|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Главная цель курсового проекта была овладение основами расчёта и выбора электрических и электронных аппаратов, которая успешно выполнена.Стр 1 из 4Следующая ⇒
АННОТАЦИЯ
В курсовом проекте произведён расчёт сечения токопроводящих шин, исходя из электродинамической стойкости выключателя и тока короткого замыкания.
Для короткозамкнутого асинхронного двигателя определены необходимые параметры и параметры его пусковых реле, выбран тип пускателя.
Расчитаны номинальный и пограничный токи, а так же сечение медной плавкой вставки для предохранителей серии ПР-2, в цепи питания короткозамкнутого асинхронного двигателя.
Определены токи срабатывания и отпускания, коэффициент возврата для нейтрального экранированного герконового реле.
Произведён расчёт сопротивления и нагрузочная способность резистора, при длительном режиме работы для пускового регулировочного реостата. Найдена постоянная времени нагрева, вычислен коэффициент перегрузки и допустимый ток перегрузки для кратковременного режима работы. Главная цель курсового проекта была овладение основами расчёта и выбора электрических и электронных аппаратов, которая успешно выполнена.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4
1.Описание и назначение электрических аппаратов 5 2.Шинные проводники 9 2.1Задача 1 10 3.Тепловые реле типа ТРП и ТРН 12 3.1Задача 2 15 4.Плавкие предохранители ПР 2 18 4.1Задача 3 21 5. Общие сведения о герконах и реле на герконах 22 5.1Задача 4 27 6. Описание резистора 29 6.1. Задача 5 32 Заключение 35 7. Спецвопросы 36 7.1Классификация аппаратов по их назначению 36 7.2Режимы работы электрических аппаратов 41 Список литературы 44 Графическая часть 45
ВВЕДЕНИЕ Дисциплина электрические и электронные аппараты служит для общепрофессиональной подготовки студентов и создания теоретической базы в целях изучения последующих специальных дисциплин, связанных с автоматизацией технологических процессов, электроснабжением и электрооборудованием соответствующих отраслей. Развитие современной техники невозможно без широкого использования электрических и электронных аппаратов — устройств управления потоками энергии и информации, осуществляющих следующие функции: • включение и отключение электрических цепей объектов, принимающих участие в получении, преобразовании, передаче, распределении и потреблении электроэнергии; • контроль и изменение параметров указанных объектов; • защита объектов от несанкционированных режимов работы; • управление технологическими процессами; • регулирование (поддержание на неизменном уровне или изменение по определенному закону) параметров отмеченных выше объектов; • преобразование неэлектрических величин в электрические; • создание магнитного поля с определенными параметрами и направлением в заданном объеме. Независимо от назначения, области применения, принципа действия, конструктивного исполнения, все электрические аппараты можно подразделить на две большие группы: 1) электромеханические, непременно содержащие подвижные элементы, в результате перемещения которых и осуществляется функционирование аппарата; 2) статические (иногда называемые бесконтактными) или силовые электронные, не имеющие подвижных частей и осуществляющие возложенную на них функцию в результате изменения параметров и характеристик входящих в их состав элементов и блоков.
1. ОПИСАНИЕ И НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Электрические аппараты (ЭА) — это электротехнические устройства, применяемые при использовании электрической энергии, начиная от ее производства, передачи, распределения и кончая потреблением. Разнообразие видов ЭА и различие традиций мировых электротехнических школ затрудняют их классификацию. Это еще больше усугубляется многозначностью и неопределенностью самого термина «аппарат» (лат. «apparatus» — техническое устройство). В России данный термин был распространен с 1879 г. известным электротехником П. Н. Яблочковым на следующие электротехнические устройства того времени: рубильники, переключатели, коммутаторы, реле и регуляторы. В настоящее время под ЭА понимают электротехнические устройства управления потоками энергии и информации. При этом речь может идти о потоках энергии различного вида: электрической, механической, тепловой и др. Например, потоком механической энергии от двигателя к технологической машине может управлять электромагнитная муфта, а потоками тепловой энергии — система электромагнитных клапанов и заслонок. Подобных случаев использования ЭА можно привести большое количество. Примером использования ЭА для управления информацией является применение реле в телефонии: при создании телеграфного аппарата П.Л.Шиллинг в 1820 г. впервые использовал электромагнитное реле. Простейшая формально-логическая обработка дискретной информации также может быть реализована электромагнитными реле. Однако наибольшее распространение получили ЭА для управления потоками электрической энергии, для изменения режимов работы, регулирования параметров, контроля и защиты электротехнических систем и их составных частей. Как правило, функции таких ЭА осуществляются посредством коммутации (включения и отключения) электрических цепей с различной частотой, начиная от относительно редких, нерегулярных значений до периодических высокочастотных, например, в импульсных регуляторах напряжения. Одним из основных признаков классификации ЭА является напряжение. По этому признаку различают аппараты низкого (до 1 000 В) напряжения (АНН) и аппараты высокого (свыше 1 000 В) напряжения (АВН). Большинство аппаратов низкого напряжения условно можно подразделить на следующие основные виды: • управления и защиты — автоматические выключатели, контакторы, реле, пускатели электродвигателей, переключатели, рубильники, предохранители, кнопки управления и другие аппараты, управляющие режимом работы оборудования и его защитой; • автоматического регулирования — стабилизаторы и регуляторы напряжения, тока, мощности и других параметров электрической энергии; • автоматики — реле, датчики, усилители, преобразователи и другие аппараты, осуществляющие функции контроля, усиления и преобразования электрических сигналов. Следует отметить, что АНН иногда классифицируют по величине коммутируемого тока: слаботочные (до 10 А) и сильноточные (свыше 10 А). При этом нижние пределы коммутируемых современными ЭА токов достигают 10 А, а напряжений — 10 В. Аппараты высокого напряжения работают в сетях с напряжением до 1150 кВ переменного тока и 750 кВ постоянного тока и также существенно различаются по своим функциям. К АВН обычно относят следующие основные виды аппаратов: • выключатели высокого напряжения, обеспечивающие включение и отключение электрических цепей в различных режимах работы, включая аварийные, например, короткое замыкание (КЗ); • токоограничивающие реакторы для ограничения токов КЗ и шунтирующие реакторы для ограничения перенапряжений и реактивной мощности; • ограничители перенапряжений на основе разрядников и элементов с нелинейной вольт-амперной характеристикой, например, оксидо-цинковые ограничители перенапряжений (ОПН); • разъединители и отделители для отключения цепи без тока при ремонте электрооборудования; • измерительные трансформаторы для высоковольтных цепей. Электрические аппараты как низкого, так и высокого напряжения обычно являются конструктивно законченными техническими устройствами, реализующими определенные функции и рассчитанными на разные условия эксплуатации. В основе большинства электромеханических ЭА лежит контактная система с различными типами приводов: ручным, электромагнитным, механическим и др. Процессы, протекающие в ЭА, определяются различными и многообразными физическими явлениями, которые изучаются в электродинамике и других фундаментальных науках. В процессе усовершенствования ЭА существенно изменяли свои функциональные возможности и принцип действия. В классе ЭА автоматики и защиты наиболее распространенным видом являются реле. Первые реле появились в конце ХIХ в. и нашли широкое применение в системах телефонной и телеграфной связи, а в 1930-х гг. — для обеспечения релейной защиты в системах электроснабжения. Для этих целей были созданы различные конструкции реле максимального тока, минимального напряжения, дифференциальное реле обратной мощности и др. Для повышения быстродействия реле была выполнена конструкция на основе контактных упругих консолей из ферромагнитного материала. Эта конструкция получила развитие в реле с герметичными контактами, названных герконами. В настоящее время реле являются одним из основных устройств автоматики электротехнических систем. Многие типы реле имеют дополнительные электронные компоненты логики и микропроцессорной техники, расширяющие их функции. Основным аппаратом для включения, отключения и защиты оборудования от КЗ и перегрузки является автоматический электромагнитный выключатель (автомат). Практическое применение автоматов расширялось одновременно с развитием массового потребления электроэнергии в промышленности и коммунальном хозяйстве. Развитие автоматов шло главным образом по пути совершенствования механизмов расцепителей, обеспечивающих защиту от токов КЗ и перегрузки. Одновременно улучшались его дугогасительные свойства и конструкция. Автомат является основным выключателем, обеспечивающим селективность отключения короткозамкнутой цепи от остальной системы электроснабжения. Селективное отключение определяется, как правило, времятоковыми характеристиками защиты автомата. В настоящее время для повышения эффективности защиты используется микропроцессорная техника. Кроме того, многие типы автоматов включают в себя защиту от замыкания фаз на землю. Микропроцессорная техника в некоторых автоматах применяется также для контроля гармонического состава тока, протекающего через автомат. Для автоматизации электропривода и в некоторых других случаях широко используются устройства автоматического многократного включения и выключения — контакторы. Первые контакторы начали применяться примерно в тот же временной период, что и автомат. Основной тенденцией развития контакторов с начала их создания и до настоящего времени является повышение электрической и механической износоустойчивости, что в конечном итоге повышает число их коммутаций, а следовательно, и ресурс работы.
