Шпаргалка по "Энергосиловое оборудование"

     1 Потребители электрической  энергии и электроприемники  промышленных предприятий

     При выборе схемы электроснабжения предприятия  учитывают его технологическое назначение и электрическую мощность, величину потребления электроэнергии, напряжение, генеральный план и условия на присоединение предприятия как потребителя. По получении заявки от предприятия (инвестора) или по его поручению от проектной организации энергоснабжающая организация (энергосистема) выдает технические условия на технологическое присоединение электроустановок потребителей. В технических условиях указываются: точки присоединения (подстанция, электростанция или линия электропередачи); номера РУ, секций и ячеек; напряжение, на котором должны быть выполнены питающие линии; отклонения напряжения в режимах максимальной и минимальной нагрузок потребителя (обеспечиваемые энергоснабжающей организацией в точке присоединения потребителя к сети); допустимое влияние потребителя на качество электроэнергии по каждому показателю и требования к контролю показателей качества электрической энергии; границы балансовой принадлежности и эксплуатационной ответственности; требования по усилению существующей сети; расчетные значения токов короткого замыкания, требования к релейной защите, автоматике, связи, изоляции и защите от перенапряжения; рекомендации по потреблению реактивной мощности и энергии и режимам работы компенсирующих устройств; требования к коммерческому учету электроэнергии и к ее качеству; характеристики сети энергосистемы в точке присоединения потребителя, необходимые для выбора типа и мощности средств повышения качества электроэнергии; требования к регулированию суточного графика нагрузки потребителя; специфические требования к электроустановкам потребителей; требования к разработке решений по организации эксплуатации электроустановок.

     Главным показателем для отдельных электроприемников  является их номинальная мощность. Для электродвигателей номинальные мощности выражаются в киловаттах (кВт). Номинальной (установленной) мощностью плавильных электропечей и сварочных установок является мощность питающих их трансформаторов, выраженная в киловольт-амперах (кВ·А). Это же относится и к трансформаторам, включая трансформаторы преобразовательных и выпрямительных агрегатов. Для электроприемников, работающих в повторно-кратковременном режиме, за номинальную принимается мощность, приведенная к продолжительному режиму.

  Согласно  ПУЭ, электротехнические установки, производящие, преобразующие, распределяющие и потребляющие электроэнергию, подразделяют 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 выполняют как с глухозаземленной, так и с изолированной нейтралью, а установки постоянного тока—с глухозаземленной и изолированной нулевой точкой. Электроустановки напряжением выше 1 кВ подразделяют на установки: 1) с изолированной нейтралью (напряжением до 35 кВ); 2) с компенсированной нейтралью, включенной на землю через индуктивное сопротивление для компенсации емкостных токов (для сетей до 35 кВ и редко ПО кВ); 3) с глухозаземленной нейтралью (ПО кВ и выше).

  1-я  категория — потребители электроэнергии, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функций особо важных элементов городского хозяйства;

  2-я  категория — потребители электроэнергии, перерыв в электроснабжении которых связан с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов, технологического оборудования и промышленного транспорта, нарушением нормальной жизнедеятельности значительного количества людей;

  3-я  категория — все остальные  потребители электроэнергии, не подходящие под определения потребителей 1-й и 2-й категории 
 

     2 Параметры электропотребления  промышленных предприятий 

     Цель  расчета электрических нагрузок — определение токов, протекающих  по токоведущим элементам, для выяснения  их допустимости по условиям нагрева элементов. Расчет электрических нагрузок проводится для определения величин затрат в системах электроснабжения промышленных предприятий.

     Температура нагрева проводников ограничивается условиями износа изоляции и работы самого элемента. Если бы токи в проводниках были неизменны, то расчет их сечений можно было бы производить, пользуясь допустимыми температурами перегрева. Для кабелей и проводов, например, она составляет 50-80 °С. Но меняющийся во времени ток вызывает изменение температуры проводников. Интерес представляет максимальная температура, которая может существовать некоторое время.

     Требование  т_уст < т_доп (установившаяся температура меньше допустимой), приводит к тому, что в паспорте оборудования (в каталожных данных) указывается: 1) номинальная мощность, при которой не произойдет перегрева (для трансформаторов, электродвигателей, генераторов); 2) допустимый ток, при котором не будет перегрева (для проводов, кабелей, реакторов).

     Расчетная величина электрических нагрузок Р_р определяет технические решения и указывает затраты на изготовление электротехнических изделий, на создание и развитие субъектов электроэнергетики, на построение и функционирование объектов электрики. Ожидаемые Р_р определяют электроснабжение всех уровней. Кроме определения сечений элементов системы электроснабжения по нагреву максимальная нагрузка Р_mах необходима для определения потерь и отклонений напряжения, максимальных потерь мощности и энергии в сетях, для выбора элементов электрических сетей по экономической плотности тока, для определения тока трогания релейной защиты, для выбора плавких предохранителей и уставок выключателей, для проверки самозапуска электродвигателей, колебаний напряжения в сетях и в других случаях, когда необходимо рассчитать элементы электрической сети или их режимы с учетом законов Максвелла.

     Заявленный  максимум не передается по конкретному  проводу, не трансформируется одним трансформатором, не отключается одним выключателем: физически нет тока, соответствующего расчетной мощности Р_р. Положение усложняется, если учитывать максимальную электрическую нагрузку: 1) в утренние и вечерние часы (Р_у(тах) и Р_в(тах))', 2) ночную; 3) превышающую заявленную и лимит (который может быть разрешен, если есть резерв у субъектов электроэнергетики);  
4) соответствующую проектной технологической производительности; 5) согласованную с энергоснабжающей организацией для подключения; 6) перспективную проектную нагрузку; 7) при осуществлении регулирования режима электропотребления (управление потребителями-регуляторами) и др.

