Лекции по электроснабжению.

Тема:

Электроприёмники и классификация.

Содержание:

1	Электроприёмники. Классификация…………………………………………………….	1
2	Характерные приёмники электроэнергетики и особенности режимов их работы.......	4
3	Расчёт электрических нагрузок………………………………………………………….	6
4	Основные определения и обозначения………………………………………………….	7
5	Показатели, характеризующие графики нагрузок приёмников электроэнергии…….	10
6	Определение эффективного числа ЭП - nэ……………………………………………...	15
7	Характерные расчётные точки и методы расчёта нагрузок…………………………...	19
8	Электрические нагрузки сельскохозяйственных потребителей………………………	25

1. Электроприёмники. Классификация.

Системой электроснабжения (СЭС) называется: совокупность устройств для производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии. СЭС создаются для обеспечения питания э/э промышленных предприятий, городских, сельскохозяйственных и прочих потребителей. Задача электроснабжения потребителей возникла одновременно с широким внедрением электропривода в качестве движущей силы различных машин и механизмов, а также строительством электростанций.

В настоящее время большинство потребителей получают энергию от энергосистем. Большинство электростанций связаны друг с другом ЛЭП ВН. В тоже время на ряде предприятий имеются собственные ТЭЦ (ТЭЦ СЛПК).

Далее про типы станций (кратко), с/х приёмники- тепло (от котельных), э/э- ЭЭС или местные ЭС.

В общем энергетическом балансе страны доля энергии потребителей в промышленности и строительстве составляет более 70%. По этому именно эти потребители являются основными и для них разработаны специальные методики по определению основных электрических величин. При этом нельзя забывать о менее энергоёмких потребителях- которым может быть и с/х.

Вообще электроприёмником называют электрическую часть установки получающую электроэнергию от источника и преобразующую её в другие виды энергии: механическую, тепловую, химическую, световую и т.п.

ЭП делятся по роду тока на: - постоянный ток, - переменный ток и импульсный ток. Основные ЭП- это трёхфазный ток. Для питания групп приёмников постоянного тока сооружаются преобразовательные п/ст- (транспорт, ДПТ и т.п.)

2. Согласно ПУЭ электроустановки делятся на ЭУ до 1000 В и свыше 1000 В Соответственно и ЭП делятся на до 1000 В и свыше 1000 В. Как правило ЭУ до 1000 В- с глухо заземлённой нейтралью или изолированной- (при повышенных требованиях по электробезопастности).

3. По режиму нейтрали:

- с глухозаземлённой нейтралью (до 1000 В и 110 кВ и выше).

- с эффективно заземлённой через активные сопротивления: нейтралью

- с компенсированной индуктивностью нейтралью (обычно от 1 кВ до 35 кВ).

- изолированной нейтралью (от 1000 В и до 35 кВ).

4. Электроустановки как и ЭП делятся по величине токов к.з. на землю и на ЭУ с малыми токами до 500 А и большими свыше 500 А.

5. По частоте:

- приёмники промышленной частоты- их большинство.

- повышенной, до 10 кГц.

- пониженной, ниже 50 Гц.

- высокой, выше 10 кГц.

6. По сходству графиков нагрузок ЭП. Деление ЭП по сходству графиковпозволяет более точно находить суммарную электрическую нагрузку.

- приёмники, работающие в режиме продолжительно неизменной или мало меняющейся нагрузки. В этом режиме ЭП может работать продолжительное время без повышения температуры основных частей (например электродвигатель насоса, вентилятор, компрессор) см. рис.1.

РИС. 1

- приёмники, работающие в режиме кратковременной нагрузки. В этом режиме рабочий период машины незначителен, а период остановки длителен и позволяет машине охладиться до температуры окружающей среды (электродвигатели электроприводов вспомогательных механизмов, металлорежущих станков) см. рис.2.

РИС. 2

- приёмники, работающие в режиме повторно кратковременной нагрузки. В этом режиме кратковременные рабочие периоды чередуются с кратковременными периодами отключения. П-К режим характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ) и длительностью цикла t_ц. В таком режиме аппарат может работать с допустимой для нег ПВ неограниченное время, при этом температура отдельных частей приёмника не выйдет за пределы допустимых значений (электродвигатели кранов, сварочные аппараты) см. рис. 3.

РИС. 3

7. Кроме разделения потребителей по режимам работы следует учитывать симметричность нагрузки по фазам. Бывают симметричные приёмники (АД, СД, трёхфазные печи) и несимметричные (освещение, однофазные сварочные аппараты).

8. По надёжности электроснабжения- 3 (три) категории электроснабжения:

1^-Я – приёмники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей или значительный материальный ущерб, связанный с повреждением оборудования, браком продукции или расстройством технологического процесса.

