1. Электромеханические аппараты автоматики, управления, распределительных устройств и релейной защиты

ЛЕКЦИЯ №1

1. Электромеханические аппараты автоматики, управления, распределительных устройств и релейной защиты

План лекции:

1.1. Классификация и требования, предъявляемые к электрическим аппаратам

1.2. Электрические аппараты высокого напряжения.

Электрические аппараты (ЭА) – это электротехнические устрой­ства, применяемые при использовании электрической энергии, начи­ная от ее производства, передачи, распределения и кончая потребле­нием. Разнообразие видов ЭА и различие традиций мировых элект­ротехнических школ затрудняют их классификацию.

В настоящее время под ЭА понимают электротехнические уст­ройства управления потоком энергии и информации.При этом речь может идти о потоках энергии различного вида: электрической, механической, тепловой и др. Например, потоком механической энергии от двигателя к технологической машине может управлять электромагнитная муфта. Потоками тепловой энергии можно управ­лять при помощи электромагнитных клапанов и заслонок. Таких примеров использования ЭА можно привести большое количество. Примером использования ЭА для управления информацией является применение реле в телефонии. Например, при создании телеграфного аппарата П.Л. Шиллинг в 1820 г. применил впервые электромагнит­ное реле. Простейшая формально-логическая обработка дискретной информации также была реализована на реле.

Однако наибольшее распространение получили ЭА для управления потоками электрической энергии для изменения режимов работы, регулирования параметров, контроля и защиты электротехнических систем и их составных частей. Как правило, функции таких ЭА осуществляются посредством коммутации (включения и отключения) электрических цепей с различной частотой, начиная от относительно редких, нерегулярных значений до периодических высокочастотных, например, в импульсных регуляторах напряжения.

Одним из основных признаков классификации ЭА является напря­жение. Различают аппараты низкого напряжения (АНН) – до 1000 В и аппараты высокого напряжения (АВН) – свыше 1000 В.

Большинство аппаратов низкого напряженияусловно можно разделить на следующие основные виды:

· аппараты управления и защиты– автоматические выключатели, контакторы, реле, пускатели электродвигателей, переключатели, рубильники, предохранители, кнопки управления и другие аппараты, управляющие режимом работы оборудования и его защитой;

· аппараты автоматического регулирования – стабилизаторы и регуляторы напряжения, тока, мощности и других параметров элек­трической энергии;

· аппараты автоматики – реле, датчики, усилители, преобразо­ватели и другие аппараты, осуществляющие функции контроля, усиления и преобразования электрических сигналов.

Следует отметить, что АНН иногда классифицируют по величине коммутируемого тока: слаботочные (слаботоковые) –до 10 А и сильноточные (сильнотоковые) – свыше 10 А. При этом нижние пределы надёжно коммутируемых современными электрическими аппаратами токов достигают 10^-9 А, а напряжений - 10^-5 В.

Аппараты высокого напряженияработают в сетях с напряжением до 1150 кВ переменного тока и 750 кВ постоянного тока и также существенно различаются по своим функциям.

Электрические аппараты как низкого, так и высокого напряжения обычно являются конструктивно законченными техническими уст­ройствами, реализующими определенные функции и рассчитанными на разные условия эксплуатации.

В основе большинства электромеханических ЭАлежит контактная система с различными типами приводов - ручным, электромагнит­ным, механическим и др. Процессы, протекающие в ЭА, определя­ются различными и многообразными физическими явлениями, которые изучаются в электродинамике, механике, термодинамике и других фундаментальных науках.

Одной их наиболее сложных задач, решаемых при разработке электромеханического электронного аппарата, является обеспечение работоспособности электрических контактов, в том числе и при гашении электрической дуги, возникающей при выключении ЭА.

По принципу работы электрические аппараты подразделяются на контактные и бесконтактные. Первые имеют подвижные контактные части и воздействие на управляемую цепь осуществляется путем замыкания или размыкания этих контактов. Бесконтактные аппараты не имеют коммутирую­щих контактов. Эти аппараты осуществляют управление путем изменения своих электрических параметров (индуктивности, ёмкости, сопротивления и т.д.).

Контактные аппараты могут быть автоматическими и неавтоматическими. Автоматические – это аппараты, приходящие в действие от заданного режима работы цепи или машины. Неавтоматические – это аппараты, действие которых зависит только от оператора. Они могут управляться дистанционно или непосредственно.

Требования, предъявляемые к электрическим аппаратам, чрезвычайно раз­нообразны и зависят от назначения, условий применения и эксплуатации аппарата. Кроме специфических требований, относящихся к данному аппарату, все электрические аппараты должны удовлетворять некоторым общим требо­ваниям:

1. Каждый электрический аппарат при работе обтекается рабочим током, при этом в токоведущих частях выделяется определенное количество теплоты и аппарат нагревается. Температура не должна превосходить неко­торого определенного значения, устанавливаемого для данного аппарата и его деталей.

2. В каждой электрической цепи может быть ненормальный (перегрузка) или аварийный (короткое замыкание) режим работы. Ток, протекающий по аппарату в этих режимах, существенно (в 50 и более раз) превышает номинальный, или рабочий, ток. Аппарат подвергается в течение определен­ного времени чрезмерно большим термическим и электродинамическим воз­действиям тока, однако он должен выдерживать эти воздействия без каких-либо деформаций, препятствующих дальнейшей его работе.

3. Каждый электрический аппарат работает в цепи с определенным напряжением, где возможны также и перенапряжения. Однако электрическая изоляция аппарата должна обеспечивать надежную работу аппарата при задан­ных значениях перенапряжений.

4. Контакты аппаратов должны быть способны включать и отключать все токи рабочих режимов, а многие аппараты – также и токи аварийных режимов, которые могут возникнуть в управляемых и защищаемых цепях.

5. К каждому электрическому аппарату предъявляются тре­бования по надежности и точности работы, а также по быстродействию.

6. Любой электрический аппарат должен, по возможности, иметь наимень­шие габариты, массу и стоимость, быть простым по устройству, удобным в обслуживании и технологичным в производстве.

