Кафедра - Северо-Кавказский горно

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФГБОУ ВПО СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ
ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ)
Кафедра
Электроснабжениe промышленных предприятий
Методические указания
Для выполнения лабораторных работ
По курсу «Электрооборудование и электроснабжение
горных предприятий»
Для студентов специальности 154402.65 «Горные машины»
Составитель: доц. М.Т. Бабаянц
с т. преп. И.А. Берко
Владикавказ 2011
Лабораторная работа №1
Исследование двигателя постоянного тока параллельного возбуждения
Цели работы: ознакомиться с устройством, схемой включения и пуском двигателя.
Изучить свойства двигателя путем снятия характеристик последнего при испытаниях.
Содержание работы
У двигателя параллельного возбуждения (шунтового) обмотки возбуждения и
якоря соединяются параллельно и подключаются к источнику питания. Напряжение U,
подведенное к двигателю, уравновешивается падением напряжения на якоре Ira и ЭДС
якоря Еа,, наводимой в его обмотке при вращении.
UEa Ira,
(1)
ЭДС якоря пропорциональна величине магнитного потока Ф и скорости вращения
двигателя n.
Еа=СеФn,
(2)
где Се – конструктивная постоянная машины;
ra – сопротивление якорной цепи машины, куда входят сопротивление обмотки и
щёточного контакта;
n  скорость вращения двигателя.
Тогда формула примет вид
U=ФnCе+Iara.
(3)
U  Ea U  Ce nФ

.
ra
ra
(4)
Отсюда ток якоря определяется как
I
В начальный момент пуска двигателя, когда его якорь неподвижен, величина ЭДС,
наводимой в обмотке якоря, равна нулю, и ток якоря определяется:
U
I=
ra
,
(5)
где ra – сопротивление якорной цепи;
U – напряжение питания.
Сопротивление ra невелико, поэтому пусковой ток превышает номинальную
величину тока в 1025 раз. Резкий бросок пускового тока опасен, так как создает на валу
чрезмерный пусковой момент. При этом резко падает напряжение в питающей сети, на
коллекторе появляется сильное искрение, а в итоге срабатывает защита и двигатель
оказывается отключенным от сети. Для снижения пускового тока на время пуска
двигателя последовательно с обмоткой якоря включается добавочное сопротивление 
пусковой реостат Rп. Величина сопротивления Rn выбирается по допустимому
пусковому току данного двигателя:
In 
U
 1,8  2,5  I Н .
ra  Rn
(6)
Пусковой реостат делается многоступенчатым. Количество ступеней определяется
условиями плавности пуска. Схема с пусковым реостатом для испытаний двигателя
постоянного тока независимого возбуждения приведена на рис. 1.
По мере разгона двигателя в якоре появляется ЭДС двигателя Еа, которая
постепенно увеличивается, а поэтому сопротивление пускового реостата может быть
выведено частично или полностью. Перед пуском двигателя необходимо убрать
сопротивление регулировочного реостата из цепи возбуждения Rв, а пусковой реостат
в якорной цепи РП полностью ввести. Для реверсирования двигателя его нужно
остановить и поменять направление тока либо в обмотке возбуждения, либо в цепи
якоря.
Скорость вращения якоря двигателя постоянного тока определяется из выражения
n
U  I a ra
C eФ
.
(7)
Это аналитическое выражение электромеханической или скоростной
характеристики двигателя. Характеристика, снятая при номинальных напряжениях
питания и токе возбуждения без регулировочных сопротивлений в цепи якоря, называется
естественной характеристикой. При изменении любого из этих параметров
характеристика называется искусственной.
Из формулы видно, что электромеханическая характеристика имеет линейный вид.
Поскольку момент, развиваемый двигателем М=СмIаФ, пропорционален току якоря, то и
механическая характеристика n=ƒ(М) тоже линейна. В этой формуле
См –
конструктивная постоянная машины.
На холостом ходу, когда ток якоря равен нулю Iа=0, скорость равна
n0=
U
.
C еФ
(8)
Это скорость идеального холостого хода. При реальном холостом ходу ток в якоре
обязательно будет. Иначе двигатель не разовьет вращающего момента для преодоления
момента сопротивления, создаваемого силами
трения и расходами энергии на
вентиляцию. Условия идеального холостого хода можно создать, если к валу приложить
механический момент для преодоления потерь холостого хода.
С ростом нагрузки, т.е. увеличением Ia, числитель в выражении (7) уменьшается. При этом
уменьшается и скорость.
Рис. 1. Схема с пусковым реостатом для испытания
двигателя постоянного тока независимого возбуждения
Электромеханическая характеристика имеет вид прямой, наклоненной к оси абсцисс
(рис.2). При пересечении характеристики с осью тока скорость вращения равна нулю.
Величина тока, соответствующая нулевой скорости, называется током короткого
U
замыкания Iкз= .
ra
N
Большое практическое значение имеет
зависимость скорости вращения двигателя от
тока возбуждения на холостом ходу, т.е. без
нагрузки (Ia=0) при неизменном напряжении
питающей сети U=const.
n0
a
nH
Г
Согласно
формуле
(7)
при
Ф,
стремящемся к нулю, скорость стремится к -Ia
Рис.
бесконечности (рис.3).
n0
Д
2. Электромеханическая
(скоростная)
характеристика
машины
постоянного
тока
независимого возбуждения
Ia
Поэтому двигатели постоянного тока
оснащены защитой от превышения скорости
выше
допустимой.
При
малых
токах
возбуждения скорость вращения двигателя может возрасти до величины, недопустимой по
механической прочности. Следует иметь в виду, что обрыв цепи возбуждения приводит к
аварии  «разносу» двигателя. Слишком большая величина пускового тока, слабое
трогание с места и затем быстрый его разнос указывают на неправильное присоединение
обмотки возбуждения (пусковой реостат включен последовательно с обмоткой
возбуждения). При неизменном токе возбуждения скорость двигателя мало зависит от
величины нагрузки.
Зависимость скорости от тока якоря п = f (Iа)
называется скоростной характеристикой (см. рис.
2). При условии iB = const, U= const на скорость
двигателя оказывают влияние:
n
а) омическое падение напряжения в якоре
Iara ;
б) снижение магнитного потока за счет
реакции якоря.
Ib
С увеличением тока нагрузки I омическое
Рис.3.
Регулировочная падение напряжения Iа rа стремится уменьшить
характеристика двигателя скорость двигателя, тогда как под действием
независимого возбуждения реакции якоря скорость несколько увеличивается.
Обычно преобладает действие первого фактора,
на холостом ходу
поэтому скоростная характеристика двигателя параллельного возбуждения имеет вид
пологой прямой, слабо наклоненной к оси абсцисс, и относится к числу «жестких».
Нормально скорость двигателя уменьшается
на 38 % при изменении нагрузки от холостого
хода до номинальной.
ib A
Для поддержания постоянства скорости
необходимо с увеличением нагрузки уменьшать
ток возбуждения. Зависимость iв=f(Ia) при n =
const, U=const приведена на рис. 4. Она называется
регулировочной характеристикой.
Ib,H
I A
a,
Рис.4.
Регулировочная
характеристика
двигателя
постоянного
тока
независимого возбуждения
Задание к работе
1.
Снять
и
построить
регулировочную
характеристику холостого хода двигателя параллельного (шунтового) возбуждения n=f(iв)
при U=const; Ia=const=0.
2.
Снять и построить скоростные (электромеханические) характеристики двигателя
шунтового возбуждения n=f(Ia) при:
а) номинальном напряжении питания и номинальном токе возбуждения iв=iвн=const
(естественную);
б) пониженном
(искусственную);
напряжении
питания
и
номинальном
токе
возбуждения
в) номинальном напряжении питания и пониженном токе возбуждения iв=0,8iн=const
(искусственную);
3.
Снять и построить регулировочную характеристику iв=f(Ia) при изменении нагрузки
от Ia=0 до Ia=Iн при n=const.
4.
Снять данные и построить рабочие характеристики двигателя.
Порядок выполнения работы
1.
Собрать схему для испытания двигателя (рис.1). Подать на обмотку
возбуждения номинальное напряжение 110 В. Вывести из цепи возбуждения реостат. В
обмотке возбуждения установить номинальный ток. В цепь якоря ввести полностью
пусковой реостат РП. Магнитным пускателем подключить якорную цепь к сети
постоянного напряжения 110 В. По мере разгона двигателя вывести пусковое
сопротивление из якорной цепи. На холостом ходу для нескольких значений тока
возбуждения снять значения скорости вращения двигателя. Ток возбуждения следует
уменьшать до того значения, которому соответствует скорость 3000 об/мин.
Показания занести в табл. 1 и построить регулировочную характеристику холостого
хода (см. рис.3).
Таблица 1
iв, А
n, об/мин
3000
2. Для снятия двух скоростных характеристик следует подготовить табл. 2.
