2.Как влияют схемы и группы соединений двухобмоточных трансформаторов на трансформацию напряжений прямой, нулевой и обратной последовательностей.

При определении фазных величин за трансформаторами нужно иметь в виду, что токи и напряжения при переходе через трансформатор изменяются не только по величине, но и по фазе в зависимости от соединения его обмоток.

Если числа витков фазных обмоток соответственно равны w_Y и w_∆, то линейный коэффициент трансформации

k = √3 w_Y / w_∆,

Рассмотрим наиболее часто встречающуюся схему трансформатора с со­единением обмоток Y_o / ∆ - 11.

При заданных фазных токах IА, Iв и Iс положительными направлениями токи в линейных проводах за треугольни­ком Ia = (IA – IB/√3) × k Ib = (IB – IC/√3) × k Ic = (IC – IA/√3) × k Выразив токи через их симметричные составляющие, имеем, например, для тока Iа:

I_a = ((1 – a²) I_A1 + (1 – a) I_A2) k / √3 (1)

откуда видно, что линейные токи не содержат составляющих нулевой последо­вательности.

Аналогично могут быть найдены напряжения:

U_a = ( U_A1 e^j30 + U_A2 e^-j30 )

Структура (1) и (2) показывает, что при переходе со стороны звезды на сторону треугольника трансформатора, обмотки которого соединены по группе Y / ∆ -11, векторы прямой последовательности поворачиваются на 30° в направлении положительного вращения векторов, а векторы обратной после­довательности - на 30° в противоположном направлении (рис.6.9).

Наиболее простые соотношения получаются для трансформатора с соеди­нением по группе 12, так как в этом случае угловые смещения токов и напряже­ний вообще отсутствуют. Но когда имеется соединение Y/Y, должны быть уч­тены трансформируемые составляющие нулевой последовательности.

3.Электрическая дуга постоянного и переменного тока; условия устойчивого и не­прерывного горения.

В электрических дуговых печах превращение электрической энергии в тепловую происходит в электрическом разряде, протекаю­щем в газе. При этом в небольшом объеме концентрируется значи­тельная тепловая энергия, что удобно для проведения процессов плавки металлов. Электропроводность газа обусловлена наличием свободных за­ряженных

частиц - электронов и ионов. На рис.3.1 изображены электрическая дуга и распределение потенциала в ней. Столб дуги расположен между катодом К и анодом А. Свободные частицы в газе образуются при контакте катода и анода. В месте контакта имеется значительное сопротивление, в котором выделяет­ся тепловая энергия. Начинается интенсивное движение молекул, соударение их. При этом появляются свободные электроны и ионы. Такое явление называется термической ионизацией.

Рис.3.1. Распределение потенциала в электрической дуге.

Газовая среда приобретает свойство электропроводности. При наличии электрического поля основным видом ионизации является ударная ионизация, когда вышедший из катода электрон под действием гра­диента напряжения ускоряется и при столкновении с нейтральным атомом или молекулой может выбить электрон.

Ионизированный газ приобретает четвертое состояние - плаз­му, характеризующуюся наличием электронов, ионов и нейтральных атомов. Одновременно с процессами ионизации происходят и процес­сы слияния электронов с положительными ионами - рекомбинация. Между этими процессами существует равновесие, характеризуемое степенью ионизации X, определяемой отношением числа ионов и электронов к полному числу нейтральных атомов в единице объема. Зависимость степени ионизации от температуры Т, давления Р и ро­да газа описывается уравнением Саха:

РX²/(1-x²)=2,4×10^-4×T^2,5×e^-11600Uи/T

где U_И - потенциал ионизации газа, в котором горит дуга.

Температура столба дуги может быть приближенно определена по следующей формуле

Т_Д=810U_И.

Дуговой разряд по длине разделяют на три области: прикатодную с катодным падением напряжения U_К, прианодную с анодным па­дением напряжения U_a, столб дуги, падение напряжения на котором U_CT (рис.3.1). Приэлектродные области имеют размеры нескольких микрон, размер дуги определяется размером столба дуги. Около приэлектродных областей существуют объемные заряды (электроны у катода, ионы у анода), вследствие чего напряжение в приэлектрод­ных областях изменяется скачком. В столбе дуги напряжение про­порционально длине дуги, градиент потенциала постоянен по длине дуги.