2. ШИННЫЕ ПРОВОДНИКИ
Электрическое оборудование соединяется между собой для совместной работы системами проводников - шинами. По экономическим соображениям применяются, как правило, шины из алюминия и его сплавов. Медные шины в последнее время находят применение в установках с большими токами и в специальных установках. По форме поперечного сечения шины могут быть прямоугольные (плоские полосы), трубчатые (квадратного и круглого сечения). Применяются также шины корытного профиля, которые по своим свойствам близки к трубчатым шинам. В распределительных устройствах наружной установки напряжением 35 кВ и выше получили распространение шины из гибких многопроволочных проводов. При рабочих токах выше 1000 А применяют пучки из двух, трех и большего числа проводов на фазу. В ряде случаев шины выполняют трубами из алюминия. Площадь поперечного сечения шин выбирают по значению рабочего тока и току КЗ соответствующей цепи. При КЗ температура нагрева алюминиевых шин не должна превышать 200°С. Места соединения шин между собой, а также с выводами электрооборудования получили название контактных соединений. Контактные соединения осуществляются непосредственно и с помощью специальной арматуры (гильзы, наконечники, болты и т.д.). Контактные выводы электрооборудования выполняются, как правило, из материала, близкого по электрическим и механическим свойствам материалу внутренних токопроводящих элементов. Таким образом, основными материалами контактных соединений являются медь и ее сплавы (латунь, бронза) и алюминий электротехнического назначения. Контактные соединения шин, электрических аппаратов, кабелей являются их неотъемлемыми и весьма ответственными частями. Причинами многих аварий на подстанциях были неудовлетворительные состояния контактных соединений. Повреждались соединители на шинах, что приводило к обрыву или перегоранию спусков в местах присоединения к шинам, проходным изоляторам и аппаратам. Повреждались контактные соединения подвижных частей и гибких связей разъединителей вследствие неплотного касания, загрязнения и окисления контактных поверхностей. В месте плохого контакта выделяется большое количество теплоты, которое приводит к нагреву и даже расплавлению металла соприкасающихся поверхностей. Задача содержания контактов в хорошем состоянии осложняется тем, что с течением времени они изменяют свои свойства: под действием воздуха и влаги происходит химическое и физическое старение металла. Поэтому все контакты, в том числе и хорошо выполненные, требуют постоянного наблюдения и ухода 2.1 ЗАДАЧА 1 Токоподвод к автоматическому выключателю постоянного тока выполнен медными прямоугольными шинами сечением b х h, расположенными параллельно широкой стороне друг к другу при расстоянии а и закрепленными на опорных изоляторах на расстоянии £ между соседними изоляторами. Выбрать размеры сечения b и h токоподводяших шин исходя из длительного режима работы выключателя при 1ном и его электродинамической стойкости при сквозном токе короткого замыкания 1КЗ. (максимальное значение пропускаемого тока). Дано: Iн = 600 А, Iкз = 100 кА, Размеры: а = 75 мм, £ = 180 мм. Решение: Для начала выбираем шину по длительной токовой нагрузке Iн ≤ Iдл, У нас подходит шина с длительной токовой нагрузкой Iдл= 625 А, С размерами b =5 мм и h = 20 мм. 1. Проверка размеров сечения шин, исходя из электродинамической стойкости при токе короткого замыкания. Электродинамическая сила, действующая на участок шинопровода длиной L Pэд = 10-7ККфI2кз, Где К = Кф – коэффициент формы определяется по кривым Двайта, смотреть рисунок 1. (a-b)/(b+h) = 2.7 b/h = 0.15 Kф = 0.8
Рисунок 1. Тогда Рэд = 10-7*4*0,8*750002 = 194 Н/м2 Максимальное изгибающее механическое напряжение в шине σмах = где Wиз = по условию σмах ≤ σдоп , у нас σдоп = 13,7*105 Н/мм2 8,5 * 105 Н/мм2 ≤ 13,7 *105 Н/мм2 Сечение выбранных шин принимаем окончательно b =5 мм и h = 20 мм.
3. ТЕПЛОВЫЕ РЕЛЕ ТИПА ТРП И ТРН
Тепловые реле — это электронные аппараты, созданные для защиты электродвигателей от токовой перегрузки. Более распространенные типы термических реле – ТРП, ТРН, РТЛ и РТТ. Долговечность энергетического оборудования в значимой степени находится в зависимости от перегрузок, которым оно подвергается во время работы. Для хоть какого объекта можно отыскать зависимость продолжительности протекания тока от его величины, при которых обеспечивается надежная и долгая эксплуатация оборудования. Эта зависимость представлена на рисунке (кривая 1). При номинальном токе допустимая продолжительность его протекания равна бесконечности. Протекание тока, большего, чем номинальный, приводит к дополнительному увеличению температуры и дополнительному старению изоляции. Потому чем больше перегрузка, тем кратковременнее она допустима. Кривая 1 на рисунке устанавливается исходя из требуемой длительности жизни оборудования. Чем короче его жизнь, тем огромные перегрузки допустимы.
Рисунок 2. Время - токовые свойства термического реле и защищаемого объекта При безупречной защите объекта зависимость tср (I) для термического реле должна идти малость ниже кривой для объекта. Для защиты от перегрузок, более обширное распространение получили термические реле с биметаллической пластинкой. Биметаллическая пластинка термического реле состоит из 2-ух пластинок, одна из которых имеет больший температурный коэффициент расширения, другая — наименьший. В месте прилегания друг к другу пластинки агрессивно скреплены или за счет проката в жарком состоянии, или за счет сварки. Если закрепить бездвижно такую пластинку и подогреть, то произойдет изгиб пластинки в сторону материала с наименьшим. Конкретно это явление употребляется в термических реле. Обширное распространение в термических реле получили материалы инвар (маленькое значение a) и немагнитная либо хромоникелевая сталь (огромное значение a). Нагрев биметаллического элемента термического реле может выполняться за счет тепла, выделяемого в пластинке током нагрузки. Очень нередко нагрев биметалла делается от специального нагревателя, по которому протекает ток нагрузки. Наилучшие свойства получаются при комбинированном нагреве, когда пластинка греется и за счет тепла, выделяемого током, проходящим через биметалл, и за счет тепла, выделяемого особым нагревателем, также обтекаемым током нагрузки. Прогибаясь, биметаллическая пластинка своим свободным концом повлияет на контактную систему термического реле. Время-токовые свойства термического реле Основной чертой термического реле является зависимость времени срабатывания от тока нагрузки (времятоковая черта). В общем случае до начала перегрузки через реле протекает ток Iо, который нагревает пластинку до температуры qо. При проверке времятоковых черт термических реле следует учесть, из какого состояния (прохладного либо перегретого) происходит срабатывание реле. При проверке термических реле нужно подразумевать, что нагревательные элементы термических реле термически неустойчивы при токах недлинного замыкания. Выбор термических реле Номинальный ток термического реле выбирают исходя из номинальной нагрузки электродвигателя. Избранный ток термического реле составляет (1,2 – 1,3) номинального значения тока электродвигателя (тока нагрузки), т. е. термическое реле срабатывает при 20 — 30% перегрузке в течении 20 минут. Постоянная времени нагрева электродвигателя находится в зависимости от продолжительности токовой перегрузки. При краткосрочной перегрузке в нагреве участвует только обмотка электродвигателя и неизменная нагрева 5 – 10 минут. При долговременной перегрузке в нагреве участвует вся масса электродвигателя и постоянна нагрева 40-60 минут. Потому применение термических реле эффективно только тогда, когда продолжительность включения больше 30 минут. Воздействие температуры среды на работу термического реле Нагрев биметаллической пластинки термического реле находится в зависимости от температуры среды, потому с ростом температуры среды ток срабатывания реле уменьшается. При температуре, очень отличающейся от номинальной, нужно или проводить дополнительную (плавную) регулировку термического реле, или подбирать нагревательный элемент с учетом реальной температуры среды. Для того чтоб температура среды меньше оказывала влияние на ток срабатывания термического реле, нужно, чтоб температура срабатывания выбиралась может быть больше. Для правильной работы термический защиты реле лучше располагать в том же помещении, что и защищаемый объект. Нельзя располагать реле поблизости концентрированных источников тепла — нагревательных печей, систем отопления и т. д. В текущее время выпускаются реле с температурной компенсацией (серии ТРН). Конструкция термических реле Прогиб биметаллической пластинки происходит медлительно. Если с пластинкой конкретно связать подвижный контакт, то малая скорость его движения, не сумеет обеспечить гашение дуги, возникающей при выключении цепи. Потому пластинка действует на контакт через ускоряющее устройство. Более совершенным является «прыгающий» контакт. Современные контакторы и пускатели оснащаются с термическими реле ТРП (однофазное) и ТРН (двухфазное). Термические токовые однополюсные реле серии ТРП с номинальными токами термических частей от 1 до 600 А предусмотрены преимущественно для защиты от недопустимых перегрузок трехфазных асинхронных электродвигателей, работающих от сети с номинальным напряжением до 500 В при частоте 50 и 60 Гц. Термические реле ТРП на токи до 150 А используют в сетях неизменного тока с номинальным напряжением до 440 В.
