1 Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Электрические системы» НАЛАДКА И ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ Лабораторный практикум для студентов специальности 1-43 01 02 «Электроэнергетические системы и сети» Минск БНТУ 2012 2 УДК 621.31.07.(076.5) ББК 31.26-08я7 Н23 С о с т а в и т е л и: А.Л. Старжинский, А.А. Волков, Ю.Д. Филипчик, В.С. Вилькин Р е ц е н з е н т ы: В.А. Булат, Ю.В. Макоско Н23 Наладка и испытание электрооборудования: лабораторный прак- тикум для студентов специальности 1-43 01 02 «Электроэнергети- ческие системы и сети» / сост.: А.Л. Старжинский [и др.]. – Минск: БНТУ, 2012. – 71 с. ISBN 978-985-525-885-9. В лабораторном практикуме приведены десять инструкций выполнения лабораторных работ по основным разделам дисциплины «Наладка и испыта- ние электрооборудования», изучаемой студентами специальности 1-43 01 02 «Электроэнергетические системы и сети». УДК 621.31.07.(076.5) ББК 31.26-08я7 ISBN 978-985-525-885-9 © БНТУ, 2012 3 Введение В данный лабораторный практикум включены десять лаборатор- ных работ, предназначенных для изучения целого ряда вопросов, связанных с наладкой и испытанием электрооборудования: испыта- ние силовых трансформаторов после ремонта, испытание контура заземления, плавких предохранителей, конденсаторов для повыше- ния коэффициента мощности, исследование параллельной работы трехфазных двухобмоточных трансформаторов, исследование тирис- торного регулятора напряжения и т. д. Постановка и формулировка целей и задач, а также методы их решения соответствуют содержанию дисциплины «Наладка и испы- тание электрооборудования», изучаемой студентами специальности 1-43 01 02 «Электроэнергетические системы и сети». Практикум предназначен для изучения студентами основных приемов наладки и испытания электрооборудования. 4 Лабораторная работа № 1 ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ТРЕХФАЗНЫХ ДВУХОБМОТОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ Цель работы: изучить условия включения трансформаторов на параллельную работу, принцип распределения нагрузки между па- раллельно работающими трансформаторами; получить практические навыки по включению трехфазных трансформаторов на параллель- ную работу. Краткие теоретические сведения Параллельной работой двух или более трансформаторов назы- вается их совместная работа при включении первичных обмоток на общую первичную сеть и вторичных – на общую вторичную сеть. Применение нескольких параллельно включенных трансформа- торов вместо одного трансформатора эквивалентной мощности не- обходимо для обеспечения бесперебойного энергоснабжения в случае аварии в одном из трансформаторов или отключения его для ремонта. Кроме того, при работе подстанции с переменным графиком нагрузки в период малой мощности можно отключить один или несколько трансформаторов, для того чтобы уменьшить потери энергии. Параллельная работа двухобмоточных трансформаторов допуска- ется при следующих условиях: 1) трансформаторы должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации, т. е. при одинаковых первичных напряжениях вторичные напряжения трансформаторов должны быть равны; 2) трансформаторы должны принадлежать к одной группе соединения; 3) трансформаторы должны иметь одина- ковые напряжения короткого замыкания (к.з.); 4) схема соединений при включении трансформаторов должна обеспечивать одинаковый порядок следования фаз как на стороне высокого напряжения (ВН), так и на стороне низшего напряжения (НН). Помимо этого рекомен- дуется, чтобы отношение номинальных мощностей трансформато- ров, включенных для параллельной работы, было не более 3:1. На- рушение первого и второго условий вызывает появление больших уравнительных токов между обмотками трансформаторов, что ведет к чрезмерному их перегреву, т. е. делает совместную работу невоз- 5 можной. Что же касается третьего условия, то неравенство напряже- ний к.з. трансформаторов более 10 % от их среднего значения ведет к тому, что распределение нагрузки между трансформаторами ста- новится в значительной степени непропорциональным их номиналь- ным мощностям. Равенство коэффициентов трансформации и напряжений к.з. обес- печивается подбором трансформаторов по их паспортным данным. Коэффициенты трансформации n1 и n2 не должны различаться более чем на ±0,5 % от их среднего значения: 1 2 100 0,5 %n nn n − ∆ = ⋅ ≤ ± , где 1 2n n n= ⋅ – среднее геометрическое значение коэффициентов трансформации. Напряжения к.з. не должны различаться более чем на ± 10 % от их среднего значения: 1 2 100 10 %k kk k u uu u − ∆ = ⋅ ≤ ± , где 1 2 2 k k k u uu += – среднее арифметическое значение напряжений к.з. Прежде чем подключить трансформаторы на параллельную рабо- ту (рисунок 1.1), т. е. включить рубильник 3 при замкнутом рубиль- нике 1, необходимо провести фазировку трансформаторов, т. е. про- верку соответствия фаз вторичных ЭДС трансформаторов Tpl и Тр2. Для этого соединяют проводом одну пару противолежащих клемм рубильника 3 и вольтметром V0 измеряют напряжение между двумя несоединенными парами противолежащих клемм рубильника 3. Если вторичные напряжения трансформаторов равны, их группы соедине- ния одинаковы и порядок следования фаз у них один и тот же, то показания вольтметра V0 равны нулю. В этом случае рубильник 3 можно замкнуть, т. е. включить трансформаторы на параллельную работу. Если же вольтметр V0 показывает некоторое напряжение, то необходимо выяснить, какое из условий параллельной работы нару- 6 шено (обычно это нарушение одинакового порядка следования фаз), устранить его и вновь провести фазировку трансформаторов. Рисунок 1.1 – Схема включения трехфазных двухобмоточных трансформаторов на параллельную работу Порядок выполнения работы 1. Подготовка лабораторной установки к работе: а) изучить схему на рисунке 1.2 и собрать схему на рисунке 1.3; б) включить питание стенда; в) кнопкой SB3 подать питание на катушку пускателя К2 (см. рисунок 1.2), контакты которой подключат испытуемые трансфор- маторы к трехфазной сети 380 В, 50 Гц; 7 Рисунок 1.2 – Схема соединений стенда г) включить SA2 – контакты пускателя К3 зашунтируют дрос- сели L1–L3; при выключенном SA6 вольтметр PV3 должен показы- вать значение 0. 2. Снятие внешней характеристики при uk1 = uk2: а) тумблером SA6 включить трансформаторы на параллельную работу; б) выключателем SA7 подключить нагрузку; в) установить переключатель SA5 в крайнее левое положение; нагрузка в этом случае симметрична: R1 + R4 + R7 = R2 + R5 + R8 = = R3 + R6 + R9; г) снять показания приборов PV1, PA1; 8 д) установить переключатель SA5 в среднее положение; нагрузка в этом случае симметрична: R1 + R4 = R2 + R5 = R3 + R6; е) снять показания приборов PV1, PA1; ж) установить переключатель SA5 в крайнее правое положение; нагрузка в этом случае симметрична: R1 = R2 = R3; з) снять показания приборов PV1, PA1; и) перевести переключатель SA5 в крайнее левое положение. 3. Снятие внешней характеристики при uk1 ≠ uk2; а) переключателем SA2 обесточить катушку пускателя К3 – дрос- сели L1–L3 введены; б) снять показания приборов PV1, PA1; в) установить переключатель SA5 в среднее положение; нагрузка в этом случае симметрична: R1 + R4 = R2 + R5 = R3 + R6; г) снять показания приборов PV1, PA1; д) установить переключатель SA5 в крайнее правое положение; нагрузка в этом случае симметрична: R1 = R2 = R3; е) снять показания приборов PV1, PA1. 4. Отключение лабораторной установки: а) перевести переключатель SA5 в крайнее левое положение; б) выключить SA7; в) выключить SA6; г) кнопкой SB4 обесточить К2; д) выключить питание стенда. 5. Оценка параллельной работы трансформаторов с различными напряжениями короткого замыкания: а) получить у преподавателя вариант задания по нижеприведен- ной таблице; Исходные данные о трансформаторах № варианта S, кВ·А Sн1, кВ·А uk1, % Sн2, кВ·А uk2, % 1 420 320 5,5 100 4,5 2 420 240 6,0 180 5,4 3 450 250 4,5 200 5,5 4 1030 630 5,5 400 4,5 5 4300 2500 6,0 1800 5,5 6 10 300 6300 7,5 4000 6,5 9 Рисунок 1.3 – Схема соединений лабораторной установки 10 б) определить распределение нагрузки между трансформаторами: í î ì í î ì 1 ,i in j ki j kj SS SS u u= = ∑ где iS – нагрузка i-го параллельно работающего трансформатора; S – общая нагрузка всей параллельной группы; kiu – напряжение короткого замыкания i-го трансформатора, %; í î ì iS – номинальная мощность i-го трансформатора; kju – напряжение короткого замыкания j-го трансформатора, %; í î ì jS – номинальная мощность j-го трансформатора; n – число параллельно работающих трансформаторов; в) определить допустимую мощность нагрузки; г) определить недоиспользованную мощность трансформаторов. Содержание отчета 1. Цель работы. 2. Условия включения трансформаторов на параллельную работу. 3. Результаты измерений и вычислений. 4. Анализ полученных результатов и выводы по работе. Контрольные вопросы 1. С какой целью применяют параллельную работу трансформа- торов? 2. Каковы условия включения трансформаторов на параллель- ную работу? 3. Почему не допускается включение на параллельную работу трансформаторов с разными группами соединения? 4. Каковы допуски на различие коэффициентов трансформации и напряжений короткого замыкания для трансформаторов, включае- мых на параллельную работу? 11 5. Что такое фазировка трансформаторов, для чего и как она вы- полняется? 6. От чего зависит распределение нагрузки между параллельно работающими трансформаторами? Литература 1. Вольдек, А.И. Электрические машины / А.И. Вольдек. – М.: Энергия, 1978. – С. 310–316. 2. Костенко, М.П. Электрические машины / М.П. Костенко, Л.М. Пиотровский. – Л.: Энергия, 1972. – Ч. 1: Машины постоян- ного тока. Трансформаторы. – С. 452–461. 