MV1962-Лабы

3

Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни "Основи електроенергетики та електропостачання" для підготовки бакалаврів за напрямком 6.0922 – електромеханіка / Укл. Т.О. Дручина. – Одеса: Наука і техніка, 2005. – 53 с.

Укладач Т.О. Дручина, старш. викл.

4

5

ЗАГАЛЬНІ УМОВИ ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

Мета даного циклу лабораторних робіт – практичне закріплення теоретичних знань за основними розділами учбової дисципліни "Основи електроенергетики та електропостачання".

При підготовці до кожної конкретної лабораторної работи студент повинен опрацювати методичні вказівки до неї, а також рекомендовану літературу (сторінки вказані до конкретної роботи у порядку ії методичної переваги) і лекційний конспект.

Нижче наведено список рекомендованої літератури до самостійної підготовки студентів до лабораторних занять.

1.Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий: Учеб. для студентов вузов по специальности "Электропривод и автоматизация промышленных установок". – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1986. – 400 с.: ил.

2.Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и уста-новок. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1990. – 366 с.: ил.

3.Родштейн Л.А. Электрические аппараты.– 4-е изд., перераб. и доп. – Л.: Ленингр. отдние, 1989. – 304 с.: ил.

4.Андреев В.А. Релейная защита, автоматика и телемеханика в системах электроснабжения: Учеб. для вузов . – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1985. –

391 с.: ил.

Ступінь підготовки студентів до кожної лабораторної роботи керівник перевіряе перед початком лабораторних занять.

При виконанні лабораторних робіт студент повинен суворо додержуватись правил техніки безпеки.

Звіт про кожну лабораторну роботу студенти оформлюють самостійно у вигляді індивідуального протоколу, зміст якого визначаеться у методічнах вказівках до кожної роботи окремо.

6

Лабораторна робота №1 ВИВЧЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ АПАРАТІВ З НАПРУГОЮ ВИЩЕ 1 кВ

Мета роботи – ознайомлення з призначенням і конструкцією основних комутаційних апаратів з номінальною напругою вище 1 кВ.

У результаті проведення роботи студент повинен знати: призначення, конструкцію та область застосування контактних комутаційних апаратів з номінальною напругою вище 1 кВ;

уміти: класифікувати електричні апарати, виконувати операції вмикання і вимикання вимикачів, вимикачів навантаження та роз’єднувачів.

1.1. Програма виконання роботи

При підготовці до роботи необхідно надбати знання про комутаційні апарати.

1.1.1 Роз’єднувачі, короткозамикачі, відділювачі

Ознайомитися із призначенням та конструкцією роз’єднувачів, короткозамикачів та відділювачів, звертаючи увагу на конструктивне виконання їх контактних, механічних і магнітних систем. Знати типи роз’єднувачів, короткозамикачів та відділювачів [2, с. 32-35; 3, с. 149-153; 1, с. 263-264].

1.1.2 Плавкі запобіжники из напругою вище 1 кВ

Ознайомитися з конструкцією плавких запобіжників різних типів [2, с. 35-37; 3, с. 186-189; 1, с.296-298].

1.1.3 Масляні вимикачі з великим об’ємом масла

Необхідно ознайомитися із призначенням і загальним принципом конструкції масляних бакових вимикачів. При цьому необхідно чітко усвідомити функції, які виконує масло, та розумітися у процесах, що відбуваються при гашенні дуги. Знати типи вимикачів з великим об’ємом масла [2, с. 37-41;3, с. 154-158].

1.1.4 Маломасляні вимикачі

Звернути увагу на роль масла у цих вимикачах, ознайомитись із будовою контактної і дугогасної систем, їх роботою. Знати типи вимикачів з малим об’ємом масла [2, с. 41-44; 3,

с.158-162].

1.1.5Повітряні, електромагнітні, вакуумні і елегазові вимикачі

Вивчити конструктивні схеми вимикачів, їхні переваги та недоліки. Знати типи вимикачів [2, с. 44-51; 3, с. 162-166,167-169].

1.1.6 Вимикачі навантаження

7

Ознайомитися з призначенням і конструкцією вимикачів навантаження в комплекті з високовольтними запобіжниками, звертаючи увагу на відмінність вимикача навантаження типу ВНП - 16 від типу ВНП -17 [2, с. 51-52; 3, с. 167].

1.1.7 Приводи вимикачів

Ознайомитися з призначенням і основними частинами приводу. Уважно розглянути конструкцію основних типів приводів: ручного,електромагнітного, пружинного та пневматичного. Знати типи приводів [2, с. 52-58].

1.2. Лабораторне обладнання

Для вивчення у цій роботі використовується таке обладнання: роз’єднувач внутрішньої установки РВ – 10; лінійний роз’єднувач зовнішньої установки РНД – 35; олійний вимикач ВК – 10 з пружинним приводом; масляний вимикач ВМП – 10 з електромагнітним приводом ПЕ – 11 у комірці КРУ2 – 10; вимикач навантаження ВНП – 17 з високовольтним запобіжником ПКТ – 10.

