МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

ВСП Львівський коледж «Інфокомунікації»

Національного університету «Львівська політехніка»

Самостійна робота з предмету «Електроживлення систем зв’язку»

Виконав:

Студент гурпи: ЕЗ-26

Ростоцький Павло

Оцінка ___________

Львів 2016р.

1. Електричні машини. Правила безпечної експлуатації електроустановок

Принцип дії машин постійного струму Електрична машина служить для перетворення механічної енергії в електричну, або, навпаки, електричної енергії в механічну, або ж для перетворення електричної енергії одного виду в електричну енергію іншого виду. Відповідно до цього електрична машина працює: у першому випадку - генератором, у другому - електродвигуном і в третьому - перетворювачем. Принцип дії цієї машини базується на двох основних законах електрики й магнетизму, які діють у ній одночасно: законі електромагнітної індукції й законі електромагнітної взаємодії струму й магнітного поля. Закон електромагнітної індукції визначає величину і напрямок електрорушійної сили в контурі із провідників, які рухаються в магнітному полі. Закон електромагнітної взаємодії струму в провіднику і магнітного поля є основним для пояснення рухової дії електричної машини. В електричній машині провідники рухаються перпендикулярно відносно магнітних ліній поля. Для визначення напрямку електрорушійної сили (е.р.с.), яка індукується у провіднику і механічної дії струму в ньому служать мнемонічні правила: правило правої руки - для визначення напрямку е.р.с. при нерухомому в просторі магнітному полі і провіднику, який рухається, і правило лівої руки - для визначення напрямку механічної дії струму при тій же умові. 

