Системы электроснабжения

Алгебра
Задачи

Сопромат

Физика
Реактор

По характеру преобразования электроэнергии электроприемники подразделяют на электроприводы, осветительные и облучательные установки, электротехнологические установки, цифровые технические системы.

Электроприводы – это электроприемники, преобразующие электрическую энергию в механическую. В зависимости от типа двигателя как непосредственного преобразователя электроэнергии различают асинхронный электропривод, синхронный электропривод и привод постоянного тока. Обобщенная структура электропривода как электроприемника представлена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Обобщенная структура электропривода

Аппаратура управления и защиты (АУЗ) реализует управление потоком электрической энергии и изменение ее параметров. Двигатель (Д) преобразует электрическую энергию в механическую, а передаточный механизм (ПМ) позволяет осуществить управление потоком механической энергии. Элемент R моделирует элементарную операцию технологического процесса, в которой совершается работа с использованием механической энергии, получаемой с помощью электропривода.

Осветительные и облучательные установки преобразуют электрическую энергию в лучистую различного спектра. Если это видимый спектр, то данные установки называют осветительными, которые используются для выполнения зрительных действий человека. Инфракрасные излучения характеризуются большой проникающей способностью в ткани и оказывают на них тепловое воздействие. Ультрафиолетовое излучение в основном используется как фактор бактерицидного воздействия на вредные микроорганизмы. Структура осветительных
и облучательных установок представлена на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Структура осветительных и облучательных установок

Пускорегулирующая аппаратура (ПРА) позволяет осуществить управление потоком электрической энергии, лампа (Л) преобразует ее в лучистую, а устройство управления (УУ) реализует управление потоком лучистой энергии. Элемент Р моделирует рабочую поверхность, которая подвержена воздействию лучистой энергии.

Электротехнологические установки преобразуют электрическую энергию главным образом в тепловую энергию различных параметров, а также химическую. Низкотемпературная тепловая энергия используется для обогрева, среднетемпературная – в процессе обработки металлических изделий, а высокотемпературная – для сварки и плавки. В це-лом в понятие «электротехнология» включают следующие технологические процессы:

– электротермические процессы, в которых используется превращение электроэнергии в тепловую энергию для нагрева материалов и изделий для изменения их свойств или формы, а также для их плавления или испарения;

– электросварочные процессы, в которых получаемая из электрической энергии тепловая энергия используется для быстрого местного нагрева тел с целью их «сваривания»;

– электрохимические методы обработки и получения материалов, при которых с помощью электрической энергии в жидкой среде осуществляются электролиз, гальванотехника, анодная электрохимическая обработка;

– электрофизические методы обработки материалов, в которых электроэнергия превращается как в механическую, так и в тепловую (электроэрозионная, ультразвуковая, магнитоимпульсная, электровзрывная);

– аэрозольная технология, при которой энергия электрического поля используется для направленного перемещения мелких частиц вещества, взвешенных в газовом потоке (например, окраска автомо-билей или других изделий).

Все перечисленные электротехнологические процессы реализуются в электротехнологических установках, которые можно условно разделить на следующие три основных вида:

– электрические плавильные и термические установки (электрические печи сопротивления, установки индукционного и диэлектрического нагрева, дуговые электрические печи и установки);

– установки электрической сварки (установки дуговой электро-сварки, установки и машины контактной сварки);

– электролизеры и установки электрохимической и электрофизической обработки материалов.

На рис. 1.4 приведена обобщенная структура плавильных и термических установок: аппаратура управления и защиты, обеспечивающая защиту установки от аварийных и ненормальных режимов и регулирование параметров технологического процесса; ПЭЭ – преобразователь параметров электроэнергии (напряжения, величины, частоты тока и др.); ПЭТ – узел нагрева установки (преобразователь электроэнергии в тепловую энергию).

Рис. 1.4. Структура электрических плавильных

и термических установок

Параметры электроэнергии, поступающей в узел ПЭТ, определяются требованиями технологического процесса и обеспечиваются узлом ПЭЭ. Например, для индукционного нагрева деталей под ковку и штамповку используется частота 2500 Гц, выдаваемая преобразователем частоты.

