Раздел 2. Внутрицеховое электроснабжение

Тема 2.2. Понятие надежности электроснабжения и качестве электроэнергии

Надежность электроснабжения

Надежность системы электроснабжения и отдельных ее элементов зависит от самых разных факторов, определяемых как внутренними особенностями системы, так и воздействием внешних условий.

Отказы и другие характеристики надежности по своей физической природе носят случайный характер, поэтому при количественной оценке уровней надежности электроустановок или схем электроснабжения в современных условиях широко используют математический аппарат теории вероятностей и математической статистики.

В зависимости от требуемой надежности электроснабжения электроприемники разделяют по правилам устройства электроустановок (ПУЭ) на три категории.

К первой категории относят электроприемники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологическою процесса, нарушение особо важных объектов промышленности и городского хозяйства. Электроприемниками первой категории являются сооружения с массовым скоплением людей (театры, стадионы, универмаги), электрифицированный транспорт (метрополитен, железные дороги), больницы, предприятия связи, высотные здания, группы городских потребителей с суммарной нагрузкой выше 10 000 кВ А, некоторые силовые установки (вращающиеся печи с дутьем). Они должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источ­ников питания, причем перерыв в электроснабжении допускается только на время автоматического ввода резервного питания, но не более чем на 1 мин.

Ко второй категории относят электроприемники, допускающие перерыв в электроснабжении (не более 30 мин), необходимый для включения резервного питания дежурным персоналом предприятия или выездной бригадой электроснабжающей организации. Электроприемниками второй категории являются ряд электроустановок промышленных предприятий, а также жилые дома с электроплитами, жилые дома высотой от 5 до 10 этажей с газовыми плитами, учебные заведения, лечебные и детские учреждения, силовые установки, допускающие переры­вы в электроснабжении без повреждения основного оборудования, группы городских потребителей с общей нагрузкой от 400 до 10 000 кВА.

К третьей категории относят все остальные электроприемники, для которых допустимы перерывы в электроснабжении на время ремонта поврежденного элемента системы электроснабжения, но не более одних суток.

Появление новых химических производств, высокопроизводительных металлургических агрегатов и ряда других электроприемников выдвигает необходимость распространения требований первой категории при проектировании на все большее число потребителей. При этом, чтобы избежать излишних затрат, целесообразно подразделить электроприемники, отнесенные к первой категории, т.е. выделить среди них такие, которые должны быть отнесены к наивысшей категории.

В связи с этим в практику проектирования введена еще одна группа электроприемников, так называемая «особая группа первой категории». К ней относят электроприемники, перерыв в электроснабжении которых угрожает жизни и здоровью людей, взрывом, пожаром, порчей основного технологического оборудования. Для этих электроприемников кроме двух основных источников питания должен предусматриваться третий независимый источник, достаточный для безаварийной остановки производства. В качестве таких источников могут быть использованы небольшие дизельные электростанции, аккумуляторные батареи и т.п.

Схемы электроснабжения

Сети напряжением до 1000 В осуществляют распределение электроэнергии внутри промышленных предприятий и установок и непосредственное питание большинства приемников электроэнергии. Схема сети определяется технологическим процессом производства, взаимным расположением источника питания подстанций и приемников электроэнергии и их единичной установленной мощностью.

К сетям напряжением до 1000 В, как и ко всякой электрической сети, предъявляют следующие требования. Они должны:

обеспечивать необходимую надежность электроснабжения;

быть удобными, простыми и безопасными в эксплуатации; требовать минимальных приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию;

удовлетворять условиям окружающей среды; обеспечивать применение индустриальных методов монтажа.

 

Схемы электрических сетей бывают радиальными, магистральными и смешанными.

Радиальные схемы (рис. 2.7) характеризуются тем, что от источника питания, например от распределительного щита 1, отходят линии, питающие непосредственно мощные приемники электроэнергии 2 или отдельные распределительные пункты 3, от которых по самостоятельным линиям питаются более мелкие приемники 2.

Примерами радиальных схем могут служить сети насосных или компрессорных станций, а такжесети взрыво- и пожароопасных помещений и установок. При ради­альных схемах используются изолированные провода и кабели.

Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность питания отдельных потребителей, так как при аварии отключается только поврежденная линия. Все потребители могут потерять питание только при повреждении на сборных шинах.

Радиальные схемы позволяют легче решать задачи автоматизации. Однако сети, построенные по таким схемам, требуют больших капитальных вложений из-за значительного расхода проводов и кабелей, большого количества защитной и коммутационной аппаратуры и обладают худшими экономическими показателями.

Магистральные схемы (рис. 2.8, а) находят наибольшее применение при равномерном распределении нагрузки от распределительных щитов 1 и при питании приемников электроэнергии 3 одного технологического агрегата или одного технологического процесса. Магистрали выполняют кабелями, проводами, шинопроводами и присоединяют к распределительным щитам 1 подстанции или непосредственно к трансформатору при схеме трансформатор — магистраль (рис. 2.8, б).

 

 

Рис. 2.8. Магистральные схемы сетей напряжением до 1000 В:

а — с сосредоточенными нагрузками; 0 — трансформатор — магистраль; 1 — распределительный щит; 2 — распре делительный пункт; 3 — приемники электроэнергии

Магистральная схема менее надежна, чем радиальная, поскольку при повреждении магистрали происходит отключение всех потребителей, присоединенных к ней. Применение резервирования по сети устраняет этот недостаток.

В отдельных случаях, когда требуется высокая степень надежности питания приемников электроэнергии, применяется двухстороннее питание магистральной линии.

В чистом виде радиальные и магистральные схемы применяются редко. Наибольшее распространение получили смешанные схемы, сочетающие в себе элементы магистральных и радиальных схем и позволяющие рациональнее использовать преимущества тех и других.

Для повышения надежности применяют схемы с взаимным резервированием, устройством перемычек между отдельными магистралями или соседними подстанциями при радиальном питании.

НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В

В сетях и установках напряжением до 1000 В возможны ненормальные режимы, связанные с увеличением тока (сверхтоком), к которому приводят перегрузки, самозапуск электродвигателей, короткое замыкание. Эти ненормальные режимы могут привести к повреждению электрических сетей и оборудования, созданию ситуаций, опасных для персонала. Поэтому сети и установки должны быть защищены от перегрузок и токов короткого замыкания

Основными аппаратами защиты сетей напряжением 380...660 В являются предохранители с плавкими вставками и автоматические воздушные выключатели. От них требуются кратчайшее время отключения и обеспечение селективности. Номинальные токи плавких вставок предохранителей и токи срабатывания расцепителей автоматических выключателей должны быть минимально возможными, но не приводящими к отключению цепи при пуске электродвигателей и кратковременных перегрузках.

Предохранители применяют в основном для защиты электроустановок от токов короткого замыкания. Предохранитель, например серии ПР (рис. 5.8, а) представляет собой аппарат, содержащий плавкую вставку 1, калиброванную на определенный ток и выполненную из легкоплавких материалов. Плавкие вставки предохранителей выдерживают ток на 30... 50% выше номинального в течение 1 ч и более. При токе, превышающем номинальный ток плавких вставок на 60... 100%, они плавятся за время меньше 1 ч. Для уменьшения времени перегорания плавкой вставки ее выполняют плоской с несколькими сужениями или в виде параллельно соединенных проволок с напаянными на них оловянными шариками.

Предохранитель и плавкую вставку характеризуют следующие показатели:

номинальное напряжение — напряжение, при котором предохранитель работает длительное время;

номинальный ток патрона — ток, на который рассчитаны токоведущие и контактные соединения патрона по условию длительного нагрева;

номинальный ток плавкой вставки — ток, который она выдерживает, не расплавляясь длительное время

разрывная способность, определяемая максимальным отключаемым током, при котором происходит перегорание плавкой вставки без опасного выброса пламени и без разрушения патрона;

времятоковая, или защитная, характеристика — зависимость времени  полного отключения цепи от отключаемого тока

 

 

Рис. 5.8. Предохранитель серии ПР

I — болтовой контакт; 2 — латунная втулка; 3 — плавкая вставка; 4 — фибровая трубка; 5 — латунный колпачок; 6 — медный контактный нож

 

К наиболее распространенным предохранителям, применяе­мым для защиты электроустановок напряжением до 1000 В (табл. 5.2), относятся ПР-2 — предохранитель разборный, НПН — насыпной предохранитель неразборный, ПН-2 — предохранитель насыпной разборный.