2^-Я категория- приёмники, перерыв в электроснабжении которых связан с существенным недоотпуском продукции, простоем людей и механизмов.

3^-Я категория- приёмники, перерыв в электроснабжении которых приводит к ущербу соизмеримому по величине со стоимостью сооружения резервных источников питания

Особая группа- сверхответственные потребители- для них обязателен независимый ИП.

9. По величине пусковых токов различают ЭП с существенными и несущественными пусковыми токами. Существенные пусковые токи- когда их учёт приводит к коррекции параметров элементов СЭ, выбранных по токам нормального режима. В противном случае- несущественные пусковые токи. Как правило, существенные пусковые токи- токи АД с к.з. ротором превышающие номинальные в 4-7 раз и длящиеся от долей секунды до нескольких секунд. Здесь могут быть ещё и разрядные лампы (I_пуск=1,5÷2I_ном) и пусковые токи преобразователей. А вот в лампах накаливания (I_пуск=6I_ном) и конденсаторных батареях (I_пуск=20I_ном) пусковые токи не считаются существенными вследствие малой длительности процесса (несколько миллисекунд).

Важными характеристиками ЭП установленная мощность и коэффициент мощности. У различных ЭП номинальная мощность принимается по разному. У электродвигателей номинальная мощность равна мощности на валу при номинальной продолжительности включения; у электротехнологических установок – равна полной мощности потребляемой из сети; у ламп накаливания номинальная и потребляемая мощности совпадают. В связи с этим при определении установленной мощности ЭП номинальной мощности разнохарактерных потребителей приводятся к одинаковым условиям определения, и только затем суммируются.

Коэффициент мощности является отношением активной мощности к полной- cosφ и характеризует потребление реактивной мощности.

Характерные приёмники электроэнергетики

и особенности режимов их работы.

1. Силовые общепромышленные установки (компрессоры, вентиляторы, насосы и подъёмно-транспортные устройства). Двигатели компрессоров, вентиляторов и насосов работают примерно в одинаковом режиме (продолжительном и неизменном-НИ); U=0.22÷10 кВ. Питание ~ тока, 50 Гц. Перерыв в электроснабжении не допустим (шахты и т.п.). Создают симметричную равномерную нагрузку. Сosφ=0,8÷0,95 Подъёмно-транспортные устройства работают в ПК режиме. Характерны частые толчки нагрузки. Сosφ=0,3÷0,8 ~ ток 50 Гц или (-) постоянный ток.

2. Электрические осветительные установки. Однофазная нагрузка мощность не более 2 кВт. При правильной установке можно достичь не симметрии в 5÷10%. Ток ~ , 50 Гц сosφ для ламп накаливания =1, для газоразрядных ламп 0,6. Кратковременное отключение допустимо.

3. Преобразовательные установки служат для преобразования трёхфазного тока 50 Гц в (-) постоянный ток или в ток повышенной и пониженной частоты на территории какого- либо предприятия.

Преобразовательные установки делятся на:

а) полупроводниковые

б) с ртутными выпрямителями

в) с двигателями-генераторами

г) с механическими выпрямителями.

Они служат для питания двигателей машин и механизмов; электролизных ванн; электротранспорта; сварочных установок и др. Перерыв при электролизе допустим- связан только с недовыпуском продукции. На транспорте (подъёмники, лифты и т.п.) перерыв в электроснабжении недопустим. Преобразовательные установки для питания электрофильтров д 100-200 кВт имеют широкое применение для очистки газов. Сosφ=0,7÷0,8 U_Н за счёт трансформаторов до 110 кВ.

4. Электродвигатели производственных механизмов. Этот вид встречается практически на всех промышленных и с/х предприятиях. Мощность двигателей разработана от долей до сотен кВт. U=660-380/220 кВ, f=50 Гц. Бывают ДПТ (от преобразователя) сosφ в широких пределах. Как правило 2^-Я категория, иногда по условиям ТБ останов не допустим.

5. Электрические печи и электротермические установки. Делятся по способу превращения электроэнергии в тепловую на:

- печи сопротивления

- индукционные печи и установки

- дуговые электропечи

- печи со смешанным нагревом

Печи сопротивления бывают косвенного и прямого действия ~ ток 50 Гц 1,2 и 3^Х фазные, S до 2000 кВА сosφ=0,2÷0,8

Дуговые электропечи- разогрев металла и его плавления осуществляется теплом, выделяемым электродугой, горящей между электродом и расплавленным металлом. Как правило питаются током 50 Гц U от 6 до 110 кВ через повышающий трансформатор. Трёхфазные до 45000 кВА. сosφ=0,85÷0,9. По характеру работы – частые к.з. Ток к.з. в 2,5-3,5 раза превышают I_ном. Они приводят к снижению U_ном. Это сказывается на работе других ЭП, поэтому есть проблемы с электроснабжением. Мощность п/ст. должна как минимум в 2,5 раза превышать мощность печи

6. Электросварочные установки бывают на постоянном (-) и ~ токе. Электросварочные аппараты постоянного тока – это двигатель ~ тока и генератор (-) тока на одном валу.

