Модель керування системою електропостачання може включати в себе слідуючі рівні: перший - пристрої автоматики, датчики електричних і технологічних параметрів; другий - аналіз первинної інформації, її обробка; третій - контрольно-обчислювальна операційна система; четверта - оптимальне керування, видача керуючих сигналів на виконавчі органи.
Створення універсальної системи керування системою електропостачання, яка могла би знайти застосування на всякому великому підприємстві незалежно від характеру виробництва, можна розглядати як перший крок до створення інтегрованої автоматизованої системи управління, яка об’єднує безпосереднє керування електропостачанням з управлінням енергогосподарством, технологією виробництва і адміністративно-господарськими питаннями. Комплекс керованих обчислювальних машин слід застосовувати для вирішення задач оптимального управління виробництвом з врахуванням всіх сторін діяльності підприємства.
Для покращення техніко-економічних показників систем промислового електропостачання необхідно:
вдосконалення стандарту номінальних потужностей силових трансформаторів, наприклад застосування кроку 1,35 замість 1,6-кроку, що застосовується зараз, дозволить скоротити встановлювані трансформаторні потужності, створить умови для економії електроенергії в трансформаторах; роботи, пов’язані з обґрунтуванням необхідності рішення цієї задачі виконувались на кафедрі ЕПП МЕІ.
випускати трансформатори із з’єднанням обмоток зірка-зигзаг або трикутник-зигзаг, що знизить капіталовкладення і зменшить втрати електроенергії; замінити, де це можливо, симетруючі і фільтро-компенсуючі пристрої раціональними схемними рішеннями;
створення ефективного математичного забезпечення автоматизованих систем управління електропостачанням, що включає в себе розробку найбільш універсальних алгоритмів і програм по розрахунку режимів і надійності СЕС, що дозволяли би враховувати реальні умови функціонування систем і її динамічність.
Все це повинно сприяти скороченню капіталовкладень і економії електроенергії в умовах експлуатації.
Головною проблемою в найближчому майбутньому є створення раціональних схем електропостачання промислових підприємств, що пов’язане зі слідуючим:
вибором і застосуванням раціонального числа трансформації.
В даний час існують системи електропостачання з недопустимо великою кількістю трансформацій; так, наприклад, на одному металургійному комбінаті є напруги - 500, 220, 110, 35, 10, 6, 3, 0,5, 0,38 і 0,22кв. або, наприклад, групи нових промислових підприємств, створено за останні ≈20 років мають напругу 500, 220, 110, 35, 10, 6, 0,38 і 0,22кв. Такі великі кількості напруг тягне за собою не оправдано велике число трансформації (п’ять-шість).
Застосування на промислових підприємствах раціональних напруг приведе до скорочення числа трансформації до двох-трьох. В цьому випадку економія електроенергії становитиме не менше 10-15% всього її споживання промисловим підприємством.
Причинами появи нераціональних систем електропостачання в промисловості є їх постійне зростання і реконструкція при локальному вирішенні задач електропостачання всякий раз, коли настає необхідність реконструкції цих систем. Застосування напруги 20кв могло би сприяти різкому скороченню числа трансформацій;
вибором і застосуванням раціональних напруг. Застосування раціональних напруг в системах електропостачання промислових підприємств дає значну економію по втратах електроенергії. Розроблена на кафедрі ЕПП МЕІ методика вибору раціональних напруг дозволяє застосувати для систем електропостачання напруги, що забезпечують оптимальні економічні показники.
Причинами застосування нераціональних напруг є постійне зростання електроспоживання і вирішення окремих завдань електропостачання, та вимоги енергосистем здійснювати живлення на напрузі, яка є в даній енергосистемі. Нераціональні рішення в цьому напрямку приводять до того, що в експлуатації знаходяться системи електропостачання, в яких втрати електроенергії доходять до 35-40%.
3. правильним вибором місця розташування цехових і головних розподільчих (понижувальних) підстанцій. Розміщення живильних підстанцій у відповідних центрах електричних навантажень забезпечує мінімальні річні приведені затрати. Всяке зміщення живильної підстанції з центра електричних навантажень веде до збільшення цих затрат і підвищенню витрат електроенергії.
