Двухпроводная сеть переменного тока

Предположим, что имеется сеть однофазного тока переменного тока с нагрузкой на конце линии, как это показано на (рис. ) . Построим векторную диаграмму данной сети (рис. ). Отложим в некотором масштабе вектор напряжения в конце линии U₂. Вектор тока I отстает от вектора напряжения U₂ на угол φ, который зависит от коэффициента мощности потребителя cos φ К концу вектора U₂ приложим вектор активного падения напряжения 2IR (сопротивление прямого и обратного проводов), направление которого должно совпадать с вектором I. К вектору активного падения напряжения приложим вектор реактивного падения напряжения 21Х, который всегда направлен перпендикулярно к вектору тока и в сторону его опережения.

Рис. Схема сети однофазного переменного тока с сосредоточенной нагрузкой Соединив конец вектора реактивного падения напряжения с центром вращения векторной диаграммы О, получим вектор напряжения в начале линии U₁

Рис. . Векторная диаграмма напряжения для сосредоточенной нагрузки.

Потеря напряжения, являющаяся арифметической разностью векторов U₁ и U₂, выражается отрезком аd. Его можно считать (с незначительной погрешностью) проекцией вектора 2IZ на направление вектора U₂. Следовательно, как видно из векторной диаграммы на рис. , ad = ΔU = ab + bc + cd Рассмотрим некоторые треугольники этой диаграммы: из прямоугольного треугольника abf имеем ab = 2 I R cos φ из прямоугольного треугольника bсf следует, что bc = cf sinφ

из прямоугольного треугольника сdе имеем cd = ce sin φ .

Следовательно, ΔU = 2 I R cos φ + (cf + ce) sin φ

Но так как cf + ce = 2 I X то

ΔU = 2 I R cosφ + 2I X sinφ

ΔU = 2I((Rcosφ+Xsinφ)

При определении потери напряжения в электрических сетях в большинстве случаев реактивным сопротивлением сети можно пренебречь, так как реактивное сопротивление кабелей, проложенных от источника энергии до потребителя, почти всегда значительно меньше активного сопротивления. Полагая Х = О, получим ΔU = 2I R cosφ где I — полный ток. Так как I cosφ определяет активную составляющую тока, последнюю формулу можно представить в виде

где ρ = ρ₀ [1+0,004(t⁰ – 20⁰)] ом мм²/м. где 0,004 – температурный коэффициент – удельное сопротивление жил кабелей и проводов при температурах, отличных от 20⁰ С. q – сечение токопроводящего провода. В таблицах нагрузок на кабели и провода температура жилы принята равной 65⁰ С, тогда при t = 65⁰С получаем проводимость γ₆₅ = 46 м/ом мм². Медь характеризуется удельным сопротивлением ρ и проводимостью γ = 1/ρ при t₀ = 20⁰C; ρ₀ = 0,0184 ом мм²/м; γ₀ =54,4 м/ом мм²

Отсюда видно, что употребление в расчетах обычно принимаемой на практике величины удельной проводимости меди, не считаясь с температурой, в ряде случаев может привести к заметной погрешности.

Фактически нагрузочный ток через жилу может отличаться от тока, указанного в таблицах допустимых нагрузок,. А потому и сопротивление жилы кабеля в этом случае может быть отличным от обусловленного в таблицах.

Для определения температуры жилы кабеля при заданной нагрузке может быть рекомендована формула, вытекающая из рассмотрения процесса нагрева и охлаждения голого провода и практически пригодна также и для изолированных проводов и кабелей:

,

где I_доп – допустимый ток в кабеле при предельно допустимой температуре жилы кабеля t_ж С и температура окружающей среды t₀C(указанных в таблицах);

I_нагр – ток нагрузки у кабеля при иной температуре жилы t’_ж С и той же температуре окружающей среды t₀ C. В практических расчетах удельную проводимость медной жилы кабелей и проводов принимают равной γ = 488 м/ом мм².

Трехпроводная сеть переменного тока Рассмотрим метод расчета потери напряжения в трехфазной сети переменного тока. Как видно из рис. 3, если считать потерю напряжения в проводе одной фазы равной аd, а в проводе другой — равной bf (при чем известно, что фазы равны между собой), то линейная потеря напряжения будет равна

ΔU_л = ab – df = ae + bk = 2 ae

Так как ae = ad cos30⁰ = , то ΔU_л =

Следовательно, определив потерю напряжения по формуле ΔU= 2 I R cosφ, которую можно рассматривать как потерю фазового напряжения в двух проводах, и умножив ее на , получим значение линейной потери напряжения в трехфазной сети

сosφили

Рис. . Векторная диаграмма напряжения трехфазного тока

Расчет проводов на нагревание

Когда в цепи с сопротивлением R существует ток, электроны, перемещаясь под действием поля, сталкиваются с ионами кристаллической решетки проводника. При этом кинетическая энергия электронов передается ионам, что приводит к увеличению амплитуды колебательного движения ионов, и , следовательно, к нагреванию проводника, таким образом при протекание электрического тока по проводу в нем происходит выделение тепла в количестве, равном по закону Джоуля - Ленца :

Q= I² R t [Вт ч] ; Q = 0,24 I² R t [кал] По закону Ома произведение I R равно падению напряжения в проводниках ΔU, поэтому последнее уравнение может быть переписано в следующем виде: Q = ΔU I t Нагревание проводников и связанная с этим потеря напряжения в них приводят к необходимости делать расчеты проводников с целью убедиться, во-первых, в том, что температура нагрева не грозит порчей изоляции проводов и безопасна в пожарном отношении, и, во-вторых, в том, что падение напряжения в проводах не столь велико, чтобы отразиться на нормальной работе приемников тока.

