НЕКОММЕРЧЕСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
АЛМАТИНСКИЙ
ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра
электроснабжения промышленных предприятий
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
АППАРАТЫ
Программа курса, методические указания и контрольное задание для
студентов заочного обучения специальности
050718 - Электроэнергетика
Алматы
2006
СОСТАВИТЕЛИ: К.А. Бакенов, О.П. Живаева. Электрические аппараты.
Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочной
формы обучения специальности 050718 –
Электроэнергетика. - Алматы: АИЭС, 2006. – 19 с.
Данная разработка включает в себя рабочую программу
курса, контрольное задание для студентов – заочников (дистанционников) и
указания поа его выполнению, технические данные и перечень рекомендуемой литературы
Ил.З,
табл.6, библиогр. - 13 назв.
Рецензент: д-р техн .наук, проф. В.Н.Мукажанов
Печатается по плану издания Алматинского института энергетики
и связи на 2006 г.
© Алматинский институт энергетики и
связи, 2006г.
Содержание
|
|
Введение……………………………………………………………………… |
4 |
1
Программа курса…………………………………………………………... |
5 |
1.1 Содержание дисциплины………………………………………… |
5 |
1.2 Методические указания к изучению теоретических вопросов… |
6 |
1.3 Содержание практических занятий…………..………………….. |
7 |
1.4 Содержание лабораторных работ………………..……………… |
7 |
2 Задание к
контрольной работе…………………………………………… |
7 |
Список
литературы………………………………………………………….. |
17 |
Введение
Согласно учебному плану, студенты специальности 050718 –
Электроэнергетика изучают дисциплину «Электрические
аппараты», включающую следующий объем часов: аудиторные занятия – 22
часа, самостоятельная работа – 68 часов. В данном курсе предусмотрена одна
контрольная работа, предполагающая самостоятельное закрепление студентами
пройденных разделов дисциплины, 8 часов практических занятий и 4 лабораторные
работы.
Цели и задачи дисциплины
Электрическая
энергия, вырабатываемая генераторами на центральных электрических станциях,
передается на большие расстояния многочисленными приемниками. Распределение
энергии между приемниками и управление работой источников, линий передач и
приемников осуществляются с помощью электрических аппаратов, которые можно
разбить на две группы:
–
коммутационные аппараты распределения энергии служат для автоматического и
неавтоматического включения и отключения главных цепей в системах генерирующих
электрическую энергию и передающих ее потребителю;
–
аппараты управления приемниками электрической энергии. Аппараты второй группы
(контакторы, контроллеры, командоаппараты, реостаты, реле) предназначены для
защиты и управления работой электропривода.
Данный
курс охватывает основные теоретические сведения, на которых базируется
аппаратостроение, подробное изучение распределительных аппаратов общего
назначения и краткие сведения о распределительных устройствах.
Требования к знаниям
Студент
должен уметь применять полученные знания для решения инженерных, технических и
научно-исследовательских задач.
В
частности, овладев данным курсом, студент должен уметь:
-
формулировать основные требования, предъявляемые к электрическим аппаратам для
любой конкретной схемы электроснабжения в части надежности работы, безопасности
обслуживания и условий монтажа;
-
выполнять технические расчеты, необходимые для правильного выбора конкретных
схем, а также рассчитывать экономическую эффективность проектных и
технологических решений;
-
пользоваться выпускаемой специальной технической и справочной литературой при
выборе тех или иных аппаратов для схем электроснабжения.
Перечень дисциплин с
указанием разделов, усвоения которых студентами необходимо для изучения данной
дисциплины: физика, электротехнические материалы, ТОЭ, электрические машины.
1 Программа курса
1.1 Содержание курса
1.1.1 Введение в дисциплину.
Электродинамические силы в электрических аппаратах (1 час)
Назначение и место
электрических аппаратов в электроэнергетике. Классификация электрических аппаратов. Основные
требования, предъявляемые к электрическим аппаратам. Перспективы и пути развития
аппаратостроения.
Электродинамические усилия
(ЭДУ) в электрических аппаратах. Методы расчета ЭДУ. Электродинамическая
стойкость аппаратов.
Вопросы
для самопроверки:
а) как определяется
направление действия ЭДУ?
б) как определяется ЭДУ на
основе закона Био-Савара?
в) в каких случаях удобно
применять энергетический метод расчета ЭДУ?
г) как действуют ЭДУ в
местах изменения сечения проводников?
д) как действуют ЭДУ при
наличии ферромагнитных частей?
1.1.2 Нагрев электрических
аппаратов (1 час)
Основы тепловых расчетов.
Активные потери энергии в аппаратах. Потери в нетоковедущих ферромагнитных
частях. Способы передачи тепла внутри нагретых тел и с их поверхности:
теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. Установившийся процесс
нагрева. Нагрев аппарата в переходных режимах. Термическая устойчивость
аппаратов. Предельная допускаемая температура нагрева проводников и аппаратов.
Вопросы
для самопроверки:
а) как определяется активная
мощность, теряемая в проводниках?
б) в чем отличие потерь
мощности и нагрева проводников на постоянном и переменном токе?
в) какие явления оказывают
влияние на нагрев деталей из магнитных материалов?
г) какие явления
сопровождают процесс отдачи тепла нагретым телом?
д) как определяется
теплоотдача аппарата в установившемся режиме?
е) какие особенности в
теплообмене проявляются при режиме аппарата в кратковременном и
повторно-кратковременном режиме работы?
ж) как проверяются аппараты
на термическую устойчивость от действия токов короткого замыкания?
з) какими факторами определяется
допустимая температура деталей аппаратов?
1.1.3 Электрические контакты
(1 час)
Переходное сопротивление
контактов. Нагрев контактов. Режим работы контактов. Эрозия и коррозия
контактов. Износ контактов. Вибрация контактов и способы борьбы с ней.
Материалы контактов. Конструкции контактов.
Вопросы
для самопроверки:
а) в чем отличие кажущейся и
физической площади соприкосновения?
б) от чего зависят размеры
площадок соприкосновения контактов?
в) как определить величину
переходного сопротивления контактов?
г) какие факторы оказывают
существенное влияние на переходное сопротивление контакта?
д) в чем причина
возникновения вибрации контактов, и какие меры применяют для ее уменьшения?
е) какие причины определяют
износ контактов и какие меры применяют для уменьшения эрозии и увеличения срока
службы контактов?
ж) чем обеспечивается
надежность работы контактов в номинальном режиме и в режиме короткого
замыкания?
з) какая связь между
материалом контактных соединений сроком службы и надежностью работы аппаратов?
1.1.4 Электрическая дуга (1
час)
Формы электрического разряда
в газах. Процессы при ионизации дугового промежутка. Процессы при деионизации
дугового промежутка. Вольтамперные характеристики дуги. Условия гашения дуги
постоянного тока. Особенности горения и гашения дуги переменного тока. Способы
гашения дуги. Механическое растягивание дуги. Гашение дуги в магнитном поле.
Гашение дуги в продольных щелях. Способы возбуждения магнитного поля
дугогашения. Гашение дуги высоким давлением. Гашение дуги дугогасительной
решетки.
Вопросы для самопроверки:
а) какие основные явления
сопровождают начало возникновения дуги между расходящимися контактами?
б) какие факторы
способствуют возникновению ударной ионизации?
в) что считается основной
причиной существования дуги?
г) какие факторы
способствуют рекомбинации заряженных частиц?
д) как усилить диффузию
частиц из зоны горящей дуги?
е) какова роль диссоциации
молекул газа (водорода) в гашении дуги?
ж) какие факторы определяют
рост ВАХ дуги?
з) при каких условиях
обеспечивается не устойчивое горение дуги постоянного тока?
и) в чем проявляется
особенность гашения дуги переменного тока?
к) какие способы создания
магнитного дутья реализованы в аппаратах постоянного и переменного тока?
л) какие факторы являются
определяющими при гашении дуги высоким давлением?
м) в чем оригинальность
способа гашения дуги, предложенного Доливо-Добровольским?
1.1.5 Электрические аппараты
общепромышленного применения (2 часа)
Воздушные автоматические
выключатели. Плавкие предохранители. Контакторы. Магнитные пускатели.
Высоковольтные выключатели. Высоковольтные предохранители. Выключатели
нагрузки.
Вопросы для самопроверки:
а) какие меры для гашения дуги используются в
низковольтных аппаратах постоянного и переменного тока?
б) какие факторы влияют на выбор материалов и форму
контактов, применяемых в установках до 1000 В?
в) как выполняется выбор низковольтных аппаратов?
г) какие мероприятия по гашению дуги применяются в
высоковольтных аппаратах?
д) какими достоинствами и недостатками обладают
современные высоковольтные вакуумные выключатели?
е) какими достоинствами и недостатками обладают
современные элегазовые высоковольтные выключатели?
ж) какими достоинствами и недостатками обладают
масляные и электромагнитные выключатели?
з) какими достоинствами и недостатками обладают
выключатели нагрузки, их область применения?
1.2 Методические указания к изучению теоретических
вопросов
1.2.1 При изучении раздела
1.1.1 обратить внимание на назначение электрических аппаратов, области их
применения, требования, предъявляемые к электрическим аппаратам, на методы
расчетов электродинамических усилий.
1.2.2 При изучении раздела 1.1.2 обратить внимание на нагрев
электрических аппаратов, на процессы, проходящие при нагреве аппаратов.
