15.2. Основные группы потребителей электроэнергии

Электроснабжение промышленных предприятий. Промышленные предприятия потребляют от 30 до 70 % электроэнергии, вырабатываемой в составе ЭЭС. Значительный разброс промышленного потребления определяется индустриальной развитостью и климатическими условиями различных стран; для индустриально развитых стран, включая РФ, характерны количественные значения данного энергопотребления в 50 - 70 %. В данную группу входят предприятия машиностроения, чёрной и цветной металлургии, химической промышленности, стройматериалов, текстильных и продовольственных производств и т.п.
Суммарные установленные мощности ЭП и соответствующие им электрические нагрузки промышленных предприятий изменяются в весьма широких пределах, от единиц мегаватт (металлообработка, мелкое машино-строение и т.п.) до 300 - 500 МВт и более (крупное машиностроение, чёрная металлургия, электролиз алюминия и иных цветных металлов). Вместе с тем для основной части предприятий характерны мощности в пределах 30 - 150 МВт.
Системы электроснабжения промышленности характеризуется наибольшим многообразием видов применяемых ЭП, их номинальных мощностей и режимов работы. Вместе с тем основными из них в данной области являются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (60—90 %), значительную часть которых составляют электродвигатели мощностью 10 - 50 кВт (380 В). Синхронные двигатели и крупные асинхронные с регулируемым пуском применяются в 10 - 20 % электроприводных установок. В связи с этим основные влияния данных ЭП на СЭС в целом заключаются в:
• колебаниях напряжения, вызываемых значительными пусковыми токами короткозамкнутых асинхронных двигателей;
• возможностях массового торможения асинхронных двигателей при снижениях рабочего напряжения до 70 - 80 % номинального значения («лавина напряжения»);
• возможностях работы синхронных двигателей, как с потреблением, так и с выдачей реактивной мощности.
Из всего многообразия видов ЭП промышленности значительное влияние на режимы СЭС (в некоторых случаях и на режимы ЭЭС) оказывают электротехнологические и выпрямительные установки. Электродуговые сталеплавильные печи характеризуются установленной мощностью до 100 - 150 МВт и резкопеременными режимами работы с изменениями потребляемой активной и реактивной мощности в единицы и десятки МВт/с и Мвар/с. Электросварочные агрегаты, широко применяемые в машиностроении, имеют установленную мощность до 2000 кВ • А, их работа характеризуется низкими коэффициентами мощности (0,2 - 0,6) и резкопеременной нагрузкой (сотни герц).
В указанных случаях неизбежны значительные колебания напряжения. При применении выпрямительных установок (электролиз, электротермия и др.) в сети протекают несинусоидальные токи, которым приводят к несинусоидальности напряжений.
В настоящее время значительная часть промышленных предприятий характеризуется 2 - 21/2-сменным графиками работы (влияние социологических и здравоохранительных факторов). Упрощённый суточный график активных нагрузок такого производства приведен на рис 15.2, г. Вместе с тем ряд производств, например, доменные, сталеплавильные, электролизные, химические и другие производства должны работать в 3 смены.

Промышленные установки потребляют значительную реактивную мощность, поэтому «естественный» (без учёта компенсации реактивных нагрузок) коэффициент мощности нагрузки обычно не выше 0,7 - 0,8.
Электроснабжение коммунально-бытовых потребителей. К данной группе ПЭ относится широкий круг зданий: жилые здания, здания административно-управленческого назначения, учебные и научные заведения, магазины, здания здравоохранения, культурно-массового назначения, общественного питания и т.п.
Современные ПЭ данного типа характеризуются значительной номенклатурой ЭП, их относительно существенной номинальной мощностью и высокими коэффициентами насыщения данными ЭП бытовых и общественных зданий. Установленные мощности ЭП оцениваются следующим образом: квартиры с газовыми плитами 21,4 кВт, то же - с электроплитами 32,6 - 39,6 кВт, коттеджи с электроплитами 47,9 кВт. Установленная мощность ЭП в жилых и общественных зданиях (в зависимости от типа, назначения и количества этажей и жилых секций) составляют от 100 - 200 кВт до единиц мегаватт.
Основными типами современных ЭП зданий данного назначения являются приборы электрического освещения, нагревательные приборы (плиты, отопление, горячая хозяйственная вода), холодильники и морозильники, кондиционеры воздуха и различные приборы электронного типа (аудио-, видеотехника и т.п.). Преобладание ламп накаливания в осветительных установках и ЭП нагревательного типа определяют высокие значения коэффициентов мощности на вводах в здания (0,9 - 0,95) в часы суточных максимумов нагрузок.
Значительная часть ПЭ данной группы предъявляет умеренные требования к надёжности электроснабжения (II категория), допускающие перерывы питания на время оперативных переключений в распределительных электросетях до 1 кВ и 6 - 10 кВ. Вместе с тем лифтовые и пожарные установки жилых зданий в 17 этажей и более, крупные учебные и зрелищные заведения, как и особо ответственные административные здания, теплофикационные и водопроводные пункты и т.п., должны обеспечиваться автоматическим вводом резервного питания (АВР) в течение 1,5 - 2 с.