На практике стремятся снизить активное сопротивление R кон­тура с дугой, чтобы уменьшить потери мощности, а для достижения устойчивого горения дуги применяют специальные источники - с крутопадающих ВАХ и источники тока. Рассмотрим существующие спо­собы регулирования тока дуги, их три: 1 - изменением напряжения источника питания (рис.3.3, а); 2 - изменением добавочного соп­ротивления в цепи дуги (для дуг, питаемых от источников с жест­кой ВАХ)

Рис.3.3. BAX дуги и источников питания при различных способах регулирования тока дуги.

(рис.3.3, б); 3 - изменением длины дуги (для дуг, пита­емых от источников с жесткой ВАХ) (рис.3.3, в).

Рис.3.4. Изменение тока и напряжения дуги за период при активной (а) и активно-реактивной (б) нагрузке

Для дуг переменного тока кроме статических ВАХ характерны динамические ВАХ, так как напряжение источника периодически из­меняет знак, катодное и анодное пятно периодически меняются мес­тами. На рис.3.4,а изображен график изменения тока и напряжения дуги за период при активной нагрузке контура. Для зажигания дуги необходимо напряжение пробоя дугового промежутка - напряжение зажигания U₃. При снижении напряжения источника до напряжения U_П оно будет недостаточно для поддержания дугового промежутка в ио­низированном состоянии, и дуга гаснет. Напряжение погасания U_П несколько меньше U₃, так как дуговой промежуток разогрет и для поддержания тока нужно меньшее напряжение.

В течение времени τ_П ток не проходит через дуговой промежуток. В следующий полупериод картина повторяется. Таким образом, при наличии в цепи только активного сопротивления дуга го­рит с перерывами, что ведет к уменьшению тепловой мощности, вы­деляющейся в дуге.

При включении в цепь дуги индуктивного сопротивления между током дуги и напряжением источника образуется сдвиг фаз на угол φ (рис.3.4, б). При снижении напряжения источника Uист меньше Uд горение дуги поддерживается за счет энергии, накоплен­ной в индуктивности. Расчеты показывают, что при cosφ < 0,85 наступает непрерывное горение дуги. Это несколько снижает коэф­фициент мощности установки, однако, обеспечивает непрерывное го­рение дуги и ограничивает токи короткого замыкания.

В маломощных дугах переменного тока имеются паузы тока вследствие интенсивного охлаждения, деионизации и других причин, поэтому для ее зажигания требуется повышенное напряжение. При хорошо теплоизолированной и мощной дуге (это, например,- дуга, горящая в парах металлов в печи) формы кривых тока и напряжения практически синусоидальны и дуга горит непрерывно.

На столб дуги действует собственное магнитное поле, вызывая сжатие его и магнитное поле, создаваемое током в жидкой ванне печи, которое в дуговых сталеплавильных печах трехфазного тока вызывает электромагнитное выдувание дуги из-под электрода. Дута переменного тока используется в дуговых сталеплавильных печах, руднотермических печах, плазменно-дуговых печах переменного тока, электрической дуговой сварке.

Билет №22

1. Почему при частотном регулировании скорости асинхронного двигателя необходимо одновременно изменение частоты и напряжения? В каком соотношении измеряются эти два параметра?

Частотный способ является одним из наиболее перспек­тивных и широко используемых в настоящее время спосо­бов регулирования скорости АД. Принцип его заключается в том, что, изменяя частоту f₁ питающего АД напряжения, можно в соответствии с выражением ω₀ = 2πf₁/p изменять его синхронную скорость ω₀, получая тем самым различные искусственные характеристики. Этот способ обеспечивает плавное регулирование в широком диапазоне, получаемые характеристики обладают высокой жесткостью. Частотный способ к тому же отличается и еще одним весьма важным свойством: при регулировании скорости АД не происходит увеличения его скольжения, как это имеет место, например, при реостатном регулировании. Поэтому при этом способе регулирования потери скольжения, определяемые по (4.15), оказываются небольшими, в связи с чем частотный способ наиболее экономичен.