12 Лабораторная работа № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАВКИХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ Цель работы: ознакомиться с конструкцией и техническими дан- ными низковольтных предохранителей типов ПР-2, ПН2, ПНД-2, ПРС, НПН-60; снять времятоковую характеристику плавкой вставки и сравнить ее с расчетной. Краткие теоретические сведения Плавкими предохранителями называют электрический аппарат, который при токе, большем заданной величины, размыкает элект- рическую цепь путем расплавления плавкой вставки, непосредст- венно нагретой током до расплавления. Предохранители можно классифицировать по степени закрытия плавкой вставки: 1) на предохранители с открытой плавкой встав- кой (применяются редко); 2) предохранители с полузакрытым пат- роном; 3) предохранители с закрытым патроном, в которых отсутст- вует выброс пламени дуги при перегорании плавкой вставки. Пре- дохранители с закрытым патроном могут быть с наполнителем и без него. В предохранителях с наполнителем дуга гасится в порошко- образном наполнителе, а в предохранителях без наполнителя – вследствие высокого давления газов в патроне. Материалы для плавких вставок должны иметь малое удельное сопротивление, небольшую температуру плавления и, кроме того, должны быть стойкими к окислению. В современных предохрани- телях для плавких вставок обычно применяются медь, цинк, серебро. Медь по сравнению с цинком имеет малое удельное сопротивление, что позволяет применять плавкие вставки небольшого сечения. Однако медь имеет весьма высокую температуру плавления (около 1083 °С) и подвержена окислению. Серебро, как и медь, имеет ма- лое удельное сопротивление и не окисляется, что обусловливает высокую стабильность пограничных токов серебряных вставок. Температура плавления серебра – 961 °С. В предохранителях с медными или серебряными вставками при небольших токах пере- грузки возможен значительный нагрев патрона предохранителя и 13 его разрушение. Одним из способов снижения температуры плавле- ния вставки является применение металлургического эффекта, когда на медную или серебряную вставку напаивают шарики из металла с низкой температурой плавления (олово, свинец). При нагреве от тока перегрузки шарик плавится и растворяет в себе металл вставки, что приводит в конечном счете к изменению сечения вставки и ее рас- плавлению в этом месте. Металлургический эффект способствует заметному снижению времени перегорания вставок при небольших токах перегрузки. К достоинствам цинковых вставок следует от- нести помимо невысокой температуры плавления (419 °С) и неиз- менность их сечения при эксплуатации. Выпускаемые в настоящее время высоковольтные предохранители с кварцевым наполнителем предназначены для защиты электрических цепей переменного тока (серии ПКТ) и трансформаторов напряжения (серии ПКН) на номинальное напряжение от 3 до 35 кВ. Предохра- нители серий ПКЭ предназначены для защиты силовых электриче- ских цепей переменного тока и трансформаторов напряжения на номинальное напряжение 6 кВ и комплектных распределительных устройств экскаваторов и передвижных автоэлектростанций. В условном обозначении предохранителя после обозначения серии первая цифра показывает номинальное напряжение (кВ), вторая и третья – пределы значения номинального тока патрона предохра- нителя (А), последняя цифра – номинальный ток отключения (кА). Для наружной установки выпускаются предохранители выхлоп- ного типа ПВТ. В этом предохранителе при перегорании плавкой вставки контактный нож освобождается и, откидываясь под дейст- вием своей пружины, тянет гибкую связь. В результате этого на месте перегоревшей плавкой вставки возникает дуга. Под действи- ем дуги стенки винипластовых трубок выделяют газ, повышающий давление в трубке и создающий продольно-поперечное дутье. Гиб- кая связь под действием пружины и выделяющихся газов выбра- сывается из патрона. После отключения межу ножом и концом трубки образуется воздушный промежуток, обеспечивающий на- дежную изоляцию в месте разрыва. Предохранители серии ПН2 с песчаным наполнителем выпуска- ются на номинальные токи от 40 до 1000 А и обладают высокой отключающей способностью – от 10 (при номинальном токе 1000 А) до 100 кА (при номинальном токе 40 А). Предохранители приме- 14 няются для защиты промышленного электрооборудования в сетях напряжением 500 В переменного и 440 В постоянного тока. Также в низковольтных сетях применяются разборные предохранители типа ПР-2. Некоторые разновидности предохранителей представлены на рисунке 2.1. а – с открытой фарфоровой трубкой; б – разборный; в – с наполнителем: 1 – плавкие вставки; 2 – изолирующая трубка; 3 – выводные детали; 4 – колпачки; 5 – наполнитель Рисунок 2.1 – Некоторые разновидности предохранителей Основными параметрами предохранителей являются: а) Iном.патр – номинальный ток патрона – максимальный ток, при котором токоведущие и контактные части нагреваются не выше допустимой температуры; б) Iном.вст – номинальный ток вставки – длительный рабочий ток, при котором плавкая вставка не должна перегорать; в) Iном.откл – предельный ток отключения предохранителя. Полное время отключения цепи предохранителем слагается из времени нагрева вставки до плавления, времени перехода из твердого состояния в жидкое (плавление) и времени горения (гашения дуги): tоткл = tнагр + tпл + tдуги, а б в 15 Зависимость полного времени отключения цепи плавким предо- хранителем от тока называют времятоковой характеристикой, или защитной характеристикой. Предохранитель будет защищать объект лишь в том случае, если его защитная характеристика располагается несколько ниже защит- ной характеристики защищаемого объекта при любом значении тока в цепи (рисунок 2.2). Iпл t c I, А Iн 1 2 1 – характеристика предохранителя; 2 – характеристика объекта Рисунок 2.2 – Времятоковые характеристики предохранителя Крутизна защитной характеристики предохранителя определяет быстродействие срабатывания предохранителя, а следовательно, на- дежность защиты. Величина тока, при котором вставка предохранителя не перего- рает в течение длительного времени, называют пограничным током. Номинальный ток плавкой вставки должен быть меньше погра- ничного. Для обычных предохранителей отключение 5–10-кратного тока происходит примерно за время 0,5–0,1 с, а 1,5–2-кратного тока – за 20–50 с. Для цепей, требующих большего быстродействия защиты, созда- ны специальные быстродействующие предохранители (серия ПНБ), которые отключают 5–10-кратный ток за время не более 0,01 с, а 1,5–2-кратный ток – за 10 с. 16 В некоторых случаях требуется повышенная инерционность сра- батывания предохранителя, например для защиты асинхронных дви- гателей с прямым пуском. Для таких цепей имеются специальные инерционные предохранители с двумя различными плавкими встав- ками, что обусловливает двухступенчатый вид защитной характери- стики с различной крутизной. Каждый тип предохранителя изготовляют на определенный номи- нальный наибольший ток, а плавкие вставки к нему делают на не- сколько значений номинального тока. Так, например, предохрани- тель на номинальный ток 60 А снабжают плавкими вставками на токи 15, 20, 25, 35, 45 и 60 А. Выбор предохранителя производится по условиям: Uном.пр ≥ Uс; Iном.пр ≥ Iр.max; Iоткл.ном ≥ Iк.max, где Uном.пр – номинальное напряжение предохранителя; Uc – номинальное напряжение сети; Iк.max – максимальный ток короткого замыкания сети; Iр.max – максимальный рабочий ток сети. Плавкую вставку для инерционных предохранителей выбирают по длительно допустимому току линии Iном.вст ≥ Iр.max, где Iном.вст – номинальный ток вставки. Для безынерционных предохранителей с учетом следующих условий: Iном.вст ≥ Iр.max; Iном.вст = Iпуск /α, где Iпуск – наибольший пусковой ток двигателя (принимается в рас- четах по заводским данным); 17 α – коэффициент, зависящий от условий пуска (при нормальных условиях пуска разгон длится не более 10 с α = 2,5, при тяжелых – до 40 с α = 1,6–2). Для цепей и присоединений, питающих m токоприемников, пер- вое условие для выбора безынерционной плавкой вставки запишет- ся в следующем виде: первое условие í î ì .âñò 0 ðàñ÷ 1 i m i i I k I = = ≥ ⋅ ∑ , второе условие – суммой 1 ï óñê.max í î ì .âñò 0 ðàñ÷ 1 , α i m i i I I k I = − = ≥ ⋅ +∑ где Iпуск.max – наибольшее значение пускового тока двигателя из груп- пы m двигателей; 1 pàñ÷ 1 i m i i I = − = ∑ – сумма рабочих токов всех двигателей без одного, имеющего наибольший пусковой ток. Проверка по условиям короткого замыкания: Iк.з(1) / Iном.вст = 3–4, где Iк.з(1) – ток однофазного короткого замыкания. Порядок выполнения работы 1. Изучить теоретические сведения и конструкции низковольт- ных предохранителей по имеющимся образцам, плакатам и спра- вочной литературе. 2. Снять времятоковую характеристику медной круглой вставки для различных сечений вставок. Для снятия данной характеристики необходимо собрать схему- рисунок 2.3. 18 Рисунок 2.3 – Схема установки для исследования плавких вставок предохранителя 18 19 В держатель предохранителя установить плавкую вставку на 0,5–1,0 А (при отсутствии последних рекомендуется напаивать отрезки одножильного медного провода необходимого сечения на неисправную плавкую вставку). Включить секундомер тумблером «Вкл. СЕК». При ненулевых показаниях секундомера произвести сброс одноименной кнопкой. Тумблер SА6 должен находиться в нижнем положении, при котором ток нагрузки через предохрани- тель не протекает. Включить тумблером ЛАТР и постепенно увели- чивая напряжение, подаваемое на понижающий трансформатор Т1, установить необходимую величину тока. Зафиксировать показания приборов. Затем тумблером SA6 переключить цепь на исследуемый предохранитель GH. Секундомер начнет отсчет и остановится при перегорании нити предохранителя. Записать показания секундомера и затем обнулить индикаторы кнопкой «Сброс». Повторить опыт при различных величинах тока. Данные занести в таблицу. Результаты измерений Ток нагрузки Iн, А Показание секундомера t, с 3. По данным опыта п. 2 построить в одном масштабе времято- ковые характеристики, сравнить их и сделать выводы. Содержание отчета 1. Цель работы. 2. Краткие теоретические сведения. 3. Схема установки для исследования плавких вставок предо- хранителя. 4. Результаты измерений. 5. Анализ полученных результатов и выводы по работе. Контрольные вопросы 1. Назначение предохранителей. 2. Требования к материалу для плавких вставок. 20 3. Назначение металлургического эффекта в предохранителях. 4. Особенности работы предохранителя при «пограничном» токе. 5. Основные параметры предохранителей. 6. Схема включения предохранителей в защищаемую цепь. 7. Устройство и работа фибрового предохранителя типа ПР-2. 8. Устройство и работа кварцевых предохранителей типов ПН-2 и ПК-10. 9. Устройство и работа стреляющего предохранителя типа ПС- 35МУ1 или ПСН-35. 10. Устройство и работа серийного управляемого предохраните- ля (стреляющего) на 35 кВ типа УПС-35У1. 11. Причины возникновения перенапряжений в кварцевых предохранителях, например типа ПК-10, и работа с ними. 12. Токоограничивающий эффект кварцевых предохранителей и его технико-экономическая эффективность. 