По конструктивному исполнению предохранители можно раз­делить на две группы: с наполнителем (например ПН-2, НПН, ПП-17, ПП-18, наполненные мелкозернистым кварцевым песком); без наполнителя (например ПР-2).

Таблица 5.2. Технические характеристики предохранителей на напряжение до 1000 В Тип предо­храни­теля Номи­нальный ток патрона /„, А Номинальный ток плавкой вставки /„, А Конструкция ПР-2 15 60 100 350 600 1000 6, 10, 15 15, 20, 25, 35, 45, 60 60, 80, 100 200, 225, 260. 300, 350 350, 430, 500, 600 600, 700, 850, 1000 Трубчатый, с закрытым разборным патроном, без наполнителя, токо- ограничивающий НПН-2 15 60 6, 10, 15 15, 20, 25, 35, 45, 60 Трубчатый, с закрытым не разборным патро­ном, с наполнителем, безынерционный ПН-2 100 400 600 1000 30, 40, 50, 60, 80, 100 200, 250, 300, 350, 400 300, 400, 500, 600 500, 600, 750, 800, 1000 Трубчатый, с разбор­ным патроном, с на­полнителем безынерци­онный ПНБ-3 100 300 500 63, 100 250, 300 400, 500 Трубчатый, с закрытым патроном, с наполни­телем, быстродейству­ющий ПНБ-5 100 250 400 600 40, 63, 100 160, 250 300, 400 500, 600 Тоже

 

В предохранителях без наполнителя с закрытыми разборными патронами из фибры дуга гасится газами, образующимися при разложении фибры во время горения дуги. Электрическая дуга при перегорании плавкой вставки предохранителей с наполнителем из кварцевого песка разветвляется между его зернами и охлаждается вследствие интенсивной отдачи теплоты наполнителю, что значительно сокращает время ее горения.

Плавкие предохранители выбирают по номинальному току плавкой вставки I_B. При этом должны быть выполнены следующие условия:

номинальный ток плавкой вставки должен быть не меньше максимального тока данной цепи в рабочем режиме, т.е.

I_B≥I_P

что предотвращает перегорание предохранителя при нормальном режиме работы;

плавкая вставка не должна перегорать во время пуска самого мощного электродвигателя, подключенного к данной цепи, т.е.

I_B≥I_пуск/К_п

 

где I_пуск — пусковой ток самого мощного из двигателей; К_п — коэффициент кратковременной перегрузки плавкой вставки, К_п = = 2,5 для двигателей, пускаемых без нагрузки, К_п = 2 для двигателей, пускаемых при наличии нагрузки на валу, и К_п = 1,6 для сварочных постов;

номинальный ток плавкой вставки должен быть не больше трехкратного значения длительно допускаемого (номинального) тока I_доп проводов защищаемой линии, т.е.

I_B≥3*Iдоп

Чтобы выполнить последнее условие, иногда приходится увеличить площадь сечения проводов линии.

При защите линии, от которой питаются двигатели и другие электропотребители,

I_B≥I_кр/2,5

где I_кр — кратковременный максимальный ток линии.

Этот ток определяется по формуле

I_кр=I_пуск+I`_р

где I`_р — расчетный ток линии без учета электродвигателя с наибольшим пусковым током.

Плавкую вставку подбирают по большему из токов, рассчитанных по двум первым условиям. При этом выбирают ближайшее большее стандартное значение номинальною тока вставки. Выбор плавких вставок проверяют по типовым времятоковым характеристикам, приведенным в справочниках

Автоматические выключатели, или автоматы, устройство одного из которых показано на рис. 5.10, применяют для защиты элементов сети от токов короткого замыкания и в качестве оперативных коммутационных аппаратов. Управление автоматами может быть ручным и дистанционным. Автоматы выпускают в одно-, двух- и трех- полюсном исполнении для сетей переменного и постоянного тока, выдвижными (с втычными контактами, расположенными с обратной стороны панели автомата) и невыдвижными (с передним присоединением). Расцепители автоматов бывают тепловыми (Т), электромагнитными (М) комбинированными (МТ), минимального напряжения, независимого питания.

