пускорегулирующая аппаратура (ПРА) позволяет осуществить управление потоком электрической энергии, лампа (Л) преобразует её в лучистую, а устройство управления (УУ) реализует управление потоком лучистой энергии. Элемент Р моделирует рабочую поверхность, которая подвержена воздействию лучистой энергии. Электротехнологические установки (ЭТУ) преобразуют электрическую энергию главным образом в тепловую энергию различных параметров, а также химическую. Низкотемпературная тепловая энергия используется для обогрева, среднетемпературная – в процессе обработки металлических изделий, а высокотемпературная – для сварки и плавки. В целом в понятие «электротехнология» включают следующие технологические процессы: • Электротермические процессы, в которых используется превращение электроэнергии в тепловую энергию для нагрева материалов и изделий для изменения их свойств или формы, а также для их плавления или испарения; • Электросварочные процессы, в которых получаемая из электрической энергии тепловая энергия используется для быстрого местного нагрева тел с целью их «сваривания»; • Электрохимические методы обработки и получения материалов, при которых с помощью электрической энергии в жидкой среде
осуществляется электролиз, гальванотехника, анодная электрохимическая обработка; • Электрофизические методы обработки материалов, в которых электроэнергия превращается как в механическую, так и в тепловую (электроэрозионная, ультразвуковая, магнитоимпульсная, электровзрывная); • Аэрозольная технология, при которой энергия электрического поля используется для направленного перемещения мелких частиц вещества, взвешенных в газовом потоке (например, окраска автомобилей или других изделий). Все перечисленные электротехнологические процессы реализуются в электротехнологических установках, которые можно условно разделить на следующие три основных вида: • Электрические плавильные и термические установки (электрические печи сопротивления, установки индукционного и диэлектрического нагрева, дуговые электрические печи и установки); • Установки электрической сварки (установки дуговой электросварки, установки и машины контактной сварки); • Электролизеры и установки электрохимической и электрофизической обработки материалов.
| ПЭТ | ||
| АУЗ | ПЭЭ | Объект |
| нагрева | ||
| Электроэнергия | Тепловая энергия | |
Рис.1.4. Структура электрических плавильных и термических установок
На рис.1.4. приведена обобщенная структура плавильных и термических установок: АУЗ – аппаратура управления и защиты, обеспечивающая защиту установки от аварийных и ненормальных режимов и регулирование параметров технологического процесса; ПЭЭ – преобразователь параметров электроэнергии (напряжения, величины, частоты тока и др.); ПЭТ – узел нагрева установки (преобразователь электроэнергии в тепловую энергию). Параметры электроэнергии, поступающей в узел ПЭТ, определяются требованиями технологического процесса и обеспечиваются узлом ПЭЭ. Например, для индукционного нагрева деталей под ковку и штамповку используется частота 2500 Гц, выдаваемая преобразователем частоты. Диапазон электрической мощности электротехнологических установок очень широк: от единиц до десятков тысяч кВт, причем многие из них создают серьезные проблемы в их электроснабжении. Например, дуговые сталеплавильные печи и установки дуговой электросварки являются источниками колебаний и несинусоидальности напряжения, которые ухудшают качество напряжения в электрических сетях. Аналогичны вышерассмотренной обобщенные структуры электросварочных установок, а также установок электрохимической и электрофизической обработки материалов. Специфическими электроприемниками являются, так называемые, цифровые технические системы (ЦТС). К ним относятся компьютеры, системы автоматического управления и телекоммуникаций, блоки управления металлорежущими станками с цифровым программным управлением и многое другое. Эти потребители отличаются малым электропотреблением. Однако вопросы обеспечения их устойчивой и надежной работы являются чрезвычайно значимыми. При сбоях в их нормальной работе может возникать большой ущерб, вызванный расстройством технологического процесса или его полной аварийной остановкой. На первый план здесь выдвигаются вопросы обеспечения
электромагнитной совместимости и устойчивости работы этих потребителей. В логических цепях ЦТС используются чрезвычайно малые сигналы: токи – миллионные доли ампера, напряжения – единицы вольт, а различные процессы в питающей сети сопровождаются токами в кА, напряжениями в сотни и тысячи В и частотой до 20 МГц. Поэтому требуются специальные меры по предотвращению проникновения помех из сети электропитания в логические цепи ЦТС. 