13. Безынерционные и инерционные плавкие вставки. Их досто- инства и недостатки. 14. Выбор предохранителей для защиты трансформаторов. 15. Выбор предохранителей для защиты двигателей. 16. Выбор предохранителей для защиты магистральных линий промышленных предприятий. 17. Выбор предохранителей для защиты электропроводки в жи- лых домах, общественных зданиях и во взрыво- и пожароопасных помещениях. 18. «Металлургический эффект», его физическая сущность, об- ласть применения. 19. Причины, по которым кварцевый предохранитель на 10 кВ типа БК-10 нельзя использовать вместо такого же предохранителя типа ПК-6 в сетях 6 кВ. 20. Причины выполнения плавких вставок в предохранителях ПК-6 и ПК-10 в виде спирали. 21. Времятоковые характеристики предохранителей и зоны их разброса. 22. Выбор предохранителей с учетом зон разброса их времятоко- вых характеристик. 21 Литература 1. Кудрин, Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: учебное пособие для вузов / Б.И. Кудрин, В.В. Прокопчик. – Минск: Вышэйшая школа, 1988. – 357 с. 2. Федоров, А.А. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприя- тий: учебное пособие для вузов / А.А. Федоров, Л.Е. Старкова. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 368 с. 22 Лабораторная работа № 3 ИСПЫТАНИЕ КОНТУРА ЗАЗЕМЛЕНИЯ Цель работы: изучить методику расчета заземлителя; измерить сопротивление заземлителя. Краткие теоретические сведения Заземление – это преднамеренное электрическое соединение метал- лических частей электроустановки с заземляющим устройством. При этом под заземляющим устройством понимается совокупность за- земления и заземляющих проводов. Заземлители представляют собой металлический проводник или группу проводников, находящихся в соприкосновении с землей. Различают защитное и рабочее заземление, естественные и ис- кусственные заземлители. Под рабочим заземлением понимается заземление какой-либо точки токоведущих частей электроустановки, необходимое для обеспечения работы электроустановки. Защитное заземление частей электроустановки применяется с целью обеспечения электробезопасности обслуживающего персонала. К естественным заземлителям относятся железобетонные фун- даменты зданий, опор, отдельно стоящих молниеотводов. Расчет заземления по существу сводится к расчету заземлителя, т. к. заземляющие проводники принимаются по ПУЭ с учетом механической прочности и стойкости к коррозии: из меди – сече- нием не менее 4 мм2, из алюминия – сечением не менее 6 мм2, из стали – диаметром 5 мм, если заземляющие проводники проклады- ваются в здании, вне зданий – диаметром 6 мм, в земле – диамет- ром 10 мм. Расчет защитного заземлителя производится в следующем порядке. 1. В соответствии с ПУЭ устанавливают допустимое сопротив- ление заземлителя Rз, которое в любое время года должно быть: для ВЛ – 0,4 кВ – ç 30R ≤ Ом; для ВЛ – 10 кВ – ç 10R ≤ Ом; для ТП – 10/0,4 кВ – ç 4R ≤ Ом; для п/ст – 110 кВ – ç 0,5R ≤ Ом. Причем, если заземлитель является общим для установок на различное на- 23 пряжение, то за расчетное сопротивление заземлителя принимают наименьшее из допустимых. 2. Предварительно намечается расположение заземлителей: в ряд, по контору и т. п. Задаются геометрией стержней и расстоянием между стержнями. Для искусственных заземлителей принимается сталь. В соответствии с ПУЭ наименьшие размеры стальных заземли- телей допускается принимать следующими: − диаметр круглых (прутковых) заземлителей, мм: неоцинкован- ных – 10, оцинкованных – 6; − сечение прямоугольных заземлителей – 48 мм2; − толщина прямоугольных заземлителей – 4 мм; − толщина полок угловой стали – 4 мм. 3. Определяется сопротивление искусственного заземлителя Rи. В электроустановках выше 1 кВ с изолированной нейтралью со- противление Rи при прохождении расчетного тока замыкания на землю в любое время года должно быть не более: при использовании заземляющего устройства (ЗУ) одновременно для электроустановок напряжением до 1 кВ 1 è ðç ç125R I R −= ⋅ ≤ , где Iрз – расчетный ток замыкания на землю, А; при использовании ЗУ только для электроустановок выше 1 кВ 1 è ðç ç250R I R −= ⋅ ≤ . В электроустановках напряжением выше 1 кВ с глухозаземленной нейтралью сопротивление Rи принимается равным допустимому Rз. При наличии естественных заземлителей с сопротивлением Rе искусственное сопротивление находится по формуле å ç è å ç .R RR R R ⋅ = − 4. Определяется расчетное удельное сопротивление грунта для горизонтальных ρрг и вертикальных ρрв заземлителей: 24 ðã ó ï ã ;kρ = ρ ⋅ ðâ ó ï âkρ = ρ ⋅ , где ρу –удельное сопротивление грунта, Ом∙м; kпг, kпв – табличные повышающие коэффициенты для горизон- тальных и вертикальных электродов, которые зависят от климати- ческой зоны (для климатической зоны 3 kпг = 2 и kпв = 1,4). 5. Определяется сопротивление растеканию тока одного верти- кального электрода Rовэ. При электроде из стали круглого профиля и зарытого в землю ðâ â î âý â èâ â 2 4 1ln 0,5 ln 2 4 1 l tR l k d t ρ  ⋅ ⋅ + = ⋅ + ⋅ ⋅ π ⋅ ⋅ ⋅ −  , где dв – диаметр одного вертикального электрода длиной lв, м; t – расстояние от поверхности земли до середины электрода, м; kив – табличный коэффициент использования вертикального элект- рода (зависит от конструкции заземлителя и расположения элект- родов). 6. Определяется ориентировочное число вертикальных электро- дов N при предварительно принятом коэффициенте использования kив и длине полосы горизонтального электрода l: 1 î âý èN R R −= ⋅ , lг = N ⋅ l, где l – расстояние между вертикальными электродами, м. 7. Определяется сопротивление растеканию тока одного горизон- тального электрода для круглого профиля диаметром dг: 2 ðã ã ðãý èã ã ã ã ln( ) 2 lR k l d t ρ = ⋅ ⋅ ⋅ π ⋅ ⋅ , 25 где tг – глубина заложения горизонтального электрода, м; b – ширина полосы длиной lг, м; kиг – табличный коэффициент использования горизонтального электрода (определяется числом вертикальных электродов N). 8. Уточняется необходимое сопротивление вертикальных элект- родов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов ðãý è âý ðãý è R R R R R ⋅ = − . 9. Определяется число вертикальных электродов с учетом уточ- ненного сопротивления Rвэ по формуле N = Rовэ·Rвэ–1 с последующим округлением числа N до целого числа. 10. Принимается окончательное число вертикальных электродов из условия их размещения с последующим уточнением длины по- лосы горизонтального электрода lг. Существует ряд способов измерения сопротивления защитного заземления. Наиболее простым, удобным и достаточно точным яв- ляется метод амперметра-вольтметра. Сущность его состоит в сле- дующем. Измеряется ток Ix, проходящий через заземляющее устройство, и напряжение по отношению к достаточно удаленной точке земной поверхности – зонду (рисунок 3.1). Вспомогательный заземлитель В и зонд З устанавливают на та- ком расстоянии друг от друга и от испытуемого защитного зазем- ления Rх, чтобы их поля растекания не накладывались. Измеряемый ток Ix проходит через испытуемое защитное заземление Rх (заземли- тель). Падение напряжения на этом защитном заземлении измеряет- ся вольтметром V. 26 А V Rx З В Ix Iз АВ ТР АВ Рисунок 3.1 – Схема измерения сопротивления заземления Порядок выполнения работы По заданию преподавателя студенты рассчитывают заземлитель. При этом учитывается тип грунта и материал, из которого изготов- лены заземлители. Расчетное сопротивление заземлителя должно соответствовать требованиям ПУЭ. Испытание заземляющего устройства производится с помощью омметра на примере заземления стенда в лабораторных условиях. Произвести осмотр технического состояния заземляющего уст- ройства стенда: а) произвести внешний осмотр; б) проверку наличия цепи между корпусом стенда и контуром заземления лаборатории; в) измерить сопротивление заземляющего устройства (от корпу- са стенда до шины заземления на силовом щите лаборатории); 27 г) сделать заключение о соответствии заземляющего устройства нормам ПУЭ; д) рассчитать заземление для КТП-10/0,4 кВ. Расчетное задание Рассчитать заземление для КТП-10/0,4 кВ, установленного в сельс- кой местности при отсутствии естественных заземлителей (клима- тическая зона 3). В качестве вертикальных электродов искусствен- ных заземлителей принять стальные стержни диаметром dв = 10 мм и длиной lв = 3 м. Электроды заземления погружаются в грунт через каждые l = 3 м методом ввертывания. К верхним концам вертикаль- ных электродов приваривается горизонтальный электрод из стальной полосы шириной b = 40 мм. Коэффициент использования вертикаль- ных электродов kив принять равным 0,42, а для горизонтальных – kиг = 0,27. Наибольший ток замыкания на землю Iрз электрической сети 10 кВ, а также глубина прокладки стальной полосы tг, удель- ные сопротивления земли ρрв и ρрг соответственно для вертикальных электродов и горизонтальных приведены в таблице. Вариант зада- ния задается преподавателем в соответствии с таблицей. При этом первая цифра варианта указывает на величину тока Iрз, вторая – на глубину прокладки стальной полосы tг, третья и четвертая цифры – соответственно на удельное сопротивление грунта для вертикаль- ного ρрв и горизонтального ρрг электродов. При расчете заземления следует учесть, что допустимое сопротивление Rз для электрической сети напряжением до 1 кВ не должно превышать 4 Ом, а для сети напряжением выше 1 кВ и с изолированной нейтралью трансформа- торов – не более 10 Ом. Результаты расчета представить рисунком, располагая заземлители по периметру площадки КТП. Исходные данные Цифра варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Iрз, А 12 15 17 20 24 27 30 35 22 tг, м 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,95 0,85 0,75 ρ, Ом·м 100 150 200 250 300 350 400 450 500 28 Содержание отчета 1. Цель работы. 2. Краткие теоретические сведения. 2. Схема измерения сопротивления заземления. 3. Результаты измерений. 4. Расчетное задание. 5. Анализ полученных результатов и выводы по работе. Контрольные вопросы 1. Какие существуют способы измерения сопротивления заземли- теля? Нарисовать электрическую схему одного из них. 2. Для чего проводят измерение сопротивления петли фаза «нуль»? 3. На каком принципе основаны защитные функции заземления? 4. Чем обусловлен способ рабочего заземления нейтралей генера- торов и трансформаторов? 5. В чем состоят особенности электрической сети напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью? 6. Назовите достоинства и недостатки сети напряжением выше 1 кВ с эффективно заземленной нейтралью. Литература 1. Короткевич, М.