Назначение и устройство электрооборудования ТП

8.2.1. Силовые трансформаторы

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство с несколькими индуктивно связанными обмотками, предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Передача электрической энергии с одной обмотки трансформатора на другую осуществляется с помощью электромагнитного поля. Различают силовые и измерительные трансформаторы.

Силовой трансформатор используется для преобразования электрической энергии при непосредственном питании мощных приемников энергией высокого или низкого напряжения неизменной частоты. Стандартными номинальными линейными напряжениями электрических сетей переменного тока до 1000 В являются (ГОСТ 21128-83): 6, 12, 27, 40, 60, ПО, 120, 220, 380, 660 В, выше 1000 В (ГОСТ 721-77): 6, 10, 20, 35, ПО, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ. Передача электрической энергии на большие расстояния осуществляется, как известно, при высоких напряжениях с целью уменьшения потерь в передающих сетях и сечения проводов линий электропередач. В местах потребления электроэнергии ее напряжение с помощью трансформаторов понижается до требуемого значения.

Силовые трансформаторы бывают общего назначения (для питания обычных сетей или электроприемников) и специального назначения (для питания сетей или электроприемников, отличающихся особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы, например, промышленных электротермических печей по выплавке стали и других металлов, преобразовательных установок переменного тока в постоянный, электровозов на железнодорожном транспорте и др.). К специальным силовым трансформаторам относятся сварочные трансформаторы.

Силовые трансформаторы разделяют на масляные, у которых обмотки вместе с магнитной системой погружены в бак с трансформаторным маслом для улучшения изоляции токоведущих частей и условий охлаждения трансформатора, и сухие, для которых охлаждающей средой служат воздух, газ и твердый диэлектрик.

В электрических сетях применяются также и автотрансформаторы. У них первичная и вторичная обмотки, в отличие от обычных силовых трансформаторов, наряду с электромагнитной связью соединены между собой и гальванически.

Масляный трансформатор ТМ (рис. 8.1) состоит из магнитопровода с размещенными на нем обмотками высокого напряжения (ВН) и низкого напряжения (НН), бака и крышки с вводами. Выводы обмоток ВН и НН, изоляторы смонтированы на крышке, которая крепится к баку болтами и уплотняется прокладкой из маслостойкой резины. На крышке также расположены колпак привода переключателя и расширитель. Для перемещения при монтаже и ремонте трансформатор снабжен стальными катками.

Устройство силового масляного трансформатора мощностью 1000—6300 кВ А, напряжением 35 кВ

Рис. 8.1. Устройство силового масляного трансформатора мощностью 1000—6300 кВ А, напряжением 35 кВ:

  • 1 бак; 2 — вентиль; 3 — болт заземления; 4 — термосифонный фильтр;
  • 5 — радиатор; 6 — переключатель; 7 — расширитель; 8 — маслоуказатель;
  • 9 воздухоосушитель; 10 — выхлопная труба; 11 — газовое реле; 12 — ввод ВН; 13 — привод переключающего устройства; 14 — ввод НН; 15 — подъемный рым; 16 — отвод НН; 17 — остов; 18 — отвод ВН; 19 — ярмовые балки остова (верхняя и нижняя); 20 — регулировочные ответвления обмоток ВН;
  • 21 обмотка ВН (внутри НН); 22 — каток тележки

Магнитопровод набирают из изолированных между собой (для уменьшения потерь от вихревых токов) листов холоднокатаной электротехнической стали толщиной 0,35—0,5 мм. В качестве межлистовой изоляции чаще всего применяют лаки, которые после нанесения на металл и запекания образуют пленку с высокими изоляционными свойствами, механически прочную и маслостойкую.

Обмотки выполняют из медного или алюминиевого провода круглого либо прямоугольного сечения. В качестве изоляции проводов используют телефонную или кабельную бумагу и хлопчатобумажную пряжу.

Переключатель служит для изменения числа витков первичной обмотки, а следовательно, коэффициента трансформации при регулировании в определенных пределах вторичного напряжения трансформатора. Так, трансформаторы мощностью до 1000 кВ А имеют три ступени регулирования напряжения в пределах ±5 %, трансформаторы мощностью более 1600 кВ А — пять ступеней регулирования в тех же пределах.

В баке трансформатора находятся магнитопровод с обмотками и трансформаторное масло. Трансформаторы небольшой мощности имеют гладкостенные баки, в трансформаторах мощностью более 40 кВ А к баку приваривают циркуляционные трубы в один или несколько рядов (трубчатые баки). Существуют также ребристые баки (с вертикальными ребрами для охлаждения воздухом). Трансформаторы большой мощности обеспечивают съемными радиаторами. В верхней части бака приварены крюки для подъема трансформатора, а внизу бак имеет болт для заземления и маслосливной кран.