Автомат характеризуют следующие показатели:

номинальное напряжение — максимальное напряжение постоянного или переменного тока, при котором автомат нормально работает;

номинальный ток автомата I_{н а} — максимальный длительный ток его главных контактов;

 

 

 

Рис. 5.10. Автоматический выключатель:

1 — дугогасительная решетка; 2, 5, 14 — элементы механизма свободного расцепителя; 3 — рукоятка; 4 — отключающая пружина; 6 — пружина; 7— собачка расцепителя; 8— термобиметаллический элемент; 9 — якорь электромагнита; 10— сердечник электромагнита; 11 — шинка расщепителей; 12 — гибкий проводник; 13 — ось; 15 — подвижный контакт; 16 — неподвижный контакт; 17 — шина; 18 — крышка; 19 — основание

 

ток срабатывания автомата I_ср.а — наименьший ток, при котором автомат отключает электрическую цепь;

предельный ток отключения I_пр.а — наибольший ток, который можно отключить автоматом;

номинальный ток расцепителя I_нр — максимальный длитель­ный ток, при котором расцепитель не срабатывает;

ток уставки расцепителя I_у — наименьший ток срабатывания расцепителя, на который тот настраивается;

ток установки мгновенного срабатывания электромагнитного расцепителя I_{у м}, называемый током отсечки.

В зависимости от наличия механизмов, регулирующих время срабатывания расцепителей, автоматы делят на неселективные с временем срабатывания 0,02...0,1 с, селективные с регулируемой выдержкой времени и токоограничивающие с временем срабатывания не более 0,005 с.

При выборе автоматов должны соблюдаться следующие условия: номинальный ток автомата I_н.а и ток уставки расцепителя I_у должны быть больше расчетного тока I_р, т.е.

I_н.а>I_р             I_у>I_р

ток уставки мгновенного срабатывания (отсечки) электромагнитного расцепителя I_{у м} принимается в зависимости от пикового тока линии I_пик

I_у.м≥1,25*I_пик

Для ответвления к одиночному электродвигателю

I_пик=I_к.р=I_пуск

где I_кр— ток уставки комбинированного расцепителя; I_пуск — пусковой ток электродвигателя.

Таблица 4.Данные автоматических выключателей

Тип выключателя	Номинальный ток, А		Ток отсечки Iотс/Iном.р
	выключателя	расцепителя Iном.р
ВА51-25	25	0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10; 12,5; 16; 20; 25	10
ВА52-31	100	16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100	10
ВА52-33	160	80; 100; 125; 160	10
ВА51-35	250	100; 125; 160; 200; 250	12
ВА51-37	400	250; 320; 400	10
ВА51-39	630	400; 500; 630	10
ВА53-39	630	160; 250; 400; 630	2; 3; 5; 7; 10
ВА53-41	1000	630; 800; 1000	2; 3; 5; 7
ВА53-43	1600	1000; 1250; 1600	2; 3; 5; 7
ВА75-54	2500	1600; 2000; 2500	2; 3; 5; 7
ВА75-47	4000	2500; 3200; 4000	2; 3; 5

 

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Все процессы в электрических системах можно охарактеризовать тремя параметрами: напряжением U, током I и активной мощностью Р. Но для удобства расчетов и учета применяют и другие параметры, в том числе реактивную мощность Q. Реактивная мощность идет на создание магнитного и электрического полей. Ин­дуктивная нагрузка рассматривается как потребитель реактивной мощности, а емкостная — как ее генератор.

В цепи постоянного тока существует только активная электрическая нагрузка. Мощность в этой цепи

Р = U*I

Для характеристики мощности цепи переменного тока требуется дополнительный показатель, отражающий сдвиг фаз тока и напряжения — угол φ (рис. 6.1, а).

Произведение показаний вольтметра и амперметра в цепи переменного тока называется полной мощностью S, для трехфазной цепи S =  U*I

Средняя за период переменного тока мощность называется активной мощностью Р=

На основании этих выражений полную мощность S можно представить как гипотенузу прямоугольного треугольника (рис. 6.1, б), один катет которого представляет собой активную мощность Р = S*соsφ, а другой — реактивную мощность Q = S*sinφ. Q названа мощностью по аналогии с активной мощностью Р. Из треуголь­ника мощностей получают следующие зависимости:

S=

cosφ = P/S; tgφ = Q/P

где cosφ — коэффициент мощности; tgφ — коэффициент реактивной мощности.