А. Эксплуатации электрических сетей: учебник / М.А. Короткевич. – Минск: Вышэйшая школа, 2005. – 364 с.: ил. 2. Гук, Ю.Б. Проектирование электрической части станций и под- станций: учебное пособие для вузов / Ю.Б. Гук, В.В. Кантан, С.С. Пет- рова. – Л.: Энергоатомиздат, 1985. – 312 с.: ил. 29 Лабораторная работа № 4 ИСПЫТАНИЕ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПОСЛЕ РЕМОНТА Цель работы: изучить назначение и устройство трансформатора; изучить методику испытания трансформатора. Краткие теоретические сведения Трансформатор – это устройство, имеющее две или более индук- тивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной системы перемен- ного тока в другую (с другим значением номинального напряжения). Область применения трансформаторов очень широка, чем и объясня- ется их конструктивное разнообразие и большой диапазон мощностей. Трансформатор состоит из магнитопровода, на котором размещен каркас с навитыми на него обмотками (две и более). Обмотка, на которую подают напряжение питания называется первичной. Осталь- ные обмотки, с которых снимается преобразованное напряжение называются вторичными. Магнитопровод трансформаторов изготавливается из стальных листов, изолированных друг от друга лаковой изоляцией или оксид- ными пленками. Это позволяет понизить потери мощности от вих- ревых токов, вызывающих нагрев магнитопровода. По конфигурации магнитопровода трансформаторы подразделяют на стержневые и броневые. В стержневых трансформаторах об- мотки размещены на стержнях магнитопровода и охватывают его. В броневых трансформаторах магнитопровод охватывает обмотки, как бы «бронирует» их. Горизонтальные части магнитопровода, не- охваченные обмотками, называют нижним и верхним ярмом. Трансформаторы большой и средней мощности обычно изготав- ливают стержневыми, так как они проще по конструкции и имеют лучшие условия охлаждения обмоток. Броневые магнитопроводы используются в маломощных транс- форматорах. Первичную обмотку располагают как можно ближе к магнито- проводу для повышения его КПД, а вторичные обмотки через изо- 30 ляционную пропитанную бумагу (для исключения вероятности элект- рического контакта первичной обмотки со вторичными цепями) вплотную к первичной для улучшения магнитной связи между ними. По способу охлаждения трансформаторы делятся на сухие и мас- ляные. Сухие трансформаторы имеют естественное воздушное охлаждение, которое может быть использовано только для трансфор- маторов малой мощности. При увеличении мощности увеличива- ется интенсивность тепловыделения и нагрев обмоток. Чтобы обес- печить допустимую для изоляции температуру нагрева, применяют более интенсивные способы отвода тепла. Для этого магнитопровод с обмотками помещают в специальный бак, заполненный трансфор- маторным маслом. Масло является одновременно и изолятором, и теплоносителем, т. е. изолирующей и охлаждающей средой. Интен- сивность охлаждения обеспечивается за счет большей по сравнению с воздухом теплопроводности. Это пример естественного масляного охлаждения. В трансформаторах большой мощности масло прину- дительно охлаждают. Такие системы называют системами с прину- дительным масляным охлаждением. Для масляных трансформато- ров характерно применение расширителей (они обеспечивают отвод излишков масла в свободную полость, ограничивающую его взаи- модействие с влажным атмосферным воздухом), вызванное зависи- мостью объема масла от температуры, т. е. от величины нагрузки трансформатора. В процессе эксплуатации трансформаторы требуют периодиче- ского обслуживания. Для сухих трансформаторов ввиду простоты их конструкции обслуживание заключается в удалении пыли с клем- мных колодок и проверке состояния контактов. Обязательным явля- ется проверка сопротивления изоляции обмоток между ними и каж- дой обмоткой и корпусом, так как изоляция обмоток трансформа- торов относительно легко подвергается изменениям под влиянием температуры, влажности, загрязнения и т. д. Происходит старение изоляции, что отрицательно влияет на ее качество, электрическую прочность. По этой причине контроль за качеством должен быть периодическим. Согласно ПУЭ измерение сопротивления изоляции силовых и осветительных электроустановок, работающих при номинальном напряжении 127–660 В, производят мегометром с напряжением 1000 В. Допустимые нормы сопротивления изоляции трансформа- 31 торов указывают в ТУ или ГОСТ. Для электрических машин напря- жением до 1000 В сопротивление изоляции обмоток должно состав- лять не менее 0,5 МОм. Его измеряют между отдельными обмотками, а также между каждой обмоткой и корпусом электрической машины. Трансформаторы, прошедшие ремонт, должны быть подвергнуты тщательной проверке на сопротивление изоляции и соответствие паспортным данным. Замер сопротивления изоляции проводится при отключенных первичных и вторичных цепях, а проверка рабо- чих параметров исследуется в опытах холостого хода и при работе под нагрузкой. Порядок выполнения работы В работе исследуется однофазный силовой трансформатор Т2. При выключенном стенде с помощью измерительных приборов про- изводится замер сопротивлений обмоток трансформатора и сопро- тивление изоляции этих обмоток. Эти значения сравниваются с пас- портными данными, собирается схема-рисунок 4.1 и включается трансформатор. На холостом ходу и при номинальной нагрузке определяются напряжения и токи в первичной и вторичной обмот- ках и сравниваются с паспортными данными. При необходимости строится нагрузочная характеристика трансформатора. Рисунок 4.1 – Исследование трансформатора на холостом ходу Схему-рисунок 4.1 собрать по монтажной схеме рисунка 4.4. Про- верить правильность монтажа при помощи тестера. Перед подключе- нием стенда к сети вывести регулятор ЛАТР в положение, соответ- T1 N A A2 V T2 "V" ТЕСТЕР A1 A3 А1 W1 32 ствующее минимальному выходному напряжению. Запитать стенд и плавно увеличивая напряжение на выходе ЛАТР установить его ве- личину, соответствующую номинальному. Снять показания приборов. Схему-рисунок 4.2 работы трансформатора под нагрузкой (1-я об- мотка) собрать по монтажной схеме рисунка 4.5. Проверить пра- вильность монтажа при помощи тестера. Перед подключением стенда к сети вывести регулятор ЛАТР в положение, соответствующее ми- нимальному выходному напряжению. Запитать стенд и плавно уве- личивая напряжение на выходе ЛАТР установить его величину, со- ответствующую номинальному. Снять показания приборов. Рисунок 4.2 – Исследование трансформатора под нагрузкой (1-я обмотка) Схему-рисунок 4.3 работы трансформатора под нагрузкой (2-я обмотка) собрать по монтажной схеме рисунка 4.6. Рисунок 4.3 – Исследование трансформатора под нагрузкой (2-я обмотка) T1 N A A2 V1 T2 A1 А1 W1 R1 1 2 3 А1 T1 N A A2 V1 T2 A1 A3 А1 W1 R1 1 2 33 ЛАТР 34 T1 A1 N A AV 2 2 1 AV 11 1 A1A1 A2N W1 W2 3 W1 33 2 3 Ia B IcIa* Ic* N 1 А2 A3 ** N A2 15 T2 34 0 U1 0 110 1 1 5 5 3 1 151 "V" Тестер 3 1534 Рисунок 4.4 – Монтажная схема исследования трансформатора на холостом ходу V 2 1 V1 A1 N 3 15 34 ЛАТР 34 T1 A1 N A A 2 A1 1 A1 A2 W1 W2 3 W1 3 2 Ia B IcIa* Ic* N 1 А2 A3 ** N A3 15 T2 34 0 U1 0 110 15 3 1 15 32 R1 2 2 32 3 1 3 2 15 1 Рисунок 4.5 – Монтажная схема исследования трансформатора под нагрузкой (1-я обмотка) 34 V 3 1 V1 A1 N 3 15 34 ЛАТР 34 T1 A1 N A A 2 A1 3 1 2 W1 W2 3 W1 32 1 Ia B IcIa* Ic* N 1 А1 A2 ** N A2 15 T2 34 0 U1 0 110 15 3 1 15 32 R1 2 2 32 3 1 3 2 15 15 Рисунок 4.6 – Монтажная схема исследованиятрансформатора под нагрузкой (2-я обмотка) Проверить правильность монтажа при помощи тестера. Перед подключением стенда к сети вывести регулятор ЛАТР в положение, соответствующее минимальному выходному напряжению. Запитать стенд и плавно увеличивая напряжение на выходе ЛАТР установить его величину, соответствующую номинальному. Снять показания приборов. Данные занести в таблицу. Результаты измерений Режим работы Uн, В I, А Р, Вт Холостой ход Нагрузка (1-я обмотка) Нагрузка (2-я обмотка) Сделать заключение об исправности трансформатора после ремон- та на основании соответствия его параметров паспортным данным. 35 Содержание отчета 1. Цель работы. 2. Краткие теоретические сведения. 2. Схемы испытания трансформатора. 3. Результаты измерений. 4. Анализ полученных результатов и выводы по работе. Контрольные вопросы 1. Какие параметры трансформатора подлежат проверке после ремонта? 2. В каких режимах следует проверять трансформатор? 3. Пояснить устройство магнитопроводов электрических машин и аппаратов. 4. Чем опасно нарушение изоляции между стальными пластина- ми магнитопровода? 5. Чем опасно нарушение изоляции между отдельными витками одной из обмоток трансформатора. 6. Какие неисправности можно выявить при проведении опыта по измерению потерь мощности холостого хода? К чему могут при- вести такие неисправности? 7. Что можно обнаружить при измерении сопротивления обмоток постоянному току? Почему опыт по измерению потерь мощности холостого хода выполняется до испытаний по измерению сопротив- ления обмоток постоянному току? 8. Что понимается под коэффициентом трансформации трансфор- матора? Литература 1. Вольдек, А.И. Электрические машины / А.И. Вольдек. – М.: Энергия, 1978. – С. 310–316. 2. Костенко, М.П. Электрические машины: в 2 ч. / М.П. Костенко, Л.М. Пиотровский. – Л.: Энергия, 1972. – Ч. 1: Машины постоянного тока. Трансформаторы. – С. 452–461. 3. Гук, Ю.Б. Проектирование электрической части станций и под- станций: учебное пособие для вузов / Ю.Б. Гук, В.В. Кантан, С.