книги из ГПНТБ / Никифоровский Н.Н. Судовые электрические станции учеб. пособие

Можно показать, что этот вывод справедлив для любого коэффи­ циента мощности нагрузки.

Из диаграммы следует, что погрешность в напряжении возрастет

угол между вектором первичного напряжения и повернутым на 180°

затем проходит через нулевое значение и возрастает, сменив свой знак. При cos ср2 = 0,5 с ростом / 2 значение б все время возрастает. Очевидно, что б растет и с ростом /0, однако эта зависимость сравни­ тельно небольшая.

Для уменьшения угловой погрешности можно к основной части обмотки каждой из фаз добавить некоторое число витков обмотки соседней фазы, т. е. соединить первичную обмотку в зигзаг, что ис­ кусственно привносит угловой сдвиг, компенсирующий угловую по­ грешность при индуктивной нагрузке трансформатора напряжения.

Всвязи с тем что зависимость AU и б от /0 сравнительно невелика,

втрансформаторе напряжения оказывается возможным принять за ра­ бочую примерно в 10 раз большую индукцию, чем в трансформаторе

тока, рассчитываемом так, чтобы рабочая индукция соответствовала

схем включения трансформаторов напряжения, получивших наи­ большее распространение, на рис. 5.34 представлены три схемы.

Схема рис. 5.34, а предполагает включение лишь одного однофаз­ ного трансформатора напряжения. Схема проста, применяется в одно-

258

фазных установках. В трехфазных установках применяется тогда, когда достаточно иметь одно из трех междуфазных напряжений.

Схема рис. 5.34, б удобна тем, что в ней всего два однофазных трансформатора, включенных в открытый треугольник. Вместе с тем она позволяет получить на вторичной стороне три междуфазных напряжения. Схема нашла большое применение в трехфазных сетях, работающих с малым током замыкания на землю, в частности ее ши­ роко применяют в судовых электрических установках трехфазного тока.

В сетях с малым током напряжения на землю (от 380 в до 18 кв) широкое применение нашла схема рис. 5.34,6 с пятистержневым трехфазным трехобмоточным трансформатором. В этой схеме основ­ ные вторичные обмотки, соединенные звездой, позволяют включать приборы на междуфазные и фазные напряжения. Дополнительные вторичные обмотки используются для контроля состояния изоляции и питания некоторых схем релейной защиты.

Трансформаторы напряжения защищают с первичной и вторичной сторон предохранителями. Предохранители с первичной стороны защищают питающую сеть при к. з. в самом трансформаторе, тогда как предохранители со вторичной стороны защищают трансформатор при больших перегрузках и к. з. во вторичной цепи.

§ 5.7. ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Для надежной работы аппаратов в электрической установке необ­ ходимо, чтобы они удовлетворяли ряду требований, обеспечивающих их работу в нормальном режиме и при коротких замыканиях.

Условия выбора и проверки аппаратов. Ограничимся пока рас­ смотрением некоторых общих характеристик аппаратов, а затем рас­ смотрим и частные характеристики, специфически присущие отдель­ ным видам аппаратов (выключателям, измерительным трансформа­ торам и др.).

Все аппараты выбирают по номинальному напряжению, номи­ нальному току и конструктивному исполнению с учетом рода установ­ ки.

По номинальному напряжению аппараты выбирают так, чтобы вы­ полнялось условие

Вообще говоря, при выборе аппарата по напряжению следует со­ поставлять наибольшее рабочее напряжение электрической установки

достаточно сопоставить номинальные напряжения установки и аппа­ рата, чтобы гарантировать длительную работу его изоляции без по-

ёреждений, разумеется, при соблюдении правил эксплуатации аппа­ ратов.

По номинальному току аппараты выбирают так, чтобы выполня­ лось условие

ратура окружающей среды не превышает расчетную. Если длительный ток нагрузки превысит номинальный ток аппа­ рата, то температура его отдельных частей и контактов превысит допустимую, что резко сократит срок службы аппарата, так как механические и электрические свойства материала аппарата с повыше­

нием температуры резко ухудшаются.

Аппарат может работать и при температуре окружающей среды

определяют по приближенной формуле

где Ѳдоп — длительно допускаемая температура нагрева наиболее чувствительных к изменению температуры частей или узлов аппарата (например, контактов у выключателей).