Таблица 2
Iа
iв=iн
n
Iа
iв=0,8iн
n
Включить двигатель в той же последовательности, что и в предыдущем случае.
Установить в цепи возбуждения двигателя номинальный ток iв.н. Возбудить нагрузочный
генератор Г. В якорной цепи генератора возникает ток. Генератор создает тормозной
момент на валу двигателя. В якорной цепи двигателя увеличивается ток и уменьшаются
обороты. Для различных значений тока якоря двигателя определить скорость вращения.
Далее реостатом Rв уменьшить ток возбуждения двигателя до значения iв=0,8iв.н и
повторить опыт. Результаты занести в табл. 2 и построить характеристики .
Для снятия скоростной характеристики при пониженном напряжении питания
необходимо уменьшить напряжение до 90 В и, поддерживая его на неизменном уровне
при номинальном токе возбуждения, снять скоростную характеристику так же, как в п.2.
Данные эксперимента занести в табл. 3 и по ним построить скоростную характеристику
при пониженном напряжении питания.
Таблица 3
Ia, А
n, об/мин
Для снятия регулировочной характеристики необходимо включить двигатель в той
же последовательности, что и в предыдущем случае.
Установить номинальное значение тока возбуждения на холостом ходу. Далее,
увеличивая ток якоря, поддерживать неизменной скорость вращения путем уменьшения
тока возбуждения. Данные опыта занести в табл. 4 и построить регулировочную
характеристику двигателя.
Таблица 4
iв, A
Iа, А
Рабочие характеристики представляют собой зависимости частоты вращения,
потребляемого тока, полезного (нагрузочного) момента и КПД от полезной мощности
n=f(P2 ), I=f(P2 ), М=f(P2), η=f(P2) при неизменных значениях напряжения питания и
тока возбуждения U=const, iв=const.
Для получения данных, необходимых для построения рабочих характеристик,
включают двигатель и нагружают его до номинального тока нагрузки при
номинальной частоте вращения. При проведении эксперимента необходимо измерять:
напряжение питания двигателяUд, ток якоря двигателя Iа, ток возбуждения двигателя
Iв, скорость вращения n, напряжение генератора Uг, ток генератора Iг .
Разгружая двигатель до холостого хода через приблизительно равные
интервалы тока нагрузки, фиксируют значения перечисленных величин и заносят их в
табл. 5.Необходимо снять не менее пяти показаний.
Рассчитав значения потребляемой мощности Р1=UдIд, полезной мощности
Р2=UгIг/ηг и КПД двигателя (%)   (1 )100 , строят рабочие характеристики в одних
2
осях координат (рис.25).
Таблица 5
Iа , А
iв, А
Uд, В
n, об/мин
Uг, В
Iг, А
Дать
количественную
оценку
скоростной характеристике, рассчитав
номинальное
изменение
частоты
вращения двигателя при изменении
нагрузки от нуля до номинального
значения.
Определив номинальные данные
двигателя
по
его
рабочим
характеристикам, их следует сравнить с
паспортными данными двигателя и
сделать вывод об их соответствии.
Контрольные вопросы
n,I,M,?
n
?
I
0,5 P2,H
P2,H
P2
Рис.5. Рабочие характеристики
двигателя постоянного тока
независимого возбуждения
1.Почему нельзя пускать двигатель при включенном в его цепь возбуждения
регулировочном сопротивлении?
2. Какие способы регулирования частоты вращения двигателя независимого
возбуждения вы знаете?
3. Почему регулировочная характеристика двигателя независимого возбуждения
криволинейна?
4. Какие характеристики двигателя независимого возбуждения называются
рабочими?
5. Почему при увеличении нагрузки на вал двигателя независимого возбуждения
уменьшается частота вращения?
6. Как изменится частота вращения двигателя постоянного тока независимого
возбуждения при уменьшении питающего напряжения?
Лабораторная работа №2
Исследование свойств трехфазного асинхронного двигателя
с короткозамкнутым ротором
Цели работы: изучить конструкцию трехфазного асинхронного двигателя с
короткозамкнутым ротором, научиться маркировать выводы фазных обмоток статора,
овладеть приемами экспериментального исследования асинхронного двигателя методом
непосредственной нагрузки, научиться собирать электрические схемы для проведения
экспериментов.
Основные теоретические положения
Наибольшее распространение в качестве привода в современных электрических
установках имеет асинхронная машина (АМ) переменного тока с короткозамкнутым
ротором. Как и всякая электрическая машина она является обратимой, т.е. может работать
в режиме генератора, двигателя и преобразователя частоты. Преимущественно эта машина
используется в качестве двигателя. Основными элементами АМ являются статор и ротор.
Обмотка статора может быть однофазной, двухфазной и трехфазной.
В трехфазной машине в пазы статора укладываются три фазные обмотки. Оси
обмоток сдвинуты в пространства относительно друг друга на 120 о. При питании их
трехфазной симметричной системой напряжений они создают вращающееся магнитное
поле.
Частота вращения поля статора n1 =
60 f1 об
,
, где ƒ1 – частота напряжения
p мин
питающей сети, Гц; p  число пар полюсов машины одной фазной обмотки. При
стандартной промышленной частоте ƒ=50 Гц имеем ряд синхронных скоростей вращения
табл. 1.
Таблица 1
p
n, об/мин
1
2
3
4
3000
1500
1000
750
Принцип действия машины заключается в следующем: при включении обмотки
статора АМ в трехфазную сеть создается вращающееся магнитное поле, индуктирующее в
короткозамкнутых стержнях обмотки ротора ЭДС, под воздействием которой по
стержням протекают токи. Токи, взаимодействуя с полем статора, создают вращающий
момент, который вращает ротор в ту же сторону, что и поле статора, но с меньшей
скоростью.
Степень отставания ротора от поля статора характеризуется величиной, которая
называется скольжением S и определяется формулой
nc  n р
S=
nc
,
где nc – скорость вращения поля статора (синхронная скорость); nр  скорость вращения
ротора. Скольжение измеряется либо в относительных единицах, либо в процентах от
синхронной скорости и может изменяться в пределах -   s   .
Если скорости ротора и поля статора равны, то стержни обмотки ротора не
пересекают силовые линии магнитного поля и в стержнях не возникают ЭДС и токи.
Соответственно не возникает и вращающий момент. При синхронной скорости вращения
скольжение и вращающий момент равны нулю. Это возможно лишь в том случае, если к
валу машины подводить механическую энергию, необходимую для преодоления
механических, электрических и магнитных потерь.
Если подводимая к валу энергия больше необходимой для покрытия потерь, то
ротор начнет обгонять поле статора, скольжение станет отрицательным, вращающий
момент станет тоже отрицательным, т.е. тормозным, а машина перейдет в генераторный
режим. Зависимость вращающего момента от скорости вращения ротора представлена на
рис.3. Она не является прямолинейной.
При определенной скорости, которая называется критической, момент и скорость
начинают уменьшаться вплоть до полной остановки машины. При неподвижном роторе
машина находится в двигательном режиме и развивает момент, который называется
пусковым моментом. Величины вращающего момента и скольжения, соответствующие
критической скорости, называются соответственно критическим моментом и критическим
скольжением.
Зависимость вращающего момента от скольжения М = f(s) называется
механической характеристикой машины и имеет вид, приведенный на рис.34.
Рис.3. Зависимость скорости
вращения от вращающего момента
асинхронной машины с
Рис.4. Механическая характеристика асинхронной машины
с короткозамкнутым ротором
На этой характеристике можно указать соответствующие определенному режиму
машины точки: точку 0 (s = 0) – идеальный холостой ход машины, который получается
при вращении асинхронной машины вспомогательным двигателем со скоростью, равной
скорости вращения магнитного поля статора; точку С, соответствующую номинальному
режиму; точку А – соответствующую критическому режиму; точку В – соответствующую
моменту пуска машины в двигательном режиме.
Малейшее увеличение нагрузки на валу двигателя выше критической приводит к
уменьшению вращающего момента двигателя до величины пускового и останову
двигателя. Скольжение при неподвижном двигателе равно единице (S =1).
Отношение максимального (критического) момента М кр к номинальному Мн
называется перегрузочной способностью двигателя и для двигателей общего применения
М
лежит в пределах kм  КР  (1,7  2,5) . В некоторых источниках перегрузочная
МН
способность двигателя обозначается буквой λ.
M
Анализ механической характеристики показывает, что устойчивая работа
двигателя возможна при скольжениях,
меньших критического (s < skp).
U1
Электромагнитный момент двигателя
пропорционален квадрату приложенного к
обмотке статора напряжения. Величина
критического скольжения не зависит от этого
U1 > U2 > U3
U2
U3
SKP
S
напряжения. Данное обстоятельство дает возможность построить семейство механических
характеристик для различных значений питающего напряжения (рис. 5), из которых
следует, что колебания напряжения сети сопровождаются не только изменением
величины вращающего момента, но и изменением скорости вращения. Уменьшение
момента пропорционально квадрату уменьшения напряжения.
