Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра “Электрические станции, сети и системы ”

  

 

Основное и вспомогательное оборудование электрических станций и подстанций

 Методические указания к лабораторным работам

(для студентов специальности

5В071800 - Электроэнергетика)

 

 

Алматы 2011

СОСТАВИТЕЛИ: С.Е.Соколов, Г.Х.Хожин, Р.М. Кузембаева, Д.Т. Сулейменова. Основное и вспомогательное оборудование электрических станций и подстанций. Методические указания к выполнению лабораторных  работ по курсу «Электрические станции и подстанции»  для студентов специальности 5В071800 – Электроэнергетика.- Алматы: АУЭС, 2011.- 46 с.    

 

Методические указания содержат описание лабораторных  работ по курсу «Основное и вспомогательное оборудование электрических станций и подстанций», требования, предъявляемые к подготовке и оформлению лабораторной работы. Дан перечень рекомендуемой литературы.

Ил. 30, табл. 12, библиогр.- 7 назв. 

 

Рецензент: канд. техн. наук, профессор Бекмагамбетова К.Х.

 

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2011 г.

 

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2011 г.

Сводный план 2011г., поз. 64

 

 Введение

Настоящие методические указания представляют собой руководство к лабораторным работам, выполняемыми студентами, обучающимися по специальности  5В071800 – Электроэнергетика, при изучении курса «Основное и вспомогательное оборудование электрических станций и подстанций».

К выполнению лабораторных работ допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности, сдавшие зачет и сделавшие отметку в специальном журнале инструктажа.

В процессе выполнения лабораторных  работ студент должен руководствоваться настоящими методическими указаниями и непосредственными указаниями преподавателя.

Отчет должен содержать:

- название работы;

- цель работы;

- основные сведения о трансформаторах тока;

- схемы установки с обозначением основного оборудования;

- таблицы экспериментальных и расчетных данных;

- графики полученных зависимостей и расчетные формулы.

Для защиты работы студенты должны подготовиться в соответствии с контрольными вопросами и рекомендуемой литературой.  

         

          1 Лабораторная работа №1. Высоковольтные предохранители переменного тока

 

Цель работы: изучить назначение высоковольтных предохранителей  переменного тока, их основные характеристики и конструкции, получить навыки по выбору предохранителей с использованием основных характеристик.

 

1.1 Общие сведения

Предохранитель - это коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи посредством раз­рушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение, с после­дующим гашением возникающей электрической дуги. Предохранитель, у которого разрушение предусмотренных в нем специальных токоведущих частей происходит путем их расплавления и (или) испарения под действием тока, превышающего определенное значение, в течение достаточного времени - называется плавким предохранителем

 

1.2 Классификация и области применения

 

Плавкие предохранители высокого напряжения в силу ряда особен­ностей распространены значительно меньше, чем предохранители низко­го напряжения, и предназначены для защиты силовых трансформаторов, воздушных и кабельных линий, конденсаторов, электродвигателей и трансформаторов напряжения.

По характерным для них принципам предохранители классифицируются следующим образом:

- по способности ограничивать ток при отключе­нии - на токоограничивающие и не токоограничивающие;

- по способу га­шения дуги - на обеспечивающие гашение дуги за счет ее тесного со­прикосновения с мелкозернистым наполнителем и на обеспечивающие гашение дуги за счет генерирования газов при воздействии дуги на твердый материал и последующего выхлопа этих газов;

- по диапазону токов отключения:   класса 1 - с диапазоном от одночасового тока плавления до номинального тока отключения (общего применения); класса 2 - с диапазоном от нормированного   минимального тока от­ключения, превышающего одночасовой ток плавления, до минимально­го тока отключения (применяются, главным образом, для совместной работы с выключателем нагрузки или другим аппаратом, способным отключать токи, меньшие нормированного минимального тока отклю­чения предохранителя).

Одночасовой ток плавления - это ток, протекание которого через предохранитель в течение 1 часа приводит к расплавлению плавкого элемента и значение которого заключается  между нормируемыми нижним и верхним пределами.

Под номинальным током отключения понимается наибольшее действующее значение периодической составляющей ожидаемого тока в момент, соответствующий моменту возникновения дуги, которое предох­ранитель способен отключать при нормированных характеристиках электрической цепи.

Диапазон номинальных напряжений для токоограничивающих пре­дохранителей составляет от 3 до 35 кВ, для нетокоограничивающих - от 6 до 220 кВ, диапазон номинальных токов соответственно  - от 2 до 1000 А и от 2 до 20 А, номинальных токов отключения - от 2,5 до 63 А и от 1,6 до 20 КА

Плавкий предохранитель выполняет только операцию автоматического отключения цепи при превышении определен­ной величины тока. После срабатывания предохранителя необходимо сменить плавкую вставку или патрон, чтобы подготовить аппарат для дальнейшей работы.

Ценными свойствами плавких предохранителей являются:

1) Простота устройства и, следовательно, относительно низкая сто­имость (сравнительно со стоимостью выключателей вместе с разъ­единителем, трансформаторами тока).

2) Исключительно быстрое отключение цепи при коротком замыкании (меньше одного периода).

3) Способность некоторых видов предохранителей ограничивать ток в цепи при коротком замыкании.

4) Недостатки плавких предохранителей заключаются в следующем:

а) Они обладают малой чувствительностью к изменению тока, в связи с чем, предохранители срабатывают при токе, значительно превышающем номинальный длительный ток вставки, в основном, при коротком замыкании.

б) Избирательность отключения участков системы при защите их пре­дохранителями может быть обеспечена только в радиальных сетях.

в) Отключение сети плавкими предохранителями связано обычно с перенапряжением.

г) Возможны однофазные отключения и последующая ненормальная ра­бота соответствующего участка системы.

  

1.3 Основные характеристики плавких предохранителей

 

Для плавкого предохранителя, как и для всякого аппарата, од­ной из основных характеристик является номинальное напряжение (U_ном.) - это междуполюсное напряжение, равное номинальному междуфазному напряжению электрических сетей, для работы в которых предназначен предохранитель.

Предохранители характеризуют также следующими величинами:

1) Номинальный ток предохранителя (I_ном.), представляющий со­бой наибольший допустимый по условиям нагрева частей предохра­нителя ток нагрузки в продолжительном режиме. Номинальный ток предохранителя совпадает с номинальным током заменяемого эле­мента.

2) Номинальный ток заменяемого элемента предохранителя I_ном.э – это наибольший допустимый по условиям нагрева частей заменяемого элемента ток нагрузки в продолжительном режиме при установке элемента в контактах или в держателе, предназначенного для него основания.

3) Номинальный ток основания предохранителя I_ном.ос - наибольший допустимый по условиям нагрева частей основания ток нагруз­ки в продолжительном режиме при установленном в основании заменяемом элементе на тот же самый ток.

4) Номинальный ток патрона предохранителя (I_ном.п) - наибольший допустимый по условиям нагрева частей патрона ток нагрузки в продолжительном режиме при его установке вместе с концевыми держателями (при их наличии) в контактах, предназначенного для него основания.

Важнейшей защитной характеристикой предохранителя является времятоковая характеристика, приведенная на рисунке 1.1, т.е. зависимость времени плавления вставки от действующего значения тока. Обычно эти харак­теристики строятся для полного диапазона номинальных токов плавких вставок предохранителей определенного типа и дают возможность выбрать предохранитель для защиты конкретного объекта. По оси абсцисс откладывается действующее значение периодической составляю­щей тока, а по оси ординат - время плавления в секундах (масштаб логарифмический).

Как видно из рисунка 1.1, предохранитель надежно защищает объект при больших перегрузках, при малых перегрузках его защитные функ­ции выражены слабее. Верхняя часть кривой время-токовой характе­ристики показывает, что при небольших изменениях нагрузки, напри­мер, от 2I_ном.  до 3I_ном. время плавления плавкой вставки может изменяться в широком диапазоне – от 3600 до 10 секунд. Допускается некоторая нестабильность этой характеристики в области малых пере­грузок. Так, одночасовой ток плавления должен находиться в преде­лах от 1,3 до 2I_ном.

