Курс лекций Специальность: 140613 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования»

Председатель УМСС ________________Т.А. Чумакова

Предметом изучения дисциплины «Потребители электроэнергии» является электрооборудование производственных объектов, их технических характеристик и методов их воздействия на электрическую сеть.

Современное электрооборудование - это совокупности миллионов электрических машин, аппаратов, преобразователей и других устройств, которые используются во всех отраслях промышленности, сельского хозяйства, транспорте и в быту. Часто эти устройства связаны между собой электрически и механически таким образом, что они образуют сложнейшие электротехнические системы, в которых происходит преобразование энергии из одного вида в другие

Дисциплина базируется на знаниях, полученных студентами при изучении дисциплин:

• 
  электротехника ;
  
• 
  электроснабжение объектов;
  
• 
  Электрическое и электромеханическое оборудование и др.
  

.

Целью преподавания дисциплины «Потребители электроэнергии» является формирование знаний о типовом электрооборудовании производственных объектов:

-изучение воздействия основного электрооборудования производственных объектов на электрическую сеть;

-требования к электроснабжению характерных электроприемников;

- построение взаимоотношений между энергоснабжающей организацией и потребителями.

Курс лекций может быть полезен и для других специальностей электротехнического направления.

Лекция 1: ВВедение

Общие требования к качеству эл. энергии

Современное развитие электрооборудова­ния промышленных предприятий отличается большим распространением электроприемни­ков с неблагоприятными с точки зрения ра­боты системы электроснабжения характерис­тиками. Это обусловливается возросшими требованиями в области совершенствования и рационализации технологических процессов в промышленности и ставит трудные задачи при построении рациональной системы элект­роснабжения.

При проектировании элект­роснабжения необходимо прорабатывать ме­роприятия по нормализации рабочих режи­мов электрических сетей, питающих злектроприемники, работа которых неблагоприятно отражается на качестве электроэнергии и на рациональных режимах работы ЭП, например электропе­чей. Это необходимо по условиям работы дру­гих электроприемников, присоединенных к электрическим сетям той же системы элект­роснабжения. Прогресс в технологических процес­сах требует соответствующего приспособле­ния систем электроснабжения к новым усло­виям их работы. Необходимо предусматривать мероприятия и устройства, обеспечивающие надлежащее качество элект­роэнергии, установленное соответствующими стандартами, правилами устройства и прави­лами эксплуатации.

Для систем трехфазного тока качество электро­энергии характеризуется:

-отклонениями и ко­лебаниями напряжения и частоты от установ­ленных норм,

-несинусоидальностью формы кривой напряжения,

- смещением нейтрали

- несимметрией напряжений основ­ной частоты.

- рациональной технологии и режимах производства;

-правильном выборе типов и параметров электропривода и электропечей;

-на оптимальном решении системы электроснабежения в целом с учетом как энергетических, так и технологических факторов.

Электропромышленность должна обеспечи­вать поставку электротехнического оборудо­вания, не ухудшающего показатели качества электроэнергии в системах электроснабжения против нормированных значений.

Для обеспечения надлежащего качества электроэнергии в проектах в первую очередь следует предусматривать использование уст­ройств, необходимых также и по другим усло­виям, например для компенсации реактивной мощности и др.

Для этой цели в проектах должны преду­сматриваться устройства и приборы, необхо­димые для контроля качества электроэнергии и соответствия ее показателям, приведенным в ГОСТ 13109—97*.

Приемники электрической энергии промышленных предпри­ятий классифицируют 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.
По мощности и напряжению все потребители электроэнергии можно разделить на две группы:

- потребители большой мощности (80-100 кВт и выше) на напряжение 3-6-10 кВ, получающие питание непосредственно от сети 3-6-10 кВ. К этой группе относятся мощные печи сопротивления и дуговые печи для плавки черных и цветных металлов, питаемые через собственные трансформаторы;

- потребители малой и средней мощности (ниже 80-100 кВт), питание которых возможно и экономически целесообразно только на напряжение 380-660 В.

По роду тока все потребители электроэнергии можно разделить на три группы:

- работающие от сети переменного тока нормальной промышленной частоты (50 Гц);

- работающие от сети переменного тока повышенной или пониженной частоты;

- работающие от сети постоянного тока.

Основной род тока, на котором работают электроустановки промышленных предприятий, - переменный трёхфазный ток частотой 50 Гц.

По режимам работы все потребители электроэнергии можно распределить на ряд групп, для которых предусматривается три режима работы:

- продолжительный;

- кратковременный;

- повторно-кратковременный.

Электромеханическое устройство, предназначенное для элект­рификации и автоматизации производственных процессов назы­вают электрическим приводом.

Одним из главных электрифицированных потребителей явля­ется электропривод металлообрабатывающих станков: токарные; сверлильные и расточные; шлифовальные и полировальные; комбинированные; зубо- и резьбообрабатывающие; фрезерные; строгальные, долбежные и протяжные; разрезные; разные.

К силовым установкам общепромышленного назначения отно­сят

-подъемно-транспортные устройства,

-компрессоры,

-вентиля­торы

-насосы.
Электротермические приемники промышленных предприятий в соответствии с методами нагрева делят на следующие группы:

дуговые электропечи для плавки черных и цветных ме­таллов;

установки индукционного нагрева для сварки и термооб­работки металлов и сплавов;

электрические печи сопротивления и электросварочные установки.