Расширитель представляет собой сварной стальной цилиндр, закрепленный на кронштейнах и соединенный с баком патрубком. Уровень масла в расширителе контролируется указателем в виде трубки или прозрачной вставки. В верхней части расширителя имеется отверстие для заливки масла, которое закрывается пробкой с резьбой. Для свободной циркуляции воздуха установлена дыхательная труба, нижний торец которой защищен крышкой с отверстием и сеткой. Вместе с воздухом в расширитель (а следовательно, и в масло) могут попадать частицы пыли и грязи, а также пары влаги, которые конденсируются на его стенках. Для удаления загрязненного масла и влаги имеется отстойник с пробкой. Температуру масла в трансформаторе контролируют ртутным термометром или термометрическим сигнализатором.

Сухой трансформатор состоит из магнитопровода, обмоток ВН и НН, заключенных в защитный кожух.

Трехфазные трансформаторы выполняются с различными схемами и группами соединения обмоток (рис. 8.2). Группой соединения называют угловое отставание векторов линейных напряжений обмотки НН по отношению к векторам соответствующих линейных напряжений обмотки ВН. Группа соединения обозначается числом, которое, будучи умноженным на 30° (угловое отставание, принятое за единицу), дает угол отставания в градусах; число 11 означает отставание 330°, а 0 (или 12) — отставание 0° (векторы линейных напряжений обмоток ВН и НН совпадают).

Наиболее распространенные схемы и группы соединения обмоток трехфазных двухобмоточных трансформаторов

Рис. 8.2. Наиболее распространенные схемы и группы соединения обмоток трехфазных двухобмоточных трансформаторов

8.2.2. Изоляторы

Изоляторы служат для изоляции и механического крепления частей электрических устройств. Наиболее распространенным материалом для изоляторов на 6—10 кВ является фарфор. В последние годы его стали заменять эпоксидными смолами. Фарфоровые изоляторы делятся на опорные, проходные и аппаратные.

Опорные изоляторы (ИО) служат для крепления шин и отдельных частей аппаратов и изоляции их от заземленных конструкций и других элементов РУ. Опорный изолятор (рис. 8.3)

Опорные изоляторы

Рис. 8.3. Опорные изоляторы: a - ИО-1-375; б - ИО-Ю-375ов; в -ИО-Ю-375; / — колпачок; 2 — корпус; 3 — фланец

Проходные изоляторы

Рис. 8.4. Проходные изоляторы:

a - И П-10/400-750; б - ИП-10/2000-2000; 7 - корпус;

2 — фланец; 3 — токопроводящая шина; 4 — колпачок-держатель

состоит из фарфорового полого корпуса, покрытого снаружи глазурью, верхней арматуры (колпачка) для крепления шин и фланца. Металлические детали с антикоррозийным покрытием крепятся к фарфору цементирующим составом, а швы между фарфором и металлом покрываются водостойким лаком. Колпачки изоляторов имеют резьбовые отверстия, в которые закручивают крепежные детали при монтаже шин. Фланцы могут быть овальными, круглыми и квадратными.

Проходные изоляторы (yiXV) (рис. 8.4) используют при прокладывании шины через стены, перегородки и перекрытия. Они состоят из фарфорового корпуса, в котором проходит токопроводящая шина, колпачков-держателей

(на концах корпуса) и фланца, армированного в середине корпуса. Проходные изоляторы на токи до 2000 А выпускаются с токопроводящей шиной из алюминия или меди, которая имеет на концах отверстия для соединения ее с токопроводами.

В электрических аппаратах используются специальные аппаратные изоляторы разнообразных конструкций.

8.2.3. Предохранители

Принцип действия всех предохранителей основан на плавлении калиброванной проволоки (плавкой вставки) при прохождении через нее тока, превышающего номинальный. Чем больше кратность проходящего тока по отношению к номинальному, тем меньше время плавления проволоки. Наиболее пригодным для плавкой вставки материалом считают медь, несмотря на высокую температуру ее плавления (1080 °С). Для сокращения времени и снижения температуры, под действием которой оказываются элементы предохранителей, на медные проволочки напаивают оловянные шарики, которые плавятся при 232 °С, расплавляя более тугоплавкую медь.

Плавление вставки, как правило, сопровождается возникновением дуги. По способу гашения дуги предохранители делятся: на открытые, закрытые и закрытые с кварцевым наполнителем. В открытых предохранителях дуга гаснет в результате увеличения расстояния между электродами, в закрытых — из-за большого давления в патроне, куда помещена плавкая вставка, и стремительного потока газов к открытым концам патрона, в закрытых с кварцевым наполнителем — за счет большого давления и деионизации дуги, соприкасающейся с поверхностью кварцевых песчинок.