Рисунок 1.1 – Время-токовая характеристика предохранителя

Наряду с защитной характеристикой используется характеристика наибольшего времени горения дуги (см. рисунок 1.2) - зависимость времени горения дуги от отношения действующего значения периодической составляющей ожидаемого тока, соответствующего моменту возникновения дуги, к номинальному току I_ном.  При отношении, равном или превышающем 100, время должно быть не более 0,01 с для предохранителей с кварцевым мелкозернистым наполнителем и 0,05 - 0,08 с - для выхлопных (см. рисунок 1.3). Сумма времени плавления вставки и времени горения дуги дает полное время отключения. Под ожидаемым током понимается ток, который протекал бы в цепи, в которой установлен предохрани­тель, если бы предохранитель был заменен закороткой с пренебрежимо малым полным сопротивлением. Способность предохранителя вы­держивать перегрузки при сквозных токах, а также их многократное воздействие определяются время-токовой характеристикой предельно допустимых перегрузок, которая строится на основе время-токовой характеристики плавления в диапазоне времени от 0,01 до 90 с путем умножения ее абсцисс на коэффициент, значение которого опре­деляется в процессе предварительных испытаний, где I_{пл 10}, I_{пл 0,01} - токи плавления при времени 10 и 0,01 с соответст­венно. При наибольшем рабочем напряжении предохранитель должен отключить весь диапазон токов - от одночасового тока плавления для предохранителей класса 1 или минимального тока отключения - для предохранителей класса 2, до номинального тока отклю­чения, при любом моменте возникновения КЗ относительно нуля синусоиды напряжения сети. При этом кривая собственного переходно­го восстанавливающего напряжения цепи в месте установки предох­ранителя при ожидаемом номинальном токе отключения не должна быть выше нормированной граничной линии, проведенной из начала координат в координатах напряжения-времени (см. рисунок 1.3).

 

Рисунок 1.2 - Характеристика наибольшего времени горения  предохранителей серий ПК, ПКН, ПКТ	Рисунок 1.3 - Построение  время-токовой характеристики плавления

 

Наклон этой граничной кривой определяет скорость нарастания восстанавливающегося напря­жения.

Эффект токоограничения заключается в том, что при большом токе тонкая проволока плавкой вставки плавится и испаряется за тысячные доли секунды по всей длине.

В канале дугового разряда создается вы­сокое давление, интенсивно проходят процессы деионизации дугового столба, сопротивление дуги резко возрастает, ограничивая ток и сре­зая его до нулевого значения - до момента естественного перехода тока через ноль, т.е. много раньше, чем ток в цепи при КЗ успева­ет достигнуть установившегося значения (штриховая кривая) на рисунке 1.4.

Таким образом, величина тока КЗ ограничивается в 2-5 раз. Возника­ющие при срезе тока ЭДС самоиндукции, накладываясь на напряжение сети, создают коммутационные перенапряжения. Специальными конструктивными мерами наибольшие  допустимые перенапряжения, возникаю­щие между выводами токоограничивающего предохранителя при отключе­нии, ограничивают так, чтобы они не превышали следующих значений:

 

Номинальное напряжение, кВ                 3         6       10          20          35

Наибольшее допустимое напряжение,

максимальное значение, кВ                     12       23     38          75          126

 

Рисунок 1.4 - Отключение тока КЗ токоограничивающим предохранителем

 

Характеристики токоограничения предохранителей выражаются за­висимостью наибольшего мгновенного значения тока от действующего значения ожидаемого симметричного тока, как это показано на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 - Зависимость наибольшего мгновенного значения тока I₁ от действующего значения тока I₂ для номинальных токов плавких вставок (характеристика тока – отражения) предохранителей серии ПК

Характеристи­ки построены для плавких вставок на различные номинальные токи. Эффект токоограничения с определенных значений включаемого тока, зависящих от номинального тока плавкой вставки, должен начинаться при кратности ожидаемого симметричного тока к номинально­му току вставки не более 40.  

1.4 Конструкции плавких предохранителей переменного тока

Кварцевые предохранители серии ПК, изготовляемые на напряже­ние 3 - 35 кВ, относятся к токоограничивающим предохранителям. Они состоят из двух опорных изоляторов 3, контактов 2, укрепленных на изоляторах, и патрона 1, вставляемого в контакты, как это показано на рисунке 1.6,а.

                                  а)                                                                    б)

Рисунок 1.6 - Конструкция и крепление кварцевых предохранителей типа ПК

Патрон предохранителя, представленный на рисунке 1.6,б, представляет собой фарфоровую трубку 5 с заармированными по ее концам колпачками 8. Плавкая вставка 6 в зависимости от номинального тока состоит из одного или нескольких посеребрянных медных проводников. Для снижения пе­ренапряжения при отключении применяются вставки переменного сечения, что необходимо для того, чтобы при срабатывании предохрани­телей на каждом перешейке загоралась отдельная дуга. В результа­те увеличения числа горящих дуг происходит более быстрое нарастание напряжения на предохранителе, чем в тех случаях, когда плавкий элемент имеет только один узкий перешеек. Создание несколь­ких относительно узких параллельных каналов горения электрической дуги улучшает условия ее гашения за счет использования большего ко­личества материала наполнителя и уменьшения тока в каждой из па­раллельных дуг, поэтому при конструировании плавкие элементы предполагают делить на ряд параллельных ветвей. Для отключения плавкой вставкой токов перегрузки на ступени меньшего сечения на­паиваются оловянные шарики. При этом средняя температура плавле­ния вставки снижается от температуры плавления меди (1080°С) до температуры, слегка превышающей температуру плавления олова (230°С), вследствие растворения меди в расплавленном олове. Пос­ле расплавления медной проволоки в месте расположения оловянной напайки возникает дуга, которая расплавляет проволоку по всей длине. Кварцевый песок 7, заполняющий фарфоровую трубку 5, насыпается через отверстие, которое затем закрывается крышкой 9, напаиваемой на колпачок 8. В нижней крышке 1 установлен указатель срабатывания 2, который с помощью плавкой вставки 10 сжима­ет пружину 3 в держателе 4. При перегорании основных плавких вста­вок 6 сгорает и плавкая вставка 10. При этом указатель срабатыва­ния выбрасывается наружу.

Кварцевые предох­ранители на напряжение свыше 35 кВ реализовать не удается в связи со значительными габаритами, обусловленными необходимостью гашения дуги.

На напряжение 35 кВ и выше для наружной установки применяются выхлопные или стреляющие предохранителя типа ПСН. Предохранитель, представленный на рисунке 1.7 состоит из основания 1, на котором укреплены опорные изоляторы 2 с верхней 3 и нижней 6 контактными головками для при­соединения предохранителя к внешней цепи. На нижней головке 6 ук­реплен контактный нож 5, снабженный пружиной и сцепленный с нако­нечником патрона 4. В корпусе патрона установлена труб­ки из винипласта 2 и 3, соединенные между собой стальным корпусом 4 с предохранительным клапаном 6. Гибкий проводник 7 с наконечни­ком 8 находится в натянутом состоянии за счет пружины контактного ножа и удерживается в этом положении плавкой вставкой 5. При пере­горании плавкой вставки контактный нож освобождается и, откидываясь, под действием пружины, вытягивает за собой гибкий проводник. Выбро­су гибкого проводника способствуют газы, образующиеся при разложе­нии винипластовой трубки дугой. Дуга тянется за гибким проводником и гасится потоком газа, вытекающего из отверстия трубки. После от­ключения между ножом и концом трубки образуется воздушный промежу­ток, обеспечивающий нужный уровень изоляции отключенной цепи.

Время горения дуги в предохранителях существенно зависит от отключаемого тока, возрастая от 0,04 с при больших отключаемых то­ках, которые для стреляющих предохранителей находятся на уровне 3-5 кА, до 0,3с при отключаемых токах в сотни ампер. Плавкая встав­ка состоит из нихромовой проволоки – держателя, воспринимающего механическую нагрузку откидывающего ножа и медных проволочек или пластинок, количество и сечение которых устанавливается в зависимости от 0,04 с при больших отключаемых токах, которые для стреляющих предохранителей находятся на уровне 3-5 кА до 0,3 с, при отключаемых токах в сотни ампер. Плавкая вставка состоит из нихромовой проволоки - держателя, воспринимающего механи­ческую нагрузку откидывающего ножа и медных проволочек или пластинок, количество и сечение которых устанавливается в зави­симости от номинального тока. Рассмотренные типы предохраните­лей представлены на лабораторном стенде.