Розроблена на кафедрі ЕПП МЕІ методика визначення раціонального місця розташування живильних підстанцій дозволяє значно скоротити витрати на втрати електроенергії;
4. подальшим вдосконаленням методики визначення електричних навантажень. Вірне визначення очікуваних навантажень сприяє вирішенню загального завдання оптимізації побудови внутрізаводського електропостачання. В цьому напрямі вже багато зроблено, але в зв’язку з переходом України на ринкові відносини, треба зробити ще дуже багато.
5. раціональним вибором числа і потужності трансформаторів, а також схем електропостачання та їх параметрів, що веде до зниження втрат електроенергії, підвищенню надійності і сприяє вирішенню загального завдання оптимізації побудови системи електропостачання;
6. принципово новою постановкою для вирішення таких завдань, як, наприклад, симетрування (вирівнювання) електричних навантажень. В даний час це питання вирішується так: встановлюється трансформатор для живлення навантаження, несиметричної по фазах, а потім між трансформатором і навантаженням встановлюється симетруючий пристрій. Це приводить до значного збільшення потужності живильних пристроїв і збільшенню непродуктивних втрат палива і електроенергії. Вирівнювання навантажень по фазах можна виконати, наприклад, з допомогою зміни з’єднань обмоток живильних трансформаторів - замість зірка-зірка з нулем використати схему зірка-зигзаг з нулем, що збільшить вартість живильного трансформатора всього на 5%, а не на 80%, як в першому випадку.
Підтримання напруги, близької до номінальної, як правило проводиться за рахунок регулювання напруги різними додатковими пристроями, в тому числі і РПН. При цьому особливо в умовах глибокого регулювання напруги мають місце додаткові втрати електроенергії. В таких випадках ефективніше застосовувати підвищену номінальну напругу, що значно вигідніше економічно.
Загальна задача оптимізації системи промислового електропостачання крім вказаних вище положень включає також раціональні рішення по вибору січень проводів і жил кабелів, способів компенсації реактивної потужності, автоматизації, диспетчеризації та ін.
Оптимізація виробничих процесів в сукупності з оптимізацією систем промислового електропостачання може і повинні дати державі додаткові ресурси за рахунок скорочення непродуктивних витрат.
Проектанти електрики повинні зробити все від них залежне, щоби проектовані ними електропристрої по можливості менше впливали на розташування і експлуатацію технологічного обладнання, забезпечуючи при цьому високу надійність і безпеку при експлуатації цих установок.
Для правильного вирішення поставлених задач необхідна узгоджена робота декількох проектних організацій, або створення єдиного координаційного центра, який повинен проводити ув’язку проектних рішень, що приймаються різними проектними організаціями.
Коли застосування рішень системи електропостачання входить в протиріччя з вимогами будівельників або технологів, питання повинні вирішуватися на основі техніко-економічного порівняння варіантів.
При розробці схеми електропостачання враховуються також режими роботи електроспоживачів, зокрема способи і частота пуску двигунів, пускові стрибки навантажень електродвигунів та ін.
При проектуванні електропостачання підприємств і районів повинен послідовно проводитись принцип „децентралізації“ трансформації і комутації електроенергії. В результаті децентралізації і максимального наближення джерел високої напруги до електроустановок споживачів зводяться до мінімуму мереживні ланки і ступені проміжної трансформації і комутації, знижуються первинні затрати і зменшуються втрати енергії з одночасним підвищенням надійності.
Система електропостачання в цілому повинна бути побудована таким чином, щоб в умовах після аварійного режиму, після відповідних переключень вона була здатна, як правило, забезпечити живлення навантажень підприємства (з певним обмеженням) з врахуванням використання всіх додаткових джерел і можливостей резервування (перемички, зв’язки по вторинній напрузі, аварійні джерела та ін), перевантажувальної здатності обладнання та ін. При цьому можливі короткочасні перерви живлення електроспоживачів 2ї категорії на час виконання необхідних переключень і перерви в живленні електроспоживачів 3ї категорії на час до 1 доби.
Задачі оптимізації повинні вирішуватися з точки зору системного підходу. При цьому вибір раціональних режимів роботи систем електропостачання промислового підприємства необхідно проводити, оцінюючи економічну ефективність роботи всього підприємства в цілому. В деяких випадках при дефіциті потужності в системі електропостачання більш вигідним може бути пониження напруги на 5-10% порівняно з номінальним. Цей захід дозволяє для багатьох виробництв без значних збитків для технологічного процесу зменшити збитки в порівнянні зі збитками від промислового відключення, що часто застосовується в даний час.
