Ricevitori di energia elettrica

Il ricevitore di energia elettrica (ricevitore elettrico) è un apparato, unità, meccanismo progettato per conversione di energia elettrica in un diverso tipo di energia (anche elettrica, secondo altri parametri) per utilizzarla.

In base al loro scopo tecnologico, vengono classificati in base al tipo di energia in cui questo ricevitore converte l'energia elettrica, in particolare:

• meccanismi di guida di macchine e meccanismi;

• impianti elettrotermici ed elettrici;

• impianti elettrochimici;

• installazione di elettrodo astenia;

• impianti di campi elettrostatici ed elettromagnetici,

• elettrofiltri;

• impianti per il trattamento delle scintille;

• macchine elettroniche e informatiche;

• dispositivi di controllo e collaudo del prodotto.

Un utente di energia elettrica chiamato ricevitore elettrico o un gruppo di ricevitori elettrici uniti da un processo tecnologico e situati in una determinata area.

La legge federale "sull'energia" definisce il consumatore di elettricità e di energia termica come una persona che la acquista per le proprie esigenze domestiche o industriali, e i soggetti dell'industria elettrica - "persone che svolgono attività nel campo dell'energia elettrica, compresa la produzione di energia elettrica e termica, fornitura di energia ai consumatori "durante la trasmissione di energia elettrica, controllo operativo del dispacciamento nel settore elettrico, vendita di energia elettrica, organizzazione dell'acquisto e della vendita di energia elettrica".

Classificazione dei consumatori di elettricità per garantire l'affidabilità dell'alimentazione

In termini di garanzia dell'affidabilità dell'alimentazione, i consumatori di energia elettrica sono suddivisi nelle seguenti tre categorie:

Ricevitori elettrici di categoria I - ricevitori elettrici, la cui interruzione dell'alimentazione può portare a: pericolo per la vita umana, danni significativi all'economia nazionale, danni a costose apparecchiature di base, enormi difetti del prodotto, interruzione di un complesso processo tecnologico, interruzione del funzionamento di elementi particolarmente importanti dell'economia della comunità.

Dalla scaletta ricevitori elettrici di 1a categoria si distingue un gruppo speciale di ricevitori elettrici, il cui funzionamento continuo è necessario per un arresto regolare della produzione al fine di prevenire minacce alla vita umana, esplosioni, incendi e danni a costose apparecchiature principali.

Ricevitori elettrici di categoria II - ricevitori elettrici, la cui interruzione dell'alimentazione porta a una massiccia carenza di prodotti, interruzioni di massa di lavoratori, meccanismi e trasporti industriali, interruzione delle normali attività di un numero significativo di residenti di città e zone rurali le zone.

Ricevitori elettrici di categoria III — tutti gli altri ricevitori elettrici che non soddisfano le definizioni delle categorie I e II. Questi sono destinatari di officine ausiliarie, produzione non in serie di prodotti, ecc.

I ricevitori elettrici di categoria I devono essere alimentati con energia elettrica da due fonti di alimentazione indipendenti e reciprocamente ridondanti e l'interruzione della loro alimentazione in caso di mancanza di alimentazione da una delle fonti di alimentazione può essere consentita solo per il tempo di ripristino automatico dell'alimentazione. Per alimentare un gruppo speciale di utenze elettriche della categoria I, è necessario fornire un'alimentazione aggiuntiva da una terza fonte di alimentazione indipendente reciprocamente ridondante.

Per stabilire correttamente la categoria dei ricevitori elettrici, è necessario valutare la probabilità di un incidente nelle sezioni del sistema di alimentazione, per determinare le possibili conseguenze e danni materiali a seguito di tali incidenti. Nel determinare la categoria dei ricevitori elettrici, la categoria di potenza continua richiesta per diversi gruppi di ricevitori elettrici non deve essere sopravvalutata. Nel determinare i ricevitori elettrici per la prima categoria, viene presa in considerazione la riserva tecnologica, per la seconda lo spostamento della produzione.

Classificazione dei ricevitori di energia elettrica

I consumatori di energia elettrica sono caratterizzati da:

1.potenza totale installata dei ricevitori elettrici;

2. per appartenenza al settore (es. agricoltura);

3. per gruppo tariffario;

4. per categoria di servizi energetici.

