3.3. Учебное пособие

Учебное пособие по дисциплине «Основы энергетики и электроснабжения» (авторы С.И. Джаншиев, Г.З. Зайцев, В.Н. Костин) подготовлено на кафедре электроснабжения и находится в библиотеке и читальном зале СЗТУ, а также в электронном виде в учебных материалах сервера поддержки дистанционного обучения СЗТУ.

Адрес сайта http://elib.nwpi.ru.

Доступ к электронным документам библиотеки предоставляется только в авторизованном режиме. Студенты СЗТУ могут бесплатно получить пароль для авторизации в читальном зале или медиатеке УИЦ.

Иногородние студенты могут узнать свой пароль, отослав письмо с ФИО, номером паспорта и номером зачётной книжки по электронному адресу [e-mail]

Остальные учебники и учебные пособия библиографического списка можно найти в библиотеке и читальном зале СЗТУ.

65

	3.4. Глоссарий
Термин	Что обозначает
Биотопливо	Топливо растительного и животного происхождения
Воздушная линия	Устройство для передачи электроэнергии по проводам,
	расположенным на открытом воздухе и прикрепленным
	с помощью изоляторов и арматуры к опорам
Кабельная линия	Устройство для передачи электроэнергии, состоящее из
	одного или нескольких параллельных кабелей и кабель-
	ной арматуры
Когенерация	Совместная выработка двух видов энергии
Коммутационный	Устройство, предназначенное для замыкания и размы-
аппарат	кания электрической цепи
Плотность тока эконо-	Плотность тока, при которой передача электроэнергии
мическая	по линии осуществляется с минимальными затратами
Подстанция	Электроустановка, служащая для распределения и пре-
	образования электроэнергии, состоящая из трансформа-
	торов, распределительных устройств, устройств управ-
	ления и вспомогательных сооружений
Потребитель энергии	Группа электроприемников, объединенная технологиче-
	ским процессом и размещенная на определенной терри-
	тории
Распределительное	Электроустановка, предназначенная для приема и рас-
устройство	пределения электроэнергии
Реклоузер	Комплексное коммутационное устройство, включающее
	вакуумный выключатель, систему первичных преобра-
	зователей тока и напряжения, автономную систему опе-
	ративного питания, микропроцессорную систему ре-
	лейной защиты и автоматики
Система	Совокупность электроустановок, предназначенных для
электроснабжения	обеспечения потребителей электроэнергией
Тепловая сеть	Система трубопроводов (теплопроводов) для транспор-
	тирования и распределения теплоносителя (горячей во-
	ды или пара).
Электрическая станция	Электрическая станция , предназначенная для выработ-
	ки тепловой и электрической энергии
Энергетическая	Совокупность электростанций, тепловых и электриче-
система	ских сетей, соединенных между собой и связанных
(энергосистема)	общностью режимов производства, преобразования, пе-
	редачи и распределения энергии
Электрическая сеть	Совокупность электроустановок для передачи и распре-
	деления электрической энергии, состоящая из подстан-
	ций и линий электропередачи, работающих на опреде-
	ленной территории
Электроприемник	Аппарат (агрегат, механизм), предназначенный для пре-
	образования электрической энергии в другой вид энер-
	гии

66

3.5. Технические средства обеспечения дисциплины

Универсальные компьютеризированные физические модели систем электроснабжения.

Модели расположены в лабораториях кафедры электроснабжения СЗТУ и предназначены для выполнения циклов лабораторных работ по различным дисциплинам.

67

3.6. Методические указания к выполнению лабораторных работ

Общие указания

В процессе изучения дисциплины студенты должны выполнить лабораторные работы, основной целью которых является закрепление теоретического материала по курсу.

Лабораторные работы проводятся в лабораториях кафедры электроснабжения СЗТУ и включают физическое моделирование различных режимов работы электрических сетей.

Структура и порядок выполнения всех работ одинаковые:

1.Цель работы.

2.Основные теоретические положения.

3.Описание лабораторной модели.

4.Порядок выполнения работы.

5.Содержание отчета.

До выполнения лабораторных работ студенты должны прослушать лекции по соответствующим разделам дисциплины или самостоятельно проработать теоретический материал. Перед каждым занятием необходимо ознакомиться с целью, теоретическими положениями, заданием и методическими указаниями по выполнению работы. Исходные данные, необходимые для выполнения работ, берутся из таблиц в соответствии с шифром студента. Исходные данные также могут быть заданы, изменены или уточнены преподавателем, ведущим лабораторные занятия.

После выполнения всех лабораторных работ каждый студент должен оформить отчет. На титульном листе отчета указываются:

-название дисциплины;

-наименование лабораторной работы;

-фамилия, инициалы и шифр студента.

Текст отчета должен быть изложен аккуратно, с обязательным приведением цели занятия, исходных данных, необходимых формул, схем, единиц измерения физических величин, распечаток результатов расчетов. При оформлении отчета оставляются поля шириной 3-4 см для замечаний преподавателя.

К зачету по дисциплине допускаются студенты, в полном объеме выполнившие лабораторные работы и оформившие отчеты.

68

3.6.1. Исследование работы устройства защитного отключения

(для специальностей 140601.65 и 140602.65)

1. Цель работы – ознакомление с работой УЗО в электроустановках напряжением до 1 кВ с системой заземления ТN-S.

2. Основные теоретические положения

В сетях переменного трехфазного тока напряжением до 1 кВ наибольшее распространение получила система TN. В этой системе нейтраль источника питания глухо заземлена, открытые проводящие части электроустановок (металлические корпуса оборудования) присоединены к заземленной нейтрали источника посредством нулевого защитного проводника.

Глухое заземление нейтрали означает непосредственное (без какого-либо сопротивления) соединение нейтрали с заземляющим устройством.

Существуют три разновидности системы TN:

-система TN-S (S от слова separe – раздельный), при которой нулевой рабочий проводник (N) и нулевой защитный проводник (PE) работают раздельно по всей сети (рис. 3.6.1,а);

-система TN-C (C – от слова combine – комбинированный, совмещенный), при которой проводники N и PE объединены в один по всей длине, т. е. этот общий проводник является и рабочим, и защитным (PEN на рис. 3.6.1,б);

-система TN-C-S, при которой в части сети проводники N и PE объединены

в один PEN проводник, а в части сети работают раздельно (N и РЕ) (рис. 3.6.1, в).

а)

б)

в)

Рис. 3.6.1. Системы заземления в сетях переменного трехфазного тока:

а– система TN-C; б – система TN-S; в– система TN-C-S

Взданиях старой постройки наиболее распространенной является система TN-C, позволяющая реализовать трехфазную систему 380/220 В. Совмещение N

69

и PE проводников в один PEN проводник обеспечивает снижение затрат на сеть, однако понижает надежность защиты от поражения электрическим током. Во вновь строящихся зданиях и в зданиях, где выполняется реконструкция электросетей, предпочтение отдается системе TN-S.

В настоящее время в электрические сети напряжением до 1 кВ интенсивно внедряется специальный вид защитного устройства, с помощью которого осуществляются:

-защита людей от поражения электрическим током при прикосновении к частям электрооборудования, оказавшимся под напряжением;

-отключение электроустановок при значительном ухудшении состояния изоляции;

-предотвращение пожаров, возникновение которых возможно вследствие протекания больших токов утечки на землю.

Это устройство осуществляет отключение питания при появлении не предусмотренной нормальными условиями эксплуатации ситуации в электрической сети. Такое устройство называется устройством защитного отключения – УЗО.

УЗО – быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный (разностный) ток. Поэтому наряду с термином «УЗО» в отечественной практике применяются названия «Выключатель дифференциального тока» или «Дифференциальный выключатель».

УЗО сравнивает ток, протекающий по проводникам – «входящий» и «выходящий». В случае, когда разность этих токов достигает определенного значения (отключающего дифференциального тока), устройство отключает питающее напряжение. Если человек прикоснется к оголенному проводу или к электроприбору с поврежденной изоляцией и через него «на землю» потечет опасный для жизни ток, устройство мгновенно отключит питание электроустановки.

Устройствами защитного отключения оснащаются в обязательном порядке все вновь строящиеся и реконструируемые жилые здания, особо опасные помещения, в которых эксплуатируются электроприборы и электроинструмент, мобильные здания из металла или с металлическим каркасом для уличной торговли и бытового обслуживания и т. д.

УЗО применяется для комплектации вводно-распределительных устройств (ВРУ), распределительных щитов (РЩ), групповых щитков (квартирных и этажных), а также для защиты отдельных потребителей электроэнергии. УЗО устанавливаются в общественных, жилых, административных зданиях и на промышленных предприятиях.

70

3. Описание лабораторной модели

Физическая модель электроустановки с системой заземления ТN-S набирается блоками на универсальном лабораторном стенде.

Для выполнения данной лабораторной работы используются блоки, указанные в табл. 3.6.1.

Таблица 3.6.1

Обозначение	Наименование блока	Тип		Параметры
блока				блока
G1	Однофазный источник питания	218.2	220 В; 10 А
А1	Модель питающей электрической	387
	сети			220 В/50 В А
А2	Модель электроприемника с рабо-	309.1		220 В
	чей изоляцией
А3	Модель человека	313.3	220 В/1 кОм
А5	Устройство защитного отключения	321.1	220 В/16 А/
	УЗО			10 мА
А8	Модель заземления	390	220 В/2, 10, 100,
				10000 Ом

Эти блоки следует поставить на вертикальную панель стенда. Порядок установки блоков может быть любой, но для логики схемы и удобства ее последующей сборки рекомендуется все блоки ставить в один ряд (верхний или нижний) в следующей последовательности слева направо: G1, А1, А8, A5, А2, А3. Порядок установки блоков показан на рис. 3.6.2.

4.Порядок выполнения работы

4.1.С помощью монтажных проводов и U-образных перемычек собрать схему электрических соединений, показанную на рис. 3.6.3.

4.2.Показать для проверки собранную схему преподавателю (лаборанту), проводящему лабораторную работу. Подключение стенда к питающей сети лаборатории выполняет преподаватель (лаборант).

71

Рис. 3.6.2. Порядок установки блоков

72

4.3.Включить выключатели однофазного источника питания G1. О наличии напряжения на его выходе должен сигнализировать красный светодиод.

4.4.Включить УЗО блока А5.

4.5.Включить выключатель «Питание» и автоматический выключатель модели питающей электрической сети А1. При этом должна загореться индикаторная лампа модели электроприемника А2.

Рис. 3.6.3. Схема электрических соединений

4.6.Смоделировать прямое прикосновение человека к частям, находящимся под напряжением, для чего замкнуть проводом 1 гнездо руки человека и гнездо фазы L (рис. 3.6.3). При этом должно отключиться УЗО, подтверждая тем самым действие защиты.

Вид обуви человека и тип пола, на котором он стоит, можно моделировать, проводя эксперименты с другими сопротивлениями между ногами человека и землей.

4.7.Убрать проводник 1 и включить УЗО.

4.8.Смоделировать повреждение основной изоляции электроприемника А2 установкой перемычки 2 или 3 в гнезда электроприемника (рис. 3.6.3). При этом должно отключиться УЗО, подтверждая тем самым действие защиты.

4.9.Убрать перемычку 2 или 3 и включить УЗО.

4.10.Смоделировать повреждение основной изоляции электроприемника А2 при обрыве защитного проводника РЕ. Для этого сначала убрать перемычку 4, а затем установить перемычку 2 в гнезда электроприемника А2 (рис. 3.6.3). При этом должно отключиться УЗО, подтверждая тем самым действие защиты.

4.11.Убрать перемычку 2, восстановить перемычку 4 защитного проводника РЕ, включить УЗО, отключить автоматический выключатель модели питающей электрической сети А1.

73

4.12.Переставить перемычки 5 модели электроприемника А2 (рис. 3.6.3) таким образом, чтобы нулевой и защитный проводник поменялись местами. Включить автоматический выключатель модели питающей электрической сети А1. При этом должно отключиться УЗО, подтверждая тем самым действие защиты.

4.13.По завершению экспериментов отключить автоматический выключатель однофазного источника питания G1, автоматический выключатель и выключатель «Питание» модели питающей электрической сети А1.

5.Содержание отчета:

-название и цель работы;

-схема систем заземления в сетях переменного тока;

-схема электрических соединений;

-результаты экспериментов;

-выводы по работе.

3.6.2.Установившийся режим электрической сети

(для специальности 140601.65)

1. Цель работы – измерение параметров установившегося режима работы электрической сети; оценка влияния параметров линии и параметров нагрузки на параметры режима сети.

2. Основные теоретические положения

Схема простейшей электрической сети, приведенная на рис. 3.6.4, включает в себя источник питания – шины напряжением U, трансформатор Т, линию W, на конце которой сосредоточена нагрузка Рн и Qн.

К параметрам режима сети относятся мощности (токи) в линиях и напряжения в узлах сети.

Установившийся режим характеризуется неизменностью или очень медленным изменением параметров режима.

Отдельные элементы электрической сети, например, линии электропередачи, имеют свои характеристики, которые называются параметрами сети. Это, в частности, сопротивления.

74

Рис. 3.6.4. Однолинейная схема электрической сети

При переменном токе различают полное Z, активное R и индуктивное X сопротивления

Z = R + jX = R2 + X 2 .

Индуктивное сопротивление линии определяется ее индуктивностью L и частотой f переменного тока:

Х=2πfL=314L,

где f = 50 Гц.

Каждый режим электрической сети характеризуется параметрами нагрузки, под которой подразумевают мощность, потребляемую в данный момент времени. При переменном токе различают полную Sн, активную Pн и реактивную Qн нагрузки

Sн = Рн + jQн = Рн2 +Qн2 .

При передаче мощности от источника к нагрузке в элементах сети возникают потери напряжения, рассчитываемые по формуле

U = PнR + Qн X ,

U ном

где Uном – номинальное напряжение сети.

Экспериментально потери напряжения можно определить как

U =U1−U 2 ,

где U1 и U2 – напряжения в начале и конце линии (рис. 3.6.4).

Значение U2 может быть равно, больше или меньше номинального Uном – в зависимости от значений U1 и ∆U. Для оценки отличия значений напряжения U от номинального Uном введено понятие отклонения напряжения δU:

75

δU = U −U ном 100 , %.

U ном

Допустимые значения δU на зажимах электроприемников нормируются ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». В большинстве случаев величина δU не должна превышать ±5 %.

Следовательно, режим электрической сети необходимо вести (регулировать) таким образом, чтобы величина δU не превышала допустимое значение.

Передача мощности от источника к нагрузке сопровождается потерями мощности и энергии в активных сопротивлениях элементов сети. Эти потери расходуются на нагрев проводников. Потери активной мощности определяются по формуле

	P =	Sн2	R =	Рн2 +Qн2	R .
		U ном2		U ном2
	Экспериментально потери мощности можно определить как
		Р = Р1− Р2

где Р1 и Р2 – мощность в начале и конце линии (рис. 3.6.4).

Потери активной мощности в сети – это дополнительная мощность, которую необходимо выработать на электростанциях. Поэтому как на стадии проектирования, так и на стадии эксплуатации электрических сетей важнейшей задачей является оценка величины потерь мощности сети и разработка мероприятий по их снижению. Как видно из выражения для потерь мощности, одним из ме-

роприятий по снижению потерь мощности является повышение	напряжения
сети.
В выражения для потерь напряжения U и потерь мощности	Р входят как

параметры нагрузки Pн и Qн, так и параметры линии R и Х. Рассмотрим соотношения этих параметров для различных сетей и видов нагрузки.

Для бытового сектора характерно соотношение Рн>>Qн, для промышленного сектора величины Pн и Qн соизмеримы.

Для кабельных линий характерно соотношение R>X, для воздушных линий сопротивления R и X соизмеримы.

В выполняемой лабораторной работе оцениваются:

76

- влияние параметров линии R и L на величину потерь напряжения	U в
линии;
- влияние параметров нагрузки Рн и Qн на величину потерь напряжения	U

влинии;

-величина отклонения напряжения δU в узле подключения нагрузки;

- величина потерь мощности Р в линии.

3. Описание лабораторной модели

Физическая модель электрической сети набирается блоками на универсальном лабораторном стенде. Для выполнения данной лабораторной работы используются блоки, указанные в табл. 3.6.2.

			Таблица 3.6.2
Обозначение	Наименование блока	Тип	Параметры бло-
блока			ка
G1	Однофазный источник питания	218.2
			220 В; 10 А
А9	Автоматический однополюсный	359
	выключатель		220 В; 0,5 А
А1	Однофазный трансформатор	372.1
			80 В А;
			220/198...242 В
А2	Модель линии электропередачи	313.3
			220 В; 0,3 А;
			R=0...100 Ом;
			L=0 …0,3 Гн.
А4	Активная нагрузка	306.4
			220 В; 0...30 Вт
А6	Индуктивная нагрузка	324.4
			220 В; 0...30 вар
А8	Коммутатор измерителя мощностей	349	5 положений
Р1	Блок мультиметров	509.2	2 мультиметра
			0...1000 В;
			0...10 А;
			0...20 МОм
Р2	Измеритель мощностей	507.2	15; 60; 150; 300;
			600 В;
			0,05; 0,1; 0,2; 0,5 А

Блок G1 служит для питания электрической сети (модель шин с напряжением U на рис. 3.6.4). Выключатель блока А9 автоматически отключает сеть при случайном коротком замыкании. Блоки трансформатора А1, линии А2, ак-

77

тивной нагрузки А4 и реактивной нагрузки А6 моделируют в соответствии с рис. 3.6.4 трансформатор Т, линию W и нагрузку Рн и Qн в конце этой линии.

Мультиметры блока Р1 используются в данной работе как вольтметры. Блок измерителя мощностей Р2 включает в себя ваттметр W и варметр var для измерения активной и реактивной мощностей.

Коммутатор измерителя мощностей (блок А8) позволяет измерять мощности в различных точках схемы (до 5 точек), не пересоединяя провода измерительных приборов.

Вставить блоки, указанные в табл. 3.6.2, на вертикальную двухрядную панель стенда. Порядок установки блоков может быть любой, но для логики схемы и удобства ее последующей сборки рекомендуется придерживаться следующих правил:

верхний ряд: слева направо устанавливаются блоки Р1, Р2, А8;

нижний ряд: слева направо устанавливаются блоки G1, А9, А1, A2, А4, А6. Порядок установки блоков показан на рис. 3.6.5.

Количество блоков нагрузки А4 и А6 может быть больше одного.

4.Порядок выполнения работы

4.1.Соединить желто-зелеными монтажными проводами гнезда защитно-

го заземления всех блоков с гнездом РЕ блока G1.

4.2. С помощью монтажных проводов красного и черного цвета и U- образных перемычек собрать схему электрических соединений, показанную на рис. 3.6.6. Для однозначности чтения этой схемы начала и концы некоторых соединительных проводов обозначены одинаковыми цифрами (1...6).

4.3. Исходные данные для выполнения лабораторной работы задаются преподавателем, ведущим занятие. В соответствии с этими данными выставить параметры линии (R, L), нагрузки (Рн, Qн) и коэффициент трансформации Ктр трансформатора. Параметры нагрузки выставляются в процентах от 30 Вт и 30 вар.

4.4.Показать для проверки собранную схему преподавателю (лаборанту), проводящему лабораторную работу. Подключение стенда к питающей сети лаборатории выполняет преподаватель (лаборант).

4.5.Включить выключатели однофазного источника питания G1. О наличии напряжения на его выходе должен сигнализировать красный светодиод.

78

Блок мультиметров

измеритель мощностей

коммутатор

сеть

ваттметр

варметр

измерителя мощностей

10 А 2 А

1 А 10 А 2 А

О1

Р1

I1

U1

U2

W

var

I2

Р2

О2

О3

Р3

I3

U3

U4

сеть

Р P,Q Q

I4

Р4

О4

О5

Р5

I5

1 А

1,6 А

U5

F

U<

U>

I<

I>

Р2 Р3 Р4

Р1

Р5

0

I

10А

А

СОМ

VΩ

10А

А

СОМ

VΩ

0,05...1 А

60

150 300

0,1 0,2

0,5

15

600

0,05

1

U

15...600 В

к измерителю мощностей

0

U

I

учебная

509.2

учебная

507.2

учебная

349

техника

техника

техника

однофазный источник

автоматический

однофазный

модель линии

Активная нагрузка

индуктивная нагрузка

питания

однополюсный

трансформатор

электропередачи

0...30 Вт / 220 В

0...30 вар / 220 В

220 В

выключатель

80 ВА 220/198...242 В

220 В / 0,3 А

I>

220 В / 0,5 А

I>, Т >

А

а

R

Т >

L

2

1

L

0,16 А

0,25 А

220 В

198...242В

R

N

Х

х

40

50

60

30

70

20

80

10

90

0

100

Ом

Ктр

L

0,95 0,975 1,0

0,12 0,150,18

40

50

60

40

50

60

0,925

1,05

0,09

0,21

30

70

30

70

0,9

1,1

0,06

0,24

20

80

20

80

0,03

0,27

10

90

10

90

РЕ

0

0,3

0

100

0

100

Гн

%

%

учебная

218.2

учебная

359

учебная

372.1

учебная

313.3

учебная

306.4

учебная

324.4

техника

техника

техника

техника

техника

техника

Рис. 3.6.5. Порядок установки блоков

4.6.Включить выключатели «Сеть» блока мультиметров Р1 измерителя мощностей Р2.

4.7.Установить переключатели мультиметров в положение 700 V . Активировать мультиметры нажатием красной кнопки на каждом приборе.

4.8.Включить выключатель А9.

79

Рис. 3.6.6. Схема электрических соединений

4.9. Выполнить следующие измерения. По показаниям мультиметров измерить напряжения в начале U1 и конце U2 линии W. Оценить потерю напряжения в линии. Напряжение на нагрузке U2 должно находиться в диапазоне

210...230 В (Uном + 5 %).

В измерителе мощностей поставить переключатель измеряемых мощностей в положение Р. В коммутаторе измерителя мощностей А8 поставить переключатель в положение Р1 и снять показания ваттметра W, показывающего значение активной мощности Р1 в начале линии. Далее поставить переключатель в положение Р2 и снять значение потерь мощности в линии Р.

Для удобства снятия показаний ваттметра W предусмотрены переключатели диапазонов измерения токов (0,05 ...1,0 А) и напряжений (15...600 В). Если при проведении измерений загорается красный светодиод, показывающий перегрузку прибора (U>, I>), переключатель диапазона измерений следует перевести в более грубое положение. Например, если в диапазоне токов 0,2 А загорается красный светодиод I>, переключатель диапазона токов следует перевести в положение 0,5 А.

80

Повторить измерения U1, U2, Р1 и Р при поочередном увеличении параметров Рн, Qн, R и L. При увеличении каждого параметра следить, чтобы напряжение на нагрузке U2 не опускалось ниже 210 В. Фиксировать это предельное значение параметра.

Результаты измерений параметров режима электрической сети занести в табл. 3.6.3.

Таблица 3.6.3

Рн,	Qн,	R,	L,	U1,	U2,	U,	Р1,	Р,
Вт	вар	Ом	Гн	В	В	В	Вт	Вт
задан.	задан.	задан.	задан.
предел.	задан.	задан.	задан.
задан.	предел.	задан.	задан.
задан.	задан.	предел.	задан.
задан.	задан.	задан	предел.

4.10. По завершении измерений отключить источник G1, выключатель А9, выключатели «Сеть» блока мультиметров Р1 и измерителя мощностей Р2.

5. Содержание отчета:

-название и цель работы;

-исходные данные;

-схема электрической сети;

-схема электрических соединений;

-результаты измерений параметров режима электрической сети;

-выводы по работе.

3.5.3. Моделирование токовой защиты линии электропередачи

(для специальности 140602.65)

1. Цель работы – ознакомление с работой автоматического выключателя, защищающего линию электропередачи от коротких замыканий.

2. Основные теоретические положения

В условиях эксплуатации систем электроснабжения наиболее частыми повреждениями оборудования являются нарушения изоляции, приводящие к коротким замыканиям КЗ. Процесс КЗ сопровождается протеканием по оборудованию больших токов, многократно превышающих его номинальные токи. Поскольку электродинамическое и термическое воздействие тока КЗ на оборудо-

81

вание приводит к разрушению этого оборудования, в системах электроснабжения устанавливаются специальные защитные аппараты, основной функцией которых является быстрое и надежное отключение участка, на котором произошло КЗ.

Вэлектрических сетях напряжением до 1 кВ такими защитными аппаратами являются плавкие предохранители и автоматические выключатели (автоматы). В настоящей работе рассматривается защита оборудования от токов КЗ с помощью автоматов.

Защитные функции автомата осуществляются с помощью специальных встроенных в него первичных реле, называемых расцепителями. Под первичными реле понимаются реле, включенные последовательно непосредственно в рассечку силовой цепи.

Вавтоматах используются тепловые, электромагнитные и комбинированные расцепители. Тепловые расцепители осуществляют защиту от токов перегрузки, а электромагнитные – от токов короткого замыкания. Комбинированные расцепители совмещают в себе защиту как от перегрузки, так и от короткого замыкания.

Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластинку, состоящую из двух металлов с различными коэффициентами теплового линейного расширения. При нагреве проходящим по ней током перегрузки эта пластина выгибается и автомат выключается.

Электромагнитный расцепитель представляет собой электромагнит, воздействующий на отключающий пружинный механизм автомата. Если ток в катушке электромагнита превысит определенное, заранее установленное значение, то защищаемый объект мгновенно отключается.

Принципиальная электрическая схема токовой защиты линии приведена на рис. 3.6.7. От источника питания – шин с напряжением U – через трансформатор Т получает питание линия W.

Рис. 3.6.7. Принципиальная электрическая схема

82

Автомат QF, установленный в начале линии, защищает эту линию от тока КЗ, которое может произойти в любой точке К линии.

3. Описание лабораторной модели

Физическая модель электрической сети набирается блоками на универсальном лабораторном стенде. Для выполнения данной лабораторной работы используются блоки, указанные в табл. 3.6.4.

			Таблица 3.6.4
Обозначение	Наименование блока	Тип	Параметры бло-
блока			ка
G1	Однофазный источник питания	218.2
			220 В; 10 А
А1	Однофазный трансформатор	372.1
			80 В А;
			220/198...242 В
А9	Автоматический однополюсный	359
	выключатель		220 В; 0,5 А
А2 (2 шт.)	Модель линии электропередачи	313.3
			220 В; 0,3 А
Р1	Измеритель тока и времени	524	0...5 А;
			0,01...999 с

Использование двух блоков А2 модели линии электропередачи позволит моделировать КЗ в любой точке защищаемой линии W.

Измеритель тока и времени предназначен для фиксации величины тока КЗ и времени его отключения.

Назначение остальных блоков, указанных в табл. 3.6.4, очевидно. Указанные в табл. 3.6.4. блоки следует поставить на вертикальную панель

стенда. Порядок установки блоков может быть любой, но для логики схемы и удобства ее последующей сборки рекомендуется все блоки ставить в один ряд (верхний или нижний) в следующей последовательности слева направо: G1, А1,

А9, A2, А2, Р1.

Порядок установки блоков показан на рис. 3.6.8.

83

Рис. 3.6.8. Порядок установки блоков

84

4. Порядок выполнения работы

4.1. Соединить желто-зелеными монтажными проводами гнезда защитного заземления всех блоков с гнездом РЕ блока G1.

4.2. С помощью монтажных проводов красного и черного цвета и U- образных перемычек собрать схему электрических соединений, показанную на рис. 3.6.9.

Рис. 3.6.9. Схема электрических соединений

4.3. Исходные данные − параметры линии R и L задаются преподавателем, ведущим занятие, или принимаются по табл. 3.6.5 в соответствии с последней цифрой шифра студента. Установить на двух блоках А2 заданные параметры R и L линии электропередачи W. Установить соотношением параметров первого и второго блоков заданное место расположения на линии точки короткого замыкания. Например, если короткое замыкание в середине линии с параметрами R=60 Ом и L=0,2 Гн, то на первом и втором блоках нужно установить R1=R2=30

Ом и L1= L2=0,1 Гн.

								Таблица 3.6.5
				Варианты заданий
Параметры
линии
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
R, Ом	20	30	40	50	50	60	70	80	90	100
L, Гн	0,3	0,27	0,24	0,21	0,18	0,15	0,15	0,12	0,09	0,06

4.4.Показать для проверки собранную схему преподавателю (лаборанту), проводящему лабораторную работу. Подключение стенда к питающей сети лаборатории выполняет преподаватель (лаборант).

4.5.Включить выключатели однофазного источника питания G1. О наличии напряжения на его выходе должен сигнализировать красный светодиод.

4.6.Включить выключатель «Сеть» измерителя Р1.

85

4.7.Включить выключатель А9.

4.8.Смоделировать КЗ на линии электропередачи, для чего воткнуть проводник 1 в гнездо между блоками А2 линии (рис. 3.6.9). В результате срабатывания электромагнитного или теплового расцепителя автомата А9 поврежденная линия отключится от источника питания.

4.9.С индикаторов измерителя Р1 считать значение тока короткого замыкания и время срабатывания защиты.

4.10.Вынуть проводник 1 из гнезда линии.

4.11.Повторить эксперимент при КЗ в начале и конце линии и убедиться, что при заданных параметрах линии R и L эта линия защищена по всей длине.

