Схемы соединений трехфазных цепей

Звезда

Звездой называется такое соединение, когда концы фаз обмоток генератора (G) соединяют в одну общую точку, называемую нейтральной точкой или нейтралью. Концы фаз обмоток потребителя (M) также соединяют в общую точку. Провода, соединяющие начала фаз генератора и потребителя, называются линейными. Провод, соединяющий две нейтрали, называется нейтральным.

Трёхфазная цепь, имеющая нейтральный провод, называется четырёхпроводной. Если нейтрального провода нет — трёхпроводной. Если сопротивления Za, Zb, Zc потребителя равны между собой, то такую нагрузку называют симметричной.

Линейные и фазные величины

Напряжение между линейным проводом и нейтралью (Ua, Ub, Uc) называется фазным. Напряжение между двумя линейными проводами (UAB, UBC, UCA) называется линейным. Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:

Мощность трёхфазного тока

Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, мощность трёхфазной сети равна:

 

Треугольник

Треугольник — такое соединение, когда конец первой фазы соединяется с началом второй фазы, конец второй фазы с началом третьей, а конец третьей фазы соединяется с началом первой.

Соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями

Для соединения обмоток треугольником, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:

Мощность трёхфазного тока

Для соединения обмоток треугольником, при симметричной нагрузке, мощность трёхфазного тока равна:

2.В чем заключается принцип действия трансформатора.

Трансформатор - неподвижный (статический) электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Простейший трансформатор состоит из замкнутого ферромагнитного сердечника и двух обмоток. Обмотка, подключенная к генератору, называется первичной. Обмотка, к которой подключена нагрузка, называется вторичной. Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции. Переменный ток, протекающий по первичной обмотке, создает в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Ф, который, пронизывая обмотки. индуктирует в каждом витке некоторую э. д. с. (Е). Действующее значение э. д. с., определяется по формуле

где Е-действующеезначение э.д. с.; ω-число витков; f-частота,Гц; Φ_m-амплитудное значение магнитного потока, вб.

Если принять число витков ω=1, то E=4,44fΦ_m

Электродвижущие силы, наводимые магнитным потоком Φ, в обмотках трансформатора будут, очевидно, пропорциональны количеству витков. Если числа витков первичной и вторичной обмоток обозначить соответственно ω₁ и ω₂, то для действующего значения э. д. с. самоиндукции первичной обмотки (Е₁) будем иметь Е₁=ω₁Е, аналогично э. д. с. взаимоиндукции вторичной обмотки Е₂=ω₂Е.

Отношение

называют коэффициентом трансформации и обозначают буквой К:

Если трансформатор не нагружен (т. е. цепь вторичной обмотки разомкнута), то напряжение на ее зажимах равно э. д. с. (U₂₌E₂). В тоже время, поскольку первичная обмотка обладает относительно большим индуктивным сопротивлением и ток потребляемый ею от сети, невелик, можно пренебречь падением напряжения на ее активном сопротивлении. Тогда приложенное к первичной обмотке напряжение будет численно равно э. д. с. самоиндукции (U₁≈E₁). Итак при отсутствии нагрузки U₁≈E₁ и U₂₌E₂. Следовательно, отношение Е₁/Е₂ можно заменить отношением U₁/U₂, т. е.

Таким образом, коэффициент трансформации есть отношение напряжения на зажимах первичной обмотки к напряжению на зажимах вторичной обмотки при отсутствии нагрузки.

3.Назначение, краткая характеристикаустройств основных аппаратов подстанций: разъединителей, масляных выключателей, выключателей нагрузки.

 