конструкцию и поэтому широко применяются в сетях напряжением до 1 кВ, а также 6 и 10 кВ. Наиболее распространены

Предохранители с кварцевым наполнителем обладают наибольшей отключающей способностью, имеют простую предохранители ПКТ, ПКН, ПН, ПР.

Кварцевый предохранитель ПКТ (рис. 8.5) представляет собой стеклянный или фарфоровый патрон с армированными по концам латунными колпачками. Он установлен в контактные держатели, которые закреплены на двух фарфоровых изоляторах. В патрон помещены засыпанные кварцевым песком и запаянные плавкие вставки (спиральные или намотанные на ребристый керамический стержень). Нижний колпачок предохранителя имеет устройство в виде проволочки, закрепленной в верхнем колпачке и удерживающей в сжатом состоянии пружину, соединенную с цилиндрическим указателем. При перегорании плавкой вставки и проволочки пружина освобождается и выталкивает указатель срабатывания.

Предохранитель ПКН (для трансформаторов напряжения) не имеет указателя срабатывания. Его плавкая вставка (из константана) намотана на керамический стержень.

Кварцевый предохранитель

Рис. 8.5. Кварцевый предохранитель

ПКТ:

  • 7 - патрон; 2- кварцевый песок; 3 — плавкие вставки;
  • 4 латунный колпачок; 5 — соединительная проволочка;
  • 6 контактные держатели; 7 — фарфоровые изоляторы

имеет плавкую

Предохранитель с наполнителем ПН-2 вставку с напаянными оловянными шариками.

Рис. 8.6.

Предохранитель ПР-2 с патронами на токи: а- 15-60 А; 5- 100— 1000 А; / — фибровая трубка; 2 — шайба; 3 — латунные кольца; 4, 6 — латунные колпачки; 5 — контактный нож; 7— болт; 8 — плавкая вставка

Разборные предохранители ПР-2 (рис. 8.6) выпускаются на токи до 1000 А с изоляцией, рассчитанной на напряжение 2000 В.

8.2.4. Разъединители

Разъединители предназначены для включения и отключения участков электрической сети или электрических установок, не находящихся под нагрузкой. С помощью разъединителей отключают от электрической сети различные аппараты, оборудование, кабельные и воздушные линии, на которых должны выполняться ремонтные, наладочные или испытательные работы.

Разъединитель

Рис. 8.7. Разъединитель

РВО-6-10:

/—рама; 2— изоляторы; 3 — неподвижные контакты; 4 — подвижные контакты; 5— зацеп; 6,7— пружинные устройства;

8 — болт заземления

Разъединители внутренней установки напряжением до 10 кВ на токи до 1000 А выпускаются различных типов. Наиболее распространенными являются однополюсные, трехполюсные с заземляющими ножами и трехполюсные с проходными изоляторами и заземляющими ножами. Ножи не требуют переносных заземлений, упрощают процесс заземления, сокращают время, необходимое для этого, создают условия, исключающие нарушение правил безопасности. Блокировка между подвижными контактами и заземляющими ножами разъединителей (а также между разъединителями и выключателями) исключает заземление частей, находящихся под напряжением.

Разъединитель (рис. 8.7) пред-

ставляет собой металлическую раму с изоляторами, на которых закреплены медные неподвижные (губки) и подвижные (ножи) контакты. Нож однополюсного разъединителя во включенном состоянии запирается специальным

8.2. Назначение и устройство электрооборудования ТП зацепом во избежание самовольного отключения под действием своей массы или вибраций. Зацеп имеет ушко, с помощью которого изолированной штангой выполняют включение и отключение разъединителя.

Трехполюсные разъединители снабжаются механизмами включения и отключения токоведущих ножей заземления. Подвижные контакты соединены с рычагами отключающих механизмов тягами из фарфора или другого изоляционного материала. Ограничение хода ножей и невозможность самовольного их отключения обеспечивает механизм привода, а плотность неподвижных и подвижных контактов разъединителя — пружинящие устройства. Управление токоведущими ножами и ножами заземления осуществляется рычажным приводом ПР-10 или ПР-П. Привод ПР-10 применяется при установке разъединителя и его привода на разных стенах или противоположных сторонах одной стены, а ПР-11 — при установке разъединителей и привода на одной стороне стены. Включение и отключение разъединителей контролируют по положению рукоятки привода и сигнальным лампам.

Рама разъединителя заземляется с помощью болта заземления.

8.2.5. Высоковольтные выключатели

Высоковольтные выключатели служат для включения и отключения под нагрузкой электрических цепей в нормальных режимах работы и для автоматического отключения при коротких замыканиях в аварийных режимах.

