| |||
Реферат: Электрические приемники: классификация, основные видыСОДЕРЖАНИЕ 1 КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИЕМНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ИХ ОБЩИЕ 1.1 Надежность (бесперебойность) питания 6 2 ХАРАКТЕРНЫЕ ПРИЕМНИКИ электрической ЭНЕРГИИ 6 2.1 Силовые общепромышленные установки 6 КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИЕМНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ИХ ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Около 70% всей вырабатываемой в нашей стране электрической энергии потребляется промышленными предприятиями. Приемники электроэнергии промышленных предприятий делятся на следующие группы: 1. Приемники трехфазного тока напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц. 2. Приемники трехфазного тока напряжением выше 1000 В, частотой 50 Гц. 3. Приемники однофазного тока напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц. 4. Приемники, работающие с частотой, отличной от 50 Гц, питаемые от преобразовательных подстанций и установок. 5. Приемники постоянного тока, питаемые от преобразовательных подстанций и установок. Для всех приемников перечисленных выше групп необходимо выяснить: 1) требования, предъявляемые действующими Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) к надежности питания приемников (1-я, 2-я и 3-я категории); 3) режим работы (продолжительный, кратковременный, повторно- кратковременный); - 3) места расположения приемников электроэнергии и являются ли они стационарными или передвижными. В настоящее время электроснабжение промышленных предприятий ведется на переменном трехфазном токе. Для питания групп приемников постоянного тока сооружаются преобразовательные подстанции, на которых устанавливаются преобразовательные агрегаты: полупроводниковые выпрямители, ртутные выпрямители, двигатели-генераторы и механические выпрямители. Преобразовательные агрегаты питаются от сети трехфазного тока и являются поэтому приемниками трехфазного тока. Приемники постоянного тока, имеющие индивидуальные преобразовательные агрегаты: электропривод по системе генератор-двигатель, ионный электропривод и т.п., являются с точки зрения электроснабжения приемниками трехфазного тока. Часто встречающимися приемниками постоянного тока, требующими питания от преобразовательных подстанций, являются внутризаводской электрифицированный транспорт, некоторые установки, использующие явление электролиза, некоторые электродвигатели подъемно-транспортных и вспомогательных механизмов. Согласно ПУЭ [37] электротехнические установки, производящие, преобразующие, распределяющие и потребляющие электроэнергию, подразделяются на электроустановки напряжением до 1000 В и электроустановки напряжением выше 1000 В. Электротехнические установки напряжением до 1000 В выполняются как с глухо заземленной, так и с изолированной нейтралью, а установки постоянного тока — с глухо заземленной и изолированной нулевой точкой. Электрические установки с изолированной нейтралью следует применять при повышенных требованиях по безопасности (торфяные разработки, угольные шахты и т. п.) при условии, что в этом случае обеспечиваются контроль изоляции сети и целость пробивных предохранителей, быстрое обнаружение персоналом замыканий на землю и быстрая ликвидация их либо автоматическое отключение участков с замыканием на землю. В четырехпроходных сетях переменного тока или трехпроходных сетях постоянного тока для установок без повышенной опасности глухое заземление нейтрали обязательно. Электрические установки напряжением выше 1000 В делятся на установки: 1) с изолированной нейтралью (напряжения до 35 кВ); 2) с нейтралью, включенной на землю через индуктивное сопротивление для компенсации емкостных токов (напряжения до 35 кВ и редко 110 кВ); 3) с эффективно заземленной нейтралью (напряжения 110 - 150 кВ) 4) с глухо заземленной нейтралью (напряжение 220 кВ и выше). Кроме того, все эти установки подразделяются на установки с малыми токами замыкания на землю (до 500 А) и установки с большими токами замыкания на землю (более 500 А). По частоте тока приемники электроэнергии делятся на приемники промышленной частоты (50 Гц) и приемники с высокой (выше 10 кГц), повышенной (до 10 кГц) и пониженной (ниже 50 Гц) частотами. Большинство приемников использует электрическую энергию нормальной промышленной частоты. Установки высокой и повышенной частоты применяются для нагрева под закалку, ковку и штамповку металлов, а также для плавки металлов. К приемникам с повышенной частотой относятся, например, электрические двигатели в текстильной промышленности при производстве искусственного шелка (частота 133 Гц). Для преобразования переменного тока промышленной частоты в токи высокой
и повышенной частоты служат двигатели-генерторы (электромашинные
преобразователи), а также тиристорные или ионные преобразователи. Для
получения повышенной частоты до 10 кГц применяют преимущественно
тиристорные преобразователи (инверторы). Для получения частот 10 кГц и выше