 

 

Рисунок 1.7 – Предохранитель стреляющий типа ПСН-35

 

1.5 Выбор плавких предохранителей

 

Выбор предохранителей производится из следующих условий:

1) Номинальное напряжение предохранителя должно соответствовать номинальному напряжению сети.

2) Номинальный длительный ток плавкой вставки должен быть выбран так, чтобы она не расплавилась в форсированном режиме, когда рабочий ток имеет наибольшую величину. Вставка не должна также плавиться при переходных процессах, например, при пуске двигателя, когда ток в цепи превышает номинальный в 5-6 раз, или при включении силового трансформатора, когда намагничива­ющий ток достигает 8 - 10 - кратной величины от номинального (среднее значение тока за 5 периодов). Наконец, номинальный длительный ток вставки должен быть выбран так, чтобы обеспечить избирательность отключения при коротком замыкании.

3) Номинальный отключаемый ток плавкого предохранителя при рассматриваемом напряжении должен быть не меньше периодической составляющей ожидаемого тока короткого замыкания (действующего значения за период), т.е.

I_о.ном  I_по .                                                                            (1.1)

 

4) При выборе токоограничивающих предохранителей необходимо проверить с помощью характеристик соответствие мгновенного сквозного тока или наибольшего сквозного теплового импульса тока КЗ номинальным характеристикам аппаратов, подлежащих установке в защищаемой сети.

Для любого времени отключения отклонения в величине тока не должны превосходить ± 20% от величины тока, указанного в информации завода-изготовителя.

Защитные характеристики предохранителей на напряжение свыше 1000В даны на рисунке 1.9.

 

Рисунок 1.8 - Построение расчетных характеристик предохранителей на напряжение выше 1000 В	Рисунок 1.9 -Защитные характеристики предохранителей ПСН-35 по данным завода

 

Для проверки селективности заводские характеристики перестраивают в расчетные в следующей последовательности, как показано на рисунке 1.8.

1. Задаются произвольной величиной времени t₁ по заводской характеристике для вставки на заданный номинальный ток и определяется соответствующий ему ток I₁, который откладывают на горизонтальной оси. Влево и вправо от этой точки откладываются величины ± 0,2I₁.

2. Из полученных точек восстанавливаются перпендикуляры до пересечения с горизонтальной линией, проведенной из точки t₁. Аналогично определяются точки ,  , ,   и т.д. и проводятся две линии, ограничивающие область, кото­рая и будет защитной характеристикой вставки с учетом ее раз­бросов.

Пример: Проверить селективность вставок на З0 А и 40 A предохра­нителя ПСН-35.

Решение: По рисунку 1.8 определяются токи, при которых сгорают вставки за 10, 1, 0,4, 0,05 с для вставки 30 А с учетом отклонения + 20 %; для вставки на 40 А с отклонением – 20 %.

Расчет для удобства сводится в таблицу.

 

Т а б л и ц а 1.1

Номинальный ток вставки	Т, с	10	1	0,4	0,05
30 А	I	55	67	100	200
	1,2I	66	80	120	240
40 А	I	65	100	145	300
	0,8I	52	80	116	240

Сравнение величин 1,2 вставки на 30 А и 0,8 для вставки на 40 А показывает, что селективность не обеспечивается.

1.6 Содержание отчета по работе

1. Описать назначение высоковольтных предохранителей и тре­бований, предъявляемых к ним.

2. Привести основные характеристики предохранителей и их назначение.

3. Дать эскиз одного из типов высоковольтных предохранителей с указанием всех номинальных данных.

4. Проверить селективность вставок на 10 A и 15 A, на 60 A и 100 A - для предохранителей  типа ПСН-З5.

 

        1.7  Вопросы для самопроверки

 

1. Дать основные определения параметров высоковольтных предо­хранителей.

2. В чем заключаются токоограничивающие свойства высоковольт­ных предохранителей.

3.  Назначение время-токовой и токоограничивающих характеристик и способ их построения.

4. Объяснить конструктивные схемы токоограничивающих и обычных  предохранителей.

5. Дать сравнительную качественную оценку различным типам предохранителей.

6. Порядок расчета и выбор параметров предохранителей.

 

2 Лабораторная работа №2. Аппараты до 1000 В

 

          Целью данной работы является изучение конструкции аппаратов до 1000 В, их назначение, области применения, схем включения и приведение некоторых испытаний в соответствии с их техническими данными.

 

          2.1 Описание лабораторной установки

 

Лабораторная установка, в которую входит изучаемые низковольтные аппараты, смонтирована в стенде. Питание на стенд подается с помощью 3-полюсного автомата АП-50 от общего распределительного шкафа. Для плавного регулирования напряжения и тока установлены ЛАТРы, запитанные через свои автоматы.

Нагрузка на исследуемые аппараты выполнена с помощью нагрузочного однофазного трансформатора, установленного за передней панелью. Показания снимаются с вольтметра и амперметра. В верхнем левом углу стенда установлен реверсивный пускатель ПМ-310. В верхнем правом углу контактор КТ-60 В. В средней части стенда расположены выводы с отдельных элементов аппаратов:

Л_I-С_I, Л₂-С₂, Л₃-С₃ – главные контакты первого пускателя;

Л^'_I-C^'_I, Л^'₂-С^'₂, Л^'₃-С ^'₃ – главные контакты второго пускателя;

К_I, К_I – воды с катушек магнитных пускателей;

БК_I, БК₂ – выводы с блок - контактов магнитного пускателя;

ТРН – выводы нагревательного элемента теплового реле магнитного пус кателя;

С_OI, С_О2, С_О3 – выводы с трехфазного асинхронного двигателя;

П_I, П₂ – зажим кнопок «пуск» пускателя;

«С» - зажимы кнопки «стоп» пускателя;

Л_I-С_I, Л₂-С₂, Л₃-С₃ – главные контакты контактора;

Б К₃ – выводы с блок контактов контактора;

ФУ – фазоуказатель;

П₃, С₃ – кнопки «пуск» и «стоп» контактора.

 

         На рисунке 2.1 показана принципиальная схема включения двигателя посредством нереверсивного пускателя. Главные линейные контакты Л_I-С_I, Л₂-С₂, Л₃-С₃ включаются в рассечку проводов, питающих двигатель. Катушка электромагнита К подключается к сети 380 В через размыкающие контакты теплового магнитного пускателя ИМ-310 ТРК и кнопки управления «стоп» и «пуск». При нажатии кнопки «пуск» замыкаются контакты 3,4, напряжение подается на катушку К через замкнутые контакты I,2 кнопки «стоп» и контакты теплового реле ТРК магнитного пускателя ПМ-310. После притяжения якоря электромагнита замыкаются блок - контакты БК, шунтирующие кнопку «пуск». Это дает возможность отпустить пусковую кнопку. Для отключения пускателя нажимается кнопка «стоп». При перегрузке двигателя срабатывают тепловые реле, которые разрывают цепь катушки К. Якорь электромагнита отпадает, происходит отключение пускателя.

 

2.2 Порядок выполнения работы

 

Перед проведением испытаний необходимо ознакомиться с настоящим методическим указанием и литературой, а также   ознакомиться, изучить и записать паспортные данные  всех используемых аппаратов.

 

          2.2.1 Включение  асинхронного электродвигателя с помощью нереверсивного пускателя.

1. Собрать схему магнитного пускателя ПМ-310, согласно рисунку 2.1.

2. Включить автомат «сеть».

3. Нажатием кнопки «пуск» включить магнитный пускатель и запустить электродвигатель.

Рисунок  2.1 - Схема включения электродвигателя  с помощью нереверсивного пускателя

4. Замерить амперметром Э8021 (шкала 0-5) первоначальный всплеск пускового тока при включении пускателя и последующий номинальный ток. Замеры произвести 3-5 раза. По данным определить кратность К пускового тока  К= I_пуск/ I_ном,, где I_пуск – пусковой ток двигателя, А,  I_ном – номинальный ток двигателя, А.

          5. Нажать кнопку «перегрузка». Замерить ток перегрузки по амперметру. Не отпуская кнопки, дождаться отключения двигателя. Объяснить причину отключения двигателя.

 

2.2.2 Определение коэффициента  возврата магнитного пускателя.

1. Собрать схему, приведенную на рисунке 2.2.

 

 

Рисунок 2.2 – Схема для определения коэффициента возврата магнитного пускателя

 

          2. Включить автомат «сеть» и автомат «ЛАТР».

          3. Плавно увеличивая «ЛАТРом » напряжения на катушке К магнитного пускателя, определить вольтметром  напряжение срабатывания U_ср.

           4. Плавно снимая напряжение на катушке К_I, определить напряжение возврата с помощью вольтметра. Замер производится 3-5 раз с интервалом времени 2-3 минуты.

5. По средним значениям U_возв и U_ср вычислить коэффициент возврата К_в=U_ср/U_возв

6. Дать номинальное напряжение на катушку и измерить амперметром ток катушки.

 

2.2.3 Определение тока срабатывания теплового реле.

Величина тока срабатывания теплового реле определяется экспериментально методом последовательных приближений  по схеме рисунка 2.3. Токи I₁, I₃, I₅ приводят к размыканию контактов, а токи I₂, I₄, I₆ возврату. Опыт продолжается до тех пор, пока разница между токами I₁, I₃, I₅ и I₂, I₄, I₆ не достигнет 5-10 % их среднего значения, принимаемого за величину тока срабатывания теплового реле.

 

Рисунок 2.3 -  Диаграмма нагрузок для определения тока срабатывания теплового реле

 

1. Собрать схему согласно рисунку 2.4.

 

Рисунок 2.4 – Схема для определения тока срабатывания теплового реле

2. Включить автомат «сеть» и автомат «ЛАТР ».

3. Установить ЛАТР_омток I₁ порядка (I,5- I,8) I_ном, где I_ном – ток уставки теплового реле (указан на нагревательном элементе теплового реле).

4. Замерить время срабатывания теплового реле (разомкнутся контакты элемента теплового реле ТРК, погаснет сигнальная лампа ЛС).

5. Как только тепловое реле срабатывает, и контакт его разомкнется, уменьшить ток I₂=0,5  I₁ и периодически нажимать кнопку возврата до возвращения контактов реле тока в исходное положение (загорается сигнальная лампа ЛС).

6. Замерить время замыкания.

7. Затем установить ток I₃ > I_ном, но меньше I_I, и после срабатывания реле снова уменьшить ток до I₄ < I_ном, но больше I₂ и т.д. до тех пор, пока разница между токами с нечетными и четными индексами не станет порядка 5-10 % их среднего значения.

Результаты свести в таблицу 2.1.

 

         Т а б л и ц а – 2.1

№ п.п.

Ток размыкания контакта, А.

Время размыкания сек.

Ток замыкания контакта, А.

Время замыкания

 

          8. По результатам измерений определить ток срабатывания теплового реле.

 

          2.2.4 Включение электродвигателя с помощью реверсивного магнитного пускателя.

1. Собрать схему реверсивного пускателя ПМ-310 (см. рисунок 2.5).

         2. Подать питание автоматом «сеть».

3. Запустить кнопкой П_I схему и проверить правильность чередования фаз по фазоуказателю ФУ.

4. Включить пускатель кнопкой П₂ на реверс и проверить порядок чередования фаз фазоуказателем ФУ.

         

2.2.5 Включение асинхронного двигателя контактором КТ – 60 В.

1. Собрать схему контактора  согласно рисунку 2.6.

         2. Включить автомат «сеть».

3. Нажатием кнопки «пуск» включить контактор.

          Примечание: катушка контактора «К» рассчитана на 380 В, поэтому подключается по схеме «фаза-фаза». Изучить конструкции различных типов контакторов и их особенности.

         

 

2.2.6 Определение тока срабатывания автомата АП-50.

1. Собрать схему согласно рисунка 2.7.

2. Подать питание автоматом «сеть» и автоматом «ЛАТР I».

3. Снять токовременную характеристику АП-50 с помощью амперметра и секундомера, изменяя ток с помощью ЛАТРа.

 

 

Рисунок 2.5 – Схема включения  реверсивного пускателя

 

 

 

 

Рисунок 2.6 -  Схема включение асинхронного двигателя контактором КТ – 60 В

 

 

 

 

Рисунок 2.7-  Схема для определения тока срабатывания автомата АП-50

 

 

        

2.3 Содержание отчета

 

         Отчет по лабораторной работе должен содержать следующий материал:

         2.3.1 Общие сведения об аппаратах до 1000 В.

         2.3.2 Принципиальные схемы включения исследуемых аппаратов.

2.3.3 Паспортные данные магнитного пускателя ПМ-310, контактора КТ-60 и автомата АП-50-2М.

         2.3.4 Основные расчетные формулы.

         2.3.5 Таблицы с опытными данными.

         2.3.6 Выводы по результатам опытов.

         2.3.7 Письменные ответы на контрольные вопросы.

                       

2.4 Контрольные вопросы

 

         2.4.1 Какие типы аппаратов используются на электростанциях и в сетях до 1000 В?

         2.4.2 Назначение неавтоматических выключателей (переключатель, рубильник).

         2.4.3 Выбор рубильников. Особенности выбора.

        2.4.4. Назначение автоматического выключателя. Область применения.

         2.4.5 Типы автоматических выключателей. Их особенности.

         2.4.6 Выбор автоматического выключателя. Особенности.

         2.4.7 Назначение контакторов. Область применения.

          2.4.8 Типы контакторов. Их особенности.

        2.4.9 Назначение магнитного пускателя. Область применения.

         2.4.10 Выбор контакторов и магнитных пускателей. Привести примеры.

         2.4.11 Бесконтактные коммутационные устройства. Их особенности.

         2.4.12 Коммутационные аппараты постоянного и переменного токов, используемые на напряжение до 1000 В. Их особенности.

 

3 Лабораторная работа №3. Измерительные трансформаторы тока

 Цель работы: изучение основных сведений о трансформаторах тока, векторной диаграммы измерительного трансформатора тока, конструкций  различных типов трансформаторов тока (ТТ) и проведение испытаний, предусматриваемых правилами технической эксплуатации.

 3.1 Характеристики и векторная диаграмма измерительных трансформаторов тока

 Номинальный коэффициент трансформации ИТТ определяется отношением первичного I_1н  и вторичного I_2н номинальных токов

                                                                                                           (3.1)

         Для идеального трансформатора с током намагничивания I_µ=0 отношение токов в обмотках обратно пропорционально отношению числа витков обмоток

                                                    ,  при этом                            (3.2)

 

         У реального трансформатора тока из-за несовершенства конструкции и потерь в магнитопроводе и обмотках возникают погрешности, которые снижают точность измерений.

          Различают погрешность тока

                                                     (3.3)

                                                            

или (в процентах)

                                                (3.4)

 и угловую погрешность, определяемую углом δ между векторами первичного I₁  и вторичного I₂ токов.

Подставляя в выражение погрешности тока вместо  отношение  получаем

                                       (3.5)

       Для анализа режимов работы и оценки погрешностей строятся векторные диаграммы ИТТ (см. рисунок 3.1).

Погрешность тока  ∆I по диаграмме определяется разностью намагничивающих сил F₂ F₁, которую при малом угле δ можно принять равной отрезку аб. Тогда

 

                                        (3.6)

и, так как угол  α  мал, токовая погрешность (в процентах) определяется формулой

                                                                                               (3.7)

Рисунок 3.1 -  Векторная диаграмма измерительного трансформатора тока

           При малом δ угловая погрешность           

                                                                                             (3.8)

          В настоящее время для уточненных расчетов берется не токовая погрешность ∆I, а полная погрешность ε, определяемая вектором F₀. Она характеризует как погрешность по току, так и угловую погрешность.

         На погрешности влияет, в основном, ток намагничивания стали сердечника. Чем выше качество стали, т. е. больше начальная магнитная проницаемость, тем меньше и стабильнее ток  намагничивания.

         Для снижения погрешностей и повышения точности измерений применяются: холоднокатаная сталь, пермаллой (сплав стали с никелем), специальные схемы соединений обмоток, искусственное подмагничивание сердечника и другие средства.

В зависимости от назначения по допустимым погрешностям выбирают наиболее более дешевый аппарат, подходящий по точности измерений. Группировка трансформаторов тока по классам точности сердечников, согласно ГОСТ 7746-78, и области их применения приведены в таблице 3.1. Обозначения класса точности соответствует наибольшей погрешности (в процентах) при токе в первичной обмотке, равном 100-120 % номинального. 

 

Т а б л и ц а 3.1 – Класс точности и области применения ИТТ

Класс точности сердечника	Первичный ток, % Iн	Пределы допускаемой погрешности			Область применения
		в токе, % (±)	угловой (±)
			…….	град
0,2	5 20 100-120	0,75 0,35 0,20	30 15 10	0,9 0,45 0,3	Точные измерения энергии и мощности (точные контрольные лабораторные  приборы)
0,5	5 20 100-120	1,5 0,75 0,5	90 45 30	2,7 1,35 0,9	Точные измерения энергии и мощности; счетчики 1-го класса
1	5 20 100-120	3,0 1,5 1,0	180 90 60	5,4 2,7 1,8	Измерения тока, энергии и мощности; реле, счетчики 1-го класса - расчетные
3    5 10	50-120	3,0    5,0 10,0	Не нормируется		Подключение амперметров, реле, фазометров  То же Подключение катушек приводов

        

ИТТ класса 0,2 применяются для точных измерений, проверок и исследований, ими оснащаются электротехнические лаборатории электрических станций. Трансформаторы тока классов 0,5 и 1 устанавливаются в распределительных устройствах.

Трансформаторы тока классов 3-10 используются для схем релейных защит, автоматики, где допустима погрешность 3% и выше. В некоторых схемах релейных зашит и автоматики находят применение и специальные конструкции ИТТ, например, с сердечниками Д для дифференциальной защиты и любых других защит или с сердечниками Р для релейной защиты.

         Класс точности ИТТ существенно зависит от нагрузки вторичной цепи. Нагрузка ИТТ определяются либо мощностью S₂ и cos φ₂ при номинальном токе I_2, либо полным сопротивлением вторичной цепи 

         Приняв ток  за расчетный, получим соотношения 

          Номинальной нагрузкой ИТТ является наибольшая мощность S₂, при которой он работает в высшем классе точности. Подключение дополнительных приборов, т. е. увеличение  нагрузки вторичной цепи, проводит к увеличению погрешностей и снижению точности измерений.

         На точность работы ИТТ влияет также первичный ток. Номинальный класс точности (см. таблицу 3.1) соблюдается только в установленных ГОСТ пределах первичного тока, равных 100- 120%   I_1н.

На рисунке 3.2 представлены схемы соединений ИТТ.

а – схема полной звезды; б – схема неполной звезды; в – двухфазная схема с включением реле на разность токов двух фаз; г – схема двусторонней звезды с включением реле на трехтрансформаторный фильтр токов нулевой последовательности.

Рисунок 3.2 – Схемы соединений ИТТ

 3.2 Программа работы

  3.2.1 Изучение конструкций представленных в работе ТТ (технические данные записывают в отчет).

3.2.2 Проверка полярности зажимов (выводов) представленных ТТ типа ТП-10, ТПФМ-10.

3.2.3 Проверка состояния изоляции ТТ типа ТПФМ-10 и ТП-10.

3.2.4 Определение коэффициента трансформации и погрешностей ТТ.

3.2.5 Снятие вольтамперных характеристик ТТ ТПФМ-10 и оценка исправности вторичных обмоток.

3.2.6 Снятие нагрузочных характеристик.

 

3.3 Подготовка к работе

3.3.1 Ознакомиться с описанием настоящей работы и необходимой литературой.

3.3.2 Подготовить все необходимые рисунки и таблицы.

3.3.3 Ответить устно на контрольные вопросы.

3.4 Порядок выполнения работы

3.4.1 Изучение параметров и конструкций ТТ.

В лаборатории изучаются следующие трансформаторы тока: TПЛ-10, TНШЛ-10, ТКФ-10, ТЗР, УТТ-6, И-64, УТТ-5.

В данном пункте работы необходимо записать паспортные дан­ные, изучить конструкцию перечисленных выше ТТ, обратить внима­ние на количество и тип обмоток, выводы и маркировку выводов с первичной стороны, устройство первичной обмотки.

Паспортные данные изучаемых в лаборатории трансформаторов тока внести в таблицу 3.2.

 

 Т а б л и ц а 3.2 -  Паспортные данные ТТ

Продолжение таблицы 3.2

 

3.4.2 Проверка полярности выводов ТТ.

Для правильного подключения ТТ обмоток ваттметров, счетчи­ков электрической энергии и т.п. необходимо знать полярность за­жимов обмоток. Все ТТ должны иметь четкие обозначения выводов об­моток.

На ТТ отечественных заводов выводы первичной обмотки обоз­начаются: Л₁ (начало обмотки) и Л₂ (конец обмотки), однополярные с ними выводы вторичной обмотки соответственно обозначаются бук­вами И₁ и И₂.

Для проверки полярности выводов пользуются источником по­стоянного тока и гальванометром (или любым магнитоэлектрическим прибором с малым внутренним сопротивлением и обозначением поляр­ности проводов).

В данном пункте работы студент должен определить правиль­ность обозначения выводов ТТ типа ТПФМ-10, для чего необходимо собрать схему представленной на рисунке 3.3.  

При кратковременном замыкании цепи первичной обмотки кнопкой "К" во вторичной обмотке индуктируется ЭДС, направление которой зависит от того, к каким выводам подключен прибор. Если стрелка прибора отклоняется вправо от среднего положения, то это значит, что полярность обозначения обмоток соответствует изображенной на схеме.

Если отклонение будет влево, то следует изменить полярность выводов на одной из обмоток. Следует помнить, что при размыкании кнопки “К” отклонение стрелки будет противоположным.

ТТ - испытуемый трансформатор тока типа ТПФМ-10; К - кнопка с самовозвратом; Б - источник постоянного тока; Г - гальванометр с нулем посредине шкалы.

Рисунок 3.3 – Определение полярности выводов ТТ

 

3.4.3 Проверка сопротивления изоляции ТТ.

В методических указаниях по проверке измерительных ТТ при­водятся технические данные мегоометров, схемы замещения изоля­ции, которые дают возможность объяснить характер прохождения тока через изоляцию под воздействием приложенного постоянного напряжения в зависимости от времени приложения напряжения и сос­тояния изоляции.

В данном пункте работы студент должен:

1) Собрать схему по рисунку 3.4 и определить отсутствие об­рыва витков вторичной обмотки трансформатора тока ТПФМ-10 - 0,5 и ТПЛ-10.

Проверка отсутствия обрыва витков вторичной обмотки ТТ производится мегоометром на 1000 В.

Если в обмотке обрыв витков, то стрелка мегоометра останет­ся на нулевой шкале.

Рисунок 3.4 – Проверка сопротивления изоляции ТТ

 2) Измерить сопротивление изоляции первичной и вторичной обмоток относительно корпуса и сопротивление изоляции между пер­вичной и вторичной обмотками ТТ типа ТПФМ–10-0,5-5 и ТПЛ-10-10. Проверка также производится мегоометром на 1000B.

Величина сопротивления изоляции вторичной обмотки относи­тельно корпуса, измеренная мегоометром на напряжении 1000 В не должна быть ниже 1 МОм, а для первичной - не ниже 20 -25 МОм.

 

3.4.4 Определение коэффициента трансформации ТТ.

Определение коэффициента трансформации ТТ производится с помощью эталонного измерительного ТТ типа И-54, для чего необ­ходимо собрать схему по рисунку 3.5.

Проверка коэффициента трансформации ТТ производится для различных значений первичного тока (5-6 значений).

Показания снять через 1 А, до предельного значения шкалы амперметров 5А. Данные измерения внести в таблицу 3.3.

 

 

 P – рубильник; ЛАТР - лабораторный автотрансформатор типа РПО-250;  Т₁ - испытуемый ТТ типа  ТПФМ-10 или TПЛ-10;  Т₂ - эталонный  ТТ типа  И-54;

А₁ и А₀- амперметры 05 А.

Рисунок 3.5

 

 Т а б л и ц а 3.3 - Коэффициент трансформации ТТ

(А)
(А)

 При известном коэффициенте трансформации образцового ТТ , коэффициент трансформации испытуемого ТТ  определяется по фор­муле

где I⁰, I¹ показатели амперметров, включенных в цепь вторичной обмотки образцового и испытуемого ТТ соответственно.