С. Пет- рова. – Л.: Энергоатомиздат, 1985. – 312 с.: ил. 36 Лабораторная работа № 5 ИСПЫТАНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ Цель работы: изучить влияние конденсаторов на коэффициент мощности электрической цепи; изучить методику расчета коэффи- циента мощности. Краткие теоретические сведения Прохождение реактивной мощности, пульсирующей между источ- никами питания и электроприемниками, сопровождается увеличе- нием тока. Это вызывает дополнительные затраты на увеличение сечений проводников сетей и мощностей трансформаторов, создает дополнительные потери электроэнергии. Кроме того увеличиваются потери напряжения за счет реактивной составляющей, пропорцио- нальной реактивной нагрузке и индуктивному сопротивлению, что понижает качество электроэнергии по напряжению. Вследствие этого важное значение имеет компенсация реактив- ных нагрузок и повышение коэффициента мощности в системах электроснабжения промпредприятий. Под компенсацией имеется ввиду установка местных источников реактивной мощности, благо- даря которым повышается пропускная способность сетей и транс- форматоров, а также уменьшаются потери электроэнергии. Для сохранения нормального напряжения при максимальной на- грузке необходимо соблюдение баланса реактивных мощностей, ко- торый достигается за счет мероприятий, снижающих потребление реактивной мощности предприятиями от энергосистемы. Эти мероприятия разбиваются на мероприятия, не требующие специальных компенсирующих устройств и целесообразные во всех случаях и требующие установки специальных компенсирующих устройств для выработки реактивной мощности. Наибольшее распространение в промпредприятиях получили кон- денсаторы. Мощность конденсатора пропорциональна квадрату напря- жения, что следует учитывать при расчетах уровней напряжения сети: 37 22Q f C U= ⋅ π ⋅ ⋅ ⋅ , где f – частота электрической сети; С – емкость конденсатора; U – напряжение сети, кВ. Конденсаторы включаются в сеть параллельно электроприемни- кам, вследствие чего такая компенсация носит название поперечной (параллельной) в отличие от продольной, при которой конденса- торы включаются в сеть последовательно. Возможна также индивидуальная компенсация, когда конденса- торы наглухо подключаются к обмоткам отдельных электродвига- телей или трансформаторов и коммутируются вместе с ними. Она может применяться для электроприводов, работающих в длитель- ном режиме. Мощность конденсаторов в этом случае выбирается по реактивной мощности холостого хода. Наряду с большими достоинствами (статические устройства, малые потери) конденсаторы имеют следующие недостатки: зависимость мощности от квадрата напряжения, что снижает устойчивость, а при особо неблагоприятных условиях может привести к лавине напряже- ния; сложность регулирования мощности; большие размеры при больших батареях; перегрев при повышении напряжения и наличии в сети высших гармоник, ведущих к выходу конденсатора из строя. Порядок выполнения работы 1. Подготовка лабораторной установки к работе: а) собрать электрическую схему согласно рисунку 5.1 для ис- следования повышения коэффициента мощности с использованием батареи конденсаторов (схема индивидуальной компенсации мощ- ности); в качестве активно-индуктивной нагрузки используется асинх- ронный электродвигатель М1; подключение батареи конденсаторов производится выключателем SA1; ваттметр W1,W2 индицирует ак- тивную трехфазную мощность, потребляемую электродвигателем; б) проверить с помощью тестера правильность сборки схемы; в) после проверки преподавателем подать напряжение на стенд и включить автомат QF1. 38 А В С N SB1 SB2 КМ1 КМ1 КМ QF1 А2 А1 В1 В2 С С2 С4 С5 А М1 ~ M1 А3 В3 С3 С4 С2 С3 В4 А4 А5 С1 W1 W2 SA1 Рисунок 5.1 – Схема соединений лабораторной установки 2. Снятие показателей без конденсатора: а) при выключенном выключателе SA1 (рычажок в среднем по- ложении) произвести запуск двигателя М1 черной кнопкой кнопоч- ного поста SB1; б) зафиксировать показания амперметра А1 и трехфазного ватт- метра W1,W2; в) тестером измерить фазное напряжение; г) данные занести в таблицу 5.1. 39 3. Снятие показателей при включении конденсатора: а) не отключая двигателя подключить батарею конденсаторов С1–С3 выключателем SA1 (рычажок в нижнем положении); б) зафиксировать показания амперметра А1 и трехфазного ватт- метра W1, W2; в) тестером измерить фазное напряжение; г) данные занести в таблицу 5.1. 4. Отключение установки: а) отключить электродвигатель красной кнопкой кнопочного пос- та SB1; б) отключить автомат QF1 и обесточить стенд. 5. Провести вычисления полной мощности и сравнить значения коэффициента мощности в опыте без батареи конденсаторов и с ней. Полная мощность ô ô = 3S U I⋅ ⋅ . Коэффициент мощности cosφ= P S . Таблица 5.1 – Результаты измерений Опыт UФ, В IФ, А P, Вт S, В·А cosϕ Без конденсаторных батарей С1–С3 С конденсаторными батареями С1–С3 6. Для заданного преподавателем варианта (таблица 5.2) опреде- лить изменение потерь активной мощности в электрической сети (рисунок 5.2) и тангенса угла при установке батареи конденсаторов в узле нагрузки. Напряжение в точке питания равно U1 = 10,5 кВ. Линия выполнена сечением 70 мм2 (r0 = 0,413 Ом/км, х0 = 0,366 Ом/км). На понижающей подстанции установлен трансформатор ТМ-1000/10 (Uk = 5,5 %, ∆Рk = 12,2 кВт, ∆Рх = 2,1 кВт, Iх = 2,8 %). 40 Таблица 5.2 – Исходные данные для расчета Вариант Длина, км Р, МВт Q, Мвар Qку, Мвар 1 8 0,6 0,8 0,3 2 10 0,7 0,7 0,2 3 12 0,5 0,9 0,4 4 14 0,7 0,5 0,2 5 16 0,6 0,7 0,4 6 18 0,5 0,8 0,5 Содержание отчета 1. Цель работы. 2. Достоинства и недостатки конденсаторных батарей. 3. Схема соединений лабораторной установки. 4. Результаты измерений и вычислений. 5. Расчетное задание. 5. Анализ полученных результатов и выводы по работе. Контрольные вопросы 1. Какие виды компенсирующих устройств применяют в элект- рических сетях и системах электроснабжения? 2. Почему установка компенсирующих устройств позволяет регу- лировать напряжение, снижать потери мощности и электроэнергии? 3. Как учитываются конденсаторные батареи в схемах замеще- ния электрических сетей? 4. В чем заключается отрицательный регулирующий эффект ба- тареи? 5. Какие достоинства у конденсаторных батарей по сравнению с другими компенсирующими устройствами? 6. Какие недостатки у конденсаторных батарей по сравнению с другими компенсирующими устройствами? Литература Герасименко, А.А. Передача и распределение электрической энер- гии: учебное пособие / А.А. Герасименко, В.Т. Федин – Ростов н/Д: Феникс; Красноярск: Издательские проекты, 2006. – С. 170–175. 41 Лабораторная работа № 6 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЩИТЫ ОСВЕТИТЕЛЬНОЙ СЕТИ Цель работы: изучить аппараты защиты осветительной сети; ис- следовать основные характеристики автоматического выключателя АП-50Б. Краткие теоретические сведения В качестве аппаратов защиты в осветительных сетях широко при- меняются предохранители и автоматические выключатели различных типов. Автоматический воздушный выключатель (автомат) – ап- парат, предназначенный для автоматического размыкания электри- ческих цепей. Как правило, автоматические выключатели выполняют функции защиты при коротких замыканиях, перегрузках, снижении или исчезновении напряжения, изменения направления передачи мощ- ности или тока и т. п. Независимо от назначения, автоматы состоят из следующих основных узлов, показанных на рисунке 6.1. Контактная система автоматов должна находиться под током не от- ключаясь весьма длительное время и быть способной выключать боль- шие токи короткого замыкания. Широкое распространение получили двухступенчатые (главные и дугогасительные) и трехступенчатые (главные, промежуточные и дугогасительные) контактные системы. Дугогасительная система должна обеспечивать гашение дуги больших токов короткого замыкания в ограниченном объеме про- странства. Задача дугогасительного устройства заключается в том, чтобы ограничить размеры дуги и обеспечить ее гашение в малом объеме. Распространение получили камеры с широкими щелями и камеры с дугогасительными решетками. Привод в автомате служит для включения автомата по команде оператора. Отключение автоматов осуществляется отключающими пружинами. Механизм свободного расцепления предназначен: а) исключить возможность удерживания контактов автомата во включенном положении (рукояткой, дистанционным приводом) при наличии ненормального режима работы защищаемой цепи; б) обеспечить моментальное отключение, т. е. не зависящую от операторов, рода и массы привода скорость расхождения контактов. 42 1 – основание; 2 – изолирующий кожух; 3, 4 – контактные накладки; 5 – дуго- гасительная решетка; 6 – гибкая токоведущая связь; 7, 8 – узлы расцепителей; 9 – механизм свободного расцепления; 10 – вал Рисунок 6.1 – Схема автомата серии А3130 Механизм представляет собой систему шарнирно связанных ры- чагов, соединяющих привод включения с системой подвижных кон- тактов, которые связаны с отключающей пружиной. Механизм сво- бодного расцепления позволяет автомату отключаться в любой момент времени, в том числе и в процессе включения, когда включающая сила воздействует на подвижную систему автомата. При отключении автомата первыми размыкаются главные кон- такты и весь ток переходит в параллельную цепь дугогасительных 43 контактов с накладками из дугостойкого материала. На главных кон- тактах дуга не должна возникать, чтобы они не обгорели. Дугогаси- тельные контакты размыкаются, когда главные контакты расходят- ся на значительное расстояние. На них возникает электрическая дуга, которая выдувается вверх и гасится в дугогасительной камере. Расцепители – элементы, контролирующие заданный параметр цепи и воздействующие через механизм свободного расцепления на отключение автомата при отклонении заданного параметра за уста- новленные пределы. В зависимости от выполняемых функций защиты расцепители бывают: а) токовые максимальные мгновенного или замедленного действия; б) напряжения – минимальное, для отключения автомата при сни- жении напряжения ниже определенного уровня; в) обратного тока – срабатывает при изменении направления тока; г) тепловые – работают в зависимости от величины тока и времени его протекания (применяются обычно для защиты от перегрузок); д) комбинированные – срабатывают при сочетании ряда факторов. Блок-контакты служат для производства переключения в цепях управления блокировки, сигнализации в зависимости от коммута- ционного положения автомата. Блок-контакты выполняются нормально открытыми (замыкаю- щие) и нормально закрытыми (размыкающие). Номинальный ток Iн.з, защищающего от перегрузки электромаг- нитного теплового или комбинированного расцепителя автоматов, выбирается по длительному расчетному току линии Iн.з = Iдл; ток срабатывания (отсечки) электромагнитного расцепителя Iср опреде- ляется из соотношения: ñð êð=1,25I I⋅ , где Iкр – максимальный кратковременный ток линии, который при от- ветвлении к одиночному электродвигателю равен его пусковому току; 1,25 – коэффициент учитывает неточность в определении макси- мального кратковременного тока линии и разброс характеристик рас- цепителей. 