Системний підхід при вирішенні оптимізаційних задач передбачає керування якістю електроенергії, направлений на зменшення її втрат в системах промислового електропостачання, а також на підвищення продуктивності механізмів і якості випущеної продукції. Комплексне рішення цієї проблеми забезпечує всеосяжне підвищення ефективності народного господарства.
Більше 50% всієї електроенергії, що виробляється в нашій країні споживається промисловими підприємствами.
Споживачі електроенергії промислових підприємств поділяються на слідуючі групи:
споживачі трьохфазного струму напругою до 1000в, частотою 50гц;
споживачі трьохфазного струму напругою вище 1000в, частотою 50гц;
споживачі однофазного струму напругою до 1000в, частотою 50гц;
споживачі, які працюють з частотою відмінною від 50гц, які живляться від перетворюючих підстанцій і установок;
споживачі постійного струму, які живляться від перетворюючих підстанцій і установок.
Для правильної побудови системи промислового електропостачання всіх споживачів перерахованих вище груп необхідно вияснити:
1. вимоги, які обумовлені діючими „Правилами устройств електроустановок” ПУЕ до надійності живлення споживачів (1-а, 2-а і 3-тя категорії);
2. режим роботи (тривалий, короткочасний, повторно-короткочасний);
місця розташування споживачів електроенергії, необхідно також вияснити стаціонарні вони чи пересувні.
В даний час електропостачання промислових підприємств здійснюється на змінному струмі. Для живлення групи споживачів постійного струму споруджуються перетворюючі підстанції, на яких встановлюються перетворюючі агрегати: напівпровідникові випростувачі, ртутні випростувачі, двигуни-генератори і механічні випростувачі.
Перетворюючі агрегати живляться від мережі трьохфазного струму і тому є споживачами трьохфазного струму.
Споживачі постійного струму, які мають індивідуальні перетворюючі агрегати: електропривід по системі генератор-двигун, вентильний електропривід і т. ін. є з точки зору електропостачання споживачами трьохфазного струму.
Такими споживачами є внутрішньо заводський електрифікований транспорт, установки електролізу, підйомно-транспортних і деяких інших механізмів.
Згідно ПУЕ електротехнічні установки, які виробляють, перетворюють, розподіляють і споживають електроенергію діляться на електроустановки напругою до 1000 в і електроустановки напругою вище 1000 в.
Електротехнічні установки напругою до 1000 в виконуються як з глухо заземленою, так і з ізольованою нейтраллю, а установки постійного струму з глухо заземленою і ізольованою нульовою точкою.
Електричні установки з ізольованою нейтраллю слід застосовувати для підвищення надійності живлення систем промислового електропостачання (торфові розробки, вугільні шахти та ін) при умові, що в цьому випадку забезпечується контроль ізоляції мережі і цілість пробивних запобіжників, швидке виявлення персоналом замикань на землю і швидке усунення їх або автоматичне відключення ділянок з замиканням на землю.
В чотирьохпровідних мережах змінного струму, або трьох провідних мережах постійного струму для установок без підвищеної небезпеки глухе заземлення нейтралі обов’язкове.
Електричні установки напругою вище 1000в поділяються на установки:
з ізольованою нейтраллю (напругою до 35кв);
з нейтраллю, включеною на землю через індуктивний опір для компенсації ємнісних струмів (напругою до 35кв і рідко 110кв);
з глухо заземленою нейтраллю (напругою 110кв і вище).
Крім цього, всі ці установки поділяються на установки з малими струмами замикання на землю (до 500А) і установки з великими струмами замикання на землю (більше 500А).
По частоті струму споживачі електроенергії діляться на споживачі промислової частоти (50гц) і споживачі з високою (понад 10кгц), повишеною (до 10кгц) і пониженою (нижче 50гц) частотами.
Більшість споживачів використовують електроенергію нормальної промислової частоти. Установки високі і повишеної частоти застосовуються для нагріву під загартування, ковку і штампову металів, та для плавки металів. До споживачів з підвищеною частотою відносяться, наприклад, електродвигуни в текстильній промисловості при виробництві штучного шовку (частота 133гц).
