2.1. Характерные электроприемники

Практическое определение параметров электропотребления связано с широким и лингвистически неопределенным понятием "производ­ство", под которым будем понимать создание продукции. Примеры производств: в черной металлургии - агломерационное, прокатное; в цветной — производство алюминия, цинка; в нефтяной промышлен­ности - сажевое, азотных удобрений; в химической — аммиака, мета­нола, фосфора. Исторически сложилось, что производством называют основное технологическое (например прокатное), а вспомогательное производство (ошибочный, но укоренившийся термин) чаще называют хозяйством: ремонтное, электрическое, теплосиловое, складское

и др. Производство административно выделяется не всегда. Чаще оно состоит из нескольких хозяйственно самостоятельных цехов. Напри­мер, в состав сталеплавильного производства могут входить конвер­терные цеха № 1 и 2, в состав ремонтного хозяйства — механический, литейный, кузнечный, электроремонтный цеха.

Не каждое производство (хозяйство) требует сооружения своего ГПП. Мощность части из них (свойство неформализуемости и неопре­деленности понятия) обеспечивается электроснабжением от 4УР и даже от ЗУР. Из-за ценологических свойств теоретически нельзя обеспечить соответствие схемы электроснабжения административному делению завода. Схему следует ориентировать на соответствие требованиям технологии: особенно рассматривать различные режимы. Для круп­ных заводов вместе с технологическими производствами (и крупными цехами) обычно сооружается ГПП. В цехах РП 10 кВ, как правило, сооружаются.

Можно условно принять, что завод в целом соотносится с 6УР и параметрически описывается основными электрическими показателя­ми, производство можно соотнести с 5УР, цех - с 4УР, отделение - с ЗУР, участок — с 2УР. Подчеркнем, что с точки зрения электроснабже­ния характерными являются потребители 5УР и 4УР, специфические для каждой отрасли народного хозяйства. Вопросы электроснабже­ния нового производства решаются при отсутствии данных по каждо­му электроприемнику 1УР и данных по щитам 2УР.

Учет параметров электропотребления осуществляется для пред­приятий, производств, цехов, реже — для отделений. Для щитов 2УР учет электроэнергии в большинстве случаев экономически не оправ­дан, а сравнение различных шкафов по их загрузке не имеет физиче­ского смысла из-за несовпадения номинальных данных электроприем­ников и их режимов.

Электроприемники 1УР для целей электроснабжения могут быть разбиты 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. При вращательном движении момент на­грузки

М = (, , t) (2.1)

где  — угловая скорость рассматриваемого элемента привода;  — его угловое положение; t — время.

При поступательном движении действующее усилие нагрузки

F = (, s, t) (2.2)

где v — скорость поступательного движения рассматриваемого эле­мента привода; s — путь или его линейная координата.

Установившийся режим работы, при котором момент или усилие нагрузки не зависит от времени, оценивается статистическими механиче­скими характеристиками двигателя М = () и механизма M_c =(). Направление действия моментов (сил) механизмов может быть согла­сным с частотой вращения двигателя (механизмы загрузки печей свер­ху, механизмы подъема кранов) и встречным ей (печные рольганги, механизмы передвижения мостов и тележек кранов). Мощность, не­обходимая для преодоления момента статического сопротивления, определяется выражением р_с =М_с _с.

Широко распространены механизмы с вентиляторными механиче­скими характеристиками. К ним относятся различные вентиляторы и воздуходувки. Для них М_с = к ², Р_с = к ³.

Двигатели механизмов могут работать при изменяющейся нагруз­ке с разным соотношением времени работы и паузы, частоты пуска и торможения и др. Стандартами установлено восемь режимов работы электрических машин, из них влияют на расчет нагрузки на низших уровнях и образуют характерные группы три режима: продолжитель­ный, кратковременный, повторно-кратковременный.

