Рассмотрим характерные группы приемников электрической энергии промышленных предприятий.
1. Силовые общепромышленные установки. К этой группе приемников электрической энергии относятся компрессоры, вентиляторы, насосы, подъемно-транспортные устройства.
Двигатели компрессоров, насосов, вентиляторов работают в продолжительном режиме и в зависимости от мощности получают питание на напряжении от 220 В до 10 кВ током промышленной частоты 50 Гц. Мощность этих установок изменяется в широком диапазоне от долей единицы до тысяч кВт. В зависимости от назначения и места установки потребители этой группы по требуемой надежности электроснабжения могут относиться к I-й (чаще) или II-й категории. Например, прекращение электроснабжения насосной станции на металлургическом заводе может вывести из строя доменную печь и причинить крупные убытки. Отключение насосных станций во время тушения пожара вообще недопустимо.
Двигатели компрессоров, насосов, вентиляторов создают равномерную и симметричную нагрузку по трем фазам. Коэффициент мощности равен 0,8 – 0,85. Для электроприводов крупных электроприемников этой группы чаще всего применяют синхронные двигатели, работающие с опережающим коэффициентом мощности.
Подъемно-транспортные устройства (ПТУ) работают в повторно-кратковременном режиме и имеют коэффициент мощности, изменяющийся в более широких пределах от 0,3 до 0,8. Для питания ПТУ применяется как переменный (50 Гц), так и постоянный ток. По бесперебойности питания эти устройства относятся к потребителям I-й или II-й категорий в зависимости от места работы и вида установки.
2. Электропривод производственных механизмов – двигатели станков. Этот вид ЭП встречается на всех предприятиях. Для электропривода современных станков применяются все виды двигателей. Единичная мощность двигателей изменяется от долей до сотен кВт, на отдельных станках может быть и выше. В станках, где требуются высокие скорости вращения и регулирование скорости, применяются двигатели постоянного тока, получающие питание от выпрямителей постоянного тока.
Питание двигателей производственных механизмов осуществляется напряжением 660 – 380/220 В с частотой 50 Гц. Коэффициент мощности изменяется в широких пределах в зависимости от технологического процесса. По надежности питания эта группа потребителей относится, как правило, ко II-й категории.
3. Преобразовательные установки. Для преобразования переменного трехфазного тока в постоянный ток или трехфазного тока промышленной частоты 50 Гц в трехфазный или однофазный ток пониженной, повышенной или высокой частоты на промышленных предприятиях широко используют преобразовательные установки (ПУ). Чаще всего для этих целей используются полупроводниковые преобразовательные установки.
ПУ служат для питания двигателей ряда машин и механизмов, электролизных ванн, внутризаводского электрического транспорта, электрофильтров, сварочных установок постоянного тока и др. В зависимости от назначения ПУ имеют различные характеристики.
Режим работы электролизных установок (для получения электролитического алюминия, меди, свинца и др.) имеет достаточно равномерный и симметричный по фазам график нагрузки. Коэффициент мощности электролизных установок равен 0,85 – 0,9. Электролизные установки должны снабжаться электроэнергией, как приемники I-й категории (но допускающие кратковременные перерывы в питании). В преобразовательных установках переменный ток промышленной частоты напряжением 6 – 35 кВ преобразуется в постоянное напряжение 825 В.
ПУ для внутрипромышленного электрического транспорта (различные виды перемещения грузов) по мощности относительно невелики. Диапазон мощностей от сотен кВт до 2000 – 3000 кВт. Коэффициент мощности таких установок изменяется в пределах 0,7 – 0,8. Нагрузка на стороне переменного тока симметрична по фазам, но резко изменяется за счет пиков тока при работе тяговых двигателей. Питание преобразовательных установок производится током промышленной частоты напряжением 0,4 – 35 кВ. Данная группа электроприемников должна снабжаться электроэнергией как приемники I-й или и без сердечника..
4. Электрические осветительные установки представляют собой однофазную нагрузку, с единичной мощностью ЭП не более 2 кВт. Поэтому при правильной группировке осветительных приборов можно достичь сравнительно равномерной нагрузки по фазам (с несимметрией нагрузок не более 5 – 10%). Характер НГ равномерный, изменяющийся в зависимости от времени суток. Коэффициент мощности для ламп накаливания равен 1, для газоразрядных ламп – 0,6. Для осветительных установок предприятий применяется напряжение промышленной частоты величиной от 6 до 220 В.