Т.о., электрические аппараты условно можно разделить на пять основных видов:

· аппараты высокого напряжения, управляющие режимом работы электрических сетей и систем высокого напряжения. С их помощью выполняются оперативные переключения в сетях и системах, а также осуществляется защита от токов короткого замыкания, от перенапряжений, от перегрузки и т.д.;

· аппараты управления, управляющие режимом работы электрооборудования и распределительных сетей низкого напряжения, а также осуществляющие автоматическую защиту их от аварийных режимов;

· электрические аппараты автоматики, осуществляющие функции контроля электрических и неэлектрических параметров работающего электрооборудования и вырабатывающие сигналы в схемы автоматики и управления, которые соответствуют контролируемым параметрам, а также включающие в себя реле автоматики и защиты;

· автоматические регуляторы и стабилизаторы, предназначенные для автоматического регулирования по заданному закону того или иного выходного параметра работающего оборудования или поддержания этого параметра на заданном уровне;

· усилители и преобразователи, осуществляющие усиление слабых сигналов, подаваемых на вход, до относительно больших на выходе (усилители), а также преобразование одной формы сигнала в другую (преобразователи).

Рассмотрим принципы действия и устройство наиболее типичных аппаратов, относящихся к пяти, согласно приведенной выше классификации, основным видам электрических аппаратов.

Электрические аппараты высокого напряжения

Такие аппараты работают в энергосистемах и распределительных устройствах высокого напряжения. К таким аппаратам относятся высоковольтные разрядники и предохранители, выключатели, трансформаторы тока и напряжения, реакторы.

Разрядники осуществляют защиту электроустановок от перенапряжений. При переходных режимах в сетях на проводниках появляются избыточные электрические заряды, вызывающие повышение напряжения сверх номинального. В этом случае разрядники отводят избыточные заряды в землю.

Предохранители защищают электрооборудование от сверхтоков. При возникновении тока короткого замыкания в них перегорает металлическая плавкая вставка, возникает и гасится электрическая дуга, в результате чего цепь разрывается.

Выключатели высокого напряжения различных типов получили широкое распространение. Они служат для коммутации тока в нормальных режимах и короткого замыкания, когда токи достигают значения нескольких килоампер. Отключение больших токов в сочетании с высоким напряжением сети создает сложные условия для коммутации. Основными типами высоковольтных выключателей являются масляные, воздушные (сжатого воздуха), вакуумные, электромагнитные. Первые два типа относятся к наиболее мощным выключателям, остальные применяются при сравнительно небольших мощностях отключения, определяемых отключаемым током и напряжением сети.

Разрыв цепи тока в таких выключателях осуществляется за счет гашения дуги, возникающей между контактами, когда газоразрядный межконтактный промежуток превращается из проводника электрического тока в изолятор. Этот процесс обычно длится 0,01 – 0,1 с.

Масляные выключатели осуществляют гашение электрической дуги в заполненном трансформаторным маслом объеме. При высокой температуре электрической дуги масло разлагается на газообразные составляющие (водород – 75 %, ацетилен – 15 % и др.), которые интенсивно гасят электрическую дугу благодаря их большой теплоотводящей способности и сильному деионизирующему воздействию на газоразрядный столб.

Устройство масляного выключателя показано на рис.1.1.

Рис.1.1. Масляный выключатель

При размыкании контактов 1 и 5 образуется электрическая дуга Д, разлагающая на газы и пары масло 4. В дугогасительной камере 2 происходит дутье газовой смеси на дугу, что обеспечивает ее гашение в образованном изоляционным корпусом 3 объеме.

Воздушные выключатели представляют собой конструкцию, в которой на образующуюся между контактами электрическую дугу направляется интенсивный поток сжатого воздуха.

Устройство воздушного выключателя показано на рис.1.2.

Рис.1.2. Воздушный выключатель

При отключении цепи тока под действием сжатого воздуха размыкаются контакты 4 и 6. Сжатый воздух подается из резервуара 7 (р ≤ 20·10⁵ Па), воздействует на поршень 3 подвижного контакта 4 и перемещает его вверх, преодолевая противодействие контактной пружины 1. Образующаяся между контактами 4 и 6 электрическая дуга 5 гасится потоком сжатого воздуха, идущего из камеры в атмосферу. Эта дугогасительная система размещается внутри изоляционной конструкции 2.

Трансформаторы тока и напряжения предназначены для облегчения условий работы электрических аппаратов автоматики. Они трансформируют измеряемые на низковольтной стороне токи и напряжения в существенно меньшие пропорциональные значения, подаваемые на обмотки реле и автоматических регуляторов. Это позволяет выполнить реле и регуляторы высокочувствительными, малоинерционными и быстродействующими.

Реакторы – это включаемые последовательно в цепь катушки индуктивности, индуктивное сопротивление которых существенно меньше сопротивления нагрузки, но больше сопротивления проводов. В нормальном режиме работы электрооборудования они практически не ограничивают силу тока в цепи. При коротком замыкании, когда ток определяется только сопротивлением проводов, реакторы ограничивают силу тока короткого замыкания и облегчают условия его отключения.

ЛЕКЦИЯ № 2

1. Электромеханические аппараты автоматики, управления, распределительных устройств и релейной защиты

План лекции:

1.3. Аппараты управления.

Аппараты управления

Они объединяют две группы аппаратов низкого напряжения: аппараты для управления режимом работы электрооборудования (аппараты управления) и аппараты для управления режимами работы распределительных низковольтных электрических сетей и их защиты от ненормальных режимов (аппараты распределения энергии).

Аппараты управления предназначены для частых оперативных отключений и включений нормальных токов нагрузки и нечастых коммутаций токов перегрузки, превышающих номинальные в 5 – 20 раз.

Аппараты распределения энергии осуществляют защиту электрооборудования и сетей от аварийных режимов работы (токов короткого замыкания и перегрузки, понижения напряжения в сети).

К аппаратам управления относятся контакторы, пускатели, электромагнитные муфты, реле управления. К аппаратам распределения энергии - автоматические воздушные выключатели (автоматы), предохранители и др.

На рис.1.3 приведена схема участка распределительной сети на напряжение 380 В за понижающим трансформатором Тр.

Рис.1.3. Схема включения аппаратов управления

Автоматический выключатель А (автомат) подает напряжение 380 В на распределительные шины, от которых отходят три фидера к объектам нагрузки. При повышенном токе (I >) и пониженном напряжении (U <) автомат снимает с шин напряжение 380 В, обеспечивая защиту объектов от этих аварийных режимов. Токи короткого замыкания и перегрузки вызывают недопустимый нагрев электрооборудования, а пониженное напряжение приводит к затормаживанию двигателей и повышенным токам вследствие резкого уменьшения их электрического сопротивления.

Если нажать пусковую кнопку П командоаппарата КА, это обеспечит подачу напряжения на включающую обмотку О контактора, который своими линейными (главными) контактами ЛК включает цепь тока на потребитель М (например, двигатель). Включение контактора вызовет замыкание вспомогательных контактов ВК, и при отпускании кнопки П обмотка О останется под напряжением. Отключение контактора производят нажатием кнопки С, снимающей напряжение с обмотки О. Нагревательные элементы теплового реле РТ включены последовательно в цепь главного тока. При повышенном токе, вызывающем нагрев, размыкаются контакты реле, цепь тока на удерживающую обмотку О разрывается и контактор отключается под действием силы отключающей пружины (на рис. не показана). Т.о., обеспечивается защита потребителя от токов перегрузки. Предохранители П защищают потребитель от токов короткого замыкания.