4.12.По завершении эксперимента отключить однофазный источник питания G1 и выключатель «Сеть» измерителя Р1.

5.Содержание отчета:

-название и цель работы;

-схема электрическая принципиальная;

-схема электрических соединений;

-результаты экспериментов;

-выводы по работе.

86

3.7. Методические указания к выполнению практических

занятий (спец. 140601.65)

На практических занятиях рассматривается решение типовых задач по выбору сечений токоведущих частей электроустановок, выбору электрических аппаратов распределительных устройств, расчету режимов простейших электрических сетей.

На практических занятиях студентов очно-заочной формы обучения (объем занятий 4 часа) рассматривается решение четырех задач (задачи 1, 2, 3 и 4). На практических занятиях студентов заочной формы обучения (объем занятий 2 часа) рассматривается решение двух задач (задачи 1 и 2).

Задача 1

Магистральная линия W силовой сети промышленного предприятия напряжением 380 В питает группу асинхронных электродвигателей (рис. 3.7.1). Линию прокладывают в помещении трехжильным кабелем с алюминиевыми жилами и бумажной изоляцией при температуре окружающей среды (воздуха) 25°С. Длительный расчетный ток линии Iрасч=100 А, кратковременный ток при легком пуске двигателей Iпик = 500 А.

Определить номинальный ток плавких вставок предохранителей F, защищающих линию, и выбрать сечение кабеля этой линии при следующих условиях:

а) помещение с нормальной средой, линия должна быть защищена от перегрузки;

б) помещение пожароопасное, линия должна быть защищена от перегрузки;

в) линия должна быть защищена только от токов коротких замыканий.

Рис. 3.7.1. Схема к задаче 1

87

Задача 2

От шин главного распределительного щита ГРЩ (рис. 3.7.2) получает питание силовой распределительный щит РЩ с автоматическими выключателями, к которому присоединены шесть асинхронных электродвигателей 1-6 с короткозамкнутым ротором. Электродвигатели 3 и 4 установлены во взрывоопасном помещении, остальные электродвигатели, распределительный пункт и пусковая аппаратура − в помещениях с нормальной средой. Технические данные электродвигателей приведены в таблице.

Рис. 3.7.2. Схема к задаче 2

Номер	Тип электро-	Номиналь-	Номиналь-	Кратность	Пусковой
электро-	двигателя	ная мощ-	ный ток, А	пускового	ток, А
двигателя		ность, кВт		тока, о.е.
1−2	4А200М4	37,0	73,1	7,0	481,6
3	ВАО-72	30,0	69,0	6,5	448
4	ВАО-41	4,0	10,5	5,0	52,5
5 −6	4A100L4	4,0	8,6	7,0	60,2

Режим работы двигателей исключает возможность длительной перегрузки, условия пуска легкие, самозапуск исключен. Один из двигателей (1 или 2) находится в резерве, остальные могут работать одновременно.

Требуется определить номинальные токи расцепителей автоматических выключателей и выбрать сечения проводов и кабеля из условия нагрева и соответствия токам расцепителей.

88

Задача 3

К КТП цеха размером 30 х 70 м присоединены четыре распределительных шинопровода, к которым подключаются отдельные электроприемники с суммарной нагрузкой мощностью Р=420 кВт при cos φ = 0,8 и напряжении 380/220 В. Наибольшая мощность одного электродвигателя Рмакс = 40кВт,

егономинальныйтокIном= 70А, пусковойтокIпуск = 435А.

Выбрать тип распределительного шинопровода, сечение и марку кабелей для присоединения каждого шинопровода к КТП, тип автоматического выключателя и уставку его зашиты.

Задача 4

Четыре распределительных шинопровода типа ШРА-4-400 с расчетной нагрузкой 200 А подключены к КТП через магистральный шинопровод. Выбрать тип магистрального шинопровода, автоматический выключатель и его уставки для защиты магистрального шинопровода.

Возможен одновременный пуск двух асинхронных двигателей с мощностью 40 кВт, номинальным током 80 А и пусковым током 435 А каждый.

Проверить потерю напряжения в магистральном и распределительном шинопроводах. Длина каждого распределительного шинопровода 70 м, длина магистрального шинопровода 30 м. Удельные потери напряжения в магистральном шинопроводе 10 В/100 м. Удельные потери напряжения в распределительном шинопроводе 11,5 В/100 м.

89