Режим работы - симметричный сosφ=0,7÷0,8.

Электросварочные установки ~ тока f=50 Гц- однофазные режим ПК, нагрузка неравномерна, сosφ=0,3÷0,35.

Соотношение нагрузок ЭП в различных отраслях н/х.,

характерных для ПК.

Горнорудная промышленность – электродвигатели-90%

освещение- 5%

прочие- 5%

Нефтяная промышленность – электродвигатели-86%

освещение- 5%

прочие- 9%

Газовая промышленность – электродвигатели-97%

освещение- 2%

прочие- 1%

Коммунальнобытового хозяйства – электродвигатели-48%

освещение- 30%

эл. сварка- 1%

выпрямители- 2%

прочие- 17%

Сельское хозяйство – электродвигатели-38%

освещение- 44%

прочие- 18%

Расчёт электрических нагрузок

Правильное определение электрических нагрузок является основой рационального построения и эксплуатации систем электроснабжения любых объектов с/х и промышленных. Завышение расчётных нагрузок (планируемых) приводит к работе систем электроснабжения в недогруженном режиме, а значит и не экономичном. Занижение может привести к ненадёжному энергоснабжению.

Графики электрических нагрузок, их назначение и классификация

Электрическая нагрузка характеризует потребления электроэнергии отдельными электроприёмниками, группой приёмников в цехе (в с/х КРС, птицефабрикой), заводом в целом. При проектировании и эксплуатации СЭ основными являются три вида нагрузок: P, Q, и I. В условиях эксплуатации график P и Q строят по показаниям приборов (эл. счётчика) см рис. 4.

РИС. 4

Кривая изменения P, Q, и I во времени называется графиком нагрузки соответственно по P, Q, и I. Графики нагрузки бывают:

индивидуальные – p(t), q(t), i(t).

групповые – P(T), Q(T), I(T).

примерность – т.к

При проектировании СЭ – используются как правило групповые графики.

По продолжительности различают суточные и годовые графики нагрузок предприятия. Каждая отрасль промышленности имеет свой характерный график, определяемый технологическим процессом.

РИС. 5

Надо всегда помнить, что графики нагрузок не постоянны и изменяются при изменении технологического процесса (Пн, Вт,Ср, Чт, Пт, Сб, Вс).

Основные определения и обозначения

Номинальная мощность (установленная)- это мощность, обозначенная на заводской табличке или в паспорте двигателя, силового или специального трансформатора, на колбе или цоколе источника света.

Под Р_ном электродвигателя понимается, выраженная в кВт мощность, развиваемая двигателем нап валу при U_ном, а под номинальной мощностью других приёмников – потребляемая ими из сети в кВт при U=U_ном.

Паспортная мощность приёмников ПК режима приводится к номинальной длительной мощности при ПВ =100% по формулам:

- для электродвигателей:

- для обычных силовых трансформаторов:

- для специальных трансформаторов (сварка):

- коэффициент мощности при номинальной мощности (сварочного аппарата).

ПВ – относительная единица.

- для трансформаторов электропечей(сварка):

Групповая номинальная активная мощность – это ∑ номинальных активных мощностей (n) отдельных приёмников:

Под номинальной реактивной мощностью q_н – понимается реактивная мощность потребляемая приёмником из сети (знак +) или отдаваемая им в сеть (знак(-)) при номинальной активной мощности ипри номинальном напряжении (для СМ – ещё и токи возбуждения I_{в ном}).

Паспортная реактивная мощность приёмников ПКР приводится к длительному по формуле:

Групповая номинальная реактивная мощность – это алгебраическая сумма q_н и ЭП т.е :

Номинальные токи определяются аналогично:

или

Средняя нагрузка. Среднее значение изменяющейся величины является её основной статистической характеристикой, следовательно постоянные осреднённые нагрузки характеризуют графики переменных нагрузок. Именно средняя нагрузка всех приёмников электроэнергии даёт возможность ~ оценить нижний предел расчётной нагрузки.

В условиях эксплуатации р_с и q_с рассматриваются за определённый интервал (цикл, смена и т.п.) и определяются по показаниям счётчиков.

- для ЭП

- для группы ЭП

Важное место в расчётах нагрузок имеет средняя нагрузка за наиболее загруженную смену и среднегодовая нагрузка. Наиболее загруженной сменой является смена с наибольшим электропотреблением.

