
Кафедра металлургических и электротехнических дисциплин
И.И. Чудинова
потребители электрической энергии
Курс лекций
Специальность: 140613 «Техническая эксплуатация и обслуживание
электрического и электромеханического оборудования»
2006
Автор:
преподаватель электротехнических дисциплин ____________ И.И. Чудинова
Рецензент:
преподаватель спец. дисциплин______________________Ю.В. Великий
. Рассматривается классификация промышленных потребителей электрической энергии , характеристика типовых потребителей, их влияние на работу электрической сети, взаимоотношение потребителей и энергосистемы. Курс лекций рассчитан на студентов среднего профессионального образования электротехнических специальностей.
Курс лекций рассмотрен и одобрен:
На заседании кафедры металлургических и электротехнических дисциплин
«___» ______________200 г., протокол №________
Зав. кафедрой. _____________ И.И. Чудинова
На заседании УМСС факультета МЭи АП «__» _________200 г., протокол №___
Председатель УМСС ________________Т.А. Чумакова
Содержание
Введение
|
4
|
Лекция 1 Введение Общие требования к качеству эл. энергии
|
5
|
Раздел 1 Потребители электроэнергии и электроприемники.
|
|
Лекция 2. 1.1 Классификация потребителей электрической энергии
|
7
|
Лекция 3. Тема 1.2 характеристика типовых электроприводов
|
11
|
Лекция 4. Тема 1.3 ручной электроинструмент
|
14
|
Лекция 5 Тема 1.4 Характеристика установок электроосвещения
|
16
|
Лекция 6 Тема 1.5 Характеристика электротермических установок
|
19
|
Лекция 7 Тема 1.6 Характеристика установок электрической сварки
|
26
|
|
|
Лекция 8. Тема 1.7 Использование электрической энергии в электрохимическом производстве
|
30
|
Лекция 9. Тема 1.8 Применение электрических полей в технологических процессах
|
33
|
Лекция 10. Тема 1.9 установки для электроэрозионной обработки. Промышленные лазеры
|
40
|
Раздел 2 эксплуатация электроустановок потребителей
|
|
Лекция 11. Тема 2.1 Организация взаимоотношений между энергосистемой и потребителями
|
44
|
Лекция 12. Тема 2.2 общие требования к эксплуатации электроустановок
|
45
|
Лекция 13. Тема 2.3 Управление электроэнергетическими системами
|
49
|
|
|
Список литературы
|
51
|
ВВЕДЕНИЕ
Курс лекций составлен в соответствии с учебным планом специальности 140613 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования и рабочей программой курса «потребители электрической энергии» для студентов среднего профессионального образования.
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.
знания, полученные в ходе изучения курса «Потребители электроэнергии» могут быть полезны при изучении специальных дисциплин «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования», «Энергосбережение и качество электроэнергии», а также при выполнении курсовых проектов по специальным дисциплинам и в ходе дипломного проектирования.
.
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.
Показатели качества электроэнергии во всем должны соответствовать требованиям ГОСТ 13109—97 «Нормы качества электрической энергии у ее приемников, присоединенных к электрическим сетям общего назначения», в котором подробно регламентированы нормативы качества и допустимые отступления. Мероприятия по обеспечению показателей качества электроэнергии, приведенные в ГОСТ 13109—97, должны решаться комплексно при проектировании электроснабжения, электропривода и электротермических установок. Они должны базироваться на
- 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.
Энергоснабжающая организация обязана поставлять предприятию электроэнергию на нормированном уровне напряжения и частоты во всех ситуациях, предусмотренных ГОСТ 13109—97. Промышленное предприятие обязано принимать меры, чтобы такие показатели качества электроэнергии, как колебание напряжения, несинусоидальность формы кривой напряжения, несимметрия напряжений, были в пределах нормированных величин, так как ухудшение этих показателей качества вызывается работой определенных видов электроприемников и практически не зависит от энергосистемы.
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*.
Раздел 1. Потребители электроэнергии
и электроприемники
Лекция 2. Тема 2.1 Классификация потребителей электрической энергии
1 Классификация
2 Графики электрических нагрузок, их классификация и формирование
3 Режимы работы потребителей электрической энергии и энергосилового оборудования промышленных предприятий
1 Классификация
Приемником электроэнергии — электроприемником, токоприемником — называют электрическую часть производственной установки, получающую электроэнергию от источника и преобразующую ее в механическую, тепловую, химическую, световую энергию, а также в энергию электростатического или электромагнитного поля.
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.