Таким образом, для характеристики мощности в цепи переменного тока введены понятия полной S, активной Р и реактивной Q мощностей и коэффициента мощности cosφ. Для расчета реактивной мощности удобней пользоваться не cosφ, a tgφ, так как расчетное значение реактивной мощности легко найти из выражения

Q_p=P_p*tgφ

Когда угол φ близок к нулю, подсчет Q_p дает меньшую погрешность, чем подсчет по формуле, в которую входит соsφ, так как в зоне малых углов φ изменение коэффициента мощности на 1 % приводит к изменению коэффициента реактивной мощности на 10%.

Работа машин и аппаратов переменного тока, основанная на принципе электромагнитной индукции, сопровождается процессом непрерывного изменения магнитного потока в их магнитопроводах и полях рассеяния. Поэтому подводимый к ним поток мощности должен содержать не только активную составляющую Р, но и реактивную составляющую индуктивного характера Q, необходимую для создания магнитных полей, без которых процессы преобразования энергии, тока и напряжения невозможны.

Передача значительной реактивной мощности в системе электроснабжения невыгодна по следующим основным причинам

1. Возникают дополнительные потери активной мощности во  всех элементах системы электроснабжения

2. Возникают дополнительные потери напряжения. Дополнительные потери напряжения приводят к снижению качества электроэнергии и дополнительным затратам на ввод средств регулирования напряжения.

3. Загрузка реактивной мощностью линий электропередачи и трансформаторов требует увеличения площади сечений проводов воздушных и кабельных линий, повышения номинальной мощности или числа трансформаторов подстанций и оборудования ячеек распределительных устройств.

Из сказанного следует, что технически и экономически целесообразно предусматривать дополнительные мероприятия по уменьшению передачи реактивной мощности, которые можно разделить на две группы:

1.снижение потребления реактивной мощности приемниками электроэнергии без применения компенсирующих устройств;

2. применение компенсирующих устройств.

Мероприятия первой группы должны рассматриваться в первую очередь, поскольку для их осуществления, как правило, не требуется значительных капитальных вложений. К таким мероприятиям относятся:

· упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования;

· замена малозагруженных двигателей двигателями меньшей мощности;

· понижение напряжения у двигателей, систематически работающих с малой загрузкой;

· ограничение продолжительности холостого хода двигателей;

· применение синхронных двигателей вместо асинхронных той же мощности в случаях, когда это возможно но условиям технологического процесса;

· повышение качества ремонта двигателей;

· замена и перестановка малозагруженных трансформаторов;

· отключение части трансформаторов в периоды снижения их нагрузки (например, в ночное время).

Мероприятия второй группы предусматривают установку специальных компенсирующих устройств (КУ) на предприятиях для выработки реактивной мощности в местах ее потребления. Примером КУ может быть конденсаторная батарея, подключаемая параллельно активно-индуктивной нагрузке, например асин­хронному двигателю. Подключение конденсатора С уменьшает угол сдвига фаз между током и напряжением нагрузки и соответственно повышает коэффициент мощности нагрузки.

Для стимулирования проведения мероприятий по компенсации реактивной мощности на действующих предприятиях Госэнергонадзором установлена шкала скидок и надбавок к тарифу на электроэнергию. Скидки и надбавки к тарифу определяются по таблице в зависимости от степени компенсации реактивной мощ­ности, которая оценивается коэффициентами

tgφ_э= Q_э/P_э.м;, tgφ_M= Q_м.ф/P_э.м,

где tgφ_э, tgφ_м — соответственно оптимальный и фактический коэффициенты реактивной мощности; Q_э — оптимальная реактивная нагрузка предприятия в часы максимума активной нагрузки, заданная энергосистемой на границе балансового раздела сетей системы и предприятия и зафиксированная в договоре на пользование электроэнергией, квар; Р_{м э} — заявленная предприятием активная мощность, участвующая в максимуме энергосистемы и зафиксированная в договоре на пользование электроэнергией, кВт; Q_м.ф — фактическая реактивная нагрузка предприятия, участвующая в максимуме энергосистемы, квар.

КОМПЕНСИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Для компенсации реактивной мощности используют батареи конденсаторов и синхронные машины, в том числе специальные синхронные компенсаторы.

Батареи конденсаторов (БК) — это специальные емкостные КУ, предназначенные для выработки реактивной мощности. В настоящее время выпускаются комплектные конденсаторные установки (ККУ) серии УК-0,38 напряжением 380 В мощностью 110...900 квар (табл. 6.1) и серии УК-6/10 мощностью 450... 1800 квар (табл. 6.2). Оборудование ККУ размещают в шкафах вместе с аппаратурой защиты, измерения и управления.

При отключении конденсаторы сохраняют напряжение остаточного заряда, представляющее опасность для персонала и затрудняющее работу выключателей. По условиям безопасности требуется применение разрядных устройств. В качестве разрядных устройств в ККУ на 6 (10) кВ применяют два однофазных заполненных маслом трансформатора напряжения НОМ. В ККУ на 380... 660 вместо НОМ для той же цели используют резисторы или лампы накаливания. При индивидуальной компенсации электроприемника разрядные сопротивления не требуются.

Таблица 6.1. Технические характеристики комплектных конденсаторных установок напряжением 380 В Марка Номинальная мощность, квар Число и мощность, квар. регулируемых ступеней УК-0,38-1 10 1 10 1x110 УК-0,38-220 220 2x110 УК-0,38-320 320 3x110 УК-0,38-430 430 4x110 УК-0,38-540 540 5x110 УК-0,38-150 150 1x150 УК-0,38-300 300 2x150 УК-0,38-450 450 3x150 УК-0,38-600 600 4x150 УК-0,38-900 900 6x150

Примечание. Для защиты и управления в установках используются пре дохранители ПН-2 и контакторы КТ-6000.

 

 

Таблица 6.2. Технические характеристики комплектных конденсаторных установок напряжением 6 (10) кВ Марка Номинальная мощность, квар Число и мощность, квар, регулируемых ступеней УК-6/10-450 450 — УК-6/10-675 675 — УК-6/10-900 900 — УК-6/10-1125 1125 — УК-6/1 ОН-900 900 1x900 УК-6/1 ОН-1350 1350 1x1350 УК-6/10Н-1800 1800 1x1800

Примечания: 1. В УК-6/10 на вводах установлены разъединители; в УК-6/10Н с автоматическим регулированием мощности — высоковольтные выключатели. 2. Установки комплектуют конденсаторами со встроенными раз рядными резисторами.

 

Измерение тока в цепи БК осуществляется тремя амперметрами (для контроля за целостью предохранителей и работой каждой фазы) и счетчиком реактивной энергии. Для автоматического отключения БК при повышении напряжения в данном узле сети сверх заданного значения и для включения при понижении напряжения предусматриваются специальные автоматические устройства.

Основной недостаток емкостных КУ заключается в том, что при понижении напряжения в сети они снижают выдачу реактивной мощности пропорционально квадрату снижения напряжения, в то время как требуется ее повышение. Регулирование мощности БК осуществляется только ступенями, а не плавно и требует установки дорогостоящей коммутационной аппаратуры.

Синхронные машины могут генерировать и потреблять реактивную мощность, т.е. оказывать на электрическую сеть воздействие, тождественное воздействию емкостной и индуктивной нагрузок. При перевозбуждении синхронной машины генерируется реактивная составляющая тока статора, значение которой растет при увеличении тока возбуждения. Перевозбужденная синхронная машина генерирует опережающий ток, подобно конденсатору.

В системах электроснабжения предприятий используются синхронные машины всех видов. Наиболее широкое применение находят синхронные двигатели (СД), которые используются в приводах производственных машин и механизмов, не требующих регулирования частоты вращения.

Синхронные генераторы (СГ) обладают, как и СД, плавным и автоматическим регулированием генерируемой реактивной мощности в функции напряжения сети. В отличие от СД передача реактивной мощности от СГ может осуществляться на значительное расстояние (даже от СГ собственных электростанций предприятий). Поэтому использование генераторов в качестве источников реактивной мощности ограничивается технико-экономическими условиями режима энергосистемы.

