ОПТИМАЛЬНІ РЕЖИМИ ВУЗЛІВ НАВАНТАЖЕННЯ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНИХ СИСТЕМ

1.3 Основні характеристики споживачів електроенергії

На промислових підприємствах електроенергію широко застосовують для приводу різних механізмів, для освітлення, а також для різних електротехнологічних установок, до складу яких входять: електротермічні, електрозварювальні, електролізні, електроіскрової анодно-механічної обробки, електропаяння, електрофільтрування, електродегідрація, тощо.

Електроустановки кожного споживача електроенергії мають свої характерні особливості і показники, які визначають умови електропостачання.

Згідно ПБЕ елекроприймачем називається електрична частина

технологічної установки (електродвигун, електропіч, електролізна ванна, тощо), яка безпосередньо отримує електроенергію для технологічного процесу. Окремі технологічні установки – споживачі електроенергії можуть мати декілька електроприймачів.

Номінальна (встановлена) потужність. Головним характерним показником споживачів електроенергії є їх номінальна потужність. Для електроприводів з двигунами синхронними та постійного струму задають активні номінальні потужності, виражені в кіловатах. Для асинхронних двигунів задають активну номінальну потужність і номінальний коефіцієнт потужності соsϕ. Номінальною потужністю плавильних електропечей і зварювальних машин є потужність живильних трансформаторів.

Для електроприймачів з повторно-короткочасним режимом роботи задають зведену до тривалого режиму потужність та коефіцієнт використання.

Вид струму. Основним струмом в електроустановках промислових підприємств є трифазний змінний струм.

Силові електроприймачі постійного струму, як правило, отримують енергію від перетворювача змінного струму в постійний, внаслідок чого енергія постійного струму є завжди дорожчою від енергії змінного струму. Тому застосування енергії постійного струму потребує окремого техніко-економічного обґрунтування.

8

ОПТИМАЛЬНІ РЕЖИМИ ВУЗЛІВ НАВАНТАЖЕННЯ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНИХ СИСТЕМ

Раніше для керування в електроприводі широко застосовувались електромашинні та ртутні перетворювачі. Тепер вони витіснені сучаснішими напівпровідниковими випрямлячами й магнітними підсилювачами, що виконані на базі тиристорів (напівпровідникових вентилів).

Усистемах з елементами постійного струму енергія також підводиться до трифазного приводного двигуна агрегату системи або до трифазного трансформатора силового перетворювача. Тому всі електроприводи з точки зору електропостачання є споживачами трифазного струму.

Головними споживачами постійного струму є: електроприводи з двигунами стандартної напруги, які живляться безпосередньо від загальної мережі (наприклад, двигуни підіймально-транспортних механізмів, двигуни допоміжних механізмів прокатних станів); електролізні установки, які живляться від спеціальних перетворювачів з нестандартною напругою.

Усистемі розподілу електроенергії перетворювачі електролізних установок самі є споживачами трифазного струму. Те ж стосується й індивідуальних перетворювачів електротехнологічних установок постійного струму – дугових печей, зварювальних установок і установок анодно-механічного оброблення металів.

Частка постійного струму в промисловому використанні електроенергії є значною і в окремих випадках, наприклад в кольоровій металургії для електролізу алюмінію, досягає 85-90%.

Напруга. Згідно з чинним стандартом для розподілу електроенергії на підприємствах застосовуються такі напруги: змінний струм – однофазний 12 та 36 В, трифазний 36, 220/127, 380/220, 500 В (допускається тільки для розширення діючих установок), 0,66, 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150 та 220 кВ; постійний струм 220

та 440 В; система постійного струму напругою 440 В може бути виконана в вигляді трипровідної ±220 В із уземленим середнім (нульовим) полюсом.

Системи змінного трифазного струму напругою 220/127 та 380/220 В згідно ПБЕ також виконуються із заземленою нейтраллю, що дозволяє забезпечити потенціал відносно землі довільної фази не вище 250 В (зокрема , для

9

ОПТИМАЛЬНІ РЕЖИМИ ВУЗЛІВ НАВАНТАЖЕННЯ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНИХ СИСТЕМ

освітлювальних установок). Напруги 12 та 36 В застосовують для освітлювальних установок у приміщеннях з підвищеною небезпекою та особливо небезпечних; ці напруги отримують від понижувальних трансформаторів з первинною напругою 380 чи 220 В. Причому, один полюс вторинної напруги 12 чи 36 В повинен бути заземлений для запобігання попадання первинної напруги в цю мережу у випадку замикання між обвитками понижувальних трансформаторів.

Системи однофазного струму 12 та 36 В, трифазного 220/127 та 380/220 В і постійного ±220 В є системами з короткочасним струмом замикання на землю, оскільки останнє відразу ж зумовлює спрацювання захисту: перегоряння топких вставок запобіжників чи вимикання автоматичного вимикача пошкодженої фази.

За напруг 3, 6, 10, 20 та 35 кВ нейтраль виконується переважно ізольованою або заземленою через дугогасні компенсаційні котушки напругою 3 - 35 кВ для зменшенняємніснихструмівзамикання наземлювмережахнапругоюпонад1000 В.

Згідно ПБЕ не допускається встановлення комутаційних та захисних апаратів в уземлених проводах, оскільки, з умов техніки безпеки ці кола не повинні мати розривів.