Для практических расчетов механической характеристики обычно
пользуются
упрощенной формулой момента
2
М
Рис. 35. Семейство механических
s
характеристик асинхронной
s kp

Мкр.
s kp
s
Критическое скольжение определяется по формуле
машины с короткозамкнутым
skp  s н (  2  1) .
ротором при различных значениях
питающего напряжения
Расчет механической характеристики намного упрощается, если его вести в
относительных единицах М* = М/Мкр. В этом случае уравнение механической
характеристики имеет вид
2
М 
s
I1,A
M2S,
H*M
s кр

.
s кр
s
n2η,об/мин
cos φ1
I1
n2
cos φ1
η
M2
0
S
Pном
P2,Bт
Рис. 6. Рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя
Свойства асинхронной машины характеризуются его рабочими характеристиками
(рис. 6). Это зависимости от мощности, снимаемой с вала двигателя Р2, следующих
величин: мощности, потребляемой из сети Р1=ƒ(Р2); фазного тока Iф = ƒ(Р2); cosφ=ƒ(Р2);
величины момента, развиваемого двигателем М = ƒ(Р2); скольжения S=ƒ(Р2); КПД
двигателя η =(Р2). Все эти зависимости снимаются при неизменных величинах частоты ƒ =
const и напряжения питающей сети U =const.
В лабораторных условиях они снимаются на установке, где двигатель нагружают с
помощью нагрузочного генератора.
Программа работы
1. Ознакомиться с конструкцией двигателя и устройством для его нагрузки;
записать паспортные данные двигателя, измерительных приборов и нагрузочного
генератора.
2. Экспериментально проверить обозначения выводов обмоток статора.
3. Собрать схему испытательной установки по рис.9. После проверки ее
преподавателем произвести пробный пуск.
4. Снять данные и построить рабочие характеристики двигателя.
5. Составить отчет и сделать заключение о проделанной работе.
Для снятия характеристик необходимо составить табл. 3.
Таблица 3
Опыт
Расчет
U1,
I1,
P1,
Uг,
Iг,
n,
nc ,
B
A
Вт
В
А
об/мин
об/мин
S
ηu
ηдв
Рдв,
Мдв,
Вт
Н. м
cosφ
1
2
….
6
Порядок выполнения работы
Проверка правильности маркировки выводов обмотки статора. Для
правильного соединения обмоток статора в «звезду» или «треугольник» необходимо
точно определить начала и концы обмоток статора. Это делается следующим образом.
Сначала определяют пару выводов, принадлежащую одной обмотке, затем пару выводов
другой обмотки, затем пару третьей обмотки.
Для определения одной из пар любой вывод из шести соединяют с клеммой сети. К
другой клемме сети присоединяют вольтметр. Далее поочередно касаются свободной
клеммы вольтметра каждым из оставшихся пяти выводов обмотки. При касании одним из
выводов клеммы вольтметра последний покажет напряжение. Этот вывод принадлежит
той же самой обмотке, что и соединенный с сетью (рис. 7).
Аналогичным образом определяются пары
выводов двух других обмоток.
Сеть
U
?
V
Затем определяют начала и концы каждой
фазной обмотки. Для этого, обозначив произвольно
начала и концы всех трех обмоток, соединяют
последовательно какие-либо две из них, например А и
В (рис. 38) и подключают к источнику переменного
напряжения. Последовательно в эту цепь включают
резистор R такого сопротивления, чтобы ток в цепи
этих обмоток не превысил номинального значения. К
оставшейся третьей обмотке С подключают
Рис. 7. Определение пар
вольтметр. Если предварительная маркировка
выводов, принадлежащих
выводов
обмоток
А
и
В,
соединенных
одной
последовательно, была правильной, то вольтметр,
подключенный к третьей обмотке С, не покажет напряжения.
обмотке
Для определения начала и конца обмотки С ее так же последовательно соединяют с
одной из обмоток А или В, начала и концы которых уже определены. При правильном
определении концов обмотки С вольтметр, подключенный к свободной обмотке,
напряжения не покажет.
Схема испытательной установки представлена на рис.40. Нагрузкой для
асинхронного двигателя является генератор постоянного тока смешанного возбуждения.
Перед запуском асинхронного двигателя необходимо выключить возбуждение генератора,
т.е. произвести запуск на холостом ходу.
После этого, увеличивая ток возбуждения генератора, создаем нагрузку на валу
испытуемого двигателя. Через приблизительно равные интервалы тока двигателя I1
снимают показания приборов. Первые замеры по приборам делают в режиме холостого
хода. Необходимо снять не менее пяти показаний, причем одно из них должно
соответствовать номинальному режиму.
˜
U
∆
V
S
X
Z
B
C
Рис.8. Определение начал и концов обмоток статора
асинхронной машины
Рис .9. Электрическая схема для испытаний асинхронного
двигателя с короткозамкнутым ротором
Контрольные вопросы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Что называется скольжением асинхронного двигателя?
При каких условиях КПД двигателя достигает максимального значения?
Как выбирается схема соединения обмоток статора (Y или Δ)?
Возможен ли пуск двигателя при обрыве одного питающего провода?
Почему при неподвижном статоре его магнитное поле вращается?
Какие характеристики АД называются рабочими?
Лабораторная работа №3
«Исследование плавких предохранителей»
Плавкие предохранители служат для защиты электрических установок от токов
перегрузки и токов короткого замыкания. Для оперативного выключения и включения
цепей последовательного с предохранителями включают разъединители в электрических
установках напряжением выше 1000 В и рубильники в установках до 1000 В.
Плавкие предохранитель состоит из металлической плавкой вставки,
поддерживающего ее контактного устройства и корпуса (плакат). При увеличении тока в
цепи до определенного значения, плавкая вставка предохранителя нагрева до температуры
плавления металла и расплавляется (перегорает), отключая перегруженную или
закороченную цепь. Чем больше ток, протекающий через плавкую вставку, тем быстрее
она расплавляется и отключает цепь.
Различают номинальный ток предохранителя и номинальный ток плавкой вставки.
Под номинальным током предохранителя понимают ток, на который рассчитаны
его токоведущие и контактные части, а под номинальным током плавкой вставки – ток, на
который рассчитана сама плавкая вставка. В один и тот же предохранитель обычно можно
встраивать плавкие вставки на различные номинальные токи. При сколь угодно
длительном прохождении номинального тока плавкая вставка не должна перегорать.
Плавкие вставки предохранителей изготовляют из свинца, сплавов свинца с
оловом, цинка, алюминия, меди, серебра и некоторых других металлов. Свинец и сплавы
свинца с оловом, цинк имеют сравнительно низкую температуру плавления (
соответственно 327, 200 и 120 ℃) и малую электропроводность. Поэтому сечение плавких
вставок из этих металлов получается значительным, особенны при больших номинальных
токах. Такие вставки применяют только в предохранителях до 660 В. Цинковые вставки
лучше свинцовых, т.к. они меньше окисляются кислородом воздуха, а поэтому обладают
более устойчивыми характеристиками.
Медь и серебро обладают высокой электропроводностью, но температура
плавления их высоки (соответственно 1080 и 960 ℃). Большое достоинство медных и
серебренных вставок – малое сечение. Медные вставки широко применяют в
предохранителях до и выше 1000 В. Серебренные вставки дороги и применяют их редко.
Вместе с тем довольно широко применяют посеребренные медные вставки, особенно
малых сечений, т.к. слой серебра предохраняет медь от окисления.
Существенным недостатком медных плавких вставок является сравнительно
высокая температура их плавления. При длительном протекании через предохранители
тока, несколько меньше тока, плавящего вставку, медные вставки могут быть длительно,
не расплавляясь, нагреваться до температуры 900 ℃ и выше. Столь высокий и
длительный нагрев вставок может привести к чрезмерному перегреву контактов и корпуса
предохранителя, особенно закрытых предохранителей, что может явиться причиной их
разрушения.
Поэтому в современных закрытых предохранителях с медными вставками
применяют искусственные метода снижения температуры плавления вставок. Наиболее
простыми и рациональными способом является нанесение на проволочки плавкой вставки
металлического растворителя в виде напаянных на них небольших шариков из олова и
свинца. При нагреве плавкой вставки до температуры плавления олова или свинца на
проволочках вставки образуются капельки расплавленного олова или свинца.
Расплавленное олово или свинец растворяют в себе более тугоплавкий металл вставки (
медь, латунь, серебро), в результате чего вставка и месте нанесения шариков разрушается
и разрывается. Образующая в месте разрыва дуга расплавляет вставку по всей длине.
Достоинства предохранителей: сравнительно небольшая стоимость, простота
устройства и обслуживания, небольшие размеры.