1.2.3 При изучении раздела 1.1.3 обратить внимание на
условия работы электрических контактов, электромагнитов, изоляции электрических
аппаратов.
1.2.4 При изучении раздела 1.1.4 обратить внимание на
теорию горения и гашения электрической дуги, способы гашения дуги.
1.2.5 При изучении раздела 1.1.5 обратить внимание на
конструкцию и принцип действия электрических аппаратов до и выше 1000 В.
1.3 Содержание практических занятий
1.3.1 Выбор предохранителей и защищаемых ими проводов
и кабелей.
1.3.2 Выбор воздушных автоматических выключателей и
защищаемых ими проводов и кабелей.
1.3.3 Выбор магнитных пускателей.
1.3.4 Выбор высоковольтных выключателей.
1.4 Содержание лабораторных занятий
1.4.1 Исследование предохранителей и автоматических
воздушных выключателей.
1.4.2 Исследование вакуумного выключателя.
1.4.3 Исследование трансформаторов тока и
напряжения.
1.4.4 Исследование контакторов, пускателей и
устройств защитного отключения.
2
Задание к контрольной работе
Контрольная работа состоит из трех заданий.
В контрольной работе студенты выполняют расчеты по выбору предохранителей и автоматических воздушных выключателей в распределительных сетях промышленного предприятия напряжением до 1000 В, а также высоковольтных масляных выключателей и приводов к ним.
Прежде чем приступить к выполнению контрольной работы
следует ознакомиться с соответствующими разделами рекомендованной литературы и
с настоящими методическими указаниями.
В процессе расчетов необходимо приводить краткие пояснения.
Все принятые решения должны быть четко обоснованы.
2.1 Задание 1
Выбрать предохранители для защиты электродвигателей
силового пункта СП (рисунок 2.1).
Выбрать сечения проводов, питающих электродвигатели.
Для линии, питающей СП, выбрать предохранитель, силовой
бронированный трехжильный кабель с алюминиевыми жилами и бумажной изоляцией
при температуре окружающей среды (воздуха) +25 °С.
Особые условия:
- помещение
невзрывоопасное и непожароопасное;
-
предохранители защищают двигатели и линии только от токов короткого замыкания.
Рисунок 2.1
2.1.1 Методические указания
Предохранители применяются для защиты электрических
установок от токов к.з. Наиболее распространенными предохранителями,
применяемые для защиты электроустановок напряжением до 1000 В, являются: ПР2,
НПН, ПН2.
Выбор предохранителей
производится по следующим условиям:
а) Iном.пред. ³ Iрасч;
б) Iном.пл.вст..³ Iпл.вст.расч,
где Iпл.вст.расч – расчетный ток плавкой
вставки – находится по следующей формуле
,
где a - коэффициент пуска – зависит от режима
пуска электродвигателя;
a =1,6 – тяжелый пуск;
a =2 – средний пуск;
a =2,5 – легкий пуск.
Если предохранитель состоит в линии,
питающей несколько двигателей, плавкую вставку рекомендуется выбирать по
формуле
,
где Iпуск.наиб. – наибольший пусковой ток;
Iрасч.дв.наиб. – номинальный ток двигателя,
для которого пусковой ток является наибольшим.
Выбор проводов производится по следующим условиям:
а) Iдоп.пров. ³ Iрасч;
б) Iдоп.пров.³ к3×I3,
где к3=0,33 –
коэффициент защиты для предохранителей,
I3= Iном.пл.вст.
2.2 Задание 2
От главного распределительного шита ГРЩ получает питание
силовой пункт СП с автоматическими выключателями (рисунок 2.2), к которому
подключены пять асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.
Электродвигатели размещены в помещении с нормальной средой. Технические данные
электродвигателей приведены в таблицах № 1-5.
Требуется определить номинальные токи расцепителей автоматических
выключателей и выбрать сечения проводов и питающего кабеля из условия нагрева
и соответствия токам расцепителей.
Рисунок 2.2
2.2.1 Методические указания
Автоматические выключатели применяются для защиты
электрических установок от токов к.з. Наиболее распространенными
автоматическими выключателями, применяемые для защиты электроустановок
напряжением до 1000 В, являются: А3700, ВА.
Выбор автоматических выключателей производится по следующим
условиям:
а)
Iном.ав.³ Iрасч.;
б)
Iном.расц. ³ Iрасч.;
в)
Iсраб.эл.расц. ³1,25´ Iпуск.
Выбор проводов производится по следующим условиям:
а) Iдоп.пров. ³ Iрасч;
б) Iдоп.пров.³ к3×I3,
где к3=0,22; 0,66; 1 –
коэффициент защиты для автоматических выключателей зависимости от
характеристики регулирования расцепителя,
I3= Iном.пл.вст.