Температура провода повышалась бы непрерывно, если бы развивающееся в нем под действием тока тепло шло исключительно на нагревание провода. Но так как часть теплоты при

Повышение температуры отдается проводником окружающей среде, то повышение происходит до определенного предела, после которого наступает тепловое равновесие, когда количество тепла, выделенное электрическим током в проводнике, равняется теплу, отдаваемому проводником в окружающую среду. Определение этой предельной величины нагрева проводника я является основной задачей расчета.

t_тек=t_0, Теоретическое определение зависимости между силой тока, превышением температуры изолированного проводника над температурой окружающей среды, с одной стороны, и площадью сечения провода, с другой, представляет большие затруднения. Поэтому обычно для нахождения допустимой силы тока, проходящего по изолированному проводу того или иного сечения, пользуются эмпирическими формулами, полученными на основании большого числа опытов для проводов, имеющих резиновую изоляцию с повышенной теплоемкостью, температура металлической части допускается до 60—65° С, так как резина очень чувствительна к нагреву и портится. Для бумажной изоляции температура нагрева допускается до 80С. В тех случаях, когда температура окружающей среды выше 40 С, нагрузку током проводов и кабелей следует уменьшить, пользуясь справочными данными или следующей формулой:

где I — искомый ток; I_t — справочное (табличное)значение ; t — температура окружающей среды. Измерение сопротивления изоляции электрооборудования

Измерение сопротивления изоляции производится переносным мегомметром. При измерениях больших сопротивлений изоляции необходимо учитывать влияние поверхностных токов утечки (особенно, если поверхностные токи соизмеримы с токами утечки внутри изоляции). При измерениях необходимо учитывать, что сопротивление изоляции резко снижается по мере ее нагревания, но степень снижения зависит от сорта изоляционных материалов, пропиточных компаудов, конструктивных особенностей. Постоянный ток при измерении сопротивлении изоляции мегомметром в первый момент является зарядным током емкости изоляции и поэтому величина сопротивления ее оказывается заниженной (стрелка мегомметра толчком доходит до нуля) по мере заряда емкости показания мегомметра увеличиваются . поэтому отсчет показаний следует брать не ранее чем через 15 с от начала приложения напряжения, а при измерении сопротивления изоляции кабелей и крупных электрических машин – не ранее чем через 60 с.

Сопротивление изоляции мегомметром измеряется присоединением проводов, идущих от его зажимов, между токоведущими частями со снятым напряжением, между токоведущей частью и корпусом оборудования; для электрических машин между их обмотками, между обмоткой и корпусом оборудования.

Во время измерения нельзя касаться зажимов прибора. Электрические цепи, содержащие емкость, после отсоединения от напряжения должны быть разряжены замыканием на корпус. То же должно быть сделано и после измерения.

Результат измерения сопротивления изоляции мегомметром типа М4100/5 может быть искажен поверхностными токами утечки объекта измерения. для уменьшения искажения результатов измерений на изоляцию измеряемой цепи накладывается токоотводящий электрод, присоединяемый к зажиму прибора.

Определение степени увлажненности изоляции электрооборудования

Для решения вопроса о необходимости сушки изоляции трансформаторов и электрических машин с гигроскопической изоляцией определяется степень увлажненности изоляции. Определение степени увлажненности основывается на физических процессах, происходящих в изоляции во время приложения к ней напряжения. Емкость изоляции может быть представлена суммой емкостей геометрической и абсорбционной. Геометрическая емкость определяется геометрическими размерами изоляции, абсорбционная — неоднородностями в толще изоляционного материала, включениями в виде воздушных промежутков, влаги и загрязнений. Во время приложения напряжения к изоляции в первый момент через нее проходит ток заряда геометрической емкости, который быстро прекращается в связи с зарядкой этой емкости.

Абсорбционная емкость проявляется через некоторое время после заряда геометрической емкости. Она является результатом перераспределения зарядов в толще диэлектрика и накопления их на границах отдельных слоев диэлектрика, при этом появляется как бы цепочка последовательно включенных емкостей. Такое явление называется поляризацией. Ток абсорбции в изоляции является следствием поляризации диэлектрика и после заряда абсорбционной емкости становится равным нулю. Через изоляцию продолжает идти ток сквозной проводимости (ток утечки), величина которого определяется сопротивление изоляции постоянному току. Один из методов определения степени увлажненности изоляции -определение увлажненности по коэффициенту абсорбции. Метод основан на сравнении показаний мегомметра снятых через разные промежутки времени после приложения напряжения. Коэффициент абсорбции К_АБ =R₆₀/R₁₅ где R₆₀ и R₁₅ — сопротивления изоляции, измеренные после приложения напряжения мегомметра через 60 и 15 с. Коэффициент абсорбции К_АБ = 1,З...2 для неувлажненной изоляции при температуре 10...З0 °С, для увлажненной изоляции К_АБ, близок к единице. Коэффициент абсорбции измеряется при температуре не ниже +10 °С.

Определение диэлектрических потерь изоляции Диэлектрические потери являются одной из основных характеристик состояния изоляции. По их величине можно судить о надежности изоляции по отношению к тепловому прибою, о старении и увлажненности изоляции. На рис. приведена векторная диаграмма напряжения и токов в диэлектрике. Вектор тока I опережает вектор напряжения U в диэлектрике на угол φ, так как диэлектрик имеет емкостную составляющую сопротивления. Вектор тока I можно представить двумя векторами: вектор I_a активной составляющей и вектор I_c емкостной составляющей, которая опережает вектор тока I на угол b. Потери в диэлектрике можно представить формулой Р= UxI_r =UxI_ctgb

Где Р – потери мощности, I_r – активная составляющая тока через диэлектрик.Потери в диэлектрике пропорциональны тангенсу угла tgb

Р= ωСU² tgb

Потери в электрических сетях предприятия

Нагрузочные потери электроэнергии на какой либо линии электроснабжения предприятия за учетный период составляют

где К_ф- коэффициент формы графика суточной нагрузки (для электрических нагрузок большинства промышленных предприятий

I_ск –средняя квадратичная величина тока отпуска сети;

I_ср – средняя величина тока (I_ср – средняя за характерные сутки величина тока в линии);

или ;

где W, Q – расход активной и реактивной энергии за характерные сутки;

t_р – число рабочих часов за характерные сутки (за учтенный период),ч;

cos φ_cв – средневзвешанная величина коэффициента мощности сети;

R_э – эквивалентное активное сопротивление сети;

Т_р – время работы линии электроснабжения.