Наибольшее применение плавкие предохранители получили в установках
напряжением до 1000 В. В установках напряжением до 10-35 кВ и редко выше, плавкие
предохранители применяют для защиты маломощных радиальных сетей, небольших
трансформаторных подстанций и в некоторых других случаях. Широко применяют
предохранители для защиты трансформаторов напряжения.
Предохранители с закрытой фибровой трубкой.
Предохранители закрытые фибровые типа ПР (П- предохранитель, Р – разборный)
изготовляют на номинальные напряжения до 660 В и номинальные токи до 1000 А. они
находят применение как в установках постоянного, так и переменного тока.
Предохранитель состоит из фибрового патрона с напрессованным на концах
латунными обоймами, на которые навинчены латунные колпачки плавкой вставки
присоединенной к контактным ножам. Колпачки поддерживают ножи и герметически
закрывают торцы патрона.
Плавкая вставка имеет два или несколько сужений. При соответствующем токе она
плавится в месте сужений; зажигается дуга, под действием которой из стенок фибрового
патрона выделяются газы (водород, углекислый газ). Давление внутри патрона быстро
растет, достигая величины 4-8 МПа. Под действием газовой среды повышенного давления
дуга быстро гаснет.
Кварцевые предохранители.
Патрон кварцевого предохранителя выполнен из фарфора или стекла и засыпан
сухим кварцевым песком, который обладает хорошей теплопроводностью и высокими
диэлектрическими свойствами. В отличие от фибровых предохранителей, давление в
патроне кварцевого предохранителя во время гашения дуги невелико, т.к. кварц не
выделяет газов.
Дуга, возникающая при перегорании плавкой вставки оказывается стеснено в узком
канале между песчинками. Сопротивление дуги получается значительным, и ток к.з., не
достигнув своего максимального (ударного) значения, быстро снижается до нуля. Полное
время отключения тока к.з. составляет 0,005 – 0,007 с, поэтому кварцевые предохранители
являются токоограничивающими и оборудование, защищаемое ими, не подлежит
проверки на электродинамическую и термическую устойчивости.
Предохранители с наполнителем типов НПН и ПН ( Н- низковольтный, Ппредохранитель, Н- неразборный) изготовляю на номинальное напряжение 660 В и
номинальные длительные токи: неразборные типа НПН – до 60 А, а разборные типа ПН –
от 100 А и выше.
Предохранители НПН при перегорании плавкой вставки должны замениться
новыми.
Предохранитель разборный серии типа ПН состоит из квадратного фарфорового
патрона, двух металлических крышек, прикрепленных винтами к торгам фарфорового
патрона, двух контактных ножей и плавких вставок, укрепленных на ножах. Внутренняя
полость патрона, имеющая круглую форму, заполнена сухим кварцевым песком.
Плавкие вставки штампуются из тонкой медной ленты. Контактные ножи
предохранителя вставляются в штампованные медные контактные стойки, укрепленные
на изоляционной плите. Давление в контактах создают стальные пружинные кольца.
Предохранители типа ПК (П- предохранитель, К- кварцевый) изготавливаются на
напряжения от 3 до 35 кВ и номинальные длительные токи до 400 А. они предназначены
для защиты силовых цепей.
Фарфоровый патрон предохранителя заполнен кварцевым песком. По концам он
армирован латунными колпачками, являющимися одновременно контактами, которые
вставляются в пружинные держатели, укрепленные на опорных изоляторах. К колпачкам
припаяны плавкие вставки. Патрон предохранителя герметически запаян.
В высоковольтных предохранителях большие величины восстанавливающегося
напряжения утяжеляют процесс гашения дугу, что накладывается отпечаток на размеры и
конструкцию предохранителей. В предохранителях с кварцевым наполнением
эффективное гашение дуги достигается применением для вставки длинной проволоки
малого сечения. Плавкие вставки предохранителей на номинальные длительные токи до
7,5 А наматывают на керамический ребристый стержень, что позволяет увеличить длину
плавкой вставки при небольшой длине корпуса. В предохранителях на токи свыше 7,5 А
плавкая вставка выполняется в виде нескольких параллельных спиралек.
С токоограничивающим действием предохранителей связано возникновение
перенапряжений при отключении токов к.з.
Для ограничения перенапряжений в предохранителях до 7,5 А, кроме главной
вставки, устанавливают вспомогательные проволоки, снабженные фарфоровыми
искровыми промежутками. По обе стороны промежутка проволоки имеют различные
сечения. После сгорания главной вставки искровой промежуток пробивается и, тем
самым, включается вспомогательная вставка ступенчатого сечения. Сначала плавится
вставка меньшего сечения и образуется дуга сокращенной длины с пониженной
величиной напряжения зажигания. После этого происходит расплавление вставка
большого сечения. Перенапряжение, таким образом, ограничивают до 2,5 номинальной
величины.
Предохранители типа ПК снабжены указателем срабатывания в виде небольшого
стержня, выскакивающего из верхнего колпачка предохранителя при сгорании плавкой
вставки. Указатель снабжен пружиной и удерживается во втянутом внутрь колпачка
положении тонкой стальной проволочкой. После перегорания главной плавкой вставки
указательная проволока также перегорает и освобождает указатель.
Стреляющий предохранитель.
Стреляющий предохранитель относится к газогенерирующим плавким
предохранителям с выхлопом газа из патрона при отключении цепи.
Стреляющие предохранители типа ПСН (П – предохранитель, С- стреляющий, Ннаружней установки) изготовляют на номинальные напряжения 10, 20, 35 кВ. основной
частью предохранителя является дугогасительная трубка из винипласта или фибры. С
одного конца трубка закрыта металлической головкой с полусферической крышкой.
Внутри головки расположена плавкая вставка и гибкий проводник с контактным
наконечником. Контактный наконечник защемлен между губками рычага с пружиной,
действующей на выдергивание гибкого проводника из трубки.
Плавкая вставка одним концом соединяется с гибким проводником, а другим – с
металлической головкой. Вставка состоит из 2-х параллельных проволочек: стальной и
медной. Стальная проволочка воспринимает основное усилие пружины. В медной
проволочке, имеющей меньшее активное сопротивление, проходит основная часть тока.
Плавкие вставки изготавливаются на номинальные токи от 7,5 до 100 А.
При к.з. сгорает вначале медная проволочка, а затем стальная, и гибкий проводник
под действием пружины выбрасывается из трубки. При разрыве цепи возникает
электрическая дуга. Под действием высокой температуры дуги внутри трубки возникает
сильное газообразование, вследствие чего давление в ней возрастает до 12 МПа. Высокое
давление в трубке способствует возникновению мощного продольного дутья, которое
обеспечивает быстрое гашение дуги. Чем больше ток к.з., тем мощнее продольное дутье и
тем меньше время гашения дуги. При токах порядка 1 кА дуга гаснет примерно за 0,3 с, а
при токах порядка 8-10 кА время гашения дуги сокращается до 0,04 с, т.е. до двух
периодов.
Процесс отключения сопровождается сильным световым и звуковым эффектом,
напоминающим выстрел, в связи с чем предохранители и получили свое название.
Плавкую вставку помещают в полости металлического колпака, вне
газогенерирующей винипластовой трубки для избежания газообразования в нормальном
режиме.
Предохранители типа ПСН находят применение для защиты силовых
трансформаторов сравнительно небольшой мощности в комплексных трансформаторных
подстанциях, а также для защиты трансформаторов напряжения.
Контрольные вопросы.
1. Назначения плавких предохранителей; из каких основных элементов они
состоят и в сочетании с какими электрическими аппаратами применяются?
2. Каковы основные достоинства и недостатки плавких предохранителей по
сравнению с выключателями?
3. Какие способы гашения дуги используются в предохранителях в чем они
заключаются?
4. В чем заключается токоограничивающее действие предохранителей как оно
отражается на условиях работы электрооборудования, которое они
защищают?
5. Какие типы предохранителей обладают токоограничивающим действиям?
6. В чем заключается отрицательные действия, обусловленные
токоограничивающим действием предохранителей, и какие меры
предусматриваются для их снижения?
7. В каких предохранителях и для какой цели плавкие вставки выполняются
фигурного профиля?
8. Из каких материалов выполняют плавкие вставки предохранителей и
почему?
9. Каким требованием должен удовлетворять мелкозернистый наполнитель,
использующийся в предохранителях?
10. Для какой цели на плавкие вставки предохранителей наплавляются
оловянные шарики?
11. Как устроен указатель срабатывания предохранителя типа ПК?
12. Какие меры приняты в предохранителях для снижения перенапряжений,
возникающих при отключении тока к.з.?
13. В чем конструктивное отличие предохранителей, выполненных на разные
номинальные токи и номинальные напряжения?