3.1 ЗАДАЧА 2 Для прямого пуска короткозамкнутого асинхронного электродвигателя серии 4А мощностью Р = 18,5 кВт , cos φ = 0.88 , КПД η = 0,895. Питающего от сети с номинальным напряжением Uном = 380 В, используется магнитный пускатель, схема включения которого представлена на рисунке 1. В состав пускателя входят контактор КМ и тепловые реле КК1 КК2. Определить необходимые параметры двигателя и выбрать тип пускателя и его параметры тепловых реле.
Рисунок 3. Схема пуска электродвигателя. Решение: 1.Определяем номинальный ток двигателя Iном д = По величине тока двигателя выбираем пускатель , ток у которого был не менее номинального двигателя или максимально близким к нему. По условию подходит пускатель ПА – 422 на ток 50 А при категории исполнения АС – 3. 2. Определяем номинальные токи уставок тепловых реле, которые для лучшего согласования перегрузочной характеристики двигателя и защитой (реле) номинальный ток уставки выбирается на 15-20 % выше номинального тока двигателя, т.е. Iуст = (1,15-1,20) Iном д
Iуст = 1,15*36,2 = 41,63 А Выбираем тепловое реле ТРП 60 с номинальным током тепловых реле 50 А.
Выбранное нами параметры реле обеспечат отключение двигателя.
4. ПЛАВКИЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ ПР-2 Плавкие предохранители — это аппараты, защищающие установки от перегрузок и токов короткого замыкания. Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи, и дугогасительное устройство, гасящее дугу, возникающую после плавления вставки. К предохранителям предъявляются следующие требования: 1. Времятоковая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта. 2. При коротком замыкании предохранители должны работать селективно. 3.Время срабатывания предохранителя при коротком замыкании должно быть минимально возможным, особенно при защите полупроводниковых приборов. Предохранители должны работать с токоограничением. 4. Характеристики предохранителя должны быть стабильными. Разброс параметров из-за производственных отклонений не должен нарушать защитные свойства предохранителя. 5. В связи с возросшей мощностью установок предохранители должны иметь высокую отключающую способность. 6. Замена сгоревшего предохранителя или плавкой вставки не должна требовать много времени.
Предохранители ПР-2 на токи от 15 до 60 А имеют упрощенную конструкцию. Плавкая вставка 1 прижимается к латунной обойме 4 колпачком 5, который является выходным контактом. Плавкая вставка 1 штампуется из цинка, являющегося легкоплавким и стойким к коррозии материалом. Указанная форма вставки позволяет получить благоприятную времятоковую (защитную) характеристику. В предохранителях на токи более 60 А плавкая вставка 1 присоединяется к контактным ножам 2 с помощью болтов. Вставка предохранителя ПР-2 располагается в герметичном трубчатом патроне, который состоит из фибрового цилиндра 3, латунной обоймы 4 и латунного колпачка 5.
Рисунок 4. Предохранитель ПР-2 с плавкой вставкой.
Процесс гашения дуги в плавком предохранителе ПР-2 происходит следующим образом. При отключении сгорают суженные перешейки плавкой вставки, после чего возникает дуга. Под действием высокой температуры дуги фибровые стенки патрона выделяют газ, в результате чего давление в патроне за доли полупериода поднимается до 4—8 МПа. За счет увеличения давления поднимается вольт-амперная характеристика дуги, что способствует ее быстрому гашению. Плавкая вставка предохранителя ПР-2 может иметь от одного до четырех сужений в зависимости от номинального напряжения. Суженные участки вставки способствуют быстрому ее плавлению при коротком замыкании и создают эффект токоограничения. Поскольку гашение дуги в плавком предохранителе ПР-2 происходит очень быстро (0,002 с), можно считать, что уширенные части вставки в процессе гашения остаются неподвижными. Давление внутри патрона плавкого предохранителя пропорционально квадрату тока в момент плавления вставки и может достигать больших значений. Поэтому фибровый цилиндр должен обладать высокой механической прочностью, для чего на его концах установлены латунные обоймы 4. Диски 6, жестко связанные с контактными ножами 2, крепятся к обойме патрона 4 с помощью колпачков 5. Предохранители ПР-2 работают бесшумно, практически без выброса пламени и газов, что позволяет устанавливать их на близком расстояния друг от друга. Плавкие предохранители ПР-2 выпускаются двух осевых размеров — короткие и длинные. Короткие предохранители ПР-2 предназначены для работы на переменном напряжении не выше 380 В. Они имеют меньшую отключающую способность, чем длинные, рассчитанные на работу в сети с на-пряжением до 500 В. В зависимости от номинального тока выпускается шесть габаритов патронов различных диаметров. В патроне каждого габарита могут устанавливаться вставки на различные номинальные токи. Так, в патроне на номинальный ток 15 А могут быть установлены вставки на ток 6, 10 и 15 А. Различают нижнее и верхнее значения испытательного тока. Нижнее значение испытательного тока — это максимальный ток, который, протекая в течение 1 ч, не приводит к перегоранию предохранителя. Верхнее значение испытательного тока — это минимальный ток, который, проходя в течение 1 ч, плавит вставку предохранителя. С достаточной точностью можно принять пограничный ток равным среднеарифметическому испытательных токов.
4.1 ЗАДАЧА 3
Для защиты от токов короткого замыкания цепи питания короткозамкнутого асинхронного электродвигателя мощностью Р = 18,5 кВт. Используются плавкие предохранители серии ПР – 2 ( разборные, без наполнителя). Определить номинальный и пограничный токи , а также сечение медной плавкой вставки и выбрать наиболее близкое по номинальному току плавкой вставки исполнение предохранителя. Технические данные предохранителей серии ПР-2 при напряжении 380 В
Решение: 1.Плавкая вставка предохранителя не должна отключать двигатель при кратковременных перегрузках его пусковыми токами. Для двигателя серии 4А величина пускового тока : Iп = 7 Iн дв Iп = 7*36,2 = 253 A Для защиты одиночных двигателей в большинстве практических случаев номинальный ток плавкой вставки определяется соотношением Iн вст = Iп / 2,5 = 101 А Выбираем ПР – 2 на ток 100 А. с номинальным током плавкой вставки Iвст =100 А. 2.Определение пограничного тока плавкой вставки. Под пограничным током принимаем номинальный ток, при котором сгорает плавкая вставка, достигнув установившейся температуры. Расчетный пограничный ток I пог берется на 1,6 – 1,8 ( для медных проволок) от номинального тока плавкой вставки. Iпог = Iн вст* 1,7 = 171 А. Определяем диаметр медной плавкой вставки исходя из баланса подводимого и отводимого от плавкой вставки мощностей из уравнения d =
где ρо =1,75*10-6 (Ом*см) – удельное сопротивление меди; ас = 0,004 (1/град) – температурный коэффициент сопротивления для меди; Тпл = 1083 оС – температура плавления меди; Токр = 40 оС – температура окружающей среды; Кт = 11*10-4 (Вт/см2 град) – коэффициент теплопередачи с наружной поверхности вставки.
d =
Описание конструкции реле Конструкция герконового реле, показанная на рис.3, а, имеет разомкнутую магнитную цепь. По этой причине большая доля МДС катушки расходуется на проведение магнитного потока по воздуху. Кроме того, такая конструкция подвержена воздействию внешних магнитных полей, создаваемых расположенными рядом электротехническими устройствами. Конструкция (рис.3, а)может и сама явиться источником электромагнитных помех для этих устройств. Для устранения этого недостатка магнитная система герконового реле заключается в кожух (экран) из магнитомягкого материала. При этом увеличивается магнитная проводимость и снижается МДС срабатывания. С целью увеличения эффективности экрана паразитный зазор стараются уменьшить либо увеличить его площадь. Регулирование значений МДС срабатывания и отпускания в условиях серийного производства может производиться за счет либо изменения зазора , либо изменения положения магнитного шунта, либо осевогосмещения геркона в обмотке. Герконы могут быть установлены как внутри (рис.7, а), так и снаружи управляющей обмотки (рис.7,б). Условия работы герконов в многоцепевых герконовых реле характеризуются следующими особенностями. Во-первых, даже герконы одного типа и из одной партии имеют технологический разброс по МДС срабатывания и МДС отпускания. Рисунок 7. Конструктивные выполнения герконовых реле.