На рис.1.4. приведена конструктивная схема контактора прямоходового типа.

Рис.1.4. Прямоходовый контактор

При подаче напряжения на обмотку 6 электромагнитного привода возникает магнитный поток Ф, который развивает электромагнитную силу и притягивает к полюсам 5 верхний якорь 4. Вместе с ним переместится вниз контактный элемент 2, мостиковые контакты 2 и 3 замкнут цепь тока I₀. Контактная пружина обеспечит необходимую силу нажатия Р_к в замкнутых контактах. Для отключения аппарата снимается напряжение с обмотки 6. При этом исчезает электромагнитная сила привода и Р_п отключающей пружины подвижная система переместится вверх, а цепь тока I₀ будет разорвана контактами 2 и 3. Возникающие при отключении тока электрические дуги между контактами 2 и 3 гасятся в дугогасительном устройстве 1.

Пускатели предназначены для включения и отключения электрических двигателей, тогда как контакторы могут коммутировать любую нагрузку. По принципу устройства они аналогичны, однако в пускатели могут встраиваться дополнительные элементы для защиты двигателей от перегрузки.

Электромагнитные муфты осуществляют соединение и разъединение ведущего и ведомого валов в приводе. На рис.1.5 показан принцип устройства муфты с неподвижной обмоткой возбуждения 3.

Рис.1.5. Электромагнитная муфта

Если подать напряжение на неподвижную обмотку возбуждения 3, то возникающий магнитный поток Ф создаст электромагнитные силы между деталями 2 и 4, которые, переместившись навстречу друг другу, войдут в зацепление. Благодаря наличию пазов и выступов в деталях 1 и 2, 4 и 5 элементы 1 и 5, связанные с ведущей и ведомой частями привода, не смогут провертываться одна относительно другой, т.е. они войдут в зацепление. Т.о., при сцеплении деталей 2 и 4 за счет сил трения, возникающих под влиянием электромагнитных сил в зазорах, будет происходить передача вращающего момента от ведущего вала к ведомому.

Муфта, приведенная на рис.1.5, относится к фрикционным, в которых сцепление осуществляется силами трения поверхностей. В ферропорошковых муфтах сцепление достигается при «затвердевании» в магнитном поле ферропорошковой смеси, состоящей из смеси частиц ферромагнитного материала и наполнителя (тальк, масло).

На рис.1.6 приведена упрощенная схема автоматического выключателя (автомата), изображенного в положении, соответствующем стадии отключения цепи тока I₀ и гашению в дугогасительном устройстве 6 возникшей на его контактах электрической дуги 5. Ручной привод 3 переведен в отключенное состояние. Ручной привод 3 переведен в отключенное состояние. Включение автомата осуществляется приводом (по часовой стрелке); подвижная система при этом встанет на защелку (на рис. не показана).

Рис.1.6. Схема автоматического выключателя

Автоматическое выключение аппарата произойдет в том случае, если ток в цепи превысит заданное значение. Тогда сработает электромагнитный расцепитель 1 и переведет рычаги 4 механизма свободного расцепления вверх за мертвую точку. Под действием отключающей пружины 2 подвижная система автомата переместится влево, контакты 5 разомкнутся, а возникшая между ними электрическая дуга будет погашена в дугогасительной камере 6.

Такая схема построения автомата относится к универсальным и установочным автоматам. Кроме этих существуют быстродействующие автоматы, автоматы гашения магнитного поля мощных синхронных генераторов и различные автоматы специального назначения.

На рис.1.7 приведена схема быстродействующего автомата, основанного на индукционно-динамическом принципе действия. Аппарат должен автоматически отключить контактами К цепь тока I₁, если он будет нарастать до недопустимо высоких значений. Протекая по неподвижной обмотке 7, ток I₁ создает магнитный поток Ф₁. при нарастании I₁ поток Ф₁ изменяется во времени и в соответствии с принципом инерции Лоренца наводит в диске 8 ток I₂ противоположного направления. Взаимодействие токов I₁ и I₂ приводит к возникновению электродинамической силы отталкивания Р_ЭДУ, которая переместит подвижную систему аппарата вправо, а контакты К разорвут цепь аварийного тока I₁.

Рис.1.7. Схема быстродействующего автомата

Для улучшения условий коммутации тока в аппаратах управления применяются полупроводниковые приборы. На рис.1.8 приведен пример схемы гибридного контактора, сочетающего в себе обычную контактную систему и шунтирующую полупроводниковую приставку из тиристоров Т1 и Т2.

Рис.1.8. Бесконтактный аппарат – гибридный контактор

При отсутствии тока i _упр на управляющих электродах УЭ тиристоры закрыты и токи по ним практически не протекают. При подаче сигнала на управляющие электроды УЭ (i _упр > 0) тиристоры открываются в прямом направлении тока (+ i) в условиях небольшого напряжения (пороговое напряжение U_п ≈ 1 ÷ 2 В).

При включенных контактах ГК падение напряжения на них меньше порогового U_п и ток через тиристоры не протекает. Размыкание ГК приводит к появлению электрической дуги, и, когда падение напряжения на ней превысит пороговое U_п, один из тиристоров открывается (соответственно направлению полуволны переменного тока), т.к. на их управляющие электроды УЭ через диоды Д1 и Д2 подаются сигналы тока управления со вторичных обмоток трансформатора тока ТТ. Эти сигналы трансформируются во вторичных обмотках благодаря протеканию тока по первичным обмоткам ТТ, соединенным последовательно с ГК.

Один из тиристоров пропустит первую полуволну тока, за нулем тока он оказывается закрытым для обратной полуволны. Но когда ток из цепи перешел в параллельную цепь тиристоров, на вторичных обмотках ТТ уже не трансформируются управляющие сигналы и они не поступают на управляющие электроды тиристоров. Поэтому после перехода переменного тока через нуль другой тиристор также оказывается закрытым для обратной полуволны тока. Т.о., при первом переходе через нуль протекание тока в главной цепи прекратится, т.е. эта цепь с током будет отключена.