В цепях с напряжением 10 кВ и более воздушный промежуток между расходящимися контактами настолько сильно ионизируется, что через него беспрепятственно проходит ток, т. е. горит электрическая дуга. Температура дуги составляет несколько тысяч градусов, и если ее быстро не погасить, то в считанные секунды контакты расплавляются, повреждаются близко расположенные приборы и аппараты. Интенсивность дуги зависит также от силы тока в цепи в момент его размыкания (чем больше ток, тем мощнее дуга и тем труднее ее погасить). Именно такие условия возникают в случаях, когда высоковольтный выключатель отключает цепь, в которой возникло короткое замыкание.

Отключение и включение токов короткого замыкания является наиболее тяжелым режимом работы выключателей. Поэтому силовые выключатели в установках напряжением выше 1 кВ обеспечиваются специальными дугогасительными системами, способными погасить мощную электрическую дугу за доли секунды. По быстродействию высоковольтные выключатели разделяют на сверхбыстродействующие (с временем отключения до 0,06 с), быстродействующие (0,06-0,8 с), умеренного действия (0,08—0,12 с) и небыстродействующие (0,12—0,25 с).

В зависимости от среды, в которой расходятся контакты и гасится дуга, выключатели бывают: масляные, со специальными жидкостями, воздушные, электромагнитные, автогазо-вые (с газом, генерируемым твердым веществом под действием температуры дуги), элегазовые, вакуумные.

В элегазовых выключателях в качестве изоляционной среды используют электрический газ — элегаз (шестифтористая сера SF6), обладающий высокой диэлектрической прочностью (в 2,5 раза больше прочности воздуха), с хорошей дугогасительной способностью (в 4 раза выше, чем воздуха) и теплопроводностью. Отечественной промышленностью выпускаются элегазовые герметические устройства на напряжение 110 кВ и выше. Зарубежные фирмы выпускают коммутационные аппараты с элегазом на напряжение 3 кВ и более. Хорошая дугогасительная способность элегаза позволяет конструировать коммутационные аппараты с высокой отключающей способностью, а герметичность и высокая надежность значительно облегчают их эксплуатацию.

Вакуумные выключатели (ВВ) (давление не более 1,3 -102 Па), как и элегазовые, надежны, удобны в эксплуатации; менее пожаро- и взрывоопасны по сравнению с масляными выключателями. Гашение дуги в вакууме происходит очень быстро в результате большой скорости диффузии паров металла, которые образуются во время горения дуги, и их быстрой рекомбинации на контактах.

Вакуумные выключатели имеют большой срок службы (механическая износостойкость достигает 5-Ю6 операций). Число коммутаций с номинальным током около 600 А равно (500—1000 • 103). Практически без ремонта ВВ могут работать до 25 лет. В В и элегазовые выключатели до 10 кВ применяются на ТП Минского метрополитена, концерна «Белэнерго» и других предприятиях. Однако используемые в настоящее время ВВ требуют эпизодического обслуживания (регулировки, смазки, контроля хода, поджатия) и могут создавать опасные перенапряжения при коммутации некоторых видов нагрузки. Привод обычных ВВ принципиально не отличается от приводов масляных и электромагнитных выключателей. Он содержит значительное количество передаточных звеньев между электромагнитом (или пружинами включения и отключения пружинно-моторного привода) и подвижными контактами вакуумной дугогасительной камеры (ВДК).

В вакуумных выключателях фирмы «Таврида Электрик» (Москва) используется привод с магнитной защелкой и ВДК собственного производства, в основу конструкции которого заложен принцип соосности электромагнита привода и ВДК в каждом полюсе выключателя. Оригинальная конструкция ВВ позволила существенно упростить кинематическую схему, отказаться от нагруженных узлов трения. В результате механический ресурс составил 50 тыс. операций включения-выключения без обслуживания в течение всего срока службы (в этих ВВ детали изоляции, подверженные ударным нагрузкам при включении-выключении, выполнены из современных ударопрочных пластиков с высокими механическими характеристиками).

Новая серия ВВ с магнитной защелкой обладает, по сравнению с традиционными, следующими преимуществами:

  • — отсутствие необходимости обслуживания в течение всего срока эксплуатации;
  • — простота и надежность привода;
  • — большой механический ресурс;
  • — малые габариты и масса;
  • — адаптация к различным видам КРУ и КСО.

На ТП напряжением до 10 кВ чаще всего применяют выключатели нагрузки (ВНР и ВНРЗ), масляные (ВМП, ВПМ) и электромагнитные (ВЭМ) выключатели.