14. Почему плавкую вставку предохранителей выполняют из нескольких
параллельных медных проволок?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
«Измерение сопротивления заземлителей»
Цель работы.
Целью работы является знакомство со способами измерения сопротивления
заземляющего устройства и принципа действия прибора МС – 08 и приобретение навыков
работы с ним.
Теоретические положения.
Заземляющие устройства в процессе эксплуатации должны удовлетворять
предъявленным к ним требованиям правил технической эксплуатации (ПТЭ) и правил
техники безопасности (ПБ).
Заземляющие устройства в установках высокого напряжения (выше 35 кВ) на
поверхности должны иметь сопротивление не более 0,5 Ом, в низковольтных установках
(до 500 В) – не более 4 Ом.
В шахтах из-за повышенной опасности поражения электрическим током (сырость,
передвижные электроустановки) сопротивления заземления низковольтных установок (до
500 В) допускается не более 2 Ом.
Для обеспечения надежности работы, заземляющие устройства ежемесячно
подвергаются наружному осмотру и проверке величины сопротивления заземлителей.
Сопротивление заземлителя определяется как отношение напряжения заземлителя
относительно земли (разность потенциалов заземлителя и удалённой точки земли с
нулевым потенциалом) к току, протекающему через заземлитель а землю.
Измерения сопротивления заземлителя должно производиться на переменном токе
во избежание искажения результатом измерения от явления электролиза, происходящего
при постоянном токе на поверхности заземлителя в местах соприкосновения последнего с
грунтом.
Блуждающие токи в земле создают вдоль поверхности земли дополнительные
падения напряжения, которые также искажают результаты измерений.
Измерение сопротивления заземлителя может быть произведено по одному из
следующих способов:
1. По способу амперметра и вольтметра.
2. По способу «трех земель».
3. Специальными приборами для измерения сопротивления заземлителей (МС –
08, ИЗГ и т.д.).
1. Измерение сопротивления заземлителя по способу амперметра и вольтметра
может быть произведено при соединении приборов по схеме рис. 1.
Для обеспечения точности измерения в схеме рис. 1 вольтметр выбирают с
большим внутренним сопротивлением.
При прохождении тока по заземлителю
в землю, распределение потенциала
относительно точки, достаточно удалённой от
, показано на рис. 3 (кривая 1.). Поэтому,
для получения устойчивых значений разности потенциалов для вспомогательных
заземлителей, выбирается достаточно удалённая точка с пологой кривой распределения
потенциала.
2. Способ «трех земель» не требует специальных приборов , и легко выполним на
поверхности рудников. Способ основан на измерении тока, протекающего через
заземлители, и напряжение между ними (рис. 2).
Для определения сопротивления заземлителя производят три измерения по схемам
а, б, в (рис. 2).
По схеме «2а» находим:
где,
=
+
=
/
- сопротивление вспомогательного заземлителя.
- сопротивление заземляющего устройства.
- показания вольтметра и амперметра по схеме «2а».
По схеме «2б» находим:
где,
,
=
+
=
/
- сопротивление зонда.
- показания вольтметра и амперметра по схеме «2б».
По схеме «2в» находим:
=
+
=
/
, - показания вольтметра и амперметра по схеме «2в».
Решая уравнения, полученные по схеме «2а», «2б», «2в» относительно
=(
, получим:
) / 2, Ом.
Достаточная точность измерения может быть получена при токе не менее 10 А, для
чего мощность питающего трансформатора должна быть порядка 2 – 5 кВА при
напряжении 220 – 380 В и сопротивлении вспомогательного заземлителя и зонда в сумме
20 – 30 Ом.
3. В условиях ограниченных размеров подземных выработок и грунтов с большим
сопротивлением применения способа амперметра и вольтметра, а также способа
«трех земель» часто затруднено.
Более трудно измерение сопротивления заземлителей производить специальными
приборами. Наибольшее распространение получил измеритель заземления типа МС
– 08 завода «Электроприбор».
Описание прибора МС – 08.
В измерителе заземления использован метод амперметра и вольтметра с
применением вспомогательного заземления
И потенциального электрода (зонда)
(рис. 1).
Вольтметр и амперметр конструктивно выполнены в виде магнитоэлектрического
логометра 2, (рис. 4) по токовой обмотке 4 которого проходит ток заземлителя, а на вольт
метровую обмотку 5 подаётся напряжение заземлителя относительно земли.
Источником тока служит генератор постоянного тока I, встроенный в прибор и
проводимый во вращение от руки через редуктор. Чтобы избежать явления электролиза на
поверхности заземлителя при протекании через него постоянного тока и использовать
чувствительную магнитоэлектрическую систему логометра на постоянном токе, на валу
генератора смонтированы два синхронных коммутатора (преобразователя) 3, (рис. 5)
преобразующих постоянный ток в переменный для внешних цепей измерения и обратнопеременный для цепей логометра.
Таким образом, в цепи измеряемого заземлителя протекает переменный ток,
исключающий явление электролиза, а в цепях измерительного прибора протекает
постоянный ток, что позволяет использовать чувствительную систему
магнитоэлектрического логометра.
Применение вращающего коммутатора практически исключает явление блуждающих
токов ( постоянного и переменного) на чувствительность прибора.
Постоянный блуждающий ток преобразуется вращающимся коммутатором в переменный,
и не оказывает влияние на магнитоэлектрический логометр постоянного тока.
Блуждающий переменный ток, имеющий ту же частоту, что и переменный ток,
получаемый от коммутатора, будет вносить искажение в показание прибора. Поэтому для
исключения влияния блуждающих переменных токов необходимо изменить вращение
коммутатора таким образом , чтобы разносить частот тока коммутатора и блуждающего
тока составила 15- 20 Гц. В этом случае магнитоэлектрическая система логометра не
будет «чувствовать» блуждающего тока. Заметим, что влияние блуждающих токов с
частотой, близкой к частоте тока коммутатора, сказывается в колебании или
периодических качаниях стрелки прибора с частотой, равной разности частот
блуждающего тока и тока коммутатора. По этим признакам мы и судим о наличии
блуждающих переменных токов и приходим к заключению о необходимости изменения
скорости вращения рукоятки прибора до получения устойчивых отклонений стрелки.
Сопротивление вспомогательного заземления Rвсп вместе с измеряемым заземлителем
Rхопределяют величину тока, протекающего в токовой цепи прибора, а чем больше эта
величина, тем больше чувствительность прибора.
Поэтому величину сопротивления вспомогательного заземлителя не следует брать очень
большой.
Величину тока в потенциальной цепи прибора определяет сумма сопротивления
потенциального зонда Rдопи сопротивление собственно потенциальной цепи прибора.
Прибор МС -08 отградуирован для строго определенного сопротивления потенциальной
цепи ( сумме сопротивления потенциального зонда и сопротивления потенциальной цепи
самого прибора), указанного красной чертой на шкале прибора и являющегося для
данного прибора постоянной величиной.
Если сопротивление потенциального зонда будет больше или меньше сопротивления
зонда, взятого при градуировке прибора, то сопротивление всей потенциальной цепи не
будет равняться сопротивлению её градуировке: изменится значение тока, протекающего
по этой цепи и, следовательно, правильность показания прибора нарушится.
Поэтому перед каждым измерением необходимо произвести регулировку прибора, т.е.
сопротивление потенциальной цепи сделать равной её сопротивлению, принятому при
градуировке. Изменение сопротивления потенциальной цепи до значения, взятого при
градуировке, производится с помощью реостата 6 в потенциальной цепи прибора,
сопротивление которого добавляется к сопротивлению потенциальной цепи.
Если сопротивление потенциального зонда окажется больше принятого при градуировке
сопротивления всей потенциальной цепи, то регулировку производить нельзя.
Регулировка прибора производится при постановке переключателя «измерениерегулировка» в положение « регулировка».
Таким переключением изменяется схема прибора, причем она принимает вид, указанный
на рис. 6.
По этой схеме производится измерение сопротивления потенциальной цепи и, если
отличается от принятого при регулировке, реостатом 6 подгоняется к сопротивлению,
принятому при градуировке и отмеченному красной чертой на шкале прибора.
Прибор имеет четыре зажима: два токовых, обозначенных буквами I1иI2и два
потенциальных Е1и Е29рис.7).
Для грубых измерений и измерений больших величин сопротивлений заземлителей
зажимыI1 и Е1соединяются перемычкой и присоединяются к измеряемому заземлителю,
зажим – Е1 и Е2(рис.7).
Наличие четырёх зажимов позволяет при точных измерениях исключить ошибку,
вносимую сопротивлениями соединительных проводов и контактов. При этом зажимы I1 и
Е1каждый в отдельности соединяются с измеряемым заземлением, зажимI2
присоединяется к вспомогательному заземлителю, зажим Е2 – к потенциальному зонду
(рис.8).
Прибор имеет три предела измерений: от 0 до 1000 Ом; от 0 до 100 Ом и от 0 до 10 Ом.