Вход Выход АУЗ Процессор 
Электроэнергия Логико-математический результат Рис.1.5. Структура цифровых технических систем На рис.1.5. приведена структура цифровых технических систем: АУЗ – аппаратура управления и защиты; Процессор – устройство, реализующее логические и математические операции по обработке исходной информации.
Online Electric
Доступ к сервисам «Онлайн Электрик» без регистрации ограничен. Войдите в систему или зарегистрируйтесь.
Консультант по электроснабжению
Не нашли нужный онлайн-расчет по электроэнергетике? Свяжитесь с нами!
Бот Яша
Бот Яша подскажет как найти нужный онлайн расчет или базу данных на сайте «Онлайн Электрик».
Написать боту.
Классификация и характеристика электроустановок
Система электроснабжения связана с технологическим процессом производства через электроустановки и приемники электрической энергии.
Электрическая установка (ЭУ) – совокупность машин, аппаратов, линий электропередачи, вспомогательного оборудования, предназначенных для производства, преобразования, передачи, накопления, распределения электрической энергии и преобразования ее в другой вид энергии.
Согласно ПУЭ все ЭУ подразделяются на ЭУ до и выше 1 кВ. ЭУ могут работать как с изолированной, так и с глухозаземленной нейтралью. ЭУ выше 1 кВ подразделяются на установки с малыми и большими токами замыкания на землю.
Укрупнено, основную часть ЭУ можно разделить на следующие группы:
— силовые общепромышленные установки;
— преобразовательные установки;
— электротермические установки;
— электросварочные установки;
— осветительные установки.
Силовые общепромышленные ЭУ: компрессорные, вентиляционные, насосные и т.п. Потребители этой группы создают нагрузку равномерную и симметричную по всем трем фазам. Мощность их колеблется в широких пределах от единиц до сотен кВт. Коэффициент мощности достаточно стабилен в пределах 0,8-0,85. По надежности электроснабжения их следует отнести к электроприемникам 1-й категории.
Преобразовательные ЭУ предназначены для преобразования трехфазного переменного тока в постоянный, преобразования промышленной частоты 50 Гц в токи частотой отличающейся от 50 Гц. Потребители этой группы создают нагрузку, на стороне первичного напряжения, по всем трем фазам симметричную и равномерную. Мощность их колеблется в широких пределах от десяток до тысяч кВт. Коэффициент мощности колеблется в пределах 0,6 ? 0,8. Перерыв питания ЭУ в основном связан с недоотпуском продукции. Поэтому их следует отнести к потребителям 2-й категории.
Электротермические ЭУ – дуговые, индукционные и печи сопротивления.
Дуговые печи (сталеплавильные, печи для плавки цветных металлов, руднотермические печи). Нагрузка, на стороне первичного напряжения понижающего трансформатора, симметричная и равномерная. Мощность их колеблется в широких пределах от десятков до сотен тысяч кВт. Коэффициент мощности колеблется в пределах 0,7 ? 0,8. По надежности электроснабжения их следует отнести к электроприемникам 1-й категории.
Индукционные плавильные и закалочные печи (высокочастотные). Электроприемники этой группы представляют симметричную трехфазную нагрузку, на стороне первичного напряжения силовых трансформаторов. Мощность их колеблется в широких пределах от десяток до сотен кВт. Коэффициент мощности колеблется в пределах 0,7 ? 0,8. Перерыв электроснабжения ЭУ в основном связан с недоотпуском продукции. Поэтому, по надежности электроснабжения, их следует отнести к электроприемникам 2-й категории.
Печи сопротивления. Эти ЭП выполняются как трехфазными, так и однофазными. Трехфазные печи сопротивления создают симметричную нагрузку по фазам. Однофазные печи – не симметричную нагрузку. Мощность их колеблется от единиц до десятков кВт. Коэффициент мощности практически можно принимать единице. По надежности электроснабжения их следует отнести к потребителям 2-й категории.