Выключатели служат для включения и отключения токов, протекающих в нормальных и аварийных режимах работы электрической сети. Основные типы выключателей, используемые для коммутации электрических цепей:
Масляные выключатели. В этих аппаратах дугогасительное устройство заполнено трансформаторным маслом. Гашение электрической дуги осуществляется путем эффективного охлаждения потоками газа, возникающего при разложении масла дугой. Наиболее широкое распространение получили маломасляные выключатели на напряжения 10-20 кВ и 110-220 кВ. Существуют масляные выключатели с большим объемом масла — баковые, в которых трансформаторное масло используется в качестве дугогасящей и изолирующей сред, и выключатели с малым объемом масла — горшковые, в которых масло используется только для гашения дуги.
Электромагнитные выключатели. На электрическую дугу, возникающую и процессе отключения, действует магнитное поле, которое загоняет дугу в керамическую гасительную камеру. Охлаждение дуги в камере создает условия для ее гашения. Электромагнитные выключатели выпускаются на напряжение 6-10 кВ. Отсутствие масла упрощает эксплуатацию выключателя, делает его полностью взрыво- и пожаробезопасным.Электромагнитные выключатели нашли широкое применение в электроустановках с частыми коммутационными операциями.
Воздушные выключатели. Гашение дуги осуществляется потоком сжатого воздуха. Номинальное напряжение до 1150 кВ. Достоинствами воздушных выключателей являются взрыво и пожаробезопасность, быстродействие, высокая отключающая способность, малый износ дугогасительных контрактов, пригодность для наружной и внутренней установки, а их недостатками — необходимость компрессорной установки, сложность изготовления ряда деталей и узлов, относительно высокая стоимость.
Элегазовые выключатели. Гашение дуги производится потоком элегаза, либо путем подъема давления в камере за счет дуги, горящей в замкнутом объеме газа. Применяются на все классы напряжения. По конструкции различают колонковые и баковые выключатели. Колонковые ни внешне, ни по размерам принципиально не отличаются от маломасляных,
Вакуумные выключатели. Вакуумный выключатель - высоковольтный выключатель, в котором вакуум служит средой для гашения электрической дуги. Вакуумный выключатель предназначен для коммутаций (операций включения-отключения) электрического тока — номинального и токов короткого замыкания (КЗ) в электроустановках. Вакуумные выключатели применяются при напряжении до 110 кВ.
Разъединители предназначены для отсоединения отдельных элементов оборудования и участков электрической системы от источников напряжения. В распределительных устройствах разъединители служат главным образом для снятия напряжения с элементов установки, подлежащих осмотру, ремонту, а также для изменения коммутационной схемы распределительного устройства (соединение между собой секций шин, перевод питания линии на другую систему шин и т. п.) Разъединители создают видимое место разрыва электрической цепи.
Контакты разъединителей не имеют дугогасительных устройств, поэтому разъединители могут включать ненагружен-ные цепи и отсоединять цепи, предварительно разомкнутые выключателем

По конструктивному исполнению различают два основных вида разъединителей: рубящего типа с движением подвижного контакта—ножа в плоскости осей изоляторов и поворотного типа с перемещением ножа в плоскости, перпендикулярной к осям изоляторов, а также для внутренней и наружной установки.

Выключатель нагрузки — это разъединитель специальной конструкции, контакты которого снабжены дугогасительным устройством небольшой мощности. Он предназначается для включения и отключения цепей при токах нормальной нагрузки порядка нескольких сотен ампер, но не при токах короткого замыкания. Если совместно с выключателем нагрузки установлены плавкие предохранители, включенные последовательно с его контактами, предохранители обеспечивают автоматический разрыв цепи при коротких замыканиях. Такое комбинированное устройство может быть использовано во многих случаях вместо силового выключателя напряжением выше 1000 В с релейной защитой.

4. Приборы магнитоэлектрической и электромагнитной систем, конструкция, применение.

В магнитоэлектрических измерительных механизмах вращающий момент создается в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита 1 (рис.1) и магнитного поля проводника с током, выполняемого в виде обмотки, наклеенной на легкую алюминиевую прямоугольную рамку 3.

Рис. 1 Схема устройства прибора магнитоэлектри-ческой системы:

1- постоянный магнит; 2- по-люсные наконечники; 3-об-мотка подвижной катушки; 4- стальной ферромагнитный сердечник; 5- спиральная пружинка
Рамка крепится на двух полуосях. Ток к обмотке подводится через две спиральные пружинки. Рамка (обмотка) охватывает неподвижный стальной сердечник 4 с зазором 1-2 мм и может поворачиваться в кольцеобразном зазоре между сердечником и полюсными наконечниками 2. Магнитное поле в этом зазоре радиально и практически равномерно.

При протекании по обмотке тока i на нее будет действовать вращающий момент
М _ВР =В l ω bi,
где В- магнитная индукция;
l- активная длина обмотки;
ω- число витков обмотки;
b- ширина катушки (рамки).
В состоянии равновесия вращающий момент равен противодействующему моменту спиральной пружины В l ω bi = Dα, где D- удельный противодействующий момент (г·.см/рад). Отсюда уравнение прибора:
α = S i,
где S = В l ω b / D = сonst – чувствительность прибора. Так как чувствительность постоянна, то шкала прибора равномерная.
Приборы магнитоэлектрической системы применяются в электрических цепях для измерения токов и напряжений, отличаются высокой точностью, небольшой потребляемой мощностью, достаточной устойчивостью к перегрузкам, рассчитаны на малые постоянные токи.

 

На рис.2. представлена схема устройства прибора электромагнитной системы. Подвижная часть прибора состоит из оси 1, на которой смонтирован в виде плоского лепестка сердечник из ферромагнитного материала 2, стрелочный указатель 3 и спиральная пружинка 4 для создания противодействующего момента.

Рис.2. Схема устройства прибора электромагнитной системы
Для создания вращающего момента используется силовое действие магнитного поля неподвижной катушки 5. Под влиянием магнитного поля при протекании тока i сердечник втягивается в щель катушки, поворачивая ось 1 с указательной стрелкой 3.
Вращающий момент М прибора при измеряемом токе i определяется выражением:

М_ВР =

где L – индуктивность катушки, зависящая от положения сердечника.
Момент М_ПР, создаваемый при закручивании или раскручивании пружины, прямо пропорционален углу α поворота оси: М_ПР = Dα,
где D- удельный противодействующий момент. При равенстве вращающего и противодействующего момента = Dα, откуда уравнение прибора: α = ki ² ,
где k = - коэффициент, зависящий от свойств катушки, материала и формы сердечника и их взаимного положения. В первом приближении коэффициент k принимается постоянным.
Прибор пригоден для измерения постоянного и переменного тока. Прибор измеряет действующее значение переменного тока. У амперметров катушка выполняется медным проводом большого сечения и с малым числом витков, у вольтметров катушка имеет большое число витков из провода малого сечения. Шкала прибора из-за квадратичного характера зависимости между углом отклонения α и током i неравномерная: сжата в начале и растянута в конце, начальная часть шкалы (10-20%) практически является нерабочей.

 

5.Меры пожарной безопасности при эксплуатации электроустановок.

 

На предприятии разрабатывается план противопожарных мероприятий.

Предусматривается исключение возможности загораний по причинам:

-неисправности в системе электроснабжения;

-нарушение правил при производстве сварочных работ и других огневых работ;

-обеспечение соответствующего нормам хранения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей и материалов;

- содержание рабочих мест в незахламленном состоянии;

- обеспечение системой сигнализации о возникновении пожара, в необходимых случаях система автоматического пожаротушения;

- обеспечение противопожарным инвентарем и соответствующими огнетушителями.

Нарушения в системах электроснабжения:

-нарушение правил монтажа;

-нарушение изоляции (в т.ч. старение), поэтому необходимо периодически проверять сопротивление изоляции;

-неправильно установленные, эксплуатируемые предохранители, автоматы и т.д.

Билет № 5.

1. Электромагнитная индукция, взаимоиндукция и самоиндукция

 

Явление электромагнитной индукции объясняется изменением потокосцеплений магнитного поля с проводником. В результате изменяющегося потокосцепления в проводнике индуктируется ЭДС. Возникшее ЭДС называется ЭДС индукцией.

Величина ЭДС индуктируемой в проводнике зависит от скорости изменения потокосцепления или при одиночном проводнике скорости изменения магнитного потока.

Е = - dФ/dt, что означает либо изменение пространственного проводника относительно поля либо наоборот, или количественные изменения величины магнитного потока.

В проводнике движущемся в магнитном поле индуктируется ЭДС, направление которой определяется правилом правой руки. По принципу вышеуказанного закона работают генераторы. При прямом проводнике величина ЭДС пропорциональна скорости его перемещения относительно поля, магнитной индукции поля, длине проводника

Е = В • ℓ • ν

Взаимоиндукция

При подаче переменного напряжения в первую катушку по ней будет протекать переменный ток I₁, который образует магнитный поток. Этот магнитный поток пересекает или сцепляется с витками второй катушки. В связи с этим в ней индуцируется ЭДС. Если вторая катушка замкнута на сопротивление R, то по ней потечет ток I₂, который создаст магнитный поток Ф₂. В результате устанавливается единый магнитный поток.

Таким образом, протекание тока по двум катушкам (при подаче напряжения только в одну катушку) образует магнитное взаимодействие катушек, что и называется взаимной индукцией.