Диапазон электрической мощности электротехнологических установок очень широк: от единиц до десятков тысяч киловатт, причем многие из них создают серьезные проблемы в их электроснабжении. Например, дуговые сталеплавильные печи и установки дуговой электросварки являются источниками колебаний и несинусоидальности напряжения, которые ухудшают качество напряжения в электрических сетях.

Аналогичны вышерассмотренной обобщенные структуры электросварочных установок, а также установок электрохимической и электрофизической обработки материалов.

Специфическими электроприемниками являются так называемые цифровые технические системы (ЦТС). К ним относятся компьютеры, системы автоматического управления и телекоммуникаций, блоки управления металлорежущими станками с цифровым программным управлением и многое другое. Эти потребители отличаются малым электропотреблением. Однако вопросы обеспечения их устойчивой и надежной работы являются чрезвычайно значимыми. Сбои в их нормальной работе могут вызвать большой ущерб из-за расстройства технологического процесса или его полной аварийной остановки. На первый план здесь выдвигаются вопросы обеспечения электромагнитной совместимости и устойчивости работы этих потребителей.

В логических цепях ЦТС используются чрезвычайно малые сигналы: токи – миллионные доли ампера, напряжения – единицы вольт, а различные процессы в питающей сети сопровождаются токами в килоамперах, напряжениями в сотни и тысячи вольт и частотой до 20 МГц. Поэтому требуются специальные меры по предотвращению проникновения помех из сети электропитания в логические цепи ЦТС.

Рис. 1.5. Структура цифровых технических систем

На рис. 1.5 приведена структура цифровых технических систем. Процессор – это устройство, реализующее логические и математические операции по обработке исходной информации.

Понятие процесса электроснабжения и системы электроснабжения, ее место в электроэнергетике

Электроснабжение – это процесс поставки электроэнергии для электрифицированной жизнедеятельности человека. При этом ее необходимо, как минимум, выработать, передать и распределить среди электроприемников. Этот процесс реализуется совокупностью электротехнических устройств, называемых автономной системой электроснабжения, если в собственности ее имеется источник электроэнергии.

В настоящее время производство электроэнергии целесообразно осуществлять на высокотехнологичных установках, работающих в общей электрической сети, соединяющих их между собой. Такое административно-техническое образование называется электроэнергетической системой, которую при электроснабжении потребителей называют централизованным источником электроэнергии. В электроэнергетической системе, обслуживающей большие территории электрифицированной жизнедеятельности человека, невозможно обойтись без преобразования электрической энергии на более высокие напряжения для ее передачи на относительно большие расстояния. Это позволяет повысить предел передаваемой мощности и снизить потери электроэнергии в линиях электропередачи.

Зачастую в этих условиях доведение электроэнергии до электроприемников возлагается на систему электроснабжения (СЭС), которая по определенным причинам находится в собственности потребителя.

Приведенная взаимосвязанная сфера жизнедеятельности человека, направленная на производство электроэнергии в больших количествах, ее преобразование, передачу и распределение среди электроприемников, называется электроэнергетикой, структурная схема которой представлена на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Структурная схема электроэнергетической системы

Таким образом, от электроэнергетической системы получают электроэнергию множество систем электроснабжения, преобразующих,  передающих и распределяющих ее среди электроприемников разнообразных структур электрифицированной жизнедеятельности человека, таких как промышленные предприятия, сельское хозяйство, жилищно-коммунальное хозяйство, транспорт, нефтегазодобыча и т.д.

В такой структуре электроэнергетики на электроэнергетическую систему возлагается задача обеспечения потенциальной способности производства электроэнергии тогда, когда это условие создаст потребитель.

Следовательно, в рассмотренных условиях систему электроснабжения можно определить как совокупность электротехнических устройств (трансформаторов, линий электропередачи, электрических аппаратов, сборных шин), предназначенных для преобразования, передачи и распределения электроэнергии среди электроприемников электрифицированной жизнедеятельности человека.

Курс электрических цепей