Электросварочные ЭУ работают как на переменном, так и на постоянном токе.
Электросварочные установки переменного тока могут быть трехфазными и однофазными. Режим работы повторно-кратковременный. Электросварочные установки постоянного тока состоят из преобразовательного агрегата, как правило, трехфазного. Нагрузка в питающей сети переменного тока распределяется по трем фазам равномерно, но сохраняет неравномерный график нагрузки. Коэффициент мощности электросварочных установок (для ручной сварки) колеблется в пределах 0,3 ? 0,5. По надежности электроснабжения их следует отнести к электро-приемникам 3-й категории.
Электроосветительные установки представляют однофазную нагрузку. Благодаря небольшой мощности электроприемника и при правильном распределении нагрузки по фазам можно считать нагрузку симметричной. Характер нагрузки равномерный. Коэффициент мощности зависит от типа источника света. В тех производствах, где отключение освещения угрожает безопасности людей, применяются специальные системы аварийного освещения.
Веб-сервис «Онлайн Электрик»
Пополните баланс в личном кабинете, чтобы получить доступ ко всем сервисам «Онлайн Электрик» без ограничений.
Классификация электроприемников: особенности, режимы работы,
Цель создания системы электроснабжения — обеспечение электроэнергией надлежащего качества с допустимыми показателями надежности электроприемников (ЭП). Строго говоря, ЭП не входят в систему электроснабжения, потому что в абсолютном большинстве выбираются не в электрической части проекта и не электриками (кроме осветительных приборов), но для изучения закономерностей построения системы электроснабжения необходимо рассмотреть типичные ЭП, их характеристики и режимы работы.
Группы электропотребителей по потреблению электроэнергии
Первой и основной группой ЭП являются электрические двигатели (электромашины).
Васильев Дмитрий Петрович
Профессор электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
В установках, не требующих регулирования скорости в процессе работы, применяются только электроприводы переменного тока (асинхронные двигатели мощностью до 630 кВт и синхронные двигатели мощностью до 30 МВт).
Нерегулируемые электродвигатели переменного тока — основной вид электроприемников в промышленности, на долю которых приходится около 70 % суммарной мощности. Электродвигателем в электрике считается электродвигатель, имеющий мощность 0,25 кВт и выше. Двигатели меньшей мощности рассматриваются как средства автоматизации.
Различные электротехнологические и электротермические установки составляют вторую по назначению группу ЭП, на которую в электропотреблении приходится около 20 %. Это печи сопротивления косвенного и прямого действия, дуговые и индукционные печи, установки диэлектрического нагрева, сварка, электролизные и гальванические (металлопокрытий) и высоковольтные электростатические установки. Первую и вторую группу ЭП объединяют под общим названием «силовая нагрузка».
Третья обязательная группа ЭП — электроосвещение, которое по величине нагрузке может составлять до десятков процентов. Установки электрического освещения с лампами накаливания, люминесцентными, дуговыми, ртутными, натриевыми и ксеноновыми лампами применяются на всех предприятиях для внутреннего и наружного освещения.
Четвертая группа ЭП — устройства обработки информации и управления. Электропотребление этой группой незначительно, но эти устройства предъявляют особые требования к надежности электроснабжения и качеству напряжения.
Абрамян Евгений Павлович
Доцент кафедры электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
Необходимо различать понятия «электроприемник» и «потребитель» (см. гл. 1). Потребитель всегда физически выделяется как объект (здание, сооружение, территория), который имеет определенное производственнохозяйственное название или территориальноадминистративное наименование (единичное — школа, офис, пансионат; ряд: дом, квартал (село), микрорайон, город, район, регион, страна).
Потребителем может быть один светильник на блокпосту, лампочка в торговой палатке или на шести сотках или промышленный гигант — 100 тыс. двигателей суммарной установленной мощностью 5 млн кВт. Следует иметь в виду, что понятие «потребитель» используется при планировании, проектировании, управлении при рассмотрении электроснабжения объекта в целом, а «электроприемник» — при решении узких электротехнических задач.
