Receptores de energia elétrica

O receptor de energia elétrica (receptor elétrico) é um aparelho, unidade, mecanismo projetado para conversão de energia elétrica em outro tipo de energia (inclusive elétrica, conforme outros parâmetros) para utilizá-la.

De acordo com a sua finalidade tecnológica, classificam-se em função do tipo de energia em que este recetor converte a energia elétrica, nomeadamente:

• mecanismos de acionamentos de máquinas e mecanismos;

• plantas eletrotérmicas e elétricas;

• instalações eletroquímicas;

• instalação de astenia de eletrodo;

• instalações de campos eletrostáticos e eletromagnéticos,

• eletrofiltros;

• instalações de tratamento de faíscas;

• máquinas eletrônicas e de computação;

• dispositivos de controle e teste de produtos.

Um usuário de energia elétrica denominado receptor elétrico ou um grupo de receptores elétricos unidos por um processo tecnológico e localizados em uma determinada área.

A Lei Federal "Da Energia" define o consumidor de eletricidade e energia térmica como aquele que a adquire para suas próprias necessidades domésticas ou industriais, e os sujeitos do setor elétrico - "pessoas que exercem atividades no campo da energia elétrica, incluindo o produção de energia elétrica e térmica, fornecimento de energia aos consumidores "durante o transporte de energia elétrica, controle de despacho operacional no setor elétrico, venda de energia elétrica, organização de compra e venda de energia elétrica".

Classificação dos consumidores de eletricidade para garantir a confiabilidade do fornecimento de energia

Em termos de garantia da confiabilidade do fornecimento de energia, os consumidores de energia elétrica são divididos em três categorias:

Receptores elétricos da categoria I - receptores elétricos, cuja interrupção do fornecimento de energia pode levar a: perigo à vida humana, danos significativos à economia nacional, danos a equipamentos básicos caros, defeitos maciços do produto, interrupção de um processo tecnológico complexo, interrupção do funcionamento de elementos particularmente importantes da economia da comunidade.

Da escalação receptores elétricos da 1ª categoria destaca-se um grupo especial de receptores elétricos, cuja operação contínua é necessária para um desligamento suave da produção, a fim de evitar ameaças à vida humana, explosões, incêndios e danos a caros equipamentos principais.

Receptores elétricos da categoria II - receptores elétricos, cuja interrupção do fornecimento de energia leva a uma escassez em massa de produtos, interrupções em massa de trabalhadores, mecanismos e transporte industrial, interrupção das atividades normais de um número significativo de residentes de cidades e áreas rurais áreas.

Receptores elétricos de categoria III — todos os outros receptores elétricos que não atendem às definições das categorias I e II. Estes são receptores de oficinas auxiliares, produção não serial de produtos, etc.

Os receptores elétricos da categoria I devem ser alimentados com eletricidade de duas fontes de energia independentes mutuamente redundantes, e a interrupção do fornecimento de energia em caso de falha de energia de uma das fontes de energia pode ser permitida apenas pelo tempo de restauração automática do fornecimento de energia. Para alimentar um grupo especial de consumidores elétricos da categoria I, deve ser fornecida uma alimentação adicional a partir de uma terceira fonte de energia independente e mutuamente redundante.

Para estabelecer corretamente a categoria dos receptores elétricos, é necessário avaliar a probabilidade de acidente nas seções do sistema de alimentação, para determinar as possíveis consequências e danos materiais decorrentes desses acidentes. Ao determinar a categoria de receptores elétricos, a categoria de energia contínua necessária para diferentes grupos de receptores elétricos não deve ser superestimada. Ao determinar os receptores elétricos para a primeira categoria, a reserva tecnológica é levada em consideração, para a segunda - o deslocamento da produção.

Classificação dos receptores de energia elétrica

Os consumidores de eletricidade são caracterizados por:

1.potência total instalada dos receptores elétricos;

2. por pertencer à indústria (por exemplo, agricultura);

3. por grupo tarifário;

4. por categoria de serviços energéticos.