Відчизняна промисловість виготовляє шафи комплектних розподільчих пристроїв типу КРУ на напругу 6-35 кВ з повітряною ізоляцією і освоює конструкцію шаф на напругу 110 і 220 кВ з елегазовою ізоляцією. При цьому шафи при

напрузі 6-35 кВ випускаються для схеми з однією системою збірних шин з маломасляними, елегазовими і вакуумними вимикачами на візках, що викочуються. Функції роз’єднувачів у таких комірках виконують спеціальні роз’єднуючі контакти.

Кожний розподільчий пристрій складається з комірок різного призначення:

ввідних, які живлять секцію розподільчого пристрою (РП); секційних які з’єднують секції РП; вимірювальних трансформаторів напруги (разом з розрядником); власних потреб (з трансформаторами потужністю до 63 кВА), які живлять споживачів власних потреб РП при напрузі 0.38/0.22 кВ; приєднання кабельних і повітряних ліній передачі. Тому кожна серія КРУ випускається у складі із стандартного ряду наборів шаф для різномонітного призначення відповідно до запланованої сітки схем їх заповнення. При цьому всі шафи однієї серії для зручності компоновки РП мають однакові габаритні розміри.

Шафи КРУ укомплектовані механічними блокуваннями, які виключають можливість вмикання вимикача у розфіксованому положенні висувного елемента (візок з вимикачем); розфіксувати і викотити висувний елемент при ввімкненому вимикачеві. Ці ж блокування не припускають укочування висувного елемента в робоче положення при ввімкненому вимикачеві.

Шафа КРУ (рисунок 1.1) складається з трьох блоків: корпуса, висувного елемента 1 і релейної шафи 2. Корпус шафи розділений металевими перегородками і шторками на чотири відсіки: збірних шин 3; верхніх контактів головного ланцюга 4; який вони роз’єднують при викочуванні висувного елемента 1; відсіка 5 висувного елемента (візка); нижніх контактів головного ланцюга, який вони роз’єднують при викочуванні висувного елемента; трансформаторів струму і кабельних приєднань 6.

Збірні шини 7 у своєму відсіку розмі-щуються на опорних ізоляторах 8 і зв’язані з верхніми контактами, що роз’єднують ланцюг головного струму, шинними відпайками, які проходять крізь перегородку за допо-могою прохідних ізоляторів 9. Зверху цей відсік закривається з’ємною кришкою. Відсік верхніх роз’єднувальних контактів та відсік нижніх роз’єднувальних контактів, трансформаторів струму 10 і кабельних приєднувань відділений від відсіку висувного елемента металевим з’ємним листом і шторками падаючого типу, що

9

де R – активний опір обмотки відповідного електромагніту.

Викотити візок з вимкненим вимикачем, звернувши при цьому увагу на процес розмикання штепсельних контактів первинних і вторинних ланцюгів. Вивчити важільний механізм пересування візка, який керується за допомогою з’ємного ключа, усвідомити, як забезпечується фіксування візка у робочому та іспитовому положеннях. Ознайомитися з механізмом опускання шторок, які закривають відсіки шинного та лінійного пересувних контактів, щоб виключити випадкове доторкання до частин, що залишились під напругою. Обстежити конструкцію вузла, що перешкоджає викочуванню або укочуванню візка при ввімкненому положенні вимикача. Уважно оглянути вимикач (пружини, що вимикають вимикач, демпфуючий пристрій для пом’якшення ударів при вимиканні, масловказівне скло, конструкцію ізоляції між струмоведучими частинами усіх фаз і між кожною фазою і рамою вимикача).

УВАГА! При викочуванні висувного елемента треба уважно стежити за тим, щоб не травмувати ноги.

Закотити висувний елемент комірки у робоче положення і, користуючись плакатом, закріпити отримані при підготовці до роботи знання про будову полюса вимикача і його дугогасної камери, а також про процес гашення дуги при відключенні вимикача.

1.3.3 Вимірювання власного часу вмикання і вимикання вимикача ВК – 10 необхідно провести за допомогою спеціального макета.

За дозволом керівника занять і тільки під його наглядом подати живлення на лабораторну установку за допомогою вмикання штепсельного роз’єму і автомата на лабораторному груповому щитку. Виконати спробне вмикання і вимикання вимикача ключем управління. При цьому секундомір залишається вимкненим спеціальним перемикачем. Після цього необхідно підготувати ланцюг секундоміра до роботи і натисканням на його важіль установити на нуль його попереднє значення. Вмикаючи й вимикаючи вмикач ключем, виміряти власний час вмикання і вимикання вимикача пружинним приводом. Щоб уникнути помилок при вимірюванні, після повороту ручки в положення „Включить” або „Отключить” необхідно задержувати ключ у цьому положенні до повного завершення операції і припинення роботи секундоміра. Після кожного виміру треба скидати на нуль показання секундоміра.

Вимір часу вмикання і вимикання необхідно повторити тричі і порівняти із нормованим для цього вимикача з приводом значенням: час вмикання – не більше ніж 0,075 s, а час вимикання – не більше ніж 0,07 s.