 

Составим цепь как на рисунке. Измерим сопротивление катушки индуктивности омметром (омическое сопротивление), затем сопротивление реостата сделаем равным омическому сопротивлению катушки. Замкнем цепь При замыкании цепи ток батареи будет возрастать от нуля до максимума, т. е. в момент замыкания цепи идет нарастающий ток батареи. Вокруг катушки возникает нарастающее магнитное поле, которое пересекает витки этой катушки. В результате на катушке индуктируется э. д. с. индукции, которая в данном случае называется э. д. с. самоиндукции. Эта э. д. с. направлена против э. д. с. батареи. Катушка является источником тока самоиндукции. Ток самоиндукции идет против нарастающего тока батареи, уменьшая величину этого нарастающего тока. Поэтому верхняя лампочка раскаляется медленно. Когда нарастающий ток батареи преодолеет направление тока самоиндукции, он достигает максимума и становится постоянным. Магнитное поле катушки также становится постоянным. Э. д. с. самоиндукции отсутствует, тока самоиндукции нет, обе лампы горят одинаково.Теперь разомкнем цепь. Магнитное поле катушки пропадая пересечет катушку, индуктируя на ней э. д. с. самоиндукции противоположной полярности. Теперь ток самоиндукции имеет одно направление с пропадающим током батареи. Направление э. д. с. самоиндукции определяется по закону Ленца. Так как причиной возникновения э. д. с. самоиндукции является изменение тока, то закон Ленца применительно к явлению самоиндукции может сформулирован так: э. д. с. самоиндукции имеет такое направление, при котором она противодействует изменениям тока в цепи. При возрастании тока э. д. с. самоиндукции направлена противоположно направлению тока. При этом она противодействует возрастанию тока. При уменьшении тока направление э. д. с. самоиндукции совпадает с направлением тока. При этом она противодействует уменьшению тока.

2. Синхронные двигатели: принцип действия, конструктивные элементы, характеристики.

Статор имеет трехфазную, симметричную обмотку, которая образует полюса. Ротор СД представляет собой вал, на котором закрепляются либо постоянные магниты (малые машины), либо электромагниты, которые имеют магнитопроводящий сердечник и катушки на нем. Система катушек на роторе СД называется обмоткой возбуждения. Через сверления в полом валу концы обмоток возбуждения выводятся на два кольца (+, -), через щеточный аппарат на кольца подается постоянный ток. Число полюсов ротора равно числу полюсов статорной обмотки. По конструкции полюса могут изготавливаться отдельно и затем механически прикрепляться к частям вала ротора. Такой двигатель называется СД с явно выраженными полюсами. Однако, в связи действием на полюса центробежных сил крепление к ротору достаточно сложное, поэтому такие двигатели тихоходные (до 750 об/мин). Также делают СД с неявновыраженными полюсами. Конструктивно – это бочка ротора со специальными вырезами – пазами – в которые уложена обмотка возбуждения. Такая конструкция механически более прочна. Для обеспечения вращения ротора необходимо сцепление полей статора и ротора, а для этого ротор нужно раскрутить до подсинхронной скорости. Разгоняют его либо специальным небольшим двигателем (разгонный), либо применяют асинхронный пуск СД. Для этого в ротор помещают еще одну обмотку в виде стержней (беличья короткозамкнутая клетка). Таком образом, вначале после подачи напряжения на статор, СД пускается в асинхронном режиме. После достижения подсинхронной скорости в ротор подается постоянный ток возбуждения. Скорость СД с изменением нагрузки не изменяется. Постоянный ток для цепей возбуждения вырабатывается либо отдельностоящими генераторами постоянного тока, либо установленными на корпусе СД и соединенными с валом СД ремнями (наездник). Применяются генераторы постоянного тока, располагаемые внутри СД на его же валу – бесщеточная схема возбуждения. Применяются полупроводниковые выпрямители, регулируемые тиристорной схемой возбуждения.

Достоинства СД:

1. Неизменность оборотов при изменении нагрузки, что сохраняет производительность механизма.

2. Более высокий КПД.

3. Более высокий, опережающий cos φ.

3.В чем преимущества автоматического выключателя перед рубильником.

Рубильники чаще используют в ячейках КСО и в других электроустановках до 1кВ для производства отключений и включений электрооборудования без нагрузки, создания видимого разрыва при ремонтных работах на электрооборудовании. Рубильник не обеспечивает защиту от КЗ, не имеет системы дугагашения, значительные габариты. Автоматические выключатели обеспечивают автоматическое отключение токов К.З. и токов перегрузки электрооборудования с достаточным быстродействием, имеют меньшие габариты.