Выключатели нагрузки ВНР (рис. 8.8) предназначены только для включения и отключения токов нагрузки. Для

Выключатель нагрузки ВНР-10/400-10з

Рис. 8.8. Выключатель нагрузки ВНР-10/400-10з:

  • 1 — рама; 2 — опорный изолятор; 3 — контакты с держателями; 4 — ножи; 5 — дугогасительная камера; 6— основной верхний контакт; 7, 12 — изоляционная и блокировочная тяги; 8 — рычаг; 9 — гибкий соединитель; 10 — нож заземления; 11, 15 — валы заземляющего устройства и выключателя;
  • 13 пружины; 14 — резиновые шайбы

отключения цепей при коротких замыканиях на выключателях нагрузки ВНРЗ устанавливают высоковольтные предохранители. Выключатели нагрузки монтируются на стальной раме с опорными изоляторами. На верхних изоляторах (для каждой фазы) установлены неподвижные контакты — рабочие и дугогасительные. Дугогасительный контакт располагается в пластмас

совой камере (рис. 8.9), внутри которой находится вкладыш

из органического стекла. Вкладыш состоит из двух частей и в собранном виде образует узкую щель для входа подвижного дугогасительного контакта. На нижних изоляторах закре

плены ножи — подвижные рабочие контакты, состоящие из двух соединенных между собой медных полос. Подвижные

дугогасительные контакты расположены между двумя направляющими полосами, прикрепленными к ножу. На раме в подшипниках установлен вал, к которому приварены три рычага с фарфоровыми тягами. Подвижная система выключателя нагрузки отключается с помощью двух пружин. Чтобы установить предохранители, к раме крепится дополнительный каркас с опорными изоляторами, которые имеют контактные губки и пружины. На этом каркасе может быть смонтировано

Дугогасительное устройство

Рис. 8.9. Дугогасительное устройство:

  • 1 пластмассовый корпус; 2 — вкладыши; 3, 5 — подвижный и неподвижный дугогасительные контакты;
  • 4 отверстия для соединительных винтов; 6 — основной неподвижный контакт выключателя; 7 — гибкая связь; 8 — пружинящая пластина; I — устройство неподвижного дугогасительного контакта устройство, подающее команду на отключение выключателя при перегорании предохранителя. При этом размыкаются главные контакты, затем дугогасительные, а возникающая дуга затягивается в щель между вкладышами. Под действием высокой температуры дуги органическое стекло интенсивно выделяет газы, которые с большой скоростью вырываются из камеры и в сотые доли секунды гасят дугу.

Заземляющее устройство выключателя нагрузки представляет собой вал с приваренными к нему контактными пластинками (ножами) и может располагаться сверху или снизу рамы выключателя и соответственно заземлять стойки неподвижных или подвижных контактов выключателя.

Простейшая механическая блокировка между двумя валами выключателя и заземляющих ножей исключает возможность включения заземляющих ножей при включенном выключателе и включения выключателя при включенных ножах заземления. Управление заземляющим устройством выполняется с помощью привода ПР-2 или другого ручного привода.

Масляные выключатели — устройства, у которых дуго-гасительной средой является трансформаторное масло. Когда между контактами, находящимися в масле, возникает дуга, под действием высокой температуры масло переходит в газообразное состояние (до 70 % водорода, который не поддается ионизации). Давление газа быстро повышается до нескольких десятков атмосфер, что способствует быстрому гашению дуги.

В зависимости от объема масла выключатели бывают баковые (многообъемные) и горшковые (малообъемные). В РУ на 10 кВ в основном применяют малообъемные выключатели, каждый полюс которых находится в отдельном цилиндре: ВМП-10 (масляный, подвесной), ВМПП-10 (с пружинным приводом), ВК-10 (колонковый), ВМПЭ-10 (с электромагнитным приводом) и др.

Выключатель ВМП-10, применяемый на напряжение 10 кВ и номинальные токи 630 и 1000 А, используется вместо выключателя ВМГ-10, а по сравнению с выключателем типа ВМГ-133 имеет меньшие габаритные размеры и вес.

Выключатель ВМП-10 (рис. 8.10) имеет три полюса, смонтированных на общей заземляемой с помощью болта заземления раме, внутри которой расположены главный вал, отключающие пружины, масляный и пружинный буферы. Полюсы крепят к раме шестью фарфоровыми изоляторами (по два на полюсе) с эластичным соединением арматуры, что повышает механическую устойчивость выключателя. Главный вал соединяется с механизмом каждого полюса изоляционными тягами.

Выключатель ВМП-10

Рис. 8.10. Выключатель ВМП-10:

  • 1 полюсы; 2 — изоляторы;
  • 3 рама; 4 — изоляционные тяги; 5— вал; 6— буфер; 7-болт заземления

Полюс выключателя (рис. 8.11) представляет собой цилиндр из прочного изоляционного материала — стеклоэпоксида, на концах которого заармированы металлические фланцы. На верхнем фланце крепится корпус выпрямляющего механизма, передающего движение от вала выключателя к токоведущему стержню. Этот корпус (из алюминиевого сплава) закрывается сверху крышкой из изоляционного материала. Внутри размещают, кроме выпрямляющего механизма, рожковый токосъем и маслоотделитель, который предотвращает выброс масла при отключении тока короткого замыкания.

Рис. 8.11. Разрез полюса выключателя ВМП-10:

1, 7 — выводы; 2, 9 - крышки; 3 — неподвижный розеточный контакт; 4, 6 — фланцы; 5, 25 — цилиндры; 8 — роликовый токосъем; 10 — колпак; 11, 24 — пробки; 12 — маслоотделитель; 13 — корпус механизма; 14 — ось; 75— направляющая колодка; 16 — рычаг; 17 — упоры; 18, 19 — стержни; 20 — стопорный винт; 21 — шайба; 22 — дугогасительная камера; 23 — маслоуказатель

Нижний фланец закрывается силуминовой крышкой, на которой расположен розеточный неподвижный контакт. Использование силумина уменьшает магнитные потери в выключателе. На каждой крышке устанавливается цилиндр с дугогасительной камерой.

Уровень масла в выключателе определяется с помощью маслоуказателя.

Процесс гашения электрической дуги в гасительной камере выключателя ВМП-10 показан на рисунке 8.12. Большие и средние токи гасятся дутьем в поперечных каналах, а малые токи (если они не будут погашены в поперечных каналах) гасятся турбулентным дутьем в масляных «карманах» (расширениях). Турбулентным называется такое течение масла или газов, при котором их частицы находятся в беспорядочном движении с изменяющейся скоростью. При турбулентном дутье в цилиндрах выключателя происходит интенсивное перемешивание масла (газов), увеличивающее потери энергии в дуговом пространстве и способствующее эффективной деионизации и гашению электрической дуги.

Гашение дуги в гасительной камере выключателя ВМП-10

Рис. 8.12. Гашение дуги в гасительной камере выключателя ВМП-10:

  • 1 гасительная камера; 2 — распорный цилиндр; 3 — розеточный контакт;
  • 4 воздушная полость

Электромагнитные выключатели ВЭМ-10 не требуют для своей работы масла, что делает их взрыво- и пожаробезопасными, а высокая токоустойчивость контактов и дугогасительных камер обеспечивает большое количество включений в электроустановках с частыми коммутационными операциями. Контактная система выключателя состоит из главных и дугогасительных контактов. Наконечники дугогасительных контактов выполнены из металла (кирита), обеспечивающего большой срок их службы. При включении выключателя сначала замыкаются дугогасительные контакты, а затем шунтирующие их главные контакты; при отключении — размыкаются в обратном порядке. Таким образом защищаются от обгорания главные контакты.

  • 8.2.6. Измерительные трансформаторы тока и напряжения
  • 8.2.6.1. Трансформаторы тока

Устройство и схемы включения трансформаторов тока. В установках высокого напряжения измерительные приборы, реле, приборы автоматики включать непосредственно в цепи высокого напряжения нельзя по техническим соображениям и условиям техники безопасности (приборы должны были бы быть выполненными с изоляцией, рассчитанной на высокое напряжение, имели бы очень большие размеры, а обслуживающий персонал подвергался бы большой опасности поражения электрическим током при пользовании ими). Поэтому для устранения этих проблем применяются измерительные трансформаторы тока и напряжения. Их использование позволяет также устанавливать измерительные приборы на любом расстоянии от контролируемых цепей, концентрируя их в одном месте — на щите или пульте управления.

Устройство, схема включения трансформатора тока (а) и его обозначение (б)

Рис. 8.13. Устройство, схема включения трансформатора тока (а) и его обозначение (б)

Трансформатор тока состоит из замкнутого магнитопровода, набранного из тонких листов или ленточной электротехнической стали, и двух обмоток — первичной и вторичной.

Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в линию (рис. 8.13), а его вторичная обмотка замыкается непосредственно на амперметр и цепи тока других измерительных приборов, которые тоже соединяются между собой последовательно, так как ток в них должен быть один и тот же.

Суммарное сопротивление амперметра и цепей тока измерительных приборов относительно мало (обычно меньше 1 Ом), поэтому трансформатор тока работает в условиях, близких к условиям короткого замыкания силового трансформатора.

Изменение тока в первичной обмотке трансформатора вызывает изменение тока в его вторичной обмотке, при этом вторичный ток пропорционален первичному.

Соотношение между токами и витками обмоток трансформатора тока имеет вид:

L/L = со./ш. = К ,

где /2 — соответственно первичный И вторичный токи; СО,, со2 — соответственно число витков первичной и вторичной обмоток; К, — коэффициент трансформации.