Для лучшего использования АД и получения высоких энергетических показателей его работы — коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способно­сти - одновременно с изменением частоты питающего на­пряжения необходимо изменять и значение этого напряже­ния. Закон изменения напряжения при этом зависит от ха­рактера момента нагрузки.

При выборе соотношения между частотой и напряжени­ем, подводимым к статору АД, часто исходят из условия сохранения его перегрузочной способности λ, которая опре­деляется отношением критического момента двигателя М_к к моменту нагрузки М_с,

λ = М_К / М_С = const, (4.28)

Если пренебречь активным сопротивлением статора и учесть, что x_K ~ f₁ и ω₀ ~ f₁, то это выражение можно записать как:

(4.29)

где А — постоянная, не зависящая от f₁.

Из (4.29) следует, что для любых двух значений часто­ты f_1i и f_1k должно соблюдаться следующее соотношение:

(4.30)

где М_Ci, M_Ck - моменты нагрузки при скоростях АД, соот­ветствующих частотам f_1i и f_1k.

Отсюда следует основной закон изменения напряжения при частотном способе регулирования скорости АД:

(4.31)

С помощью выражения (4.31) могут быть получены ча­стные законы изменения напряжения и частоты при раз­личных зависимостях момента нагрузки М_с от скорости.

При постоянном моменте нагрузки M_c = const, при этом согласно (4.31)

U_Ф / f₁ = const, (4.32)

т. е. напряжение на статоре должно изменяться пропорцио­нально его частоте.

На рис. 4.18, а приведены механические характеристики АД при выполнении соотношения (4.32). Для частот ниже номинальной (f_1i < f_НОМ) критический момент АД постоя­нен, что обеспечивает неизменную перегрузочную способ-

Рис. 4.18. Механические характеристики при частотном регулировании

координат АД: а — расчетные, б — практические

ность двигателя. При частотах выше номинальной (f_1i > f_НОМ), когда по техническим условиям напряжение на статоре не может быть повышено сверх номинального, кри­тический момент АД снижается.

Рис. 4.19. Схема асинхронно­го электропривода при частот­ном регулировании

2. Монтаж и эксплуатация электропроводок.

Электропроводки в стальных трубах. Допускается использовать: обыкновенные стальные водогазо-проводные трубы для электропроводок только во взрывоопасных зонах; легкие водогазопроводные трубы в помещениях сырых, осо­бо сырых, с химически активной средой, в наружных установках и при скрытой прокладке стальных труб.

Тонкостенные электросварные трубы не допускается применять во взрывоопасных зонах, в помещениях сырых, особо сырых и с химически активной средой; рекомендуется — во всех остальных средах, в том числе в пожароопасных помещениях.

Заготовку труб, их обработку, очистку, покраску, комплектование в отдельные узлы и пакеты вы­полняют в мастерских МЭЗ. Пос­ле очистки трубы окрашивают асфальтовым лаком изнутри и сна­ружи. Трубы, предназначенные для прокладки в бетонных масси­вах, снаружи не окрашивают. Оцинкованные трубы окраски не требуют.

На месте монтажа трубы укладывают готовыми узлами, соединяют их между собой и затягивают в них провода.

Ответственной операцией при монтаже электропроводок в сталь­ных трубах является их надежное соединение между собой.

Соединение муфтой на резьбе выполняют с уплотнением паклей на сурике или специальной фторопластовой лентой марки ФУМ. Такое соединение обязательно для обыкновенных и легких водогазопроводных труб во взрывоопасных зонах, в помещениях сырых, жарких, а также содержащих пары и газы, вредно влияющие на изоляцию проводов. В сухих непыльных помещениях допу­стимо соединение стальных труб гильзами или манжетами, без уплотнения.

Соединение труб без применения накатной резьбы и сварки удов­летворяет требованиям для использования стенки труб в качестве нулевых проводников.

