Récepteurs d'énergie électrique

Le récepteur d'énergie électrique (récepteur électrique) est un appareil, une unité, un mécanisme conçu pour transformation de l'énergie électrique dans un autre type d'énergie (y compris électrique, selon d'autres paramètres) pour l'utiliser.

Selon leur destination technologique, ils sont classés selon le type d'énergie dans laquelle ce récepteur convertit l'énergie électrique, notamment :

• mécanismes d'entraînement de machines et mécanismes;

• centrales électrothermiques et électriques;

• installations électrochimiques;

• installation d'électrode asthénie;

• installations de champs électrostatiques et électromagnétiques,

• électrofiltres;

• installations de traitement des étincelles;

• machines électroniques et informatiques;

• dispositifs de contrôle et d'essai des produits.

Un utilisateur d'énergie électrique appelé un récepteur électrique ou un groupe de récepteurs électriques unis par un procédé technologique et situés dans une certaine zone.

La loi fédérale "sur l'énergie" définit le consommateur d'électricité et d'énergie thermique comme une personne qui l'achète pour ses propres besoins domestiques ou industriels, et les sujets de l'industrie de l'électricité - "les personnes exerçant des activités dans le domaine de l'énergie électrique, y compris la production d'énergie électrique et thermique, fourniture d'énergie aux consommateurs "lors du transport d'électricité, régulation opérationnelle du dispatching dans l'industrie électrique, vente d'électricité, organisation de l'achat et de la vente d'électricité".

Classification des consommateurs d'électricité pour assurer la fiabilité de l'alimentation électrique

En termes de fiabilité de l'alimentation électrique, les consommateurs d'énergie électrique sont répartis dans les trois catégories suivantes :

Récepteurs électriques de catégorie I - récepteurs électriques dont l'interruption de l'alimentation électrique peut entraîner: danger pour la vie humaine, dommages importants à l'économie nationale, dommages aux équipements de base coûteux, défauts massifs du produit, perturbation d'un processus technologique complexe, perturbation du fonctionnement d'éléments particulièrement importants de l'économie de la communauté.

De la gamme récepteurs électriques de 1ère catégorie un groupe spécial de récepteurs électriques est distingué, dont le fonctionnement continu est nécessaire pour un arrêt en douceur de la production afin d'éviter les menaces à la vie humaine, les explosions, les incendies et les dommages aux équipements principaux coûteux.

Récepteurs électriques de catégorie II - récepteurs électriques dont l'interruption de l'alimentation électrique entraîne une pénurie massive de produits, des interruptions massives de travailleurs, de mécanismes et de transports industriels, une perturbation des activités normales d'un nombre important d'habitants des villes et des campagnes domaines.

Récepteurs électriques de catégorie III — tous les autres récepteurs électriques qui ne répondent pas aux définitions des catégories I et II. Ce sont des récepteurs d'ateliers auxiliaires, de production de produits non en série, etc.

Les récepteurs électriques de catégorie I doivent être alimentés en électricité par deux sources d'alimentation indépendantes mutuellement redondantes, et l'interruption de leur alimentation en cas de panne de courant de l'une des sources d'alimentation ne peut être autorisée que pendant le temps de rétablissement automatique de l'alimentation. Afin d'alimenter un groupe spécial de consommateurs électriques de catégorie I, une alimentation supplémentaire doit être fournie à partir d'une troisième source d'alimentation indépendante mutuellement redondante.

Afin d'établir correctement la catégorie des récepteurs électriques, il est nécessaire d'évaluer la probabilité d'un accident dans les sections du système d'alimentation électrique, de déterminer les conséquences possibles et les dommages matériels à la suite de ces accidents. Lors de la détermination de la catégorie de récepteurs électriques, la catégorie de puissance continue requise pour différents groupes de récepteurs électriques ne doit pas être surestimée. Lors de la détermination des récepteurs électriques pour la première catégorie, la réserve technologique est prise en compte, pour la seconde - le déplacement de la production.

Classification des récepteurs d'énergie électrique

Les consommateurs d'électricité se caractérisent par :

1.puissance totale installée des récepteurs électriques ;

2. en appartenant à l'industrie (par exemple l'agriculture);

3. par groupe tarifaire ;

4. par catégorie de services énergétiques.