применяются ламповые генераторы. От ионных генераторов можно получать до Приемники электрической энергии могут быть подразделены на группы по сходству режимов, т.е. по сходству графиков нагрузки. Деление потребителей на группы позволяет более точно находить суммарную электрическую нагрузку. Различают три характерные группы приемников: 1. Приемники, работающие в режиме с продолжительно неизменной или мало меняющейся нагрузкой. В этом режиме электрическая машина или аппарат может работать продолжительное время без повышения температуры отдельных частей машины или аппарата свыше допустимой. Примерами приемников, работающих в этом режиме, являются электродвигатели компрессоров, насосов, вентиляторов и т. п. 2. Приемники, работающие в режиме кратковременной нагрузки. В этом режиме рабочий период машины или аппарата не настолько длителен, чтобы температура отдельных частей машины или аппарата могла достигнуть установившегося значения. Период остановки машины или аппарата настолько длителен, что машина практически успевает охладиться до температуры окружающей среды. Примерами данной группы приемников являются электродвигатели электроприводов вспомогательных механизмов металлорежущих станков (механизмы подъема поперечины, зажимы колонн, двигатели быстрого перемещения суппортов и др.), гидравлических затворов и т. п. 3. Приемники, работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки. В этом режиме кратковременные рабочие периоды машины или аппарата чередуются с кратковременными периодами отключения. Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ) и длительностью цикла. В повторно-кратковременном режиме электрическая машина или аппарат может работать с допустимой для них относительной продолжительностью включения неограниченное время, причем превышение температур отдельных частей машины или аппарата не выйдет за пределы допустимых значений. Примером этой группы приемников являются электродвигатели кранов, сварочные аппараты и т. п. Для перечисленных выше режимов работы приемников в соответствии с ГОСТ В действительности график нагрузки каждого приемника отличается от заданного при проектировании. На режим работы приемника влияют технологические особенности каждой отрасли промышленности. График нагрузки приемника является основным показателем, по которому его следует классифицировать. Кроме разделения потребителей по режимам работы следует учитывать несимметричность нагрузки или неравномерность загрузки фаз. К симметричным нагрузкам относятся электродвигатели и трехфазные печи. К несимметричным нагрузкам (одно- и двухфазным) следует отнести электрическое освещение, однофазные к двухфазные печи, однофазные сварочные трансформаторы и т. п. в том случае, когда распределить их симметрично по фазам не удается.
С точки зрения обеспечения надежного и бесперебойного питания, приемники электрической энергии делятся на четыре категории: Особая категория — приемники, перерыв в электроснабжении которых недопустим. 1-я категория — приемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей или значительный материальный ущерб, связанный с повреждением оборудования, массовым браком продукции или длительным расстройством сложного технологического процесса производства. 2-я категория — приемники, перерыв в электроснабжении которых связан с существенным недоотпуском продукция, простоем людей, механизмов, промышленного транспорта. 3-я категория — приемники, не подходящие под определения 1-й и 2-й категорий (например, приемники второстепенных цехов, не определяющих технологический процесс основного производства). Вопрос о надежности электроснабжения потребителей связан с числом
источников питания, схемой электроснабжения и категорией потребителей. ХАРАКТЕРНЫЕ ПРИЕМНИКИ электрической ЭНЕРГИИ
К этой группе приемников относятся компрессоры, вентиляторы, насосы и подъемно-транспортные устройства. Двигатели компрессоров, вентиляторов и насосов работают примерно в
одинаковом режиме и в зависимости от мощности снабжаются электрической
энергией па напряжении от 0,22 до 10 кВ. Мощность таких установок
изменяется в очень широком диапазоне от долей единицы до тысяч киловатт. Потребители рассматриваемой группы создают нагрузку равномерную и
симметричную по всем трем (разам. Толчки нагрузки имеют место только при
пуске. Коэффициент мощности достаточно стабилен и обычно имеет значение Для электропривода крупных насосов, компрессоров и вентиляторов чаще всего применяют синхронные двигатели, работающие с опережающим коэффициентом мощности. Подъемно-транспортные устройства работают в повторно-кратковременном режиме. Для этих устройств характерны частые толчки нагрузки. в связи с резкими изменениями нагрузки коэффициент мощности также изменяется в значительных пределах, в среднем от 0,3 до 0,8. По бесперебойности питания эти устройства должны быть отнесены (в зависимости от места работы и установки) к потребителям 1-й и 2-й категорий. В подъемно-транспортных устройствах применяется как переменный (50 Гц), так и постоянный ток. В большинстве случаев нагрузку от подъемно-транспортных устройств на стороне переменного тока следует считать симметричной по всем трем фазам.