Изменяя ток первичной обмотки ТТ от 0 до I_1ном и при различ­ных нагрузках в цепи вторичной обмотки испытуемого ТТ (от 0 до 7 Ом), снять показания амперметров и построить графики зави­симости токовых погрешностей испытуемого ТТ от нагрузки во вто­ричной цепи, и от тока в первичной цепи для различных сопротив­лений . Погрешность по току определя­ется по формуле

3.4.5 Снятие характеристики намагничивания ТТ.

Ток намагничивания увеличивается с увеличением э.д.с., ве­личина которой, в свою очередь, зависит от нагрузки обмотки.

Зависимость E₂ от I₀ определяется характеристикой намагничивания (см. рисунок 3.6), из которой видно, что в прямолиней­ной ее части небольшому увеличению э.д.с. на величину E₂ соот­ветствует также небольшое увеличение тока намагничивания I₀.

Рисунок 3.6 – Характеристика намагничивания ТТ

  В области же насыщения стали сердечника ТТ такому же уве­личению э.д.с. соответствует изменение тока намагничивания на большую величину. Наличие характеристики намагничивания или вольтамперной характеристики является основой при оценке исправ­ности трансформатора и дает возможность определить нагрузку на ТТ, установить наличие межвитковых замыканий.

В данном пункте студент должен:

1) Снять характеристику намагничивания ТТ типа ТПФМ-10 , не имеющего межвитковых замыканий (согласно схеме рисунка 3.7). 

Рисунок 3.7 - Схема для снятия характеристики намагничивания ТТ

 Установить движок трансформатора в нулевом положении, вклю­чить рубильник. Увеличивая напряжение, подводимое автотрансформатором ко вторичной обмотке, произвести замер тока и напряжения. Данные измерения занести в таблицу 3.4.

На основании данных таблицы построить зависимость

 

Т а б л и ц а 3.4 - Характеристика намагничивания ТТ

(А)
(А)

 

  2) Произвести межвитковое замыкание вторичной обмотки испытываемого ТТ, переключив тумблер в положение "витковое к.з. вкл.", и снять вольтамперную характеристику. Вольтамперную характеристику снять в той же последовательности, что и в предыдущем пункте. Данные измерений внести в таблицу 3.5 и  построить кри­вую.

Обе зависимости построить на одном графике и сравнить их.

 

Т а б л и ц а 3.5 - Зависимость U₂ = f(I_c)

(А)
(А)

 

3.4.6 Определение нагрузки вторичной обмотки трансформатора и снятие нагрузочной характеристики.

Определение нагрузки на ТТ является составной частью рас­четной проверки ТТ. Сопротивление нагрузки складывается из сле­дующих элементов: сопротивления проводов и кабелей, связываю­щих реле и приборы с ТТ; сопротивления реле и приборов, вклю­ченных в цепь ТТ; переходного сопротивления в контактных сое­динениях.

В данном пункте работы студент должен снять нагрузочную ха­рактеристику ТТ и произвести замер напряжения на разомкнутой вторичной обмотке ТТ и напряжения на вторичной обмотке при раз­личных нагрузках (согласно схеме на рисунке 3.8).

Порядок проведения данного пункта работы

1) Собрать схему (см. рисунок 3.8).

2) Установить движок автотрансформатора в нулевое по­ложение, предварительно подключив сопротивление нагрузки R = 0,5 Ом (15 ВА), включить рубильник Р. Снять нагрузочную характеристику I₂ = f (I₁), изменяя величину первичного тока I₁ до 20 А через 4-5 А. Произвести замер напряжения на вторичной обмотке при то­ке 5 А. Затем, не изменяя величины подводимого напряжения, разорвать цепь вторичной обмотки.

Разорвать цепь вторичной обмотки ТТ следует на короткое время, тaк как разомкнутая вторичная обмотка характеризует ава­рийный режим его работы. Дать объяснение увеличению этого на­пряжения.

Характеристику I₂ = f (I₁) снять также для сопротивления нагрузки R = 3 Ом (75 Ом) и R = 10 Ом (300 Ом).

R – сопротивление нагрузки 0,510 Ом;Р – рубильник; ЛАТР - - лабораторный автотрансформатор типа PHO-250; Т - испытуемый трансформатор типа ТПФМ; А₁ и А₂ - амперметры тока 0-5 А; V - вольтметр 0-60 В.

Рисунок 3.8 – Схема для снятия нагрузочной характеристики ТТ.

Вторичное напряжение при  вторичное напряжение при разомкнутой вторичной обмотке

На основании данных таблицы построить зависимость    при различных нагрузках во вторичной обмотке ТТ.

Данные измерений внести в таблицу 3.6.

 

Т а б л и ц а 3.6 - Нагрузочная характеристика ТТ

1	2	3	4	5
(А)
, А (R = 0,5 Ом)
, А (R = 3 Ом)
, А (R = 10 Ом)

 

3.5 Содержание отчета

 

3.5.1 Цель работы.

3.5.2 Характеристики и векторная диаграмма измерительных трансформаторов тока.

3.5.3 Технические данные ТТ.

3.5.4 Схемы испытаний, результаты и необходимые графики.

3.5.5 Анализ полученных данных.

 3.6 Контрольные вопросы

3.6.1 Назначение и схемы включения ТТ.

3.6.2 Векторная диаграмма схемы замещения ТТ.

3.6.3 Конструкции ТТ.       

3.6.4 Режимы работы ТТ.

3.6.5 Почему не допускается работа ТТ при разомкнутой вторичной обмотке?

3.6.6 Погрешности ТТ. Чем они обусловлены?

3.6.7 Способы уменьшения погрешностей.

 

4 Лабораторная работа №4. Измерительные трансформаторы напряжения

 Цель работы: изучение конструкций различных трансформаторов напряжения, схем их включения и проведение некоторых испытаний, предусматриваемых правилами технической эксплуатации (ПТЭ).

 4.1 Характеристики и векторная диаграмма измерительных трансформаторов напряжения

 В электроэнергетических установках ИТН применяются для включения в их вторичную цепь параллельных обмоток приборов контрольно–измерительных систем, устройств синхронизации, релейной защиты, автоматики, для контроля изоляции и других целей.

Подключаемые приборы различаются назначением, потребляемой мощностью, коэффициентом мощности, местом установки, требованиями к надежности и точности измерений.

Поэтому для разных участков главной схемы электрических соединении – генераторов, трансформаторов, сборных шин и. т. п.- в зависимости от условий и назначения выбираются включаемые по разным схемам один или несколько однофазных  или трехфазных  ИТН. На небольших подстанциях ИТН иногда служат для питания осветительной сети.

В принципе ИТН – это небольшой силовой трансформатор, работающий в режиме, близком к режиму холостого хода. Для идеального ИТН (без потерь и погрешностей) коэффициент трансформации приблизительно равен отношению чисел витков

                                                                                           (4.1)

         поэтому

                                                           (4.2)

                                        

         Номинальное вторичное напряжение обычно равно 100В или 100/ В. Шкалы подключаемых приборов градуируются по первичному напряжению.

         У реальных ИТН возникают погрешности изменения из-за потерь в магнитопроводе на перемагничивание и вихревые токи и из-за нагрева обмоток, эти погрешности снижают точность измерений.

         Погрешность напряжения (в процентах) определяется выражением                                              

                                                                                        (4.3)

         При построении диаграммы приняты следующие условности : векторы  и  изображены повернутыми на 180^0, величины со штрихом, а именно: , , ,  приведены к первичной обмотке.

Рисунок 4.1 -  Векторная диаграмма измерительного трансформатора напряжения (ИТН)

         Угловая погрешность определяется углом δ между векторами первичного и повернутого на 180⁰ вторичного напряжения.

         Векторная диаграмма ИТН представлена на рисунке 10.

Для снижения погрешностей применяются сердечники с возможно меньшим магнитным сопротивлением, уменьшается индукция в магнитопроводах, магнитное рассеяние, плотность тока в обмотках.

          Группировка ИТН по классу точности согласно ГОСТ 1983-77 приведена в таблице  4.1.