Во-вторых, из-за неравномерности магнитного поля первым срабатывает геркон, находящийся в области с большей напряженностью поля. В-третьих, срабатывание одного геркона приводит к магнитному шунтированию других, в результате МДС срабатывания второго геркона после срабатывания первого увеличивается. В этом отношении конструкция с внешним расположением герконов (рис.7, б) предпочтительнее, чем с внутренним, так как обеспечивает меньшее взаимное влияние соседних герконов. Число герконов в одном реле может достигать 12 и более. По перечисленным причинам разные контакты многоцепевых герконовых реле замыкаются и размыкаются неодновременно, что является их недостатком по сравнению с электромагнитными реле обычного типа. Рисунок 8. Многоцепевые герконовые реле. Герконовые реле разнообразны по конструкции и назначению. На рис.8 показан принцип действия герконового реле тока. В реле контроля большого тока используется компоновка, показанная на рис.7. Контролируемый ток I проходит по шине 1. Магнитное поле этого тока замыкается вокруг шины и по КС геркона 2. Ток срабатывания геркона может регулироваться за счет изменения угла Наименьший ток срабатывания имеет место при Если кроме основного поля управления (МДС Fy) создать дополнительное поляризующее магнитное поле за счет специальной обмотки (МДС Fn) или постоянного магнита, то герконовое реле становится поляризованным. Если
то под действием МДС Fn контакты геркона замкнутся. Для размыкания контактов МДС обмотки управления Fy должна быть меньше Fn и иметь обратный знак. Если продолжать увеличивать Fy, то при определенном ее значении произойдет повторное замыкание контактов геркона. В общем случае можно написать
где МДС поляризации Fn может быть положительной (совпадать по знаку с Fy) или отрицательной. В последнем случае
5.1 ЗАДАЧА 4
Определить токи срабатывания и отпускания, а также коэффициент возврата нейтрального экранированного герконового реле, содержащего обмотку управления с числом витков W = 25000 и один симметричный замыкающийся магнитоуправляемый контакт (обмотка управления не показана), смотреть рис.5.
Рисунок 9. Нейтральное экранированное герконовое реле. Исходные данные для расчетов. Размеры электродов геркона: длина L = 20 мм; ширина b =2.6 мм; толщина h = 0.5 мм. Жесткость электродов С = 1,66*103 Н/м. Длина перекрытия в рабочем зазоре L б =1,2 мм. Величина конечного рабочего зазора δ мин = 0,01 мм. Коэффициент симметрии геркона К см =0,5. Коэффициент магнитной проводимости путем рассеяния К рас =0,1. Коэффициент магнитной проводимости магнитопровода К ст = 2. Величина начального рабочего зазора δ о =0,24 мм.
Решение МДС срабатывания реле определяем уравнением: Fcр = Где μ 0 = 4π * 10-7 Г/М (магнитная постоянная) F ср = Тогда ток срабатывания реле I ср = I ср = Аналогично определяем уравнением МДС отпускания реле: F отп = F отп = Отсюда ток отпускания реле I отп = I отп = Коэффициент возврата реле К В = К В =
6. ОПИСАНИЕ РЕЗИСТОРА
Резисторы являются элементами электронной аппаратуры и могут применяться как дискретные компоненты или как составные части интегральных микросхем. Дискретные резисторы классифицируются по назначению, виду ВАХ, по способу защиты и по способу монтажа, характеру изменения сопротивления, технологии изготовления. По назначению: - резисторы общего назначения; - резисторы специального назначения: - высокоомные (сопротивления от десятка МОм до единиц ТОм, рабочие напряжения 100.400 В); - высоковольтные (рабочие напряжения — десятки кВ); - высокочастотные (имеют малые собственные индуктивности и ёмкости, рабочие частоты до сотен МГц); - прецизионные и сверхпрецизионные (повышенная точность, допуск 0,001 — 1 %). По характеру изменения сопротивления: - Постоянные резисторы (для навесного монтажа). - Переменный резистор. - Подстроечные резисторы. - Прецизионный многооборотный подстроечный резистор. - Переменные регулировочные резисторы. - Переменные подстроечные резисторы. По способу защиты: - изолированные; - неизолированные; - вакуумные; - герметизированные. По способу монтажа: - для печатного монтажа; - для навесного монтажа; - для микросхем и микромодулей. По виду вольт-амперной характеристики: - линейные резисторы; - нелинейные резисторы: - варисторы — сопротивление зависит от приложенного напряжения; - терморезисторы — сопротивление зависит от температуры; - фоторезисторы — сопротивление зависит от освещённости; - тензорезисторы — сопротивление зависит от деформации резистора; - магниторезисторы — сопротивление зависит от величины магнитного поля. - мемристоры (разрабатываются) — сопротивление зависит от протекавшего через него заряда (интеграла тока за время работы). По технологии изготовления : - Проволочный резистор с отводом. - Плёночный угольный резистор (часть защитного покрытия удалена для демонстрации токопроводного слоя). Для более плавного изменения сопротивления служат реостаты со скользящим контактом (рис. 6). Перемещая движок, можно включать в цепь большую или меньшую часть обмотки реостата.
Рисунок 10. Реостат со скользящим контактом: а) общий вид; б) схема включения. Обмотка реостата 1 навита на фарфоровый цилиндр 2. Скользящий контакт 3 соединяет произвольную точку обмотки со стержнем 4 и зажимами 5 и 6. Фарфоровый цилиндр реостата 2 укреплен на металлических щеках 7. На них же укреплен стержень 4 (на изолирующих прокладках в местах зажимов 5 и 6). Концы обмотки реостата выведены к зажимам 8 и 9. Проволочные резисторы. Наматываются из проволоки с высоким удельным сопротивлением на какой-либо каркас(константановая проволока, никелиновая проволока). Обычно имеют значительную паразитную индуктивность. Для снижения паразитной индуктивности почти всегда выполняются с бифилярной намоткой. Высокоомные малогабаритные проволочные резисторы иногда изготавливают из микропровода. Иные типы резисторов называются непроволочными резисторами. Металлоплёночные и композитные резисторы. Резистивный элемент представляет собой тонкую плёнку металлического сплава или композитного материала с высоким удельным сопротивлением, низким коэффициентом термического сопротивления, обычно нанесённую на цилиндрический керамический сердечник. Концы сердечника снабжены напрессованными металлическими колпачками с проволочными выводами для монтажа. Иногда, для повышения сопротивления, в плёнке исполняется винтовая канавка для формирования спиральной конфигурации проводящего слоя. Сейчас это наиболее распространённый тип резисторов для монтажа в отверстия печатных плат. По такому же принципу выполнены резисторы в составе гибридной интегральной микросхемы: в виде металлических или композитных плёнок, нанесённых на обычно керамическую подложку методом напыления в вакууме или трафаретной печати. Металлофольговые резисторы. В качестве резистивного материала используется тонкая металлическая лента. Угольные резисторы. Изготавливаются в виде плёночных и объёмных. Плёнки или резистивные тела представляют собой смеси графита с органическими или неорганическими веществами. Интегральный резистор. Резистивный элемент — слаболегированный полупроводник, формируемый в кристалле микросхемы в виде обычно зигзагообразного канала, изолированного от других цепей микросхемы p-n переходом. Такие резисторы имеют большую нелинейность вольт-амперной характеристики. В основном используются в составе интегральных монокристаллических микросхем, где применить другие типы резисторов принципиально невозможно.
