Перенапряжения и защита от них.

Измерительные трансформаторы напряжения.

Измерительные трансформаторы напряжения предназначены для снижения напряжения (пропорционально коэффициенту трансформации), используются в электрических установке переменного тока напряжением 380 В и выше' Вторичное напряжение U₂ обычно равно 100 В.

Принцип действия трансформаторов напряжения практически не отличается от принципа действия силовых трансформаторов. Они имеют незначительную мощность, поэтому ток их первичной обмотки мал. Могут быть одно- или трёхфазными.

Трансформатор состоит из замкнутого сердечника, выполненного из тонких листов специальной электротехнической стали. На сердечник наложены две обмотки:

- первичная - состоит из большого числа витков тонкой медной проволоки с изоляцией;

- вторичная - число витков значительно меньше, выполнена из того же материала, но имеет больший диаметр.

Первичную обмотку подключают параллельно к сети, напряжение которой должно быть измерено, ко вторичной - параллельные обмотки приборов и реле.

Трансформаторы напряжения выбирают по номинальному напряжению, типу установи конструктивному исполнению, классу точности и вторичной нагрузке.

Различают два вида перенапряжения:

1) коммутационные - кратковременные превышения напряжения, возникающие в результате внезапного значительного изменения режима (отключения тока короткого замыкания или резкого отключения нагрузки) - могут быть ограничены с помощью специальных аппаратов - разрядников;

2) атмосферные - кратковременные превышения напряжения на установках, возникающие в результате воздействия на них грозовых разрядов.

Значительно большую опасность для электрооборудования представляют атмосферные перенапряжения. Для защиты от них применяются устройства, задача которых - отвести ток молнии в землю, предупредив тем самым распространение перенапряжения. Обязательной частью всех защитных устройств являются заземлители. Применяются:

- молниеотводы (стержневые и тросовые);

- разрядники;

- защитные промежутки.

Молниеотводом называют устройство, защищающее сооружение от прямых ударов молнии. Объекты, сосредоточенные на небольшой площади (например, подстанции), защищаются стержневыми молниеотводами, а имеющие большую протяжённость (воздушные линии электропередач) - тросовыми.

Стержневой молниеотвод - столб-опора, в верхней части которой имеется молниеприёмник в виде металлического стержня. От молниеприёмника вниз по опоре проложен токоотвод или спуск, надёжно присоединяемый к заземлителю. Необходимо, чтобы молниеотвод был выше, чем защищаемый объект.

Для защиты воздушных линий напряжением 110 - 750 кВ широко применяются тросовые молниеотводы. Они выполняются в виде тросов, закреплённых на опоре и всегда размещены над фазными проводами защищаемой линии. Тросы надёжно присоединены к заземлителям каждой опоры.

Разрядником называют устройство, используемое для защиты изоляции объектов от атмосферных перенапряжений. С его помощью волна перенапряжения разряжается на землю, после чего нормальная изоляция объекта по отношению к земле мгновенно автоматически восстанавливается.

Разрядники бывают двух типов: трубчатые и вентильные. Наиболее распространены вентильные типа РВС.

Вентильный разрядник РВС (разрядник вентильный стационарный) представляет собой набор искровых промежутков и дисков, выполненных из вилита (в состав входят графит и карборунд), При возникновении значительных перенапряжений разрядник срабатывает, и в искровых промежутках возникает дуга. При этом на -вилигповый столб действует резко возросшее напряжение, сопротивление вилита падает, и через него проходит большой разрядный ток, что очень значительно снижает перенапряжение.

Так как при срабатывании разрядников напряжение снижается, то сопротивление вилитового столба резко возрастает, и ток короткого замыкания становится незначительным. При первом же переходе через нуль дуга в искровых промежутках гаснет, и так как при нормальном напряжении разрядник не срабатывает, то она вновь не загорается. Режим работы линии нормализуется, разрядники отключаются и готовы к дальнейшей работе.

Выпускают на все номинальные напряжения Устанавливают их возможно ближе к защищаемым объектам.

Лекция 11

План

1) Расчет маломощных трансформаторов

Маломощные однофазные и трехфазные трансформа­торы’ (автотрансформаторы) применяют для освещения, питания цепей управления, в выпрямителях и различных электронных аппаратах. Расчет трансформаторов начи­нают с определения его вторичной мощности (В*А):

S₃ = U₂I₂— для однофазных трансформаторов; S₂= = 3U_2фI_2ф — для трехфазных трансформаторов, где U ₂— вторичное напряжение, В; I₂— вторичный ток, А; U_2ф — вторичное фазное напряжение, В; I_2ф — вторичный фаз­ный ток, А.

