Приемники и потребители электроэнергии
Приемником электрической энергии (электроприемником) называется аппарат, агрегат, механизм (электродвигатель, преобразователь, светильник и др.), предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии. (ПУЭ, п. 1.2.7)
Потребителем электрической энергии (ПУЭ 1.2.8) называется электроприемник или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории.
С позиции структурной иерархии к потребителям может быть отнесена совокупность электрических приемников (дом, поселок, завод и др.), получающих электропитание с шин подстанций того или иного напряжения. В ряде случаев в качестве потребителей рассматривают подстанции, от которых осуществляется электроснабжение жилого района, промышленного предприятия и других объектов.
Основная доля всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии 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.
Потребители (приемники) электрической энергии различаются по режиму работы, назначению, принципиальному исполнению, потребляемой мощности, частоте потребляемого тока, условиям работы, ответственности (категорийности), по требованиям к надежности электроснабжения.
Спрос потребителей характеризуется мощностью нагрузки (обычно применяется просто термин «нагрузка») и ее изменением во времени, т.е. графиками нагрузки потребителей P (t). Важной характеристикой является электропотребление на определенных интервалах времени (за сутки, месяц, год, несколько лет).
По режиму работы приемников электроэнергии обычно делят на три группы:
— приемники с неизменной (малоизменяющейся во времени) нагрузкой. В этом режиме электрическая машина или аппарат может работать продолжительное время без превышения температуры отдельных частей машин или аппарата выше допустимой. Примерами приемников, работающих в этом режиме, являются электродвигатели компрессоров, насосов, вентиляторов и т.п.;
— приемники, работающие с повторно-кратковременной (в том числе и с ударной) нагрузкой. В этом режиме кратковременные рабочие периодов машины или аппарата чередуются с кратковременными периодами отключения. В повторно-кратковременном режиме электрическая машина 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.
— приемники, работающие в режиме кратковременной нагрузкой. В этом режиме рабочий период машины или аппарата не на столько длителен, чтобы температура отдельных частей машины или аппарата могла достигнуть установившегося значения. Период остановки настолько длителен, что машина успевает охладиться до температуры окружающей среды. Примерами данной группы приемников являются электродвигатели электроприводов вспомогательных механизмов металлорежущих станков, гидравлических затворов и т.п.
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 и двухфазные печи, однофазные сварочные трансформаторы и т.п. в том случае, когда распределить их симметрично по фазам не удается.
По назначению приемники электроэнергии делят на пять групп:
1) Силовые общепромышленные установки. К этой группе приемников относятся компрессоры, вентиляторы, насосы и подъемно-транспортные устройства;
2) Электрические осветительные установки. Электрические светильники представляют собой однофазную нагрузку, однако благодаря незначительной мощности приемника в электрической сети при правильной группировке осветительных приборов можно достичь достаточно равномерной нагрузки по фазам;
3) Электропривод производственных механизмов. Этот вид приемников встречается на всех промышленных предприятиях. Для электропривода современных станков применяются все виды двигателей;
4) Электрические печи и электротермические установки по способу превращения электроэнергии в теплоту можно разделить на печи сопротивления; индукционные печи и установки; дуговые электрические печи, а также печи со смешанным нагревом;
5) Преобразовательные установки используются для преобразования трехфазного тока в постоянный или трехфазного тока промышленной частоты в трехфазный или однофазный ток пониженной, повышенной или высокой частоты.
Требования потребителей к СЭС
Электроприемники (потребители) определяют технические и экономические условия работы энергосистем. Известно, что в энергетике продукция не может складироваться. Режим производства и потребления совпадает по времени. Без информации о требованиях потребителей невозможно управлять технической деятельностью энергетических предприятий. Требуется глубокий экономический анализ потребителей для разработки продуктовой и ценовой стратегий на рынке электроэнергии и мощности. Только потребитель определяет, какой вид и объем продукции ему нужен и за что он готов платить. В коммерческих отношениях купли-продажи должны устанавливаться обоснованные тарифы на электрическую и тепловую энергии. Одной из важных составляющих задач управления режимами энергосистем является составление «досье» на потребителей. Информация из него позволит правильно определить товарно-денежные отношения.
Для правильного построения систем промышленного электроснабжения всех приемников необходимо учесть:
1) требования, предъявляемые действующими ПУЭ к надежности питания приемников;
2) данные о величине мощности и электроэнергии потребляемых приемниками;
3) режимы работы (продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный);
4) требования к качеству электроэнергии;
5) места расположения приемников электроэнергии, необходимо также выяснить стационарные они или передвижные.
Потребители энергии предъявляют к энергоснабжению следующие основные требования:
— обеспечение качества электрической энергии;
— обеспечение экономичности энергоснабжения;
— возможность дальнейшего развития.
