Учебное пособие 800600

УДК 621.3.(075 32)

А.Р. Козлов, Д.А. Антонов, А.А. Гуляев, С.А. Горемыкин, Н.В. Ситников

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ

Рассмотрены теоретические предпосылки и обсуждена практическая возможность защиты человека от поражения электрическим током с помощью специальных электрических аппаратов (УЗО) - устройство защитного отключения

Ключевые слова: устройство защитного отключения, поражение током, стартовый импульс

Устройство защитного отключения предназначены для защиты людей от поражения электрическим током при неисправностях электрооборудования или при контакте с находящимися под напряжением частями электроустановки, а также для предотвращения возгораний и пожаров, вызванных токами утечки и замыкания на землю. Эти функции не свойственны обычным автоматическим выключателям, реагирующим лишь на перегрузку или короткое замыкание.

Особенностью УЗО является не то обстоятельство, что оно защищает от поражения электрическим током, а в том, что поражение электрическим током и является стартовым импульсом срабатывания УЗО.

Защитное качество УЗО определяется временем прохождения поражаемого под напряжением ток утечки (дифференциальный ток). Это время (по данным литературных источников) не превышает 40 мс, что значительно меньше длительности времени протекания тока вызывающего фибрилляцию средней мышцы.

Основной же параметр УЗО – это его чувствительность (номинальный отключающий дифференциальный ток, так называемая «уставка» по току утечки). Для защиты человека в бытовых электросетях от поражения электрическим током используют УЗО чувствительностью 30 мА. Для защиты от возможного возникновения пожара служат УЗО чувствительностью 100 или 300 мА.

Конструктивно УЗО собрано в корпусе из диэлектрического материала. Внутри они содержат трансформатор тока, выполненный

161

на тороидальном ферромагнитном сердечнике с тремя обмотками – две первичные и одна обмотка управления рисунок 1

.

Схема УЗО

Две первичные токовые обмотки включены встречно. Первая обмотка образована фазным проводом, в ней протекает ток к нагрузке (к потребителю). Вторая обмотка образована нулевым проводом, в ней протекает обратный ток от нагрузки (от потребителя). В обычном режиме, когда в цепи нет утечки, токи, протекающие в обоих обмотках равны по значению, но противоположно направлены.

При протекании в обмотках, эти токи наводят в сердечнике трансформатора тока магнитные потоки. Наведенные магнитные потоки направлены встречно и компенсируют друг друга, поэтому суммарный магнитный поток равен нулю.

Появление тока утечки свидетельствует о разности токов в фазном и нулевом проводе, что фиксируется срабатыванием УЗО.

Конструктивно исследование УЗО осуществляется на том же стенде, принципиальная схема которого приведена на рисунке [1-3]. Включение стенда АВДТ-QF1 и подача напряжения на АТ, затем на Т1, замер tср (Счет-М). Однако замер Iутеч идет на PA1, при регулировании R1.

Полученные результаты сводятся в таблицу, проанализировать и сделать выводы.

162

УДК 621.318.132

П.И. Коновалов, Д.Р. Метелев, Е.Л. Савельева

ОСОБЕННОСТИ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАССИВОВ ПЕРЕМЕННЫМ МАГНИТНЫМ ПОТОКОМ

Рассмотрены основные соотношения и физические процессы при высокочастотном индукционном нагреве замкнутых ферромагнитных массивов с учетом поверхностных эффектов в магнитопроводах и в индукторе

Ключевые слова: индуктор, магнитопровод

Индуктор с массивным сердечником и с замкнутым магнитопроводом, если можно пренебречь потоками рассеяния, можно рассматривать как нелинейную электрическую цепь с сосредоточенными параметрами.

В случае разветвленной магнитной цепи, на основании непрерывности магнитного потока (Ф) по первому и второму закону Кирхгофа можно написать [1]:

ферромагнитного массива с индуктором размещенным на центральной магнитной ветви, должно быть составлено одно уравнение (1), т.к. число уравнений равно n = q - 1 , где q – число узлов магнитной цепи, и четыре уравнения (2), т.к. число ветвей p = 5 , а n = p - q + 1.

Таким образом, пять уравнений позволяют рассчитать броневую замкнутую магнитную цепь по аналогии расчета разветвленной нелинейной электрической цепи и найти ее эквивалентные параметры. В том числе выразить энергию магнитного потока, замыкающегося по всему объему магнитопровода, через напряжение на индукторе (ток), магнитную проницаемость ферромагнетика и геометрические размеры.