Электрические светильники представляют собой однофазную нагрузку, однако благодаря незначительной мощности приемника (обычно не более 2 кВт) в электрической сети при правильной группировке осветительных приборов можно достичь достаточно равномерной нагрузки по фазам (с несимметрией не более 5—10%). Характер нагрузки равномерный, без толчков, но ее значение изменяется в зависимости от времени суток, года и географического положения. Частота тока общепромышленная, равная 50 Гц. Коэффициент мощности для ламп накаливания равен 1, для газоразрядных ламп 0,6. Следует иметь в виду, что в проводах, особенно нулевых, при применении газоразрядных ламп появляются высшие гармоники тока. Кратковременные (несколько секунд) аварийные перерывы в питании осветительных установок допустимы. Продолжительные перерывы (минуты и часы) в питании для некоторых видов производства недопустимы. В таких случаях применяется резервирование питания от второго источника тока (в некоторых случаях даже от независимого источника постоянного тока). В тех производствах, где отключение освещения угрожает безопасности людей, применяются специальные системы аварийного освещения. Для осветительных установок промышленных предприятий применяются напряжения от 6 до 220 В.
Для преобразования трехфазного тока в постоянный или трехфазного тока промышленной частоты 50 Гц в трехфазный или однофазный ток пониженной, повышенной или высокой частоты на территории промышленного предприятия сооружаются преобразовательные остановки. В зависимости от типа преобразователей тока преобразовательные остановки делятся на: 1) полупроводниковые преобразовательные установки; 2) преобразовательные установки с ртутными выпрямителями; 3) преобразовательные установки с двигателями-генераторами, 4) преобразовательные остановки с механическими выпрямителями. По своему назначению преобразовательные установки сложат для питания 1) двигателей ряда машин и механизмов; 2) электролизных ванн; 3) внутризаводского электрического транспорта; 4) электрофильтров; 5) сварочных установок постоянного тока и др. Преобразовательные установки для целей электролиза широко применяются в цветной металлургии для получения электролитических алюминия, свинца, меди и пр. В таких установках ток промышленной частоты напряжением 6—35 кВ, как правило, при помощи кремниевых выпрямителей преобразуется в постоянный ток необходимого по технологическим условиям напряжения (до 825 В). Перерыв в питании электролизных установок не приводит к тяжелым авариям
с повреждением основного оборудования и может быть допущен на несколько
минут, а в некоторых случаях на несколько часов Здесь перерыв питания
связан в основном с недовыпуском продукции. Однако вследствие обратной
э.д.с. электролизных ванн в некоторых случаях могут иметь место перемещения
выделившихся металлов обратно в раствор ванны и, следовательно,
дополнительная затрата электроэнергии на новое выделение этого же металла Преобразовательные установки для внутрипромышленного электрического
транспорта (откатка, подъем, различные виды перемещения грузов и т.п. ) по
мощности относительно невелики (от сотен до 2000—3000 кВт). Коэффициент
мощности таких установок колеблется в пределах 0,7—0,8. Нагрузка на стороне
переменного тока симметрична по фазам, но резко изменяется за счет пиков
тока при работе тяговых электродвигателей Перерыв в питании приемников этой
группы может повлечь за собой порчу продукции и даже оборудования (особенно
на металлургических заводах). Прекращение работы транспорта вообще вызывает
серьезные осложнения в работе предприятия, и поэтому эта группа
потребителей должна снабжаться электроэнергией, как приемники 1-й или 2-й
категории, допускающие кратковременный перерыв в питании Питание этих
установок производится переменным током промышленной частоты напряжением Преобразовательные установки для питания электрофильтров (с
механическими выпрямителями) до 100—200 кВт имеют широкое применение для
очистки газов Питаются эти установки переменные током промышленной частоты
от специальных трансформаторов, имеющих на первичной обмотке напряжение 4 Электродвигатели производственных механизмов Этот вид приемников встречается на всех промышленных предприятиях Для
электропривода современных станков применяются все виды двигателей. 5 Электрические печи и электротермические установки По способу превращения электрической энергии в тепловую можно разделить на: 1) печи сопротивления; 2) индукционные печи и установки; 3) дуговые электрические печи; 4) печи со смешанным нагревом. 1. Печи сопротивления по способу нагрева подразделяются на печи косвенного действия и печи прямого действия. Нагрев материала в печах косвенного действия происходит за счет тепла, выделяемого нагревательными элементами при прохождении по ним электрического тока. Печи косвенного нагрева являются установками напряжением до 1000 В и питаются в большинстве случаев от сетей 380 В промышленной частоты 50 Гц. Печи выпускаются одно- и трехфазными мощностью от единиц до нескольких тысяч киловатт. Коэффициент мощности в большинстве случаев равен 1. В печах прямого действия нагрев осуществляется теплом, выделяемым в