Для перетворення змінного струму промислової частоти в струми високої і повишеної частоти служать двигуни-генератори (електромашинні перетворювачі), а також тиристорні і іонні перетворювачі. Для одержання повишеної частоти (до 10кгц) застосовують переважно тиристорні перетворювачі (інвертори). Для одержання частоти 10кгц і вище застосовують лампові генератори. Від іонних генераторів можна одержати частоти до 2800гц. До споживачів з пониженою частотою відносяться колекторні електродвигуни, що застосовуються для транспорту (16гц), перемішувачі рідкого металу (до 25гц) та індукційні нагрівальні установки для відливки великих деталей. Змінний струм пониженої частоти в промислових установках широкого застосування немає.
Споживачі електроенергії можуть бути поділені на групи по подібності режимів, тобто по подібності графіків навантажень. Поділ споживачів на групи дозволяє більш точно визначати сумарне електричне навантаження.
Розрізняють три характерні групи споживачів:
1. споживачі, що працюють в режимі з тривалим постійним, або таким що мало змінюється навантаженням. В цьому режимі електрична машина або апарат може працювати тривалий час без перевищення температури окремих частин машини або апарата вище допустимої.
Прикладами таких споживачів є електродвигуни компресорів, насосів, вентиляторів та ін.
2. споживачі, що працюють в режимі короткочасних навантажень. В цьому режимі робочий період машини або апарата не настільки тривалий, щоби температура окремих частин машини або апарата могла досягнути допустимого значення. Період зупинки машини або апарата настільки тривалий, що машина практично встигає охолонути до температури навколишнього середовища. Прикладами цієї групи споживачів є електродвигуни електроприводів допоміжних механізмів металорізальних верстатів (механізми підняття поперечини, зажиму колон, двигуна швидкого переміщення супорта та ін), гідравлічні затвори, електроприводи засувок і ін;
3. споживачі, які працюють в режимі повторно-короткочасного навантаження. В цьому режимі короткочасні робочі періоди машини або апарата чергуються з короткочасними періодами відключення. Повторно-короткочасний режим роботи характеризується відносною тривалістю включення (ПВ) і тривалістю цикла. В повторно-короткочасному режимі електрична машина або апарат може працювати з допустимою для них відносною тривалістю включення необмежений час, причому перевищення температури окремих частин машина або апарата не вийде за межі допустимих значень. Приладом цієї групи споживачів є електродвигуни кранів, зварювальні апарати та ін.
Для перерахованих вище режимів роботи споживачів у відповідності з ГОСТ-183-74 електропромисловість випускає електродвигуни розраховані на вказані умови роботи.
З точки зору забезпечення надійного і безперебійного живлення споживачі електроенергії діляться на три категорії:
1-а категорія - споживачі, перерва в електропостачанні яких може призвести за собою небезпеку для життя людей або значні матеріальні збитки, зв’язані з пошкодженням обладнання, масовим браком продукції, або тривалим розбалансуванням складного технологічного процесу виробництва;
2-а категорія - споживачі, перерва в електропостачанні яких пов’язана з істотним недовипуском продукції, простоєм людей, механізмів, промислового транспорту;
3-а категорія - споживачі, що не підходять під визначення 1-ї і 2-ї категорій (наприклад, споживачі допоміжних цехів, що не визначають технологічний процес основного виробництва).
Питання про надійність електропостачання споживачів пов’язаний з кількістю незалежних джерел живлення, схемою електропостачання і категорією споживачів. Споживачі 1-ї категорії повинні мати не менше двох незалежних джерел живлення. Споживачі 2-ї категорії можуть мати одне-два незалежних джерел живлення (вирішується конкретно в залежності від значення, яке має дане промислове підприємство в народному господарстві країни, та місцевих умов). Споживачі 3-ї категорії, як правило, можуть мати одне джерело живлення, але якщо по місцевих умовах можна забезпечити живлення без істотних затрат і від другого джерела, то застосовується резервування живлення і для цієї категорії споживачів.
Характерні споживачі електроенергії:
силові загально-промислові установки і електричні двигуни промислових механізмів;
електричні освітлювальні установки;
перетворювальні установки;
електричні печі і електротермічні;
електрозварювальні установки.
Література
1. А.А. Федоров, Є.М. Ристхейм ,,Электроснабжение промышленных предприятий”
2. А.А. Федеров, В.В. Каменеві ,,Электроснабжение промышленных предприятий”
3. Ермилов А.А. ,,Электроснабжение промышленных предприятий”
4. А. А. Федоров ,,Электроснабжение промышленных предприятий"
Страницы: 1, 2