 

4.Электроустановки с изолированной нейтралю и глухозаземленной нейтралью.Четырехпроводные сети переменного тока. Нулевой провод.

Глухозаземленной нейтралью называют нейтраль трансформатора или генератора, присоединенную к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (трансформаторы тока и др.), а изолированной — нейтраль, не присоединенную к заземляющему устройству или присоединенную через аппараты, компенсирующие емкостный ток в сети, и другие аппараты, имеющие большое сопротивление. Заземление нейтрали генератора или трансформатора называют рабочим заземлением в отличие от защитного заземления. В электроустановках с глухозаземленной нейтралью при замыкании между фазой и заземляющими проводниками должно быть обеспечено быстрое и надежное автоматическое отключение поврежденного участка. Поэтому в электроустановках напряжением до 1000В обязательно соединение корпусов электрооборудования с заземленной нейтралью установки. При нарушении изоляции, то есть электрическом соединении одной фазы с корпусом при глухозаземленной нейтрали, произойдет короткое замыкание и поврежденный участок будет отключен максимальным автоматом или предохранителем.

Глухое заземление нейтрали выполняют в четырехпроводных сетях переменного тока. Нулевые выводы силовых трансформаторов в этом случае заземляют наглухо, и все части, подлежащие заземлению, непосредственно соединяют с заземленным нулевым выводом. Провод сети, соединенный с заземленной нейтралью трансформатора, называют нулевым проводом. В цепи нулевого провода не должно быть предохранителей или разъединяющих приспособлении. На воздушных линиях напряжением до 1кВ с глухозаземленной нейтралью металлическая связь с нейтралью трансформатора осуществляется с помощью нулевого провода, прокладываемого на тех же опорах линии, что и фазные; крюки и штыри фазных проводов и арматуру железобетонных опор соединяют с нулевым проводом, на воздушных линиях с изолированной нейтралью — заземляют.

Па концах воздушных линий (или ответвлений) длиной более 200 метров, а также на вводах в здания, электроустановки которых подлежит заземлению, выполняют повторные заземления нулевого провода, для чего используют в первую очередь естественные заземлители (например, железобетонные опоры), а также заземляющие устройства, выполненные для защиты от грозовых перенапряжений.

В установках с изолированной нейтралью или нейтралью, заземленной через большое сопротивление, на нулевых выводах силовых трансформаторов устанавливают пробивные предохранители, исключающие опасность поражения током, возникающую при повреждении изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений. При наличии воздушной сети со стороны низшего напряжения трансформатора пробивной предохранитель ставят на фазе С.

5.Технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ при эксплуатации электроустановок.

 

Технические мероприятия предназначены для создания технических условий, при которых при всех схемах питания электроустановки непреднамеренное прикосновение человека к токоведущим частям становится маловероятным.

1. Производство необходимых отключений и принятие мер против ошибочного и самопроизвольного включения.

2. Проверка отсутствия напряжения..

3. Наложение защитного заземления (включение заземляющих ножей или переносного заземления). Вначале подсоединяется общий проводник к заземлению, а затем остальные пофазно.

4. Вывешивание предупреждающих плакатов.

5. Установка ограждений.

Билет № 6.

1. Схемы соединений обмоток в звезду и треугольник

Звезда

Звездой называется такое соединение, когда концы фаз обмоток генератора (G) соединяют в одну общую точку, называемую нейтральной точкой или нейтралью. Концы фаз обмоток потребителя (M) также соединяют в общую точку. Провода, соединяющие начала фаз генератора и потребителя, называются линейными. Провод, соединяющий две нейтрали, называется нейтральным.

Трёхфазная цепь, имеющая нейтральный провод, называется четырёхпроводной. Если нейтрального провода нет — трёхпроводной. Если сопротивления Za, Zb, Zc потребителя равны между собой, то такую нагрузку называют симметричной.

Линейные и фазные величины

Напряжение между линейным проводом и нейтралью (Ua, Ub, Uc) называется фазным. Напряжение между двумя линейными проводами (UAB, UBC, UCA) называется линейным. Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями:

Мощность трёхфазного тока

Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, мощность трёхфазной сети равна:

 

Треугольник

Треугольник — такое соединение, когда конец первой фазы соединяется с началом второй фазы, конец второй фазы с началом третьей, а конец третьей фазы соединяется с началом первой.