При этом магнитный поток, создаваемый током вторичной обмотки, направлен против магнитного потока, создаваемого током первичной обмотки, т. е. при их сложении образуется очень малый поток, замыкающийся в стали сердечника трансформатора. Когда же поток во вторичной обмотке отсутствует, например при обрыве ее цепи, в магнитопроводе трансформатора тока действует полный магнитный поток, создаваемый током первичной обмотки, т. е. весь первичный ток оказывается намагничивающим. Многократное же увеличение намагничивающей силы, вызывающее очень большое возрастание магнитного потока (ограниченное насыщением сердечника), определяет потери в стали, приблизительно пропорциональные его квадрату, т. е. сильное нагревание стали сердечника, опасное для целости изоляции, которое в итоге может привести к короткому замыканию на землю высокого напряжения.

Кроме того, увеличение магнитного потока при размыкании вторичной цепи вызывает появление во вторичной обмотке ЭДС Е2 порядка сотен вольт и до 1,5 кВ в трансформаторах, рассчитанных на большие токи. Следовательно, возникает опасность для жизни человека. Поэтому, если необходимо отключить измерительные и защитные приборы при включенном трансформаторе тока, концы его вторичной обмотки замыкают накоротко.

Вторичный номинальный ток во всех трансформаторах тока составляет 5 А (в некоторых специальных случаях — 1 А).

В целях безопасности один зажим вторичной обмотки и стальной кожух трансформатора тока заземляются.

Особенности работы трансформатора тока определяются тем, что у него независимой величиной является не первичное напряжение, а первичный ток /,, который в большинстве случаев во много раз больше вторичного тока /2, поэтому число витков первичной обмотки со, должно быть во много раз меньше числа витков вторичной обмотки со2. Для больших токов первичная обмотка выполняется в виде провода, продетого в окно стального сердечника (рис. 8.14).

Принципиальные схемы трансформаторов тока

Рис. 8.14. Принципиальные схемы трансформаторов тока:

a — одновитковый; б — многовитковый с одним сердечником; в — много-витковый с двумя сердечниками; 1 — первичная обмотка; 2 — изоляция;

3 — сердечник; 4 — вторичная обмотка

Напряжение на зажимах первичной обмотки трансформатора тока во много раз меньше его вторичного напряжения (так как со2 > <О]), а следовательно, если его вторичное напряжение несколько вольт, то первичное часто составляет порядка сотых долей вольта.

Для правильного соединения нескольких трансформаторов тока в общую схему и присоединения к ним приборов необходимо знать их полярность, т. е. соответствуют ли начало и конец первичной обмотки началу и концу вторичной обмотки, для чего их маркируют: начало первичной обмотки, включаемой в линию, обозначают Л1, а ее конец — Л2; начало и конец вторичной обмотки обозначают соответственно И1 и И2.

В зависимости от характера нагрузки, задач измерения и видов релейной защиты в линиях трехфазного тока измерительные трансформаторы устанавливают на одной, двух или трех фазах.

Если с вторичных обмоток двух трансформаторов одной фазы необходимо получить возможно большую мощность, применяется их последовательное соединение, а параллельное соединение тех же обмоток позволяет увеличить ток во вторичной цепи.

Конструкции трансформаторов тока. По конструкции трансформаторы тока подразделяют на опорные, проходные, шинные, встроенные, разъемные и втулочные.

В зависимости от числа витков первичной обмотки различают одно- и многовитковые трансформаторы тока, а также с одной вторичной обмоткой или несколькими. При монтаже РУ на напряжение 6—10 кВ применяют трансформаторы тока с литой и фарфоровой изоляцией, а при напряжениях до 1 кВ — с литой, хлопчатобумажной и фарфоровой.

Одновитковые трансформаторы тока (см. рис. 8.14, а) конструктивно проще, имеют меньшие размеры, дешевле и более устойчивы при коротких замыканиях, чем многовитковые. Существенным их недостатком является невысокая точность при измерении малых токов. Применяются они для внутренней установки на первичные токи от 400 до 6000 А.

В основном многовитковые трансформаторы с одним сердечником (см. рис. 8.14, 6) применяются для внутренней установки на номинальные первичные токи от 5 до 600 А и для наружной установки на токи от 1000 до 2000 А.

В многовитковых трансформаторах тока с двумя сердечниками каждый из сердечников имеет свою вторичную обмотку, а первичная обмотка у них общая (см. рис. 8.14, в), т. е. получается как бы сдвоенный трансформатор тока. Каждая вторичная обмотка такого трансформатора рассчитана на определенную номинальную нагрузку, при которой он будет работать в пределах своего класса точности. Обычно одну из вторичных обмоток используют для включения измерительных приборов, а другую — для реле защиты. При этом обмотки могут быть одинаковых или разных классов точности.