44 Порядок выполнения работы В данной работе производится исследование характеристики теплового расцепителя автомата АП-50Б (кроме защиты от перегру- зок и токов короткого замыкания могут использоваться для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, выпускают- ся в пластмассовом корпусе) QF1, ток уставки которого 1,6–2,5 А (см. маркировку самого аппарата, рисунок 6.2). Работа электромаг- нитного расцепителя ввиду больших токов срабатывания (16–25 А) не рассматривается. Рисунок 6.2 – Схема автомата АП-50Б С разрешения преподавателя можно ознакомиться с устройством автоматического выключателя. Для этого при отсоединенном сете- вом кабеле стенда нужно с помощью отвертки отвернуть два винта на крышке автомата и аккуратно снять ее, чтобы не выпали дуго- гасительные камеры. Ознакомиться с работой механизма и назначе- нием узлов. Затем установить крышку на место. 45 Для выполнения работы собирается схема, представленная на ри- сунке 6.3. В качестве нагрузки используется катушка теплового расцепителя самого автомата. Рисунок 6.3 – Схема снятия характеристик срабатывания автоматического выключателя Монтаж схемы осуществить по схеме монтажной (рисунок 6.4). Рисунок 6.4 – Монтажная схема снятия характеристик срабатывания автоматического выключателя T1 N A 10A ТЕСТЕР QF1 A1 A3 A2 T2 A4 ЛАТР 34 T1 A1 N A 10 QF1 15 A3 A4 * * N A1 15 T2 34 0 U1 0 24 10А ТЕСТЕР 15 10 к тестеру 34 15 A2 A4 A2 A3 к тестеру 46 Включается стенд и с помощью ЛАТР плавно от нулевого зна- чения повышается напряжение до срабатывания автомата QF1. По тестеру, выставленному в положение измерения тока с пределом из- мерения 10 А, определяется ток срабатывания автомата. Проверить с помощью тестера правильность сборки. Убедиться, что регулятор ЛАТР установлен в положение, соответствующее ми- нимальному выходному напряжению. После проверки преподава- телем подать напряжение на стенд и включить автомат QF1. Плавно поворачивая регулятор ЛАТР увеличить ток через автомат QF1 до значения 1,3 ⋅ Iн. Засечь время срабатывания теплового расцепителя. Обесточить стенд и дать время остыть катушке теплового расцепи- теля (допускается для ускорения процесса охлаждения снять крышку автомата и при наличии возможности применения принудительного охлаждения). Повторить опыт при значениях тока нагрузки 1,5 ⋅ Iн, 1,7 ⋅ Iн. Данные занести в таблицу. Построить график t = f(Iн). Результаты измерения Iн 1,3Iн 1,4Iн 1,5Iн 1,6Iн 1,7Iн t, с Содержание отчета 1. Цель работы. 2. Краткие теоретические сведения. 3. Схема соединений лабораторной установки. 4. Результаты измерений. 5. График t = f(Iн). 6. Анализ полученных результатов и выводы по работе. Контрольные вопросы 1. Какие аппараты применяют для защиты осветительной сети? 2. Конструкция и принцип работы предохранителя? 3. Конструкция и принцип работы автоматического выключателя. 4. В чем принципиальное отличие в работе предохранителя и ав- томатического выключателя? 47 5. Какие существуют виды расцепителей автоматических выклю- чателей. Каково их назначение? 6. На чем основан принцип селективности в работе аппаратов защиты? 7. Какие условия выбора аппаратов защиты осветительной сети? Литература Федоров, А.А. Учебное пособие для курсового и дипломного про- ектирования по электроснабжению промышленных предприятий: учебное пособие для вузов / А.А. Федоров, Л.Е. Старкова. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 368 с. 48 Лабораторная работа № 7 ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПОСЛЕ РЕМОНТА Цель работы: изучить методику испытания электродвигателя пос- ле ремонта. Краткие теоретические сведения Электродвигатель постоянного тока с независимым и параллель- ным возбуждением широко применяют в промышленности, транс- портных, крановых и других установках для привода механизмов, где требуется широкое плавное регулирование частоты вращения. Одна и та же электрическая машина может работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. Это свойство электрической машины называют обратимостью. Обмотка якоря электродвигателя (выводы Я1 и Я2 на стенде) имеет малое сопротивление, и если подать напряжение на нее без подключения обмотки возбуждения (выводы М1 и М2 на стенде), то произойдет короткое замыкание. Прямой пуск двигателя вызы- вает резкий бросок тока и, следовательно, резкий рывок вала, что неблагоприятно воздействует на рабочие механизмы. Поэтому при пуске электродвигателей обычно применяют либо плавный пуск (в регулируемых приводах плавно увеличивается напряжение), либо ступенчатый (в цепи якоря с выдержками времени шунтируются добавочные резисторы). В процессе эксплуатации электродвигателя постоянного тока его узлы изнашиваются и требуют периодического обслуживания и ре- монта. Двигатели постоянного тока имеют коллектор, на котором происходит коммутация секций обмоток якоря под напряжением, что вызывает искрение при переходе щетки на соседнюю ламель. Работа в таких условиях вызывает быстрый износ щеток и поверхности ламелей коллектора. Поэтому периодически необходимо произво- дить осмотр коллектора и проверку состояния щеток. Изношенные и поврежденные щетки необходимо немедленно менять, а загрязнение коллектора угольным налетом от щеток может стать причиной роста 49 тока потребления двигателем и, следовательно, скорейшего износа коллектора. Немаловажное значение имеет и состояние механиче- ских узлов двигателя: целостность подшипников, наличие и своевре- менная замена в них смазки, а также чистота и отсутствие окислов на зажимах выводов двигателя и подводимых к нему проводов. Обязательна и проверка сопротивления изоляции двигателя во избежание поражения электрическим током обслуживающего пер- сонала. Изоляция обмоток электрических машин и проводов отно- сительно легко подвергается изменениям под влиянием температуры, влажности, загрязнения и т. д. Происходит старение изоляции, что отрицательно влияет на ее качество и электрическую прочность. По этой причине контроль за состоянием изоляции должен быть периодическим. Согласно ПУЭ измерение сопротивления изоляции силовых и осветительных электроустановок, работающих при номинальном напряжении 127–660 В, производят мегомметром с напряжением 1000 В. Допустимые нормы сопротивления изоляции для электри- ческих машин, проводов и кабелей указывают в ТУ или ГОСТ. Для электрических машин напряжением до 1000 В сопротивление изо- ляции обмоток должно составлять не менее 0,5 МОм. Его измеряют между отдельными обмотками, а также между каждой обмоткой и корпусом электрической машины. Поэтому после ремонта двигатель подвергают тщательному осмот- ру и проверке по всем пунктам. Порядок выполнения работы В данной работе исследуется электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением. Для этого при выключенном стенде с помощью измерительных приборов производится замер сопротив- лений обмоток якоря и возбуждения и сопротивления изоляции этих обмоток. Измерения проводятся с помощью тестера или мегом- метра при его наличии в лаборатории. Для проверки рабочих параметров двигателя собирается схема (рисунок 7.1). 50 Рисунок 7.1 – Схема для проверки рабочих параметров двигателя Схема монтируется по монтажной схеме (рисунок 7.2). Проверить правильность монтажа при помощи тестера. Подготовить стенд к работе от сети: вывести регулятор ЛАТР в положение, соответствую- щее минимальному выходному напряжению, убедиться, что осталь- ные аппараты, неиспользуемые в работе, не попадут под напряжение при включении стенда. После проверки схемы преподавателем запи- тать стенд от сети и подать в схему напряжение. Затем плавно уве- личить выходное напряжение регулируемого источника постоянного напряжения с помощью ЛАТР до номинальной величины на дви- гателе (110 В). Рисунок 7.2 – Монтажная схема для проверки рабочих параметров двигателя А2 V2 1 5 М2 3 T1 + - 0-220 В SA1 2 4 51 При номинальном значении питающего напряжения контроли- руется потребляемый ток и скорость вращения вала электродвига- теля. Эти значения сравниваются с паспортными данными электро- двигателя. Содержание отчета 1. Цель работы. 2. Краткие теоретические сведения. 3. Схема соединений лабораторной установки. 4. Результаты измерений. 5. Анализ полученных результатов и выводы по работе. Контрольные вопросы 1. Принцип работы двигателя постоянного тока. 2. Основное применение двигателя постоянного тока. 3. Основной недостаток двигателей постоянного тока. 4. В чем заключается программа пусконаладочных работ для дви- гателя постоянного тока? 5. По какому принципу устанавливаются щетки на машины по- стоянного тока? Литература Мусаэлян, Э.С. Наладка и испытание электростанций и подстан- ций / Э.С. Мусаэлян – М.: Энергия, 1979. – 464 с. 52 Лабораторная работа № 8 ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С КОММУТАЦИОННЫМИ АППАРАТАМИ ПОСЛЕ МОНТАЖА Цель работы: изучить методику проверки электрооборудования для управления работой электродвигателя; научиться по измери- тельным приборам контролировать режим работы двигателя. Краткие теоретические сведения Наиболее широкое распространение во всех отраслях промыш- ленности, строительства и сельского хозяйства имеют асинхронные электродвигатели трехфазного тока с короткозамкнутым ротором. Электродвигатели характеризуются номинальными данными, которые указаны в их паспортах: мощностью, напряжением, током статора, кратностью пускового тока, коэффициентом мощности, частотой вращения ротора, номинальным вращающим моментом. Смонтированный и установленный на рабочее место электродви- гатель проверяют при работе вхолостую и под нагрузкой; при не- обходимости подвергают испытанию. Управление, регулирование и защиту электрических машин осуществляют с помощью электриче- ских аппаратов. Аппараты, применяемые для управления электриче- скими цепями, подразделяют на неавтоматические и автоматические. К автоматическим аппаратам относятся: контакторы, магнитные пускатели, автоматические выключатели, которые управляются дис- танционно или действуют автоматически при изменении установлен- ного режима работы электродвигателей или питающей сети. Перед началом наладки пускорегулирующей автоматики асинх- ронного электродвигателя необходимо выполнить анализ схем под- ключения, который заключается в проверке принципиальных схем общих устройств, при наличии схем постоянного тока, схем отдель- ных присоединений. Анализ принципиальных схем проводится в следующем порядке: – выявляется назначение каждого элемента и контакта схемы, а также правильность выбора их номинальных величин и мощности элементов; 53 – выявляется