Классификация электроприемников по категориям надежности электроснабжения приведена в другой статье на нашем сайте.
Принято классифицировать ЭП по ряду показателей
- По роду тока все приемники электроэнергии, работающие от сети, подразделяются на три группы: переменного тока нормальной промышленной частоты 50 Гц (в ряде стран используют частоту 60 Гц), переменного тока повышенной или пониженной частоты, постоянного тока. Большинство ЭП промышленных предприятий работает на переменном трехфазном токе частотой 50 Гц.
Васильев Дмитрий Петрович
Профессор электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
Установки повышенной частоты используют: для высокочастотного электроинструмента сборочных цехов автопромышленности и других поточных производств, где повышенная частота (обычно 175. 200 Гц) позволяет изготавливать электроинструмент более легким за счет применения быстроходных двигателей; для электропривода центрифуг в промышленности искусственного волокна — 100. 200 Гц; для электропривода деревообрабатывающих станков, в которых для получения высоких скоростей резания по дереву (до 20000 об/мин) применяются частоты до 400 Гц; в установках индукционного сквозного нагрева металлов для горячей штамповки и ковки — от 500 до 10000 Гц.
Для получения частот до 10 кГц применяются преимущественно тиристорные преобразователи, выше 10 кГц — электронные генераторы.
Установки пониженной частоты применяют: 0,5… 1,5 Гц — для электромагнитного перемешивания стали в электропечах; 2…5 Гц — для контактной электросварки путем преобразования частоты и числа фаз в специальных сварочных машинах, где энергия трехфазного тока частотой 50 Гц преобразуется в энергию однофазного тока частотой 2…5 Гц; 10…40 Гц — для регулирования скорости электроприводов асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, например для привода роликов рольгангов в прокатных станах.Цехи электролиза, установки электролитического получения металлов, цехи гальванопокрытий, некоторые виды электросварки и электродвигателей питаются от сети постоянного тока.
- По числу фаз различают одно, двух и трехфазные ЭП. Все они подключаются к трехфазной сети с учетом соответствия номинального напряжения фазному и линейному напряжению сети. Для включения однофазных ЭП требуется нейтральный (нулевой) провод.
- ЭП классифицируются по величине номинального напряжения. Общепромышленные ЭП изготавливают на следующие номинальные (линейные) напряжения: до 1 кВ — 36, 42, ПО, 220, 380, 500, 660 В; свыше 1 кВ — 3, 6, 10, 20 кВ. Согласно ПУЭ электротехнические установки, производящие, преобразующие, распределяющие и потребляющие электроэнергию, подразделяются на электроустановки напряжением выше 1 кВ и электроустановки напряжением до 1 кВ (электроустановки постоянного тока — до 1,5 кВ). Такое выделение соответствует существенно разным условиям проектирования, эксплуатации и безопасности.
Например, наиболее распространенным решением до 1 кВ является использование напряжения сети 380 В с глухозаземленной нейтралью. В этом случае силовые ЭП подключают к трем фазам, а осветительные ЭП — к фазе и нулевому проводу на фазное напряжение 220 В без дополнительной трансформации.
- ЭП классифицируются по способу задания номинальной мощности: для электродвигателей номинальные (активные) мощности выражаются в киловаттах (кВт), причем в паспортных данных указывается механическая мощность на валу электродвигателя (ЭД.) Изэлектрической сети при этом ЭД потребляет мощность.
Васильев Дмитрий Петрович
Профессор электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
Понятие «присоединенная мощность» используется только при рассмотрении отдельного ЭП; когда же речь идет о группе ЭП, используют термин «суммарная номинальная мощность» или «установленная мощность группы ЭП».Номинальной (установленной) мощностью плавильных электропечей и сварочных установок является мощность (полная) питающих их трансформаторов, выраженная в киловольтамперах (кВА).
- По режиму работы ЭП изготавливаются для длительного режима работы, кратковременного и повторнократковременного.