Стальные трубы при открытой прокладке крепят скобами и хомутами. Запрещено крепление стальных труб всех типов к метал­локонструкциям с помощью электрической и газовой сварки

Ответственная и трудоемкая операция — это протягивание про­водов в стальных трубах. Чтобы избежать повреждения изоляции проводов при протяжке, на концах стальных труб устанавливают пластмассовые втулки.

После прокладки труб и протяжки проводов в них концы труб для предохранения от попадания строительного мусора и воды за­крывают трубными заглушками из полиэтилена, выпускаемыми за­водами монтажных организаций, а при их отсутствии — деревян­ными конусами.

Последняя операция монтажа трубной электропроводки — ввод стальной трубы в корпуса машин, аппаратов, соединительных или ответвительных коробок, который может быть жестким или гибким.

Для создания надежного электрического контакта между корпусом (машины, аппарата, коробки) и стальной трубой по обе стороны устанавливают специальные заземляющие гайки, имеющие острые выступы, обращенные к стенке корпуса («царапающие» гайки).

Для гибкого соединения трубы с корпусом выпуска­ют специальные гибкие вводы из металлорукава с патрубками и установочными гайками.

Электропроводки в пластмассовых трубах

Винипластовые трубы жесткие, обладают высокой ме­ханической прочностью, но в зависимости от температуры окружа­ющей среды деформируются по длине (0,08 мм/м на 1°С), что не­обходимо учитывать при выборе способа их крепления. Предус­матривается возможность продольного смещения винипластовой трубы. При жестком креплении применяют компенсаторы удлине­ния в виде специальных сальников или «уток».

Для соединения винипластовых труб применяют прессован­ные винипластовые муфты; в местах поворота трасс используют нормализованные угловые элементы из пластмассовых труб с по­воротом на 90, 120 и 150°.

Допускается применять винипластовые трубы для защиты ка­белей в агрессивных грунтах, для открытых и скрытых электропроводок по несгораемым и сгораемым стенам, перекрытиям и кон­струкциям, в помещениях сухих, влажных, сырых и пыльных, с химически активной средой и в наружных установках; при откры­той и скрытой проводке непосредственно по несгораемым и трудно­сгораемым основаниям; при скрытой проводке по сгораемым осно­ваниям с прокладкой труб по слою листового асбеста толщиной не менее 3 мм или по намету штукатурки толщиной не менее 5 мм, выступающему с каждой стороны трубы не менее чем на 5 мм, спо-в следующим покрытием штукатуркой толщиной не менее 10 мм.

Запрещается применять винипластовые трубы во взрыво- и пожароопасных зонах и больницах как для открытой, так и для скрытой электропроводки. Открытая прокладка запрещается в зрительных залах, на сценах, в киноаппаратных, детских садах, яслях, пионерских лагерях, на чердаках, в жилых и общественных зданиях высотой в десять этажей и более.

Полиэтиленовые трубы имеют пониженную механиче­скую прочность по сравнению с винипластовыми, но более эластичны.

Полиэтиленовые трубы | деформируются под воздействием жиров, нефтепродуктов и при I длительном воздействии дневного света, поэтому их применяют только для скрытых электропроводок по несгораемым стенам, перекрытиям и конструкциям.

Полипропиленовые трубы по своим свойствам во многом аналогичны полиэтиленовым, но более термостойкие; при отрицательных температурах они более хрупкие, чем полиэтиленовые.

Обработку и монтаж винипластовых и полиэтиленовых труб ведут при положительных температурах помещений.

Скрытые электропроводки в полиэтиленовых и полипропиленовых трубах разрешены в сухих, влажных, сырых, особо сырых и пыльных помещениях, в помещениях с химически активной средой, непосредственно по несгораемым основаниям. Эти трубы можно также применять в подливках полов и фундаментах под оборудова­ние при условии предохранения легких труб от механических повреждений; для труб среднего и тяжелого типа защита от механических воздействий не требуется.

Запрещено применять полиэтиленовые и полипропиленовые трубы во взрыво- и пожароопасных зонах, в зданиях ниже второй I степени огнестойкости, зрительных залах, на сценах, в киноаппаратных, детских садах, яслях, пионерских лагерях, больницах, на чердаках, в жилых и общественных зданиях высотой в десять этажей и более.