как работает схема в нормальном (рабочем) режи- ме, при перегрузках и в аварийных режимах, что произойдет в ней при перегорании предохранителя или срабатывании автоматических выключателей; – обращается внимание на нормальное положение переключате- лей и контактов реле. К основным неисправностям монтажа вторичных устройств управ- ления можно отнести: – использование не того типа аппаратуры и контактов; – обрыв в цепях управления; – наличие ложных цепей в управлении; – ошибки в подключении монтажных проводов. К обязательным испытаниям электродвигателя после монтажа от- носятся: – измерение сопротивления обмоток статора постоянному току; с учетом поправки на температуру это сопротивление должно соот- ветствовать паспортным значениям, а при их отсутствии – данным, одинаковым для всех трех фаз; – измерение сопротивления изоляции обмоток статора мегоммет- ром по отношению друг к другу и корпуса; при этом сопротивление изоляции должно быть не ниже 0,5 МОм при температуре 10–30 °С. Порядок выполнения работы Записать паспортные данные асинхронного электродвигателя (см. табличку на корпусе электродвигателя) и ознакомиться с пусковой аппаратурой (записать их полное обозначение и основные данные). Для выполнения работы необходимо собрать электрическую схе- му, приведенную на рисунке 8.1. Исследования в данной работе производятся на основе асинхрон- ного электродвигателя М1. Для управления его работой использу- ются следующие коммутационные аппараты: автоматический выклю- чатель QF1 – для подключения схемы управления к питающему напряжению и защиты от токов короткого замыкания; магнитный пускатель КМ1 – для подключения обмотки статора двигателя к пи- тающему напряжению; тепловое реле КА1.1 и КА1.2 – для защиты двигателя от длительных перегрузок; кнопки кнопочного поста SB1.1 и SB1.2 – для пуска и останова двигателя. 54 Рисунок 8.1 – Схема управления электродвигателем Контроль за током в фазах, фазным напряжением, потребляемой активной мощностью и скоростью вращения вала электродвигателя производится по приборам: амперметром A1, вольтметром V1, ватт- метром W1 и тахометром n. Контроль за работой коммутационных аппаратов производится визуально. Сборка схемы выполняется по монтажной схеме рисунка 8.2. Ознакомиться с расположением аппаратов на панели стенда. По монтажной схеме на рисунке 8.2 смонтировать схему управле- ния двигателем М1 (см. рисунок 8.1). С помощью тестера проверить монтаж схемы при отключенном питании стенда. После проверки преподавателем произвести проверку работы схемы при поданном напряжении питания. Снять показания амперметра. Тестером изме- рить все фазные и линейные напряжения. Зафиксировать показания. А В С М1 N SB1.1 SB1.2 КА1.3 КМ1 КМ1 КА1.2 КА1.1 КМ1 QF1 M1 А2 А1 А3 В1 В2 В3 С1 С2 С3 С4 С5 С6 А1 55 Сделать заключение о правильности выбора пускорегулирующей аппаратуры и аппаратов защиты. Обосновать выводы. 10 QF1 12 KM1 N11 SB1 22 KA1 16 12 A 2 A1 12 B2 B3 16 16 M1 M~ A B C A1 B1 C1 A2 B2 C2 A3 B3 C3 16 12 A1 B1 C1 C1 C4 C4C5 C5 C6 C6 A2 C2 A3 C3 C1 C4 11 11 12 20 10 10 10 22 22 22 2 22 2 22 A B C 12 12 22 12 ХТ1 20 N 12 12 Рисунок 8.2 – Монтажная схема включения аппаратов управления электродвигателем Содержание отчета 1. Цель работы. 2. Краткие теоретические сведения. 3. Схема соединений лабораторной установки. 4. Результаты измерений. 5. Анализ полученных результатов и выводы по работе. Контрольные вопросы 1. Какие аппараты относятся к пускорегулирующей аппаратуре? 2. В каких режимах проверяют электродвигатель после монтажа? 3. Какое назначение автоматического выключателя QF1 и теп- лового реле КА1 в схеме (см. рисунок 8.1). 4. Конструкция и принцип действия магнитных пускателей. 56 5. Конструкция и принцип действия автоматических выключа- телей. 6. О чем говорит случай, если сопротивление изоляции одной из фаз обмотки статора по отношению к корпусу или к другой обмотке меньше нормативного? 7. О чем говорит случай, если сопротивление постоянному току одной из фаз обмотки больше (меньше) сопротивления других фаз? Литература Мусаэлян, Э.С. Наладка и испытание электростанций и подстан- ций / Э.С. Мусаэлян – М.: Энергия, 1979. – 464 с. 57 Лабораторная работа № 9 ИССЛЕДОВАНИЕ КОНТАКТОРОВ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Цель работы: ознакомиться с техническими данными и изучить конструкцию контакторов и магнитных пускателей переменного тока; исследовать магнитные пускатели переменного тока. Краткие теоретические сведения Контакторы – это коммутационные аппараты, предназначенные для частых включений и отключений электрических цепей при нормальных режимах работы. Контакторы применяются в цепях напряжения до 500 В переменного тока и 600 В постоянного тока. Контакторы подразделяют: а) на электромагнитные, которые срабатывают при помощи электромагнита; б) постоянного тока – линейные и ускорения; в) переменного тока промышленной частоты; г) переменного тока повышенной частоты (до 10 кГц ). Контакторы, служащие для замыкания или размыкания электри- ческих цепей, называют линейными, а контакторы, служащие для закорачивания отдельных ступеней пускового реостата, – ускорения. Основные узлы любого электромагнитного контактора: – электромагнитный механизм; – главные контакты; – дугогасительное устройство; – блок-контакты. Принцип действия контакторов заключается в следующем: при подаче напряжения на обмотку электромагнита якорь притягива- ется. Подвижный контакт, связанный с якорем, замыкает или раз- мыкает главную цепь. Дугогасительная система обеспечивает быст- рое гашение дуги. Вспомогательный блок-контакт используется для согласования работы с другими аппаратами. Контакторы переменного тока обладают высоким коэффициен- том возврата (0,6–0,7), что дает возможность осуществить защиту объекта от падения напряжения. 58 Промышленностью выпускаются следующие основные серии контакторов переменного тока: а) контакторы серии КТ на номинальные токи 75, 150, 300 и 600 А и номинальные напряжения 380 В и 500 В. б) контакторы серии КИ предназначены в основном для уста- новки в магнитных пускателях на токи 60, 100 и 150 А и напря- жением 380 В. Контакторы выполняют свои функции удовлетворительно, если напряжение на зажимах катушки U = (0,85–1,1) · Uном. Снижение напряжения ниже 0,85 Uном уменьшает силу, удержи- вающую якорь, в результате чего при некотором напряжении от- падания Uотп, происходит отрыв якоря от полюсов. Наименьшее напряжение Uср, при котором происходит включение контактора, называют напряжением срабатывания. Отношение K = Uотп / Uср называют коэффициентом возврата. Механической характеристикой контактора называют зависи- мость механических противодействующих сил от величины рабо- чего зазора Fмех = f(δ). Противодействующие силы в электромагнитных контакторах создаются с помощью пружин. Магнитный пускатель – это контактор переменного тока, пред- назначенный для дистанционного управления и защиты от пониже- ния напряжения питающей сети и токов перегрузки асинхронных двигателей малой и средней мощности. Основным узлом магнитного пускателя, как контактора, является электромагнит переменного тока, приводящий в действие систему с контактами. Обычно в магнитных пускателях применяют трехполюсный кон- тактор переменного тока, имеющий три главных замыкающих кон- такта и от одного до четырех вспомогательных, блокировочных или блок-контактов. 59 В кожух магнитного пускателя, кроме контактора, часто встраи- вается тепловое реле, выполняющее токовую защиту с выдержкой времени, зависящей от величины тока. Выбор магнитного пускателя и контакторов производится: а) по номинальному напряжению сети Uном = Uсети, где Uном – номинальное напряжение катушки магнитного пускателя; б) номинальному току нагрузки Iном ≥ Iном.нагр , где Iном – номинальный ток магнитного пускателя, контактора для конкретного режима работы; в) мощности двигателя исполнительного механизма; г) режиму работы; д) числу включений в час; е) номинальному напряжению контактов аппарата Uном.конт ≥ Uсети; ж) времени включения и отключения. Порядок выполнения работы 1. Изучить устройство, назначение контакторов и магнитных пускателей и их систем. 2. Для исследования свойств магнитного пускателя переменного тока ПМЛ-110 с номинальным напряжением катушки 110 В и частотой 50 Гц необходимо собрать схему согласно рисунку 9.1. Включить стенд, затем источник питания 24 В и далее ЛАТР. Увеличивая величину подаваемого напряжения контролировать по- казания приборов и зафиксировать их в момент, когда якорь втянется в катушку. Зафиксировать величину резко изменившегося тока. До- вести напряжение до номинальной величины 110 В и вновь замерить ток в катушке. Затем уменьшать напряжение до момента отпускания якоря. Зафиксировать величину тока и напряжения в этот момент (в моменты переключения ЛАТР придерживать пальцем кнопку якоря пускателя, обеспечивая его притянутое положение на момент 60 кратковременного обесточивания катушки). Данные занести в таб- лицу 9.1. Повторить опыт несколько раз. Во избежание перегрева катушки пускателя не допускать длительной работы катушки с не- втянутым якорем, а также необходимо делать паузу между опытами. ПМЛ-071 110В Рисунок 9.1 – Схема для исследования свойств магнитного пускателя переменного тока 61 Таблица 9.1 – Результаты измерений Напряжения срабатывания Uср, В Ток при невтянутом якоре в опыте на включение Iср, А Ток при втянутом якоре в опыте на включение Iвкл,А Напряжение возврата Uв, В 3. Произвести расчет параметров пускателя по следующим фор- мулам: коэффициент возврата Kв = Uв / Uср; кратность пускового тока к номинальному k = Iср / Iном; номинальная полная мощность катушки Sном = Uном ·Iном; пусковая полная мощность катушки Sп = Iср.ном ·Uном. 4. Для исследования свойств промежуточных реле постоянного тока с номинальным напряжением катушки 24 В необходимо со- брать схему согласно рисунку 9.2. Далее работа выполняется аналогично приведенной выше (на- пряжение, подаваемое на катушку реле, изменяется ЛАТР). Резуль- таты измерений занести в таблицу 9.2 и произвести расчеты как и в предыдущем опыте (кроме номинальной и пусковой полной мощности). 62 РП-21 24В Рисунок 9.2 – Схема для исследования свойств промежуточных реле постоянного тока 62 63 Таблица 9.2 – Результаты измерений Напряжения срабатывания Uср, В Ток при невтянутом якоре в опыте на включение Iср, А Ток при втянутом якоре в опыте на включение Iвкл, А Напряжение возврата Uв, В Содержание отчета 1. Цель работы. 