3. Основные требования к системам электроснабжения
Рационально выполненная современная система ЭСПП должна удовлетворять техническим и экономическим требованиям, а именно: обеспечение безопасности работ как для электротехнического персонала, так и для не электротехнического; надежность электроснабжения;
качество электроэнергии, удовлетворяющее требованиям ГОСТ 13109-97;экономичность; возможность частых перестроек технологии производства и развития предприятия; отсутствие вредного влияния на окружающую среду.
Эти требования обеспечиваются при проектировании и эксплуатации систем ЭСПП.
Система ЭСПП - часть энергосистемы и в энергетическом плане более простая (более низкие напряжения, меньшая мощность и протяженность линий, отсутствие замкнутых контуров и др.) и более сложная в плане использования и преобразования электроэнергии в технологических целях промышленного производства. Электроприемники как электрическая часть технологических агрегатов входят неотъемлемыми элементами в систему ЭСПП и во многом определяют работу этой системы и ее параметры.
4. Характеристики промышленных потребителей электроэнергии
Электроустановки каждого потребителя электроэнергии имеют свои характерные особенности и показатели, которые определяют условия электроснабжения потребителя.
Потребителей электроэнергии характеризуют по эксплуатационно-техническим признакам: производственному назначению, производственным связям, режимам работы, мощности и напряжению, роду тока, территориальному размещению, требованиям к надежности электроснабжения, стабильности расположения электроприемников.
Номинальная (установленная) мощность. Главным характерным показателем потребителей электроэнергии является их номинальная мощность. Для электроприводов с двигателями асинхронными и постоянного тока номинальные мощности выражены в киловаттах. Для синхронных двигателей должны быть известны полная мощность, потребляемая из сети, выраженная в киловольт-амперах, и номинальный коэффициент мощности cos φ. В последнем случае произведение кВ•A cos φ дает потребляемую из сети мощность в киловаттах, которая больше отдаваемой на величину потерь в синхронном двигателе. Номинальной (установленной) мощностью плавильных электропечей и сварочных машин является мощность питающих их трансформаторов, выраженная в киловольт-амперах. За номинальную мощность двигателей-генераторов, выпрямителей и преобразователей частоты принимается поминальная мощность генератора, выпрямителя и преобразователя (на вторичной стороне) в киловаттах или киловольт-амперах. Установленной мощностью для печей сопротивления, ванн электролиза и осветительных токоприемников является мощность, потребляемая этими установками из сети, в киловаттах.
Для электроприемников с повторно-кратковременным режимом работы за номинальную (установленную) принимается мощность, приведенная к продолжительному режиму.
Номинальные (установленные) мощности одиночных приемников обозначаются строчными буквами (pном, sном), а групп электроприемников – прописными буквами (Pном, Sном) латинского или греческого алфавита.
По мощности и напряжению, в зависимости от суммарной установленной мощности ЭП, предприятия разделяются на три группы:
- крупные, с суммарной установленной мощностью ЭП, равной или больше 75 МВт;
- средние, с установленной мощностью 5-75 МВт;
- малые, установленная мощность которых - до 5 МВт.
Род тока. Основным током в электроустановках промышленных предприятий (имеющих собственные электростанции или теплоэлектроцентрали или питающихся от районных энергосистем) является переменный трехфазный ток.
Силовые токоприемники постоянного тока, как правило, получают энергию от преобразователя переменного тока в постоянный, вследствие чего энергия постоянного тока всегда дороже энергии переменного тока и применение ее должно быть технически и экономически обосновано.
В настоящее время в электроприводе с широким регулированием частоты вращения применяют системы с полупроводниковыми выпрямителями и магнитными усилителями (ПМУ) и управляемыми полупроводниковыми вентилями – тиристорами (УТВД) с исполнительным двигателем постоянного тока в различных модификациях. В этих системах энергия подводится к трехфазному приводному двигателю агрегата системы ДГД (синхронному или асинхронному, иногда с маховиком) или к трехфазному трансформатору полупроводникового выпрямителя. Поэтому все приводы по системам ДГД, ПМУ или УТВД с точки зрения электроснабжения являются потребителями трехфазного тока. Номинальная мощность системы ДГД принимается по мощности гонного двигателя агрегата, а для системы ПМУ и УТВД – по мощности исполнительного двигателя привода.
Напряжение. Согласно действующему стандарту для распределения электроэнергии на предприятиях применяются следующие напряжения: переменный ток – однофазный 12 и 36 В, трехфазный 36, 380/220, 660, 3000, 6000, 10000, 20000, 35000, 110000, 150000 и 220000 В; постоянного тока 220 и 440 В; система постоянного тока напряжением 440 В может быть выполнена в виде трехпроводной 2 х220 В с заземленным средним полюсом.
Системы переменного трехфазного тока напряжением 380/220 выполняются с заземленной нейтралью, что обеспечивает величину потенциала относительно земли на любом проводе не выше 250 В (в частности, для осветительных установок). Напряжения 12 и 36 В применяются для осветительных установок в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных; эти напряжения получаются от понижающих трансформаторов.