Т.о., в гибридном контакторе функцию проведения тока в длительном режиме выполняют главные контакты ГК. Падение напряжения на них небольшое, поэтому выделяемая в них тепловая мощность невелика: она во много раз ниже той, которая выделилась бы в тиристорах при длительном протекании по ним тока того же значения. Тиристорная приставка выполняет роль бездугового коммутирующего элемента, в результате чего практически устраняется дугообразование в аппарате и существенно повышается срок его службы.

На рис.1.9 приведена принципиальная схема включения бесконтактного аппарата управления трехфазным переменным током.

Рис.1.9. Бесконтактный аппарат – трехфазный тиристорный пускатель

Коммутирующие элементы в полюсах (фазах) состоят из параллельно включенных диодов Д и тиристоров Т. Включение аппарата осуществляется сигналами, подаваемыми на управляющие электроды тиристоров Т от блока управления БУ. Снятие этих сигналов с блока управления приводит к закрытию тиристоров и отключению токов в фазах в моменты их переходов через нулевые значения.

ЛЕКЦИЯ № 3 - 4

1. Электромеханические аппараты автоматики, управления, распределительных устройств и релейной защиты

План лекций:

1.4.Аппараты автоматики.

Аппараты автоматики

Они работают на небольших напряжениях (до сотен вольт) и токах (до 5 А) и выполняют функции контроля какого-либо электрического (реле) и неэлектрического (датчики) входного параметра. Когда входной (контролируемый) параметр реле достигнет заданной величины, происходит срабатывание электрического реле и «выдача сигнала» на выходе. Это осуществляется размыканием или замыканием контактов (контактное реле) или резким изменением электрического сопротивления на выходе (бесконтактное реле). То и другое приводит к скачкообразному изменению тока в оперативной цепи, в которую включен выходной элемент. Поэтому кривая зависимости выходного сигнала реле от входного сигнала имеет скачкообразный вид.

В датчиках характер зависимости выходного сигнала от входного имеет плавный вид: малое изменение входного сигнала вызывает пропорциональное небольшое изменение сигнала на выходе.

На рис.1.10 приведена схема электромагнитного реле, контролирующего значение тока нагрузки I_НГ в цепи нагрузочного сопротивления Z_НГ.

Рис.1.10. Электромагнитное реле тока

Обмотка реле w включена последовательно в цепь контролируемого тока I_НГ, ее сопротивление Z₀ практически не влияет на величину I_НГ, т.к. Z_НГ >> Z₀. Протекающий по обмотке ток I_НГ создает в магнитопроводе магнитный поток Ф, в результате чего возникает электромагнитная сила Р_ЭМ притяжения якоря 2 к магнитопроводу 1. С ростом тока I_НГ эта сила возрастает, и при достижении током I_НГ критического значения Р_ЭМ оказывается достаточной для преодоления силы возвратной пружины Р_П. Якорь притягивается, контакты К₁ размыкаются и отключают объект управления О₁, а контакты К₂ замыкаются и включают объект управления О₂ под напряжение U₁. Когда ток I_НГ снизится до определенного значения, электромагнитная сила будет недостаточна для удержания якоря. Под действием силы Р_п он перейдет в первоначальное положение и контакты К₁ и К₂ переключат контакты О₁ и О₂. Т.о., данное реле осуществляет автоматическое управление объектами нагрузки в зависимости от значения тока I_НГ: при небольших его значениях работает объект О₁, при повышенных - объект О₂.

На электромагнитном принципе работают магнитоуправляемые контактные аппараты. Контакты запаяны в стеклянный баллон с инертным газом для уменьшения воздействия на них окружающей среды, поэтому их называют гермеризированными контактами (герконами).

На рис.1.11 приведена схема геркона.

Рис.1.11. Магнитоуправляемый контакт - геркон

В стеклянном баллоне 3 размещены ферромагнитные пластинки с контактными накладками. При подаче тока в обмотку w возникают магнитный поток Ф и электромагнитная сила, притягивающая пластинки друг к другу. В результате замыкается цепь оперативного тока, подключенная к выводам 1 и 2. Если ток управления с обмотки w снять, то под действием собственных упругих сил контактные пружины разомкнутся и цепь оперативного тока будет разорвана.

На рис. 1.12 приведена схема поляризованного реле на герконе.

Рис.1.12. Магнитоуправляемый контакт – поляризованное реле на герконе

Между ферромагнитными пластинами 2 и 3 размещен постоянный магнит N – S, создающий поляризующий поток Ф₁. Направление магнитного потока Ф₂ от тока в обмотке w зависит от направления этого тока. При одном его направлении потоки Ф₁ и Ф₂ будут складываться в нижних зазорах между пластинами 1 и 3 и вычитаться в верхних зазорах между пластинами 1 и 2. В результате сомкнутся контактные пластины 1 и 3. При изменении направления тока в обмотке w изменится направление потока Ф₂. В верхнем зазоре между пластинами 1 и 2 будут складываться, в нижнем, между пластинами 1 и 3, - вычитаться. Произойдет замыкание контактов 1 и 2. Т.о., изменение направления (полярности) тока в обмотке управления w вызывает переключение контактов (1 и 2 или 2 и 3). Постоянный магнит N – S должен быть изолирован от контактных пластин 2 и 3 изоляционными прокладками.

Тепловое реле, схема которого приведена на рис.1.13, реагирует на значение тока, протекающего по нагревательному элементу НЭ, который включается в цепь тока I_НГ нагрузки.

Рис.1.13. Тепловое реле

Чем больше ток, протекающий через нагревательный элемент, тем больше температура нагрева НЭ, которая сообщается консольно закрепленной биметаллической пластинке 1. Она состоит из двух слоев: металла с высоким температурным коэффициентом линейного расширения α₁ и металла с низким коэффициентом α₂, причем α₁ >> α₂. При нагреве пластина 1 изгибается, ее нижний конец переводит верхнюю часть пружины 7 вправо, в результате чего поворачивается коромысло 6 и размыкаются контакты 4 и 5. Упоры 2 и 8 ограничивают перемещение подвижных элементов. Кнопка 3 (с самовозвратом) предназначена для возврата реле в исходное положение после остывания пластины 1.

Существуют также статические реле, не имеющие подвижной системы. В их основу положен принцип сравнения контролируемой величины с эталонной: током, напряжением, мощностью, сдвигом фаз и т.д.

На рис.1.14 приведена схема реле сравнения контролируемого тока с эталонным.

Рис.1.14. Реле сравнения тока

Падение напряжения U_НГ на сопротивлении R, создаваемое контролируемым выпрямленным переменным током нагрузки I_НГ, сравнивается с эталонным падением напряжения U_ЭТ. Ток I₀, определяемый разностью этих напряжений, поступает на исполнительный орган ИО, срабатывающий только при положительных значениях тока I₀. Реле сработает, когда U_НГ ≥ U_ЭТ (I_НГ >> I_ЭТ). Оно не сработает, если U_НГ < U_ЭТ или I_НГ < I_ЭТ, где I_ЭТ = U_ЭТ/R.