2. Краткие теоретические сведения. 3. Схема соединений лабораторной установки. 4. Результаты измерений. 5. Анализ полученных результатов и выводы по работе. Контрольные вопросы 1. Назначение контакторов и магнитных пускателей. 2. Конструкции контакторов и магнитных пускателей. 3. Назначение теплового реле в магнитном пускателе. 4. Нарисовать схему управления пуском асинхронного двигателя с помощью магнитного пускателя. 5. В чем заключается ревизия коммутационной аппаратуры низ- кого напряжения? 6. Какое минимально допустимое сопротивление изоляции сило- вых и вторичных цепей коммутационной аппаратуры низкого напряжения? 7. Для чего служит экономический резистор в контакторах без защелки? 8. Как определить коэффициент возврата контактора? Литература Мусаэлян, Э.С. Наладка и испытание электростанций и подстан- ций / Э.С. Мусаэлян. – М.: Энергия, 1979. – 464 с. 64 Лабораторная работа № 10 ИССЛЕДОВАНИЯ ТИРИСТОРНОГО РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ Цель работы: изучить принцип действия тиристорных регулято- ров напряжения; исследовать схему управления тиристорного регу- лятора напряжения; исследовать свойства тиристорного регулятора как электрического аппарата. Краткие теоретические сведения. Тиристором называют полупроводниковый прибор с тремя или более n–p-переходами. Он может находиться в одном из двух устой- чивых состояний: низкой проводимости (закрыт) или высокой (от- крыт). Структура, условное графическое и буквенное обозначения тиристора, его вольтамперная характеристика даны на рисунке 10.1. Рисунок 10.1 – Структура, условное графическое и буквенное обозначения тиристора Основу прибора составляет кристалл кремния, в котором созда- ны четыре слоя с разными типами электропроводности. Внешний p- слой называют анодом (А), внешний n-слой – катодом (К), а два внутренних слоя – базами. Одна из баз имеет вывод – управляющий электрод (У). При прямом включении (анод положителен по отношению к ка- тоду) переходы П1 и П3 смещены в прямом направлении, а переход а б в 65 П2 – в обратном. До тех пор пока П2 закрыт, прямой ток практиче- ски равен нулю (участок оа характеристики, см. рисунок 10.1, в). При некотором значении прямого напряжения, равном Uвкл.max, за счет перераспределения зарядов в области баз переход П2 открывается (точка а). Сопротивление его быстро уменьшается (участок аб), и ти- ристор работает на участке бв характеристики, которая подобна вольтамперной характеристики ВАХ диода. Напряжение включения Uвкл.max можно уменьшить введением до- бавочных носителей заряда в любой из слоев, прилегающих к пере- ходу П2. Добавочные носители заряда на рисунок 10.1, а вводятся в слой p от вспомогательной управляющей цепи с независимым источ- ником Еy. При увеличении тока управления Iy характеристика (см. рисунок 10.1, в) смещается влево (к естественной прямой ветви ВАХ диода). Тиристор остается во включенном состоянии, пока протекаю- щий через него ток больше критического, называемого током удер- жания Iуд. Как только Iпр станет меньше Iуд, тиристор закрывается. Следует отметить, что после включения тиристора объемные за- ряды в области перехода П2 будут компенсированы основным то- ком, если он больше тока Iуд, и тогда ток управления Iу не нужен. Поэтому для снижения потерь в тиристоре он управляется коротки- ми импульсами Iу. При обратном включении тиристора (анод отрицателен по отно- шению к катоду) закрыты два перехода П1 и П3 и тиристор тока не проводит. Во избежание пробоя необходимо, чтобы обратное напря- жение было меньше Uобр.max. Основные параметры, используемые при выборе тиристоров: – предельно допустимый анодный ток в открытом состоянии ти- ристора Iпр.max; – предельно допустимое обратное напряжение Uобр.max; – предельно допустимое прямое напряжение в закрытом состоя- нии тиристора Uпр.max; – ток удержания Iуд. Маломощные тиристоры применяют в релейных схемах и мало- мощных коммутирующих устройствах. Мощные тиристоры исполь- зуют в управляемых выпрямителях, инверторах и различных преоб- разователях. Схема тиристорного регулятора напряжения дана на рисунке 10.2. 66 Рисунок 10.2 – Схема для исследования тиристорного регулятора напряжения Силовая часть представляет собой тиристорную пару, в которой тиристоры включены встречно. Управление величиной напряжения 67 на нагрузке (вольтметр V1), а следовательно, и током нагрузки (ам- перметр А1) достигается управлением угла отпирания тиристоров. При этом осциллограмма, снимаемая с нагрузки, имеет вид, представ- ленный на рисунке 10.3. При α = π тиристоры практически закрыты и на нагрузке нет напряжения, а при α = 0 – полностью открыты и напряжение на нагрузке имеет вид полных полуволн и соответствует максимальному значению, получаемому от выпрямителя. Π Uн Umax t 2Π 3Π0 Рисунок 10.3 – Осциллограмма тиристорного преобразователя Управление углом отпирания тиристоров осуществляет схема управления, формирующая синхронизированные с сетевым напря- жением импульсы управления, передаваемые на управляющие элект- роды тиристоров через импульсные трансформаторы, позволяющие произвести гальваническую развязку силовых цепей преобразователя от цепей управления. Синхронизация импульсов управления с сете- вым напряжением достигается путем формирования в блоке ГПИ из пониженного синусоидального напряжения импульсов пилообразной формы (рисунок 10.4). Последние поступают в блок сравнения СС, равно как и напряже- ние задания, снимаемое с потенциометра R4. В результате сравнения этих величин блок СС формирует прямоугольные импульсы, скваж- ность которых зависит от положения движка потенциометра R4, что показано на рисунке 10.4. Последние и управляют углом отпирания тиристоров, преобразуясь в блоке формирования импульсов БФИ для передачи через обмотки импульсного трансформатора Т3. 68 Uгои t Uсети t t t Uз Uсс Uн Рисунок 10.4 – Осциллограммы тиристорного регулятора напряжения в различных точках исследуемой схемы Порядок выполнения работы 1. Соберите схему согласно рисунку 10.2. 2. Включите сетевой выключатель, проверьте наличие напряже- ния в сети по свечению индикаторной лампы. Затем включите на- пряжение питания тумблером SА2. 3. Снять осциллограммы сигналов на выходе блоков ГПИ, СС, БФИ и на нагрузке в нескольких положениях потенциометра R4, в том числе при минимальном и максимальном напряжении на на- грузке (точки подключения осциллографа показаны на рисунке 10.2, подключение осциллографа к нагрузке следует производить через делитель напряжения). Напряжение на движке R4 измерять тестером UГПИ 69 либо осциллографом. По осциллограммам определите соответствую- щие углы отпирания тиристоров. 4. Снимите регулировочную характеристику тиристорного регу- лятора напряжения Uн = f(Uз). Uз измерять с помощью тестера. 5. Для двух-трех значений Uз по двум точкам снимите выходные характеристики Uн = f(Iн). 6. По окончании опыта отключить тумблер SА2 и сетевой вы- ключатель. Содержание отчета 1. Цель работы. 2. Краткие теоретические сведения. 3. Схема соединений лабораторной установки. 4. Результаты измерений. Экспериментальные характеристики. 5. Анализ полученных результатов и выводы по работе. Контрольные вопросы 1. Каковы основные параметры и характеристики тиристора? 2. Устройство и принцип работы тиристора, вид его вольтампер- ной характеристики. 3. Как влияет ток управления на работу тиристора? 4. Принцип действия системы управления тиристорным регуля- тором напряжения. 5. С какой целью применяется гальваническая развязка силовых и управляющих цепей? 6. Для чего необходима синхронизация управляющих импульсов с сетевым напряжением? Литература 1. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники: учеб- ник / Л.А. Бессонов. – М.: Высшая школа, 1996. – 638 с.: ил. 2. Поссе, А.В. Схемы и режимы электропередач постоянного то- ка / А.В. Поссе. – Л.: Энергия, 1973. – 303 с. 3. Мусаэлян, Э.С. Наладка и испытание электростанций и под- станций / Э.С. Мусаэлян. – М.: Энергия, 1979. – 464 с. 70 СОДЕРЖАНИЕ Введение .................................................................................................. 3 Лабораторная работа № 1 ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ТРЕХФАЗНЫХ ДВУХОБМОТОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ................................ 4 Лабораторная работа № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАВКИХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ .................. 12 Лабораторная работа № 3 ИСПЫТАНИЕ КОНТУРА ЗАЗЕМЛЕНИЯ........................................ 22 Лабораторная работа № 4 ИСПЫТАНИЕ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПОСЛЕ РЕМОНТА .............................................................................. 29 Лабораторная работа № 5 ИСПЫТАНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ ..................................................... 36 Лабораторная работа № 6 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЩИТЫ ОСВЕТИТЕЛЬНОЙ СЕТИ .............. 41 Лабораторная работа № 7 ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПОСЛЕ РЕМОНТА .............................................................................. 48 Лабораторная работа № 8 ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С КОММУТАЦИОННЫМИ АППАРАТАМИ ПОСЛЕ МОНТАЖА ............................................... 52 Лабораторная работа № 9 ИССЛЕДОВАНИЕ КОНТАКТОРОВ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ................................................................... 57 Лабораторная работа № 10 ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРИСТОРНОГО РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ .................................................................................... 64 71 Учебное издание НАЛАДКА И ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ Лабораторный практикум для студентов специальности 1-43 01 02 «Электроэнергетические системы и сети» Составители: СТАРЖИНСКИЙ Алексей Леонидович ВОЛКОВ Александр Анатольевич ФИЛИПЧИК Юрий Дмитриевич ВИЛЬКИН Владислав Станиславович Редактор Т.В. Кипель Компьютерная верстка Н.А. Школьниковой Подписано в печать 16.04.2012. Формат 60×841/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. 4,13. Уч.-изд. л. 3,23. Тираж 100. Заказ 336. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009. Проспект Независимости, 65. 220013, Минск.