Класифікація приймачів електричної енергії

Всі електроприймачі за ознакою перетворення електроенергії можна поділити на такі основні групи: електропривід (електроурухомник); електротехнологічні установки; електричне освітлення; холодильні установки; пристрої керування та оброблення інформації.

Основними електроприймачами промислових підприємств є електродвигуни, комплексні електроприводи, зварювальні агрегати, електропечі, електролізні ванни, прилади електричного освітлення, установки виплавлення та оброблення металів, перетворювальні установки тощо. В інших галузях народного господарства застосовуються такі ж електроприймачі, лише змінюється їх кількісне співвідношення та потужність.

Силові електроприймачіпромисловості споживають значну частку генерованої електроенергії. Загалом частка електроспоживання залежить від галузі промисловості й особливостей виробничого процесу. Так, на машинобудівних підприємствах основними електроприймачами є електроприводи, на підприємствах електронної промисловості та в електрометалургії – електротехнологічні установки; частка споживання електроенергії для електричного освітлення особливо велика в легкій та харчовій промисловості, а в повністю автоматизованих виробництвах вона може бути досить малою. Пристрої керування та оброблення інформації застосовуються на всіх рівнях керування виробництвом, але частка споживаної ними електроенергії суттєвої ролі не відіграє. Однак виділення їх в окрему групу електроприймачів пов`язано з особливими вимогами щодо надійності електропостачання та якості електроенергії.

Приймачі електричної енергії промислових підприємств та інших споживачів електричної енергії можна класифікувати за їх основними технічними показниками та певними ознаками, серед яких: рід cтруму; кількість фаз; частота змінного струму; номінальна напруга; номінальна потужність; споживання реактивної потужності; пусковий струм; ступінь симетрії фаз; лінійність електричних кіл приймачів; вимоги щодо якості електроенергії; режим роботи; вимоги щодо надійності електропостачання тощо.

За родом струму розрізняють електроприймачі змінного, постійного та імпульсного струмів. Сучасне генерування електричної енергії здійснюється практично повністю на змінному трифазному струмі промислової частоти й переважна більшість електроприймачів працює на змінному струмі. Електроприймачі постійного струму, серед яких поширений електропривід постійного струму та ряд електротехнологічних устав, мають індивідуальні генератори постійного струму з приводом від різних типів механічних двигунів (наприклад, вітрових, гідравлічних тощо), сонячні чи гальванічні батареї або перетворювачі змінного струму в постійний. Для перетворення змінного струму у постійний широко застосовуються керовані й некеровані напівпровідникові (найчастіше тиристорні) випрямлячі. Електроприймач постійного струму, що живиться від перетворювача (або ж сам перетворювач) з боку електропостачальної системи можна розглядати як споживач змінного струму. Для живлення груп споживачів постійного струму (заводський, залізничний та міський електротранспорт, установки електролізу та інші електротехнології, деякі двигуни підіймально-транспортних та допоміжних механізмів, для яких необхідно здійснювати регулювання швидкості обертання тощо) споруджуються перетворювальні підстанції з напівпровідниковими випрямлячами або агрегатами типу електродвигун-генератор.

На імпульсному струмі працюють електроприймачі короткочасної дії, наприклад, машини контактного зварювання. Для їх живлення використовують індивідуальні перетворювачі, а також пристрої енергонакопичення, наприклад, конденсатори. Ці приймачі разом з перетворювачами й накопичувачами, що споживають електроенергію від електромережі змінного струму можна також розглядати як електроспоживачі змінного струму.

За кількістю фаз електроприймачі змінного струму поділяються на трифазні й однофазні. Живляться вони, як правило, від трифазних мереж змінного струму, причому однофазні електроприймачі можна вмикати між фазним і нульовим проводом (на фазну напругу), або між двома фазними проводами (на лінійну напругу). Сукупність однофазних приймачів, увімкнених між різними фазами творить трифазну групу приймачів. Електроприймачі з іншою кількістю фаз живляться від індивідуальних перетворювачів і в цілому можуть розглядатися як споживачі трифазного струму.