Занятие №5. Тепловизионная оценка технического состояния электрооборудования. Применение аналоговых и цифровых приборов для проведения энергоаудита. Оценка технических характеристик приборов.

( 4 часа )

Перечень рассматриваемых вопросов: Принцип устройств теплового контроля электрооборудования. Термографирование работающего электрооборудования. Анализ термограмм электрооборудования по результатам обследования. Характеристики и функциональные возможности измерительных приборов. Произвести замеры тока, напряжения, активной мощности, коэффициента мощности аналоговыми и цифровыми приборами. По материалам замеров произвести оценку погрешности измерений аналоговыми и цифровыми приборами:

Учебный материал

Принцип устройств теплового контроля неразрушающим методом

Для контроля качества изделий и материалов находят применение тепловые методы неразрушающего контроля. При этом источником информации о качестве изделий является температурное поле поверхности. Наибольшее распространениё среди устройств теплового контроля, применяющихся в дефектоскопии, получили тепловизоры.

Тепловизоры представляют собой оптико-электронные сканирующие ИИС, предназначенныё для визуализации температурных полей поверхности объекта и количественной оценки температур. В тепловизорах используется оптико-механическое или фотоэлектронное сканирование, последнее в силу низкой точности применяется значительно реже.

Оптико - механические сканирующие устройства служат для перемещения изображения, сформированного оптической системой, в плоскости чувствительной площадки приемника излучения. В качестве сканирующих устройств обычно применяются качающееся зеркало, вращающиеся зеркала и зеркальные барабаны, вращающиеся призмы и клинья.

Недостатком сканирующих систем с качающимся зеркалом являются большие размеры и жесткие допуски на качество его изготовления. Плоские зеркала располагаются, как правило, между объективом и приемником на пути пучка излучения, что приводит к увеличению пятна рассеивания, вследствие чего поверхность изображения становится сферической. Указанные недостатки отсутствуют в модели тепловизора, структурная схема которого приведена на рис.

Структурная схема тепловизора

В нем использован линзовый объектив 1, расположенный непосредственно у объекта исследования и выполненный из поликристаллического кремния — материала, прозрачного в инфракрасной области спектра. Сканирующая система содержит две призмы 2 — кадровой и строчной развертки, приводимые во вращение двигателями 5 и б, управляемыми синхроимпульсами. Пройдя систему сканирования, тепловой поток через линзы 3, 4 и модулятор 7 попадает на приемник излучения 8, выходной сигнал которого через усилитель 9 поступает на видеоконтрольное устройство ВКУ. Система выполняется в переносном исполнении и содержит камеру, видеоконтрольное устройство ВКУ и автономный блок питания.

Наибольшее распространение сканирующие ИИС получили при исследовании изображений и особенно для их ввода в ЭВМ. При этом информация, подлежащая преобразованию, может быть двух видов: контурной (контурные изображения) и тоновой (изображения покрытия поверхностей).

Первый вид информации соответствует значительной части технических чертежей и графиков, в которых не используются окраска поверхностей и полутона; второй вид—изображению различны поверхностей и предметов. Устройства преобразования графической информации в цифровую накапливают дискретные координаты множества точек относительно заранее установленной системы координат, причем это множество должно быть идентифицировано при помощи некоторой процедуры. При считывании точки выбираются достаточно близко одна к другой, а ординаты точек записываются в цифровой форме на носитель, позволяющий осуществлять автоматическое считывание. Таким образом, процесс преобразования графиков и технических чертежей в цифровую форму предусматривает сначала поиск точек или элементов, имеющих отличную от элементов покрытия поверхности окраску, а затем определение координат и представление их в виде цифрового кода.

Тепловизионная оценка теплового состояния электрооборудования

Эффективным методом по выявлению дефектов работающего электрооборудования, оценка теплового состояния контактных соединений и кабельных трасс является тепловизионное обследование в процессе эксплуатации без снятия напряжения на базе использования тепловизора, регистрирующего ИК – излучение вдоль линии сканирования, положение которой контролируется на мониторе по видимому изображению объекта.

Основой тепловизионного метода диагностики заключается в регистрации температурного поля на поверхности контролируемого оборудования, анализ термограмм с использованием процессора для обнаружения и классификации дефектов и принятия решения по дальнейшей эксплуатации электрооборудования. Такая диагностика экономична, информативна , что позволяет перейти к системе поддержания технического состояния электрооборудования путем организации мониторинга и проведения профилактических работ по результатом этого мониторинга, классификации дефектов по степени их опасности, объективного документирования обнаруженных дефектов. В процессе тепловизионного обследования для повышения качества, надежности и достоверности рекомендуется использовать тепловизор , цифровой термометр с лазерным наведением, контактный цифровой термометр, анемометр.

Основным нормативным документом, в котором даются рекомендации и критерии оценки состояния электрооборудования по результатам тепловизионного обследования, являются “ Объем и нормы испытаний электрооборудования . РД 34.45-51.300-97, 6 – е издание.” Наличие дефекта при тепловизионном обследовании характеризуется повышением температуры в дефектной зоне. В качестве критериев оценки теплового состояния контактных соединений является превышение температуры ∆Т – разность между измеренной температурой нагрева и температурой нагрева окружающего воздуха. Для количественной оценки технического состояния обследуемого объекта рекомендуется использовать коэффициент дефектности К_д = =,^{определяемого} как отношение измеренного превышения температуры контактного соединения к превышению температуры, измеренному на токопроводящем участке, отстоящем от обследуемого соединения на расстоянии не менее одного метра. ∆Т_ном –превышение температуры при I_ном, ∆Т_раб – превышение температуры при I_раб.

Для контактных соединений при токах нагрузки (0,3 – 0,6)I_ном оценка их состояния проводится по избыточной температуре. В качестве норматива используется значение температуры, пересчитанное на 0,5I_ном. Для пересчета используется соотношение:

, где ∆Т_0,5 – избыточная температура при токе нагрузки 0,5I_ном.