Требование экономичности состоит в том, что приведенные затраты на строительство и эксплуатацию элементов СЭС должны быть минимальными.
Экономичность энергоснабжения зависит от цены товара (энергии) на рынке, который является регулятором цен. Цены зависят от затрат на производство энергии. Если затраты минимальные, то они обеспечивают предприятию-продавцу конкурентные преимущества по цене. При управлении режимами должны минимизироваться удельные расходы топлива на производство энергии, расход электроэнергии на собственные нужды, электроэнергии, теряемой в сетях при ее транспорте.
Если станции работают в системе, то показатели экономичности должны определяться с позиции их совместной работы и они не равны показателям при изолированной работе. Правильная оценка экономичности требует решения ряда режимных задач на основе методов оптимизации.
Электрическая цепь и ее составные части.
Продолжаю рассказ про "электричество"))). Материал мною взят из учебника по физике за 8 класс. Автор А.В. Перышкин. Издательство ДРОФА, Москва 2006.
§ 33. Электрическая цепь и ее составные части.
Для того чтобы использовать энергию электрического тока, нужно прежде всего иметь, источник тока.
Электродвигатели, лампы, плитки, всевозможные электробытовые приборы называют приемниками или потребителями электрической энергии.
Электрическую энергию нужно доставить к приемнику. Для этого приемник соединяют с источником электрической энергии проводами.
Условные обозначения, применяемые на схемах: 1 — гальванический элемент или аккумулятор, 2 — батарея элементов и аккумуляторов, 3 — соединение проводов. 4 — пересечение проводов (без соединения), 5 — зажимы для подключения какого-нибудь прибора, 6 — ключ, 7 — электрическая лампа, 8 — электрический звонок, 9 — резистор (проводник, имеющий определенное сопротивление), 10 — нагревательный элемент, 11 — плавкий предохранитель
Чтобы включать и выключать в нужное время приемники электрической энергии, применяют ключи, рубильники, кнопки, выключатели, т. е. замыкающие и размыкающие устройства.
Источник тока, приемники, замыкающие устройства, соединенные между собой проводами, составляют простейшую электрическую цепь.
Чтобы в цепи был ток, она должна быть замкнутой. т. е. состоять только из проводников электричества. Если в каком-нибудь месте провод оборвется, то ток в цепи прекратится. (На этом и основано действие выключателей.)
Чертежи, на которых изображены способы соединения электрических приборов в цепь, называют схемами. Приборы на схемах обозначают условными знаками (рис. 48). На рисунке 49 изображена схема простейшей электрической цепи.
1. Каково назначение источника тока в электрической цепи?
2. Какие приемники, или потребители, электрической энергии вы знаете?
8 класс
Для того чтобы использовать энергию электрического тока, нужно прежде всего иметь источник тока.
Электродвигатели, лампы, плитки, всевозможные электробытовые приборы называют приёмниками или потребителями электрической энергии.
Электрическую энергию нужно доставить к приёмнику. Для этого приёмник соединяют с источником электрической энергии проводами.
Чтобы включать и выключать в нужное время приёмники электрической энергии, применяют ключи, рубильники, кнопки, выключатели, т. е. замыкающие и размыкающие устройства.
Источник тока, приёмники, замыкающие устройства, соединённые между собой проводами, составляют простейшую электрическую цепь.
Чтобы в цепи был ток, она должна быть замкнутой, т. е. состоять только из проводников электричества. Если в каком-нибудь месте провод оборвётся, то ток в цепи прекратится. (На этом и основано действие выключателей.)
Чертежи, на которых изображены способы соединения электрических приборов в цепь, называют схемами. Приборы на схемах обозначают условными знаками (рис. 49).
На рисунке 50 изображена схема простейшей электрической цепи.
Вопросы:
1. Каково назначение источника тока в электрической цепи?
2. Какие приёмники, или потребители, электрической энергии вы знаете?
3. Из каких частей состоит электрическая цепь?
4. Какую электрическую цепь называют замкнутой; разомкнутой?
Упражнения:
Упражнение № 23
1. Начертите схему цепи, содержащей один гальванический элемент и два звонка, каждый из которых можно включать отдельно.
2. Придумайте схему соединения гальванического элемента, звонка и двух кнопок, расположенных так, чтобы можно было позвонить из двух разных мест.
3. На рисунке 51 дана схема соединения лампы и двух переключателей. Рассмотрите схему и подумайте, где можно применить такую проводку.
4. Нарисуйте схему цепи карманного фонаря (рис. 52) и назовите части этой цепи. Какие элементы фонаря отмечены цифрами?
Приемники электрической энергии
Все устройства для снабжения электрической энергией так называемых потребителей электроэнергии , или приемников электричества, носят название электрических установок. Каждая установка сострит из приборов, отдающих электрическую энергию (генераторы, источники электричества), приборов, ее потребляющих (приемники) и системы п роводов, связывающих генераторы с приемниками .