В качестве исполнительного органа ИО может применяться поляризованное реле. При замыкании контактов ИО подается сигнал на отключающую катушку ОК отключающего аппарата ОА и он обесточивает объект нагрузки ОН. Т.о., это отключение происходит когда ток I_НГ в цепи объекта нагрузки превысит заданное значение.

Измерительные органы реле включаются в электрическую схему электрооборудования. Токовые реле реагируют на значение тока, протекающего по обмотке. Реле напряжения срабатывают, если контролируемое напряжение станет выше (реле максимального напряжения) или ниже (реле минимального напряжения) заданного. Реле мощности реагируют на изменение потребляемой мощности, реле направления энергии – на изменение направления потока электрической энергии. В нормальном режиме работы схемы электроснабжения энергия от генератора поступает к приемникам электроэнергии, а при коротком замыкании в генераторе она изменяет направление на противоположное: вращающиеся за счет запасенной кинетической энергии двигатели переходят в генераторный режим и подпитывают место короткого замыкания.

Дистанционные реле сопротивления (активного, реактивного или полного) обладают способностью измерять величину электрического сопротивления от места установки реле до места повреждения в сети, пропорционально расстоянию (дистанции) между ними, и подавать соответствующий сигнал в схему автоматического управления электроустановкой.

В схемах автоматического управления широко распространены реле времени и программные реле. Реле времени имеют возможность создавать регулируемую в широких пределах выдержку времени, отсчитываемую от момента подачи сигнала на вход реле времени до момента срабатывания оперативного органа. Программное реле – это разновидность реле времени с несколькими независимыми контактными группами. Выдержки времени от момента подачи сигнала на вход этого реле до момента замыкания тех или иных контактов различны и могут регулироваться в широких пределах.

Широкое распространение нашли промежуточные (коммутационные) реле, осуществляющие одну из функций:

1. увеличение количества автономных сигналов на выходе при подаче на вход единичного сигнала (на выходе реле появляется большое количество независимых сигналов). Для этого используется реле, подобное приведенному на рис.1.10: при подаче единичного сигнала тока на обмотку управления w может замыкаться несколько пар контактов, если их выполнить подобно контактам К₁ и К₂.;

2. «усиление сигнала». При подаче небольшого тока на обмотку w (рис.1.10), достаточного для срабатывания реле, замыкаются контакты, способные пропустить через себя значительно больший ток по сранению с током входного сигнала.

На рис.1.15 приведена схема релейной защиты объекта нагрузки ОН от недопустимых изменений напряжений питания U и тока нагрузки I_НГ.

Рис.1.15. Аппараты в схеме релейной защиты

Реле напряжения Н контролирует значение напряжения U, реле тока Т включено последовательно в цепь и контролирует значение тока I_НГ. Если ток или напряжение выйдут за заданные пределы, соответствующее реле (Н или Т) сработает и замкнет свои контакты. Тогда обмотка реле времени В окажется под полным напряжением оперативного источника («+» или «-»). «Выбрав» необходимую задержку времени, реле времени замкнет свои контакты и подаст «плюс» оперативного источника на обмотку промежуточного реле П. Оно срабатывает и через пару своих контактов подаст напряжение на отключающую катушку ОК аппарата ОА, который отключится и снимет напряжение с объекта нагрузки ОН.

Датчики (первичные преобразователи) осуществляют контроль неэлектрических параметров – угловых и линейных перемещений деталей, давления газов и жидкостей, уровней жидких и сыпучих тел, механических усилий и моментов, скоростей движения и т.д.

На рис.1.16 приведена схема индуктивного датчика давления.

Рис.1.16. Индуктивный датчик давления

С изменением давления Р в резервуаре изменяется воздушный зазор δ между якорем Я и магнитопроводом М магнитной системы электромагнитного устройства. Обмотка w включена на синусоидальное напряжение U. Значение тока i, регистрируемого измерительным органом ИО, зависит от электрического сопротивления обмотки, которое в электромагнитных устройствах является преимущественно индуктивным:

где L - индуктивность обмотки, равная:

где Ф – магнитный поток, создаваемый током i.

В простейшем случае

где R_δ – магнитное сопротивление воздушных зазоров, равное

где μ₀ – магнитная постоянная;

S – площадь полюса на магнитопроводе.

Тогда

Т.о., по контролируемому току i можно судить о значении давления Р в резервуаре, которому соответствует определенный зазор в магнитной системе.

Если последовательно с обмоткой w включить постоянную емкость С, то при равенстве индуктивного (Х_L = ωL) и емкостного (X_C = 1/ωC) сопротивлений возникнет резонанс и значение тока резко возрастает. Это позволяет настроить датчик на определенное значение давления в резервуаре, и тогда он может служить в качестве измерительного органа в системе автоматического поддержания заданного уровня давления.

На рис.1.17 приведена схема индукционного датчика, реагирующего на угловые перемещения подвижной системы.

Рис.1.17. Индукционный датчик углового перемещения

На крайних стержнях магнитопровода размещены две половины обмотки w/2, на которую подано напряжение U_~ переменного тока высокой частоты. Якорь Я связан с подвижной системой, угловое перемещение которой контролируется датчиком. В нейтральном среднем положении якорь расположен симметрично по отношению к магнитопроводу, тогда магнитные проводимости воздушных зазоров для потоков Ф₁ и Ф₂ одинаковы. Поэтому потоки Ф₁ =Ф₂, результирующий поток в среднем стержне равен нулю и ЭДС в выходной обмотке не наводятся.

При угловом перемещении якоря оказываются неодинаковыми магнитные проводимости воздушных зазоров и возникает неравенство потоков Ф₁ и Ф₂. Магнитный поток в среднем стержне становится отличным от нуля, поэтому в обмотке w_В наведется ЭДС.

Наведенная ЭДС, определяется по закону электромагнитной индукции:

Для синусоидального потока ЭДС равна:

Учитывая, что максимальное значение ЭДС U_max достигается при и что оно связано с действующим значением ЭДС U зависимостью

получим

В рассматриваемом случае наведенная в обмотке ЭДС равна:

Чем больше отклонение якоря от нейтрального положения, тем значительнее расхождение в магнитных проводимостях воздушных зазоров и в потоках Ф₁ и Ф₂ и тем больше наводимая ЭДС в обмотке w_В. Знак ЭДС зависит от того, какой поток (Ф₁ или Ф₂) больше, а это, в свою очередь, определяется направлением отклонения якоря вправо или влево. Поэтому включение обмотки w_В в фазочувствительную схему позволяет контролировать величину поворота якоря и направление его перемещения.