6.1 ЗАДАЧА 5
В пуско- регулировочном реостате используется резисторы, выполненные из константановой проволоки, намотанной на теплоемкий фарфоровый цилиндр, имеющий желобки для укладки проволоки. Диаметр цилиндра D = 36 мм, число желобков n = 30, активная длина цилиндров L = 100 мм, масса цилиндра G к = 180 г, диаметр проволоки d = 1,6мм. Определить сопротивление и нагрузочную способность резистора при длительном режиме работы, а также постоянную времени нагрева, коэффициент перегрузки и допустимый ток перегрузки для кратковременного режима работы длительностью tкр = 20 с. Решение: Определяем сопротивление резистора по формуле: R = Где ρ0= 5*10-5 Ом*см – удельное сопротивление константана при 00 С; a = 3*10-5 1/0C – температурный коэффициент сопротивления для константа; Lпр = πDn – длина проволоки, укладываемой в желобки цилиндра, см; S пр – сечение проволоки, см2; Т = 500 0С – допустимая температура нагрева константановой проволоки на фарфоровом каркасе. R = Определяем нагрузочную способность резистора при длительном режиме работы по формуле: I дл = Где Кm = 0.02 Вт/(см2*град) –коэффициент теплоотдачи с поверхности проволоки; F пр = πdLпр = π2dDn – поверхность проволоки, см2; Τдоп = 400 0С – допустимое превышение температуры константановой проволоки над температурой окружающей среды внутри реостата. F пр = 3,142*1,2*36*30 = 12778 (см2) I дл = Рассчитаем постоянную времени нагрева резистора при кратковременном режиме работы по формуле: ə = где β к = 0,35 – коэффициент, учитывающий участие фарфорового цилиндра в теплоотводе от проволоки в кратковременном режиме работы; с к = 1,05 Дж/(г*град) – удельная теплоемкость фарфора; с 0 = 0,4 Дж/(г*град) – удельная теплоемкость константа; G 0 = γ 0 S пр L пр = γ 0 π2d2Dn/4 – масса проволоки резистора ( здесь γ 0 = 8,9 г/см3 – плотность константана); Кмк = 0,0023 Вт/(см2град) – коэффициент теплоотдачи с поверхности фарфорового цилиндра; F к = πDL см – наружная боковая поверхность охлаждения цилиндра. Для расчета ə, необходимо высчитать G 0 = 8,9*1,13*3391=34105 г F к = 3,14*36*100=11304 см ə =
Коэффициент перегрузки резистора по току в кратковременном режиме работы: ρ =
Допустимый ток перегрузки резистора в кратковременном режиме работы I кр = ρ*I дл = 1,17*26 = 30 А.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В процессе выполнения курсового проекта по дисциплине «Электрические и электронные аппараты » были проведены расчёты : токопроводящих шин автоматического выключателя постоянного тока; для пуска короткозамкнутого асинхронного двигателя тип пускателя и тепловых реле; для защиты от токов короткого замыкания короткозамкнутого асинхронного двигателя сечение медной плавкой вставки; токи срабатывания и отпускания нейтрального экранированного герконового реле; в пуско-регулировочном реостате сопротивление и нагрузочная способность при длительном и кратковременном режиме работы. В курсовом проекте раскрыты вопросы для самостоятельной работы по темам : классификации аппаратов по их назначению; режимы работы электрических аппаратов. Проведено оформление графической части. Курсовое проектирование – важная составляющая при получении высшего образования. Оно позволяет закрепить, углубить и обобщить теоретические знания, полученные в процессе изучения технических дисциплин и повысить уровень знаний студентов. Также развиваются навыки самостоятельного решения инженерных задач.
7. СПЕЦВОПРОСЫ. 17.1 КЛАССИФИКАЦИЯ АППАРАТОВ ПО ИХ НАЗНАЧЕНИЮ Электрический аппарат представляет собой устройство необходимое для осуществления операций запуска и отключения цепей электрического тока. Это оборудование требуется для выполнения функций по контролю, защите и управлению различными установками, служащими для передачи, преобразования, распределения и потребления электрической энергии. Электроаппараты нашли своё применение в быту и в самых разных областях промышленности. В некоторых случаях такие аппараты исполняют роль вспомогательного устройства. Определенная категория электрических устройств может выполнять контролирующую и корректирующую функцию, что позволяет добиться бесперебойной работы электрического оборудования и предупредить появление возможных сбоев и поломок электрических машин. Классификация электрических аппаратов В большинстве своём работа электрических аппаратных устройств не ограничивается выполнением какой-то одной конкретной функции, а, напротив, связана с реализацией целого набора действий. В связи с этим возникает определенная трудность в разделении таких устройств на конкретные виды и группы. Для того чтобы провести классификацию электрических аппаратов, важно выделить главные функциональные особенности конкретных типов электрического оборудования: 1. Коммутационные устройства. Такое оборудование служит для размыкания и замыкания цепей электрического тока. К таким устройствам относятся различные рубильники, выключатели, разъединители. 2. Устройства защиты. Аппараты предохраняют проводящие элементы электрических цепей от перепадов напряжения, повышенной нагрузки сети и замыканий. Представленные функции защиты могут быть реализованы в различных видах предохранителей и реле. 3. Аппараты, регулирующие запуск электрических машин. Устройства подобного рода предназначены для обеспечения плавного пуска и остановки промышленных потребителей электрического тока. Аппараты регулируют скорость вращения якоря двигателя. К подобным устройствам можно отнести пускатели, реостаты, контакторы. 4. Ограничивающие аппараты. Подобные устройства называют реакторами и разрядниками, они обладают функцией ограничения токов короткого замыкания и перенапряжения. 5. Аппараты, обеспечивающие контроль различных параметров электрических цепей. Самые распространенные виды таких устройств – датчики и реле. 6. Аппараты, позволяющие проводить корректировку и изменение различных параметров электрического оборудования. К таким аппаратам относятся регуляторы и стабилизаторы. 7. Измерительные аппараты. Функция данного оборудования сводится к тому, чтобы обеспечить изоляцию линии первичной коммутации от цепей измерительных приборов и приборов защиты. 8. Устройства для проведения работ механического характера. Основным элементом таких устройств является электромагнит, призванный выполнять конкретные функции: подъемный электромагнит, электромагнитный тормоз. Каждое электрическое устройство имеет в своем составе три основных элемента: · воспринимающий; · преобразующий; · исполнительный элемент. Если исходить из принципа действия воспринимающего элемента устройства, то электрические аппараты подразделяются на электромагнитные, индукционные, полупроводниковые, магнитные. В зависимости от принципа действия исполнительного элемента, электрические устройства подразделяются на контактные и бесконтактные аппараты. Существует еще ряд принципиальных различий, связанных с особенностями эксплуатации рассматриваемого оборудования, которые позволяют провести разделение электрических устройств на определенные группы. Электрические аппараты могут быть рассчитаны на высокое или низкое напряжение. По продолжительности работы, такие устройства могут работать в режиме кратковременной или продолжительной эксплуатации. Если принимать во внимание принцип управления, то можно выделить два основных вида устройств: с автоматическим и ручным управлением. КАРТОЧКА РЕЦЕНЗЕНТА
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ По дисциплине Электрические и электронные аппараты Студента Группа ЭлЗ 301/05а Направление 13.03.02.Электроэнергетика и электротехника Дата проверки « » апреля 2018 г Оценка хорошо Преподаватель Акишев А.Н. _____________ (Фамилия, имя, отчество) (подпись)
РЕЦЕНЗИЯ Курсовой проект выполнен на хорошем уровне и соответствует содержанию подготовки выпускника по данной специальности. Содержание работы полностью соответствует теме исследования, представлены позиции разных авторов, их анализ и оценка. В работе используются различные литературные источники и документы. Студент обнаруживает глубокую общетеоретическую подготовку. Демонстрирует умение работать с различными видами источников. Проявляет умение обобщать, систематизировать и классифицировать материал. Студент умеет определить практическую значимость работы и найти варианты использования материалов исследования в профессиональной деятельности, анализировать полученные результаты и делать конкретные выводы. При защите студент мог адекватно представить результаты работы в устном выступлении, показал хорошие знания по предмету и владение навыками научного исследования.
АННОТАЦИЯ
В курсовом проекте произведён расчёт сечения токопроводящих шин, исходя из электродинамической стойкости выключателя и тока короткого замыкания.
