Empfänger elektrischer Energie

Der Empfänger elektrischer Energie (elektrischer Empfänger) ist ein Gerät, eine Einheit oder ein Mechanismus, der dafür bestimmt ist Umwandlung elektrischer Energie in einer anderen Art von Energie (einschließlich elektrischer, je nach anderen Parametern) um es zu nutzen.

Entsprechend ihrem technologischen Zweck werden sie in Abhängigkeit von der Energieart, in die dieser Empfänger elektrische Energie umwandelt, klassifiziert, insbesondere:

• Antriebsmechanismen von Maschinen und Mechanismen;

• elektrothermische und elektrische Anlagen;

• elektrochemische Anlagen;

• Installation von Elektrodenasthenie;

• Anlagen elektrostatischer und elektromagnetischer Felder,

• Elektrofilter;

• Funkenbehandlungsanlagen;

• elektronische und Computermaschinen;

• Produktkontroll- und Prüfgeräte.

Ein Nutzer elektrischer Energie bezeichnet einen elektrischen Empfänger oder eine Gruppe von elektrischen Empfängern, die durch einen technologischen Prozess vereint sind und sich in einem bestimmten Bereich befinden.

Das Bundesgesetz „Energie“ definiert den Verbraucher von Strom und Wärmeenergie als eine Person, die diese für den eigenen Haushalts- oder Industriebedarf kauft, und die Subjekte der Elektrizitätswirtschaft – „Personen, die Tätigkeiten im Bereich der elektrischen Energie ausüben, einschließlich der Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie, Energieversorgung der Verbraucher „bei der Stromübertragung, betriebliche Dispositionssteuerung in der Elektrizitätswirtschaft, Stromverkauf, Organisation des Stromeinkaufs und -verkaufs“.

Klassifizierung von Stromverbrauchern zur Sicherstellung der Versorgungssicherheit

Im Hinblick auf die Gewährleistung der Zuverlässigkeit der Stromversorgung werden Verbraucher elektrischer Energie in die folgenden drei Kategorien eingeteilt:

Elektrische Empfänger der Kategorie I – elektrische Empfänger, deren Unterbrechung der Stromversorgung zu Folgendem führen kann: Gefahr für Menschenleben, erheblicher Schaden für die Volkswirtschaft, Beschädigung teurer Grundausstattung, massive Produktmängel, Störung eines komplexen technologischen Prozesses, Störung des Funktionierens besonders wichtiger Elemente der Wirtschaft der Gemeinschaft.

Aus der Aufstellung elektrische Empfänger der 1. Kategorie Es wird eine besondere Gruppe elektrischer Empfänger unterschieden, deren kontinuierlicher Betrieb für einen reibungslosen Produktionsstopp erforderlich ist, um Gefahren für Menschenleben, Explosionen, Brände und Schäden an teuren Hauptgeräten zu vermeiden.

Elektrische Empfänger der Kategorie II - elektrische Empfänger, deren Unterbrechung der Stromversorgung zu einem Massenmangel an Produkten, Massenunterbrechungen von Arbeitern, Mechanismen und Industrietransporten sowie einer Störung der normalen Aktivitäten einer erheblichen Anzahl von Einwohnern von Städten und ländlichen Gebieten führt Bereiche.

Elektrische Empfänger der Kategorie III – alle anderen elektrischen Empfänger, die nicht den Definitionen der Kategorien I und II entsprechen. Dies sind Empfänger von Hilfswerkstätten, Nicht-Serienproduktion von Produkten usw.

Elektrische Empfänger der Kategorie I müssen mit Strom aus zwei unabhängigen, gegenseitig redundanten Stromquellen versorgt werden, und eine Unterbrechung ihrer Stromversorgung im Falle eines Stromausfalls von einer der Stromquellen kann nur für die Zeit der automatischen Wiederherstellung der Stromversorgung zulässig sein. Zur Versorgung einer speziellen Gruppe elektrischer Verbraucher der Kategorie I muss eine zusätzliche Versorgung aus einer dritten unabhängigen, zueinander redundanten Stromquelle erfolgen.

Um die Kategorie der elektrischen Empfänger richtig zu bestimmen, ist es notwendig, die Wahrscheinlichkeit eines Unfalls in den Abschnitten des Stromversorgungssystems einzuschätzen und die möglichen Folgen und Sachschäden infolge dieser Unfälle zu ermitteln. Bei der Bestimmung der Kategorie elektrischer Empfänger sollte die Kategorie der Dauerleistung, die für verschiedene Gruppen elektrischer Empfänger erforderlich ist, nicht überbewertet werden. Bei der Bestimmung der elektrischen Empfänger für die erste Kategorie wird die technologische Reserve berücksichtigt, für die zweite Kategorie die Produktionsverlagerung.

Klassifizierung von Empfängern elektrischer Energie

Stromverbraucher zeichnen sich aus durch:

1.gesamte installierte Leistung elektrischer Empfänger;

2. durch Zugehörigkeit zur Branche (z. B. Landwirtschaft);

3. nach Tarifgruppe;

4. nach Kategorie der Energiedienstleistungen.