Емкостные датчики изменяют емкость конденсатора в зависимости от изменения контролируемой величины. Например, если в цилиндрическом конденсаторе часть пространства между цилиндрами заполняется жидкостью, а другая – воздухом, то в зависимости от объема заполнения жидкостью изменяется результирующая емкость конденсатора и его реактивное электрическое сопротивление X = 1/ωC. По изменению этого сопротивления можно судить об уровне жидкости в резервуаре, с которым сообщается емкостный датчик.

Магнитоупругие датчики используют эффект изменения магнитной проницаемости некоторых материалов при появлении в них механических напряжений и деформаций. От магнитной проницаемости магнитопровода, на который намотана обмотка, зависит индуктивное электрическое сопротивление этой обмотки. Если она включена в цепь тока, то изменение магнитной проницаемости при механическом воздействии в устройстве приведет к соответствующему изменению тока.

ЛЕКЦИЯ № 5

1. Электромеханические аппараты автоматики, управления, распределительных устройств и релейной защиты

План лекции:

1.5. Автоматические регуляторы и стабилизаторы.

1.6. Усилители и преобразователи

Автоматические регуляторы и стабилизаторы

Электрические регуляторы являются сложными и ответственными устройствами, основанными на широком применении полупроводниковых элементов. Они включают в себя обратные связи и являются замкнутыми системами автоматического регулирования.

Автоматические регуляторы и стабилизаторы предназначаются для поддержания на заданном уровне выходного параметра объекта управления или регулирования. Такими параметрами могут быть напряжение на клеммах генератора, температура объекта, ток или напряжение в электрической схеме электрооборудования.

На рис.1.18 приведена схема угольного регулятора напряжения на выходных клеммах генератора G.

Рис.1.18. Автоматический регулятор напряжения

Вырабатываемое генератором G напряжение U_ГН зависит от тока возбуждения i _вб, протекающего через обмотку возбуждения ОВ: с увеличением i _вб напряжение U_ГН растет, и наоборот. Ток возбуждения может изменяться за счет изменения сопротивления угольного столба УС, составленного из графитовых шайб. Результирующая сила давления на угольный столб определяется разностью воздействующих на рычаг Р силы пружины Р_П и электромагнитной силы Р_ЭМ, развиваемой электромагнитом Э, который включен на контролируемое напряжение U_ГН через добавочный резистор R. Если, например, при возрастании тока в нагрузке, напряжение U_ГН понизится, то электромагнитная сила уменьшится, нажатие на угольный столб увеличится, сопротивление его снизится, а ток возбуждения и напряжение U_ГН возрастут.

Если произойдет повышение напряжения на выходе генератора сверх допустимого, последовательность будет противоположная: Р_ЭМ возрастет, сопротивление УС увеличится, ток i _вб уменьшится и напряжение U_ГН будет снижаться. В результате работы регулятора напряжение на генераторе будет колебаться около заданного значения.

Среди стабилизаторов широкое распространение получили стабилизаторы электрического тока, напряжения и мощности. Они делятся на параметрические и компенсационные.

Параметрические стабилизаторы основаны на использовании нелинейных элементов, включаемых в схему последовательно с линейными элементами таким образом, чтобы при широком диапазоне изменений входного параметра выходной параметр изменялся значительно меньше, чем входной параметр.

В компенсационных стабилизаторах выходной параметр сравнивается с заданным, в результате чего вырабатывается разностный сигнал, оказывающий воздействие на исполнительный элемент стабилизатора до тех пор, пока этот разностный сигнал не приблизится к нулю.

На рис.1.19 приведена схема стабилизатора напряжения, выполненного на транзисторах.

Рис.1.19. Стабилизатор напряжения

Регулирующим элементом является транзистор Т1, чувствительным органом – транзистор Т2, источником опорного напряжения – кремниевый стабилитрон Ст, напряжение на котором мало изменяется в широком диапазоне изменения тока. Увеличение входного напряжения U₁ приводит к росту тока базы i _б, уменьшению внутреннего сопротивления и увеличению коллекторного тока i _к транзистора Т2. Это вызывает такое перераспределение напряжений в схеме сопротивлений стабилизатора и такое изменение режимов работы транзисторов Т1 и Т2, что напряжение на выходе U₂ останется стабильным. При снижении входного напряжения U₁ уменьшается ток базы i _б. Возникают новые режимы работы транзисторов Т1 и Т2, при которых их внутренние сопротивления изменятся так, что наступит перераспределение напряжений в схеме и стабилизация напряжения U₂ на выходе.

Усилители и преобразователи

Усилители – распространенная группа аппаратов, осуществляющих усиления электрического сигнала. Их основная характеристика – зависимость выходного параметра I_вых от входного сигнала I_вх – имеет монотонный характер без разрывов и скачков, плавное изменение входного сигнала I_вх вызывает плавное изменение выходного параметра (кривая 1, рис.1.20).

Рис.1.20. Характеристики усилителей

Однако в усилителях можно создать особые режимы и получить скачкообразную зависимость между входными I_вх и выходными сигналами I_вых, когда при некотором входном сигнале небольшое его изменение может вызвать скачок выходного параметра (кривая 2, рис.1.20).

Магнитные и полупроводниковые усилители являются основой аппаратов, обеспечивающих скачкообразную зависимость между I_вых и I_вх. Они называются бесконтактными коммутационными аппаратами.

Простейший магнитный усилитель – это электромагнитный элемент, индуктивное электрическое сопротивление которого изменяется в широких пределах.

На рис.1.21 приведена схема дросселя насыщения.

Рис.1.21. Схема дросселя насыщения

В дросселе насыщения имеются две обмотки. Обмотка нагрузки w_НГ включена в цепь переменного тока i _НГ, обмотка управления w_УП – в цепь постоянного тока i _УП. Ток нагрузки i _НГ зависит от суммы индуктивных сопротивлений – объекта нагрузки Х_НГ и магнитного усилителя Х_МУ (Х_МУ зависит от магнитного состояния магнитопровода). В общем случае индуктивное сопротивление равно:

где ω – угловая частота намагничивающего тока;

w_НГ – число витков обмотки;

Ф – магнитный поток;

R_М – магнитное сопротивление;

S и l _М – поперечное сечение и длина магнитопровода.