Установка предела измерения производится с помощью переключателя ( рис.7).
При постановке переключателя пределов измерения в положение «делить на 1» прибор
устанавливается на измерение сопротивлений до 1000 Ом; в положение « делить на 10» до 100 Ом и соответственно в положение «делить на 1000» -10 Ом.
Показание прибора в начале шкалы (при отклонении стрелки прибора в пределах от 0 до
10 делений шкалы) являются недостоверными.
Для производства измерения сопротивления заземлителя прибор соединяется по схеме
рис.7 или рис.8.
Как вспомогательный заземлитель, так и зонд, в большинстве случаев могут быть
выполнены в виде стальных стержней диаметром не менее 0,5 см, забиваемых на глубину
не менее 0,5 м или стальных трубок любого диаметра. Если сопротивление измеряемого
заземления меньше 10 Ом, то сопротивление вспомогательного заземления должно быть
не более 250 Ом ,чтобы обеспечить достаточную чувствительность прибора, при
измерении сопротивлений до 100 Ом или 1000 Ом сопротивление вспомогательного
заземления должно быть соответственно не более 500 Ом и 1000 Ом.
Сопротивление потенциального зонда во всех случаях не должно превышать 1000 Ом.
Для большинства грунтов ( кроме песчаного и др. ) необходимая величина
вспомогательного заземлителя и зонда достигается применением указанных выше
заземлителей из стержней и трубок.
Если же сопротивление вспомогательного заземлителя и зонда окажутся выше
допустимых пределов, (они могут быть измерены, как указано выше) то их сопротивление
необходимо снизить путём увлажнения почвы или забивания дополнительных стержней
на расстоянии не менее 2- 3м друг от друга, соединяя их параллельно. Стержни следует
забивать в грунт прямыми ударами, стараясь не раскачивать их, так как раскачивание
увеличивает переходное сопротивление заземлителя.
Измеритель заземления располагается в непосредственной близости к испытуемому
заземлителю, устанавливаются горизонтально на твердом основании и присоединяются к
испытуемому заземлителю зажимами I1и Е1, перемкнутыми перемычкой. К зажиму I1
присоединяется вспомогательный заземлитель и к зажиму Е2зонд ( рис.7).
Все соединения выполняются изолированными гибкими проводами, протянутыми
непосредственно по земле.
Расстояние между испытуемым заземлителем, вспомогательным заземлителем и зондом
выбирается в зависимости от устройства испытуемого заземлителя. Для одиночного
заземлителя или сосредоточенного очага заземления расстояния должны быть не менее
указанных на рис.9.
Перед началом измерения производится регулировка прибора, для чего переключатель «
регулировка- измерений» становится в положение «регулировка» и, вращая рукоятку
генератора со скоростью около 135 об./ мин., путем поворота головки реостата
устанавливают стрелку прибора на красную отметку шкалы.
Предупреждение : «Нельзя вращать ручку генератора при переключателе в положении
«регулировка», если не присоединены вспомогательный заземлитель и зонд.
Если реостатом стрелка не устанавливается на красное деление шкалы, то необходимо
уменьшить сопротивление зонда и вспомогательного заземлителя, как было указано выше.
Затем переводят переключатель « регулировка – измерение» в положение «измерение».
Переключатель пределов измерения ставят в положение « делить на 1», т.е на предел до
1000 Ом, и производят измерение, вращая ручку генератора со скоростью около
135 об./мин.
При незначительном отклонении стрелки прибора переходят последовательно на предел
до 100 Ом ( «делить на 10») или на предел до 10 Ом ( «делить на 100»). Отчет
производится непосредственно по шкале в Омах с учетом коэффициента, выбранного при
постановке переключателя пределов.
Если при измерении стрелка устанавливается вяло и неуверенно, то необходимо
проверить сопротивление вспомогательного заземлителя для чего необходимо поменять
местами провода, присоединенные зажимом I1 иI29рис.7) и повторить измерение. В этом
случае прибор покажет сопротивление вспомогательного заземлителя. Если величина
сопротивления больше допустимого ( эти значения были указаны выше), то надо
уменьшить сопротивление вспомогательного заземлителя, после чего повторить
измерение. Если при измерении влияние блуждающих переменных токов проявляется в
виде колебаний или « размытия» стрелки, то необходимо изменить скорость вращения
ручки генератора в ту или другую сторону, добиваясь спокойного уверенного отклонения
стрелки, соответствующего измеряемой величине.
При этом скорость вращения не должна выходить из предела 90- 150 об./ мин.
Проверка выполнения элементов заземляющего устройства.
Проверка конструктивного выполнения заземляющего устройства на ОРУ электростанций
и подстанций производится после монтажа до засыпки грунта и присоединения,
естественных заземлителей и заземляемых элементов ( оборудования, конструкции,
сооружений).
Проверка заземляющих устройств на ВЛ производится у всех опор в населенной
местности и кроме того, не менее, чем у 2 % опор от общего числа опор заземлителями.
Сечение и проводимости элементов заземляющего устройства должны соответствовать
Правилам устройства электроустановок.
Проверка соединений заземлителей с заземляемыми элементами, а также
естественных заземлителей с заземляющим устройством.
Проверка производится путем простукивания мест соединений молотком и осмотром для
выявления обрывов и других дефектов. Водиться измерение переходных сопротивлений
(рои исправном состоянии контактного соединения сопротивление не превышает 0,05Ом).
Проверка состояния цепей и контактных соединений между заземлителями и
заземляемыми элементами, а также соединений естественных заземлителей с
заземляющим устройством производится после каждого ремонта и реконструкции
устройств, но не реже 1 раза в 12 лет.
Проверка коррозионного состояния элементов заземляющего устройства,
находящихся в земле.
НаОРУ электростанций и подстанций проверка производится вблизи нейтралей силовых
трансформаторов, мест заземления короткозамыкателей, разрядников и ограничителей
перенапряжений, а также выборочно у стоек конструкций и в местах, где заземлители
наиболее подвержены коррозии.
В закрытых распределительных устройствах осмотр элементов заземлителей со
вскрытием грунта производится по решению технического руководителя
энергопредприятия.
Практические указания к выполнению работы.
1.2. Для выполнения пунктов 1 и 2 необходимо по настоящему руководству ознакомиться
со способами измерения сопротивлений заземляющих устройств по описанию прибора
МС- 08 изучить устройство его и правила измерения сопротивлений заземлителей.
При изучении устройства прибора МС-08 вскрывать прибор запрещается.
3.Для выполнения пункта 3 собирается эквивалентная схема (рис.10), где :
Rх- сопротивления до 1000 Ом
Rвсп, R3 –сопротивления до 2500 Ом
Измерение произвести для четырёх значений Rх в пределах вспомогательного
заземлителя (Rвсп) свыше допустимого предела и сравнить показания прибора с
полученными данными.
Необходимо также проверить влияние измерения сопротивления потенциального
зонда (R3) на правильность показания прибора.
4. Измерение сопротивления заземлителя по методу « трёх земель» ( пункт 4)
производится на трёх стационарных заземлителях, питая схему от специального
трансформатора.
5. Измерение сопротивления заземлителя прибором МС-08 ( пункт 5) производить
на лабораторном контуре, для чего использовать выходы его на лабораторных
щитах, обозначение «О».
В качестве вспомогательного заземлителя и зонда использовать стальные
стержни, имеющиеся в лаборатории.
Рассеяние до вспомогательного заземлителя и зонда брать из расчета
сосредоточенного заземлителя.
6. Отчёт составлять согласно правилам и методическим указаниям для
выполнения лабораторных работ и составлению отчетов.
Вид
электроустановки.
1. Электроуста
новки
напряжение
м выше
1 кВ, кроме
ВЛ
Характеристика
заземляемого объекта.
Характеристика
заземляющего устройства.
Электроустановка
сети с эффективно
заземленной
нейтралью.
Искусственный
заземлитель с
подсоединенными
естественными
заземлителями.
Электроустановка
сети с изолированной
нейтралью при
использовании
заземляющего
устройства только для
установок выше 1 кВ.
Электроустановка
сети с изолированной
нейтралью при
использовании
заземляющего
устройства для
Искусственный
заземлитель вместе с
подсоединённым
естественными
заземлителями.
Искусственный
заземлитель с
подсоединенными
естественными
заземлителями.
Сопротивление, Ом
0,5
250/1, но не более
10
125/1, при этом
должны быть
электроустановок до
1кВ.
Вид
электроустановки.
Характеристика
заземляемого объекта.
Подстанция с
высоким
напряжением
выполнены
требования к
заземлению
установки до 1 кВ.
Характеристика
заземляющего устройства
Заземлитель подстанции.
20-35 кВ при
установке
молниеотвода на
трансформаторном
портале.
Отдель стоящий
молниеотвод
Обособленный
заземлитель.