По конструктивному исполнению с учетом рода установки аппа­ раты выбирают так, чтобы они могли надежно работать в специфи­ ческих условиях проектируемой электрической установки, были просты в эксплуатации и дешевы.

Так, например, для работы на морских судах должны выбираться аппараты морского исполнения, т. е. аппараты, предназначенные для работы в судовых электрических установках и удовлетворяющие

жений (доки и др.), судов прибрежного плавания и некоторых других типов может быть допущено применение аппаратов общепромышлен­ ного исполнения.

Аппарат, выбранный по номинальным характеристикам, прове­ ряется на термическую и электродинамическую устойчивость.

Под термической устойчивостью аппарата понимают его способ­ ность, не перегреваясь, противостоять токам к. з., проходящим через аппарат.

Термическая устойчивость обычно характеризуется током постоян­ ной величины, который за время t, равное одной, пяти или десяти секундам (время t указывается заводом-изготовителем аппарата),

260

нагревает аппарат так, что температура любой части его не превзой­ дет кратковременно допустимую температуру.

Проверить аппарат на термическую устойчивость — это значит сопоставить количество тепла QK-3, выделяемое в аппарате током к. з. за время короткого замыкания, с количеством тепла (2Д0П, допустимым для аппарата.

Важно уяснить,что при проверке аппаратов на термическую ус­ тойчивость величину І£іф следует находить расчетом для двух- и и трехфазного видов к. з. и в выражение (5.13) подставлять большую из полученных величин. При определении / то и іф расчетную точку выбирают так, чтобы ток к. з. через выбираемый аппарат был наи­ большим возможным током к. з.

В электрических установках постоянного тока условие терми­ ческой устойчивости аппаратов имеет вид

(5.14)

где / ср — среднее значение тока короткого замыкания через аппарат

Заметим также, что термическая устойчивость выключателей нап­

хранителями, проверять на термическую устойчивость нет необходи­ мости.

Под электродинамической устойчивостью аппарата понимают спо­ собность токопроводов, изоляции, контактной системы и других частей аппарата нормально работать после прохождения по нему максимального сквозного тока к. з.

Условие электродинамической устойчивости аппаратов переменного тока имеет вид

(5.15)

гдег'у3) — ударное расчетное значение тока трехфазного к. з. через аппарат [определяется по формуле (3.70) или (3.71)];

/макс — мгновенное значение максимально допустимого тока через аппарат (ток электродинамической устойчивости).

Для аппаратов постоянного тот условие электродинамической устойчивости имеет тот же вид [(формула (5.15)], но вместо ударного тока г'у3> следует сопоставлять с і'макс наибольшее мгновенное значение тока к. з. /к, определяемое по формуле (3.131).

261

При определении гу31 или / а расчетная точка к. з. должна выбираться так, чтобы ток к. з. через рассматриваемый аппарат был наибольшим возможным током короткого замыкания.

Аппараты, защищенные токоограничивающими предохранителя­ ми, проверять на электродинамическую устойчивость нет необходи­ мости.

Выбор отдельных видов аппаратов. Выбор предохранителей на­ пряжением до 1000 в производят: по номинальному напряжению, но­ минальному току (плавкой вставки и предохранителя), конструктив­ ному выполнению с учетом рода установки и по отключающей спо­ собности.

Номинальный ток плавкой вставки предохранителя / в.ном в це­ пях без двигателей рекомендуется выбирать исходя из номинального тока /ном защищаемого электрооборудования, т. е.

IВ - НОМ <: ном*

Такое условие выбора плавкой вставки совпадает с требованиями Регистра для выбора вставок к предохранителям в судовых условиях.

При наличии в цепи двигателя постоянного или переменного тока плавкую вставку выбирают исходя из условия

а = 1,6-г-2).

Если в цепи п двигателей, то находят максимально возможный ток цепи / макс. При пуске одного из двигателей

п—1

k0 — коэффициент одновременности работы п — 1 двигателей рассматриваемой цепи.

При этом запускаемым следует считать тот двигатель, при кото­ ром / ма„с становится наибольшим.

Ток плавкой вставңи при п двигателях в цепи находят из двух условий:

где ko — коэффициент одновременности работы п двигателей.

262

Номинальный ток предохранителя выбирают по номинальному то­ ку выбранной плавкой вставки.

Напомним, что номинальные токи некоторых типов предохрани­ телей могут отличаться от номинальных токов плавких вставок (§ 5.4).