Для короткозамкнутого асинхронного двигателя определены необходимые параметры и параметры его пусковых реле, выбран тип пускателя.
Расчитаны номинальный и пограничный токи, а так же сечение медной плавкой вставки для предохранителей серии ПР-2, в цепи питания короткозамкнутого асинхронного двигателя.
Определены токи срабатывания и отпускания, коэффициент возврата для нейтрального экранированного герконового реле.
Произведён расчёт сопротивления и нагрузочная способность резистора, при длительном режиме работы для пускового регулировочного реостата. Найдена постоянная времени нагрева, вычислен коэффициент перегрузки и допустимый ток перегрузки для кратковременного режима работы. Главная цель курсового проекта была овладение основами расчёта и выбора электрических и электронных аппаратов, которая успешно выполнена.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4
1.Описание и назначение электрических аппаратов 5 2.Шинные проводники 9 2.1Задача 1 10 3.Тепловые реле типа ТРП и ТРН 12 3.1Задача 2 15 4.Плавкие предохранители ПР 2 18 4.1Задача 3 21 5. Общие сведения о герконах и реле на герконах 22 5.1Задача 4 27 6. Описание резистора 29 6.1. Задача 5 32 Заключение 35 7. Спецвопросы 36 7.1Классификация аппаратов по их назначению 36 7.2Режимы работы электрических аппаратов 41 Список литературы 44 Графическая часть 45
ВВЕДЕНИЕ Дисциплина электрические и электронные аппараты служит для общепрофессиональной подготовки студентов и создания теоретической базы в целях изучения последующих специальных дисциплин, связанных с автоматизацией технологических процессов, электроснабжением и электрооборудованием соответствующих отраслей. Развитие современной техники невозможно без широкого использования электрических и электронных аппаратов — устройств управления потоками энергии и информации, осуществляющих следующие функции: • включение и отключение электрических цепей объектов, принимающих участие в получении, преобразовании, передаче, распределении и потреблении электроэнергии; • контроль и изменение параметров указанных объектов; • защита объектов от несанкционированных режимов работы; • управление технологическими процессами; • регулирование (поддержание на неизменном уровне или изменение по определенному закону) параметров отмеченных выше объектов; • преобразование неэлектрических величин в электрические; • создание магнитного поля с определенными параметрами и направлением в заданном объеме. Независимо от назначения, области применения, принципа действия, конструктивного исполнения, все электрические аппараты можно подразделить на две большие группы: 1) электромеханические, непременно содержащие подвижные элементы, в результате перемещения которых и осуществляется функционирование аппарата; 2) статические (иногда называемые бесконтактными) или силовые электронные, не имеющие подвижных частей и осуществляющие возложенную на них функцию в результате изменения параметров и характеристик входящих в их состав элементов и блоков.
1. ОПИСАНИЕ И НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Электрические аппараты (ЭА) — это электротехнические устройства, применяемые при использовании электрической энергии, начиная от ее производства, передачи, распределения и кончая потреблением. Разнообразие видов ЭА и различие традиций мировых электротехнических школ затрудняют их классификацию. Это еще больше усугубляется многозначностью и неопределенностью самого термина «аппарат» (лат. «apparatus» — техническое устройство). В России данный термин был распространен с 1879 г. известным электротехником П. Н. Яблочковым на следующие электротехнические устройства того времени: рубильники, переключатели, коммутаторы, реле и регуляторы. В настоящее время под ЭА понимают электротехнические устройства управления потоками энергии и информации. При этом речь может идти о потоках энергии различного вида: электрической, механической, тепловой и др. Например, потоком механической энергии от двигателя к технологической машине может управлять электромагнитная муфта, а потоками тепловой энергии — система электромагнитных клапанов и заслонок. Подобных случаев использования ЭА можно привести большое количество. Примером использования ЭА для управления информацией является применение реле в телефонии: при создании телеграфного аппарата П.Л.Шиллинг в 1820 г. впервые использовал электромагнитное реле. Простейшая формально-логическая обработка дискретной информации также может быть реализована электромагнитными реле. Однако наибольшее распространение получили ЭА для управления потоками электрической энергии, для изменения режимов работы, регулирования параметров, контроля и защиты электротехнических систем и их составных частей. Как правило, функции таких ЭА осуществляются посредством коммутации (включения и отключения) электрических цепей с различной частотой, начиная от относительно редких, нерегулярных значений до периодических высокочастотных, например, в импульсных регуляторах напряжения. Одним из основных признаков классификации ЭА является напряжение. По этому признаку различают аппараты низкого (до 1 000 В) напряжения (АНН) и аппараты высокого (свыше 1 000 В) напряжения (АВН). Большинство аппаратов низкого напряжения условно можно подразделить на следующие основные виды: • управления и защиты — автоматические выключатели, контакторы, реле, пускатели электродвигателей, переключатели, рубильники, предохранители, кнопки управления и другие аппараты, управляющие режимом работы оборудования и его защитой; • автоматического регулирования — стабилизаторы и регуляторы напряжения, тока, мощности и других параметров электрической энергии; • автоматики — реле, датчики, усилители, преобразователи и другие аппараты, осуществляющие функции контроля, усиления и преобразования электрических сигналов. Следует отметить, что АНН иногда классифицируют по величине коммутируемого тока: слаботочные (до 10 А) и сильноточные (свыше 10 А). При этом нижние пределы коммутируемых современными ЭА токов достигают 10 А, а напряжений — 10 В. Аппараты высокого напряжения работают в сетях с напряжением до 1150 кВ переменного тока и 750 кВ постоянного тока и также существенно различаются по своим функциям. К АВН обычно относят следующие основные виды аппаратов: • выключатели высокого напряжения, обеспечивающие включение и отключение электрических цепей в различных режимах работы, включая аварийные, например, короткое замыкание (КЗ); • токоограничивающие реакторы для ограничения токов КЗ и шунтирующие реакторы для ограничения перенапряжений и реактивной мощности; • ограничители перенапряжений на основе разрядников и элементов с нелинейной вольт-амперной характеристикой, например, оксидо-цинковые ограничители перенапряжений (ОПН); • разъединители и отделители для отключения цепи без тока при ремонте электрооборудования; • измерительные трансформаторы для высоковольтных цепей. Электрические аппараты как низкого, так и высокого напряжения обычно являются конструктивно законченными техническими устройствами, реализующими определенные функции и рассчитанными на разные условия эксплуатации. В основе большинства электромеханических ЭА лежит контактная система с различными типами приводов: ручным, электромагнитным, механическим и др. Процессы, протекающие в ЭА, определяются различными и многообразными физическими явлениями, которые изучаются в электродинамике и других фундаментальных науках. В процессе усовершенствования ЭА существенно изменяли свои функциональные возможности и принцип действия. В классе ЭА автоматики и защиты наиболее распространенным видом являются реле. Первые реле появились в конце ХIХ в. и нашли широкое применение в системах телефонной и телеграфной связи, а в 1930-х гг. — для обеспечения релейной защиты в системах электроснабжения. Для этих целей были созданы различные конструкции реле максимального тока, минимального напряжения, дифференциальное реле обратной мощности и др. Для повышения быстродействия реле была выполнена конструкция на основе контактных упругих консолей из ферромагнитного материала. Эта конструкция получила развитие в реле с герметичными контактами, названных герконами. В настоящее время реле являются одним из основных устройств автоматики электротехнических систем. Многие типы реле имеют дополнительные электронные компоненты логики и микропроцессорной техники, расширяющие их функции. Основным аппаратом для включения, отключения и защиты оборудования от КЗ и перегрузки является автоматический электромагнитный выключатель (автомат). Практическое применение автоматов расширялось одновременно с развитием массового потребления электроэнергии в промышленности и коммунальном хозяйстве. Развитие автоматов шло главным образом по пути совершенствования механизмов расцепителей, обеспечивающих защиту от токов КЗ и перегрузки. Одновременно улучшались его дугогасительные свойства и конструкция. Автомат является основным выключателем, обеспечивающим селективность отключения короткозамкнутой цепи от остальной системы электроснабжения. Селективное отключение определяется, как правило, времятоковыми характеристиками защиты автомата. В настоящее время для повышения эффективности защиты используется микропроцессорная техника. Кроме того, многие типы автоматов включают в себя защиту от замыкания фаз на землю. Микропроцессорная техника в некоторых автоматах применяется также для контроля гармонического состава тока, протекающего через автомат. Для автоматизации электропривода и в некоторых других случаях широко используются устройства автоматического многократного включения и выключения — контакторы. Первые контакторы начали применяться примерно в тот же временной период, что и автомат. Основной тенденцией развития контакторов с начала их создания и до настоящего времени является повышение электрической и механической износоустойчивости, что в конечном итоге повышает число их коммутаций, а следовательно, и ресурс работы.
