Главная | Обратная связь

Класифікація приймачів електричної енергії

 

Приймачі електричної енергії промислових підприємств та інших споживачів електричної енергії можна класифікувати за їх основними технічними показниками та різними ознаками, серед яких:

- рід струму;

- кількість фаз;

- частота змінного струму;

- номінальна напруга;

- номінальна потужність;

- споживання реактивної потужності;

- пусковий струм;

- ступінь симетрії фаз;

- лінійність електричних кіл приймачів;

- вимоги щодо якості електроенергії;

- режим роботи;

- стабільність розміщення;

- вимоги щодо надійності тощо.

 

1. За родом струму розрізняють електроприймачі змінного, постійного та імпульсного струмів. Сучасне електропостачання здійснюється практично повністю на змінному трифазному струмі промислової частоти й переважна більшість електроприймачів працює на змінному струмі. Електроприймачі постійного струму, серед яких значне поширення має електропривод постійного струму, мають індивідуальні перетворювачі змінного струму в постійний. Для цієї мети широко застосовуються керовані й некеровані напівпровідникові (найчастіше тиристорні) випрямлячі. Електроприймач постійного струму разом з перетворювачем (або ж сам перетворювач) розглядається вже як приймач змінного струму. Для живлення груп споживачів постійного струму (заводський, залізничний та міський електротранспорт, установки електролізу та інші електротехнології, деякі двигуни підіймально-транспортних та допоміжних механізмів, для яких необхідно здійснювати регулювання швидкості обертання тощо) споруджуються перетворювальні підстанції з напівпровідниковими випрямлячами або агрегатами типу двигун-генератор.

На імпульсному струмі працюють електроприймачі короткочасної дії, наприклад, машини контактного зварювання. Для них також використовують індивідуальні перетворювачі, а також пристрої енергонакопичення, наприклад, конденсатори. В цілому ці приймачі з перетворювачами й накопичувачами також розглядаються як електроприймачі змінного струму.

2. За кількістю фаз звичайні електроприймачі змінного струму поділяються на трифазні і однофазні і живляться вони, як правило, від трифазних мереж змінного струму, причому однофазні електроприймачі можуть підключатися між фазним і нульовим проводом, або між двома фазними. При іншій кількості фаз електроприймачі живляться від індивідуальних перетворювачів і в цілому можуть розглядатися як приймачі трифазного струму.

3. За частотою змінного струму розрізняють електроприймачі промислової, підвищеної та зниженої частоти.

Промисловою називають частоту, на який працюють генератори електростанцій, енергосистеми й електропостачальні системи, основна маса споживачів електроенергії. В Україні, в усіх європейських країнах і в багатьох країнах інших континентів використовується промислова частота 50 Гц. В Північній Америці, в більшості країн Південної Америки, Азії та деяких країнах Африки промислова частота дорівнює 60 Гц. Порівняння цих двох частот за різними показниками на основі довготривалого досвіду їх застосування показує, що системи з частотою 60 Гц мають певні переваги. Так, магнітний потік усіх електромагнітних апаратів (трансформаторів, двигунів змінного струму, дроселів тощо) однакової потужності на частоті 60 Гц, на 17% нижчий ніж на частоті 50 Гц. Відповідно, меншим буде переріз і маса магнітопровода, середня довжина витків обмоток, загальна матеріалоємність цих пристроїв, а відповідно і їх вартість. В той же час на 20% збільшується індуктивний опір, за рахунок більшого поверхневого ефекту дещо більшим, ніж на частоті 50 Гц, буде й активний опір, що зумовлює зростання втрат напруги й потужності в елементах мережі.

В 1930-х роках були проведені відповідні дослідження, які показали, що оптимальною частотою є частота біля 100 Гц. Але перехід на цю частоту сучасних систем вже практично неможливий, тому що це вимагало б дуже великих витрат.