     Таким образом, при решении вопросов электроснабжения определяющей является расчетная электрическая  нагрузка, равная получасовому максимуму  Р_тах. Этот максимум можно находить по данным конкретных электроприемников и применять для расчетов электрических сетей и их элементов. Но его можно рассчитывать и с учетом системных свойств предприятия, устойчивости развития и ценологической устойчивости структуры. Такой Р_тах нужен при выборе схем электроснабжения предприятий, производств и цехов, определении объемов их электропотребления. 
 
 
 

     3 Определение расчетного  и договорного  максимумов электрических  нагрузок 

     Правильное  и своевременное определение  расчетных (максимальных Р_тах = Р_р) нагрузок методологически не отличается от расчета других параметров электропотребления или от определения ресурсов, необходимых для построения, функционирования и развития электрического хозяйства. Однако при расчете Р_тах = Р_р требуется высокий профессионализм, позволяющий опереться на прошлые знания и опыт, оценить текущее состояние, увидеть перспективу, включая прогноз параметров развития, ожидаемых инноваций и инвестиций.

     Сложная задача не может быть решена чисто математическим формализованным путем. Проблему определения расчетной нагрузки Р_тах = Р_р нельзя отнести к сложной, пока речь идет о нескольких электроприемниках с известными параметрами и режимами (любой уровень системы электроснабжения до 1 кВ, высоковольтные двигатели 3—10 кВ, дуговые печи и другие единичные электроприемники 35, 110 и даже 220 и 330 кВ). Но когда на объекте предполагается установить 100—300 электроприемников, а тем более, когда их ожидается 1,0—100 тыс. шт., когда суточные (часовые) режимы единично различны, а при годовом рассмотрении — не представимы с достаточной для инженерных расчетов точностью, с полным основанием можно говорить о сложной системе, свойства которой есть композиция вероятностных и ценологических ограничений.

     Приведем  три практических метода расчета:

     1 Если (в соответствии с представительным обследованием в промышленности) множество эксплуатируемых асинхронных двигателей до 100 кВт имеет максимальный коэффициент спроса К_с = 0,7 (по крупному заводу среднегодовой К_с близок к 0,2), то при выборе питающего кабеля шкафа для любой группы электроприемников, к нему присоединяемых, можно полагать Р_р = К_с·ΣР_у при К_с = 0,7 (или К_с = 0,8).

     2 Если из группы электроприемников, подключенных к одному источнику питания, три крупнейшие (остальные, более мелкие, по сумме номинальных мощностей не превышают 20 % от них), то Р_р = Р₁ + Р₂ + Р₃.

     3 Если объект по количеству электроприемников и их паспортам не определяем и является одновременно границей раздела, то необходимы знания об объектах-аналогах, крупнейших (технологических и иных) электроприемниках и их режимах.

     Надо  отметить, что основные положения  теории в последние десятилетия  не подтверждались фактами, статистически. Кроме того, во-первых, не учитывается ценологическое различие электроприемников, которое заключается в качественном различии режимов приемников одного наименования и назначения и в разнице на несколько порядков мощностей приемников (от 0,25 до 1000 кВт и более). Во-вторых, Р_тах связывают с нагрузкой линии, что для средних и крупных предприятий не имеет смысла, так как и в проектах, договорах и в экономических расчетах при нормировании Рр связывается не с вводами (их всегда не один, а может быть и десяток), а с потребителем (объектом) в целом. В-третьих, поведение множества электроприемников во времени определяется слабыми связями и слабыми зависимостями (т. е. их нельзя считать независимыми), которые существуют между приемниками и с реализуемой технологией. 
 
 
 
 
 
 
 

     4 Основные требования  к системам электроснабжения 

     Исходные  данные, на основе которых разрабатывают  предварительную схему электроснабжения и делают запрос в энергосистему на выдачу технических условий, следующие: 1) технологические задания, требования и условия; 2) электрические ограничения и правила.

     Технологическое задание содержит общие сведения по производству (цеху), включая наименование, производительность, характеристику выпускаемой продукции, генеральный план (план цеха). Так как на любом предприятии цехов несколько и они технологически различны, то и технологические задания выдаются различными специалистами (отделами, организациями). Генплан объединяет их (план цеха, отделения, участка содержит вначале основную технологическую линию, агрегат, а затем дополняется установкой электроприемников всеми участниками проектирования). Наличие генплана и перечня цехов с их технологическими характеристиками позволяет приступить к разработке схемы.

     Существует  некоторая оценка принимаемых решений  по электроснабжению, зависящая от величины предприятия и определяющая требования к системе электроснабжения. Но величина предприятия, в данном случае, не есть понятие административное или технологическое (отраслевое): речь идет об электрической мощности. Действительно, при близкой численности работающих и площадей по генплану машиностроительный завод имеет электрическую мощность в 10 раз меньшую, чем алюминиевый. Мощности крупного молочного и крупного металлургического комбинатов различаются в 100 раз. Условно предприятия можно подразделять по установленной мощности Р_у электроприемников и по максимальной Р_тах на границе раздела. Предприятия подразделяют по значению Р_тах, так как она является определяющей при выдаче технических условий, выборе электрооборудования и проводников.

     Если  пренебречь отдаленностью предприятия от узла питания энергосистемы, возможностью сооружения потребителем собственных генерирующих мощностей, оперированием максимумом на разных напряжениях, то по величине расчетной (максимальной) мощности можно ориентировочно привести следующее деление предприятий: мини — от единиц до сотен киловатт, малые (мелкие) — до 3-5 МВт, средние до 10-30 МВт, крупные до 100-500 МВт и особо крупные — штучные гиганты с нагрузкой близкой к 1000 МВт.

 Качество  электрической энергии может  быть достигнуто: