При дробном N округлить его до целого в большую или меньшую сторону в зависимости от характера нагрузки. На полученное значение переводят эксцентрик.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

1. Провести регулировку теплового реле в соответствии с методикой регулировки.

2. Снять времятоковые характеристики обоих секций теплового реле при разогреве от холодного состояния. Результаты измерений занести в таблицу 2.

Таблица 2 - Времятоковая (защитная) характеристика теплового реле

Секция	Время срабатывания при Кп = I/Iном
	4	3	2	1,5
1
2

Построить график зависимости t = f (К_п).

3. Выбрать сменный тепловой элемент (таблица 1) и рассчитать поправку на максимальный ток двигателя и температуру окружающей среды согласно таблице 3.

Таблица 3 - Данные для расчета поправки на максимальный ток двигателя

N бригады	Iн.дв., А	Т, 0С	N (I0)
1	3,3	0
2	17	-10
3	32	+5

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Название и цель лабораторной работы.

2. Назначение, краткое описание устройства и принципа действия ТР.

3. Краткое описание методик настройки и регулировки теплового реле.

4. Схема проверки и регулировки теплового реле.

5. Таблица 2 с результатами испытаний.

6. График зависимости t = f (К_п).

7. Расчет поправки на номинальный ток двигателя и температуру окружающей среды.

8. Краткие выводы по работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назначение и устройство теплового реле.

2. Принцип действия теплового реле.

3. Влияние температуры окружающей среды на работу тепловых реле.

4. Методика регулировки тепловых реле.

5. Методика настройки тепловых реле.

6. Определение и виды защитных характеристик тепловых реле.

АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВОЗДУШНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Цель работы: исследовать методы настройки и приобрести практические навыки испытания расцепителей автоматических воздушных выключателей.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Автоматические воздушные выключатели предназначены для включений и отключений электрических цепей при номинальной нагрузке, а также для автоматических отключений их при перегрузках, коротких замыканиях и снижении напряжения.

Автоматический выключатель состоит из следующих узлов: кожуха (основания с крышкой), контактной системы, дугогасительной камеры, расцепителя максимального тока и механизма управления (свободного расцепления) автоматом (рис.4). Механизм управления обеспечивает так называемое моментное отключение, при котором скорость расхождения контактов не зависит от действий оператора. Механизм состоит из шарнирно связанных рычагов 13, 14 и опоры. Включение автоматического выключателя производится в следующей последовательности. Сначала поворотом рукоятки 15 против часовой стрелки взводят механизм свободного расцепления. При этом рычаги выпрямляются и создают жесткую связь. Затем поворотом рукоятки 15 по часовой стрелке выключают механизм управления. При этом сначала в камере 3 замыкаются дугогасительные контакты 5 (их удары смягчаются пружиной 4), затем главные контакты 6 - пружина 2 растягивается. Рычаги занимают "мертвое" положение.

Дистанционное включение производят электромагнитом 1.

Ручное выключение осуществляют поворотом рукоятки, дистанционное нажатием кнопки КУ, включающей обмотку независимого расцепителя 12. Автоматическое отключение происходит под действием расцепителей. Расцепитель максимального тока объединяет тепловой и электромагнитный элементы.

Электромагнитный расцепитель максимального тока состоит из сердечника 10 с катушкой и якорька. Когда по катушке проходит ток, превышающий установленный (ток короткого замыкания), якорек мгновенно притягивается к сердечнику и, перемещая рычаги механизма расцепления вверх, выводит их из "мертвого" положения. Пружина 2 размыкает контакты.

Рисунок 4 - Схема устройства автоматического выключателя

Тепловой термобиметаллический расцепитель используют для защиты от перегрузки. Биметаллическая пластина 7, один конец которой жестко закреплен на корпусе автомата, при нагреве изгибается и приводит в действие механизм свободного расцепления. Нагреватель 9 подключен к зажимам резистора 8. Время срабатывания расцепителя зависит от кратности тока перегрузки. При большем токе нагрев и изгиб пластины происходит быстрее.

Электромагнитный и тепловой расцепители некоторых типов автоматических выключателей допускают плавную настройку на различные токи срабатывания. Ток срабатывания электромагнитного расцепителя регулируется изменением степени предварительного сжатия возвратной пружины, а теплового расцепителя - изменением положения винта, ввернутого в свободный конец биметаллической пластинки.

Расцепитель максимального напряжения 11 состоит из катушки, якорька и сердечника. При подаче напряжения на катушку якорек притягивается к сердечнику, преодолевая сопротивление пружины. Когда напряжение на катушке уменьшается до определенного значения, пружина преодолевает усилия притяжения якорька и, воздействуя на рычаги расцепителя, отключает автомат.

Автоматические выключатели разнообразны по конструкции и видам защиты, типу привода и т.д.

Они подразделяются на установочные, предназначенные для защиты электроустановок от перегрузок и коротких замыканий; универсальные, содержащие несколько различных расцепителей и обеспечивающие комбинированную защиту цепей; быстродействующие с временем срабатывания не более 0,005с (разрывают цепь до момента достижения током короткого замыкания установившегося значения), нормальные, селективные с регулируемой выдержкой времени до lc (отключается ближайший к месту аварии участок). Селективность (избирательность) достигается за счет установки выключателей с меньшей выдержкой времени ближе к потребителю, в результате этого происходит его отключение от сети в аварийном режиме.

В сельскохозяйственных электроустановках наиболее распространены автоматические выключатели АК-50, АП-50, А-63, А3100, А3700, АЕ2000,"Электрон", АВМ и др.

Применение автоматических выключателей устраняет возможность работы двигателя в неполнофазном режиме, т. к. при перегрузках и коротких замыканиях отключаются сразу три фазы; значительно снижаются простои электрооборудования, т. к. на включение “сработавшего” автомата требуется минимум времени; времятоковые характеристики защиты от перегрузки автоматов хорошо согласуются с защищаемым оборудованием.

Времятоковая (защитная) характеристика автоматического выключателя - это функциональная зависимость времени срабатывания от кратности тока перегрузки к номинальному значению тока t = f(I/I_ном), где I_ном - номинальный ток уставки максимального расцепителя.

Качественный вид времятоковых характеристик теплового и электромагнитного расцепителей приведен на рисунке 5.

При номинальном токе I_ном защитный автоматический выключатель не срабатывает (t = ?), при токе перегрузки I_п время его срабатывания может быть достаточно большим, при токе короткого замыкания I_кз автомат срабатывает практически мгновенно (отсечка).

Характерные параметры автоматических выключателей: минимальный ток срабатывания

I_п = l,1...1,6I_ном; установка большого аварийного тока (в области I_кз) равна 3...15I_ном; время срабатывания при токах более 16I_ном менее lc.

Основные технические характеристики некоторых типов автоматов приведены в таблицах № 1…5 приложения.

Рисунок 5 - Времятоковая характеристика автоматического выключателя

Методика испытания и настройки расцепителей автоматических воздушных выключателей

При испытании автоматических выключателей проверяют тепловые, электромагнитные расцепители и расцепители минимального напряжения.

Испытание электромагнитных элементов расцепителей

(для автоматических выключателей без тепловых элементов)

Для проверки максимального расцепителя через него от нагрузочного устройства пропускают ток на 15% ниже тока уставки автоматического выключателя (тока отсечки). При этом автоматический выключатель не должен отключаться. Потом плавно увеличивают испытательный ток до его отключения. Сила тока срабатывания не должна превышать значений тока уставки электромагнитного расцепителя более чем на 15%.

Ток может включаться на время не более 5с во избежание недопустимого перегрева контактов выключателя.

Автоматический выключатель считается неисправным, если он не срабатывает даже при токе, равном максимальному значению тока срабатывания максимальной токовой защиты.

Испытание электромагнитных элементов комбинированных расцепителей

При этом испытании ток следует включать на очень короткое время (1...2с), в противном случае сработает тепловая защита. Между отдельными включениями автоматическому выключателю необходимо дать остыть.

Методика испытания следующая:

- К нагрузочному устройству подключают эквивалентное сопротивление, равное полному сопротивлению (суммарному сопротивлению теплового элемента, электромагнитного и коммутирующего контактов) одного полюса испытываемого автоматического выключателя. Регулирующим устройством устанавливают ток на 15% ниже тока уставки для автоматических воздушных выключателей.

- Не изменяя значения установленного испытательного тока от нагрузочного устройства, отключают эквивалентное сопротивление. Вместо него поочередно включают все полюса автоматического выключателя, при этом он не должен отключаться.

- Вновь присоединяют эквивалентное сопротивление к нагрузочному устройству и устанавливают значение тока на 15% выше тока уставки автоматического выключателя.

- Затем, не изменяя установленного испытательного тока, отключают от нагрузочного устройства эквивалентное сопротивление и поочередно включают все полюса автоматического выключателя. В этом случае автоматический выключатель под действием электромагнитных элементов отключается. Чтобы убедиться в этом, после каждого отключения необходимо (пока не остыли тепловые элементы) попытаться включить автоматический выключатель вручную. Если включение осуществилось нормально, значит, он был отключен электромагнитным элементом. При срабатывании теплового элемента повторное включение автоматического выключателя не происходит.

Испытание расцепителя минимального напряжения

На зажимы расцепителя подают напряжение 0,8U_ном и включают выключатель вручную. Затем напряжение плавно понижают до момента срабатывания, т.е. до (0,35...07)U_ном.

Методика расчета и установка тока уставки автоматического выключателя для защиты электродвигателя

1. Расчет производят на основании паспортных данных электродвигателя и автоматического воздушного выключателя защиты.

Автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем характеризуются его током уставки:

I_уст. = (7...10)I_ном,

где I_ном - номинальный ток расцепителя.

Сила тока уставки электромагнитного расцепителя при защите электродвигателя с короткозамкнутым ротором должна составлять от 1,5 до 1,8 значения пускового тока электродвигателя. Если от общего автоматического выключателя подается напряжение к нескольким двигателям, то ток уставки электромагнитного расцепителя рассчитывается по формуле:

I_уст. ? (1,5…1,8)[?I_ном + (I'_п - I'_ном)],

где ?I_ном - сумма номинальных токов одновременно работающих электродвигателей;

(I'_п -I'_ном) - разность между пусковым и номинальным токами для электродвигателя, у которого они имеют наибольшее значение.

2. Для автоматических выключателей с тепловыми расцепителями ток уставки расцепителя I_нр выбирают в зависимости от окружающей температуры. Расцепители выключателей калибруются заводом-изготовителем при температуре окружающей среды +35⁰С. Если автоматический выключатель настраивают и эксплуатируют при температуре окружающей среды t⁰_окр. ниже +35 ⁰С, следует учитывать поправочный коэффициент б, определяемый по формуле

б = 1 + 0,006 (35-t⁰_окр.),

где t⁰_окр. - температура окружающей среды, ⁰С.

Обычно ток расцепителя равен номинальному току двигателя I_{н дв.} или несколько меньше его: I_н р. = I_{н дв.}/ б.

При отклонении температуры окружающей среды от нормируемой, при которой откалиброван автоматический выключатель последний может сработать за иное время или не сработать вообще.

3. Правильность выбора автоматического выключателя проверяют по условиям:

Uн.aв ? Uс;

Iн.ав ? Iн..дв;

Iн.р ? Iн.дв;

Iотс.р. ? (1,5…1,6) Iпуск.,

где Uн.ав и Iн. ав. - номинальные напряжение и ток автоматического выключателя;

Iн,p., Iн.дв., Iотс.р - номинальные токи соответственно теплового реле расцепителя выключателя, электродвигателя, отсечки электромагнитного расцепителя;

Iпуск - пусковой ток электродвигателя.

При выборе автоматических выключателей необходимо иметь в виду наличие у них регулируемой уставки тока несрабатывания, например:

АЕ 2000 - (0,9 - 1,15)Iн.р., АП 50Б - (0,6 - 1,0)Iн.р.

Тогда Iуст. = к Iн.p., где к = Iн.дв./Iн.р., а Iycт. = Iн.дв для надежной защиты электродвигателя.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Испытание тепловых элементов расцепителей

При испытании автоматических выключателей проверяют тепловые, электромагнитные расцепители и расцепители минимального напряжения.

1. Проверяется работа каждого теплового расцепителя испытательным током 2I_н при температуре окружающей среды 25 ⁰С.

Время срабатывания автоматического выключателя (35…100с) должно находиться в пределах, указанных в заводской инструкции (паспорте), или найденных по защитной характеристике для каждого типа автоматического выключателя.

Делается вывод о пригодности для эксплуатации автоматических воздушных выключателей, уставки расцепителей которых не регулируются (серии А3100), или о необходимости настройки на номинальный ток.

Настройка заключается в установке при помощи винтов биметаллических пластинок одинакового времени срабатывания при одинаковых значениях тока.

2. Все тепловые элементы соединяются последовательно, и определяется номинальный ток расцепителя. Для этого в цепи устанавливается двукратный (2I_ном) ток и фиксируется время срабатывания. Время срабатывания расцепителя должно находиться в пределах, указанных в заводской инструкции (паспорте). По этому времени, пользуясь защитными характеристиками, определяют кратность тока и ток уставки.

При необходимости для настройки тепловых расцепителей можно уменьшить ток срабатывания регулятором тока уставки или путем сверления и стачивания нагревательных элементов.

3. Проверяется начальный ток срабатывания автоматических выключателей, у которых при проверке двукратным током время срабатывания не совпадает с данными заводской инструкции.

Для этого в цепи устанавливается ток перегрузки I_п = (1,25…1,45)I_ном в зависимости от типа автоматического выключателя. Выключатель должен отключиться в течение 1 часа (30 мин для АП50, А63; 2 часа для А3160). Если в течение этого времени он не сработает, испытываемый автоматический выключатель считают неисправным.

Рисунок 6 - Схема проверки тепловых и электромагнитных расцепителей автоматических выключателей

Произвести испытания тепловых, электромагнитных расцепителей и расцепителя минимального напряжения автоматического выключателя в соответствии с методикой испытания и настройки (рисунок 6). Результаты испытаний занести в таблицу 4.

Таблица 4 - Результаты испытаний тепловых, электромагнитных расцепителей и расцепителя минимального напряжения автоматического выключателя

Тип автоматического выключателя	Полюс	Время срабатывания теплового расцепителя при к=I/Iном	Ток отсечки максимального расцепителя Iотс.р.=nIном	Напряжение срабатывания расцепителя
		3	2	1,5
	1
	2
	3

4. По результатам испытаний построить защитные характеристики для каждого полюса автоматического выключателя. Сделать вывод о соответствии характеристик нормам, о пригодности или необходимости настройки автоматического выключателя.

5. По данным таблицы 5 произвести выбор автоматического выключателя для защиты электродвигателя.

Таблица 5 - Данные для выбора автоматического выключателя

№ бригады	Вариант	Тип двигателя	Iн.дв.,А	Uс.,В	Iпуск/Iном
1	1 2	4А71А2УЗ 4А112М4УЗ	1,7 11,6	220 380	5,5 7,0
2	1 2	4А6ЗА6УЗ 4А200L8УЗ	0,78 45,0	127 220	3,0 5,5
3	1 2	4А100L2УЗ 4А56В4УЗ	10,5 0,66	220 127	7,5 3,5
4	1 2	4А80А2УЗ 4А100L4УЗ	3,3 8,6	380 220	6,5 6,0

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Название и цель работы.

2. Схема проверки тепловых и электромагнитных расцепителей автоматических выключателей.

3. Методики испытаний и настройки расцепителей автоматических выключателей.

4. Таблицы с результатами испытаний.

5. Результаты и обоснование выбора автоматического выключателя для защиты электродвигателя (по заданию преподавателя).

6. Вывод по проделанной лабораторной работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назначение, классификация (типы) автоматических выключателей.

2. Маркировка автоматических выключателей, область применения.

3. Основные конструктивные особенности автоматических выключателей.

4. Влияние температуры окружающей среды на работу расцепителей.

5. Достоинства и недостатки автоматических воздушных выключателей.

6. Методики испытаний расцепителей автоматических выключателей.

7. Методики настройки расцепителей автоматических выключателей.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Таблица 1 - Технические характеристики автоматических воздушных выключателей

Тип автоматического выключателя	Номинальный ток выключателя, А	Номинальный ток расцепителя, А	Ток отсечки, А	Ток перегрузки, А
А3160 А3110 А3120 А3130 ВА21-29 ВА51-25 ВА57-35 ВА52-39	50 100 100 200 16…630	15; 20; 25; 30; 40; 50 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 80; 100 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 80; 100 120; 150; 200 0,6…63 6,3…25 16…250 250…630	- 10IНОМ 430; 600; 800 7IНОМ (3; 10; 12)IНОМ	(1,1…1,35)IНОМ (1,1…1,45)IНОМ (1,1…1,45)IНОМ (1,1…1,45)IНОМ (1,1…1,45)IНОМ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ СУШКИ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРОВ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Цель работы: исследовать наиболее распространенные способы сушки трансформаторов и обмоток электродвигателей, овладеть приближенными методами расчета параметров сушки и способами измерения увлажнения изоляции.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

В процессе эксплуатации, транспортировки, хранения изоляционные конструкции электродвигателей и трансформаторов увлажняются от длительного соприкосновения с влажным воздухом или в результате отпотевания при резком изменении температуры, в результате окислительных процессов в масле, залитом в бак трансформатора.

Появление влаги в изоляции приводит к резкому снижению ее электрической прочности и требует проведения сушки.

Необходимость сушки оценивается на основе измерения параметров изоляции, характеризующих ее диэлектрические свойства.

Способы обнаружения увлажнения изоляции

Наиболее простым и приемлемым способом оценки технического состояния изоляции является эксплуатационный контроль - анализ изменения сопротивления изоляции постоянному току.

За сопротивление изоляции R_ИЗ принимается показание мегаомметра через 60с после начала измерений, т.е. R_ИЗ = R₆₀.

Измеренное сопротивление сравнивают с результатом предыдущих измерений или же с результатом заводских измерений (но необходим учет температуры окружающей среды).

Величина сопротивления изоляции не является всеобъемлющей характеристикой изоляции. О степени увлажнения изоляции судят по коэффициенту абсорбции

К_а = ,

где R₁₅ - показания мегомметра через 15с после начала измерения.

Если К_а ? 1,3, то делают вывод о допустимости дальнейшей эксплуатации силового трансформатора или электрической машины. Если К_а < 1,3, то делают вывод о недопустимом увлажнении изоляции и необходимости сушки увлажнившейся изоляции.

Примечание:

1. Данная методика применительна для крупных машин мощностью более 100кВт и напряжением свыше 1000В. Такие машины имеют большую массу изоляции, и время ее поляризации соответствует рекомендуемым значениям 15с и 60с.

Машины меньшей мощности и особенно низковольтные машины имеют значительно меньше массы изоляции и соответственно меньшее время поляризации. Поэтому в данной работе R₁₅ следует измерять по истечении 5с от момента приложения напряжения.

2. После изготовления главную изоляцию электродвигателя, испытывают повышенным напряжением, величина которого, В

U_исп = 2U_н + 1000

и для электродвигателей с номинальным напряжением 220/380В принимается равным

U_исп = 1750 В.

По этой причине использовать мегаомметр на напряжение 2500В при измерении изоляции электродвигателя нельзя. Измерение сопротивления изоляции осуществляют мегаомметром на напряжение 1000В.

3. В трансформаторах без масла изоляцию обмоток высшего напряжения по отношению к заземленному корпусу измеряют мегаомметром на напряжение 2500В, а обмоток низшего (потребительского) напряжения - мегаомметром на напряжение 1000В.

Дополнительной оценкой состояния изоляции является оценка по методу "емкость-частота", такие измерения проводятся в ремонтной практике для оценки скорости увлажнения изоляции.

Контроль осуществляется прибором типа ПКВ - 7 и позволяет найти отношение емкости изоляции при частоте 2 Гц к емкости при промышленной частоте 50 Гц, т.е. прибором ПКВ-7 можно оценить отношение С₂/С₅₀.

Для абсолютно сухой изоляции это отношение приближается к единице, т.е.

Для увлажненной изоляции С₂/С₅₀ > 1, но обычно не должно превышать значения С₂/С₅₀ ? 1,2 при t⁰ = + 20 ⁰С.

Сушка изоляции обмоток трансформаторов

Изоляцию обмоток трансформатора можно сушить различными способами: в сушильных печах, при помощи ламп инфракрасного света, током короткого замыкания, потерями в собственном баке и токами нулевой последовательности. В условиях эксплуатации наиболее широко применяются последние три способа.

Сушка потерями в собственном баке

Способ заключается в следующем. На бак трансформатора (рисунок 1) укладывают дополнительную намагничивающую обмотку из гибкого изолированного провода (при необходимости бак теплоизолируют асбестом), и подключают к источнику переменного тока.

При протекании тока по намагничивающей обмотке создается магнитный поток, замыкающийся по баку трансформатора. Потери на вихревые токи, обусловленные переменным магнитным потоком, нагревают бак трансформатора, и затем теплота передается изоляции обмоток.

Рисунок 1 - Схема сушки трансформатора потерями в собственном баке

Достоинства способа: сушка производится на месте установки трансформатора, без его транспортировки, при наличии любого источника питания низкого напряжения.

Недостатки способа: необходимо изготовлять специальную намагничивающую обмотку; большой расход электроэнергии; источник тепла располагается снаружи (потери в баке), поэтому поток тепла и влаги имеют встречное направление (тепло - во внутрь, влага - изнутри в окружающую среду); достаточно велико время сушки.

В основе расчета основных параметров сушки используется уравнение баланса мощности теплоотдачи и теплопоступлений трансформатора при установившейся температуре изоляции.

При расчете требуется определить число витков намагничивающей обмотки W; мощность Р, потребную для сушки; силу тока I в намагничивающей обмотке и диаметр провода d.

Исходными данными являются: напряжение источника тока U; геометрические размеры трансформатора (периметр бака l , полная поверхность F и поверхность бака, на которой размещена намагничивающая обмотка F₀); температура окружающей среды t₀ и конечная температура бака t_к; коэффициент теплоотдачи К_т.

Необходимое число витков определяют из формулы

W = (UA)/l

где U - напряжение источника тока, В;

l - периметр бака, м.

Величину А находят из таблицы 1 в зависимости от удельных (греющих) потерь ДР (кВт/м²), которые определяют из условия баланса мощности нагрева Р и мощности потерь теплоты с поверхности бака Р₁

Мощность нагрева

Р = ДРF₀

где F₀ = h₀l - поверхность бака, на которую наматывается намагничивающая обмотка, м;

h₀ - высота стенки бака, на которую наматывается намагничивающая обмотка, м.

Потери мощности в окружавшую среду

Р₁ = К_ТF(t_K - t₀),

где К_Т - коэффициент теплоотдачи, Вт/м²·град (для утепленного асбестом трансформатора К_Т = 5,3; для неутепленного - К_Т = 12);

t_K - конечная температура нагрева бака, обычно равная 105⁰С;

При установившемся процессе сушки

Р = Р₁, аДР = К_Т (t_K - t₀).

Таблица 1 - Значения величины А, в зависимости от мощности нагрева Р

Р, кВт/м2	А	Р, кВт/м2	А	Р, кВт/м2	А
0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1,0 1,05 1,1 1,15	2,33 2,26 2,18 2,12 2,07 2,02 1,97 1,92 1,88	1,2 1,25 1,3 1,35 1,4 1,45 1,5 1,6 1,7	1,84 1,81 1,79 1,77 1,74 1,71 1,68 1,65 1,62	1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 3,0	1,59 1,56 1,54 1,51 1,49 1,46 1,44 1,42 1,34

Величина тока в намагничивающей обмотке

I = ,

где cosц = 0,5…0,55 для трансформаторов с гладкими или трубчатыми баками; для трансформаторов с ребристыми баками cosц ? 0,3.

Диаметр не изолированного провода

d = (мм),

где j = 2...6 А/мм² - плотность тока в намагничивающей обмотке.

Сушка токами нулевой последовательности

Токовая сушка заключается в нагревании изоляции трансформатора за счет протекания тока через рабочие обмотки.

В качестве намагничивающей обмотки используется одна из обмоток трансформатора, соединенная по схеме тока нулевой последовательности (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема сушки трансформатора токами нулевой последовательности

При соединении обмоток трансформатора по схеме звезда-звезда с нулем, напряжение для сушки подводится к закороченным выводам фаз и нулевой точке обмотки. Если обмотка трансформатора соединена в треугольник, напряжение питания подводится в разрыв. Замкнутые контуры других обмоток должны быть при этом разомкнуты.

Магнитные потоки нулевой последовательности замыкаются через магнитопровод, воздушное пространство между магнитопроводом и баком и стенки бака. Поэтому нагрев трансформатора происходит за счет потерь в меди в намагничивающей обмотке, в стали магнитопровода и в баке.

Преимущества способа: сокращение времени сушки трансформатора, экономия проводникового и теплоизоляционного материала, высокий КПД и равномерный нагрев обмоток.

Недостаток способа: наличие источника питания нестандартного напряжения.

Сушка током короткого замыкания

Сущность сушки заключается в следующем. Обмотку низкого напряжения обычно закорачивают, а к обмотке высшего напряжения подводят пониженное напряжение, равное напряжению короткого замыкания ( U_К приводится в паспорте трансформатора) (рисунок 3).



Рисунок 3 - Схема сушки трансформатора током короткого замыкания

Потерями в стали сердечника пренебрегают, т.к. магнитный поток в стержнях трансформатора составляет всего 5...10 % от потока при нормальной работе трансформатора.

Преимущества способа: источник тепла располагается внутри трансформатора (потери в обмотке), поэтому поток тепла и влаги имеют одинаковое направление, что приводит к сокращению времени сушки; способ универсальный, т.е. можно сушить любой трансформатор; имеет высокий КПД.

Недостаток способа: неравномерный нагрев обмоток. Внутренние части обмоток могут оказаться перегретыми, а наружные части обмоток - недостаточно нагретыми. Этот способ требует также источника регулируемого напряжения.

На кафедре электропривода и электрических машин Целиноградского СХИ разработан и предложен способ нагрева и сушки трансформаторов однофазным коротким замыканием, который производится по схеме (рисунок 4).

На обмотку ВН трансформатора, соединенную в звезду, подводится пониженное трехфазное напряжение, фазы другой обмотки, соединенной в звезду, поочередно через равные промежутки времени замыкаются накоротко. Нагреваемый трансформатор работает в режиме однофазного короткого замыкания по схеме звезда - звезда.



Рисунок 4 - Схема сушки трансформатора однофазным коротким замыканием

При однофазном к.з, токи , протекающие по обмоткам, создают в каждой фазе намагничивающие силы F₀, равные по величине и направлению.

Потоки нулевой последовательности F₀ не могут замкнуться в трехстержневой магнитной системе и замыкаются через воздух и конструктивные элементы трансформатора, вызывая значительные потери мощности в остове и баке. Эти потери используются для нагрева и сушки изоляции трансформаторов.

Основным параметром, по которому судят о ходе сушки, является сопротивление изоляции обмоток относительно корпуса. Дополнительно контроль процесса сушки может проводиться измерением tgд и параметра "емкость-время" (ДС/С).

Рисунок 5 - График изменения сопротивления изоляции обмоток в период сушки

Окончание сушки определяется по кривой зависимости сопротивления изоляции от времени: R_ИЗ = f(t) (рисунок 5).

Сушка считается законченной, если при неизменной температуре сопротивление изоляции остается постоянным для трансформаторов до 35кВ включительно в течение 6 часов, для трансформаторов напряжением 110кВ и выше в течение 48 часов.

Сушка обмоток электродвигателей

Существуют следующие способы сушки изоляции электродвигателей: конвекционный, индукционный, токовый, терморадиационный.

Конвекционная сушка

Электродвигатели загружаются в сушильную камеру и нагреваются за счет передачи теплоты от нагревателей к изоляции путем конвекции. Конвекционная сушка является продолжительной, т.к. обмотки начинают высыхать с поверхности. Наружный слой, высыхая, задерживает дальнейшее испарение растворителя (влаги) из внутренних слоев изоляции и обмотки.

Преимущество способа: большая универсальность сушильных камер.

Недостаток: низкий КПД процесса, продолжительность сушки принимают 8…10 час.

Термодинамическая сушка

Нагрев изоляции осуществляется за счет передачи теплоты инфракрасными лучами от источника излучения к обмотке. Используются специальные лампы накаливания.

Эффективность поглощения инфракрасных лучей зависит от цвета и природы лака. Покрытия из прозрачных материалов обладают низким коэффициентом поглощения. Поэтому для достижения высоких температур необходимо использовать покрытия, обладающие высокой поглощающей способностью.

Сушка инфракрасными лучами более эффективна по сравнению с конвекционным способом.

Недостатки: низкий КПД, неравномерный нагрев изделия и малая универсальность,

Сушка способом индукционных потерь

Сущность: на машину укладывают дополнительную намагничивающую обмотку из гибкого изолированного провода так, чтобы она охватывала спинку статора. Машину размещают под вытяжным зонтом и подключают дополнительную обмотку к источнику переменного тока (рисунок 6).

Рисунок 6 - Схема сушки изоляции обмоток электрических машин потерями в стали (индукционный способ)

При протекании тока по намагничивающей обмотке создается магнитный поток, замыкающийся по спинке статора. Потери на гистерезис и вихревые токи, обусловленные переменным магнитным потоком, нагревают сталь статора и затем изоляцию обмоток.

Достоинства способа: сушку можно производить на месте установки электродвигателя; не требуется специальный источник питания, т.к. число витков намагничивающей обмотки можно подобрать на стандартное напряжение сети; достигается равномерней быстрый нагрев изоляции при небольшом расходе электроэнергии.

Недостаток: из-за малой универсальности и большой трудоемкости намотки обмотки способ применяется главным образом для сушки крупных электродвигателей.

Токовый способ сушки

Заключается в нагревании изоляции электрической машины за счет протекания тока через рабочие обмотки. Может применяться как постоянный, так и переменный ток промышленной частоты. На практике наибольшее распространение получил переменный ток (рисунок 7). Его преимущество заключается в том, что теплота выделяется во всех частях машины - в материале проводов, в стали узлов и в изолирующем материале. Постоянный ток выделяет теплоту только в материале проводов.

Токовая сушка может производиться от однофазных или трехфазных источников нестандартного напряжения. Это - недостаток способа.

Вместе с тем этот способ сушки является наиболее интенсивным, т. к. нагревая внутренние части обмотки током, можно создать любой перепад температуры между внутренними и внешними слоями изоляции. Преимуществом является также малая продолжительность сушки и высокий КПД установки.

Рисунок 7 - Схема токовой сушки

Токовая сушка постоянным током реализована в стенде МИИСП мостовым методом. Принцип сушки заключается в следующем (рисунок 8): к одной диагонали поста подводится напряжение постоянного тока, во вторую диагональ включается измерительный прибор, а обмотка электродвигателя, подлежащего сушке, включается в одно из плеч моста. Измерительный прибор контролирует температуру обмотки по изменению ее сопротивления.

Схема контроля работает следующим образом. Резисторы R6 и R7, R5 и R8, R9, сопротивление обмотки просушиваемого электродвигателя составляет мостовую схему. В начале сушки в положении «» переключателя S5 автотрансформатором устанавливается ток в цепи обмотки статора. Величина тока выбирается из условия достижения необходимой температуры обмоток и зависит от температуры окружающей среды, исполнения и мощности электродвигателя. Ток сушки следует выбирать в пределах 0,4...О,7 от номинального тока двигателя (I_Н:ДВ.).

Рисунок 8 - Схема моста стенда для контроля температуры обмотки при сушке

Резисторами R5 и R8 "Плавно УСТ.О", "Грубо УСТ.О" стрелка измерительного прибора устанавливается на нуль шкалы.

Переключатель S5устанавливается в положение «», а резистором R4 "УСТ. 100 ⁰С" устанавливают стрелку измерителя на конечное значение шкалы (100 ⁰С). После этого переключатель S5 переводят в положение «» и ведут контроль температуры обмотки электродвигателя в процессе его сушки.

Температура обмотки равна температуре окружающей среды плюс показания прибора, проградуированного в градусах.

Время, необходимое для сушки обмоток, обычно не более 7 часов. Сушка производится до тех пор, пока сопротивление изоляции обмоток в горячем состоянии при температуре около +75⁰С не достигнет нескольких десятков мегаом, и при дальнейшей сушке не будет увеличиваться.

ОБОРУДОВАНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА

На рабочем месте находятся:

- трансформатор силовой;

- электродвигатель асинхронный;

- стенд МИИСП;

- измерительные приборы (Мегаомметры Ф 4102/1, Ф 4102/2, прибор контроля влажности ПКВ-7, прибор комбинированный цифровой Щ 4300, амперметр, вольтметр);

- соединительные проводники.

IIPOГPAММA РАБОТЫ

1. Изучить "Общие теоретические сведения" настоящих методических указаний, законспектировать разделы "Способы обнаружения увлажнения изоляции", "Сушка изоляции обмоток трансформаторов потерями в собственном баке", "Токовая сушка обмоток электродвигателя постоянным током".

2. Выполнить работу в соответствии с рекомендациями по выполнению работы.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Исследовать способ сушки трансформатора потерями в собственном баке, для чего:

- рассчитать параметры сушки трансформатора (раздел “Сушка изоляции обмоток трансформаторов”);

- измерить коэффициент абсорбции мегаомметром (Приложение 1);

- оценить состояние изоляции методом "емкость-частота" с помощью прибора ПКВ -7 (Приложение 2);

- результаты расчетов и измерений занести в таблицы 2 и 3;

- собрать схему исследования и подключить к сети;

- через 30, 60, 80 мин после начала сушки осуществить повторную оценку состояния изоляции мегаомметром и прибором ПКВ -7, а также измерить температуру обмоток трансформатора прибором Щ 4300, используя градуировочную характеристику термопары (Приложение 3);

- результаты измерений занести в таблицы 2 и 3;

- построить графики зависимостей R_ИЗ = f(t); t°C = f(t).

Таблица 2 - Результаты расчетов и измерений параметров сушки трансформатора

Параметры сушки	Значения параметров
	Расчетные	Опытные	Погрешность, д, %
Ток, А
Напряжение, В
Мощность, Вт

Таблица 3 - Результаты расчетов и измерений параметров сушки трансформатора

Параметр	Время, мин
	0	30	60	80
Фаза А	R60
	R15
Фаза В	R60
	R15
Фаза С	R60
	R15
Ка = R60/ R15	А -
	В -
	С -
С2/С50	А
	В
	С
t 0С	А
	В
	С

2. Исследовать способ сушки обмоток электродвигателя постоянным током (Приложение 4).

3. Результаты измерений коэффициента абсорбции занести в таблицу 4.

Таблица 4 - Результаты измерений коэффициента абсорбции

Время, мин	0	30	60	80
Ка = R60/ R15

Построить график зависимости R_ИЗ = f(t).

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать:

- наименование лабораторной работы и ее цель;

- анализ способов обнаружения увлажнения изоляции;

- методы сушки: "Сушка изоляции обмоток трансформаторов потерями в собственном баке", "Токовая сушка обмоток электродвигателя постоянным током";

- отчет по каждому пункту работы, включающий:

· наименование пункта;

· расчет параметров сушки;

· таблицы с результатами измерений;

· графики зависимостей параметров сушки от времени;

· выводы о проделанной работе.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

МЕГАОММЕТРЫ Ф 4102/1, Ф 4102/2

Подготовка прибора к работе

1. К клемме “-“, с охранным кольцом и к клемме “Э” подключить соединительные шнуры в соответствии с маркировкой.

2. Корректором измерительного механизма установить указатель на отметку “?”.

Измерения

1. Установить переключатель измерительных напряжений в нужное положение.

При разомкнутых зажимах "r_x" нажать кнопку ИЗМЕРЕНИЕ I и установить ручкой “УСТАН. ?” указатель мегаомметра на отметку "?".

2. Замкнуть зажимы "r_x" нажать кнопку ИЗМЕРЕНИЕ I и установить ручкой “УСТАН. 0” указатель прибора на отметку "0", а затем, нажав обе кнопки ИЗМЕРЕНИЕ II, проверить установку указателя на отметку "0". В случае отклонения указателя от отметки "0", установить указатель в первом и во втором случае так, чтобы оплетка "0" оказалась посредине этих двух показании.

Допускается операции, указанные в п.п. 2.1, 2.2 проводить отдельно по шкале I и по шкале II.

3. Убедившись в отсутствии напряжения на объекте, подключить объект к зажимам "r_x".

4. Для проведения измерений нажать кнопку ИЗМЕРЕНИЕ I, подав тем самым на объект высокое напряжение. На время измерения держать кнопку нажатой. После установления указателя сделать отсчет значения измеряемого сопротивления по шкале I.

При необходимости проведения измерений с повышенной точностью, не отпуская кнопку ИЗМЕРЕНИЕ I, нажать кнопку ИЗМЕРЕНИЕ II и сделать отсчет измеряемого сопротивления по шкале II.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИБОР ПКВ - 7

Подготовка прибора к работе

1. Прибор расположить в непосредственной близости от измеряемого объекта, корпус прибора заземлить.

2. Кабель питания прибора подключить к сети 220 В.

3. Включить тумблер "Сеть" и прогреть прибор в течение 2-3 минут.

Измерения

1. Переключатель предела поставить в положение "100 тыс. пф".

2. Тумблер "изм.-уст." установить в положение "уст." и ручкой "0" произвести установку стрелки измерителя на нуль. Переключение тумблера в положение "уст." и проверка нуля при отключении объекта измерения обязательны перед каждым измерением.

3. Присоединить объект измерения возможно более коротким проводом к зажиму "объект" прибора.

4. Для измерения величины “С₅₀” тумблер (“С₅₀” - “С₂ - С50”) установить в положение “С₅₀”, тумблер ("ЕВ" - "ПКВ") - в положение "ПКВ".

Тумблер "изм. - уст." перевести в положение "изм." и через 10-15 сек произвести отсчет показаний по шкале прибора,

Если показания стрелки составляют менее одной пятой шкалы, переключателем пределов измерения установить такой предел, чтобы стрелка находилась в середине шкалы.

5. Для измерения величины “С₅₀” “С₂ - С50” тумблер (“С₅₀” - “С₂ - С50”) установить в положение “С₂ - С50”, тумблер ( "ЕВ"-"ПКВ") - в положение "ПКВ". Отсчет взять спустя 30 секунд после переключения тумблера "изм. - уст." в положение "изм."

Предел измерения подбирается так же, как в п.4.

Отношение С₂/С₅₀ находится по формуле:

С₂/С₅₀ = [(С₂-С₅₀)/С₅₀] + 1.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ПРИБОР КОМБИНИРОВАННЫЙ ЦИФРОВОЙ Щ 4300

Подготовка прибора к работе

1. Заземлить прибор, кабель питания подключить к сети 220В.

2. Включить кнопку "СЕТЬ" и прогреть прибор.

Измерение постоянного напряжения

1. Кнопку “”, отжать, установить род работы "U" , а предел измерения - 220 мВ.

2. Выход термопары подключить к гнездам "U, R" и "*".

Для перевода измеренных значений напряжения в ⁰С воспользоваться градуировочной характеристикой термопары (рисунок 9).

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

СУШКА ОБМОТОК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

1. Для сушки изоляции один конец обмоток двигателя, соединенных последовательно или параллельно, присоединить проводом с наконечником 10мм к клемме "40А" или "20А" в зависимости от величины тока, требуемого для сушки. Второй конец присоединить к клемме "+общ." проводом с наконечником 10мм и к клемме "к объекту" проводом с наконечником 5мм.

2. Установить переключатель напряжения в положение "-24В".

3. Установить "переключатель питания" в положение "тр-р плавно".

4. Установить переключатель "род работы" в положение “А/100”.

5. Вывести ручку "регулятора напряжения" в положение “0”.

6. Включить стенд выключателем "СЕТЬ".

7. Установить "регулятором напряжения" требуемую величину тока сушки по "измерителю".

8. Установить переключатель "род работы" в положение “V/50B” и измерить напряжение на обмотке по "измерителю", шкала которого в этом случае равна 50В.

9. "Регулятором напряжения" уменьшить величину напряжения, измеренную по "измерителю" до 0,2U, от полученного в п.8 значения.

10. Установить переключатель "род работы" в положение «» и сбалансировать мост сопротивлениями "уст. 0" ("грубо"), ("плавно").

II. Включить переключатель "род работы" в положение “V/50B” и установить "регулятором напряжения" по "измерителю" напряжение, равное зафиксированному при выполнении п.8.

12, Установить переключатель "род работы" в положение «» и окончательно сбалансировать мост сопротивлениями "уст.0" ("грубо"), ("плавно").

1З. Установить переключатель "род работы" в положение «».

14. Установить сопротивлением "уст. 100 ⁰С" стрелку "измерителя" на конец шкалы. При этом вся шкала будет соответствовать превышению температуры на 100 ⁰С. При отсутствии возможности установления стрелки на конец шкалы (для двигателей относительно большой мощности), следует ее установить на середину шкалы (50 делений). В этом случае вся шкала будет соответствовать превышению температуры на 200 ⁰С.

15 .Установить переключатель "род работы" в положение «». По "измерителю", проградуированному в ⁰С, следить за изменением температуры обмотки. Периодически отключать стенд и измерять К_А.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8

ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ ВИДОВ ЗАЩИТ ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Цель работы: исследовать процесс функционирования и эксплуатационно-технические характеристики температурной защиты УВТЗ; фазочувствительной защиты типа ФУЗ.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Принцип работы и устройство защиты УВТЗ

Защита УВТЗ-1 (рисунок 1) состоит из токового ключа, выполненного на транзисторах VТ1 и VТ2; исполнительного реле К2; тиристора VD7; узла питания, состоящего из диодного мостика и токоограничивающего сопротивления R2, фильтра R1, С1, стабилитрона VD5, делителя напряжений R3, R4 и R6, R_t; позисторов (R_t) типа СТ-14-1 А или СТ-14-1Б, которые встраиваются в лобовые части обмоток двигателя; диода VD6, служащего для снятия перенапряжений с катушки реле К2 и для создания небольшой выдержки времени в момент отключения защиты; сопротивлений R5 и R7.

Принцип работы защиты состоит в следующем. При нормальной температуре обмоток двигателя сопротивление позисторов R_t мало (порядка 200Ом), то есть меньше сопротивления R6. В этом случае на базу транзистора VТ2 будет подан отрицательный потенциал, и транзистор будет открыт. По цепи R5, "эмиттер-коллектор-V2Т", R7 будет протекать ток. На сопротивлении R7 создается падение напряжения, достаточное для открытия тиристора VD7. По цепи катушки К2 будет протекать ток и контакты реле К2:2 будут замкнуты в цепи катушки магнитного пускателя К1. При нажатии кнопки SВ2 двигатель будет работать. Транзистор VТ1 при этом будет закрыт из-за недостаточно большого потенциала на эмиттере VТ1.

При увеличении температуры обмотки до (90-100) ⁰С сопротивление позисторов R_t резко увеличивается, что приводит к изменению потенциала на базе транзистора VТ2, он становится более положительным. Транзистор VТ2 закрывается и ток в цепи транзистора уменьшается, что приводит к уменьшению напряжения на управляющем электроде тиристора VD7, и он закрывается. Ток в цепи реле К2 уменьшается и реле отключается, разрывая своими контактами цепь катушки магнитного пускателя. Двигатель отключается от сети. При закрытии транзистора VТ2. транзистор VТ1 открывается, так как уменьшение тока в цепи транзистора VТ2 приводит к уменьшению падения напряжения на сопротивлении R5 и потенциал на эмиттере VТ1 резко увеличивается, вследствие чего и увеличивается разность потенциалов между базой и эмиттером транзистора VТ1, и он открывается. Ток будет протекать по цепи R5, "эмиттер-коллектор" транзистора VТ1. Этим самым обеспечивается надежность работы транзистора VТ2.

При обрыве в цепи термодатчика на базу транзистора VТ2 будет по дан положительный потенциал и защита отключается. При коротком замыкании в цепи термодатчика на базу транзистора VТ2 будет подан большой отрицательный потенциал, и транзистор VТ2 будет открыт. Однако ток через транзистор VТ2 будет протекать не по цепи "эмиттер-коллектор", а по цепи "эмиттер-база", так как разность потенциалов между базой и эмиттером VТ2 будет больше. Через сопротивление R7 будет протекать небольшой ток, недостаточный для открытия транзистора. И защита отключает двигатель от сети.

Четкость срабатывания защиты во многом зависит от характеристики датчиков. Для универсальной встроенной температурной защиты “УВТЗ” в качестве термочувствительных датчиков используются позисторы СТ - 14 - 1А и СТ- 14 1Б с положительной температурной характеристикой, то есть с увеличением температуры сопротивление термодатчика увеличивается. В диапазоне температур (60-100)⁰С наблюдается значительное увеличение сопротивления (в несколько раз), что дает возможность создать релейный эффект при срабатывании защиты.

Принцип работы и устройство защиты ФУЗ

Угол сдвига фаз между токами в трехфазной сети в нормальных условиях равен 120⁰, а при обрыве одной из фаз в исправных фазах угол сдвига становится равным 180⁰. Таким образом, если контролировать изменение угла сдвига фаз между токами нагрузки электродвигателя, то его можно защитить, от основного аварийного режима - обрыва фазы. Устройства защиты, реагирующие на изменение угла сдвига фаз между токами нагрузки электродвигателя, называются фазочувствительными устройствами защиты (ФУЗ), а специальные трансформаторы тока, формирующие из трехфазных токов нагрузки измеряемые напряжения U₁, и U₂ с определенным углом сдвига ш, - фазовращающими трансформаторами тока.

Угол сдвига между векторами токов нагрузки с помощью трансформаторов тока контролируется следующим образом.

Из трех фазных токов - I_А, I_B, I_C питания электродвигателя можно формировать измеряемые напряжения U₁, U₂ методом трех, двух и одного фазовращающих трансформаторов тока. На рисунке 2 показан...