Этим соотношением можно пользоваться при измерении превышения температуры обследуемого контакта при токах нагрузки (0,6 – 1,0)I_ном. Тепловизионный контроль электрооборудования и токоведущих частей при токах нагрузки менее 0,3I_ном не эффективен, так как такая нагрузка не способствует выявлению дефектов на ранней стадии их развития. Превышение температуры ∆Т _номэлектрооборудования позволяет оценить неисправность. Если превышение температуры ∆Т= (5 – 10)⁰С, то это можно оценить как начальную стадию развития дефекта. При ∆Т=(10 – 25)⁰С оценивается как развившийся дефект, ∆Т> 200⁰ С - аварийная ситуация.

Для снятия термограмм работающего электрооборудования использовалась тепловизионная камера ТН 5104 IR MAN температурное разрешение (температурная чувствительность) 0,1 ⁰С. Стандартное встроенное программное обеспечение позволяет оператору корректировать изображение таким образом, чтобы отображать реальные температуры. Дополнительное расширение программное обеспечение, работающее в ОС Windows, позволяет осуществлять детальный анализ при помощи персонального компьютера.

Программное обеспечение тепловизора позволяет при записи термограмм осуществлять:

- без участия оператора заносить дату и время съемки на каждый снимок;

- плавно выводить палитру термоизображений в узкий диапазон, в котором фиксируется температура предполагаемой дефектной зоны;

- определять , а при необходимости и фиксировать на термограмме температуру в любой точке, определять максимальную температуру в выделенной оператором области;

- четкое выделение на фоне “высокотемпературных” полей слабовыраженных перегревов, в том числе создаваемых повышенными диэлектрическими потерями;

- узнавать слабо нагретого объекта, засвечиваемого температурным фоном окружающей среды. При указанной операции обнаруживаются дефекты, не воспринимаемые глазом на необработанной термограмме.

- осуществлять построение термопрофилей в заданных оператором сечениях поверхности объекта с определением температуры в любой точке сечения (термографика);

- формировать протоколы тепловизионных обследований с распечаткой на цветном принтере

Погрешность тепловизионных измерений существенным образом зависит от степени черноты обследуемой поверхности. Это обусловлено законами физики. Зная величину теплового потока излучения и излучающую способность поверхности, можно определить и температуру этой поверхности. Поток излучения от любого тела с температурой Т и степенью черноты Е определяется формулой Стефана-Больцмана:

Q =E q Т 4 (1)

где а - постоянная Стефана Больцмана.

E - степень черноты поверхности

Как видно из формулы (1), для одного и того же потока излучения прибор покажет различную температуру поверхности, если степень черноты поверхности различна. На этом законе и основан метод дистанционного измерения температуры поверхности с использованием аппаратуры, регистрирующей инфракрасное излучение. Тепловизоры – это приборы, которые преобразуют невидимое человеческим глазом тепловое излучение от предмета в видимое его изображение, на котором видно распределение температур.

Уравнение, которое описывает величину потока инфракрасного излучения, падающего на прибор, можно записать в следующем виде.

Q = Qo-е-t+(1-E)*Qф*е-t (2)

где Q - поток инфракрасного излучения, падающий на приемник излучения прибора (Вт);

Qо - поток инфракрасного излучения, который излучает регистрируемая поверхность (Вт);

Оф - поток инфракрасного излучения, который падает на измеряемую поверхность (Вт). Этот

поток состоит обычно из двух частей: потока, обусловленного излучением солнца и небесной полусферы, а также потока, обусловленного излучением среды, окружающей обследуемую поверхность (здания, деревья и др.);

е-t - ослабление излучения по лучу зрения прибора за счет поглощения излучения парами воды и газами СО2 и СО.

Первый член уравнения (2) означает собственное излучение объекта, ослабленное по лучу зрения прибора. Ослабление излучения необходимо учитывать при тепловизионных измерениях в горячих цехах, где производство связано с выделением большого количества тепла и газов СО,

СО2 , NОх, а также других веществ, поглощающих ИК-излучение.

Учет потока излучения, отраженного от окружающих объектов (второй член в уравнении (2)), важен при измерениях в замкнутых помещениях с высокотемпературными источниками.

Эффективным методом по выявлению дефектов работающего электрооборудования является оценка теплового состояния контактных соединений и кабельных трасс, получаемая в результате тепловизионного обследования без снятия напряжения

Основой тепловизионного метода диагностики является регистрация температурного поля на поверхности контролируемого оборудования, анализ термограмм с использованием процессора для обнаружения и классификации дефектов и принятия решения по дальнейшей эксплуатации электрооборудования.

Такая диагностика экономична и информативна, что позволяет перейти к системе поддержания технического состояния электрооборудования путем организации мониторинга и проведения профилактических работ по результатам этого мониторинга, классификации дефектов по степени их опасности, объективного документирования обнаруженных дефектов.

Допустимые температуры эксплуатации электрических контактов в аппаратах низкого напряжения по ГОСТ 12434 (температура окружающего воздуха плюс 40⁰С) приведены в таблице.

Наименование	Характеристика, исполнение и режим работы	Предельно допустимая температура перегрева, ^0С
Медные шины и перемычки Кабели и провода Трансформаторы	Болтовые контактные соединения или зажимы Кабели и провода с резиновой изоляцией на проводящей жиле Сердечник трансформатора (дросселя) на поверхности	65 25 70

Основным нормативным документом, в котором даются рекомендации и критерии оценки состояния электрооборудования по результатам тепловизионного обследования, являются “Объем и нормы испытаний электрооборудования. РД 34.45-51.300-97, 6 – е издание”. Наличие дефекта при тепловизионном обследовании характеризуется повышением температуры в дефектной зоне. В качестве одного из критериев оценки теплового состояния контактных соединений является превышение температуры (∆Т), представляющее собой разность между измеренной температурой нагрева контактов и температурой их окружающего воздуха.

