Характеристики приймачів електричної енергії

Вище наведені основні технічні характеристики електроприймачів, до яких віднесені рід струму, номінальна напруга, частота струму, номінальна потужність тощо. Номінальними називають такі найбільші параметри режиму, на які електрообладнання розраховане і виготовлене, та з якими воно може тривало працювати, маючи задовільні техніко-економічні показники.

Треба пам’ятати, що для різних електроприймачів номінальна потужність визначається по-різному. Так, номінальна потужність (Р_н) двигуна – це потужність на валу за номінальних умов, зокрема і з номінальною тривалістю увімкнення (ТВ_н); в електротехнологічних уставах вона дорівнює повній потужності (S_н), яку споживають ці устави з мережі в номінальному режимі (для окремих електротехнологічних устав також треба враховувати тривалість увімкнення або тривалість роботи); для перетворювачів (електромашинних і напівпровідникових) номінальною вважається потужність на виході; номінальна потужність світильників з лампами розжарення (жарівками), як і світильників з газорозрядними лампами - це потужність, яка вказана на балоні чи цоколі лампи, тобто для газорозрядних ламп не враховуються втрати потужності в пускорегулювальних пристроях.

У зв’язку з цим номінальні потужності різнохарактерних груп електроприймачів за необхідності додаються тільки після зведення їх до однакових умов. Наприклад, номінальна потужність групи з n двигунів, призначених для повторно-короткочасних режимів, визначається як сума їх номінальних потужностей, зведених до тривалого режиму роботи за формулою

,

де P_пасп.і – номінальна паспортна потужність двигуна; n- кількість двигунів; ТВ_пасп.і – номінальна паспортна тривалість увімкнення.

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 вважають 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. Джерелом реактивної потужності є генератори електричних станцій. 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). До джерел реактивної потужності відносять також батареї конденсаторів, які вмикають паралельно до споживачів реактивної потужності індуктивного характеру. Цим зменшується значення повної потужності, яку споживають електроприймачі від електромережі, а з цим підвищується значення коефіцієнта потужності електроприймача чи групи електроприймачів і підприємства у цілому.

Струми, що проходять у фазах електроприймача безпосередньо після його увімкнення на напругу електромережі, називаються пусковими. Ці струми фіксуються від моменту увімкнення до досягнення усталеного режиму роботи. Тривалість проходження цих струмів необхідно знати для правильного вибору елементів електропостачання за пропускною здатністю, для вибору захисної електроапаратури, а також для розрахунків коливань напруги та стійкості вузлів навантажень. Значення цих струмів вважають істотними, якщо їх врахування вимагає коректування параметрів будь-якого елемента електропостачальної системи (перерізу провідника; струму спрацювання захисту тощо), вибраного за умовами нормального режиму. До таких струмів належать передовсім пускові струми асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором, які перевищують номінальний струм в 5¸12 разів і тривають від часток секунди до кількох секунд, а іноді й до десятків секунд. Істотними можуть бути і пускові струми, що виникають у процесі запалювання газорозрядних ламп високого тиску (1,5¸2 кратний струм протягом декількох хвилин).

Особливі умови щодо системи електропостачання створюють дугові електропечі, оскільки зумовлюють значні кидки струму в деяких режимах роботи.

Електроприймачі характеризують за симетрією фаз та за характером вольт-амперної характеристики їх опорів. Ступінь симетрії електроприймачів визначається за рівномірністю навантаження фаз трифазної електромережі та симетрією фазних напруг. Більшість промислових силових електроприймачів симетричні. Певною мірою несиметричними можуть бути освітлювальні установки, де не завжди вдається розподілити однофазні світильники рівномірно між фазами, та забезпечити симетричний режим їх роботи. Найбільші труднощі щодо симетрування навантаження створюють потужні однофазні електротехнологічні установки (однофазні електропечі, зварювальні агрегати тощо). Наявність несиметричного навантаження приводить до несиметрії напруг і струмів у точці їх приєднання, що погіршує режими роботи інших електроприймачів та самої мережі.

Більшість електроприймачів мають лінійні характеристики опорів фаз, що є головною умовою збереження синусоїдності форми напруги і струму у мережі. Однак є багато електроприймачів, яким властиві нелінійні вольт-амперні характеристики. Нелінійність вольт-амперної характеристики приймача засвідчує залежність його опору від величини струму, що проходить по ньому, або від величини прикладеної напруги. Нелінійність призводить до появи вищих гармонік струмів та напруг, наявність яких знижує економічність роботи інших електроприймачів та елементів мережі, збільшуючи втрати напруги, потужності та електроенергії, а також призводять до підвищення температури окремих частин цих приймачів. Інколи проходження струмів вищих гармонік у електромережі спричиняє значні радіозавади.

Найчастіше нелінійність характеристик електроприймачів обумовлена наявністю напівпровідникових, електронних або газорозрядних приладів, а також насичених феромагнітних елементів. Типовими прикладами цих елементів є напівпровідникові перетворювачі, феромагнітні регулятори та стабілізатори, газорозрядні лампи, електродугові печі, зварювальні установки тощо. У результаті спотворення форми струму у електромережі проходять синусоїдні струми основної частоти та синусоїдні струми вищих частот (гармоніки), які у сумі відтворюють несинусоїдний струм. Ступінь нелінійності характеризується коефіцієнтом спотворення синусоїди кривої напруги та коефіцієнтами окремих гармонічних складових.

Техніко-економічні показники роботи електроустановок залежать від якості електричної енергії. Вимоги щодо якості електроенергії в системах електропостачання загального призначення вказані в нормативних документах (ГОСТ—13109-97). До показників якості електроенергії належать: усталене відхилення напруги; коливання напруги, яке характеризується розмахом зміни напруги та дозою флікеру (флікер – суб’єктивне сприйняття людиною коливань світлового потоку штучних джерел світла викликаного коливанням напруги живлення; доза флікеру - міра чуттєвості людини до дії флікеру за певний проміжок часу); коефіцієнт спотворення синусоїдності кривої напруги; коефіцієнт n-ї гармонічної складової напруги; коефіцієнт несиметрії напруг за зворотною та нульовою послідовністю; відхилення частоти; тривалість провалу напруги; імпульсна напруга та коефіцієнт тимчасової перенапруги. Стандартом встановлені норми якості, які вказують на нормально допустимі та граничнодопустимі значення показника якості електроенергії. Відхилення за межі визначених стандартом норм, що характеризують показники якості електроенергії, істотно впливають на роботу конденсаторних установок, електротехнологічних устав, двигунів, систем освітлення тощо.

Електроприймачі характеризуються також режимом роботи: тривалим, короткочасним, повторно-короткочасним або складним. Ознакою цих режимів є характер зміни температури струмовідних частин, пов'язаний з тривалістю проходження струму.