Elektrische Anlagen, die Strom erzeugen, umwandeln, verteilen und verbrauchen, werden nach Spannungsniveau in elektrische Anlagen mit einer Spannung über 1 kV und bis zu 1 kV (bei elektrischen Anlagen mit Gleichstrom bis zu 1,5 kV) unterteilt. Elektroinstallationen mit einer Spannung von bis zu 1 kV Wechselstrom werden mit fest geerdetem Neutralleiter und unter Bedingungen mit erhöhten Sicherheitsanforderungen mit isoliertem Neutralleiter (Torfbergwerke, Kohlebergwerke, mobile Elektroanlagen usw.) ausgeführt.

Anlagen über 1 kV werden unterteilt in Anlagen:

1) mit isoliertem Neutralleiter (Spannung 35 kV und niedriger);

2) mit kompensiertem Neutralleiter (durch induktiven Widerstand mit der Erde verbunden, um kapazitive Ströme zu kompensieren) werden für Netze mit einer Spannung von bis zu 35 kV und selten 110 kV verwendet;

3) mit blind geerdetem Neutralleiter (Spannung 110 kV und mehr).

Aufgrund der Art des Stroms können alle über das Netz betriebenen elektrischen Empfänger in elektrische Empfänger mit Wechselstrom mit einer Industriefrequenz von 50 Hz (in einigen Ländern wird 60 Hz verwendet), Wechselstrom mit erhöhter oder verringerter Frequenz und Gleichstrom unterteilt werden .

Die meisten elektrischen Energieverbraucher industrieller Stromverbraucher werden mit dreiphasigem Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz betrieben.

Erhöhte Frequenzeinstellungen werden verwendet:

• zum Erhitzen zum Härten, zum Metallstanzen, Mikrowellenherde usw.;

• in Technologien, in denen eine hohe Drehzahl eines Elektromotors erforderlich ist (Textilindustrie, Holzverarbeitung, tragbare Elektrowerkzeuge im Flugzeugbau) usw.

Um eine Frequenz bis 10.000 Hz zu erreichen, werden Thyristor-Umrichter eingesetzt, bei Frequenzen über 10.000 Hz kommen sie zum Einsatz elektronische Generatoren.

Niederfrequente elektrische Empfänger werden in Transportgeräten, beispielsweise für Walzwerke (f = 16,6 Hz), in Metallmischanlagen in Öfen (f = 0 ... 25 Hz) eingesetzt. Darüber hinaus wird die reduzierte Spannungsfrequenz in Induktionsheizgeräten verwendet.

Erfahrungen mit der Nutzung industrieller (50 Hz) und erhöhter (60 Hz) Frequenzen bestätigten die wirtschaftliche Machbarkeit einer Frequenz von 60 Hz, und technische und wirtschaftliche Berechnungen zeigten, dass die optimale Frequenz 100 Hz betragen sollte.

Typische Leistungsempfänger

Alle Leistungsempfänger zeichnen sich durch unterschiedliche Parameter aus. Gleichzeitig werden die Betriebsarten ihrer Funktionsweise durch die LEG beschrieben, daher werden zur Analyse der Betriebsarten des Energieverbrauchs charakteristische Leistungsempfänger verwendet, bei denen es sich um Gruppen von Leistungsempfängern mit ähnlichen Betriebsarten und Grundparametern handelt.

Zu den typischen elektrischen Empfängern gehören folgende Gruppen:

• Elektromotoren für Energie- und Industrieanlagen;

• Elektromotoren für Produktionsmaschinen;

• Elektrische Öfen;

• Elektrothermische Anlagen;

• Beleuchtungsanlagen;

• Reparatur und Umbau von Anlagen.

Elektrische Empfänger der ersten vier Gruppen werden traditionell als Leistungsempfänger bezeichnet. Der Anteil jeder Gruppe am Energieverbrauch des Unternehmens hängt von der Branche und den Merkmalen des Produktionsprozesses ab.

Gleichstromempfänger

Gleichstrom wird beim Galvanisieren (Verchromen, Vernickeln usw.), beim Gleichstromschweißen, zum Antrieb von Gleichstrommotoren usw. verwendet.

Elektromotoren

Basierend auf den oben aufgeführten Klassifizierungen ist der Elektroantrieb der komplexeste Satz elektrischer Empfänger. Am gebräuchlichsten ist ein asynchroner Elektroantrieb, der sich durch einen erheblichen Blindleistungsverbrauch, hohe Anlaufströme und eine erhebliche Empfindlichkeit gegenüber Abweichungen der Netzspannung von der Nennspannung auszeichnet.

In Anlagen, die während des Betriebs keine Drehzahlregelung erfordern, werden Wechselstromantriebe (Asynchron- und Synchronmotoren) eingesetzt. Ungeregelte Wechselstrommotoren sind die Hauptenergieverbraucher in der Industrie und machen etwa 70 % der Gesamtleistung aus.