Для количественной оценки технического состояния обследуемого объекта используется коэффициент дефектности

К_д ==,

определяемый как отношение измеренного превышения температурой контактного соединения к превышению температуры, измеренному на токопроводящем участке, отстоящем от обследуемого соединения на расстоянии не менее одного метра.

Здесь ∆Т_ном – превышение температуры при I_ном;

∆Т_раб – превышение температуры при I_раб.

Для контактов и контактных соединений при токах нагрузки (0,3 – 0,6)I_ном оценка их состояния проводится по избыточной температуре. В качестве норматива используется значение температуры, пересчитанное на 0,5I_ном. Для пересчета используется соотношение:

,

где ∆Т_0,5 – избыточная температура при токе нагрузки 0,5I_ном.

Этим соотношением можно пользоваться при измерении превышения температуры обследуемого контакта при токах нагрузки (0,6 – 1,0)I_ном.

Тепловизионный контроль электрооборудования и токоведущих частей при токах нагрузки менее 0,3I_ном неэффективен, так как такая нагрузка не способствует выявлению дефектов на ранней стадии их развития. Превышение температуры ∆Т_ном электрооборудования позволяет оценить неисправность контактного соединения.

Если превышение температуры ∆Т = (5 – 10)⁰С, то это можно оценить как начальную стадию развития дефекта. При ∆Т = (10 – 25)⁰С ситуация оценивается как развившийся дефект. При ∆Т> 200⁰ С - аварийная ситуация.

Анализ термограмм электрораспределительных устройств.

На рис.. представлены термограммы и идентифицирующие фотографии электрораспределительных устройств Административного корпуса по улице Алеутская, 46.

Рис. Электрощит вспомогательного электрооборудования

Предельная температура, согласно таблице, Т = 65⁰С.

∆Т = ( t_конт. – t_окр.ср.) = (23,5-17,3) = 6⁰С.

То есть имеет место начальная стадия развития дефекта;

Рис. Электрощит силового электрооборудования

Предельная температура согласно таблице, Т = 65⁰С.

Согласно термограмме, ∆Т = ( t_конт. – t_окр.ср.) = (25,3-17,3) = 8⁰С.

Начальная стадия развития дефекта;Поскольку ∆Т_ном = 8⁰С; ∆Т_раб.= 25⁰С, то, согласно формуле (4.1), коэффициент дефектности

К_д= 8/25 = 0,032.

Рис. Электрощит силового электрооборудования

На рис. показана зона развившегося дефекта на предохранителях.

Предельная температура, согласно таблице, Т= 65⁰С.

Согласно термограмме, ∆Т = ( t_конт. – t_окр.ср.) = (49,9-27,9) = 22⁰С.

Здесь ∆Т находится в пределах 10 – 25⁰С, что характеризует развившийся дефект.

Поскольку ∆Т = 22⁰С, а ∆Т_раб.= 25, то, согласно, формуле (4.1), коэффициент дефектности К_д= 22/25 = 0,88

Вывод – требуется замена (ремонт) токоподводящих “губок” предохранителя.

Рис. Электрощит силового электрооборудования

Рис. характеризует состояние предохранителя в силовом щите.

Предельная температура, согласно таблице, Т = 65⁰С.

Согласно термограмме, ∆Т = ( t_конт. – t_окр.ср.) = (36,1-27,9) = 8,2⁰С

характеризует развивающийся дефект.

Поскольку ∆Т = 8,2⁰С, а ∆Т_раб.=25⁰С, то, согласно, формуле (4.1) коэффициент дефектности К_д= 8,2/25 = 0,32

Вывод – повышено переходное сопротивление контакта у плавкой вставки. Возможен ее скорый выход из строя.

На рис. . обнаружено ненадежное контактное соединение.

Рис. Электрощит вспомогательного электрооборудования

Предельная температура, согласно таблице, Т= 65⁰С.

Согласно термограмме,∆Т = ( t_конт. – t_окр.ср.) = (80,6-27,9) = 52,7⁰С.

Состояние контакта характеризуется как развившийся дефект;

Поскольку ∆Т = 52,7⁰С, а ∆Т_раб.=25, то, согласно, формуле , коэффициент дефектности К_д= 52,7/25 = 2,1.

Вывод – требуется ремонт зажимного устройства автомата или его замена.

Рис. Электрощит вспомогательного оборудования.

Предельная температура, согласно таблице, Т= 25⁰С.

Согласно термограмме,∆Т = ( t_конт. – t_окр.ср.) = (25,3-18,7) = 6,6⁰С.

Дефект находится на границе развития.

Вывод – завышена токовая нагрузка или занижено эффективное сечение токопроводящей жилы.

Состояние электрощитов «Госпиталя»

Рис. Электрощит в Госпитале.

Предельная температура предохранителя (см рис), согласно таблице, Т = 65⁰С.

Согласно термограмме, ∆Т = ( t_конт. – t_окр.ср.) = (109,7-12,8) = 97⁰С – развившийся дефект. Поскольку ∆Т = 97⁰С, а ∆Т_раб.=25, то, согласно формуле , коэффициент дефектности К_д= 97/25 = 3,8.

Вывод – требуется уменьшить переходное сопротивление “губки” предохранителя и подводящего кабеля обжатием наконечника.

Предельная температура предохранителя (см. рис. ), согласно, таблице, Т= 65⁰С.

Согласно термограмме:

- фаза “А” ∆Т = ( t_конт. – t_окр.ср.) = (111 – 12,8) = 98,2⁰С – развившийся дефект. Повышена температура контактов плавкой вставки t_{к.пл.вс.} = 44,4⁰С. Поскольку, ∆Т_ном = 98,2⁰С, а ∆Т_раб.= 25, коэффициент дефектности К_д = 98,2/25 = 3,92;

- фаза “В” ∆Т = ( t_конт. – t_окр.ср.) = (89 -12,8) = 76,2⁰С – развившийся дефект;

- фаза “С” ∆Т = ( t_конт. – t_окр.ср.) = (89,3-12,8) = 76,5⁰С – развившийся дефект.