Суточные графики нагрузок и напряжения позволяют произвести анализ режима работы электрооборудования и электрических сетей за истекшие сутки; расчет режима на предстоящие сутки; разработку мероприятий на будущее.

На суммарный график нагрузки энергосистемы оказывает влияние изменение длительности рабочего дня и рабочей недели. Энергосбыт своевременно извещает каждого потребителя и направляет ему бланки протоколов для записи показаний приборов.

Дежурный персонал электростанции в день составления суточных графиков производит запись: показаний активных и реактивных счетчиков установленных на линиях, питающих промышленные и коммунальные предприятия и организации; показания активных счетчиков, установленных на генераторах, связях, на собственных нуждах электростанций; активных и реактивных нагрузок по генераторам, токов статора и ротора; напряжений по отдельным системам шин и секциям генераторного напряжения, шин 35, 110, 220 кВ, а также шин от которых питаются линии потребителей; нагрузок в амперах, мегаваттах и мегаварах всех обмоток трансформаторов и т.д.

Электросетевые предприятия энергосистемы в день снятия суточных графиков производят записи: показаний активных и реактивных счетчиков, установленных на линиях, питающих промышленные и коммунальные предприятия и организации; показания активных счетчиков на линиях межсистемных связей, на хозяйственных нуждах подстанции; нагрузок линий всех обмоток трансформаторов, синхронных компенсаторов и линий межсистемных связей в амперах, мегаваттах и мегаварах, напряжений на шинах 35, 110, 220 кВ и выше, от которых питаются линии потребителей.

Суточные графики электрических нагрузок составляются в настоящее время, как правило, по разности показаний активных и реактивных электросчетчиков, записываемых ежечасно. Умножив разность последующего и предыдущего показаний на расчетный коэффициент счетчика, получают среднюю часовую нагрузку. Записывая показания счетчиков, необходимо отделять после запятой десятые и сотые доли и учитывать их при подсчете нагрузок. При наличии нескольких счетчиков предприятие заполняет суммарный протокол.

-продолжительный, при котором электрические машины могут работать длительное время, причем превышение температуры отдельных частей машины не выходит за пределы, устанавливаемые стандартом;

-кратковременный, при котором рабочий период не настолько длителен, чтобы температуры отдельных частей машины могли достигнуть установившегося значения, период же остановки машины настолько длителен, что машина успевает охладиться до температуры окружающей среды;

-повторно-кратковременный, при котором рабочие периоды чередуются с периодами пауз, а длительность всего цикла не превышает 10 минут. При этом нагрев не превосходит допустимого, а охлаждение не достигает температуры окружающей среды.

Самостоятельную группу электроприёмников составляют нагревательные аппараты и электропечи, работающие в продолжительном режиме с постоянной или мало меняющейся нагрузкой, и электрическое освещение, отличительной особенностью режима работы, которого является резкое изменение нагрузки почти от нуля до максимума в зависимости от времени суток и постоянство нагрузки во все время, когда освещение включено.

Рисунок 2- Структурная схема электропривода

В зависимости от способа пере­дачи энергии от двигателя к рабочим органам механизмов электроприводы бы­вают:

- групповые (один двигатель приводит в движение с помощью трансмиссий или передач группу рабочих машин или рабочих ор­ганов одной машины);

- индивидуальные (двигатель приводит в движе­ние только один рабочий орган машины); Электропривод центробежного насоса — индивидуальный. По сравнению с груп­повым индивидуальный привод позволя­ет упростить кинематическую схему рабо­чей машины. Иногда двигатель встраива-ют в механизм так, что он образует с рабочим органом единое целое

-многодвигательные (отдельные рабочие органы машины приводятся в движение самостоятельным двигателем через систему передачи).

Совокупность связанных между собой электромагнитных, электромеханических, полупроводниковых и подобных им элеме­нтов называют системой управления приводом.

Движение электропривода, как и всякого механизма, подчиня­ется законам динамики и определяется силами (моментами), действующими в этой системе. Вращающий момент М_т, раз­виваемый электродвигателем, в любой момент времени урав­новешивается суммой момента статического сопротивления М_c и динамического (инерционного) момента М_ДИН,

(1)

Это уравнение называют уравнением движения электроприво­да. Вращающий момент электродвигателя считают положитель­ным, если он направлен в сторону движения механизма, и от­рицательным, если он препятствует его движению. Последний называют тормозным моментом.

Статический момент, приложенный к валу двигателя, прояв­ляется в полезной работе, совершаемой механизмом, и работе сил трения. Динамический момент проявляется только во время переходных процессов, т. е. таких процессов, когда изменяются частота вращения электропривода и запас энергии движения в нем. Если вращающий момент электродвигателя и момент статического сопротивления системы находятся в состоянии динамического равновесия частота вращения электропривода не меняется. При нарушении равновесия между вращающим мо­ментом электродвигателя и моментом статического сопротивления частота вращения электродвигателя начинает изменяться:

-если М_т>М_с, привод ускоряет свое движение, т. е. частота его вращения увеличивается;

-если М_т<М„ то привод замедляет свое движение, т. е. частота его вращения снижается.

Величина дина­стического момента определяется разностью между вращающим моментом электродвигателя и моментом статического сопротив­ления.