Les installations électriques produisant, transformant, distribuant et consommant de l'électricité sont divisées par niveau de tension en installations électriques d'une tension supérieure à 1 kV et jusqu'à 1 kV (pour les installations électriques à courant continu - jusqu'à 1,5 kV). Les installations électriques avec une tension allant jusqu'à 1 kV AC sont réalisées avec un neutre solidement mis à la terre et dans des conditions avec des exigences de sécurité accrues - avec un neutre isolé (mines de tourbe, mines de charbon, installations électriques mobiles, etc.).

Les installations supérieures à 1 kV sont subdivisées en installations :

1) avec neutre isolé (tension 35 kV et inférieure) ;

2) à neutre compensé (relié à la terre par une résistance inductive pour compenser les courants capacitifs), sont utilisés pour les réseaux dont la tension peut atteindre 35 kV et rarement 110 kV ;

3) avec un neutre aveuglément mis à la terre (tension 110 kV et plus).

De par la nature du courant, tous les récepteurs électriques fonctionnant à partir du réseau peuvent être divisés en récepteurs électriques à courant alternatif avec une fréquence industrielle de 50 Hz (dans certains pays, ils utilisent 60 Hz), courant alternatif à fréquence augmentée ou diminuée et courant continu .

La plupart des consommateurs d'énergie électrique des utilisateurs industriels d'électricité fonctionnent en courant alternatif triphasé avec une fréquence de 50 Hz.

Des paramètres de fréquence augmentés sont utilisés :

• pour le chauffage pour le durcissement, pour l'emboutissage des métaux, les fours à micro-ondes, etc. ;

• dans les technologies où une vitesse de rotation élevée d'un moteur électrique est requise (industrie textile, travail du bois, outillage électroportatif dans la construction aéronautique), etc.

Pour obtenir une fréquence jusqu'à 10 000 Hz, on utilise des convertisseurs à thyristor, pour les fréquences supérieures à 10 000 Hz, utiliser générateurs électroniques.

Les récepteurs électriques basse fréquence sont utilisés dans les dispositifs de transport, par exemple pour les laminoirs (f = 16,6 Hz), dans les installations de mélange de métaux dans les fours (f = 0 ... 25 Hz). De plus, la fréquence de tension réduite est utilisée dans les appareils de chauffage par induction.

L'expérience de l'utilisation de fréquences industrielles (50 Hz) et augmentées (60 Hz) a confirmé la faisabilité économique d'une fréquence de 60 Hz, et les calculs technico-économiques ont montré que la fréquence optimale devrait être de 100 Hz.

Récepteurs de puissance typiques

Tous les récepteurs de puissance sont caractérisés par différents paramètres. Dans le même temps, les modes de leur fonctionnement sont décrits par le LEG, par conséquent, dans le but d'analyser les modes de consommation d'énergie, des récepteurs de puissance caractéristiques sont utilisés, qui sont des groupes de récepteurs de puissance similaires dans les modes de fonctionnement et les paramètres de base.

Les groupes suivants appartiennent aux récepteurs électriques typiques :

• Moteurs électriques pour installations électriques et industrielles;

• moteurs électriques pour machines de production;

• fours électriques;

• Installations électrothermiques ;

• installations d'éclairage;

• Réparation et transformation d'installations.

Les récepteurs électriques des quatre premiers groupes sont traditionnellement appelés récepteurs de puissance. La part de chaque groupe dans la consommation d'énergie de l'entreprise dépend de l'industrie et des caractéristiques du processus de production.

Récepteurs à courant continu

Le courant continu est utilisé en galvanoplastie (chromage, nickelage, etc.), pour le soudage en courant continu, pour alimenter les moteurs à courant continu, etc.

Moteurs électriques

Sur la base des classifications énumérées ci-dessus, l'ensemble le plus complexe de récepteurs électriques est l'entraînement électrique. Le plus courant est un entraînement électrique asynchrone, qui se caractérise par une consommation importante de puissance réactive, des courants de démarrage élevés et une sensibilité importante aux écarts de la tension secteur par rapport à la tension nominale.

Dans les installations qui ne nécessitent pas de contrôle de vitesse pendant le fonctionnement, des entraînements électriques à courant alternatif (moteurs asynchrones et synchrones) sont utilisés. Les moteurs à courant alternatif non régulés sont le principal type de consommateurs d'énergie dans l'industrie, représentant environ 70 % de la puissance totale.