Если сердечник не намагничивается постоянным током (i _УП = 0), то в магнитопроводе будет создаваться только магнитный поток от тока i _НГ в обмотке w_НГ – он будет невелик, магнитопровод останется ненасыщенным, его эффективная магнитная проницаемость – высокой, а сопротивление Х – большим (Х_МУ > Х_НГ). Тогда ток нагрузки, равный

будет небольшим.

Если же осуществить подмагничивание постоянным током (i _УП > 0), то в магнитопроводе будут существовать два магнитных потока: от тока i _НГ через обмотку w_НГ и от i _УП через обмотку w_УП. Результирующий магнитный поток и индукция в магнитопроводе возрастут, материал магнитопровода войдет в режим насыщения, его магнитная проницаемость резко снизится и индуктивное электрическое сопротивление Х_МУ уменьшится (Х_МУ < Х_НГ). В цепи переменного тока потечет полный ток нагрузки (i _НГ ≈ U_~/Х_НГ). Т.о., подача тока управления i _УП в обмотку w_УП «включает» полный ток нагрузки i _НГ в цепи переменного тока, а снятие тока управления (i _УП = 0) «отключает» ток нагрузки (i _НГ ≈ 0).

Полупроводниковые усилители строятся на базе транзисторов, тиристоров и других подобных приборов.

Функцию непрерывной (периодической) коммутации тока выполняют различные преобразователи переменного тока в постоянный (и наоборот), преобразователи одного уровня постоянного напряжения в другой (преобразователи напряжения) и т.д.

ЛЕКЦИЯ № 6

2. Основные физические явления и процессы в электрических аппаратах

План лекции:

2.1. Тепловые процессы в электрических аппаратах.

2.1.1. Источники теплоты в электрических аппаратах

2.1.2. Способы распространения теплоты в электрических аппаратах

2.1.3. Задачи теплового расчёта электрических аппаратов

2.1.4. Режимы работы электрических аппаратов

2.1.5.Термическая стойкость электрических аппаратов

Тепловые процессы в электрических аппаратах

Электрические аппараты являются сложными электротехнически­ми устройствами, содержащими много элементов, одни из которых являются проводниками электрических токов, другие - проводниками магнитных потоков, а третьи служат для электрической изоляции. Часть элементов может перемещаться в пространстве, передавая усилия другим узлам и блокам. Работа большой части аппаратов связана с преобразованием одних видов энергии в другие. При этом, как известно, неизбежны потери энергии и превращение ее в тепло. Теп­ловая энергия частично расходуется на повышение температуры аппарата и частично отдается в окружаю­щую среду.

При увеличении температуры происходит ускоренное старение изоляции проводников и уменьшение их меха­нической прочности. Так, например, при возрастании дли­тельной температуры всего лишь на 8 °С сверх допустимой для данного класса изоляции, срок службы последней сокращается в 2 раза.

При увеличении температуры меди со 100°С до 250 °С механическая прочность снижается на 40 %. Следует иметь в виду, что при коротком замыкании, когда тем­пература может достигать предельных значений (200 - 300 °С), токоведущие части подвержены воздействию больших электродинамических сил. Работа контактных соединений также сильно зависит от температуры.

Нагрев токоведущих частей и изоляции аппарата в значительной степени определяет его надежность. Поэто­му, во всех возможных режимах работы температура частей аппарата не должна превосходить таких значе­ний, при которых не обеспечивается его длительная работа.

Источники теплоты в электрических аппаратах

При протекании тока по электрическому проводнику в нём выделяется мощность P, которая для однородного проводника с равномерной плотностью постоянного тока I в единицу времени определяется как

где R – активное электрическое сопротивление проводника длиной l и поперечным сечением S:

Удельное электрическое сопротивление материала проводника зависит от температуры T и в большинстве случаев (до температуры 150 °С – 200 °С) вычисляется

где – удельное сопротивление при температуре 0 °С;

– температурный коэффициент сопротивления.

Поверхностным эффектом называется явление неравномерного распределения плотности переменного тока по поперечному сечению одиночного проводника, а эффектом близости – явление неравномерного распределения плотности переменного тока, обусловленное влиянием друг на друга близко расположенных проводников с токами.

Неравномерность распределения плотности тока приводит к возникновению дополнительных потерь мощности. При этом следует учитывать, что в проводниках из ферромагнитных материалов вышеуказанные явления проявляются значительно сильнее, чем в немагнитных проводниках.

В ферромагнитных нетоковедущих частях электрического аппарата, находящихся в переменном магнитном поле, также имеют место источники теплоты. Это обусловлено вихревыми токами, возникающими тогда, когда переменный во времени магнитный поток пронизывает ферромагнитные части аппарата.

Если магнитопровод выполнен из листовой электротехнической стали (шихтованный магнитопровод), то потери мощности в нём существенно меньше, чем в сплошном стальном магнитопроводе.

В электромеханических аппаратах, предназначенных для коммутации электрических цепей, мощным источником теплоты является электрическая дуга. В электромагнитных муфтах, предназначенных для коммутации и передачи механической мощности, потери на трение составляют существенную долю от общих потерь мощности.

Способы распространения теплоты в электрических аппаратах

Передача теплоты всегда идёт от более нагретых тел к менее нагретым и происходит до тех пор, пока температура тел не сравняется. Чем выше температура нагретого тела, тем интенсивнее будет происходить передача тепла. Различают три способа распространения теплоты в пространстве: теплопроводностью, тепловым излучением и конвекцией.

Теплопроводность – распространение тепловой энергии при непосредственном соприкосновении отдельных частиц или тел, имеющих разную температуру. Теплопроводящие свойства среды характеризуются коэффициентом теплопроводности.

Тепловое излучение – распространение внутренней энергии тела путём излучения электромагнитных волн. Совокупность процессов взаимного излучения, поглощения, отражения и пропускания энергии в системе различных тел называется теплообменом излучением. Процесс осуществляется электромагнитными колебаниями с раз­личной длиной волны. В наибольшей степени переносят тепловую энергию инфракрасные лучи (длина волны 0,8 – 40 мкм), в меньшей степени – световые лучи (длина волны 0,4 – 0,8 мкм).

Конвекция – распространение теплоты при перемещении объёмов жидкостей или газов в пространстве из областей с одной температурой в области с другой температурой.

Различают естественную и вынужденную (искусственную) конвекцию. При вынужденной конвекции жидкость или газ движутся за счёт внешних сил (под действием насоса, вентилятора и т.п.). При естественной конвекции движение происходит за счёт выталкивающих (Архимедовых) сил, возникающих из-за различных плотностей холодных и горячих частиц жидкости или газа.