5. Электротехнологические установки. К этой группе ЭП относятся электрические печи сопротивления, печи и установки индукционного и диэлектрического нагрева, дуговые электрические печи и печи со смешанным нагревом.
Печи сопротивления по способу нагрева делятся на печи косвенного нагрева и печи прямого нагрева. Печи косвенного нагрева получают питание, в основном, от сети 380 В промышленной частоты 50 Гц. Печи выпускаются однофазные и трехфазные мощностью от единиц кВт до нескольких тысяч кВт. Коэффициент мощности близок 1.
Печи прямого действия выполняются однофазными (чаще) и трехфазными мощностью до 3000 кВт. Питание этих печей осуществляется током промышленной частоты 50 Гц от сетей 380/220 В или через понижающие трансформаторы от сетей более высокого класса напряжения. Коэффициент мощности находится в интервале 0,7 – 0,9. Большинство печей сопротивления относятся к приемникам II-й категории по требуемой надежности электроснабжения, но отдельные установки могут относиться к потребителям I-й категории, в зависимости от назначения печи.
Печи и установки индукционного и диэлектрического нагрева подразделяются на плавильные печи и установки для закалки и сквозного нагрева диэлектриков.
Плавильные печи изготавливают со стальным сердечником и без сердечника. Печи для плавления цветных металлов и их сплавов имеют сердечник. Питание этих печей осуществляется током промышленной частоты 50 Гц напряжением 380 В и выше в зависимости от мощности печи. Печи выпускаются одно- двух- и трехфазные мощностью до 2000 кВт. Коэффициент мощности колеблется в пределах 0,2 – 0,8 в зависимости от расплавляемого металла.
Печи без сердечника применяют, чаще всего, для выплавки высококачественной стали, и реже – для цветных металлов. Питание их может осуществляться током промышленной частоты 50 Гц от сетей напряжением 380 В. И выше и током повышенной частоты 500 – 10000 Гц от тиристорных преобразователей.
Печи выпускаются мощностью до 4500 кВА, имеют очень низкий коэффициент мощности от 0,05 до 0,25. Все плавильные печи относятся к приемникам ЭЭ II-й категории по требуемой надежности электроснабжения.
Установки для закалки и сквозного нагрева в зависимости от назначения питаются при частотах от 50 Гц до сотен кГц от тиристорных преобразователей, ламповых генераторов. Эти установки относятся к потребителям второй категории.
Дуговые электрические печи (прямого и косвенного действия). Сталеплавильные печи (ДСП) – печи прямого нагрева питаются током промышленной частоты напряжением 6 – 110 кВ через понижающие трансформаторы. Печи трехфазного исполнения с единичной мощностью до 45000кВА. Коэффициент мощности составляет 0,85 – 0,9. Печи работают в режиме эксплуатационного короткого замыкания, что вызывает снижение напряжения на шинах подстанции. Последнее отрицательно сказывается на работе других ЭП, поэтому совместная работа ДСП и других ЭП допустима только в случае, если суммарная мощность печей не превышает 40% мощности понизительной подстанции, а при питании от маломощной системы 15 – 20%.
Электрические печи со смешанным нагревом (руднотермические печи для получения фосфора корунда, медного штейна и др. продуктов). Процессы, протекающие в этих печах очень энергоемкие, поэтому мощность печей достигает 100 МВА. Коэффициент мощности 0,85 – 0,92. Печи относятся к потребителям второй категории.
6. Электросварочные установки как приемники электроэнергии делятся на установки, работающие на переменном и постоянном токе.
Электросварочные агрегаты постоянного тока состоят из двигателя переменного тока и сварочного генератора постоянного тока. Сварочная НГ такой установки распределяется равномерно по трем фазам питающей сети переменного тока, но график нагрузки остается переменным. Коэффициент мощности составляет 0,7 – 0,8 при номинальном режиме работы и снижается до 0,4 при холостом ходе установки. Среди сварочных агрегатов на постоянном токе используются и выпрямительные установки.
Электросварочные установки переменного тока представляют собой однофазную нагрузку в виде сварочных трансформаторов для дуговой сварки. Режим работы этих установок повторно-кратковременный с неравномерной нагрузкой по фазам и характеризуется низким коэффициентом мощности: 0,3 – 0,5 – для дуговой сварки и 0,4 – 0,7 – для контактной сварки. Сварочные установки питаются от сетей напряжением 380 – 220 В. По надежности питания сварочные установки относятся к приемникам второй категории.