164

Однако, точность аналитических расчетов ограничивается нелинейной зависимостью индукции магнитного потока от напряженности магнитного поля. При этом обычно принимают среднее значение магнитной проницаемости по заданной B = f(H) для материала магнитопровода, которое определяется как средняя крутизна μ = f(H) при амплитуде от 0 до Hmax, соответствующей насыщению ферромагнетика. Увеличение тока индуктора, приводящее к перенасыщению ферромагнетика экономически невыгодно, т.к. за счет уменьшения μ ферромагнетика в режиме перенасыщения, увеличивается поток рассеяния. Следует также учесть, что при нагреве ферромагнетика его магнитная проницаемость, хотя и незначительно, но уменьшается, резко падая при температурах близких к точке Кюри,

а удельное сопротивление магнитопровода ( ) увеличивается про

росте температуры , ослабляя вихревые токи, по закону:

где, 0 – удельное электрическое сопротивление ферромагнетика при

0оС, а температурный коэффициент сопротивления, K , H –

соответствующая конечная (установившаяся) и начальная температуры нагреваемого ферромагнитного массива.

Таким образом, выделение тепла в замкнутом массивном магнитопроводе с индуктором, размещенным на центральной магнитной ветви, определится суммированием потерь электрической мощности состоящей из четырех составляющих.

Первая составляющая – потери электрической мощности в пяти магнитных ветвях (по формуле (2)) на вихревые токи (рв), зависящие от средних амплитуд индукции в каждой ветви Вmср , частоты переменного магнитного потока ( ), удельной проводимости материала ферромагнетика 1 :

где V,d – соответственно объем и поперечный размер магнитной ветви, k 0,5 mср 0 , 0 1,257 10 6 Гн/м.

165

Вторая составляющая – потери на перемагничивание за один цикл от -Нmax до +Hmax (PГ) пропорциональные объему ферромагнетика, площади петли гистерезиса (эквивалентной площади эллипса) с параметрами Внас (индукция насыщения) и амплитуде магнитного поля (Нmax), а также – первой степени частоты магнитного потока. Эти потери могут быть также оценены (по полученной Нейманом эмпирической формуле), которую необходимо скорректировать с учетом поверхностного эффекта на высоких частотах и вычислить для каждой ветви

где Sn, соответственно площадь поверхности и длина i – магнитной

возрастает до двух с увеличением Bm , а затем уменьшается.

Третья составляющая – падение электрической мощности в проводе круглого сечения (Pu,) пропорциональна квадрату действующего значения тока ( I ), активному сопротивлению, и с учетом поверхностного эффекта может быть вычислена по формуле

где È , SПИ соответственно длина и площадь поверхности провода индуктора, – удельная проводимость материала.

Литература 1.Нейман Л.Р. Теоретические основы электротехники [Текст] /

Л.Р. Нейман, К.С. Демирчан. – Т.1,2. – М.-Л.: Энергия, 1966. – 929с.

Воронежский государственный технический университет

166

УДК 62.519

А.Ю.Калашников,И.С.Королева,Д.А.Мамонтов,В.А.Сергеев

АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ ОБУЧАЮЩИЙ КОМПЛЕКС «АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ РАБОЧЕЕ МЕСТО

ЭНЕРГОДИСПЕТЧЕРА В СИСТЕМЕЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ»

Оценивается возможность применения для учебных целей адаптированного учебного комплекса «Система электроснабжения» на базе стойки телемеханики МСТ-95

Ключевые слова: автоматизированное рабочее место энергодиспетчера, телемеханика, телеуправление

Основой телеуправления в энергосистеме является получение и обработка достоверной информации о состоянии объекта управления (чаще всегоположения коммутационного аппарата) в условиях жестких внешних условий его работы [1,2].

Особенностями системтелеуправленияв энергетикеявляются:

удаленность объектов контроля и управления;

необходимость высокой точности передачи измеряемых физических величин;

недопустимость большого запаздывания сигналов;

высокая надежность передачи команд управления;

высокаястепень автоматизации процессов сбора информации. Все системы автоматики и телемеханики являются системами

переработки, передачи, воспроизведения, хранения и доставки информации.

Процесс обмена информации и ее переработка имеет очень сложный характер, и осуществляется в несколько этапов.

Информация подвергается различным преобразованиям таким, как шифрование, перекодирование, запоминание.

Основным недостатком, обуславливающим сложность многоуровневых систем управления удаленными объектами в энергетике, является многоканальность, которая приводит к низкой помехозащищенности канала связи.

Этого недостатка лишена система телеуправления в которой число каналов намного меньше числа управляемых объектов, а в большинстве случаев вообще используется один канал связи.