Приемником электрической энергии (электроприемником) называется аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии (в том числе электрическую, по с другими параметрами) для ее использования.
По технологическому назначению их классифицируют в зависимости от вида энергии, в который данный приемник преобразует электрическую энергию, в частности:
механизмы приводов машин и механизмов;
электротермические и электросиловые установки;
установки электроде астения;
установки электростатического и электромагнитного поля,
установки искровой обработки;
электронные и вычислительные машины;
устройства контроля и испытания изделий.
Потребителем электрической энергии называется электроприемник или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории.
Федеральный закон «Об энергетике» называет потребителем электрической и тепловой энергии лицо, приобретающее ее для собственных бытовых или производственных нужд, а субъектами электроэнергетики — «лиц, осуществляющих деятельность в сфере электроэнергетики, в том числе производство электрической и тепловой энергии, энергоснабжение потребителей» предоставление уснут по передаче электроэнергии, оперативно-диспетчерскому управлению в электроэнергетике, сбыт электроэнергии, организацию купли-продажи электроэнергии».
Классификация электроприемников по обеспечению надежности электроснабжения
В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники разделяются на следующие три категории:
Электроприемники I категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.
Из состава электроприемников I категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования.
Электроприемники II категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.
Электроприемники III категории – все остальные электроприемники, не подходящие под определения I и II категорий. Это приемники вспомогательных цехов, несерийного производства продукции и т.п.
Электроприемники I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. Для электроснабжения особой группы электроприемников I категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.
Для правильного установления категории электроприемников необходимо оценить вероятность аварии на участках системы электроснабжения, определить возможные последствия и материальный ущерб в результате этих аварий. При определении категории электроприемников не следует завышать категорию требуемой бесперебойности электроснабжения разных групп электроприемников. При отнесении электроприемников к первой категории учитывают технологический резерв, ко второй — сменность производства.
Классификация приемников электротехнической энергии
Потребители электрической энергии характеризуются по:
1. суммарной установленной мощности электроприёмников;
2. по принадлежности к отрасли промышленности (например сельское хозяйство);
3. по тарифной группе;
4. по категории энергетической службы.
Электротехнические установки, производящие, преобразующие, распределяющие и потребляющие электроэнергию, по уровню напряжения подразделяются на электроустановки напряжением выше 1 кВ и до 1 кВ (для электроустановок постоянного тока – до 1,5 кВ). Электроустановки напряжением до 1 кВ переменного тока выполняются с глухозаземленной нейтралью, а в условиях с повышенными требованиями к безопасности – с изолированной нейтралью (торфяные разработки, угольные шахты, передвижные электроустановки и т.п.).
Установки выше 1 кВ подразделяются на установки:
1) с изолированной нейтралью (напряжением 35 кВ и ниже);
2) с компенсированной нейтралью (включенной на землю через индуктивное сопротивление для компенсации емкостных токов), применяются для сетей напряжением до 35 кВ и редко 110 кВ;
3) с глухозаземленной нейтралью (напряжением 110 кВ и выше).
По роду тока все электроприемники, работающие от сети, можно разделить на электроприемники переменного тока промышленной частоты 50 Гц (в ряде стран используют 60 Гц), переменного тока повышенной или пониженной частоты, постоянного тока.
Большинство электроприемников промышленных потребителей электроэнергии работает на переменном трехфазном токе частотой 50 Гц.
Установки повышенной частоты применяют:
- для нагрева под закал, для штамповки металла, СВЧ-печи и т.п.;
- в технологиях, где нужна высокая скорость вращения электродвигателя (текстильная промышленность, деревообработка, переносной электроинструмент в авиастроении) и т.п.
Для получения частоты до 10 000 Гц применяют тиристорные преобразователи, для частоты свыше 10 000 Гц используют электронные генераторы.
Электроприемники пониженной частоты используются в транспортных устройствах, например для прокатных станов (f =16,6 Гц), в установках для перемешивания металла в печах (f = 0…25 Гц). Кроме того, пониженную частоту напряжения используют в индукционных нагревательных устройствах.
Опыт применения промышленной (50 Гц) и повышенной (60 Гц) частот подтвердил экономическую целесообразность частоты 60 Гц, а технико-экономические расчеты показали, что оптимальной следует считать частоту 100 Гц.
Характерные приёмники электроэнергии
Все приёмники электроэнергии характеризуются различными параметрами. При этом режимы их работы описываются ГЭН, поэтому с целью анализа режимов электропотребления используют характерные приёмники электроэнергии, представляющие собой группы электроприёмников, схожих по режимам работы и основным параметрам.