Підвищеною називається будь-яка частота, більша від промислової. Серед цих частот розрізняють власне підвищену, наприклад 200¸400 Гц в переносному електроінструменті для зниження його маси; високу частоту, наприклад, 20 кГц застосовують для нагріву та плавлення металу, 20¸40кГц – для люмінесцентних ламп; до 100 кГц – в установках поверхневого загартовування; надвисоку частоту, наприклад 20 МГц застосовують для нагрівання напівпровідникових і діелектричних матеріалів (для висушування дерева, швидкої полімеризації клею, термічної обробки харчових продуктів тощо). В усіх випадках такі електроприймачі живляться від індивідуальних перетворювачів частоти.

Те ж стосується й електроприймачів зниженої частоти, меншої від промислової, наприклад, для деяких електротермічних установок, в яких зниження частоти необхідне для збільшення глибини проникнення електромагнітного поля у велику за габаритами деталь. Частота в таких установках лежить в межах від 1 до 25 Гц.

4. Номінальною напругою електроприймача називають напругу, яка позначена у паспорті або технічних даних заводом-виробником і забезпечує його нормальну роботу в мережі відповідної напруги. Розрізняють приймачі з номінальною напругою до 1000 В і понад 1000 В. В установках до 1000 В застосовують напругу 36, 42, 220, 380, 660 В трифазного змінного струму, а також 12, 24, 36, 48, 60, 110, 220 і 400 В – постійного струму.

В області напруг до 1000 В окремо виділений діапазон малих напруг, до яких відносять малу робочу напругу і малу напругу безпеки - до 42 В змінного струму і до 110 В постійного струму.

Для електричних мереж доцільно розрізняти низькі номінальні напруги (до 1000 В: 220/380 В, 380/660 В), середні (6, 10 та 35 кВ), високі (до 330 кВ включно) та надвисокі напруги (500 кВ і більше).

5. За номінальною (або встановленою) потужністю електроприймачі можна розрізняти як малої (до 1 кВт), середньої (до сотень кіловат), великої (декілька мегават) та надвеликої (десятки мегават) потужності. Такий розподіл є умовним і тому важко встановити конкретно межі тієї чи іншої групи. В той же час варто зауважити, що в певній мірі розподіл за потужністю корелюється з кількістю фаз та напругою, тобто до першої групи переважно відносять однофазні електроприймачі низької напруги, до другої – трифазні електроприймачі спочатку низької, а зі збільшенням потужності і середньої напруги, до третьої та четвертої – практично виключно трифазні електроприймачі середньої напруги.

При користуванні цим поняттям слід мати на увазі, що для різних електроприймачів номінальна потужність визначається по-різному. Так, для двигуна номінальна потужність (р_н) – це потужність на валу за номінальних умов, в тому числі і при номінальній тривалості ввімкнення (ТВ_н); в електротехнологічних вона дорівнює повній потужності (S_н), яка споживається в номінальному режимі з мережі; для перетворювачів (електромашинних і напівпровідникових) потужність нормується на виході; номінальна потужність світильників з лампами розжарення, як і світильників з розрядними лампами, це потужність яка вказана на лампах, тобто для розрядних ламп не враховуються втрати потужності в пускорегульованих пристроях.

У зв’язку з цим номінальні потужності різнохарактерних груп електроприймачів при необхідності додаються тільки після приведення їх до однакових умов визначення. Наприклад, номінальна потужність групи двигунів, призначених для різних повторно-короткочасних режимів, визначається як сума їх номінальних потужностей приведених до тривалого режиму роботи за формулою

, (2.1)

де р_пасп.і – номінальна паспортна (встановлена) потужність двигуна;

ТВ_пасп.і – номінальна паспортна тривалість увімкнення;

ТВ_і – розрахункова тривалість увімкнення.

 

6. За споживанням реактивної потужності електроприймачі або їх групи характеризуються коефіцієнтом потужності cosj = P/S або коефіцієнтом реактивної потужності tg j =Q/P.