Известен также термин «резкопеременный режим работы» ЭП, под которым подразумевается режим работы мощных электроприемников, сопровождающийся значительными возрастаниями мошности нагрузки, соизмеримыми с мощностью короткого замыкания и вызывающими колебания напряжения. Электроприемниками с резко переменным режимом работы являются двигатели прокатных станов, дугосталеплавильные печи (ДСП), сварка и др.Для нерегулируемых приводов наиболее экономичная область применения асинхронных и синхронных электродвигателей определяется напряжением. При напряжении до 1 кВ и мощности до 100 кВт экономичнее применять асинхронные двигатели; свыше 100 кВт — синхронные двигатели (что не всегда возможно по условиям работы и пуска). Мощность до 1 ООО кВт — это область напряжения 6 и 10 кВ, определяемая возможностью изготовления высоковольтных асинхронных электродвигателей. Асинхронные двигатели с фазным ротором применяются в мощных электроприводах с маховиком и с тяжелыми условиями пуска: в преобразовательных агрегатах, шахтных подъемниках.
Преимущества синхронных двигателей
- способность компенсировать реактивную мощность;
- повышение перегрузочной способности и устойчивости синхронных двигателей благодаря применению автоматического регулирования возбуждения с форсировкой возбуждения при снижении напряжения в сети ниже 85 %;
- более высокий КПД, чем у асинхронных электродвигателей. При необходимости широкого, плавного изменения скорости применяют приводы постоянного тока и частотный асинхронный привод.
Васильев Дмитрий Петрович
Профессор электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
Преобразование переменного тока в постоянный требует затрат на установку преобразовательных агрегатов и аппаратуры управления, на строительство помещений, а также эксплуатационных расходов на обслуживание и на потери электроэнергии.
К группе электроприемников силовых общепромышленных установок и производственных механизмов относятся электродвигатели компрессоров, вентиляторов, насосов, работающие, как правило, в продолжительном режиме на напряжении 0,22—10 кВ. Номинальная мощность этих электродвигателей изменяется в широком диапазоне — от 0,25 кВт до 30 МВт.
Для электропривода крупных насосов, компрессоров и вентиляторов применяют преимущественно синхронные двигатели, которые используются как дополнительные источники реактивной мощности в системе электроснабжения
. Подъемнотранспортные устройства работают в повторнократковременном режиме. Для них характерны частые толчки нагрузки, которые приводят к тому, что коэффициент мощности изменяется в широком диапазоне (0,3…0,8).
Васильев Дмитрий Петрович
Профессор электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
Электротермические приемники в соответствии с методами нагрева подразделяются на дуговые электропечи для плавки черных и цветных металлов, электронные, вакуумные и шлакового переплава, установки индукционного нагрева для плавки и термообработки металлов и сплавов, электрические печи сопротивления, электросварочные установки, термические коммунальнобытовые приборы.
Дуговые электрические печи подразделяются на сталеплавильные (ДСП), руднотермические и печи косвенного действия для плавки цветных металлов. ДСП условно подразделяются на печи малой емкости (0,5… 12 т) с трансформаторами мощностью 0,4…9,0 MB А, средней емкости (15…50 т) с трансформаторами мощностью до 40 MB А; большой емкости (70…200 т и более) (крупнотоннажные) с трансформаторами мощностью 60… 125 MB А. Мощность и резкопеременный характер их нагрузки оказывают большое влияние на систему электроснабжения.
К дуговым печам прямого действия относятся и вакуумные печи, питающиеся от полупроводниковых выпрямительных агрегатов; в их состав входят вакуумные насосы, автоматические регуляторы тока и дугового промежутка. Мощность печей достигает 6 000 кВ * А.
Печи сопротивления бывают косвенного и прямого действия. В первых нагрев материала происходит за счет теплоты выделяемой нагревательными элементами. Мощность печей косвенного действия: 50…600 кВт — для плавки цветных металлов; 5… 10000 кВт — для термообработки. Печи прямого действия осуществляют нагрев тешкь той, выделяемой в нагревательном изделии при прохождении по нему электрического тока. Такие печи применяются для графитизации угольных изделий (мощность — 800… 16 000 кВ • А) и нагрева стекломассы (мощность — 400…4 000 кВ • А). Выпускают печи на различные напряжения, в одно и трехфазном исполнении.
