Промышленные электростанции - Характеристика потребителей электроэнергии

ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ТЕПЛА ПРОМЫШЛЕННЫМИ предприятиями
2-1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
В промышленности расходуется до 70% всей вырабатываемой электроэнергии.
На промышленных предприятиях потребители электроэнергии — электроприемники — разделяются на следующие основные группы:

1. Электродвигатели. Наиболее распространены трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором мощностью от 0,25 до 1 500 кВт и напряжением 127, 220, 380, 500, 3 000 и 6 000 в.

В некоторых случаях, при особо тяжелых пусковых условиях, применяются асинхронные электродвигатели с фазным ротором. Для улучшения коэффициента мощности устанавливают синхронные электродвигатели. Электродвигатели постоянного тока применяются для привода машин, требующих плавного регулирования скорости в широких пределах. В большинстве случаев для электродвигателей, за исключением наиболее мощных, применяется напряжение 380 в трехфазного и 220 в постоянного тока. На электродвигатели расходуется до 60% всей потребляемой промышленностью электроэнергии.

1. Электротермические приемники, к которым относятся: дуговые электрические печи для плавления черных и цветных металлов; высокочастотные печи индукционного нагрева для плавления и термообработки металлов; электрические печи сопротивления — камерные, шахтные, методические и др.; электросварочные агрегаты для дуговой и контактной сварки; ра1зличные электронагревательные приборы.

Металлургические дуговые плавильные электропечи имеют обычно трансформаторы мощностью до 24 000 кВА с первичным напряжением 6 000, 10 000 и 35 000 в.
Индукционные металлургические печи питаются от генераторов мощностью до 1 750 кВт и выше при частоте до 10000 Гц.
Электронагревательные установки — электропечи сопротивления, электропечи с расплавленной средой и т. п. — работают при напряжениях 380 или 500 в (малой мощности), или 6 000 в. Электросварочные агрегаты питаются от сети переменного тока напряжением 220, 380 или 500 в.

1. Электрохимические приемники, которыми являются: электролитические ванны, применяемые для различных процессов электролиза расплавленных сред, водных растворов, воды; установки для производства электрохимических процессов в газах; ванны для гальванических покрытий металлов (омеднение, никелирование, хромирование, оцинковка и т. д.); установки для анодно-механической обработки металлов и т. д.

Электролизные установки, применяемые в электрометаллургии и на химических предприятиях, обычна питаются постоянным током от местных преобразовательных установок. В некоторых установках для производства металлопокрытий применяются генераторы постоянного тока с первичным напряжением 380 или 500 в. В качестве преобразователей других, более мощных электролизных установок используются преимущественно, ртутные выпрямители, трансформаторы которых питаются от сети высокого напряжения.
На все указанные технологические потребители расходуется до 30% электроэнергии от общего ее расхода промышленностью.

1. Осветительные приемники. Для внутреннего и наружного освещения зданий и территорий применяются: лампы накаливания на номинальное напряжение 12, 36, 127 и 220 в: люминесцентные лампы на  напряжение 110; 1:25, 200, 220 и 250 в.

В промышленных предприятиях эти лампы питаются от сети переменного тока с номинальным напряжением 220 или 380 в. Лампы местного освещения низкого напряжения питаются от специальных трансформаторов, подключенных к общей осветительной сети.
Расход электроэнергии на освещение; в промышленности составляет ~10%.
Потребление электроэнергии, отнесенное к зажимам указанных электроприемников, определяемое их конструкцией и режимом работы, характеризуется:
а) качественными показателями расходуемой электроэнергии — род тока, частота, номинальное напряжение;

б) количеством расходуемой электроэнергии при максимально длительной (20—30 мин) и средней за рассматриваемый (период времени нагрузке.
Величина активной мощности, определяющей работу электростанции, по отношению к общей характеризуется коэффициентом мощности, значение которого при номинальной нагрузке электроприемника равно соs ф.
Коэффициент мощности (cos ф) для наиболее распространенных электроприемников имеет следующие значения:
Асинхронные двигатели . 0,75—0,90
Дуговые печи .. 0,85—0,90
Индукционные печи 0,80
Печи сопротивления 1,0
Лампы накаливания, нагревательные
приборы                           1,0
Люминесцентные лампы 0,8

Потребление электроэнергии различными группами электроприемников изменяется во времени в зависимости от требований технологического процесса производства, режима работы отдельных потребителей и предприятия в целом.
Изменение электрической нагрузки во времени принято изображать в виде графика P=f(r). По длительности рассматриваемого промежутка врем ей и графики электрических нагрузок разделяют на суточные, месячные, сезонные и годовые. По месту определения нагрузок графики разделяются на графики потребляемой мощности на вводе к потребителям, отпускаемой мощности на шинах электростанции или подстанции, вырабатываемой мощности на зажимах генераторов.
Для электрических станций характерными являются суточные графики отпускаемой и вырабатываемой активной мощности в зимний, летний, осенний и весенний день, а также годовой график нагрузок. Значения потребляемой, отпускаемой и вырабатываемой  мощности связаны следующими соотношениями:

где Рп0Тр, Ротн, Рвыр — соответственно потребляемая, отпускаемая и вырабатываемая мощности за период времени %
ДР — потери в сетях и преобразующих установках;
Рс.п — собственный расход электроэнергии на электростанции, значение которого указано в гл. 15.
Графики строятся в прямоугольной системе координат через получасовые или часовые промежутки времени в виде ступенчатых кривых, дающих возможность быстро производить подсчеты. На основе характерных суточных графиков за зимние и летние рабочие и нерабочие сутки строится годовой график нагрузок по продолжительности, в котором нагрузки расположены по оси ординат в порядке их убывания.