Застосування системи з уземленою нейтраллю й заощадження на комутаційній апаратурі (відсутність на уземлених проводах вимикачів і запобіжників), у свій час призвели до ідеї створення трифазної трипровідної мережі з одною заземленою фазою та використанням двохполюсної апаратури. Ця система отримала назву ДПЗ (“два проводи – земля”). Така система застосовувалась в США на напрузі 440 В. У нас така система не набула розповсюдження в промисловості, оскільки вона незадовільно показала себе в експлуатації, особливо в малозаселеній та сільській місцевості на напругах

6 – 10 кВ.

Частота струму. Стандартною частотою в Україні є частота 50 Гц, прийнята також у всіх європейських державах та країнах Азії і Африки, які мають економічні зв’язки з Європою.

У США спочатку була невдало прийнята частота 25 Гц, яка збереглася на старих гідроелектростанціях і деяких підприємствах. Ця частота непридатна для

10

ОПТИМАЛЬНІ РЕЖИМИ ВУЗЛІВ НАВАНТАЖЕННЯ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНИХ СИСТЕМ

освітлення, оскільки на ній стробоскопічний ефект перевищує допустимі межі; для асинхронного приводу вона може дати максимальну швидкість обертання 1500 об/хв. Пізніше в США було введено частоту 60 Гц, яка прийнята зараз і в інших країнах західної півкулі. Міжнародна Електротехнічна Комісія (МЕК) визнала стандартними частоти 50 і 60 Гц.

Трансформатори та апарати, виготовлені на частоту 50 Гц, можуть застосовуватись у мережі з частотою 60 Гц і навпаки. Електродвигуни, виготовлені для роботи на частоті 60 Гц, можуть працювати й у мережі 50 Гц, але напруга на затискачах статорів асинхронних двигунів повинна бути знижена пропорційно до частоти. Так, для роботи в мережі напругою 380 В і частотою 50 Гц асинхронного двигуна з номінальною частотою 60 Гц необхідно знизити напругу до 320-310 В. Відповідно до зменшення частоти знизиться і швидкість обертання ротора. Електродвигуни, виготовлені для частоти 50 Гц, не можуть працювати в мережі з частотою 60 Гц, оскільки можливе їх механічне руйнування. В такому випадку необхідно застосовувати перетворювачі частоти з 60Гц на 50 Гц.

Упромисловості застосовуються також понижені частоти:

1)0,5 – 1,5 Гц – для електромагнітного перемішування сталі в електропечах;

2)2 – 5 Гц для контактного електрозварювання шляхом перетворення частоти й кількості фаз у спеціальних зварювальних машинах, де трифазний струм частотою 50 Гц перетворюється в однофазний струм частотою 2 – 5 Гц;

3)10 – 40 Гц – для регулювання швидкості електроприводів асинхронних двигунів із короткозамкненим ротором, наприклад – для приводу роликів рольгангів у прокатних станах чи для регулювання продуктивності й тиску в помпах.

Підвищені й високі частоти застосовуються в промисловості:

1)для високочастотного електроінструменту цехів автопромисловості, де підвищена частота (переважно 175 – 200 Гц) дозволяє виготовляти електроінструмент легшим і зручнішим шляхом використання швидкохідних двигунів;

11

ОПТИМАЛЬНІ РЕЖИМИ ВУЗЛІВ НАВАНТАЖЕННЯ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАЛЬНИХ СИСТЕМ

2)для електропривода центрифуг у виробництві штучного волокна 100 – 200 Гц;

3)для електропривода деревообробних верстатів, у яких для отримання високих швидкостей різання по дереву (до 20000 об/хв) застосовують частоти до 400 Гц;

4)в установках індукційного наскрізного нагрівання металів для гарячого штампування – від 500 Гц до 10 кГц;

5)в установках поверхневого нагріву металів для гартування й термооброблення з частотами від 2 кГц до 1МГц і діелектричного нагріву неметалевих матеріалів (кераміки, дерева, пластмас) з частотами від 100 кГц до 100 МГц.

Ступінь безперебійності електропостачання. Згідно ПБЕ, з погляду безперебійності електропостачання, електроприймачі поділяють на три категорії:

1)електроприймачі 1-ої категорії, порушення електропостачання яких може зумовити небезпеку для життя людей або до значних збитків народному господарству, пов’язаних із пошкодженням устаткування, масовим браком чи тривалим порушенням технологічного процесу (наприклад, головний вентилятор вугільних шахт, подача води в доменних печах, приводи повороту міксера для рідкого чавуну і конвертора для міді, великі електролізні установки);

2)електроприймачі 2-ої категорії, порушення електропостачання яких пов’язане з масовим недовипуском продукції, простоюванням працівників, механізмів та промислового транспорту (металорізальні верстати, реверсивні прокатні стани, електричні дугові печі, механізми текстильних фабрик);

3)електроприймачі 3-ої категорії, до яких відноситься решта електроприймачів, які не відповідають характеристикам 1-ї та 2-ї категорій (підсобні цехи, допоміжні виробництва).

Стабільність розміщення устаткування. Однією з характеристик споживачів електроенергії є ступінь стабільності розміщення технологічного устаткування, яке переважно встановлюється нерухомо, але може переміщуватися територією підприємства чи цеху або замінюватись іншим. Це, в першу чергу, стосується металорізальних верстатів машинобудівної промисловості, де вид виробу і технологічний процес змінюються неперервно через специфічні особливості виробництва.

12