ИТН класса 0,2 применяются для точных измерений, проверок и исследований при наладочных работах, приемных испытаниях оборудования, для подключения вычислительных машин, приборов автоматического регулирования частоты, градуировки эксплуатационных приборов и т.п., ими оснащаются электротехнические лаборатории электрических станций.

        

Т а б л и ц а 4.1

Класс точности	Наибольшая погрешность
	напряжения, %	Угловая
		……	град
0,2	±0,2	±10	±0,3
0,5	±0,5	±20	±0,6
1	±1	±40	±1,2
3	±3	Не нормируется

 

ИТН классов 0,5 и 1 устанавливаются в распределительных устройствах. Они служат для подключения щитовых приборов, расчетных и контрольных счетчиков и прочих измерительных устройств, у которых погрешность в напряжении не должна превышать 0,5 или 1%. Для подключения расчетных счетчиков обязательно применение ИТН класса 0,5.

ИТН класса 3 и грубее используются в релейных защитах, устройствах автоматики, для питания сигнальных ламп и т.п., где допустима погрешность измерения больше 3%.

        Класс точности существенно зависит от вторичной нагрузки ИТН, при увеличении которой он снижается. Нагрузка (мощность) однофазного ИТН (в вольт – амперах) определяется выражением 

                                                                                                                  (4.4)

или

                                                                                        (4.5)

                                                                                                                   

где U – номинальное напряжение вторичной обмотки, В;

        I- ток вторичной обмотки, А;

     ∑ Р = S cos φ – суммарная активная мощность;

      ∑ Q = S sin φ-суммарная реактивная мощность;

      z = - полное сопротивление вторичной цепи, Ом;

        r = z cos φ – активное сопротивление вторичной цепи;  

      х = z sin φ – реактивное сопротивление вторичной цепи.

С увеличением числа включенных приборов сопротивление вторичной цепи уменьшается, а нагрузка ИТН увеличивается.

         4.2  Программа работы

4.2.1 Записать технические данные, ознакомиться и изучить конструкции представленных в работе измерительных трансформато­ров напряжения.

4.2.2  Проверить полярность выводов трансформаторов напряже­ния.

4.2.3 Определить погрешности и коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

4.2.4  Произвести проверку работы схемы для контроля изоляции.

 4.3 Подготовка к работе

4.3.1 Ознакомиться с описанием настоящей работы и литерату­рой, указанной в конце сборника.

4.3.2 Подготовить все необходимые рисунки.

4.3.3 Подготовить таблицы, необходимые для записи результа­тов соответствующих измерений.

4.3.4 Ответить устно на контрольные вопросы по заданной лабораторной работе.

 

4.4  Порядок выполнения работы

 

4.4.1 Изучение конструкции ТН

В данном пункте работы необходимо:

1) Записать паспортные данные следующих ТН: НОМ-6, НОМ-10, HTМK-6, НТМИ-6, И-50.

2) Ознакомиться и изучить конструкции перечисленных выше ТН. Обратите внимание на тип магнитопровода, количество и размещение обмоток трансформатора, изоляцию обмоток, выводы и маркировку выводов с низкой и высокой стороны, схемы соединения обмоток (для 3-х фазных ТН), бак с маслом и его заземление.

 

            4.4.2 Проверка полярности выводов ТН

Для правильного подключения к вторичной обмотке ТН обмоток ваттметров, счетчиков электроэнергии и т.п. необходимо знать по­лярность зажимов обмоток ТН.

Все ТН должны иметь четкие обозначения выводов. На отечест­венных ТН однополярные выводы обозначаются одинаковыми буквами, прописными со стороны высокого напряжения и строчными со стороны низкого напряжения.

На однофазных ТН выводы обмотки со стороны высокого напря­жения обозначаются:

А - начало обмотки, X - конец обмотки.

Однополярные с ними выводы низкого напряжения соответствен­но "а" и "х".

У трехфазных пятистержневых ТН со схемой соединения обмоток "звезда-звезда" - "разомкнутый треугольник" () выводы со стороны высокого напряжения обозначаются: А, В, С, О и со сторо­ны низкого напряжения соответственно а, в, с, о  а выводы обмоток соединенной в разомкнутый треугольник обозначаются "а_д" и "х_д".

Для определения полярности выводов или проверки правильнос­ти их обозначения наиболее удобным является способ гальванометра, при котором необходимо иметь источник постоянного тока (), однополюсный выключатель и гальванометр или любой измерительный прибор магнитоэлектрической системы с обозначением полярности вы­водов.

Для выполнения данного пункта нa панель стенда выведены вы­воды обмоток однофазного ТН типа HOM-6: 6000/l00B.

В данном пункте студент должен:

1) Определить правильность обозначения выводов НОМ-6. Для этого подключить выводы обмоток НОМ-6 к поляриметру по схеме рисунка 4.1. При кратковременном замыкании цепи первичной обмотки НОМ-6 кнопкой “К” во вторичной обмотке индуктируется ЭДС, направление которой зависит от того, к каким выводам подключен контрольно-измерительный прибор. Если стрелка прибора отклоня­ется вправо от среднего положения, то полярность обозначения соответствует изображенной на рисунке 4.1. Если отклонение влево, то следует изменить полярность на одной из обмоток (следует пом­нить, что при размыкании кнопки "К" направление отклонения стрел­ки прибора будет противоположным).

Рисунок 4.1 – Определение полярности ТН методом гальванометра

  2) При известном обозначении выводов И-60 определить полярность выводов обмотки низкого напряжения НН а₂ и х₂ трансформатора НОМ-6 по схеме рисунка 4.1.

Рисунок 4.2 – Определение полярности ТН методом образцового трансформатора

Собрать схему по рисунку 4.2 и определить полярность выводов обмотки низшего напряжения НОМ-6 (а₂ и х₂). Для этого при отключенном выключателе (В) с помощью ЛАТРа установить на вто­ричной стороне образцового трансформатора напряжения И-50 IOGB соответствующего напряжению 6000В на первичной стороне. Если выводы обмотки высокого напряжения А₂ и Х₂ НОМ-6 однополярны с выводами низкого напряжения а₂ и х₂, то при замыкании цепи выключателем (В) вольтметр V₁ покажет ноль. Если вольтметр V₁ покажет напряжение, то необходимо поменять местами выводы обмот­ки низкого напряжения НОМ-6.

 3) Разработать схему определения полярности выводов двух трехфазных групп TH-1 и ТН-2 со схемой соединения обмоток (12 группа) с помошью двух вольтметров.

 4.5 Определение погрешности и коэффициента трансформации

 Определение коэффициента трансформации ТН и его погрешнос­ти производятся непосредственным измерением и расчетом с помо­щью формул.

4.5.1 Снятие характеристики .

а) Собрать схему по рисунку 13, где АП-1 - автоматический выключатель типа АП-50.

Примечание: на панель лабораторного стенда выведены выводы об­моток низкого напряжения трансформаторов напряжения ТН_x (НОМ-6) и ТН₀ (И-50). Высоковольтная часть схемы собрана за панелью.

б) В режиме х.х (при включенном В) плавным регулированием  (при помощи ЛАТРа) для испытуемого ТН_х снять и построить зависимость .

Зависимость  снять при  от 4800 до 6300 В через 300В. Полученные данные занести в таблицу 4.2.

 

 

Определение погрешности и коэффициента трансформации ЛАТР - лабораторный автотрансформатор для получения регулируе­мого напряжения; ТН_p - трансформатор напряжения типа НОМ - 10, (I27/IOOOOB) для питания испытуемого ТН, И-50 образцовый ТН (6000/100В); ТН_x - испытуемый трансформатор напряжения типа НОМ-6 (6000 – 100В); V₁, V₂ - вольтметры, ; W – ваттметр; Z₂ - нагрузочное сопротивление (20-400 Ом).

Рисунок 4.3

в) По этим данным расчетным путем определить коэффициент трансформации ТН_x (к) и его погрешность.

 Т а б л и ц а 4.2 - Погрешности и коэффициент трансформации ТН при холостом ходе

Показание V1 , В	80	85	90	95	100	105
U1 - показание V1, умноженное на 60 В	4800	5100	5400	5700	6000	6300
U2, В
K = U1/ U2

            Примечание: первичное напряжение испытуемого трансформатора определяется по показанию вольтметра V₁ (подключенного на низ­кой стороне ТН₀) умножением на номинальный коэффициент транс­формации К_н = 60 трансформатора ТН₀ (И-50). Например, показание вольтметра  соответствует первичному напряжению трансформатора ТН_х равным .