Принцип дії електричної машини, яка працює перетворювачем одного виду енергії в інший, пояснює рис. 1.1, на якому представлені два полюси магніту (північний — N і південний — S) з розподілом силових ліній магнітного поля між ними і провідник ab, розташований перпендикулярно до площини рисунка і який має можливість рухатися вправо або вліво. При такім розташуванні провідника перпендикулярно силовим лініям магнітного поля й при русі вправо або вліво він перетинає їх. У цьому випадку в ньому за законом електромагнітної індукції індукується е.р.с. відповідного напрямку. Якщо, наприклад, (на рис. 1.1, а) до провідника ab прикласти зовнішню механічну силу f і переміщати його вправо зі швидкістю v, то при перетині ним силових ліній магнітного поля полюсів у провіднику індукується е.р.с., напрямок якої можна визначити за правилом правої руки. Для цього потрібно долоню правої руки помістити перпендикулярно силовим лініям поля і повернути до північного полюса N, а великий палець руки направити за рухом (в напрямку руху) провідника, тоді інші пальці руки покажуть напрямок е.р.с. у провіднику. У цьому випадку вона спрямована в ньому від кінця а до b. За законом електромагнітної індукції величина цієї е.р.с. (В) е = Blv, де В — індукція в повітряному просторі між полюсами, Т; l — довжина провідника, м; v — швидкість руху провідника, м/с. Якщо тепер до кінців провідника ab підключити за допомогою з’єднувальних провідників вимірювальний прилад — вольтметр V, то в замкнутому колі, яке утворилося, із провідників і вольтметра під впливом е.р.с. виникне і потече електричний струм i, який збігається по напрямку з е.р.с. (див. рис 1.1, а). У результаті цього в замкнутому колі утвориться електрична енергія, рівна добутку ei і отримана з підведеної до провідника ab механічної енергії поступального руху при прикладанні до нього зовнішньої механічної сили f. На рис. 1.1, а представлена в принципі елементарна електрична машина, яка у цьому випадку працює в генераторному режимі, перетворюючи підведену до неї механічну енергію в електричну. При протіканні в провіднику ab струму i останній взаємодіє з магнітним полем полюсів за законом електромагнітної взаємодії струму і поля і створює електромеханічну силу f', спрямовану у зворотну сторону до дії зовнішньої сили f. Напрямок дії сили f' визначається правилом лівої руки. Для цього долоню лівої руки потрібно розмістити перпендикулярно силовим лініям поля і повернути до північного полюса N, а пальці розташувати в напрямку протікання струму i у провіднику ab, тоді відігнутий великий палець руки покаже напрямок дії електромеханічної сили f'. Ця сила є гальмуючою, вона забезпечує необхідну рівновагу між підведеною до провідника зовнішньою механічною енергією і одержуваною від нього електричною енергією. Якщо тепер пропустити струм i через провідник ab у тому ж напрямку, як і на рис. 1.1,а, від стороннього джерела, наприклад від акумуляторної батареї (рис. 1.1,б), то взаємодія цього струму i з магнітним полем полюсів викличе електромеханічну силу f' того ж напрямку, що і у генераторному режимі (див. рис. 1.1, а). Під впливом цієї сили f' провідник ab переміщується вліво зі швидкістю v' і перетинає силові лінії поля. За законом електромагнітної індукції в ньому індукується відповідна е.р.с. е, спрямована проти зовнішнього струму батареї і. Напрямок цієї е.р.с. визначається правилом правої руки. У цьому випадку електрична енергія, яка підводиться до провідника ab від акумуляторної батареї перетворюється в механічну енергію руху під впливом електромеханічної сили f'. Отже, розглянута елементарна електрична машина при цій умові працює в руховому режимі, перетворюючи підведену до неї електричну енергію в механічну. Таким чином, перетворення в електричній машині підведеної до неї механічної енергії в електричну або навпаки відбувається на основі двох основних законів природи, які діють у ній одночасно: закон електромагнітної індукції й закон електромагнітної взаємодії струму і магнітного поля. Зі згаданого закону електромагнітної індукції треба, що для виникнення в замкнутому контурі, що складається із провідників, е.р.с. і струму необхідно, щоб провідники при русі перетинали магнітні силові лінії. Зазвичай в електричних машинах для переміщення провідників у магнітному полі використовують не поступальний рух, як представлено на рис. 1.1, а круговий, або обертальний. Тому для здійснення можливості перетворення в електричній машині підведеної до неї механічної енергії в електричну або назад машина повинна мати конструктивно дві основні частини: частина, що створювала б магнітне поле, і частина, що несла б на собі контури із провідників. При цьому одна з основних частин машини повинна переміщатися або, точніше, обертатися відносно іншої. Та частина електричної машини, яка створює магнітне поле, носить назву полюсів. Полюси разом зі станиною утворюють магнітну систему машини. Вона зазвичай виконується нерухомою. Та ж частина машини, на якій розташована обмотка, носить назву якоря. Вал якоря обертається у двох підшипниках у щитах, прикріплених до нерухомої станини. Між нерухомою і обертальною частинами машини конструкційно передбачається повітряний прошарок. За способом одержання постійної напруги на затискачах машини існує два принципово різних типи машин постійного струму: уніполярна і колекторна (багатополярна). Уніполярна машина постійного струму. За способом одержання постійної напруги уніполярна машина є власне кажучи машиною постійного струму, тому що індукована в ній е.р.с. при незмінній швидкості обертання має постійну величину і напрямок. На рис. 1.2 показаний принцип будови уніполярної машини з металевим диском (1), який обертається. Цей диск із радіусом ab = l розташований своєю площиною між полюсами магніту перпендикулярно силовим лініям його поля. На вал і обід диска накладені щітки М1 і M2 для зняття індукованої в радіальних волокнах диска е.р.с. (е) постійного напрямку (рис. 1.2). При обертанні, наприклад, диска за допомогою ручки за годинниковою стрілкою радіальні волокна його безупинно підходять до щітки М2, перетинаючи магнітні силові лінії поля. У них за законом електромагнітної індукції індукується е.р.с. (е) постійної величини і напрямку, обумовленого правилом правої руки. При зазначених на рис. 1.2 полярності полюсів і напрямку обертання диска ця е.р.с. спрямована по його радіусу від периферії b до центру а. Такий процес індукування е.р.с. у радіальних волокнах диска, при якому вони перетинають постійне поле між полюсами одного напрямку, одержав назву уніполярної (однополярної) індукції. Електрична ж машина, яка працює за цим принципом, одержала назву уніполярної машини. Якщо тепер підключити до щіток машини М1 і М2, за допомогою з’єднувальних провідників електричну лампу відповідної напруги, то в замкнутому колі, що утворилося, потече постійний струм i у напрямку від щітки М1 через лампу до щітки М2. Поряд з уніполярними машинами з обертальним диском і радіальним розташуванням щіток М1 і М2 розроблялися також конструкції уніполярних машин з обертальним металевим циліндром, у яких щітки встановлювалися на твірній по краях циліндра. Недоліки уніполярних машин: низька вихідна напруга машини, не перевищуючого порядку 10 - 12 В; недостатній коефіцієнт корисної дії її через значні механічні втрати на тертя щіток об обертові частини машини й швидке зношування щіток при більших кутових швидкостях обертання. 