К характерным электроприёмникам относят следующие группы:
- Электродвигатели силовых и общепромышленных установок;
- Электродвигатели производственных станков;
- Электрические печи;
- Электротермические установки;
- Осветительные установки;
- Выпрямительные и преобразовательные установки.
Электроприемники постоянного тока
Постоянный ток применяют в гальваническом производстве (хромирование, никелирование и т.д.), для сварки на постоянном токе, для питания двигателей постоянного тока и т.п.
Исходя из перечисленных выше классификаций, наиболее сложную совокупность электроприемников представляет собой электропривод. Самым распространенным является асинхронный электропривод, характеризующийся значительным потреблением реактивной мощности, большими пусковыми токами и существенной чувствительностью к отклонениям напряжения сети от номинального.
В установках, не требующих регулирования скорости в процессе работы, применяются электроприводы переменного тока (асинхронные и синхронные двигатели). Нерегулируемые электродвигатели переменного тока – основной вид электроприемников в промышленности, на долю которых приходится около 70% суммарной мощности.
При выборе типа электродвигателя для нерегулируемого электропривода переменного тока часто руководствуются следующими соображениями:
- при напряжении до 1 кВ и мощности до 100 кВт чаще экономичнее применять асинхронные двигатели, а свыше 100 кВт – синхронные;
- при напряжении 6 кВ и мощности до 300 кВт – асинхронные двигатели, выше 300 кВт – синхронные;
- при напряжении 10 кВ и мощности до 400 кВт – асинхронные двигатели, выше 400 кВт – синхронные.
Асинхронные двигатели с фазным ротором применяются в мощных приводах с тяжелыми условиями пуска (в шахтных подъемниках и др.).
Электродвигатели таких общепромышленных установок как компрессоры, вентиляторы, насосы и подъемно-транспортные устройства в зависимости от номинальной мощности имеют напряжение питания 0,22 – 10 кВ. Номинальная мощность электродвигателей этих установок изменяется от долей киловатт до 800 кВт и более. Названные электроприемники относят, как правило, к I категории надежности электроснабжения. Например, отключение вентиляции в цехах химических производств требует эвакуации людей из помещений и, следовательно, остановки производства.
Преобразование электроэнергии переменного тока в постоянный требует затрат на установку преобразовательных агрегатов и аппаратуры управления, на строительство помещений для них, а также эксплуатационных расходов на их обслуживание и на потери электроэнергии. Поэтому стоимость системы электроснабжения и удельная стоимость электроэнергии на постоянном токе выше, чем на переменном. Двигатели постоянного тока стоят дороже, чем асинхронные и синхронные двигатели. Регулируемые приводы постоянного тока применяются в тех случаях, когда требуется быстрое, широкое и (или) плавное изменение частоты вращения.
Коэффициент мощности электроприемников
Важной характеристикой электроприемника является коэффициент мощности cos(фи). Коэффициент мощности является паспортной характеристикой, отражающей долю потребляемой активной мощности при номинальных нагрузке и напряжении. Номинальное значение cos(фи) электродвигателя зависит от его типа, номинальной мощности, частоты вращения и других характеристик. При эксплуатации электродвигателей их cos(фи) в основном зависит от загрузки.
Для электропривода крупных насосов, компрессоров и вентиляторов часто применяют синхронные двигатели, которые используются как дополнительные источники реактивной мощности в системе электроснабжения.
Из электротехнологических устройств наибольшие проблемы вызывают дуговые сталеплавильные печи из-за следующих причин:
- большой собственной мощности (до десятков мегаватт); нелинейности и обусловленного печным трансформатором низкого cos(фи);
- толчков активной и реактивной мощностей, возникающих во время работы;
- толчковых отклонений от симметричности фазовых нагрузок.
Аналогичные с дуговыми сталеплавильными печами проблемы имеют электросварочные установки переменного тока. Особенно низкий у них cos(фи).
Электрическое освещение также вызывает некоторые электросетевые проблемы, а именно: применяемые вместо ламп накаливания высокоэкономные разрядные лампы имеют нелинейную характеристику и чувствительны к кратковременным (доли секунд) перерывам электроснабжения. Однако эти проблемы в настоящее время решаемы за счет перевода ламп на высокочастотное питание через индивидуальные преобразователи частоты, что улучшает не только их светотехнические, но и энергетические параметры.
Источники света (лампы накаливания, люминесцентные, дуговые, ртутные, натриевые и др.) являются однофазными электроприемниками и для снижения несимметрии равномерно распределяются по фазам. Для ламп накаливания cos(фи) = 1, а для газоразрядных соs(фи) = 0,6.
К электроснабжению устройств управления и обработки информации предъявляются повышенные требования в отношении надежности и качества электроэнергии, поэтому они питаются, как правило, от источников гарантированного бесперебойного электроснабжения.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!