Раздел 2, Высоковольтное электрооборудование и молниезашита подстанций

Лектор доц. Лопатин В.П

Рис. 1. Вакуумная дугогасительная камера в разрезе:

1. – контакты;

2. – токоведущий штырь неподвижного контакта;

3. – токоведущий штырь подвижного контакта;

4. – металлический экран;

5. – керамический изолятор;

6. – сварной сильфон.

Рис. 2. Один из первых вариантов конструкции КС, генерирующей аксиальное магнитное поле при протекании через неё тока. Стрелочками указан путь тока в металле.

1. – токоведущий штырь; 2. – катушка, генерирующая магнитное поле; 3. – электрод; 4. – контактная накладка; 5. – разрез накладки

Рис. 3 Внешний вид вакуумного выключателя серии BB/TEL

Рис. 4 Конструкция выключателя серии BB/TEL

Рис. 5 - Реклоузер вакуумный PBA/TEL

Рис. 6 Принципиальная электрическая схема включения PBA/TEL в ЛЭП

ДН - датчик напряжения; ДТ - датчик тока; ДТНП - датчик тока нулевой последовательности; КДТН – комбинированный датчик тока и напряжения; ВВ - вакуумный выключатель; МУ - модуль управления; ММП - модуль микропроцессора; МБП - модуль бесперебойного питания; ОПН - ограничитель перенапряжения; ТН - трансформатор напряжения; ЛР - линейный разъединитель; ВЛ - воздушная линия.

Рис. 7 Этапы гашения дуги в элегазовом выключателе

Рис. 8 Конструкция ограничителя нелинейного ОПН/TEL-6, 10

Длинно-искровые разрядники для грозозащиты ВЛ 6, 10 кВ

Рис. 9 Общий вид петлевого разрядника на опоре ВЛ

а – конструктивный эскиз; б – фотография испытаний на макете

Молниезащита

Рис.10 Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

Рис.11 Зона защиты одиночного тросового молниеотвода

Рис.12 Зона защиты двойного стержневого молниеотвода

Раздел 3 Электрические машины

Лектор Юсупов Р.З.

1. Асинхронные двигатели

1.1. Устройство

Асинхронные машины (АМ), как и другие электрические машины, обратимы и могут работать в качестве как двигателя, так и генератора. Как правило, асинхронные машины используются в качестве двигателей (асинхронные двигатели - АД).

Конструктивное устройство асинхронной машины показано на рисунке 1.

1-вал; 2-подшипниковый щит; 3-корпус статора; 4-обмотка статора; 5-сердечник статора; 6-сердечник ротора; 7-обмотка ротора (короткозамкнутая);8-вентилятор; 9-кожух вентилятора

Рисунок 1 - Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Неподвижная часть машины называется статором, подвижная часть - ротором. Сердечники статора и ротора асинхронных машин собираются (шихтуются) из отдельных листов электротехнической стали (рисунок 2).

1 – статор, 2 - ротор

Рисунок 2 Рисунок 3

На внутренней поверхности статора и на внешней поверхности ротора имеются пазы, в которых размещаются проводники обмоток.

Обмотка статора выполняется трехфазной, подсоединяется к сети трехфазного тока и называется первичной обмоткой.

К конструктивным частям статора относятся: станина, в которую устанавливается магнитопровод, и подшипниковые щиты, служащие для поддерживания вала.

Воздушный зазор между статором и ротором в асинхронных машинах выполняется минимально возможным по условиям производства и надежности работы. В машинах мощностью в несколько киловатт величина зазора составляет около 0,5 мм, с ростом мощности и габаритов машины величина зазора увеличивается. Обмотка ротора может быть выполнена трехфазной аналогично обмотке статора. Концы фаз такой обмотки ротора соединяются обычно в «звезду», а начала с помощью контактных колец и металлографитных щеток выводятся наружу. Такая асинхронная машина называется машиной с фазным ротором. К контактным кольцам обычно присоединя- ется трехфазный пусковой или регулировочный реостат. Фазная обмотка ротора выполняется с тем же числом полюсов, как и статорная обмотка.