Абрамян Евгений Павлович
Доцент кафедры электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
Печи и установки индукционного и диэлектрического нагрева подразделяются на плавильные и установки для закалки и сквозного нагрева диэлектриков. В индукционных печах плавка металла осуществляется за счет теплоты, выделяющейся из самого металла при прохождении по нему индукционного тока.
Плавильные печи изготавливают со стальным сердечником и без него. Печи с сердечником называют канальными. Они имеют мощность 125…2 000 кВ * А, однофазное исполнение и работают на промышленной частоте при напряжении 380 В, 6 или 10 кВ. Основное электрооборудование: индуктор, конденсаторная батарея, устройство для регулирования напряжения, коммутационнозащитная аппаратура, аппаратура управления. Для поверхностной закалки применяются индукционные установки, которые работают на частоте 2400…8000 Гц и имеют мощность 50…400 кВт.
Печи без сердечника называются тигельными. Печи промышленной частоты 50 Гц используются для плавки чугуна, цветных металлов и имеют мощность 200… 18000 кВ * А. Тигельные печи повышенной частоты (500…2400 Гц) питаются от тиристорных преобразователей; их мощность — 90… 2 500 кВ * А; они применяются для плавких вставок.
В установках для нагрева диэлектриков нагреваемый материал (дерево, пластмасса и др.) помещают в электрическое поле конденсатора и нагрев происходит за счет токов смещения. Установки этого типа широко применяются для сушки и клейки древесины, нагрева пластических масс, стерилизации продуктов и т.д. Установки диэлектрического нагрева питаются током частотой 20…40 МГц и выше (от электронных генераторов).
Абрамян Евгений Павлович
Доцент кафедры электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
Электрические печи со смешанным нагревом подразделяются на руднотермические печи (РТП) и печи электрошлакового переплава (ЭШП). В РТП материал нагревается за счет теплоты, выделяемой при прохождении тока по шихте и горении дуги. Такие печи применяются для получения ферросплавов, корунда, выплавки чугуна, свинца, возгонки фосфора. Мощность РТП — до 80 MBА; напряжение питания — 10. 220 кВ.
Процесс в печах ЭШП происходит за счет теплоты, выделяющейся в шлаке при прохождении по нему тока, расплавление шлака достигается с помощью электрической дуги. Печи ЭШП применяются для получения высококачественных сталей и специальных сплавов. Выпускаются ЭШП одно, двух и трехфазные мощностью 1000… 10000 кВ А.
Электросварочные установки — специфичные приемники, особенно при расчете электрических нагрузок и выборе режимов работы. Технологическая сварка подразделяются на дуговую, контактную и специальную. Применяют следующие источники питания:
- постоянного тока — электромашинные преобразователи, выпрямители и передвижные сварочные подстанции;
- переменного тока — однои трехфазные трансформаторы.
Коэффициент мощности первых при номинальной нагрузке составляет 0,7 …0,8; на холостом ходу снижается до 0,4. Электросварочные установки переменного тока представляют собой однофазную нагрузку в виде сварочных трансформаторов для дуговой сварки и сварочных аппаратов контактной сварки
. Сварка на переменном токе представляет собой однофазную нагрузку с неравномерной загрузкой фаз и низким cosф (0,30…0,35 — для дуговой сварки; 0,4…0,7 — для контактной сварки);.
Абрамян Евгений Павлович
Доцент кафедры электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
К специальным видам сварочных установок относятся высокочастотные, плазменные, электрошлаковые, лазерные, электроннолучевые. Высокочастотные установки применяются при производстве сварных труб (на трубоэлектросварочных станах), оболочек электрических кабелей, при изготовлении различных профилей. Этот вид сварки обладает меньшей энергоемкостью, чем дуговая и контактная сварки, и не накладывает ограничения на скорость выполнения работ.