2. ШИННЫЕ ПРОВОДНИКИ
Электрическое оборудование соединяется между собой для совместной работы системами проводников - шинами. По экономическим соображениям применяются, как правило, шины из алюминия и его сплавов. Медные шины в последнее время находят применение в установках с большими токами и в специальных установках. По форме поперечного сечения шины могут быть прямоугольные (плоские полосы), трубчатые (квадратного и круглого сечения). Применяются также шины корытного профиля, которые по своим свойствам близки к трубчатым шинам. В распределительных устройствах наружной установки напряжением 35 кВ и выше получили распространение шины из гибких многопроволочных проводов. При рабочих токах выше 1000 А применяют пучки из двух, трех и большего числа проводов на фазу. В ряде случаев шины выполняют трубами из алюминия. Площадь поперечного сечения шин выбирают по значению рабочего тока и току КЗ соответствующей цепи. При КЗ температура нагрева алюминиевых шин не должна превышать 200°С. Места соединения шин между собой, а также с выводами электрооборудования получили название контактных соединений. Контактные соединения осуществляются непосредственно и с помощью специальной арматуры (гильзы, наконечники, болты и т.д.). Контактные выводы электрооборудования выполняются, как правило, из материала, близкого по электрическим и механическим свойствам материалу внутренних токопроводящих элементов. Таким образом, основными материалами контактных соединений являются медь и ее сплавы (латунь, бронза) и алюминий электротехнического назначения. Контактные соединения шин, электрических аппаратов, кабелей являются их неотъемлемыми и весьма ответственными частями. Причинами многих аварий на подстанциях были неудовлетворительные состояния контактных соединений. Повреждались соединители на шинах, что приводило к обрыву или перегоранию спусков в местах присоединения к шинам, проходным изоляторам и аппаратам. Повреждались контактные соединения подвижных частей и гибких связей разъединителей вследствие неплотного касания, загрязнения и окисления контактных поверхностей. В месте плохого контакта выделяется большое количество теплоты, которое приводит к нагреву и даже расплавлению металла соприкасающихся поверхностей. Задача содержания контактов в хорошем состоянии осложняется тем, что с течением времени они изменяют свои свойства: под действием воздуха и влаги происходит химическое и физическое старение металла. Поэтому все контакты, в том числе и хорошо выполненные, требуют постоянного наблюдения и ухода 2.1 ЗАДАЧА 1 Токоподвод к автоматическому выключателю постоянного тока выполнен медными прямоугольными шинами сечением b х h, расположенными параллельно широкой стороне друг к другу при расстоянии а и закрепленными на опорных изоляторах на расстоянии £ между соседними изоляторами. Выбрать размеры сечения b и h токоподводяших шин исходя из длительного режима работы выключателя при 1ном и его электродинамической стойкости при сквозном токе короткого замыкания 1КЗ. (максимальное значение пропускаемого тока). Дано: Iн = 600 А, Iкз = 100 кА, Размеры: а = 75 мм, £ = 180 мм. Решение: Для начала выбираем шину по длительной токовой нагрузке Iн ≤ Iдл, У нас подходит шина с длительной токовой нагрузкой Iдл= 625 А, С размерами b =5 мм и h = 20 мм. 1. Проверка размеров сечения шин, исходя из электродинамической стойкости при токе короткого замыкания. Электродинамическая сила, действующая на участок шинопровода длиной L Pэд = 10-7ККфI2кз, Где К = Кф – коэффициент формы определяется по кривым Двайта, смотреть рисунок 1. (a-b)/(b+h) = 2.7 b/h = 0.15 Kф = 0.8
Рисунок 1. Тогда Рэд = 10-7*4*0,8*750002 = 194 Н/м2 Максимальное изгибающее механическое напряжение в шине σмах = где Wиз = по условию σмах ≤ σдоп , у нас σдоп = 13,7*105 Н/мм2 8,5 * 105 Н/мм2 ≤ 13,7 *105 Н/мм2 Сечение выбранных шин принимаем окончательно b =5 мм и h = 20 мм.
3. ТЕПЛОВЫЕ РЕЛЕ ТИПА ТРП И ТРН
Тепловые реле — это электронные аппараты, созданные для защиты электродвигателей от токовой перегрузки. Более распространенные типы термических реле – ТРП, ТРН, РТЛ и РТТ. Долговечность энергетического оборудования в значимой степени находится в зависимости от перегрузок, которым оно подвергается во время работы. Для хоть какого объекта можно отыскать зависимость продолжительности протекания тока от его величины, при которых обеспечивается надежная и долгая эксплуатация оборудования. Эта зависимость представлена на рисунке (кривая 1). При номинальном токе допустимая продолжительность его протекания равна бесконечности. Протекание тока, большего, чем номинальный, приводит к дополнительному увеличению температуры и дополнительному старению изоляции. Потому чем больше перегрузка, тем кратковременнее она допустима. Кривая 1 на рисунке устанавливается исходя из требуемой длительности жизни оборудования. Чем короче его жизнь, тем огромные перегрузки допустимы.
Рисунок 2. Время - токовые свойства термического реле и защищаемого объекта При безупречной защите объекта зависимость tср (I) для термического реле должна идти малость ниже кривой для объекта. Для защиты от перегрузок, более обширное распространение получили термические реле с биметаллической пластинкой. Биметаллическая пластинка термического реле состоит из 2-ух пластинок, одна из которых имеет больший температурный коэффициент расширения, другая — наименьший. В месте прилегания друг к другу пластинки агрессивно скреплены или за счет проката в жарком состоянии, или за счет сварки. Если закрепить бездвижно такую пластинку и подогреть, то произойдет изгиб пластинки в сторону материала с наименьшим. Конкретно это явление употребляется в термических реле. Обширное распространение в термических реле получили материалы инвар (маленькое значение a) и немагнитная либо хромоникелевая сталь (огромное значение a). Нагрев биметаллического элемента термического реле может выполняться за счет тепла, выделяемого в пластинке током нагрузки. Очень нередко нагрев биметалла делается от специального нагревателя, по которому протекает ток нагрузки. Наилучшие свойства получаются при комбинированном нагреве, когда пластинка греется и за счет тепла, выделяемого током, проходящим через биметалл, и за счет тепла, выделяемого особым нагревателем, также обтекаемым током нагрузки. Прогибаясь, биметаллическая пластинка своим свободным концом повлияет на контактную систему термического реле. Время-токовые свойства термического реле Основной чертой термического реле является зависимость времени срабатывания от тока нагрузки (времятоковая черта). В общем случае до начала перегрузки через реле протекает ток Iо, который нагревает пластинку до температуры qо. При проверке времятоковых черт термических реле следует учесть, из какого состояния (прохладного либо перегретого) происходит срабатывание реле. При проверке термических реле нужно подразумевать, что нагревательные элементы термических реле термически неустойчивы при токах недлинного замыкания. Выбор термических реле Номинальный ток термического реле выбирают исходя из номинальной нагрузки электродвигателя. Избранный ток термического реле составляет (1,2 – 1,3) номинального значения тока электродвигателя (тока нагрузки), т. е. термическое реле срабатывает при 20 — 30% перегрузке в течении 20 минут. Постоянная времени нагрева электродвигателя находится в зависимости от продолжительности токовой перегрузки. При краткосрочной перегрузке в нагреве участвует только обмотка электродвигателя и неизменная нагрева 5 – 10 минут. При долговременной перегрузке в нагреве участвует вся масса электродвигателя и постоянна нагрева 40-60 минут. Потому применение термических реле эффективно только тогда, когда продолжительность включения больше 30 минут. Воздействие температуры среды на работу термического реле Нагрев биметаллической пластинки термического реле находится в зависимости от температуры среды, потому с ростом температуры среды ток срабатывания реле уменьшается. При температуре, очень отличающейся от номинальной, нужно или проводить дополнительную (плавную) регулировку термического реле, или подбирать нагревательный элемент с учетом реальной температуры среды. Для того чтоб температура среды меньше оказывала влияние на ток срабатывания термического реле, нужно, чтоб температура срабатывания выбиралась может быть больше. Для правильной работы термический защиты реле лучше располагать в том же помещении, что и защищаемый объект. Нельзя располагать реле поблизости концентрированных источников тепла — нагревательных печей, систем отопления и т. д. В текущее время выпускаются реле с температурной компенсацией (серии ТРН). Конструкция термических реле Прогиб биметаллической пластинки происходит медлительно. Если с пластинкой конкретно связать подвижный контакт, то малая скорость его движения, не сумеет обеспечить гашение дуги, возникающей при выключении цепи. Потому пластинка действует на контакт через ускоряющее устройство. Более совершенным является «прыгающий» контакт. Современные контакторы и пускатели оснащаются с термическими реле ТРП (однофазное) и ТРН (двухфазное). Термические токовые однополюсные реле серии ТРП с номинальными токами термических частей от 1 до 600 А предусмотрены преимущественно для защиты от недопустимых перегрузок трехфазных асинхронных электродвигателей, работающих от сети с номинальным напряжением до 500 В при частоте 50 и 60 Гц. Термические реле ТРП на токи до 150 А используют в сетях неизменного тока с номинальным напряжением до 440 В.