Другая разновидность обмотки ротора - обмотка в виде беличьей клетки (рис.3). Концы стержней такой обмотки с обоих торцов соединены накоротко кольцами, поэтому обмотка выводов не имеет. Такая асинхронная машина называется машиной с короткозамкнутым (к.з.) ротором. В машинах мощностью до 100 кВт обмотка ротора выполняется путем заливки алюминием. В более крупных машинах применяется медная сварная обмотка. Отсутствие скользящего контакта на роторе обеспечивает высокую надежность работы такого двигателя, а простота технологии изготовления - дешевизну. По этим причинам асинхронные двигатели с к.з. ротором находят широкое применение и составляют основной парк электрических машин.

Следует отметить, что обе эти конструкции трехфазного асинхронного двигателя были изобретены М.О. Доливо-Добровольским в 1891 г. и сохранили по существу предложенный им вид.

1.2 Работа асинхронной машины

Работа асинхронной машины (АМ) основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с индуктированными в к.з. обмотке ротора токами.

Наибольшее распространение получили асинхронные двигатели (АД).

При питании обмотки статора асинхронного двигателя трехфазным током создается вращающееся магнитное поле. Поэтому в АД отсутствует обмотка возбуждения, а на роторе расположена m-фазная к.з. обмотка.

Частота n₁ вращения магнитного поля статора АД определяется тем, что вращающееся магнитное поле создается при питании обмотки статора, имеющей p пар полюсов, трехфазным током частотой f1. Следовательно, синхронная частота no=n₁=60f₁/p.

Симметричная система токов обмотки статора (рисунок 4) определяет возникновение кругового поля, обеспечивающего наибольший вращающий момент.

Рисунок 4

Вращающийся магнитный поток Ф₁ индуктирует ЭДС в обмотке ротора. Поскольку обмотка ротора замкнута, то возникает система токов ротора I₂ и создается вращающийся поток ротора Ф₂. Поток ротора вращается относительно статора в ту же сторону и с той частотой n₁ , что и поток статора Ф₁ и имеет то же количество полюсов, но ориентирован, согласно правилу Ленца, практически ему навстречу. В результате взаимодействия неподвижных друг относительно друга потоков статора и ротора образуется результирующий поток Ф. Взаимодействие потока Ф и тока ротора приводит к возникновению электромагнитных сил и электромагнитного момента.

В режиме двигателя под действием этого момента ротор вращается в сторону вращения магнитного поля. В режиме генератора ротор вращается с помощью приводного двигателя со скоростью n > n₁ , при этом ЭДС обмотки статора превышает напряжение сети, и машина отдает энергию в сеть.

Частота вращения n ротора асинхронной машины всегда отлична от частоты вращения магнитного поля n₁, которую называют синхронной. Отсюда происходит название машины - асинхронная, т.е. несинхронная, в которой n ≠ n₁. В противном случае проводники ротора не будут пересекаться магнитными линиями вращающегося поля, в них не будет индуктироваться ЭДС, не будет возникать тока ротора и момента.

Отличие частоты вращения ротора n и магнитного поля n₁ характеризуется скольжением s=(n₁-n)/n₁. Скольжение может выражаться в относительных единицах или процентах.

Электромагнитный момент АД (упрощенная формула):

M=Cм	U21R2S	.
	R22+(SX2)2

где U₁ – напряжение статора; R₂ – активное сопротивление обмотки ротора; S – скольжение; X₂ – индуктивное сопротивление ротора, С - конструктивный коэффициент.

Из полученного выражения для электромагнитного момента следует, что он сильно зависит от подведенного напряжения (M∼U₁²). При снижении, например, напряжения на 10%, электромагнитный момент снизится на 19% (M∼(0,9U₁)²=0.81U₁²). Это является одним из недостатков асинхронных двигателей, так как приводит на производстве к снижению производительности.

ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Механическая характеристика.Механической характеристикой на­зывается зависимость частоты вращения двигателя от вращающего моментаn₂ = f(M) при U₁= const.

₂ = f ( M ) n ₂ = f ( M )

₂ = ( 1 – s ) ₁ n ₂ = ( 1 – s ) n ₁

Рабочие характеристики.Изменение различных электрических и механических параметров двигателя в нормальном режиме описывается рабочими характеристиками, под которыми понимают зависимостиn₂,s,M_2, I₁ , cos,от мощностиP₂валу двигателя приU₁= const иf= const .