As instalações elétricas que produzem, transformam, distribuem e consomem eletricidade são divididas por nível de tensão em instalações elétricas com tensão acima de 1 kV e até 1 kV (para instalações elétricas em corrente contínua – até 1,5 kV). As instalações elétricas com tensão de até 1 kV AC são realizadas com um neutro solidamente aterrado e em condições com requisitos de segurança aumentados - com um neutro isolado (minas de turfa, minas de carvão, instalações elétricas móveis, etc.).

As instalações acima de 1 kV são subdivididas em instalações:

1) com neutro isolado (tensão 35 kV e inferior);

2) com neutro compensado (conectado ao solo por resistência indutiva para compensar correntes capacitivas), são utilizados para redes com tensão de até 35 kV e raramente 110 kV;

3) com um neutro aterrado cegamente (tensão de 110 kV e mais).

Pela natureza da corrente, todos os receptores elétricos que operam na rede podem ser divididos em receptores elétricos com corrente alternada com frequência industrial de 50 Hz (em alguns países usam 60 Hz), corrente alternada com frequência aumentada ou diminuída e corrente contínua .

A maioria dos consumidores de energia elétrica de usuários industriais de eletricidade opera em corrente alternada trifásica com frequência de 50 Hz.

Configurações de frequência aumentadas são usadas:

• para aquecimento para endurecimento, para estampagem de metais, fornos de micro-ondas, etc.;

• em tecnologias onde é necessária uma alta velocidade de rotação de um motor elétrico (indústria têxtil, marcenaria, ferramentas elétricas portáteis na construção de aeronaves), etc.

Para obter uma frequência até 10.000 Hz, são usados ​​conversores tiristores, para frequências acima de 10.000 Hz, use geradores eletrônicos.

Os receptores elétricos de baixa frequência são usados ​​em dispositivos de transporte, por exemplo, para laminadores (f = 16,6 Hz), em plantas de mistura de metais em fornos (f = 0 ... 25 Hz). Além disso, a frequência de tensão reduzida é usada em dispositivos de aquecimento por indução.

A experiência com o uso de frequências industriais (50 Hz) e aumentadas (60 Hz) confirmou a viabilidade econômica de uma frequência de 60 Hz, e cálculos técnicos e econômicos mostraram que a frequência ideal deve ser de 100 Hz.

Receptores de energia típicos

Todos os receptores de energia são caracterizados por diferentes parâmetros. Ao mesmo tempo, os modos de operação são descritos pelo LEG, portanto, para fins de análise dos modos de consumo de energia, são utilizados receptores de energia característicos, que são grupos de receptores de energia semelhantes em modos de operação e parâmetros básicos.

Os seguintes grupos pertencem a receptores elétricos típicos:

• Motores elétricos para instalações elétricas e industriais;

• Motores elétricos para máquinas de produção;

• Fornos elétricos;

• Instalações eletrotérmicas;

• Instalações de iluminação;

• Reparação e conversão de instalações.

Os receptores elétricos dos primeiros quatro grupos são tradicionalmente chamados de receptores de energia. A participação de cada grupo no consumo de energia do empreendimento depende da indústria e das características do processo produtivo.

Receptores de corrente contínua

A corrente contínua é usada em galvanoplastia (cromagem, niquelagem, etc.), para soldagem por corrente contínua, para alimentar motores DC, etc.

Motores elétricos

Com base nas classificações listadas acima, o conjunto mais complexo de receptores elétricos é o acionamento elétrico. O mais comum é um acionamento elétrico assíncrono, caracterizado por consumo significativo de potência reativa, altas correntes de partida e sensibilidade significativa a desvios da tensão da rede nominal.

Em instalações que não requerem controle de velocidade durante a operação, são utilizados acionamentos elétricos CA (motores assíncronos e síncronos). Os motores CA não regulados são o principal tipo de consumidor de energia na indústria, respondendo por cerca de 70% da potência total.