Искусственный
Сопротивление,
Ом
4, без учёта
заземлителей,
расположенных
вне контура
заземления ОРУ
80
Электроустановка с
глухо- заземлёнными
2. Электроуст нейтралями
ановки
напряжение генераторов и
трансформаторов или
м до 1 кВ с
глухозаземл выводами источников
ен-ной
однофазного тока.
нейтралью,
кроме ВЛ
заземлитель с
подключёнными
естественными
заземлителями и учётом
использования
заземлителей повторных
заземлений нулевого
провода ВЛ до 1 кВ при
количестве отходящих
линий не менее двух при
напряжении источника, В:
трёхфазный однофазный
660
380
380
220
220
127
Заземлитель, расположен-
2
ный в непосредственной
близости от нейтрали
генератора или
трансформатора или
вывода источника
однофазного тока при
напряжении источник, В:
4
трёхфазный
8
однофазный
660
380
380
220
220
127
15
30
60
3.ВЛ напряжением
Опоры, имеющие
грозозащитный трос
или другие устройства
выше 1 кВ.
громозащиты,
железобетонные и
металлические опоры
ВЛ 35 кВ и такиеже
опоры ВЛ 3-20кВ в
населенной
местности, а также
заземлители
электрооборудования,
установленного на
опорах ВЛ 110 кВ и
выше.
Заземлитель опоры при
удельном эквивалентном
сопротивленииρ, Ом*м:
До 100;
более 100 до 500;
более 500 до 1000;
более 1000 до 5000;
более 5000;
Энергооборудование,
установленное на
опорах ВЛ 3- 35 кВ.
10
Заземлитель опоры.
Железобетонные и
металлические опоры
ВЛ 3- 35 кВ в не
населённом
местности.
15
20
Заземлитель опоры при
удельном сопротивлении
грунта ρ, Ом/м:
30
6*10-3
до 100;
Трубчатые
разрядники и
защитные
промежутки ВЛ 3-220
кВ.
более 100;
Разрядники на
подходах ВЛ к
подстанциям с
вращающимися
машинами.
Не выше 1000;
Заземлитель разрядника
или защитного промежутка
при удельном
сопротивлении грунта ρ,
Ом*м:
Более 1000;
Заземлитель разрядника.
Опоры ВЛ с
устройством
30
0,3ρ
грозозащиты.
10
Опоры с повторными
заземлителями
нулевого рабочего
провода.
15
5
Заземлитель опор для
грозозащиты.
Общее сопротивление
заземления всех повторных
заземлений при
напряжении источника, В:
4.ВЛ напряжением
до 1 кВ.
трёхфазный однофазный
660
380
380
220
220
127
30
Заземлитель каждого из
повторных заземлений при
напряжении источника, В:
трёхфазный однофазный
660
380
380
220
220
127
5
10
20
15
30
60
Лабораторная работа №5
«Измерительные трансформаторы тока»
Некоторые сведения о работе измерительных трансформаторов
В установках напряжением выше 1000 В непосредственные изменения токов и
напряжений электрической цепи практически невозможны. Это связанно, во-первых, с
трудностью выполнения измерительных приборов на высокие напряжения; во-вторых, с
опасностью, которой может быть подвержен персонал, обслуживающий
электроустановки, где устанавливают измерительные приборы, включенные
непосредственно в цепь высокого напряжения. Измерительные приборы с
высоковольтной изоляцией имели бы очень большие размеры. Кроме того, их обмотки,
включенные непосредственно в первичную цепь, следовало бы рассчитывать не только на
протекание нормальных токов, но и аварийных. Наконец, и включалась бы возможность
сосредоточения измерительных приборов и реле в одном месте – на щите управления. Эти
трудности устраняются применением измерительных трансформаторов тока и
напряжения.
Измерительные трансформаторы дают возможность пользоваться более простыми
и дешевыми приборами и обеспечивают выполнение контрольно-измерительных
проводов.
Цель работы: ознакомится с конструктивным исполнением, принципом работы,
классами точности, местом установки и достоинствами и недостатками измерительных
трансформаторов тока.
Измерительные трансформаторы тока
(И.Т.Т.)
ИТТ предназначены для преобразования токов до значений, удобных для
измерений и для подключения измерительных приборов и реле защиты. Выполняются
ИТТ так, что их вторичные токи соответствуют с требуемой точностью первичным токам
(уменьшенным в Кном. раз).
Применение ИТТ обеспечивает безопасность для людей, соприкасающихся с
измерительными приборами т реле, и позволяет унифицировать конструкции приборов
для номинального тока 5 А ( реже 1 А и 10 А), что упрощает их производство и снижает
стоимость.
Каждый ТТ состоит из следующих основных частей: первичной обмотки,
сердечника, вторичной обмотки и изоляции.
В целях экономии широко практикуют выполнение ТТ с двумя и даже большим
числом сердечников, несущих вторичные обмотки разными характеристиками при одной
общей первичной обмотке.
Работа ТТ с разомкнутой вторичной обмоткой недопустима. Это может вызвать
перенапряжения, которые достигнут величины, превышающих первичное напряжение
электрической сети и повлечь возможность поражения людей электрическим током и
повреждение оборудования. Т.е режим работы ТТ – к.з. вторичных обмоток.
Отечественные заводы выпускают ТТ с сердечниками классов точности 0,5; 1; 3;
10, а также с сердечниками особого исполнения – для релейной защиты (Р) д для
дифференцированной защиты (Д). согласно заводской маркировке концы первичной
обмотки обозначаются буквами Л1 и Л2, вторичной обмотки – буквами И ….
На случай пробоя изоляции в целях безопасности вторичные обмотки ТТ так же,
как и металлические нетоковедущие части их конструкции, заземляют.
Каждый ТТ снабжает заводской табличкой с основными техническими данными и
заводским номером. На конструкцию ТТ оказывает влияние ряд факторов. Сечение и
конструкция первичной обмотки зависят от номинального первичного тока, а выполнение
изоляции – от номинального напряжения и рода установки (внутренняя или наружная).
Изоляцию ТТ для внутренней установки 3-3,5 кВ выполняют обычно из литой
синтетической эпоксидной смолы, которая надежно защищает аппарат от механических
повреждений, вибрации повешенной влажности и высокой температуры окружающей
среды. В ТТ для наружной установки на напряжения 35-220 кВ в качестве основной
изоляции используют кабельную бумагу, пропитанную маслом, фарфоровый
маслонаполненный кожух, в который помещаются сердечник с обмотками, имеют
характерную ребристую поверхность. При напряжении 330 кВ и выше изготовляют
маслонаполненные каскадные ТТ с двумя ступенями изоляции.
Номинальный класс точности определяет сечение у материала сердечника, а также
необходимость применения соответствующего метода компенсации погрешностей. Под
номинальным первичным током понимают ток, для которого предназначен ТТ. он принят
в качестве базисной величины, к которой отнесены другие характерные величины.
Стандартная шкала номинальных первичных токов содержит значения токов от 1 до
40000 А.
Под номинальным вторичным током ТТ понимают ток, для которого
предназначены приборы, подлежащие присоединению к его вторичной обмотке.
По числу витков первичной обмотки все ТТ можно разделить на одно и
многовитковые: по способу установки - на проходные, опорные и подвесные. Проходные
ТТ можно одновременно использовать в качестве проходных изоляторов в закрытых РУ,
чем достигается большая компактность и экономичность последних.
Одновитковые ТТ
Особенностью одновитковых ТТ является использование в качестве первичной
обмотки одного прямолинейного проводника.
Различают три основные вида конструктивного выполнения одновитковых
трансформаторов:
1. стержневой – с первичной обмоткой в виде стержня круглого сечения;
2. шинный, который поставляется заводом без первичной обмотки (при монтаже
через окно проходного изолятора пропускается шина РП, которая в дальнейшем и
играет роль первичной обмотки);
3. встроенный, представляющий собой кольцевой сердечник с намотанной на него
вторичной обмоткой, который одевается на проходной изолятор масляного
выключателя или силового трансформатора. Первичной обмоткой при этом служит
стержень изолятора, на который одет кольцевой сердечник.
Выполнение первичной обмотки в виде одного прямолинейного проводника
упрощает конструкцию ТТ, снижает ее размеры и вес. Вместе с тем, одновитковые ТТ
целесообразно только при относительно больших номинальных первичных токах (обычно
от 600 А и выше), т.к. при малых токах они не обеспечивают необходимость точности
измерения.
Стержневые трансформаторы тока с литой изоляцией типа ТПОЛ (Ттрансформатор тока, П – проходной, О- одновитковый, Л- с литой изоляцией)
предназначены для внутренней установки и изготовляются на номинальные напряжения
10, 20, 35 кВ и номинальные токи от 600 до 1500 А; варианты исполнения сердечников: Р;
0,5/Р и Р/Р.