Продолжительный режим работы электрического двигателя соот­ветствует номинальной неизменной нагрузке двигателя, продолжающей­ся столь долго, что температура  всех частей его достигает установив­шихся значений. Перегрев двигателя  = f(P_c, t) определяется выра­жением

 = _уст (1 – е^-t/Tн) + _нач е^-t/Tн, (2.3)

где _нач — начальная температура перегрева двигателя над температу­рой окружающей среды; _уст — установившаяся температура; t_h -постоянная времени нагрева, равная времени перегрева двигателя на величину _уст при отсутствии теплопередачи в окружающую среду.

График работы электрического двигателя, соответствующий это­му режиму работы, показан на рис. 2.1, из которого видно, что мощ­ность на валу двигателя Р не изменяется в течение всего времени его работы (рис. 2.1, а). Установившейся температурой отдельных частей двигателя считается температура, изменение которой в течение 1 ч не превышает +1 °С (рис. 2.1,6).

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 (Р_с = const) не является обязательным условием продолжительного режима. Чаще нагрузка двигателя меня­ется во времени. График получается ступенчатый, что характерно, на­пример, для производств, где нагрузка определяется геометрическими и физическими свойствами измельчаемого или сортируемого материала.

Кратковременный режим работы электрического двигателя (рис. 2.2, а) характеризуется тем, что двигатель работает при номи­нальной мощности в течение времени, когда его температура не успевает достичь установившейся. При отключении двигатель длительно не работает, и его температура снижается до температуры окружающей среды (рис. 2.2, б). В кратковременном режиме двигатели могут быть рассчи­таны на стандартную продолжительность рабочего периода, по истече­нии которого они должны быть отключены на время t > ЗТ_н .

Повторно-кратковременный режим работы двигателя - это такой режим, при котором кратковременные рабочие периоды номинальной нагрузки чередуются с паузами (рис. 2.3, а). Продолжительность рабо­чих периодов и пауз не настолько велика, чтобы перегревы отдельных частей двигателя при неизменной температуре окружающей среды мог­ли достигнуть установившихся значений (рис. 2.3, б). При повторно-кратковременном режиме работы двигатель можно сильнее нагружать, чем при продолжительном номинальном режиме.

Повторно-кратковременный режим работы характеризуется продол­жительностью включения (ПВ) в процентах или долях единицы, равной отношению времени включения t_в ко времени всего цикла t_ц , т. е. ко времени отключения t₀ плюс время включения t_в:

Значение t_ц при повторно-кратковременном режиме не должно пре­вышать 10 мин.

Для двигателей подъемно-транспортных и других механизмов уста­новлены стандартные значения ПВ, равные 15, 25, 40 и 60%, для кото­рых электротехническая промышленность выпускает оборудование. Фактические ПВ устройств в процессе работы изменяются в значитель­ных пределах, поэтому возникает необходимость перерасчета их мощности с паспортной ПВ на фактическую.

Соотношение между повторно-кратковременными мощностями Р₁ и Р₂ при соответствующих ПВ₁ и ПВ₂ имеет вид

где Р_прод — мощность, соответствующая продолжительному режиму (ПВ = 100%).

Кроме разделения потребителей по режимам работы следует учиты­вать также несимметричность нагрузки (неравномерность нагрузки по фазам). Трехфазные электродвигатели и печи являются симметричны­ми нагрузками. К несимметричным нагрузкам (одно- и двухфазным) относятся электрическое освещение, однофазные и двухфазные печи, однофазные сварочные трансформаторы и т. п.

Особую группу электроприемников составляют единичные электро­приемники большой единичной мощностью (например, трансформато­ры, работающие в блоке с электропечью, преобразователем, импуль­сной установкой, электропривод 30 МВт воздуходувки и др.), опреде­ляющие расчетную электрическую нагрузку, схемы главных 5УР и распределительных 4УР подстанций, меры по обеспечению качества электроэнергии в электрических сетях общего назначения, техниче­ские условия на присоединение к энергосистеме.