Проведенный анализ термограммы щита позволяет классифицировать состояние электрощита как:

- увеличенное переходное сопротивление зажимов “губок” предохранителя из-за недостаточной жесткости пружины;

- “перекос” токовых нагрузок по фазам.

Рис. Электрощит в Госпитале.

Выводы:

• требуется замена или ремонт крепежа соединений защитного устройства.

• требуется ревизия и выравнивание нагрузок по фазам.

• требуется углубленный анализ токовых нагрузок, который позволит установить нерациональное электропотребление, вызванное «перекосом» фаз.

Предельная температура подводящей шины (см. рис, согласно таблице, Т= 65⁰С.

Рис. Электрощит в Госпитале.

Вывод – нормальный тепловой режим вследствие возможной незначительной токовой нагрузки фазы.

Предельная температура жилы кабеля (см. рис. , согласно таблице, Т= 25⁰С.

Рис.Электрощит в госпитале.

Термограмма свидетельствует о нормальном тепловом режиме.

Выводы по термограммам электрораспределительных устройств

1. Количество выявленных развившихся дефектов в распределительных устройствах указывает на необходимость проведения расширенного мониторинга теплового состояния контактов распределительных устройств. Часть дефектов (см. рис. 4.5, 4.7, 4.8) приближается к аварийной ситуации.

2. Мониторинг следует произвести в пиковые часы токовых нагрузок (зимний максимум и суточные максимумы) с использованием тепловизионой съемки и одновременного измерения токов с определением сечения токопроводов и сравнением фактических токов с номинальной нагрузкой.

3. Произвести проверку защитных коммутационных устройств (автоматов) на срабатывание по максимальному току и току перегрузки.

Применение аналоговых и цифровых приборов для проведения энергоаудита. Технические характеристики приборов .

Учебный материал

В аналого-измерительных приборах ( АИП) преобразование измерительной информации осуществляются в одном направлении от входа к выходу. Измеряемая величина с помощью измерительного преобразователя (ИП) преобразуется в напряжение или ток, который воздействуя на электромеханический измерительный механизм (ИМ), вызывая перемещение его подвижной части и связанного с ней указателя отсчетного устройства ОУ. Отчетное устройство содержит оцифрованную шкалу, с помощью которой оператор (Оп) получает количественный результат измерения. Градуировка шкалы прибора производится путем подачи на его вход ряда известных значений измеряемой величины, реализуемых многозначной образцовой мерой М.

Таким образом, сравнение измеряемой величины с единицей измерения в данном случае осуществляется косвенно, а мера М в процессе измерения непосредствен участия не принимает.

На рис. изображена структура АИП сравнения. Эти приборы предназначены для непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно. Устройство сравнения (УС) сравнивает значения преобразованной с помощью ИП измеряемой величины и образцовой величины, реализуемой регулируемой мерой М. Оператор Оп с помощью индикатора И оценивает результат сравнения и регулирует значение величины, воспроизводимой мерой М, до достижения равенства величин на входах УС. Значение величины, воспроизводимой мерой М, отображается отсчетным устройством ОУ, которое может быть отградуировано в единицах измеряемой величины.

При отсутствии ИП на входе АИП осуществляется непосредственное сравнение измеряемой величины с физически однородной ей величиной, воспроизводимой мерой.

Обобщенная структура автоматического АИП сравнения приведена на рис. Принцип действия такого АИП аналогичен описанному выше, но мера М регулируется автоматически с помощью устройства управления (УУ).

По принципу действия их подразделяют на электромеханические (электромагнитные, электродинамические, ферродинамические, индукционные, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические) и электронные (осциллографы, электронные вольтметры). В аналоговых электромеханических измерительных приборах электрическая энергия, подведенная к прибору непосредственно из измеряемой цепи, преобразуется в механическую энергию углового перемещения подвижной части относительно неподвижной. Угол поворота подвижной части связан с измеряемой величиной уравнением шкалы прибора. Электронные приборы представляют собой многоэлементные электронные устройства. К ним относятся осциллографы, электронные вольтметры

Основным в характеристиками АИП являются: функция преобразования, передаточная функция, погрешности, диапазон измерений, область рабочих частот, время установления показаний (быстродействие), потребляемая мощность, надежность.

Наряду со статической погрешностью очень важной характеристикой АИП является его динамическая погрешность. Динамические погрешности обусловлены инерционными свойствами АИП, и поэтому их значения зависят от характера изменения измеряемой величины во времени. При анализе динамические и статические погрешности рассматриваются отдельно.

Исчерпывающей характеристикой динамических свойств АИП является его передаточная функция. На практике часто рассматривают реакцию измерительного прибора на входные воздействия в виде единичного скачка или короткого импульса единичной площади, а также на синусоидальное воздействие.

Всякий электроизмерительный прибор непосредственной оценки обычно состоит из двух основных части измерительной цепи (схемы) и измерительного механизма. Измерительная цепь (например в вольтметре катушка измерительного механизма и добавочный резистор) служит для преобразования измеряемой величины (напряжения, мощности, частоты и т. д.) в величину непосредственно воздействующую на измерительный механизм. Назначение измерительного механизма — преобразование электроэнергии в механическую энергию угла перемещения подвижной части прибора. Этому противодействует момент, создаваемый неподвижной частью прибора При установившемся положении подвижной части имеет место равенство вращающего М_вр. и противодействующего М_пр моментов

М_вр = М_пр

Вращающий момент большинства приборов непосредственной оценки определяется общим уравнением динамики системы

М_вр. =

где W_элк – изменение электрокинетической энергии системы;

- приращение угла отклонения подвижной системы

М_пр = К

где К— коэффициент зависящий от размеров и свойств пружины и называемый удельным противодействующим моментом прибора.

Таким образом, приборы непосредственной оценки конструктивно выполнены по следующей схеме: на подвижную часть прибора действуют вращающий и противодействующий моменты, в результате подвижная часть прибора вместе с указателем поворачивается на угол, пропорциональный значению измеряемой величины.

Отношение приращения углового перемещения указателя прибора к изменению измеряемой величиных вызвавшему это перемещение, называется чувствительностью прибораS=

Она представляет собой угол отклонения подвижной части прибора, соответствующий единице измеряемой величины.