Les considérations suivantes sont souvent utilisées lors du choix du type de moteur pour un variateur de fréquence non régulé :

• à des tensions jusqu'à 1 kV et une puissance jusqu'à 100 kW, il est plus économique d'utiliser des moteurs asynchrones, et au-dessus de 100 kW - synchrones;

• à tension 6 kV et puissance jusqu'à 300 kW — moteurs asynchrones, plus de 300 kW — synchrones ;

• à tension 10 kV et puissance jusqu'à 400 kW — moteurs asynchrones, plus de 400 kW — synchrones.

Les moteurs asynchrones à rotor de phase sont utilisés dans les entraînements puissants avec des conditions de démarrage sévères (dans les machines de levage, etc.).

Les moteurs électriques d'installations industrielles telles que les compresseurs, les ventilateurs, les pompes et les appareils de transport de levage, en fonction de la puissance nominale, ont une tension d'alimentation de 0,22 à 10 kV. La puissance nominale des moteurs électriques de ces installations varie de quelques fractions de kilowatt à 800 kW ou plus. Les récepteurs électriques indiqués se réfèrent généralement à la catégorie I de fiabilité de l'alimentation électrique.Par exemple, couper la ventilation dans les ateliers de production chimique nécessite l'évacuation des personnes des locaux et donc un arrêt de la production.

La conversion du courant alternatif en courant continu nécessite des coûts d'installation d'unités de conversion et d'équipements de contrôle, de construction de locaux pour ceux-ci, ainsi que des coûts d'exploitation pour leur entretien et la perte d'électricité. De ce fait, le coût du système d'alimentation et le coût spécifique de l'électricité en courant continu sont plus élevés qu'en courant alternatif. Les moteurs à courant continu sont plus chers que les moteurs asynchrones et synchrones. Les entraînements CC variables sont utilisés lorsqu'un changement de vitesse rapide, large et/ou régulier est requis.

Facteur de puissance des récepteurs électriques

Une caractéristique importante d'un récepteur électrique est Facteur de puissance cos (φn). Le facteur de puissance est une caractéristique de passeport reflétant la part de puissance active consommée à charge et tension nominales. Le cosφ nominal d'un moteur électrique dépend de son type, de sa puissance nominale, de sa vitesse et d'autres caractéristiques. Lorsque l'on travaille avec des moteurs électriques, leur cosφ dépend principalement de la charge.

Pour l'entraînement électrique de grandes pompes, compresseurs et ventilateurs, des moteurs synchrones sont souvent utilisés, qui sont utilisés comme sources supplémentaires de puissance réactive dans le système d'alimentation.

Les appareils de levage et de transport se caractérisent par des chocs fréquents de la charge, qui provoquent des modifications du facteur de puissance dans des limites significatives (0,3-0,8). Selon la fiabilité de l'alimentation électrique, ils se réfèrent généralement aux catégories I et II (selon leur rôle dans le processus technologique).
Récepteurs électriques en panne

Depuis appareils électriques Les plus gros problèmes sont causés par les fours à arc pour les raisons suivantes :

• puissance propre élevée (jusqu'à des dizaines de mégawatts); non-linéarité et faible cosφ provoqués par le transformateur du four ;
• surtensions actives et réactives survenant pendant le fonctionnement ;
• écarts de jogging par rapport à la symétrie des charges de phase.

Les installations de soudage électrique à courant alternatif ont des problèmes similaires aux fours à arc. Leur cosφ est particulièrement faible.

L'éclairage électrique pose également certains problèmes avec le réseau électrique, à savoir : les lampes à décharge à haut rendement utilisées à la place des lampes à incandescence ont une caractéristique non linéaire et sont sensibles aux coupures de courant de courte durée (fractions de secondes). Actuellement, cependant, ces problèmes sont résolus en commutant les lampes sur une alimentation haute fréquence via des convertisseurs de fréquence séparés, ce qui améliore non seulement leur éclairage, mais également leurs paramètres énergétiques.

Les sources lumineuses (incandescentes, fluorescentes, à arc, au mercure, au sodium, etc.) sont des récepteurs électriques monophasés et sont régulièrement espacées sur les phases pour réduire l'asymétrie. Pour les lampes à incandescence, cosφ = 1 et pour les lampes à décharge, cosφ = 0,6.

L'alimentation électrique des dispositifs de contrôle et de traitement de l'information est soumise à des exigences accrues en termes de fiabilité et de qualité de l'électricité, elles sont donc alimentées, en règle générale, à partir de sources d'alimentation électrique ininterrompue garantie.