За частотою змінного струму розрізняють електроприймачі промислової, підвищеної та зниженої частоти. Промисловою називають частоту, на який працюють генератори електростанцій й електропостачальні системи, а також переважна кількість споживачів електроенергії. В Україні, в усіх європейських країнах і в багатьох країнах інших континентів використовується промислова частота 50 Гц. У Північній Америці, в більшості країн Південної Америки, Азії та деяких країнах Африки промислова частота дорівнює 60 Гц. Порівняння цих двох частот за різними показниками на основі довготривалого досвіду їх застосування показує, що системи з частотою 60 Гц мають певні переваги. Так, магнітний потік усіх електромагнітних апаратів (трансформаторів, двигунів змінного струму, дроселів тощо) однакової потужності на частоті 60 Гц на 17% менший ніж на частоті 50 Гц. Відповідно зменшується поперечний переріз і маса магнітопроводу, середня довжина витків обмоток, загальна матеріалоємність електромагнітних пристроїв, а також їх вартість. В той же час на 20% збільшується індуктивний опір, а в наслідок поверхневого ефекту дещо більшим, ніж на частоті 50 Гц, буде й активний опір, що зумовлює зростання втрат напруги й потужності в елементах мережі. У 30-х роках ХХ століття були проведені відповідні дослідження, які показали, що оптимальною є частота біля 100 Гц. Однак перехід на цю частоту сучасних систем вже практично неможливий, тому що це вимагало б дуже великих витрат. Підвищеною називається будь-яка частота, більша від промислової. Серед цих частот розрізняють власне підвищену (застосовується, наприклад, частота 200¸400 Гц для живлення переносного електроінструмента для зниження його маси), високу частоту (наприклад, 20 кГц застосовують для нагріву та плавлення металу, 20¸40кГц – для живлення люмінесцентних ламп; до 100 кГц – в установках поверхневого гартування), надвисоку частоту (наприклад, 20 МГц застосовують для нагрівання напівпровідникових і діелектричних матеріалів, висушування дерева, швидкої полімеризації клею, термічної обробки харчових продуктів тощо). В усіх випадках такі електроприймачі живляться від індивідуальних перетворювачів чи генераторів частоти.

Це також стосується й електроприймачів зниженої частоти, меншої від промислової, наприклад, для деяких електротермічних установок, в яких зниження частоти необхідне для збільшення глибини проникнення електромагнітного поля у велику за габаритами деталь. Частота в таких установках лежить в межах від 1 до 25 Гц.

Номінальною напругою електроприймача називають напругу, яка зазначена заводом-виробником у паспорті або технічних документах і забезпечує його нормальну роботу в мережі відповідної напруги. Розрізняють приймачі з номінальною напругою до 1000 В і понад 1000 В. В установках до 1000 В застосовують напругу 36, 42, 220, 380, 660 В трифазного змінного струму, а також 12, 24, 36, 48, 60, 110, 220 і 400 В – постійного струму.

Серед напруг до 1000 В окремо виділений діапазон малих напруг, до яких відносять малу робочу напругу і малу напругу безпеки - до 42 В змінного струму і до 110 В постійного струму.

Для електричних мереж системи електропостачання доцільно розрізняти низькі номінальні напруги (до 1000 В: 220/380 В, 380/660 В), середні (6, 10 та 35 кВ), високі (до 330 кВ включно) та надвисокі напруги (500 кВ і більше).

За номінальною (або встановленою) потужністю електроприймачі можна розрізняти як малої (до 1 кВт), середньої (до сотень кіловат), великої (декілька мегават) та надвеликої (десятки мегават) потужності. Такий поділ є умовним і тому важко встановити конкретно межі тієї чи іншої групи. Варто зауважити, що в певній мірі розподіл за потужністю корелюється з кількістю фаз та напругою, тобто до першої групи переважно відносять однофазні електроприймачі низької напруги, до другої – трифазні електроприймачі спочатку низької, а зі збільшенням потужності і середньої напруги, до третьої та четвертої – лише трифазні електроприймачі середньої напруги.

Для характеристики електроприймачів або їх групи за споживанням реактивної потужності використовуються такі показники: коефіцієнт потужності cosj = P/S та коефіцієнт реактивної потужності tg j =Q/P.

Коефіцієнт потужності вважається високим, якщо його значення перевищує 0.9, середнім – за значень від 0.65 до 0.9 низьким – від 0.4 до 0.65 і особливо низьким за значень, менших від 0.4. Єдиним електроприймачем, який, споживаючи активну потужність, може генерувати реактивну потужність є синхронний двигун. Його коефіцієнт потужності називають ємнісним (тобто подають його для режиму роботи з випереджувальним струмом).