По известной вторичной мощности S₂ определяют пер­вичную мощность трансформатора (В-А)

где — кпд трансформатора, который можно принимать по табл. 14.

Таблица 14. Рекомендуемые значения индукции, плотности тока и КПД трансформаторов

Поперечное сечение (см²) сердечника трансформатора Qс можно определить по следующим эмпирическим (т. е. найденным опытным путем) формулам:

—для трансформаторов стержневого типа (рис. 7, а);

- для трансформаторов бронево­го типа (рис. 7, б);

- для трехфазных транс форматоров (рис. 7, в),

где f — частота тока в сети, Гц; k — постоянная (4—6 для масляных и 6—8 для воздуш­ных трансформаторов).

Поперечное сечение стержня автотрансформаторов рассчитывается по вышеприведенным формулам, но по­стоянная & увеличивается на 15—20%. Сечение (см²) сердечника может быть выражено через его размеры Q_c=ab, где а — ширина пластин, см; b — толщина пакета пластин, см.

Сечение стержня обычно имеет квадратную, прямо­угольную или ступенчатую форму, вписанную в окруж­ность. Стержни прямоугольного сечения обычно приме­няют для трансформаторов до 700 В-А. Высоту (см) прямоугольного стержня можно вычислить по формуле H_с= (2,5/3,5) а.

Соотношение размеров сечения сердечника может на­ходиться в пределах b/а = 1,2/1,8. Ширину окна сердеч­ника (см. рис. 7) принимают по формуле с = Н_c/т, где т — коэффициент, учитывающий наивыгоднейшие размеры окна сердечника (т = 2,5/3).

Сечение ярма трансформатора с учетом изоляции меж­ду листами принимается Q_Я= (1,0/1,15) Q_с — для транс­форматоров стержневого типа; Qя=((1,0/1,15)/2)*Qc — для трансформаторов броневого типа.

Сечение проводов для первичной и вторичной обмоток определяют в зависимости от тока в обмотках и допусти­мой плотности тока.

Токи первичной и вторичной обмоток определяют сле­дующим образом:

I ₁=S₁/U₁; I₂=S₂/U₂—для однофазных трансформаторов;

- для трехфазных трансформаторов,

где U_л1 и U_л2 — линейные напряжения первичной и вторичной обмоток. При соединении обмоток в звезду , а в треугольник Uл=Uф, где Uф — фазное напряжение.

Токи (А) в отдельных частях обмотки автотрансформа­тора (рис. 8) могут быть определены из выражений

Сечения проводов первичной и вторичной обмоток оп­ределяют по формулам:

— для одно- и трехфазных трансформаторов;

—для понижающего автотрансформатора (рис. 8, a);

— - для повышающего автотрансформатора (рис. 8, б), где S₁ и S₂— сечения проводов первичной и вторичной обмоток, мм²; — плотность тока в обмотке, А/мм² (принимается по табл. 14).

Число витков первичной и вторичной обмоток опреде­ляют по формулам:

- для одно- и трехфазных трансформаторов;

3. Поперечное сечение сердечника трансформатора

При учете изоляции между листами сечение сердечника получается на 10% больше, т. е. Q_с = 1.1 *4.96=5,45 см². Принимаем его размеры следующими: ширина стержня а=2см, высота стержня

H_с = 2.5*а=2.5*2 = 5 см, ширина окна , толщина пакета пластин b = 3 см.

Фактическое сечение выбранного сердечника Q_cф = а*b = 2*3 = 6 см².

4. Определяем ток первичной обмотки

5. Определяем сечение провода первичной и вторичной обмо­ток, исходя из плотности тока, равной 3,5

Следовательно, обмотки свободно разместятся в окне выбран­ного сердечника трансформатора.

Пример 9

Рассчитать повышающий автотрансформатор по следующим дан­ным: напряжение питающей сети U₁=127 В, частота питающей сети f=50 Гц, напряжение вторичной обмотки U₂= 220 В, мощность вто­ричной обмотки S₂=220 В-А.

Решение

1. Первичная полная мощность автотрансформатора

2. Поперечное сечение сердечника трансформатора (трансфор­матор стержневого типа)

При учете изоляции между листами размер сечения сердечника получается на 10% больше, т. е.

Q_c = 1,1*14,77= 16,2 см². Прини­маем Q_cф = 3*6=18 см².

3. Определяем токи первичной и вторичной обмоток:

4. Находим сечение первичной и вторичной обмоток:

По табл. 1 принимаем провод марки ПЭВ-1 для обеих обмоток одинакового сечения, т. е. s₁=s₂ = 0,567 мм².

Определяем число витков отдельных секций обмотки:

Лекция 12

План

1. Расчет мощности зарядных устройств

В качестве источника электроэнергии для заряда ак­кумуляторных батарей используют специальные генера­торы, цеховую сеть постоянного тока и полупроводнико­вые выпрямители, включенные в сеть переменного тока.