As seguintes considerações são frequentemente usadas ao escolher o tipo de motor para um conversor de frequência não regulado:

• em tensões de até 1 kV e potência de até 100 kW, é mais econômico usar motores assíncronos e acima de 100 kW - síncronos;

• com tensão de 6 kV e potência de até 300 kW — motores assíncronos, acima de 300 kW — síncronos;

• com tensão de 10 kV e potência de até 400 kW — motores assíncronos, acima de 400 kW — síncronos.

Os motores assíncronos com rotor de fase são usados ​​em acionamentos potentes com condições de partida severas (em máquinas elevatórias, etc.).

Os motores elétricos de instalações industriais como compressores, ventiladores, bombas e dispositivos de transporte de elevação, dependendo da potência nominal, têm uma tensão de alimentação de 0,22-10 kV. A potência nominal dos motores elétricos dessas instalações varia de frações de quilowatt a 800 kW ou mais. Os receptores elétricos indicados geralmente se referem à categoria I de confiabilidade da fonte de alimentação.Por exemplo, desligar a ventilação em oficinas de produção química requer a evacuação de pessoas das instalações e, portanto, uma paralisação da produção.

A conversão de corrente alternada em corrente contínua requer os custos de instalação de unidades de conversão e equipamentos de controle, construção de instalações para eles, bem como custos operacionais para sua manutenção e perda de eletricidade. Portanto, o custo do sistema de fornecimento de energia e o custo específico da eletricidade em corrente contínua são maiores do que em corrente alternada. Os motores DC são mais caros que os motores assíncronos e síncronos. Os inversores CC variáveis ​​são usados ​​quando é necessária uma mudança de velocidade rápida, ampla e/ou suave.

Fator de potência de receptores elétricos

Uma característica importante de um receptor elétrico é Fator de potência cos (φn). O fator de potência é uma característica do passaporte que reflete a parcela da potência ativa consumida na carga e tensão nominais. O cosφ nominal de um motor elétrico depende do seu tipo, potência nominal, velocidade e outras características. Ao trabalhar com motores elétricos, seu cosφ depende principalmente da carga.

Para o acionamento elétrico de grandes bombas, compressores e ventiladores, são frequentemente utilizados motores síncronos, que são usados ​​como fontes adicionais de energia reativa no sistema de energia.

Os dispositivos de elevação e transporte são caracterizados por choques frequentes da carga, que causam alterações no fator de potência dentro de limites significativos (0,3-0,8). De acordo com a confiabilidade da fonte de alimentação, eles geralmente se referem às categorias I e II (dependendo de seu papel no processo tecnológico).
Receptores elétricos com problemas

De dispositivos elétricos Os maiores problemas são causados ​​pelos fornos a arco pelos seguintes motivos:

• alta potência própria (até dezenas de megawatts); não linearidade e baixo cosφ causados ​​pelo transformador do forno;
• surtos de energia ativa e reativa ocorrendo durante a operação;
• jogging desvios da simetria das cargas de fase.

As plantas de soldagem elétrica CA têm problemas semelhantes aos fornos a arco. Seu cosφ é particularmente baixo.

A iluminação elétrica também causa alguns problemas na rede elétrica, a saber: as lâmpadas de descarga de alta eficiência usadas em vez de lâmpadas incandescentes têm uma característica não linear e são sensíveis a interrupções de energia de curta duração (frações de segundos). Atualmente, porém, esses problemas são resolvidos trocando as lâmpadas por uma fonte de alimentação de alta frequência por meio de conversores de frequência separados, o que melhora não apenas a iluminação, mas também os parâmetros de energia.

Fontes de luz (incandescente, fluorescente, arco, mercúrio, sódio, etc.) são receptores elétricos monofásicos e são espaçados uniformemente entre as fases para reduzir a assimetria. Para lâmpadas incandescentes cosφ = 1, e para lâmpadas de descarga de gás cosφ = 0,6.

A alimentação dos dispositivos de controlo e processamento de informação está sujeita a requisitos acrescidos em termos de fiabilidade e qualidade de energia elétrica, pelo que são alimentados, em regra, por fontes de alimentação ininterrupta garantida.