Среднегодовая нагрузка – отношение годового расхода э/э к годовому фонду рабочего времени:

Время Т_Г не следует путать с годовым числом использования максимума активной нагрузки:

(Р_М – максимальная нагрузка)

Максимальные нагрузки – максимальные значения : р_М, Р_М; q_М, Q_М; s_М, S_М; i_М, I_М за некоторый промежуток времени.

По продолжительности различают два вида максимальных нагрузок:

1) максимально кратковременные нагрузки (пиковые) длительностью 1-2 сек, необходимые для проверки колебаний напряжения в сетях, проверке сетей по условиям самозапуска ЭД, выбора плавкой вставки предохранителя, расчёта токов срабатывания МТЗ.

2) максимальные длительные нагрузки различной продолжительности (10, 15, 30, 60 мин) определяемые для выбора СЭ по нагреву и расчёта максимальных потерь мощности в них.

Расчётные нагрузки. Под расчётной нагрузкой по допустимому нагреву понимается такая длительная неизменная во времени нагрузка элемента СЭ (трансформатора, ЛЭП и т.п.), которая эквивалентна ожидаемой изменяющейся нагрузке по наиболее тяжёлому тепловому воздействию: максимальной температуре нагрева или тепловому износу изоляции. Именно поэтому различают:

- расчётную нагрузку по максимальной t^°С нагрева – т.е. такой ток (именно ток) который вызывает в проводнике тот же перегрев над окружающей температурой, что и заданная переменная нагрузка.

- расчётную нагрузку по тепловому износу изоляции – т.е. такую неизменную нагрузку (ток), которая вызывает в проводнике тот же самый максимальный перегрев, тепловой износ изоляции, что и заданная переменная нагрузка.

Необходимо отметить, что эффекты нагрева – обуславливает ток, в расчётах же используют Р_расч . Следует всегда иметь в виду, что , а сosφ – var, поэтому есть некоторые допущения, и всегда в расчётах берут повышенный сosφ.

Нагрев проводника является результатом воздействия на него нагрузки за некоторый период времени, поэтому средняя нагрузка за интервал времени Т более точно характеризует нагрев проводника, чем наибольшая пиковая нагрузка. Проблема, - каким выбрать этот период Т. За, смену пиковых нагрузок множество и проводник нагреваясь – остывает.

Существует оптимальная длительность интервала осреднения Т_оср, при которой среднеквадратичная нагрузка: при прочих равных условиях будет более точно характеризовать изменения нагрева проводника. Оптимальная длительность интервала осреднения Т_оср принимается трём постоянным времени нагрева проводника.

РИС. 6

Т_оср=3 Т_о. Именно в этом случае перегрев проводника достигает 95% установившегося значения, затем падает. Чем меньше сечение, тем меньше и Т_о и Т_оср

Например: (см. таб 1)

Таблица - 1

Сечение токоведущей жилы, мм2	Напряжение, кВ	Кабели				Провода (возд)
		В воздухе		В земле		t0. мин	tоср, мин
		t0. мин	tоср, мин	t0. мин	tоср, мин
35-70	1	20	60	30	90	10	30
150-185	1	40	120	50	150	20	60
25-35	10	20	60	-	-	-	-
150-185	10	50	150	-	3	-	-

Наибольшая из средних нагрузок за интервал времени Т_оср=3 Т_о принимается в качестве расчётной нагрузки

В системах электроснабжения именно по этой величине (по условию нагрева) выбирается вся аппаратура – кабели, трансформаторы и т.п. По тепловому износу изоляции не используются т.к. нет информации у заводов изготовителей о числовых характеристиках устойчивости изоляции проводников по тепловому износу.

Показатели, характеризующие графики нагрузок

приёмников электроэнергии

При расчётах нагрузок применяются некоторые безразмерные показатели (коэффициенты) графиков нагрузок, характеризующие режимы работы приёмников электроэнергии по мощности или во времени.

1. Коэффициент использования активной мощности является основным показателем для расчёта нагрузки.

Коэффициент использования активной мощности приёмника k_и.а. или группы приёмников К_и.а. называют отношение средней активной мощности ЭП (или группы) к её номинальному значению.

Этот коэффициент как и средняя нагрузка относятся, как правило, к смене с наибольшей загрузкой.

2. Коэффициент включения – есть отношение продолжительности включения ЭП в цикле t_в ко всей продолжительности цикла t_ц.

ЭП:

Группы:

РИС. 7

3. Коэффициентом загрузки по активной мощности приёмника – называют отношение фактически потребляемой им активной мощности, т.е. его средней нагрузки за время включения t_ц к его номинальной мощности.

Групповым коэффициентом загрузки К_з.а называют отношения:

Коэффициент загрузки, как и коэффициент включения, связан непосредственно с технологическим процессом и изменяется с изменением режима работы.

Для графика изображённого ранее:

,

что показывает степень использования мощности ЭП за рабочее время, т.е. за время его включения.