нагреваемом изделии при прохождении по нему электрического тока. Печи
выполняются одно- и трехфазными мощностью до 3000 кВт; питание
осуществляется током промышленной частоты 50 Гц от сетей 380/220 В или
через понижающие трансформаторы от сетей более высокого напряжения. 2. Печи и установки индукционного и диэлектрического нагрева подразделяются на плавильные печи и установки для закалки и сквозного нагрева диэлектриков Расплавление металла в инерционных печах осуществляется теплом, возникающим в нем при прохождении индукционного тока. Плавильные печи изготовляются со стальным сердечником и без него. Печи
с сердечником применяются для плавления цветных металлов и их сплавов. Печи выпускаются мощностью до 4500 кВА, коэффициент мощности их очень низок: от 0,05 то 0,25. Все плавильные печи относятся к приемникам электрической энергии 2-й категории. Установки для закалки и сквозного нагрева в зависимости от назначения питаются при частотах от 50 Гц до сотен килогерц. Питание установок повышенной и высокой частоты производится соответственно от тиристорных или машинных преобразователей индукторного типа и ламповых генераторов. Эти установки относятся к приемникам электрической энергии 2-й категории. В установках для нагрева диэлектриков нагреваемый материал помещается в
электрическое поле конденсатора и нагрев происходит за счет токов смещения. 3. Дуговые электрические печи по способу нагрева разделяются на печи прямого и косвенного действия. В печах прямого действия нагрев и расплавление металла осуществляются теплом, выделяемым электрической дугой, горящей между электродом и расплавляемым металлом. Дуговые печи прямого действия подразделяются на ряд типов, характерными из которых являются сталеплавильные и вакуумные. Сталеплавильные печи питаются током промышленной частоты напряжением Вакуумные дуговые печи выполняются мощностью до 2000 кВт. Питание осуществляется постоянным током напряжением 30—40 В. В качестве источников электрической энергии применяются электромашинные преобразователи и полупроводниковые выпрямители, включаемые в сеть переменного тока 50 Гц. Нагрев металла в печах косвенного действия осуществляется теплом,
выделяемым электрической дугой, горящей между •угольными электродами 4. Электрические печи со смешанным нагревом можно разделить на рудотермические и печи электрошлакового переплава. В рудотермических печах материал нагревается теплом, которое выделяется
при прохождении электрического тока по шихте и горении дуги. Печи
применяются для получения ферросплавов, корунда, выплавки чугуна, свинца,
возгонки фосфора, выплавки медного и медно-никелевого штейна. Питание
осуществляется током промышленной частоты через понижающие трансформаторы. В печах электрошлакового переплава нагрев осуществляется за счет тепла,
выделяющегося в шлаке при прохождении по нему тока. Расплавление шлака
производится теплом электрической дуги. Электрошлаковый переплав
применяется для получения высококачественных сталей и специальных сплавов. При электроснабжении цехов, имеющих вакуумные электрические печи всех типов, необходимо учитывать, что перерыв в питании вакуумных насосов приводит к аварии и браку дорогостоящей продукции. Эти печи следует отнести к приемникам электрической энергии 1-й категории. 6 Электросварочные установки Как приемники делятся на установки, работающие на переменном и постоянном токе. Технологически сварка делится на дуговую и контактную, по способу производства работ — на ручную и автоматическую. Электросварочные агрегаты постоянного тока состоят из двигателя переменного тока и сварочного генератора постоянного тока. При такой системе сварочная нагрузка распределяется по трем фазам в питающей сети переменного тока равномерно, но график ее остается переменным. Коэффициент мощности таких установок при номинальном режиме работы составляет 0,7—0,8; при холостом ходе коэффициент мощности снижается до 0,4. Среди сварочных агрегатов постоянного тока имеются и выпрямительные установки. Электросварочные установки переменного тока работают на промышленной
частоте переменного тока 50 Гц и представляют собой однофазную нагрузку в
виде сварочных трансформаторов для дуговой сварки и сварочных аппаратов
контактной сварки. Сварка на переменном токе дает однофазную нагрузку с
повторно-кратковременным режимом работы, неравномерной нагрузкой фаз и, как
правило, низким коэффициентом мощности (0,3—0,35 для дуговой и 0,4—0,7 для
контактной сварки). Сварочные установки питаются от сетей напряжением |
|