Подвійна ізоляція

Подвійна ізоляція полягає в одному электроприемнике двох незалежних одна від іншої ступенів ізоляції. (Наприклад, покриття електрообладнання шаром ізоляційного матеріалу - фарбою, плівкою, лаком, емаллю і т. п.)

Застосування подвійної ізоляції найбільш раціонально, коли в доповнення до робочої електричної ізоляції струмоведучих частин корпус електроприймача виготовляється з ізолюючого матеріалу (пластмас, скловолокна).

Захисне заземлення

Захисне заземлення - навмисне електричне з'єднання з землею металевих нетоковедущих частин, які можуть опинитися під напругою внаслідок замикання на корпус (рис. 1.3).

Принцип дії захисного заземлення - зниження до безпечних значень напруги доторкання та кроку, зумовлених замиканням на корпус. Це досягається шляхом зменшення потенціалу заземленого обладнання (зменшенням опору заземлювача), а також шляхом вирівнювання потенціалів основи, на якій стоїть людина, і заземленого обладнання (підвищенням потенціалу основи, на якій стоїть людина, до значення, близького до значенню потенціалу заземленого обладнання).

Захисне заземлення застосовують у мережах з ізольованою нейтраллю при будь-якій напрузі (рис. 1.3, а), а також у мережах з заземленою нейтраллю напругою вище 1000 В (рис. 1.3, б).

Рис. 1.3. Принципові схеми захисного заземлення в мережах трифазного струму: а - в мережі з ізольованою нейтраллю; б - у мережі з заземленою нейтраллю напругою понад 1000 В

Залежно від місця розміщення заземлювача відносно заземляемого устаткування розрізняють виносні і контурні заземлюючі пристрої.

Виносні заземлювачі розташовують на деякій відстані від обладнання. При цьому заземлені корпуси електроустановок знаходяться на землі з нульовим потенціалом, а людина, торкаючись корпусу, виявляється під повним напругою заземлювача.

Контурні заземлювачі мають по контуру навколо обладнання в безпосередній близькості, тому обладнання знаходиться в зоні розтікання струму. У цьому випадку при замиканні на корпус потенціал ґрунту на території електроустановки (наприклад підстанції) набуває значення, близькі до потенціалу заземлювача і заземленого обладнання електрообладнання, і напруга дотику знижується.

Занулення

Для запобігання електротравматизму при експлуатації електрообладнання, конструктивні металеві нетоковедущие частини якого опинилися під напругою внаслідок замикання струму на корпус, а також при інших аварійних режимах мережі, застосовують занулення (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Принципова схема занулення: 1 - корпус; 2 - апарати захисту від струмів короткого замикання (запобіжники, автоматичні вимикачі тощо); р_п - опір повторного заземлення нульового захисного провідника; I_{к. з} - струм короткого замикання; I_н - частина струму короткого замикання, що протікає через нульовий провідник; - частина струму короткого замикання, що протікає через землю

Фізична сутність занулення полягає у виникненні струму короткого замикання між нульовим проводом і пошкодженої фазою. Струм короткого замикання може досягати сотень ампер - в результаті розплавляється плавка вставка або відключається теплове реле і система відключається.