Синхронные компенсаторы (СК) представляют собой синхронные электрические машины, работающие в режиме двигателя без нагрузки на валу. Они предназначены специально для выработки реактивной мощности. Удельная стоимость выра­батываемой мощности, руб./квар, и удельные потери, кВт/Мвар, для СК значительно больше, чем для СД, так как удельные стоимость и потери целиком приходятся на реактивную мощность; кроме того, добавляются расходы на эксплуатацию СК. При большом дефиците реактивной мощности в точке подключения потребителей, когда требуется плавное и быстродействующее средство регулирования напряжения, оказывается выгодным ввод СК. При наличии резкопеременной реактивной нагрузки зона применения СК расширяется.

К недостаткам С К относятся:

· повышенные потери активной мощности; большие масса и вибрация, из-за чего СК необходимо устанавливать на массивных фундаментах;

· необходимость применения водородного или воздушного охлаждения с водяными охладителями;

· необходимость постоянного дежурства эксплуатационного персонала на подстанциях с синхронными компенсаторами;

· невозможность (в отличие от БК) наращивания мощности в процессе роста нагрузок.

РАЗДЕЛ 2. ВНУТРИЦЕХОВОЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

Тема 2.1. Общие вопросы о силовом и осветительном электрооборудовании промышленных предприятий

Приемником электроэнергии называют электрическую часть производственной установки, получающую электроэнергию от источника и преобразующую ее в механическую, тепловую, химическую, световую энергию, в энергию электростатического или электромагнитного поля.

Электропотребителем называют совокупность электроприемников производственных установок цеха, корпуса, предприятия, присоединенных с помощью электрических сетей к общему пункту электропитания.

Электрический привод — это электромеханическое устройство, предназначенное для приведения в движение механизмов или машин, в котором источником механической энергии служит электродвигатель. Электропривод состоит из преобразователя, электродвигателя или группы электродвигателей, передаточного, управляющего и рабочего органов.

Электротермические установки промышленных предприятий в зависимости от метода нагрева (сопротивления, дуговой, индукционный, электронный) делят на следующие группы: дуговые электропечи для плавки черных и цветных металлов, установки индукционного нагрева для плавки и термообработки металлов и сплавов, электрические печи сопротивления и электросварочные установки.

Электрохимические и электролизные установки (электролитические ванны для электролиза волы, 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. Электролитический процесс требует постоянства выпрямленного тока, для чего необходимо регулирование напряжения. Коэффициент мощности таких установок 0,8...0,9.

Установки электростатического поля применяют для создания направленного движения капель при электроокраске, улавливания твердых взвешенных частиц в газе с помощью электрофильтров (очистка дымовых газов), разделения смесей жидкости и газа, различающихся по размерам и электропроводности. Питание таких установок производится от сети напряжением 0,4 кВ, но внутри установки напряжение повышается. Мощность установки составляет сотни киловатт.

Преобразовательные установки служат для преобразования переменного тока промышленной частоты 50 Гц трехфазной системы в постоянный ток или переменный ток иной частоты. Такие установки используются для питания электродвигателей машин, работающих на постоянном токе, станций для зарядки аккумуляторов, сварочных установок постоянного тока, ручного электроинструмента, работающего на повышенной частоте, и других потребителей.

Еще одной группой приемников электроэнергии является ручной  электроинструмент: электродрели, электрогайковерты, электротруборезы, электросверлилки, электрорубанки, ручные электропилы, электромолотки, глубинные вибраторы и др. Они отличаются высоким КПД, относительно несложным уст­ройством, надежностью и простотой в эксплуатации. Номинальная мощность большинства ручных электроинструментов составляет от 0,27 до 1,5... 1,6 кВт.

Установки электроосвещения представляют собой однофазную электрическую нагрузку. При правильной их группировке можно получить равномерную нагрузку по фазам (с несимметрией до 10 %). Характер нагрузки изменяется в зависимости от времени суток, года и географического положения объекта. Частота тока общепромышленная — 50 Гц. Коэффициент мощности для ламп накаливания равен 1, для газоразрядных ламп — 0,6. Для осветительных установок применяют напряжение от 12 до 220 В. На тех предприятиях, где отключение освещения угрожает безопасности людей, применяют специальные системы аварийного освещения.