3.1 ЗАДАЧА 2 Для прямого пуска короткозамкнутого асинхронного электродвигателя серии 4А мощностью Р = 18,5 кВт , cos φ = 0.88 , КПД η = 0,895. Питающего от сети с номинальным напряжением Uном = 380 В, используется магнитный пускатель, схема включения которого представлена на рисунке 1. В состав пускателя входят контактор КМ и тепловые реле КК1 КК2. Определить необходимые параметры двигателя и выбрать тип пускателя и его параметры тепловых реле.
Рисунок 3. Схема пуска электродвигателя. Решение: 1.Определяем номинальный ток двигателя Iном д = По величине тока двигателя выбираем пускатель , ток у которого был не менее номинального двигателя или максимально близким к нему. По условию подходит пускатель ПА – 422 на ток 50 А при категории исполнения АС – 3. 2. Определяем номинальные токи уставок тепловых реле, которые для лучшего согласования перегрузочной характеристики двигателя и защитой (реле) номинальный ток уставки выбирается на 15-20 % выше номинального тока двигателя, т.е. Iуст = (1,15-1,20) Iном д
Iуст = 1,15*36,2 = 41,63 А Выбираем тепловое реле ТРП 60 с номинальным током тепловых реле 50 А.
Выбранное нами параметры реле обеспечат отключение двигателя.
4. ПЛАВКИЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ ПР-2 Плавкие предохранители — это аппараты, защищающие установки от перегрузок и токов короткого замыкания. Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи, и дугогасительное устройство, гасящее дугу, возникающую после плавления вставки. К предохранителям предъявляются следующие требования: 1. Времятоковая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта. 2. При коротком замыкании предохранители должны работать селективно. 3.Время срабатывания предохранителя при коротком замыкании должно быть минимально возможным, особенно при защите полупроводниковых приборов. Предохранители должны работать с токоограничением. 4. Характеристики предохранителя должны быть стабильными. Разброс параметров из-за производственных отклонений не должен нарушать защитные свойства предохранителя. 5. В связи с возросшей мощностью установок предохранители должны иметь высокую отключающую способность. 6. Замена сгоревшего предохранителя или плавкой вставки не должна требовать много времени.
Предохранители ПР-2 на токи от 15 до 60 А имеют упрощенную конструкцию. Плавкая вставка 1 прижимается к латунной обойме 4 колпачком 5, который является выходным контактом. Плавкая вставка 1 штампуется из цинка, являющегося легкоплавким и стойким к коррозии материалом. Указанная форма вставки позволяет получить благоприятную времятоковую (защитную) характеристику. В предохранителях на токи более 60 А плавкая вставка 1 присоединяется к контактным ножам 2 с помощью болтов. Вставка предохранителя ПР-2 располагается в герметичном трубчатом патроне, который состоит из фибрового цилиндра 3, латунной обоймы 4 и латунного колпачка 5.
Рисунок 4. Предохранитель ПР-2 с плавкой вставкой.
Процесс гашения дуги в плавком предохранителе ПР-2 происходит следующим образом. При отключении сгорают суженные перешейки плавкой вставки, после чего возникает дуга. Под действием высокой температуры дуги фибровые стенки патрона выделяют газ, в результате чего давление в патроне за доли полупериода поднимается до 4—8 МПа. За счет увеличения давления поднимается вольт-амперная характеристика дуги, что способствует ее быстрому гашению. Плавкая вставка предохранителя ПР-2 может иметь от одного до четырех сужений в зависимости от номинального напряжения. Суженные участки вставки способствуют быстрому ее плавлению при коротком замыкании и создают эффект токоограничения. Поскольку гашение дуги в плавком предохранителе ПР-2 происходит очень быстро (0,002 с), можно считать, что уширенные части вставки в процессе гашения остаются неподвижными. Давление внутри патрона плавкого предохранителя пропорционально квадрату тока в момент плавления вставки и может достигать больших значений. Поэтому фибровый цилиндр должен обладать высокой механической прочностью, для чего на его концах установлены латунные обоймы 4. Диски 6, жестко связанные с контактными ножами 2, крепятся к обойме патрона 4 с помощью колпачков 5. Предохранители ПР-2 работают бесшумно, практически без выброса пламени и газов, что позволяет устанавливать их на близком расстояния друг от друга. Плавкие предохранители ПР-2 выпускаются двух осевых размеров — короткие и длинные. Короткие предохранители ПР-2 предназначены для работы на переменном напряжении не выше 380 В. Они имеют меньшую отключающую способность, чем длинные, рассчитанные на работу в сети с на-пряжением до 500 В. В зависимости от номинального тока выпускается шесть габаритов патронов различных диаметров. В патроне каждого габарита могут устанавливаться вставки на различные номинальные токи. Так, в патроне на номинальный ток 15 А могут быть установлены вставки на ток 6, 10 и 15 А. Различают нижнее и верхнее значения испытательного тока. Нижнее значение испытательного тока — это максимальный ток, который, протекая в течение 1 ч, не приводит к перегоранию предохранителя. Верхнее значение испытательного тока — это минимальный ток, который, проходя в течение 1 ч, плавит вставку предохранителя. С достаточной точностью можно принять пограничный ток равным среднеарифметическому испытательных токов.
4.1 ЗАДАЧА 3
Для защиты от токов короткого замыкания цепи питания короткозамкнутого асинхронного электродвигателя мощностью Р = 18,5 кВт. Используются плавкие предохранители серии ПР – 2 ( разборные, без наполнителя). Определить номинальный и пограничный токи , а также сечение медной плавкой вставки и выбрать наиболее близкое по номинальному току плавкой вставки исполнение предохранителя. Технические данные предохранителей серии ПР-2 при напряжении 380 В
Решение: 1.Плавкая вставка предохранителя не должна отключать двигатель при кратковременных перегрузках его пусковыми токами. Для двигателя серии 4А величина пускового тока : Iп = 7 Iн дв Iп = 7*36,2 = 253 A Для защиты одиночных двигателей в большинстве практических случаев номинальный ток плавкой вставки определяется соотношением Iн вст = Iп / 2,5 = 101 А Выбираем ПР – 2 на ток 100 А. с номинальным током плавкой вставки Iвст =100 А. 2.Определение пограничного тока плавкой вставки. Под пограничным током принимаем номинальный ток, при котором сгорает плавкая вставка, достигнув установившейся температуры. Расчетный пограничный ток I пог берется на 1,6 – 1,8 ( для медных проволок) от номинального тока плавкой вставки. Iпог = Iн вст* 1,7 = 171 А. Определяем диаметр медной плавкой вставки исходя из баланса подводимого и отводимого от плавкой вставки мощностей из уравнения d =
где ρо =1,75*10-6 (Ом*см) – удельное сопротивление меди; ас = 0,004 (1/град) – температурный коэффициент сопротивления для меди; Тпл = 1083 оС – температура плавления меди; Токр = 40 оС – температура окружающей среды; Кт = 11*10-4 (Вт/см2 град) – коэффициент теплопередачи с наружной поверхности вставки.
d =
|
Последнее изменение этой страницы: 2019-04-20; Просмотров: 899; Нарушение авторского права страницы
- коэффициент контура; K = 4.
получаем σмах = 96 Н/м2
момент сопротивления изгибу шины, мм3
А.
( мм)
мм
и расстояниях между шиной и герконом.
, W=25000 витков.
A
,
А
,
,
Ом
,
(А)
,