Электрохимические и электролизные установки (электролитические ванны для электролиза воды, растворов, расплавов цветных
металлов; установки электрохимических процессов в газе; ванны для гальванических покрытий: омеднения, никелирования хромирования, оцинкования и т.п.) работают на постоянном токе, который получают от преобразовательных подстанций. Электролитический процесс требует постоянства выпрямленного тока, для чего необходимо регулирование напряжения. Коэффициент мощности установок составляет 0,8…0,9; мощность одной электролизной серии — 100 133 М Вт.
Орлов Анатолий Владимирович
Начальник службы РЗиА Новгородских электрических сетей
Задать вопрос
Установки электростатического поля применяют для создания направленного движения капель (например, при выполнении электроокраски), улавливания твердых взвешенных частиц в газе с помощью электрофильтров (очистка дымовых газов), разделения смесей жидкости и газа, различающихся по размерам и электропроводимости. Питание установок электрополя производится от сети напряжением 0,4 кВ, но внутри установки напряжение повышается. Мощность установки — до 1 000 кВт.
Установки электрического освещения с лампами накаливания, ныне заменяемыми, люминесцентными, ртутными, натриевыми, ксеноновыми энергосберегающими лампами используются на всех предприятиях для внутреннего и наружного освещения.
Электроприемники 1УР для целей электроснабжения можно подразделить на характерные группы. Механические нагрузки приводов оцениваются значениями сил и моментов, действующих на рабочий орган, элементы механизма и вал двигателя. В общем случае нагрузки зависят от скорости, пути и времени.
Установившийся режим работы, при котором момент или усилие нагрузки не зависит от времени, оценивается статическими механическими характеристиками двигателя. Направление действия моментов (сил) механизмов может совпадать с частотой вращения двигателя (механизмы загрузки печей сверху, механизмы подъема кранов) и быть встречным ей (печные рольганги, механизмы передвижения мостов и тележек кранов).
Двигатели механизмов могут работать при изменяющейся нагрузке с разным соотношением времени работы и паузы, частоты пуска и торможения, цикличности и ритмичности и др. Стандартами установлено восемь режимов работы электрических машин. С точки зрения электроснабжения — влияния на расчет нагрузки на низших уровнях — их можно подразделить на три характерные группы (режима): продолжительный, кратковременный, повторнократковременный.
Продолжительный режим работы электрического двигателя соответствует номинальной неизменной нагрузке двигателя, продолжающейся так долго, что температура т всех частей его достигает установившихся значений.
График работы электрического двигателя, соответствующий этому режиму работы, показан на рис. 2.1, а, из которого видно, что мощность на валу двигателя Р не изменяется в течение всего времени его работы.
становившейся температурой отдельных частей двигателя считается температура, изменение которой в течение 1 ч не превышает 1 °С (рис. 2.1, б).Большинство электродвигателей» образующих технологические линии и агрегаты непрерывных производств, работают в продолжительном режиме, для части которых он может длиться часы, сутки, недели. Постоянство нагрузки двигателя (Рс = const) не является обязательным условием продолжительного режима.
Чаще всего нагрузка двигателя меняется во времени. График получается ступенчатый, что характерно, например, для производств, где нагрузкаопределяется геометрическими и физическими свойствами измельчаемого или сортируемого материала. Рис. 2.1 есть обычный прием идеализации, используемый в физике, когда реальное многообразие протекающих процессов моделируют представлениями первой научной картины мира, в то время как их фактически следует описывать вероятностно или ценологически.
Специалисты (механики, приводчики), выбирающие мощность двигателя (это относится ко всем электроприемникам), определяют необходимую, или номинальную, мощность Рном, т.е. мощность на валу электродвигателя.
Потребляемая же мощность Рпатр = Рном/ц с учетом КПД больше (г = 0,8…0,9), так что исключение КПД ведет к ошибке сразу на 10…20 % (ценологически: все подсчитать нельзя, а на инженерный результат поправка не влияет).
Кратковременный режим работы электрического двигателя характеризуется тем, что двигатель работает при номинальной мощности в течение времени, когда его температура не успевает достичь установившейся.