По технологическому назначению приемники электроэнергии классифицируют в зависимости от вида энергии, в который данный приемник преобразует электрическую энергию: электродвигатели приводов машин и механизмов; электротермические установки; электрохимические установки; установки электроосвещения; установки электростатического и электромагнитного поля, электрофильтры; устройства искровой обработки, устройства контроля и испытания изделий (рентгеновские аппараты, установки ультразвука и т. д.).
Электропотребителем называют совокупность электроприемников производственных установок цеха, корпуса, предприятия, присоединенных с помощью электрических сетей к общему пункту электропитания.
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.
Рисунок 1- Методы электрического нагрева
Электрохимические и электролизные установки (электролитические ванны для электролиза воды, растворов, расплавов цветных металлов; установки электрохимических процессов в газе; ванны для гальванических покрытий: омеднения, никелирования, хромирования, оцинкования и т. п.) работают на постоянном токе, который получают от преобразовательных подстанций,! выпрямляющих трехфазный переменный ток.
Установки электростатического поля применяют для создания направленного движения капель при выполнении, например, электроокраски, для улавливания твердых взвешенных частиц в газе с помощью электрофильтров (очистка дымовых газов), для разделения смесей жидкости и газа, различающихся по размерам и электропроводности.
Электросварочные установки. Технологически сварку делят на дуговую и контактную, по способу производства работ — на ручную и автоматическую.
Ручной электроинструмент. К этой группе приемников электроэнергии относят различные ручные механизированные электроинструменты: электродрели, электрогайковерты, электротруборезы, электросверлилки, электрорубанки, ручные электропилы, электромолотки, глубинные вибраторы и др.
2 Графики электрических нагрузок, их классификация и формирование
Графиком суточной нагрузки (суточного напряжения) называется вычерченная на бумаге самопишущим измерительным прибором или персоналом по показаниям измерительных приборов линия, характеризующая потребление активной и реактивной мощности за выбранный интервал времени в течении суток.
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.
3 Режимы работы потребителей электрической энергии и энергосилового оборудования промышленных предприятий
По режимам работы все потребители электроэнергии можно распределить на ряд групп, для которых предусматриваются три режима работы:
-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.
В продолжительном режиме работает большинство электродвигателей, обслуживающих основные технологические агрегаты и механизмы. Длительно, без отключения, от нескольких часов до нескольких смен подряд, с достаточно высокой, неизменной или мало меняющейся нагрузкой работают электроприводы вентиляторов, насосов, компрессоров, преобразователей, механизмов непрерывного транспорта и т.п. Длительно с переменной нагрузкой и кратковременными отключениями, за время которых электродвигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды, а длительность циклов превышает 10 минут, работают электродвигатели, обслуживающие станки холодной обработки металлов, деревообрабатывающие станки, специальные механизмы литейных цехов, молоты, прессы и ковочные машины кузнечнопрессовых цехов.
В кратковременном режиме работает подавляющее большинство электроприводов вспомогательных механизмов металлорежущих станков, а также механизмов открывания фрамуг, гидравлических затворов, всякого рода заслонок и т.п.
В повторно-кратковременном режиме работают электродвигатели мостовых кранов, тельферов, подъёмников и аналогичных им установок, вспомогательных и некоторых главных приводов прокатных цехов. К этой группе относятся и сварочные аппараты, работающие с постоянными большими бросками мощности.
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.
Лекция 3. Тема 1.2 характеристика типовых электроприводов
1 Структура электропривода
2 электропривод металлообрабатывающих станков
3 силовые установки общепромышленного назначения
1 Структура электропривода
Электропривод (рисунок 2) состоит из: преобразователя 1, электродвигателя или группы электродвигателей 2, передаточного 3, управляющего 4 и рабочего 5 ор ганов
.
Рисунок 2- Структурная схема электропривода
Электрическую энергию электропривод преобразует в механическую и обеспечивает управление преобразованной энергией в соответствии с технологическими требованиями к режимам работы механизма. В простейшем случае электропривод представляет собой двигатель, питаемый от сети и приводящий в движение с постоянной скоростью какой-либо механизм. Для включения двигателя в сеть применяют обычный магнитный пускатель, контактор, рубильник или пакетный выключатель.
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 Мт, развиваемый электродвигателем, в любой момент времени уравновешивается суммой момента статического сопротивления Мc и динамического (инерционного) момента МДИН,
(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 Мт>Мс, привод ускоряет свое движение, т. е. частота его вращения увеличивается;
-если Мт<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.
Достарыңызбен бөлісу: |