Нульовим захисним провідником називають провідник, що з'єднує частини що зануляються з глухозаземленою нейтральною точкою джерела струму.

Основна вимога безпеки до занулення полягає в зменшенні тривалості відключення замикання - воно повинно бути не більш часток секунди.

Так як час спрацьовування плавких вставок запобіжників і теплових розчіплювачів автоматів назад пропорційно силі струму, то малий час спрацьовування можливо при великій силі струму. Кожен відключає апарат має свою заводську струмочасовий характеристику. Так, запобіжник спрацьовує за 0,1 с, якщо струм короткого замикання перевищить його уставку (значення вхідної величини струму) в 10 разів, і за 0,2 с - якщо в 3 рази. Час відключення запобіжника різко зростає до 9-10 с при невеликій силі струму короткого замикання (у 1,3 рази). За умовами безпеки така система занулення неприпустима.

Для надійного і швидкого відключення електроустановки, що перебуває в аварійному стані, необхідно, щоб струм короткого замикання перевершував струм уставки вимикаючого апарата.

Схема занулення потребує наявності в мережі нульового захисного РЕ провідника, глухого заземлення нейтралі джерела струму і повторного заземлення нульового захисного провідника.

Нульовий захисний провідник в схемі забезпечує необхідне для відключення електроустановки значення струму однофазного короткого замикання шляхом створення для нього ланцюга з малим опором.

Заземлення нейтралі мережі до 1000 У знижує напругу занулених корпусів електрообладнання і нульового захисного провідника відносно землі до малого значення при замиканні фази на землю.

Повторне заземлення нульового захисного провідника практично не впливає на відключає здатність схеми занулення.

Однак при відсутності повторного заземлення нульового захисного провідника виникає небезпека для людей, що торкаються до зануленному обладнання в період замикання фази на корпус. Крім того, у випадку обриву нульового захисного провідника ця небезпека підвищується, оскільки напруга щодо землі інших підключених в цей ділянку мережі зану лених корпусів електродвигунів може досягати фазної напруги. Повторне заземлення нульового захисного провідника значно зменшує небезпеку ураження струмом, але не може усунути її повністю.

Захисне відключення

Захисне відключення - це швидкодіюча захист, що забезпечує автоматичне відключення електроустановки при виникненні в ній небезпеки ураження електричним струмом (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Схема захисного відключення, що спрацьовує при появі напруги на корпусі електрообладнання

Небезпека ураження людини струмом можлива в наступних випадках:

• при замиканні фази на корпус електрообладнання;

• при опорі ізоляції фаз відносно землі нижче певної межі, що обумовлено пошкодженням ізоляції і замиканням фази на землю та ін.;

• при більш високій напрузі в мережі (в результаті замикання в трансформаторі між обмотками вищої і нижчої напруги, замикання між проводами ліній різних напруг та ін.);

• при дотику людини до струмоведучої частини, що знаходиться під напругою і т. п.

Захисне відключення повинно забезпечити автоматичне відключення електроустановок при однофазному (однополюсному) дотику до частин, що перебувають під напругою, не припустимим для людини, і (або) при виникненні в електроустановці струму витоку (замикання), що перевищує задані значення.

Захисне вимкнення рекомендується в якості основної або додаткової міри захисту, якщо безпека не можна забезпечити при заземленні або занулении, або якщо заземлення або занулення складно для виконання, або недоцільно з економічних міркувань. Пристрої (апарати) для захисного відключення щодо надійності дії повинні задовольняти спеціальним технічним вимогам.

Пристрій захисного відключення (УЗО) має основні функціональні елементи: датчик струму витоку, виконавчий орган та комутаційне пристрій.

Тип пристрою захисного відключення визначається параметром електричної мережі, на який воно реагує: напругу корпуса відносно землі, струм замикання на землю, напруга фази відносно землі, напруга нульової послідовності, струм нульової послідовності і оперативний струм.