В.И. Масорский Электрическая часть электростанций и подстанций систем электроснабжения

1

ВВЕДЕНИЕ

Задачей курса является знакомство с теорией, принципами работы, элементами расчета, конструкцией, назначением и применением важнейших элементов силовой части электрических станций и подстанций.

Изучение курса складывается из:

1)самостоятельной работы над учебниками и учебными пособиями;

2)выполнения и защиты лабораторно-практических заданий;

3)выполнения двух контрольных заданий;

4)прослушивания лекций в период сессии;

5)выполнения и защиты курсового проекта.

Работа по курсу разделена на два семестра. В начальном семестре работа проводится по теории и практике элементной базы. Этот раздел может быть назван «Электрические аппараты», в нем выполняются и защищаются лабораторные работы, два контрольных задания и сдается зачет по части курса. В следующем семестре изучается проектирование и конструирование силовой части электростанции и понижающей подстанции. Выполняется и защищается курсовой проект и сдается курсовой экзамен.

Данное методическое пособие охватывает первую часть курса, по второй части следует получить указания по курсовому проекту «Электрическая часть электростанций и подстанций».

В результате изучения данного курса студент должен получить навыки самостоятельного применения основных положений теории электрических аппаратов и средств автоматизации и уметь использовать важнейшие расчетные методы при решении конкретных задач, поэтому наряду с изучением теории необходимо обратить внимание на самостоятельное решение задач, приводимых в учебных пособиях и контрольных заданиях.

При самостоятельной работе над учебниками, учебными пособиями и дополнительной литературой рекомендуется составлять краткий конспект. После изучения темы курса студент должен уметь ответить на контрольные вопросы.

Большое значение для усвоения курса имеет выполнение контрольных заданий, которые построены так, что требуют применения важнейших разделов теории электрических аппаратов и средств автоматизации и тем самым способствуют усвоению и закреплению этих разделов, а также дают навык практического применения основных

2

теоретических положений курса, поэтому выполнять контрольные задания следует самостоятельно.

При выполнении контрольных заданий все вычисления должны доводиться до конца с точностью до второго знака и сопровождаться кратким пояснением хода решения. Пояснительная записка к контрольным заданиям пишется от руки чернилами, разборчиво и аккуратно на тетрадных листах стандартного размера, пронумерованных по порядку. В записке следует выдерживать четкое разделение материала на части, разделы и подразделы, перед каждым из которых должно быть ясно выделено наименование.

Пояснительная записка должна иллюстрироваться только необходимыми для пояснения расчетов рисунками, эскизами, схемами или графиками, вычерчиваемыми карандашом, четко, в удобном масштабе с обязательным соблюдением всех требований ЕСКД и действующих ГОСТов. Нумеруются иллюстрации последовательно в пределах раздела арабскими цифрами с указанием раздела и размещаются сразу после ссылки на них в тексте. Каждый рисунок должен сопровождаться подписью, расположенной вслед за номером рисунка.

Математические выражения в тексте пояснительной записки, не являющиеся общеизвестными математическими или физическими закономерностями, в пределах каждого раздела нумеруются по порядку с указанием номера раздела через точку. Каждый номер должен быть заключен в скобки и помещен справа от выражения, к которому он относится. Значения применяемых в формуле символов даются с новой строки в той последовательности, в которой они расположены в формуле, и разъясняются только один раз при первом их использовании.

Ссылка на использованные литературные источники обязательна и выполняется в виде номера источника, заключенного в квадратные скобки и помещенного непосредственно в тексте. Цифра в скобках соответствует порядковому номеру данного источника в списке использованной литературы. Список использованной литературы с точным указанием автора, наименования, года выпуска, издательства и количества страниц приводится в конце пояснительной записки.

В случае затруднения при изучении курса, а также при выполнении контрольных заданий следует обращаться в университет на кафедру электроснабжения горных и промышленных предприятий для получения необходимых очных и письменных консультаций.

3

Список рекомендуемой литературы Основная

1.Основы теории электрических аппаратов / Под ред. Г.В. Бутке-

вича. – М.: Высш. шк., 1970. – 600 с.

2.Чунихин А.А. Электрические аппараты. – М.: Энергия, 1975. –

646 с.

3.Залесский А.М. Основы теории электрических аппаратов. – М.:

Высш. шк., 1974. – 620 с.

4.Шопен Л.В. Бесконтактные электрические аппараты автомати-

ки. – М.: Энергия, 1976. – 567 с.

Дополнительная 5. Новиков Ю.Н. Теория и расчет электрических аппаратов. – Л.:

Энергия, 1970. – 460 с.

6.Холявский Г.Б. Расчет электродинамических усилий в электрических аппаратах. – Л.: Энергия, 1972. – 234 с.

7.Калантаров П.Л. Расчет индуктивностей / П.Л. Калантаров, Л.А. Цейтлин. – Л.: Энергия, 1970. – 115 с.

8.Электротехнический справочник. Т.1 и 2. –М.: Энергия, 1985.

9.Любчик М.А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов. – М.: Энергия, 1974. – 264 с.