Электропроводки на тросах и струнах

Электропроводки на тросах. Они отличаются простотой конструкции, небольшим количеством крепежных деталей и позволяют осуществить высокий уровень индустриального монтажа путем полной предварительной заготовки их в монтажных мастерских и последующей подвески и натяжки в цехе между стенами, колоннами или фермами. Их применение ограничено в пролетах цехов, в которых передвигаются краны или кран-балка. Поэтому их раз­мещают в местах, где краны не работают, либо выше кранов, в свободном пространстве между нижним поясом фермы и мостом крана.

Наиболее совершенны проводки на тросах со специальными изолированными проводами и несущим тросом марок APT и АВТ.

Тросовые провода выпускают с двумя, тремя и четырьмя токо-проводящими жилами сечением 2,5—25 мм².

Электропроводки на тросах можно выполнять изолированными проводами или кабелями, подвешенными на отдельном тросе или проволоке. Несущий трос (или прово­лока) может проходить как внутри коробки, так и снаружи с креплением к коробке специальной скобой.

Электропроводки на струнах. Они являются разновидностью электропроводок на тросах и отличаются от последних подвеской проводов на натянутой стальной проволоке, закрепляемой вплот­ную к строительным основаниям (перекрытиям, фермам, балкам, стенам, колоннам и пр.). В электропроводках на струнах проще и удобней осуществлять ответвления к устанавливаемым на стенах щиткам, выключателям и другим аппаратам.

Все элементы электропроводок на тросах и струнах должны быть по требованию ПУЭ надежно заземлены.

В сетях с глухоза-земленной нейтралью заземление обеспечивается присоединением к нейтральному проводу несущего троса, корпусов ответвительных коробок, корпусов светильников или других электроприемников.

При прокладке кабелей на тросах их оболочки (свинцовые или алюминиевые) соединяют в общую цепь перемычками из гибкого медного провода сечением не менее 2,5 мм². Перемычки закреп­ляют на кабелях бандажом из стальной или медной проволоки, припаивают к оболочкам и присоединяют к металлоконструкциям, на которых подвешены кабели, а также к корпусам ответвительных коробок.

Электропроводки на тросах и струнах после окончания монта­жа, а также в процессе эксплуатации в сроки, установленные ме­стной инструкцией, проверяют путем измерения сопротивления изо­ляции проводов и кабелей мегаомметром на 1 кВ при снятых плавких вставках предохранителей, вывинченных лампах в све­тильниках и отключенных других электроприемниках. Сопротивле­ние изоляции должно быть не менее 0,5 МОм. Проверяют также наличие металлической связи в цепи заземления - зануления).

Электропроводки в лотках и коробах

В помещениях, где допускается открытая прокладка кабелей и проводов, использование сварных и перфорированных лотков поз­воляет значительно сократить трудоемкие операции по креплению проводок и обойтись без дефицитных труб.

Лотки серии НЛ для электропроводок выпускают секциями длиной 2 м двух типов — сварные и перфорированные.

Лотки устанавливают на высоте не ме­нее 2 м от уровня пола или площадки обслуживания; в помеще­ниях, обслуживаемых специально обученным персоналом, высота расположения лотков не нормируется.

Кабели и провода крепят на всех поворотах и ответвлениях; на прямых участках не более чем через 3 м при горизонтальной прокладке и через 0,5 м при вертикальной. Для крепления кабелей и проводов на лот­ках применяют различные изделия за­водского изготовления (скобы, полос­ки с пряжками, пластмассовую ленту с кнопками и др.). Кабели и провода перед прокладкой в лотках раскаты­вают на полу вдоль трассы лотков. Применяют также способ прокладки кабелей на лотках по роликам с резиновыми валиками, устанавливаемыми вдоль лотков и в местах поворотов трассы и переходов с одной полки на другую. Лотки соединяют между собой с помощью накладок, обеспечивающих непрерывность электрической цепи заземления.

Билет №23