При напряжениях 3000, 6000,10000, 20000 и 35000 В нейтраль выполняется обычно изолированной или заземленной через дугогасящие компенсационные катушки напряжением 3–35 кВ для уменьшения емкостных токов замыкания па землю в сетях напряжением выше 1000 В.
Согласно ПУЭ установка всяких коммутационных и защитных аппаратов в заземленной цепи не допускается, так как эти цепи не должны иметь разрыва по условиям техники безопасности.
Частота тока. Стандартной частотой для наших энергосистем и промышленных предприятий является частота 50 Гц, принятая также во всех европейских странах и развивающихся странах Азии и Африки, имеющих экономические связи с Европой. В США принята частота 60 Гц, которая принята и в других странах западного полушария. Международная Электротехническая Комиссия (МЭК) признала стандартными частоты 50 и 60 Гц.
По режимам работы электроприемники разделяют на группы по сходству режимов. Различают три характерных режима работы.
1. Продолжительный режим (ПР), в котором электроприемники могут работать длительное время, при этом температура частей машины или аппарата не превышает номинальную длительно допустимую.
К электропремникам продолжительного режима работы относятся электродвигатели компрессоров, насосов, вентиляторов, механизмов непрерывного транспорта, нагревательные печи и др., у которых периоды работы измеряются величинами от часов до нескольких суток.
2. Кратковременный режим (КР), при котором рабочий период не настолько длителен, чтобы температуры отдельных частей машины могли достигнуть установившегося значения, период же остановки машины настолько длителен, что она успевает охладиться до температуры окружающей среды.
В кратковременном режиме работают вспомогательные механизмы металлорежущих станков, механизмы для перестройки технологических агрегатов, электроприводы различных заслонок, механизмов открывания фрамуг и др., у которых пауза значительно превышает длительность рабочего периода.
3. Повторно-кратковременный режим (ПКР), при котором рабочие периоды чередуются с периодами пауз, а длительность всего цикла не превышает 10 мин. При этом нагрев не превышает длительно допустимой температуры, а охлаждение не достигает температуры окружающей среды.
Примерами работы электропремников в этом режиме являются электродвигатели мостовых кранов, тельферов, подъемников, главные приводы и приводы рабочих рольгангов реверсивных прокатных станов, механизмы автоматизированных поточных линий в циклическом режиме работы, установки точечной сварки и др. [4].
Повторно-кратковременный режим характеризуется продолжительностью включения, %
,
где tв, tо и tц – соответственно время включения, отключения и продолжительность цикла, tц≤10 мин.
Для электроприемников, работающих в повторно-кратковременном режиме, устанавливаются стандартные значения ПВ%, равные 15; 25; 40; 60. Значение ПВ%=100 соответствует продолжительному режиму работы.
Возникает необходимость пересчета мощности механизма, работающего в ПКР, с паспортной продолжительностью ПВ на ПВ = 100%. Это соотношение имеет вид
,
где Рпрод – мощность, соответствующая продолжительному режиму (ПВ = 100%).
Надежность, как одно из требований к системам ЭСПП, определяется числом независимых источников питания и схемой электроснабжения. По надежности электроснабжения в соответствии с требованиями ПУЭ электроприемники разделяются на три категории:
I категория – 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. Пример электроприемников I категории: насосы водоснабжения и канализации, газоочистка, приводы вращающихся печей, газораспределительные пункты, промышленные вентиляторы, аварийное освещение и др.
Из состава электроприемников I категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров. Например, в черной металлургии к особой группе относятся электродвигатели насосов водоохлаждения доменных печей.
II категория – 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.
III категория – все остальные электроприемники, не подпадающие под определения первой и второй категорий (различные вспомогательные механизмы в основных цехах, цехи несерийного производства и др.).
Стабильность расположения оборудования. Характеристикой потребителей электроэнергии является степень стабильности расположения технологического оборудования, которое обычно устанавливается неподвижно, но может перемещаться по площади предприятия или цеха пли заменяться другим, более производительным. Оно относится прежде всего к металлорежущим станкам машиностроительной промышленности, различным машинам в легкой промышленности, где род изделия и технологический процесс меняются непрерывно из-за специфического характера производства.
На таких предприятиях частые изменения расположения оборудования создают особые требования в отношении гибкости к строительной части здании и к электросетям, которые должны быть универсальными и обеспечивать электроснабжение при изменяющемся расположении или его замену без существенных переделок и затрат, а также без нарушения производства. Эти требования не распространяются на случаи смены тяжелого оборудования и другие виды реконструкции предприятия, когда одновременно производятся значительные строительные и монтажные работы, так как при этом проводятся и соответствующие электромонтажные работы для электроснабжения реконструируемого цеха или предприятия.
Под определение «перемещаемое оборудование» не попадают передвижные установки, например мостовые краны, подъемно-транспортные сооружения, питающиеся от контактной сети, электроснабжение которой стабильно по расположению.