10.Тер-Акопов А.К. Динамика быстродействующих электромагнитов. –М.: Энергия, 1965. 167 с.

11.Орлов Д.В. Электромагниты с замедлением. – М.: Энергия, 1970. – 147 с.

12.Коц Б.Э. Электромагниты постоянного тока с форсировкой. –

М.: Энергия, 1973. – 160 с.

13.Никитенко А.Г. Расчет электромагнитных механизмов на вычислительных машинах. / А.Г.Никитенко, И.И.Пеккер. – М.: Энергия, 1967. – 240 с.

14.Сахаров П.В. Проектирование электрических аппаратов. – М.:

Энергия, 1971. – 560 с.

15.Соболев С.Н. Расчет и конструирование низковольтной электрической аппаратуры. – М.: Высш. шк., 1981. – 224 с.

16.Тищенко Н.М. Проектирование магнитных и полупроводниковых элементов автоматики. – М.: Энергия, 1970. – 475 с.

4

17. Буткевич Г.В. Задачник по электрическим аппаратам / Г.В. Буткевич, В.Г. Дегтяр, А.Г. Сливинская. – М.: Высш. шк.,1987. – 231 с.

1. ПРОГРАММА КУРСА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ТЕМАМ

Тема 1. Введение

Предмет и задачи курса. Общие определения и классификация электрических аппаратов. Краткая история развития электрических аппаратов.

Основные требования, предъявляемые к электрическим аппаратам. Государственные стандарты по электрическим аппаратам.

Методические указания

Вданном разделе необходимо усвоить определения и термины настоящего курса, изучить классификацию электрических аппаратов и средств автоматизации, получить представление об их роли и месте на современных горных предприятиях, а также требования, которые предъявляются к современным типам указанных устройств и определяют основные направления их дальнейшего развития и совершенствования.

Врезультате изучения этого раздела студент должен четко представлять ту важнейшую роль, которую играют электрические аппараты на всех этапах современного производства, и это настоятельно требует углубленной проработки настоящего курса.

[1, с.3-8; 2, с.5-8; 14, с.6-13].

Контрольные вопросы

1.1.Приведите классификацию электрических аппаратов.

1.2.Перечислите известные вам электрические аппараты и укажите область их применения.

1.3.Назовите требования к электрическим аппаратам и объясните, чем вызваны эти требования.

5

1.4.Укажите основные направления развития и совершенствования электрических аппаратов на современном этапе технического прогресса.

1.5.Какие технические задачи решаются в технологии промышленного производства с применением электрических аппаратов?

Тема 2. Магнитные цепи и электромагнитные механизмы

аппаратов

Виды магнитных цепей. Применяемые материалы.

Расчет магнитных цепей с учетом и без учета магнитного сопротивления стали при постоянном и переменном токе. Схемы замещения магнитной цепи. Проводимость воздушных путей магнитного потока. Расчет магнитного потока и намагничивающей силы.

Цепи с постоянными магнитами. Виды магнитов. Кривые размагничивания и возврата. Расчет магнитной цепи.

Виды электромагнитных механизмов и их основные параметры. Особенности конструкции электромагнитов постоянного и переменного тока. Расчет силы тяги электромагнитов постоянного и переменного тока различными методами.

Электромеханические характеристики механизмов. Электромагнитные тяговые характеристики. Коэффициент возврата. Время срабатывания и отпускания электромагнитных механизмов с магнитным и механическим демпфированием и без него. Основы теории демпфирования.

Методические указания

В данном разделе необходимо изучить законы и особенности расчета магнитных цепей постоянного и переменного тока, знать допущения и область применения каждого из методов, а также обеспечиваемую ими точность расчетов. Здесь же следует изучить методику расчета катушек электромагнитов постоянного и переменного тока. Одним из важнейших вопросов этого раздела является расчет силы тяги электромагнитов, который требует глубокого изучения как в практическом, так и в теоретическом плане. Особое внимание следует обратить на динамику электромагнитных устройств, т.к. это наиболее распространен-

6

ный режим их работы. Весьма широко используются постоянные магниты, поэтому их закономерностям также следует уделить должное внимание.

[1, с.219-356; 2, с.130-185; 5, с.218-322; 13, с.18-215].

Контрольные вопросы

2.1.Сформулируйте основные законы магнитных цепей.

2.2.Какие методы определения проводимостей воздушных промежутков вам известны?

2.3.Каков порядок расчета магнитных цепей постоянных магнитов без учета сопротивления стали?

2.4.Как рассчитать магнитную цепь электромагнитов постоянного тока с учетом сопротивления стали и потоков рассеяния?

2.5.Каковы особенности магнитных цепей электромагнитов переменного тока и как рассчитать магнитную систему без активных потерь в стали и насыщения?

2.6.Как рассчитывается подобная магнитная система, но с потерями в стали?

2.7.Приведите расчет обмотки электромагнита постоянного тока.

2.8.Приведите расчет обмотки электромагнита переменного тока.

2.9.Рассмотрите энергетический баланс электромагнита постоянного тока.

2.10.Приведите аналитический расчет силы для ненасыщенных электромагнитов.

2.11.Как определяется сила тяги электромагнитов переменного тока?

2.12.Сравните статические тяговые характеристики электромагнитов постоянного и переменного тока.

2.13.Опишите динамику и время срабатывания электромагнитов и приведите методы изменения динамических параметров этих устройств.

2.14.Каковы особенности расчета цепей с постоянными магнитами?

2.15.Какие магнитные материалы для электромагнитов постоянного тока, переменного тока и постоянных магнитов исполь-

7

зуются в настоящее время? Каковы их основные параметры и свойства и требования к ним?

Тема 3. Электрические контакты и основы теории

гашения дуги

Виды размыкаемых контактов и неразмыкаемых контактных соединений. Применяемые материалы. Требования, предъявляемые к контактам и контактным соединениям. Переходное сопротивление в месте контакта двух проводников и факторы, определяющие его величину. Зависимость переходного сопротивления от силы нажатия.

Электрическая дуга. Условия гашения дуги постоянного и переменного тока. Дугогасительные устройства.

Нагрев контактов, их эрозия и окисление. Механический и электрический износ контактов при их размыкании и замыкании. Способы уменьшения дугообразования, вибраций и износа контактов. Работа контактов в условиях короткого замыкания. Электродинамические силы, отбрасывающие контакты. Сваривание контактов и способы его устранения.

Предельная коммутационная способность аппаратов при замыкании и размыкании контактов.

Методические указания

Важнейшим вопросом, который необходимо усвоить при изучении темы, является переходное сопротивление контактных соединений и зависимость его от различных физических факторов (нажатия, материала, формы, окисления поверхности и др.)

Необходимо уяснить особенности работы подвижных контактных соединений при нормальных и аварийных режимах (вибрации, эрозии, механическом и электрическом износе, сваривании) и усвоить понятия износоустойчивости, термической и динамической устойчивости контактов аппарата.

Следует изучить основные виды конструкций контактных соединений и применяемых материалов с тем, чтобы уметь выбрать тот или иной вид контактных соединений для определенных условий работы в аппарате.

8

При изучении электрической дуги основное внимание следует обратить на понимание и усвоение физической стороны процессов в столбе дуги и у электродов, а также на условия гашения дуги постоянного и переменного тока.

При изучении процесса восстановления напряжения на дуговом промежутке необходимо рассмотреть качественную сторону явлений, не вдаваясь в подробности математического обоснования.

[1, с.176-218; 2, с.68-128; 3, с.39-146; 5, с.115-219].

Контрольные вопросы

3.1.Какие виды электрических контактов вам известны и в чем их особенности?

3.2.От чего зависит и как определяется переходное сопротивление контактов?

3.3.Как изменяется переходное сопротивление контакта в процессе работы?

3.4.Чем характерен процесс включения контактов и какими физическими явлениями он сопровождается?

3.5.От чего зависит эрозия контактов и как достичь ее снижения?

3.6.Опишите процессы на контактах в момент отключения цепи?

3.7.Как измерить износ контактов? Каковы методы его снижения?

3.8.Назовите требования к материалам контактов и перечислите материалы, наиболее полно удовлетворяющие этим требованиям.

3.9.Как измеряется вибрация контактов? Каковы методы ее снижения?

3.10.Каковы наиболее распространенные конструкции контактов и в чем достоинства и недостатки каждой из них?

3.11.Опишите физику дугового процесса.

3.12.Каковы условия горения дуги?

3.13.В чем отличительные особенности коротких и длинных дуг?

3.14.Каковы условия стабильного горения и гашения дуги?

3.15.Опишите статическую и динамическую вольт-амперные характеристики дуги постоянного тока.

3.16.Как определить критическую длину дуги?

9

3.17.Какие виды дугогасительных устройств используются в электрических аппаратах?

3.18.Как возникают перенапряжения при гашении дуги постоянного тока?

3.19.Каковы особенности горения и гашения дуги переменного тока?

3.20.Что такое предельная коммутационная способность электрических аппаратов?

Тема 4. Нагрев и охлаждение частей электрических аппаратов

Допустимые величины температуры нагрева отдельных частей аппаратов, нормы по государственным стандартам.

Расчеты температуры нагрева токоведущих частей аппарата (обмоток катушек, контактных соединений, элементов сопротивлений и др.) при продолжительном режиме работы. Расчеты температуры нагрева частей аппаратов при повторно-кратковременном и кратковременном режимах работы. Нагрев при коротком замыкании. Термическая устойчивость аппаратов.

Методические указания

В данной теме следует изучить способы передачи тепла в электрических аппаратах и средствах автоматизации и основные источники тепла, рассмотреть специфику нагрева аппарата в установившемся и переходном режимах, а также при прохождении тока к.з., и усвоить сущность методов расчета нагрева аппарата для каждого из возможных режимов эксплуатации.

Здесь же следует изучить допустимые температуры для различных частей аппаратов и получить представление о термической устойчивости аппаратов и методах ее оценки.

[1, с.7-118; 2, с.34-64; 3, с.10-45; 5, с.56-115].

Контрольные вопросы

4.1. Как произвести расчет потерь в электрических аппаратах?