Сердечники трансформаторов ТПОЛ, предназначенные для работы в различных
классах точности, выполняют из одинакового материала. Они отличаются друг от друга
только высотой, а, следовательно, сечением.
Шинные трансформаторы тока строят на номинальные напряжения 0,5; 6; 10; 15;
20 кВ и номинальные токи от 2000 А и выше до 18000 А нормального и тропического
исполнения.
Большие номинальные первичные токи позволяют выполнять шинные ТТ высоких
классов точности при сравнительно небольшой высоте сердечников, не применяя
специальных мер по уменьшению (компенсации) погрешностей. В остальном конструкция
шинных трансформаторов тока мало чем отличается от конструкции ТТ стержневого
типа.
Встроенные ТТ типов ТВ и ТВТ (Т- трансформатор тока, В- встроенный, Твстроенный в силовой трансформатор) составляют часть конструкции выключателей с
большим объемом масла на напряжении 35 кВ и выше и силовых трансформаторов.
Встроенный ТТ представляет собой стержневой ТТ, использующий в качестве
основной изоляции вводов масляного выключателя или силового трансформатора.
Поэтому встроенные трансформаторы весьма дешевы и не требуют особого места для
установки.
Первичной обмоткой трансформатора служит токоведущий стержень проходного
изолятора выключателя. При .том кольцевой сердечник трансформатора с намотанной на
него первичной обмоткой располагается под крышкой выключателя в особо
металлической коробке, приваренной к крышке. Вторичная обмотка трансформатора
имеет ответвления, позволяющие измерять в определенных пределах коэффициент
трансформации. Обычно вторичная обмотка имеет четыре ответвления причем основные
выводы дают коэффициент трансформации, соответствующих номинальному току
выключателя. При переходе с одного ответвления на другое, точность измерения
меняется. основным недостатком встроенного ТТ является низкая точность измерения
условиях они дают более низкие классы точности, чем стержневые трансформаторы тока
на напряжение 10 кВ, то объясняется тем, что кольцевой сердечник встроенного
трансформатора тока выполняется с большим внутренним диаметром, определяемым
размерами изолятора выключателя, в результате чего длина, а следовательно, и
сопротивление магнитной цепи получается значительно большими, чем у стержневых
трансформаторов на напряжение 10 кВ. Для проведения магнитного потока по пути с
большим магнитным сопротивлением требуется ток намагничивания большой величины ,
что и приводит к увеличению погрешностей.
Многовитковые трансформаторы тока.
В тех случаях, когда номинальный первичный ток трансформатора тока
относительно мал и требуемая мощность не может быть обеспечена при одном витке
первичной обмотки, переходят к многовитковым т.т.. чем меньше номинальный
первичный ток, тем большее число витков должна иметь первичная обмотка.
Многовитковые т.т. изготавливают для всей шкалы напряжений и для
номинальных первичных токов от 5 А до 1000 -1600 А.
Конструктивно многовитковые т.т сложнее одновитковых. Наличие нескольких
витков в первичной обмотке усложняет конструкцию и затрудняет обеспечение
необходимой устойчивости аппарата по отношению к электродинамическим силам при
коротких замыканиях. Вид изоляции и конструкцию обмоток многовитковых т.т.
выбирают в соответствии с номинальным напряжениям. Для напряжений 6-10 кВ
изготовляют катушечные и петлевые трансформаторы с литой эпоксидной изоляцией и
маслонаполненные.
В качестве примера на рис. 1 показан внешний вид т.т. типа ТПЛ (петлевой, Л- с
литой изоляцией ) для напряжений 10 кВ. где 1 – литой блок, охватывающий первичную и
вторичную обмотки; 2 – магнитопроводы; 3 – зажимы вторичных обмоток; 4 – основание
с отверстием для болтов. Катушечные т.т строят с одним или двумя сердечниками классов
точности 0,5; Р; С,5/Р; Р/Р.
Рис. 2. Проходной многовитковый трансформатор тока с фарфоровой изоляцией типа
ТПФ на 10 кВ, 100 а с двумя сердечниками.
123456-
Фарфоровые изоляторы;
Кожух;
Выводы вторичных обмоток;
Фланец;
Концевые коробки;
Выводы первичной обмотки.
В практике находят применение следующие типы Т.Т : ТПЛ- , ТКЛ- ; ТПФ- ;
ТПФМ- ; что означает: Т- трансформатор тока, П- петлевой или проходной, Ккатушечный, Ф- фарфоровый, М- модернизированный.
В лаборатории представлен проходной т.т. типа ТПФМ – 10 на 600 А, класс
точности 0,5, внешний вид которого представлен на рис. 2. Здесь 1 – фарфоровые
изоляторы, 2 – кожух, 3 – выводы вторичных обмоток, 4 –фланец, 5 – концевые коробки, 6
– выводы первичной обмотки.
В открытых и закрытых установках напряжением 35 кВ и выше применяют
трансформаторы тока в фарфоровых корпусах типа ТФН. На рис. 3 показан
трансформатор тока на напряжение 110 кВ. обмотки помещены в фарфоровый кожух 1,
залитый трансформаторным маслом 2. Корпус укреплен (с герметическим уплотнением)
на металлической тележке 3. Чугунная головка является одновременно расширителем для
масла.
Сердечник со вторичной обмоткой 5 укреплен на тележке. Первичная обмотка 6
охватывает сердечник со вторичной обмоткой ( два кольца, продетые в другое, выполнение обмоток в виде восьмерки). Обмотки изолированы кабельной бумагой.
Высокое номинальное напряжение и ухудшение условий работы аппарата на
открытом воздухе заставляю по другому решать вопросы изоляции. Сердечники с
обмотками помещены в фарфоровом опорном изоляторе, заполненном трансформаторным
маслом. Конструктивно первичная и вторичная (намотана поверх сердечника)обмотки
наполняют два звена цепи ( «звеньевого» типа). Изолятор имеет характерную хорошо
развитую ребристую поверхность. Он установлен на металлическом основании (цоколе), а
сверху имеет маслорасширитель, допускающий колебания уровня масла, вызванные
изменением температурного режима.
В трансформаторе тока ТФН более поздних выпусков сообщение
маслорасширителя с наружним воздухом осуществляется через трубку с селекагелевым
влагопоглотителем, что повышает надежность работы аппарата.
Соединение фарфоровой крышки с металлическим основанием и
маслорасширителем – механическое, т.е. без применения цементирующих составов.
Уплотнение соединений достигается за счет эластичных прокладок из маслостойкой
резины.
Первичная обмотка состоит из двух одинаковых секций, которые с помощью
переключателя, встроенного в расширитель, могут быть соединены между собой
последовательно или параллельно. Благодаря этому первичный номинальный ток и,
следовательно, коэффициент трансформации можно изменить в отношении 1:2. Выводы
вторичных обмоток помещены в герметически закрытой коробке, укрепленной на
основании.
Контрольные вопросы.
1. Какие части трансформаторов тока подлежат заземлению. Для какой цели и
как это осуществляется?
2. Как выполняется изоляция трансформаторов тока и от чего это зависит?
3. Как по конструктивным признакам классифицируют трансформаторы тока?
4. На какие номинальные токи выполняют одновитковые трансформаторы
тока и почему?
5. На какие классы точности подразделяются трансформаторы тока? Какая
величина вторичного тока и чем она определяется?
6. Каковы преимущества одновитковых трансформаторов перед
многовитковыми?
7. Преимущества и недостатки встроенных трансформаторов тока.
8. Каким образом осуществляется изменение коэффициента трансформации
Встроенных трансформаторов тока и почему при этом изменяется точность
измерения?
9. Как можно изменять коэффициент трансформации трансформаторов тока
типа ТФН? Почему класс точности при этом остается постоянным?
10. В каком режиме работает трансформатор тока?
1. Кацман М.М. Лабораторные работы по электрическим машинам и электрическому
приводу.  М.: Академия, 2004. – 251 с.
2. Костенко Г.Н., Пиотровский Л.М. Электрические машины.  Л., 1972. Ч.1. – 544 с.;
1973. Ч.2. – 648 с.
3.Л.Н. Баптиданов, В.И. Тарасов « Электрические станции и подстанции». – М.:
Энергия.1969г
4.Околонич А.А., Пастухов Д.А. «электрические аппараты напряжением до 35кВ.
5.Электрическая часть электростанций / под ред. Усова С.В. Энергия. Л..1977 стр. 317-345
6. Электрические станции и подстанции / под общ.ред. А.А. Васильева.- М.: Энергия.
1980, стр. 212-240
7 Плащанский Л. А. « Основы электроснабжения горных предприятий». Учебник для
вузов. – М: Издательство Московского горного университета, 2005 - 499с.
8.Назаров Н. И. «Выбор электрического оборудования». Справочное пособие, Кировск,
2007-56с.