Коэффициент теплопередачиконвекцией определяет количество теплоты, которая отдаётся в секунду с 1 м² нагретой поверхности при разности температур поверхности и охлаждающей среды 1 °С. Он зависит от многих факторов, главные из которых – скорость движения и теплоёмкость охлаждающей среды, температура поверхности и среды, геометрические размеры и форма нагретой поверхности.

Задачи теплового расчёта электрических аппаратов

При тепловом расчёте электрических аппаратов исходят из того условия, что максимальное значение температуры не должно превышать допустимое значение, которое зависит от многих факторов и устанавливается стандартами.

В общем случае, задачей теплового расчёта является определение мощности источников теплоты и расчёт параметров температурного поля.

Для уменьшения мощности источников теплоты в электрических аппаратах придерживаются следующих правил:

- применяют проводниковые материалы с малым удельным сопротивлением;

- при резко выраженном поверхностном эффекте используют трубчатые проводники, чем достигается более равномерное распределение тока по сечению;

- при наличии составных шин их располагают таким образом, чтобы уменьшить поверхностный эффект и эффект близости;

- в конструкции нетоковедущих частей используют неферромагнитные материалы – немагнитный чугун, латунь, бронзу;

- в нетоковедущих ферромагнитных деталях предусматривают воздушные промежутки;

- в ферромагнитных деталях на пути магнитного потока применяют короткозамкнутые витки.

Температуру поверхности тела можно уменьшить за счёт увеличения коэффициента теплоотдачи или площади охлаждающей поверхности. Такой способ уменьшения температуры называется интенсификацией охлаждения.

При вынужденной конвекции коэффициент теплоотдачи возрастает на порядок по сравнению с естественной конвекцией. Жидкостное охлаждение при естественной, а тем более при вынужденной конвекции также существенно повышает коэффициент теплоотдачи.

Интенсификация охлаждения путём увеличения площади охлаждающей поверхности достигается увеличением геометрических размеров аппарата или применением радиаторов охлаждения, т.е. искусственным увеличением площади охлаждающей поверхности.

Режимы работы электрических аппаратов

При эксплуатации электрических аппаратов могут иметь место следующие режимы работы:

- продолжительный – при котором температура аппарата достигает установившегося значения и аппарат при этой температуре остаётся под нагрузкой сколь угодно длительное время;

- прерывисто-продолжительный – при котором аппарат остаётся под нагрузкой при установившемся значении температуры ограниченное техническими условиями (ТУ) время;

- повторно-кратковременный – при котором температура частей электрического аппарата за время нагрузки не достигает установившегося значения, а за время паузы не уменьшается до температуры окружающей среды;

- кратковременный – при котором в период нагрузки температура частей электрического аппарата не достигает установившегося значения, а в период отсутствия нагрузки достигает температуры холодного состояния;

- короткого замыкания – это частный случай кратковременного режима работы, когда температура частей электрического аппарата значительно превосходит установившуюся температуру при нормальном режиме работы.

Продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный

и перемежающийся режимы работы электрических аппаратов

Обычно электрические аппараты могут работать в одном из следующих режимов, для которых характерно определённое изменение во времени t тока нагрузки I _н и превышение температуры нагрева (разность между температурой аппарата и температурой окружающей среды): продолжительном, кратковременном, повторно-кратковременном и перемежающемся.

В продолжительном режиме (рис.2.1.) достигается установившееся превышение температуры нагрева , значение которого в любом случае должно быть меньше, чем допустимое превышение температуры . Скорость изменения температуры характеризуется тепловой постоянной времени . Касательная к кривой отсекает на линии установившейся температуры как раз отрезок, равный по длительности .

Рис.2.1. Продолжительный режим работы

В кратковременном режиме (рис.2.2, а) в период наличия тока I_o температура аппарата не успевает достичь установившегося значения, а за время паузы тока t_П температура аппарата снижается практически до температуры окружающей среды Т _окр. Это позволяет осуществлять форсирование аппарата по току с тем условием, что за время нагрузки t_НГ не будет достигнуто .

Рис.2.2. Режимы работы аппаратов

В повторно-кратковременном режиме (рис.2.2, б) температура аппарата так же не достигает установившегося значения в период t_НГ, а во время паузы тока не успевает снизиться до Т _окр. Этот режим характеризуется относительной продолжительностью включения:

где t_НГ и t_П – время нагрузки и время паузы, соответственно.

Стандартные значения ПВ составляют 15, 25, 40 и 60%.

Коэффициент перегрузки по мощности показывает, во сколько раз можно увеличить мощность источников теплоты в электрическом аппарате при повторно-кратковременном режиме работы по сравнению с мощностью при продолжительном режиме при условии равенства допустимой температуры в том и другом случаях.

Если , то в этом случае, с погрешностью не более 5% можно определить

Поскольку, при прочих равных условиях, мощность источников теплоты в большинстве случаев пропорциональна квадрату тока, то вводится коэффициент перегрузки по току k_I, который равен

Наиболее общим является перемежающийся режим (рис.2.2, в) когда в период t ₁ проходит ток I ₁, а в период t ₂ – ток I ₂, причём . В установившемся состоянии температура перегрева имеет максимум и минимум . Если по аппарату длительное время проходит ток I ₁, то установившаяся температура перегрева равна . Аналогично, току I ₂ соответствует температура перегрева . По прошествии некоторого времени и соседних циклов станут одинаковыми. Наступит так называемый квазистационарный («мнимостационарный»)режим работы с неизменными значениями и .

Термическая стойкость электрических аппаратов

Термической стойкостью электрических аппаратов называется способность их выдерживать без повреждений, препятствующих дальнейшей работе, термическое воздействие протекающих по токоведущим частям токов заданной длительности. Количественной характеристикой термической стойкости является ток термической стойкости, протекающий в течение определённого промежутка времени. Наиболее напряжённым является режим короткого замыкания, в процессе которого токи по сравнению с номинальными могут возрастать в десятки раз, а мощности источников теплоты – в сотни раз.

Термическая стойкость электрического аппарата зависит при этом не только от режима короткого замыкания, но и от теплового состояния, предшествующего режиму короткого замыкания.

При коротком замыкании электрические аппараты подвергаются значительным термическим воздействиям. Как правило, это аварий­ный режим работы и поэтому время его действия ограничивается до минимально возможного значения. Для большинства электрических аппаратов это время , т.е. не превосходит времени нагрева при адиабатическом процессе (нагрев без теплообмена с окружающей средой). Другими словами, режим короткого замыкания можно рассматривать как кратковременный режим работы, при котором температура элек­трического аппарата может достигать значений, превосходящих до­пустимую температуру в продолжительном режиме. Это возможно, поскольку время кратковременного режима обычно небольшое, за которое не может произойти существенн

Дата добавления: 2015-08-29