Коефіцієнт потужності вважається високим при його значенні більше 0.9, середнім – при значеннях від 0.65 до 0.9 низьким – від 0.4 до 0.65 і особливо низьким при значенні менше від 0.4. Єдиний електроприймач, що може генерувати реактивну потужність – синхронний двигун, його коефіцієнт потужності називають ємнісним.

7. Пускові (або пікові) струми електроприймачів. Тривалість цих струмів необхідно знати для правильного вибору елементів електропостачання за пропускною здатністю, а також для розрахунків коливань напруги та стійкості вузлів навантажень. Ці струми вважають істотними, якщо їх врахування вимагає коректування параметрів будь-якого елемента електропостачальної системи (перерізу провідника; струму спрацювання захисту тощо), вибраного за умовами нормального режиму. Таку властивість мають перш за все пускові струми асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором, які перевищують номінальний струм в 5¸12 разів і тривають від часток секунди до кількох секунд, а іноді й до десятків секунд. Істотними можуть бути і пускові струми, що виникають в процесі запалювання розрядних ламп високого тиску (1.5¸2 кратний струм на протязі декількох хвилин). Особливі умови щодо системи свого електропостачання створюють дугові електропечі за рахунок значних кидків струму в деяких режимах роботи.

8. Ступінь симетрії електроприймачів визначає рівномірність навантаження фаз мережі та симетрію фазних напруг і впливає на втрати напруги і потужності. Більшість промислових силових електроприймачів симетричні. В певній мірі несиметричними можуть бути освітлювальні установки, де не завжди вдається розподілити однофазні світильники рівномірно, та забезпечити симетричний режим їх роботи; найбільші труднощі щодо симетрування навантаження створюють потужні однофазні електротехнологічні установки (однофазні електропечі, зварювальні агрегати тощо). Наявність несиметричного навантаження приводить до несиметрії напруг, наявність якої погіршує режими роботи інших електроприймачів та самої мережі.

9. Лінійність (або нелінійність) опорів електричних кіл електроприймачів є головною умовою збереження синусоїдальності форми напруги і струмів в мережі. Однак є багато електроприймачів, яким властиві нелінійні характеристики, що призводить до появи вищих гармонік струмів та напруг. Їх наявність негативно впливає на економічність роботи інших електроприймачів та елементів мережі, збільшуючи втрати напруги, потужності та електроенергії. Інколи це викликає значні радіозавади.

Найчастіше нелінійність характеристик електроприймачів обумовлена наявністю напівпровідникових електронних або електророзрядних, а також насичених феромагнітних елементів. Типовими прикладами цих елементів є напівпровідникові перетворювачі, феромагнітні регулятори, розрядні лампи, електродугові печі, зварювальні установки тощо. Ступінь нелінійності характеризується коефіцієнтом спотворення синусоїди кривої напруги та коефіцієнтами окремих гармонічних складових.

10. Вимоги щодо якості електроенергії в загальному плані вказані в нормативних документах (ГОСТ—13109-97), однак на різні електроприймачі по-різному впливають ті чи інші фактори, що характеризуються показниками якості електроенергії, до яких належать

- відхилення частоти та напруги;

- коливання напруги (їх розмах і частота появи); для систематичних коливань введено новий термін – флікер;

- симетрія напруг та синусоїдність форми кривих;

- провали та піки напруги тощо.

Окремі з цих факторів суттєво впливають на роботу двигунів (відхилення частоти і напруги, несиметрія і несинусоїдальність), а інші – на освітлення (відхилення та коливання напруги).

11. Режим роботи електроприймачів може бути тривалим, короткочасним, повторно-короткочасним або складним. Тривалий режим характеризується тим, що після увімкнення в роботу електроприймача температура його частин від якогось значення, близького до температури довколишнього середовища зростає до певного усталеного значення, а після вимкнення – зменшується до температури довкілля (рис.2.1,а).