167

Дальность управления определяется чувствительностью и мощностью приемо-передающей аппаратуры и, в принципе, неограниченна.

Для обеспечения надежной работы энергодиспетчеров в системе электроснабжения в настоящее время разработаны и внедрены автоматизированные рабочие места (далее по тексту АРМ) энергодиспетчера участка системы электроснабжения (далее ЭЧЦ). Этот программно-аппаратный комплекс обеспечивает реализацию функций диспетчерского комплекта телемеханики и интеллектуальную поддержку энергодиспетчера.

ВкомплексАРМвходятАРМЭЧЦ,находящиесянаучасткахсистемы электроснабжения и АРМ центрального диспетчерского пункта (ЦЭДП). Передача информации от АРМ ЭЧЦ в АРМ ЦЭДП осуществляется по информационнымвтомчисле,высоковольтнымсетям.

Основные функции, выполняемые АРМ ЭЧЦ:

индикация положения телеуправляемых и «ручных» объектов, их нормального и текущего состояния, возможность установки нормального состояния и квитирования сигналов этих объектов энергодиспетчером;

автоматизация обеспечения производства работ, в том числе программное управление схемой электроснабжения, автоматизированный ввод и регистрация циркулярного приказа, автоматизированное ведение разделов суточной ведомости;

контроль условий безопасности производства работ;

автоматизированная регистрация и автоматический контроль неисправного оборудованиясзапретомпосылки командуправления;

выдача оперативной информации по заявкам, каталогу событий, электрооборудованию по запросу энергодиспетчера;

передача информации на ЦЭДП.

АРМ ЦЭДП обеспечивает реализацию следующих основных функций:

управление устройствами электроэнергетики вместе с диспетчерами дистанций электроснабжения;

сигнализация о состоянии устройств электроснабжения и их повреждений;

прием и обработка оперативно-технологической информации: прием заявок на производство ремонтных работ, передачи информации об их согласовании и организации работ по планированию и предоставлению «ремонтных окон»,разборнештатныхситуаций.

168

Время доставки информации об изменении положения объекта зависит от загруженности сети, но, как правило, не превышает нескольких миллисекунд. Таким образом, опыт эксплуатации позволяет уверенно говорить, что передача данных телесигнализации ведется в режиме реального времени.

На кафедре электромеханических систем и электроснабжения ВГТУ внедрен в учебный процесс АРМ энергодиспетчера участка электрических сетей объектакомбинированноготипа(«телеуправление телесигнализациятелерегулирование»), позволяющий в условиях одной учебной аудитории иллюстрировать основные процессы управления в системе с несколькими источниками энергии и разнообразными электрическими нагрузками, как пассивного,такиактивноготипа.

Создано специализированное программное обеспечение комплекса, позволяет иллюстрировать основные функции АРМ при проведении лабораторных занятий со студентами старших курсов электротехнических специальностей вуза.

Иллюстрация возможностей АРМ производится, как в «штатном», так и искусственно созданном «аварийном» режимах, с целью демонстрации возможностей оперативных блокировок.

Система имеет построение от единого центра управления и обладает техническимихарактеристиками,представленнымивтаблице.

Технические характеристики АРМ энергодиспетчера

Примечание: ТУ телеуправление; ТС телесигнализация; ТР телерегулирование; ТИ телеизмерения Аппаратная реализация системы произведена на базе

аналоговой стойки телемеханики типа МСТ-95 широко

169

использующейся в системах диспетчеризации ОАО «РЖД». Структурная схема АРМ приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Структурная схема АРМ энергодиспетчера

Источник сообщения генерирует сообщение А. Кодирующее устройство (кодер) формирует из сообщения А сигнал, который в передатчике преобразуется в вид, удобный для передачи полиниям связи

– физической среде, по которой передаются сигналы. Такой средой может быть специальный электрический кабель, радиоканал, оптическое волокно, линияэнергоснабжения. Приемникпреобразуетсигнал излинии связи в первоначальный вид, а декодирующее устройство (декодер) формирует из сигнала сообщение В, воздействующее на исполнительное устройство. Цель системы – эта передача сообщения от источника к получателю, будет считаться выполненной, если сообщение В, принятое получателем, полностью соответствует переданному сообщению А. При передаче от источника к получателю сообщение подвергается искажениям (под воздействием помех). Под помехой понимается постороннее возмущение в системе телемеханики, действие которого приводит к несоответствию передаваемого и принятого сообщений. На рисунке 2 представлен комплекс окон экранного редактора АРМ энергодиспетчера.

170