Рис. 2-1. Построение годового графика нагрузок по их продолжительности.
На рис. 2-1 показано построение годового графика нагрузок по продолжительности.
Через точку на оси ординат суточного графика, соответствующего данной нагрузке, проводится линия, параллельная оси абсцисс. Участки этой прямой, находящейся в пределах диаграмм суточных графиков, показывают количество часов за сутки — летние, зимние и т. д., в которые нагрузка выше той, для которой делается построение. Путем умножения полученных чисел часов соответственно на число суток зимнего, летнего и т. д. графиков и сложения этих произведений получается число часов в году, в течение которых нагрузка была выше данной. Это число часов откладывается на оси абсцисс, и в точке пересечения координат получается одна точка годового графика. Построением для различных нагрузок, получается ряд точек годового графика. Площадь годового графика пропорциональна годовому количеству электроэнергии.

 Построение графиков нагрузок для каждой группы потребителей возможно на основе расчетного анализа обслуживаемых процессов, механизмов и режима их работы, т. е. по проектным данным или с помощью фактических графиков нагрузок аналогичных потребителей, работающих в одинаковых условиях.
В последнем случае соотношение между максимальной нагрузкой, определяемой по присоединенной мощности данного приемника электроэнергии или группы их, и максимальной нагрузкой по фактическому графику принимается за масштаб для всех ординат графика в течение суток. Пересчитывая ординаты фактического графика по принятому масштабу, строят искомый график нагрузок. Общие графики потребляемой мощности могут быть построены путем суммирования графиков нагрузок для каждой группы потребителей.
Нагрузки от технологических потребителей имеют устойчивый характер в течение года, несколько снижаясь летом за счет ремонта в этот период части потребителей, и колеблются в течение суток в зависимости от технологического процесса, числа смен работы, обеденного перерыва и т. п. В вечернее время, ночью и в обеденный перерыв нагрузки обычно снижаются. При большом числе потребителей и их групп колебания нагрузок сглаживаются и график нагрузок выравнивается.
Нагрузки от освещения производственных помещений зависят от времени года, сменности работы и значительно снижаются в дневные часы.
Режим потребления электроэнергии промышленных предприятий обычно учитывается в целом, и поэтому обычно строятся общие графики нагрузок данного предприятия, без разделения по группам приемников.
Режим потребления электроэнергии на культурно-бытовые нужды населения и освещение жилых и общественных помещений, а также территорий в основном зависит от географического расположения населенного пункта и характера застройки. Резко различается график нагрузки зимой и летом; это определяется в основном изменением потребления электроэнергии на освещение. Включение света в жилых и общественных помещениях происходит после сумерек, и в течение часа осветительная нагрузка нарастает до максимальной, пиковой; после 13 ч нагрузка резко снижается до минимальной в ночные часы. Утром происходит некоторое увеличение нагрузки, которая затем снова уменьшается днем.
Для средней полосы СССР годовое число часов использования максимальной нагрузки освещения жилых помещений составляет 1 500 и изменяется по месяцам года от 4% летом до 15% зимой. Для общественных помещений и учреждений число часов использования максимальной нагрузки составляет 2 400.
Наружное освещение включается примерно через полчаса после захода солнца, и нагрузка доходит до максимальной к 24 ч, затем часть нагрузки снимается и остается постоянной до выключения освещения, которое производится за полчаса до восхода солнца. Число часов использования максимальной нагрузки наружного освещения ~3 000.
Бытовые приборы в основном работают в дневное и вечернее время; ночью нагрузка от бытовых приборов незначительна. В перспективе надо ожидать дальнейшего увеличения потребления электроэнергии на бытовые приборы, в частности вследствие широкого применения электроплит, и уплотнения графиков нагрузок от этих потребителей.
График потребления электроэнергии на электрифицированный транспорт, водопровод и канализацию в городах с небольшим населением характеризуется числом часов использования максимума ~ 6 500—7 000.
Характерные суточные графики нагрузок группы промышленных предприятий могут быть построены, исходя из годового расхода электроэнергии, определяемого по программе производства и удельным ее расходам, годового числа часов использования максимума нагрузки и соотношения между постоянной и переменной частями графика нагрузки, значения которых для ряда отраслей промышленности приведены в табл. 2-6.
На графике откладывается совмещенный максимум производственной нагрузки предприятий

и постоянной части нагрузки

Таблица 2-6

Далее, в зависимости от сменности работы предприятий характеристики и режима работы оборудования задаются конфигурацией переменной части графика нагрузки. Затем, также исходя из максимума нагрузки, строятся суточные графики промышленной осветительной нагрузки и расхода электроэнергии на культурно- бытовые нужды и освещение населенного пункта, питаемого от заводской электрической сети. Затем суммированием этих графиков находят общий совмещенный график и его максимум. При определении графика нагрузки на шинах центрального распределительного пункта или генератора полученный график на зажимах потребителей увеличивают, прибавляя потери в сетях и трансформирующих установках, а также собственные нужды электростанции.