Короткочасний режим роботи електроприймача характеризується тим, що температура його частин після увімкнення в роботу від температури довколишнього середовища зростає до певного значення, а після вимкнення – знижується до попереднього значення (рис 2.1, б).

В повторно-короткочасному режимі температура електроприймача не досягає усталеного значення після увімкнення та температури довколишнього середовища після вимкнення (рис.2.1,в). В усіх випадках температура не повинна перевищувати допустиму величину, характерну для даного типу обладнання або його ізоляції.

 

Рис.2.1. Температурні характеристики усталеного (а), короткочасного (б) та повторно-короткочасного (в) режимів роботи електроприймача.

 

На практиці часто режими роботи електроприймачів не є регулярними, тобто тривалість увімкненого стану і пауз, а також потужність за час увімкненого стану не є постійними. Такі режими характеризуються деякими середніми показниками.

12. За стабільністю розміщення розрізняють стаціонарні і нестаціонарні (рухомі, переносні тощо) електроприймачі. Перші з них живляться від стаціонарних елементів електричних мереж, другі вимагають застосування або гнучких елементів (наприклад, гнучких кабелів), або пристроїв тимчасового приєднання в різних місцях, або контактних провідників (наприклад, тролейних), рухомих або вмонтованих джерел живлення, що приводить до певного ускладнення електропостачальних систем.

13. Вимоги щодо надійності електропостачання можна звести до вказівок про допустиму тривалість аварійної перерви електропостачання та кількість незалежних джерел живлення. Згідно [2.1] всі електроприймачі поділяються на три категорії за надійністю електропостачання.

До І-ї категорії відносяться електроприймачі, перерва в електропостачанні яких може викликати: небезпеку для життя людей, значні збитки народному господарству, пошкодження коштовного обладнання, масовий брак продукції, розлад складного технологічного процесу, порушення функціювання особливо важливих елементів комунального господарства. До цих електроприймачів відносять, наприклад, сталеплавильні печі, обладнання металургійного виробництва, шахтні вентилятори та помпи, установки хімічної промисловості тощо. Електропостачання їх повинно забезпечуватись від двох незалежних джерел, що резервують одне одного. Перерва в електропостачання у випадку аварії на одному з них допускається на час автоматичного відновлення живлення.

Із складу І-ї категорії виділяють особливу групу електроприймачів, неперервна робота яких необхідна для безаварійної зупинки виробництва з метою запобігання загрози для життя людей, пожеж, вибухів, пошкодження коштовного основного обладнання. Серед електроприймачів І-ї категорії можуть зустрічатись відповідальні установки, які вимагають неперервного живлення (окремі ЕОМ, системи автоматизованого керування виробництвом, зв‘язку тощо). В цих випадках передбачаються автономні джерела, як правило, відносно невеликої потужності, або спеціальні накопичувачі енергії.

До ІІ-ї категорії відносять електроприймачі, перерва в електропостачанні яких може привести до масового недовідпуску продукції, масового простою робітників, механізмів і промислового транспорту, порушення нормальної діяльності значної кількості міських та сільських жителів. Ці електроприймачі також повинні живитися від двох незалежних джерел живлення, але тривалість аварійної перерви електропостачання допустима на час, необхідний для увімкнення резервного живлення діями чергового персоналу або виїзної оперативної бригади. Типовим прикладом таких електроприймачів можна вважати електроприймачі технологічного обладнання масового виробництва.

До ІІІ-ї категорії відносяться електроприймачі, які не належать до І-ї та ІІ-ї категорій. Це електроприймачі складів, ремонтних та допоміжних цехів підприємств, електропостачання їх може забезпечуватись від одного джерела за умови, що перерва в електропостачанні, яка необхідна для ремонту або заміни пошкодженого обладнання систем електропостачання, не перевищує одну добу.