Величина, обратная чувствительности, называется постоянной или ценой деления прибора

Она выражает собой измеряемую величину, соответствующую единице отклонения.

Приборы магнитоэлектрической системы

Действие приборов магнитоэлектрической системы основано взаимодействии магнитных полей постоянного магнита и подвижной катушки, по которой проходит измеряемый ток.

При прохождении тока по обмотке рамки возникает .магнитное поле, которое, взаимодействуя с полем постоянного магнита, создает вращающий момент. Под действием этого момента происходит поворот рамки, а вместе с ней и стрелки прибора.

Вращающий момент, действующий на подвижную часть прибора (рис. ,6), определится выражением

М= 2F= IBlbw

где F— сила, действующая на каждую активную сторону обмотки прибора;

I—сила тока, протекающего по обмотке прибора;

В— магнитная индукция в воздушном зазоре;

b,l — длина и ширина рамки;

w - обмотки прибора.

Так как противодействующий момент прибора равен М_пр = К ,то в установившемся положении подвижной будет иметь место равенство

IBlbw = К.

Решая это выражение относительно угла поворота, получим

т. е. угол поворота стрелки прибора прямо пропорционален силе тока, протекающего по обмотке рамки, благодаря чему приборы магнитоэлектрической системы имеют равномерную шкалу.

Успокоителем прибора служит сама алюминиевая рамка, в которой при ее вращении индуцируется вихревые токи, взаимодействующие с полем постоянного магнита.

Магнитоэлектрические приборы пригодны только для постоянного тока, так как при переменном токе средний за период вращающий момент равен нулю и стрелка не будет отклонятся.

Приборы электромагнитной системы

Действие приборов электромагнитной системы основано на втягивании стального сердечника в неподвижную катушку при прохождении по ней измеряемого тока. . При прохождении по катушке измеряемого тока создается магнитное поле, под действием которого сердечник намагничивается и втягивается внутрь катушки, поворачиваясь при этом с осью. При повороте сердечника закручивается пружинка, создавая тем самым противо- действующий момент системы. Вращающий момент, действующийй на сердечник при неизменной измеряемой силе тока, пропорционален приращению энергии магнитного поля при повороте подвижной системы, т.е. где — величина, выражающая скорость изменения индуктивности катушки при повороте сердечника;

I—сила тока, в катушке прибора.

М_вр =

откуда находим угол поворота стрелки прибора

Приборы электродинамической системы

Принцип действия электродинамических приборов основан на взаимодействии магнитных потоков катушек, по которым протекает измеряемая сила токе. При прохождении измеряемой силы тока по катушкам, соединенным последовательно или параллельно, создаются магнитные потоки и подвижная катушка стремится повернуться и занять такое положение при котором магнитные потоки имели бы одинаковое направление, а энергия магнитного поля была бы наибольшей. Спиральные пружины, закручиваясь при повороте подвижной катушки, противодействуют этому вращению.

Вращающий момент, действующий на подвижную катушку при неизменном измеряемой силе тока, пропорционален приращению энергии магнитного поля при повороте катушки в пределах некоторого угла

М_вр = =

где L_y; L_п - индуктивности неподвижной и подвижной катушек;

М – взаимная индуктивность между катушками;

I_п;I_н – силы токов неподвижной и подвижной катушек;

d - угол поворота, при котором запас энергии поля получает приращение dW_м .

При повороте подвижной катушки и, следовательно, изменении взаимного расположения катушек индуктивности их остаются постоянными, а взаимная индуктивность между ними изменяется. Следовательно,

М_вр. =

Так как противодействующий момент создается пружинами, то для установившегося отклонения подвижной системы можно написать равенство

= К

откуда определяется угол поворота стрелки прибора

где S — чувствительность прибора;

—в первом приближении постоянная величина, не зависящая от формы катушек и их взаимного расположения.

Цифровые измерительные приборы

Цифровым измерительным прибором (ЦИП) называется средство измерения, автоматически вырабатывающее дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме.

В отличие от аналоговых приборов в ЦИП обязательно автоматически выполняется следующие операции: квантование измеряемой величины по уровню; дискретизация ее по времени; кодирование информации.

Представление измерительной информации в виде кода обеспечивает удобство ее регистрации и обработки, возможность длительного хранения в запоминающих устройствах без потерь, передачу на значительные расстояния без искажений практически по любым каналам связи, непосредственный ввод в ЭВМ для обработки, а также исключает вносимые оператором при отсчете субъективные погрешности.

Преимуществами ЦИП перед аналоговыми являются:

- удобство и объективность отсчета;

- высокая точность результатов измерения, недостижимая для аналоговых приборов;

-широкий динамический диапазон при высокой разрешающей способности;

- высокое быстродействие за счет отсутствия подвижных электромеханических элементов;

- возможность автоматизации процесса измерения, включая такие операции, как автоматический выбор полярности и пределов измерения;

- высокая устойчивость к внешним механически механическим воздействиям;

Обобщенная структурная схема ЦИП приведена на рис . Она содержит входной аналоговый преобразователь (АП), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), образцовую меру М, цифровое средство отображения информации (ЦСОИ) и устройство управления (УУ). Аналоговый преобразователь преобразует измеряемую величину х(t) в функционально с ней связанную аналоговую у(t), более удобную для преобразования в цифровой код. В качестве АП используются усилители, фильтры, преобразователи неэлектрических величин в электрические т. п.

Аналого-цифровой преобразователь выполняет операции квантования по уровню и по времени аналоговой величины сравнения ее с мерой и кодирование результатов: При этом на выходе вырабатывается дискретный сигнал ДС, который преобразуется ЦСОИ в цифровой отсчет N или в виде кода вводится в ЭВМ. В измерительной технике при дистанционных измерениях широко используют синусоидальные или импульсные сигналы, модулированные по временным признакам (частоте, фазе, длительности).