4.5.2 Определение коэффициента трансформации К и погрешности  при различных нагрузках ТН.

 Т а б л и ц а 4.3 - Погрешности ТН при различных нагрузках

U2 при хх                  ТНх S2, ВА		95	100	105	Примечание
25В:А	U1, В
	U2, В
	K
	,%
50В:А	U1, В
	U2, В
	K
	,%
75В:А	U1, В
	U2, В
	K
	,%
200В:А	U1, В
	U2, В
	K
	,%
300В:А	U1, В
	U2, В
	K
	,%

 

   Определение К и  производится при следующих значениях: S₂ = (25; 50; 75; 200 и 300 ВА) для U₂ = (0,95; 1,0; 1,05) U_2ном, т.е. для U₂ = 95, 100 и 105 В.

Для этого:

1) при х.х, испытуемого ТН_х устанавливают U₂ = 95 (“B” - отключен, z₂         )_;

2) включают “B” и снимают показания V₁, V₂ при вышеуказан­ных эначениях S₂;

3) аналогично определяются изменения V₂ в зависимости от S₂ при U_2xx = 100 и 105 В.

Полученные данные занести в таблицу 4.3.

Расчет погрешности  производится для каждого значения нагрузки по формуле, приведенной выше. В этой формуле К_н следует принять на основании опытных данных. Полученные % сравнить с паспортными и сделать вывод о классе точнос­ти исследуемого трансформатора напряжения.

 

  4.5.3 Определение погрешности () TH_х и ее знака по дифференциальной схеме.

Собрать дифференциальную схему трансформатора напряжения по рисунку 4.4 и определить значения погрешностей при различных нагрузках. Последовательно и встречно соединенные вторичные об­мотки этих трансформаторов напряжения замыкается на вольтметр V₀.

При номинальном вторичном напряжении U_2ном = 100 В показание вольтметра V₀ сразу дает погрешность в процентах, так один вольт разностного напряжения соответствует однопроцентной по­грешности в коэффициенте трансформации. Знак погрешности опреде­ляется с помощью вольтметров V₁ и V₂: если U₁ меньше U₂, то > 0.

 

Рисунок 4.4 – Определение погрешности ТН по дифференциальной схеме

  Подключая последовательную нагрузку S₂ при U_2ном = 100 В (при хх) снять показания вольтметров V₁ , V₂ , V₀.

Данные измерений внести в таблицу 4.4.

По данным этой таблицы построить зависимости U₂, k,  при различных U_2хх.

 

 Т а б л и ц а 4.4 - Погрешности ТН по дифференциальной схеме

S2, ВА (при х.х. U2ном = 100В)	U1, В	U2, В	U0, В	,%	Знак погрешности
25
50
75
200
300

  4.6 Проверка работы схемы контроля изоляции ТН типа НТМИ

  Трансформаторы типа НТМИ предназначены для измерения всех фазных и линейных напряжений. А также для контроля изоляции (в системе с изолированной нейтралью) при помощи трёх вольтметров. Они имеют стержневой магнитопровод и три обмотки - первичную и две вторичные (см. рисунок 4.5), соединенные по схеме .

Вторичная обмотка НТМИ, соединенная в звезду с выведенной нулевой точкой служит для измерений всех фазных и линейных нап­ряжений, а также для контроля изоляции (в системе с изолирован­ной нейтралью), а к обмотке, соединенной в разомкнутый треуголь­ник, присоединяется реле защиты от замыканий на землю. Таким же образом, в трехфазную группу соединяются однофазные трехобмоточные трансформаторы типа ЗНОМ и каскадные трансформаторы - НКФ. Контроль состояния изоляции при помощи НТМИ производится следу­ющим образом.

В нормальном режиме на концах дополнительной вторичной обмотки напряжение равно нулю, при замыкании же одной из фаз сети на землю напряжение повышается до 3 U_ф, оно бу­дет равно геометрической сумме двух неповреждённых фаз. Число витков дополнительной обмотки рассчитывают так, чтобы в этом случае напряжение было равно 100B. Реле минимального напряжения, включенное в цепь разомкнутого треугольника, сработает и вклю­чит звуковую сигнализацию. Затем по трем вольтметрам устанавливают, в какой фазе произошло замыкание. Вольтметр заземлённой фазы покажет нуль, два других - линейное напряжение.

Рисунок 4.5 – Схема соединения обмоток         трансформаторы типа НТМИ

  В данном пункте студенту необходимо проверить работу НТМИ-6 при замыкании одной из фаз сети 6кВ на землю по схеме рисунка 4.5.

Порядок выполнения данного пункта:

1) Собрать схему по  рисунку 4.5.

2) Включить автомат AП-3, при этом напряжение трехфаз­ной сети 380B повышается до 6 кB тpaнсформатором ТН. В сеть 6кВ включен трансформатор напряжения НТМИ-6. В исправности изоляции убедиться по показаниям трех вольтметров, включенных в цепь основной обмотки.

3) Нажатием кнопки "К" имитируется замыкание на землю в сети 6кВ. При этом, действуют по выше описанной схеме вторич­ные цепи НТМИ-6, реле повышения напряжения срабатывает и подает звуковой и световой сигналы, вольтметр заземленной фазы покажет нуль.

4) Дайте объяснение конструкции и работе НТМИ в нор­мальном режиме и замыкании одной из фаз сети на землю.

 

4.7 Содержание отчета

 

4.7.1 Цель работы.

4.7.2 Технические данные ТН.

4.7.3 Принципиальные схемы испытаний.

4.7.4 Результаты по каждому пункту работы.

4.7.5 Анализ полученных данных и выводы по каждому пункту.

Отчет по данной работе оформляется и защищается студентом до следующего занятия. Без зачтённой работы студент к выполне­нию следующей работы не допускается.

 

4.8  Контрольные вопросы

 

4.8.1 Схема замещения и векторная диаграмма ТН. Дать её объяснение.

4.8.2 Как производится определение группы соединений одно­фазных ТН постоянным током, методом двух вольтметров, фазометром? Привести схемы и дать объяснения.

4.8.3 Конструкции ТН, изоляция ТН.

4.8.4 Как определяется ток холостого хода и величины z_k или U_k?

4.8.5 Как производится фазировка ТН?

4.8.6 Принцип действия каскадных ТН, их конструкции.

4.8.7 Емкостные делители напряжения.

4.8.8 Как производится определение нагрузки на трансформатор напряжения?

4.8.9 Способы уменьшения погрешностей ТН.

4.8.10 Почему 3-х фазные, 3-х стержневые ТН не позволяют осу­ществить контроль изоляции?

4.8.11 Конструкция и принцип действия НТМИ при контроле изоля­ции.

4.8.12 Схемы включения однофазных ТН и их область применения.

 

Список литературы

1. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. - М.; Энергия, 1977. - 288 с.

2. Электрическая часть станций и подстанций. /Под ред. А.А.Васильева. - М.: Энергия, I980, - 608 c.

3. Неклепаев Б.Н., Электрическая часть электростанций и подстанций. -M.: Энергоавтоматиздат, 1986. - 640 с.

4. Рожкова Л.Д., Козулин B.C. Электрооборудование станций и подстанций. - М.: Энергия, I987. – 600 с.

5. Электрическая часть станций и подстанций: Учебник для вузов / Под. ред. А.А. Васильева – М.: Энергия, 1990.

6. Л.Д. Рожкова, Л.К. Карнеева., Т.В. Чиркова. Электрооборудование электрических станций и подстанций. Учебник для вузов.-М.:Издательский центр «Академия», 2004.-448 с.

7. Электротехнический справочник.  / Под ред. Орлова И.Н. и др.  7-изд. т 3, кн1.  - М.: Энергоатомиздат, 1988.- 429 с.

 

Содержание
Введение	3
1 Лабораторная работа №1. Высоковольтные предохранители переменного тока	3
2 Лабораторная работа №2. Аппараты до 1000 В	14
3 Лабораторная работа №3. Измерительные трансформаторы тока	21
4 Лабораторная работа №4. Измерительные трансформаторы напряжения	33
Список литературы	45