Bei der Auswahl des Motortyps für einen ungeregelten Frequenzumrichter werden häufig folgende Überlegungen berücksichtigt:

• bei Spannungen bis 1 kV und Leistungen bis 100 kW ist der Einsatz von Asynchronmotoren wirtschaftlicher und über 100 kW - Synchronmotoren;

• bei Spannung 6 kV und Leistung bis 300 kW – Asynchronmotoren, über 300 kW – synchron;

• bei Spannung 10 kV und Leistung bis 400 kW – Asynchronmotoren, über 400 kW – Synchronmotoren.

Asynchronmotoren mit Phasenrotor werden in leistungsstarken Antrieben mit schwierigen Anlaufbedingungen (in Hebemaschinen usw.) eingesetzt.

Die Elektromotoren von Industrieanlagen wie Kompressoren, Ventilatoren, Pumpen und Hebe-Transportgeräten haben je nach Nennleistung eine Versorgungsspannung von 0,22-10 kV. Die Nennleistung der Elektromotoren dieser Anlagen variiert von Bruchteilen eines Kilowatts bis zu 800 kW und mehr. Die angegebenen elektrischen Empfänger beziehen sich normalerweise auf die I-Kategorie der Stromversorgungszuverlässigkeit.Beispielsweise erfordert das Abschalten der Belüftung in Chemieproduktionshallen die Evakuierung von Personen aus den Räumlichkeiten und damit einen Produktionsstopp.

Die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom erfordert die Kosten für die Installation von Umwandlungseinheiten und Steuerungsgeräten, den Bau von Räumlichkeiten dafür sowie Betriebskosten für deren Wartung und Stromverluste. Daher sind die Kosten des Stromversorgungssystems und die spezifischen Stromkosten bei Gleichstrom höher als bei Wechselstrom. Gleichstrommotoren sind teurer als Asynchron- und Synchronmotoren. Variable Gleichstromantriebe werden verwendet, wenn eine schnelle, breite und/oder sanfte Geschwindigkeitsänderung erforderlich ist.

Leistungsfaktor elektrischer Empfänger

Ein wichtiges Merkmal eines elektrischen Empfängers ist Leistungsfaktor cos (φn). Der Leistungsfaktor ist ein Passmerkmal, das den Anteil der verbrauchten Wirkleistung bei Nennlast und Nennspannung widerspiegelt. Der Nenn-cosφ eines Elektromotors hängt von dessen Typ, Nennleistung, Drehzahl und anderen Eigenschaften ab. Bei der Arbeit mit Elektromotoren hängt deren cosφ hauptsächlich von der Belastung ab.

Für den elektrischen Antrieb großer Pumpen, Kompressoren und Lüfter werden häufig Synchronmotoren eingesetzt, die als zusätzliche Blindleistungsquellen im Stromnetz eingesetzt werden.

Hebe- und Transportgeräte zeichnen sich durch häufige Erschütterungen der Last aus, die zu Änderungen des Leistungsfaktors in erheblichen Grenzen (0,3–0,8) führen. Je nach Zuverlässigkeit der Stromversorgung werden sie üblicherweise in die Kategorien I und II eingeordnet (abhängig von ihrer Rolle im technologischen Prozess).
Defekte elektrische Empfänger

Aus elektronische Geräte Die größten Probleme bereiten Lichtbogenöfen aus folgenden Gründen:

• hohe Eigenleistung (bis zu mehreren zehn Megawatt); Nichtlinearität und niedriger cosφ, verursacht durch den Ofentransformator;
• Während des Betriebs auftretende Wirk- und Blindleistungsstöße;
• Joggingabweichungen von der Symmetrie der Phasenlasten.

Wechselstrom-Elektroschweißanlagen haben ähnliche Probleme wie Lichtbogenöfen. Ihr cosφ ist besonders niedrig.

Elektrische Beleuchtung verursacht auch einige Probleme im Stromnetz, nämlich: Hocheffiziente Entladungslampen, die anstelle von Glühlampen verwendet werden, haben eine nichtlineare Kennlinie und reagieren empfindlich auf kurzzeitige (Sekundenbruchteile) Stromunterbrechungen. Derzeit werden diese Probleme jedoch dadurch gelöst, dass die Lampen über separate Frequenzumrichter auf eine Hochfrequenzstromversorgung umgestellt werden, was nicht nur ihre Beleuchtung, sondern auch ihre Energieparameter verbessert.

Lichtquellen (Glühlampen, Leuchtstofflampen, Lichtbögen, Quecksilber, Natrium usw.) sind einphasige elektrische Empfänger und gleichmäßig über die Phasen verteilt, um Asymmetrien zu reduzieren. Für Glühlampen gilt cosφ = 1 und für Gasentladungslampen cosφ = 0,6.

An die Stromversorgung von Steuerungs- und Informationsverarbeitungsgeräten werden erhöhte Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Qualität des Stroms gestellt, daher erfolgt die Stromversorgung in der Regel aus Quellen mit garantierter unterbrechungsfreier Stromversorgung.