Для заряда батарею включают в цепь постоянного тока таким образом, чтобы ее положительный выводной штырь был присоединен к положительному проводу источника электроэнергии.

Если напряжение аккумулятор­ных батарей ниже напряжения зарядного устройства, за­ряжают их группами так, чтобы напряжение на каждом элементе было не менее 2,8 В для свинцовых и 1,85 В для щелочных аккумуляторов.

Батареи соединяют последовательно, т. е. положи­тельный зажим одной батареи присоединяют к отрица­тельному зажиму другой. При этом количество батарей должно быть таким, чтобы общее напряжение всех соеди­ненных батарей было меньше напряжения сети.

Заряжают батареи обычно двумя способами: при по­стоянном напряжении (рис. 23), при постоянной силе то­ка (рис. 24).

Сущность заряда при постоянной силе тока заключа­ется в том, что батарею заряжают постоянным по силе током, который через определенный промежуток време­ни уменьшают вдвое (для свинцовых батарей при дости­жении напряжения 2,35—2,4 В на элемент).

Заряд при постоянном напряжении заключается в том, что аккумуляторные батареи подключают параллельно к зажимам зарядного устройства. Для шести вольтовых батарей напряжение сети должно быть равно 7,5 В.

Наибольшее распространение получил заряд при по­стоянной силе тока.

Мощность (кВт) зарядного устройства для батарей можно определить по формуле Р—UI₃-10^-3, где Р — мощность зарядного устройства, кВт; U — напряжение сети зарядного устройства, В; I₃ — суммарный зарядный ток, А.

Суммарный зарядный ток I₃=I₁+I₂+...+I_n, где I₁, I₂ и т. д. — зарядный ток каждой группы батарей, А.

Зарядный ток батарей можно принимать по табл. 51.

Таблица 51. Зарядный ток кислотных батарей

Примечание. Для щелочных батарей при нормальном заряде I₃= = Q/4, при ускоренном заряде I₃ = Q/2, где Q — емкость батарей, А.

Для изменения зарядного тока в выпрямителях без регулирования напряжения, когда число аккумуляторных батарей в группе меньше предельного, в группу заряжа­емых батарей последовательно включают регулировочный резистор.

Сопротивление (Ом) регулировочного резистора мож­но определить по формуле

где U_c — напряжение сети зарядного устройства, В; U_нач — напряжение аккумуляторной батареи в начале заряда, которое можно принимать равным: 2 В — на эле­мент для свинцовых и 1 В — на элемент для щелочных батарей; I_наим — наименьшая величина тока в зависимо­сти от режима заряда, А (принимается по табл. 51).

Сечение (мм²) проволоки или ленты резистора

где I₃ — первоначальный зарядный ток группы батарей, й — плотность тока, А/мм².

Плотность тока составляет от 3 до 5 А/мм². Меньшие значения принимаются для нихрома.

Длина (м) проволоки или ленты резистора

где р — удельное сопротивление, Ом-мм²/м.

Удельное сопротивление можно принимать равным (Ом*мм²/м): для константана — 0,5; для манганина — 0,4—0,48; для никелина — 0,42; для нихрома — 1,1.

Пример 30

Определить мощность выпрямителя и длину проволоки регули- ревочного резистора для одновременной зарядки восьми аккумуля­торных батарей З-СТ-60. Напряжение выпрямителя и_с = 36 В. На данной установке предусмотрена зарядка сульфатированных бата­рей. Ток первой ступени 5 А; второй — 2,5 А. Заряд батареи произ­водят при постоянной силе тока.

Решение

1. Количество батарей, включенных последовательно в группу,

Принимаем четыре батареи в группе. Так как аккумуляторов все­го восемь, то заряд батареи производят двумя параллельными груп­пами по четыре аккумулятора в каждом.

2. Суммарный зарядный ток:

на первой ступени I₃ == 2*5 = 10 А;

на второй ступени I₃ = 2*2,5 = 5 А, где 2 — количество параллельных групп батарей.

3. Мощность выпрямителя Р = U_cI₃10^-3 = 36*10*10^-3 = 0,36 кВт.

4. Сопротивление резистора в каждой ветви

где 3 — число элементов в аккумуляторе; 2 — первоначальное напря­жение на элементе аккумулятора, В; \ I_наим ток заряда сульфатированных батарей.

По табл. 51 I_наим ⁼ Q/20 ⁼ 60/20=3 A.

5. Предполагая, что резистор выполнен из никелиновой прово­локи с допустимой плотностью тока 6=5 А/мм², получим сечение проволоки

6. Длина проволоки резистора

Лекция 13