Gli impianti elettrici che producono, trasformano, distribuiscono e consumano elettricità sono suddivisi per livello di tensione in impianti elettrici con una tensione superiore a 1 kV e fino a 1 kV (per gli impianti elettrici con corrente continua - fino a 1,5 kV). Gli impianti elettrici con una tensione fino a 1 kV CA vengono eseguiti con un neutro con messa a terra solida e in condizioni con maggiori requisiti di sicurezza - con un neutro isolato (miniere di torba, miniere di carbone, impianti elettrici mobili, ecc.).

Gli impianti superiori a 1 kV sono suddivisi in impianti:

1) con neutro isolato (tensione 35 kV e inferiore);

2) con neutro compensato (collegato a terra mediante resistenza induttiva per compensare le correnti capacitive), sono utilizzati per reti con tensione fino a 35 kV e raramente 110 kV;

3) con neutro collegato a terra alla cieca (tensione 110 kV e oltre).

Per la natura della corrente, tutti i ricevitori elettrici funzionanti dalla rete possono essere suddivisi in ricevitori elettrici con corrente alternata con frequenza industriale di 50 Hz (in alcuni paesi usano 60 Hz), corrente alternata con frequenza aumentata o ridotta e corrente continua .

La maggior parte dei consumatori di energia elettrica degli utenti di elettricità industriale funziona con corrente alternata trifase con una frequenza di 50 Hz.

Vengono utilizzate impostazioni di frequenza aumentate:

• per riscaldamento per indurimento, per stampaggio metalli, forni a microonde, ecc.;

• nelle tecnologie in cui è richiesta un'elevata velocità di rotazione di un motore elettrico (industria tessile, lavorazione del legno, utensili elettrici portatili nella costruzione di aeromobili), ecc.

Per ottenere una frequenza fino a 10.000 Hz si utilizzano convertitori a tiristori, per frequenze superiori a 10.000 Hz utilizzare generatori elettronici.

I ricevitori elettrici a bassa frequenza sono utilizzati nei dispositivi di trasporto, ad esempio per i laminatoi (f = 16,6 Hz), negli impianti di miscelazione dei metalli nei forni (f = 0 ... 25 Hz). Inoltre, la frequenza di tensione ridotta viene utilizzata nei dispositivi di riscaldamento a induzione.

L'esperienza con l'uso di frequenze industriali (50 Hz) e aumentate (60 Hz) ha confermato la fattibilità economica di una frequenza di 60 Hz e calcoli tecnici ed economici hanno mostrato che la frequenza ottimale dovrebbe essere 100 Hz.

Tipici ricevitori di potenza

Tutti i ricevitori di potenza sono caratterizzati da diversi parametri. Allo stesso tempo, le modalità del loro funzionamento sono descritte dal LEG, pertanto, allo scopo di analizzare le modalità di consumo energetico, vengono utilizzati i ricevitori di potenza caratteristici, che sono gruppi di ricevitori di potenza simili nelle modalità di funzionamento e nei parametri di base.

I seguenti gruppi appartengono ai tipici ricevitori elettrici:

• Motori elettrici per impianti elettrici e industriali;

• Motori elettrici per macchine di produzione;

• Forni elettrici;

• Impianti elettrotermici;

• Impianti di illuminazione;

• Riparazione e conversione di impianti.

I ricevitori elettrici dei primi quattro gruppi sono tradizionalmente chiamati ricevitori di potenza. La quota di ciascun gruppo nel consumo energetico dell'impresa dipende dal settore e dalle caratteristiche del processo produttivo.

Ricevitori in corrente continua

La corrente continua viene utilizzata nella galvanica (cromatura, nichelatura, ecc.), per la saldatura in corrente continua, per l'alimentazione di motori in corrente continua, ecc.

Motori elettrici

Sulla base delle classificazioni sopra elencate, l'insieme più complesso di ricevitori elettrici è l'azionamento elettrico. Il più comune è un azionamento elettrico asincrono, caratterizzato da un consumo significativo di potenza reattiva, elevate correnti di avviamento e una significativa sensibilità alle deviazioni della tensione di rete da quella nominale.

Nelle installazioni che non richiedono il controllo della velocità durante il funzionamento, vengono utilizzati azionamenti elettrici CA (motori asincroni e sincroni). I motori CA non regolati sono il principale tipo di consumatori di energia nell'industria, rappresentando circa il 70% della potenza totale.