УВАГА! Цю частину роботи необхідно виконувати тільки під безпосереднім наглядом керівника занять.

Зважаючи на великий обсяг літератури, яка рекомендована для підготовки до цієї лабораторної роботи, нижче дана методична розробка загальних теоретичних положень до цієї роботи.

1.4. Загальні теоретичні відомості

Як відомо, при вимиканні контактних електричних апаратів високої напруги обов’язково виникає електричний розряд у формі електричної дуги, яка володіє великою енергією. Тому всі контактні комутаційні апарати або укомплектовані спеціальними засобами гашення дуги, або комутують ланцюг тільки при відсутності в ньому великого струму. При цьому горіння електричної дуги необхідно розглядати не як хімічний процес окислення (приєднання кисню), а як фізичний процес руху заряджених часток (електронів та іонів) у іонізованому газовому просторі (можливо у повітрі). Тому у дузі, що стійко горить, мають динамічну рівновагу процеси іонізації та деіонізації. При цьому основними

10

процесами іонізації вважаються: ударна іонізація, термічна та автоелектронна іонізації; основні процеси деіонізації – рекомбінація, дифузія та охолодження.

Ударна іонізація можлива лише тоді, коли вільний електрон рухається у певному напрямку під дією сил електромагнітного поля, прискорюється і набирає такої швидкості, що при зіткненні з нейтральною часткою простору (атомом або молекулою) може вибити із неї хоча б один електрон, який теж стає вільним і прискорюється тим же полем. При цьому можливі подальші ударні іонізації, завдяки чому лавиноподібно утворюється потік заряджених часток (електронів та іонів), тобто у іонізованому просторі виникає струм.

Шлях, який проходить електрон до зіткнення з нейтральною часткою оточуючого простору при ударній іонізації, називається шляхом вільного пробігу електрона.

Якщо при ударній іонізації нейтральних часток виділяється велика кількість енергії, то вони починають світитися, тобто починає „горіти” електрична дуга.

При появі електричної дуги температура середовища різко зростає (за деякими дослідженнями майже до 15000 К), тому виникають умови для початку термічної іонізації. При цьому швидкість руху електронів на орбітах нейтральних атомів середовища різко зростає, радіуси орбіт їх обертання збільшуються, а сили з боку ядра атома, що їх утримують на орбіті, зменшуються. При певних умовах деякі електрони зриваються із своїх орбіт і стають вільними. Такий процес іонізації називається термічною іонізацією. Іони і електрони, що стали вільними при термічній іонізації, збільшують струм розряду, крім того, електрони можуть також приймати участь і в ударній іонізації.

Місце розриву електричного ланцюга при відмиканні контактів може бути представлено як конденсатор зміної ємності. У початковий момент вона нескінченно велика, потім зменшується у міру розходження контактів. Через опір ланцюга цей конденсатор заряджається, напруга на ньому поступово збільшується від нуля до напруги мережі. Напруженість поля між контактами, що розходяться, проходить через значення, яке перебільшує величину 100 кВ/см. Таке значення напруженості електричного поля достатнє для того, щоб виривати вільні електрони навіть з холодного катода. Таке явище називається автоелектронною емісією.

Струм автоелектричної емісії досить малий за величиною, але він може створити появу вільних „запальних електронів” для початку ударної іонізації і розвитку дугового розряду.

Процеси деіонізації здійснюються, головним чином, за рахунок рекомбінації та дифузії. Рекомбінацією називають процес, при якому різно заряджені частки, що приходять до взаємного дотику, утворюють нейтральні. Якщо електрони (від’ємний заряд) і іони (додатний заряд) рухаються із різними швидкостями, то зіткнення між ними опосередковано, малоймовірно. За звичаєм рекомбінація відбувається за допомогою нейтральної частки, яку заряджає ослаблений за швидкістю руху електрон (тобто від’ємний іон). При зіткненні такої від’ємно зарядженої частки з додатно зарядженим іоном утворюються одна або дві нейтральні частки. При цьому розрізнюють рекомбінацію у об’ємі, коли третім тілом служить нейтральна частка газу, і рекомбінацію на поверхні, коли третім тілом служить поверхня поблизу дуги (стінка дугогасної камери). У останньому випадку електрони заряджають поверхню до такого потенціалу, коли додатно заряджені іони притягуються до неї, приєднують електрон і утворюють нейтральні частки. Доведено, що при відносно невеликих концентраціях іонів і при невисоких температурах рекомбінація

на поверхні перевищує рекомбінацію в об’ємі у 103 – 106 разів.

Дифузія заряджених часток являє собою процес їх виносу з дугового проміжку до оточуючого середовища, що зменшує кількість носіїв струму, тобто провідність дуги.

Дифузія обумовлена як електричними, так і тепловими факторами. Як відомо густина зарядів у стволі дуги зростає від периферії до центра. Тому утворюється електричне поле, яке рухає іони від центра до периферії і навіть виводить їх за межі дуги. У цьому ж