Электротехнологические установки

Основными электротермическими установками на промышленных предприятиях являются электрические печи сопротивления (ЭПС), индукционные печи и установки, а также дуговые электрические печи. Номинальная мощность ЭПС составляет от единиц киловатт до десятков мегаватт. Их питание осуществляется переменным током промышленной частоты, как правило, на напряжении 0,4 кВ. В ЭПС большой мощности может использоваться напряжение 0,69 кВ. Выпускаются ЭПС в одно- и трехфазном исполнении. Существуют ЭПС прямого и косвенного (с нагревательными элементами) нагрева. Коэффициент мощности ЭПС близок к единице. Исключение составляют ЭПС с понизительными или регулировочными трансформаторами, а также с тиристорными источниками питания, у которых среднее значение cos φ= 0,7-0,9. В зависимости от технологического процесса ЭПС работают в продолжительном или циклическом режиме. По надежности электроснабжения ЭПС являются электроприемниками первой и второй категории.

Печи и установки индукционного и диэлектрического нагрева подразделяются на плавильные печи и установки для закалки и сквозного нагрева. Плавильные печи с сердечником (канальные печи), используемые для плавления цветных металлов и их сплавов, имеют мощность от 60 до 6000 кВ· А. Печи питаются током промышленной частоты на напряжении 0,4 и 0,69 кВ, а при значительной мощности – 6 и 10 кВ. Печи могут быть одно- и трехфазными. Естественный коэффициент мощности канальных печей составляет 0,2-0,8. Печи без сердечника (тигельные печи), применяемые для выплавки черных и цветных металлов и их сплавов, питаются током промышленной частоты на напряжении 0,4 кВ и выше, а также током повышенной частоты 500-10000 Гц. Мощность печных трансформаторов достигает 20000 кВ·А. Естественный коэффициент мощности печей без сердечника не превышает 0,1 – 0,4. Режим работы индукционных печей - продолжительный, электрическая нагрузка – непрерывно-циклическая, переменная.

Индукционные установки для закалки и сквозного нагрева питаются током при частотах от 50 Гц до сотен килогерц. Как правило, их мощность не превышает 1500 кВт. Установки могут быть одно- и трех фазными. При единичной мощности до 300 кВт установки питаются на напряжении 0,4 кВ. Установки диэлектрического нагрева применяются для сушки и клейки древесины, пайки и сварки пластмасс, нагрева пресс-порошков и т. д. Питание таких установок производится током при частоте 40-50 МГц и выше. Особенностью установок повышенной частоты, питаемых от статических преобразователей, является наличие высших гармоник тока в питающей сети. Все индукционные установки относятся к электроприемникам второй категории.

Дуговые электрические печи подразделяются на печи прямого и косвенного действия. В печах прямого действия расплавление металла осуществляется электрической дугой, горящей между электродами и металлом. Этот принцип работы использован в дуговых сталеплавленных печах (ДСП) и дуговых вакуумных печах (ДВП). Питание ДСП осуществляется на напряжении 6-110 кВ. ДСП представляет собой трехэлектродное устройство, получающее электроэнергию от трехфазного печного трансформатора. Единичная мощность ДСП достигает 90 МВ·А и более. Нагрузка ДСП является цикличной, резкопеременной, неравномерной по фазам. Ток эксплутационного короткого замыкания превышает номинальный в 2,5-3,5 раза. Коэффициент мощности ДСП равен 0,85-0,9. Режим ДСП из-за нелинейности электрической дуги характеризуется несинусоидальностью токов и напряжений. В электрических сетях ДСП имеются высшие гармоники тока и напряжения. ДВП питаются на постоянном напряжении 30-40 В. Мощность источников питания ДВП достигает 10 МВ·А. В печах косвенного действия нагревание металла производится электрической дугой, горящей между электродами. Мощность таких печей сравнительно невелика (до 500 кВ·А). Питание осуществляется током промышленной частоты от печных трансформаторов. По надежности электроснабжения дуговые печи относятся к электроприемникам первой и второй категории.

Электросварочные установки могут работать на переменном или постоянном токе. Электросварка подразделяется по технологии на дуговую и контактную, по способу производства работ – на ручную и автоматическую. Электросварочные агрегаты постоянного тока состоят из двигателя переменного тока и сварочного генератора постоянного тока. В такой системе изменяющаяся во времени сварочная нагрузка в питающей сети распределяется по фазам равномерно. Коэффициент мощности при номинальном режиме работы составляет 0,7-0,8, при холостом ходе снижается до 0,4. Имеются также сварочные установки, питающиеся от выпрямителей.

Сварочные трансформаторы дуговой сварки и сварочные аппараты контактной сварки питаются от сети напряжением 400 или 230 В переменного тока промышленной частоты. Они дают однофазную нагрузку с повторно-кратковременным режимом работы, неравномерной нагрузкой фаз и, как правило, низким коэффициентом мощности: 0,3-0,35 – для дуговой и 0,4-0,7 – для контактной электросварки. По надежности электроснабжения сварочные установки являются электроприемниками второй категории.

Преобразовательные установки (ПУ) служат для преобразования трехфазного переменного тока промышленной частоты в постоянный, а также в трехфазный или однофазный ток пониженной, повышенной или высокой частоты. Они служат для питания двигателей разнообразных механизмов и машин, электролизных ванн, внутризаводского электрического транспорта, сварочных установок постоянного тока, электрофильтров и т.д. Преобразовательные установки для электролиза преобразуют ток промышленной частоты напряжением 6-35 кВ в постоянный ток необходимого по технологическим условиям напряжения (до 825 В). Мощность силовых трансформаторов электролизных агрегатов достигает 40 МВ·А. Режим работы электролизных установок обеспечивает достаточно равномерный и симметричный по фазам график нагрузки. Коэффициент мощности электролизных установок равен 0,85-0,9. Электролизные установки должны снабжаться электроэнергией как электроприемники первой категории, допускающие кратковременные перерывы электроснабжения.

Преобразовательные установки для внутризаводского транспорта имеют мощность от сотен до 3000 кВт. Питание их производится переменным током промышленной частоты напряжением 0,4-35 кВ. Нагрузка на стороне переменного тока ПУ симметричная по фазам, но имеет резко переменный характер. Электроснабжение должно осуществляться как электроприемников первой и второй категории, допускающих кратковременные перерывы питания.

Следует отметить, что основными источниками высших гармоник тока и напряжения на промышленных предприятиях являются вентильные преобразователи. Существенное влияние на несинусоидальность напряжения оказывают также дуговые электрические печи и электросварочные установки.

Технологические установки, имеющие резкопеременный характер нагрузки, питаются, как правило, от отдельных распределительных устройств или отдельными линиями от трансформаторных подстанций.