Le seguenti considerazioni vengono spesso utilizzate quando si sceglie il tipo di motore per un inverter non regolato:

• a tensioni fino a 1 kV e potenza fino a 100 kW, è più economico utilizzare motori asincroni e oltre 100 kW - sincroni;

• a tensione 6 kV e potenza fino a 300 kW — motori asincroni, oltre 300 kW — sincroni;

• a tensione 10 kV e potenza fino a 400 kW — motori asincroni, oltre 400 kW — sincroni.

I motori asincroni con rotore di fase vengono utilizzati in azionamenti potenti con condizioni di avviamento difficili (nelle macchine di sollevamento, ecc.).

I motori elettrici di impianti industriali come compressori, ventilatori, pompe e dispositivi di sollevamento-trasporto, a seconda della potenza nominale, hanno una tensione di alimentazione di 0,22-10 kV. La potenza nominale dei motori elettrici di questi impianti varia da frazioni di chilowatt a 800 kW o più. I ricevitori elettrici indicati si riferiscono solitamente alla I categoria di affidabilità dell'alimentazione.Ad esempio, lo spegnimento della ventilazione nelle officine di produzione chimica richiede l'evacuazione delle persone dai locali e, quindi, l'arresto della produzione.

La conversione da corrente alternata a corrente continua richiede i costi di installazione delle unità di conversione e delle apparecchiature di controllo, la costruzione di locali per esse, nonché i costi operativi per la loro manutenzione e la perdita di elettricità. Pertanto, il costo del sistema di alimentazione e il costo specifico dell'energia elettrica in corrente continua sono più elevati che in corrente alternata. I motori DC sono più costosi dei motori asincroni e sincroni. Gli azionamenti CC variabili vengono utilizzati quando è richiesto un cambio di velocità rapido, ampio e/o regolare.

Fattore di potenza dei ricevitori elettrici

Una caratteristica importante di un ricevitore elettrico è Fattore di potenza cos (φn). Il fattore di potenza è una caratteristica del passaporto che riflette la quota di potenza attiva consumata a carico e tensione nominali. Il cosφ nominale di un motore elettrico dipende dal tipo, dalla potenza nominale, dalla velocità e da altre caratteristiche. Quando si lavora con motori elettrici, il loro cosφ dipende principalmente dal carico.

Per l'azionamento elettrico di grandi pompe, compressori e ventilatori vengono spesso utilizzati motori sincroni, che vengono utilizzati come fonti aggiuntive di potenza reattiva nel sistema di alimentazione.

I dispositivi di sollevamento e trasporto sono caratterizzati da frequenti urti del carico, che provocano variazioni del fattore di potenza entro limiti significativi (0,3-0,8). In base all'affidabilità dell'alimentazione, di solito si riferiscono alle categorie I e II (a seconda del loro ruolo nel processo tecnologico).
Ricevitori elettrici disturbati

Da dispositivi elettrici I maggiori problemi sono causati dai forni ad arco per i seguenti motivi:

• elevata potenza propria (fino a decine di megawatt); non linearità e basso cosφ causati dal trasformatore del forno;
• picchi di potenza attiva e reattiva che si verificano durante il funzionamento;
• scostamenti parziali dalla simmetria dei carichi di fase.

Gli impianti di saldatura elettrica AC hanno problemi simili ai forni ad arco. Il loro cosφ è particolarmente basso.

L'illuminazione elettrica provoca anche alcuni problemi con la rete elettrica, in particolare: le lampade a scarica ad alta efficienza utilizzate al posto delle lampade ad incandescenza hanno una caratteristica non lineare e sono sensibili alle interruzioni di corrente di breve durata (frazioni di secondo). Attualmente, tuttavia, questi problemi vengono risolti commutando le lampade su un'alimentazione ad alta frequenza tramite convertitori di frequenza separati, il che migliora non solo la loro illuminazione, ma anche i loro parametri energetici.

Le sorgenti luminose (a incandescenza, fluorescenti, ad arco, al mercurio, al sodio, ecc.) sono ricevitori elettrici monofase e sono equidistanti tra le fasi per ridurre l'asimmetria. Per lampade ad incandescenza cosφ = 1, e per lampade a scarica di gas cosφ = 0,6.

L'alimentazione dei dispositivi di controllo e di elaborazione delle informazioni è soggetta a maggiori requisiti in termini di affidabilità e qualità dell'elettricità, pertanto sono alimentati, di norma, da fonti di alimentazione ininterrotta garantita.