Типовая функциональная схема цифрового прибора

Преимущество таких сигналов заключается в их высокой помехоустойчивости, малом влиянии на точность измерения параметров канала связи, в возможности подключения большого числа измерительных преобразователей, удаленных на значительные расстояния, в простоте преобразования в цифровую форму. Точность измерения частотных и временных сигналов принципиально может быть весьма высокой и обеспечена простыми средствами. Поэтому цифровые частотомеры и измерители временных интервалов составляют одну из самых многочисленных групп ЦИП.

Занятие 6 . Анализ режимов работы систем электроосвещения промышленного предприятия и административного здания (4 часа ).

Перечень рассматриваемых вопросов: Светотехнические понятия и единицы измерения, измерение освещенности. Характеристики установок электроосвещения. Использование светильников в системах освещения. Расчет осветительных установок . Рекомендации по эффективному использованию системы освещения.

Учебный материал

Светотехнические понятия и единицы измерения

Основное понятие в системе световых величин является световой поток Ф – который определяется как часть мощности лучистой энергии (лучистого потока), воспринимаемой человеческим глазом как световое ощущение .

За единицу измерения Ф принят люмен (лм)

Пространственная плотность светового потока называется силой света I.

За единицу принята кандела (кд).

Для количественной оценки плотности светового потока на освещаемой поверхности пользуются понятием освещенности Е, т.е. отношением светового потока Ф к площади S освещенной им поверхности

Единицей освещенности считается люкс (лк). Освещенность, равная 1 лк, будет иметь место , если на освещаемую поверхность в 1 падает равномерно распределенный световой поток в 1 лм:

1 лк = 1 лм /

Коэффициент естественной освещенности (КЕО) – е % Отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственным или после отражения), к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода

Источники света- это устройства, непосредственно преобразующие электрическую энергию в энергию видимых излучений.

Работа источников характеризуется:

- номинальным напряжением U_н(В), т.е. напряжением, при котором источник света должен работать;

- номинальной мощностью Р_н (Вт), т.е. расчетной электрической мощностью, потребляемой лампой при ее включении на номинальное напряжение;

- световой поток источника Ф (лм) – приводится в справочной литературе;

- световой отдачей ψ(лм/Вт), представляющей собой отношение светового потока к электрической мощности источника света

- средней продолжительностью работы источника, которая определяется как среднее арифметическое из сроков службы отдельных типов испытуемой партии;

- коэффициент пульсации, определяемым из выражения

Где E_max, E_min, Е_ср – максимальное, минимальное и среднее значение освещенности за период колебания

Подготовка к измерениям

Перед измерением освещенности от искусственного освещения следует провести замену всех перегоревших ламп и чистку светильников. Измерение освещенности может также производиться без предварительной подготовки осветительной установки, что должно быть зафиксировано при оформлении результатов измерения.

Измерение КЕО проводят в помещениях, свободных от мебели и оборудования, не затеняемых озеленением и деревьями, при вымытых и исправных светопрозрачных заполнениях в светопроемах. Измерение КЕО может также производиться при наличии мебели, затенении деревьями и неисправных или невымытых светопрозрачных заполнениях, что должно быть зафиксировано при оформлении результатов измерений.

Для измерения КЕО выбирают дни со сплошной равномерной десятибалльной облачностью, покрывающей весь небосвод. В районах, расположенных южнее 48с.ш., измерения КЕО допускается проводить без учета балльности в дни сплошной облачности, покрывающей весь небосвод. Электрический свет в помещениях на период измерений выключается.

Перед измерениями выбирают и наносят контрольные точки для измерения освещенности на план помещения, сооружения или освещаемого участка (или исполнительный чертеж осветительной установки) с указанием размещения светильников.    

Расположение контрольных точек при измерении минимальной освещенности помещения от светильников, принимаемых за линейные излучатели

 — контрольная точка;  — светильник;

— — условная сетка раздела площади помещения на равные части

Результаты исследования систем освещения

№ п/п	Вид информации	информация
1	Количество светильников искусственного освещения
2	Марка и тип светильника
3	Режим работы системы искусственного освещения (Тч)
4	Характеристика поверхностей освещения (коэффициенты отражения - потолка;- пола; - стен
6	Фактический уровень горизонтальной освещенности, лк
7	Нормированный уровень горизонтальной освещенности, лк
8	Требования к цветопередаче (коэффициент цветопередач)
9	Значение напряжения питающей сети в начале и в конце измерений освещенности (U1 и U2)
10	Размеры помещения(длина, ширина, высота), высота подвеса светильников,м
11	Управление освещением (локальное вкл и откл)
12	Коэффициент естественной освещенности

Нормируемые показатели освещения основных бюджетных организаций, вспомогательных зданий

Характеристики установок электроосвещения

Электронный пускорегулирующий аппарат ЭПРА для светильников с люминесцентными лампами ЭПРА–236(40)

Используется для замены традиционных электромагнитных аппаратов и предназначается для работы светильников с лампами ЛБ-36, ЛД-36, ЛБ-40 и т.п.

Преимущества:

• Повышенная светоотдача благодаря использованию высокочастотного напряжения на люминесцентных лампах.

• Активные потери в ЭПРА на 10–15 % меньше потерь электромагнитных ПРА.

• Повышение срока службы лампы в 1,5–2 раза благодаря использованию режима с плавным подогревом нитей накала и стабилизацией тока лампы.

• Гарантированное время включения 0,5–1 сек.

• Отсутствие пульсаций светового потока и стробоскопического эффекта.

• Пригодность к эксплуатации с сетью постоянного напряжения 200– 250 В в резервных (аварийных) системах освещения.

• Меньшие массогабаритные показатели по сравнению с ПРА.

• Защита ЭПРА при обрыве нити электрода в лампе.

• Автоматическое отключение ЭПРА при разрушении колбы лампы.

Технические характеристики

Номинальное напряжение сети	220 В
Диапазон питающего напряжения	198–242 В
Рабочая частота	35 кГц
Степень защиты от поражения электрическим током	класс 1
Коэффициент мощности	не менее 0,9
Выходная мощность	2  40 Вт
Масса	0,35 кг
Габаритные размеры, мм, не более	23048,6