На рис. 15.2, а, б приведены примеры суточных графиков активных нагрузок некоторых ПЭ жилых районов города.
Современные плотности электрических нагрузок жилых районов городов, приведенные к шинам трансформаторных подстанций (ТП) 6 - 10/0,38 кВ, в зависимости от среднего количества этажей жилых зданий (5 - 16) составляют от 5 до 50 МВт/км2. Соответствующие продолжительности использования наибольших нагрузок 4500 - 5000 ч/год.
Электроснабжение электрифицированного транспорта. Выпрямительные подстанции электротранспорта на постоянном токе (городской, промышленный, междугородний) и понижающие ПС междугороднего электрического транспорта на переменном токе питаются электроэнергией от электрических сетей ЭЭС. Соответственно ПС городского электротранспорта (трамвай, троллейбус, метрополитен) располагаются на территориях городов и являются ПЭ городских сетей. Понижающие подстанции междугороднего транспорта, питающиеся непосредственно от электрических сетей ЭЭС, как правило, также располагаются на территории или вблизи населённых пунктов. Понижающие подстанции междугороднего электротранспорта питаются по сетям 35 - 220 кВ.
Электрические нагрузки подстанций в зависимости от объёмов перевозок и номинальных напряжений питающих электросетей находятся в пределах 15 - 50 МВт. Аналогичные нагрузки ПС трамвая и троллейбуса, питающихся при напряжениях 6 - 10 кВ, находятся в пределах 0,5 - 2,5 МВт. Коэффициент мощности, потребляемой тяговыми ПС, существенно зависит от режимов на-грузки: в периоды наибольших нагрузок это 0,9 - 0,95, но при малых нагрузках он снижается до 0,5 - 0,6. Продолжительности использования наибольших нагрузок городского электротранспорта 5000 - 5500 ч/год; междугородний транспорт характеризуется большими значениями этой технической характеристики. Системы электроснабжения электрического транспорта требуют высокой надёжности электроснабжения (I категория).
Современные СЭС электрического транспорта оказывают существенное влияние на показатели качества напряжения в питающих электрических сетях от 6 - 10 до 110 кВ. Это связано:
• с применением установок выпрямления тока, что обусловливает несинусоидальность напряжения;
• с несимметрией напряжения при электротяге на однофазном переменном токе (27,5 кВ);
• с колебаниями напряжения в сетях 6 - 10 кВ, вызываемыми пусковыми токами двигателей трамваев и троллейбусов. На рис. 15.2, в приведен суточный график активных нагрузок подстанции городского электротранспорта.
Электроснабжение сельского хозяйства. Системы электроснабжения сельского хозяйства включают питание электроэнергией всех потребителей, располагающихся на территориях сельскохозяйственных районов. Это - электроснабжение всех видов сельскохозяйственных производств, а также комплексов коммунально-бытовых потребителей сельских населённых пунктов. Примерами ПЭ в данной области являются животноводческие, птицеводческие, зернообрабатывающие комплексы, зерно- и овощехранилища, парниковые установки, а также жилые здания, медицинские, торговые, культурно-образовательные учреждения и т.п. Электрические нагрузки отдельных ПЭ изменяются в весьма широких пределах: от единиц киловатт для малоэтажных зданий до единиц мегаватт для животноводческих и зернообрабатывающих комплексов.
Питание электроэнергией СЭС сельского хозяйства осуществляется преимущественно от ПС 35 - 110 кВ ЭЭС. В районах, удалённых от электросетей ЭЭС, а также в качестве резервных источников питания ПЭ, не допускающих перерывы электроснабжения или допускающих такие перерывы в пределах 20 - 30 мин, применяются дизельные электростанции мощностью от десятков до сотен киловатт. В единичных случаях сооружаются местные гидроэлектростанции аналогичной мощности.
Пример суточного графика электрических нагрузок ПС 6 - 10/0,38 кВ сельскохозяйственных ПЭ приведен на рис. 15.2, д. Различия между графиками зимних и летних суток зависят от соотношений нагрузок жилых зданий и сельскохозяйственного производства, а также от географической широты рассматриваемого района (климатические условия, долгота светового дня).
Коэффициенты мощности жилых и иных зданий сельских населённых пунктов составляют 0,9—0,95, а основных производств 0,75 - 0,85. Продолжительность использования наибольших нагрузок сельских ПЭ - в пределах 2000 - 3500 ч/год.
Значительная часть ЭП сельских ПЭ допускает аварийные перерывы электроснабжения на время восстановления питания оперативных переключений в распределительных электросетях (II категория). Вместе с тем крупные животноводческие комплексы и птицефабрики требуют автомати-зированного восстановления питания основных ЭП в течение нескольких минут во избежание потерь сельскохозяйственных животных и птиц; такие ЭП относятся к I категории по требованиям надёжности электроснабжения.
Выше были приведены базовые сведения по основным группам ПЭ. Однако имеются и другие разновидности электроэнергетических характеристик ПЭ, таких как горно-, нефте- и газодобывающей промышленности, крупных хладо- и теплогенерирующих установок, морских и авиационных портов, объектов обороны страны и др.