Отключающая способность предохранителя определяется предель­ ным током / отк> который предохранитель способен разорвать без выброса пламени и дыма, без механического разрушения патрона, контактной системы и других своих частей, что может воспрепятство­ вать дальнейшей исправной работе предохранителя после смены плавкой вставки.

При выборе предохранителя по отключающей способности (от­ ключаемому току) должно выполняться условие

1 ^ 1 отк»

где Г — действующее значение тока к. з. за первый период с учетом тока двигателей (определяется аналитически).

Выбор рубильников, пакетных выключателей и переключателей

производят: по номинальному напряжению, номинальному току, конструктивному выполнению с учетом рода тока и по отключающей способности в номинальном режиме.

Выбор автоматических выключателей напряжением до 1000 в

производят: по роду тока, номинальному напряжению, номинальному

Приводимое условие совпадает с требованиями Регистра к выбо­ ру расцепителей выключателей для судовых установок.

За / раб при выборе АВВ для цепи трансформатора принимают номинальный ток трансформатора, а для цепи генератора — ток при работе генератора с номинальной мощностью и напряжением 0,9Нном.

Выбрав максимальный расцепитель, выбирают выключатель с но­ минальным током / а.ном так, чтобы соблюдалось условие

Расцепитель с номинальным током / рном может быть у выклю­ чателей на разные номинальные токи. Тогда, вообще говоря, сле­ дует выбрать выключатель с наименьшим номинальным током. Одна­

263

ко с уменьшением номинального тока выключателя уменьшается и ве­ личина отключаемого им тока к. з., с чем следует считаться.

лупериод появления дуги.

При выборе выключателя постоянного тока должно быть

где / к = /ос.—для селективных и / к = /к — для неселективных АВВ. На термическую устойчивость проверяют только селективные

АВВ.

На электродинамическую устойчивость проверяют только те вык­ лючатели, для которых в справочных данных специально оговорены токи электродинамической устойчивости. Остальные выключатели проверять на электродинамическую устойчивость нет необходимости.

Выбор трансформаторов тока производят: по номинальному напряжению, номинальному току, конструктивному выполнению с учетом рода установки и по классу точности, с учетом фактической вторичной нагрузки трансформатора.

Класс точности трансформатора тока выбирают исходя из его наз­ начения (см. табл. 5.1).

Выбрав в каталоге трансформатор тока нужного класса точности, следует убедиться в том, что нагрузка на трансформатор ?2 не прев­ зойдет его номинальную нагрузку z2h0M или, что то же, ожидаемая мощность нагрузки 5 2 не превзойдет номинальную вторичную мощ­ ность трансформатора S2hom, задаваемую каталогом.

Ожидаемую мощность вторичной нагрузки определяют при номи­ нальном токе вторичной цепи / 2н0м; тогда

*^2 ^ 2 Н 0 М ^ 2 — ^ 2 Н 0 М ^ 2 (5.20)

Полное сопротивление вторичной цепи складывается из полного сопротивления включенных в цепь трансформатора тока последова­ тельных обмоток приборов 2гприб л; 2гприб (индуктивное сопротив­ ление обмоток очень мало), сопротивления соединительных проводов Гдров и сопротивления всех контактов цепи гконт, т. е.

по каталогам на электроизмерительные приборы, а сопротивление всех контактов обычно принимают равным 0,1 ом.

264

С/рез равно удвоенному падению напряжения в проводе, взятом в один

ток в обратном проводе равен току в прямом проводе и сдвинут на 60° так, что результирующее падение напряжения в проводах Upes =

= / З П пров и мощность, теряемая в^проводах, SnpoB = / 3 Ппров/ 2ЫОМ *

В рассматриваемой схеме kcx = У 3.

Рассчитав snp0B, выбирают ближайшее большее сечение. Однако по условию механической прочности берут сечение не менее 1,5 мм2 при кабелях с медными жилами, что предусмотрено также требова­ ниями Регистра, и не менее 2,5 мм2 при кабелях с алюминиевыми жилами (береговые установки).

Проверка трансформатора тока на термическую устойчивость про­

Обычно в каталогах приводятся значения ku полученные при од­ носекундном токе /(, т. е. при t = 1 сек.

Проверка трансформатора тока на электродинамическую устой­ чивость производится исходя из общего условия (5.15), которое в дан­ ном частном случае имеет следующий вид:

265