Обозначение трансформаторов тока. Буквы в обозначении трансформаторов тока расшифровываются так: Т — трансформатор тока, П — проходной, О — одновитковый, М — много-витковый, Л — с литой изоляцией, Ф — с фарфоровой изоляцией. Также в обозначении могут быть цифры, определяющие номинальное напряжение. Отсутствие буквы П указывает на то, что трансформатор тока не проходной, а опорный. Может быть также указан класс точности, а при наличии двух сердечников под чертой указывают номинальный первичный ток. Кроме того, могут быть добавлены буквы, характеризующие исполнение трансформатора тока: нормальное (без дополнительных обозначений); усиленное по термической или динамической устойчивости (У); для дифференциальной защиты (Д); для защиты от замыканий на землю (3).

Трансформатор тока ТПЛ-10 (проходной, с литой изоляцией), рассчитанный на номинальный ток до 400 А, применяется в КРУ внутренней установки (рис. 8.15). Он имеет один или два прямоугольных шихтованных сердечника, на верхних стержнях которых расположены катушки вторичных обмоток (одна или две). Первичную обмотку изготавливают из изолированного провода (для малых токов) и шинной меди (для больших токов). Изоляция литой эпоксидной смолой выполнена между обмотками и от заземленных деталей.

Конструкция трансформатора тока ТПЛ-10

Рис. 8.15. Конструкция трансформатора тока ТПЛ-10:

  • 1 корпус; 2 — болт заземления;
  • 3 сердечник (магнитопровод);
  • 4 винт; 5, 7 — соответственно вторичная и первичная обмотки;
  • 6 контактные пластины; 8 — угольник

Монолитный эпоксидный корпус защищает обмотки от механических повреждений. В нижней части стержня магнитопровода прикреплены два стальных угольника, которые служат основанием трансформатора, имеющего опорнопроходную конструкцию.

Одновитковый трансформатор тока ТШЛ-0,5 называется шинным, поскольку в качестве первичной обмотки в

Трансформатор тока серии ТПОЛ

Рис. 8.17. Трансформатор тока серии ТПОЛ: / — выводы первичной обмотки; 2 — литой корпус; 3 — выводы вторичной обмотки; 4 — фланец

нем используется токопроводящая шина (рис. 8.16). Применяется он в закрытых установках с напряжением до 0,66 кВ. Имеет О-образный магнитопровод, на стержнях которого выполнена вторичная обмотка. Выводы первичной обмотки (линейные) — медные пластины с отверстиями для болтовых соединений, расположение которых в корпусе зависит от типа трансформатора тока. Начало и конец вторичных обмоток (измерительных) соединяют с внешними цепями специальными контактными пластинами и винтами, расположенными на одной из сторон монолитного корпуса.

Трансформатор тока ТПЛМ-10 (проходной, с литой изоляцией, модернизированный) внутренней установки, рассчитанный на номинальный первичный ток до 400 А, применяют в шкафах КРУ. Он состоит из одного или двух прямоугольных шихтованных сердечников с обмотками. Катушечная группа, залитая эпоксидным компаундом, представляет собой монолитный изоляционный блок. Основанием трансформатора служат два стальных угольника, укрепленных на сердечнике. В горизонтальных полках угольников имеются четыре отверстия для крепления трансформатора. На вертикальной полке одного из угольников расположен болт заземления.

Трансформаторы тока серии ТПОЛ (рис. 8.17), рассчитанные для работы в любом положении (горизонтальном, вертикальном, наклонном), устроены по тому же принципу, что и трансформаторы серии ТПЛ, но их первичная обмотка состоит из одного витка — стержня, к которому с обеих сторон присоединяются шины первичной цепи. Изоляцией между их первичной и вторичной обмотками и между первичной обмоткой и заземленными деталями служит также литая эпоксидная смола. Эпоксидный корпус образует сплошной изоляционный слой, который обеспечивает надежную защиту внутренних частей от механических повреждений. Трансформатор тока ТПОЛ-10 применяют на подстанциях и в РУ промышленных предприятий.

В цепях с напряжением до 500 В для измерения тока и мощности, а также учета энергии применяют катушечные опорные трансформаторы тока простой конструкции, состоящие из магнитопровода, на который наложены две обмотки (первичная — для включения в измеряемую цепь и вторичная — для присоединения приборов).

Опорный катушечный трансформатор тока с фарфоровой изоляцией ТКФ-3 применяют в закрытых установках с напряжением до 3 кВ.

Выпускаются также другие трансформаторы аналогичного назначения, например, с литой изоляцией серии ТЗЛ и хлопчатобумажной изоляцией серии ТЗ.

В схемах РУ и подстанций для питания отключающих обмоток приводов используются трансформаторы тока серии ТКБ со шихтованным сердечником, на боковых стержнях которого надеты первичная и вторичная обмотки.

Начала и концы обмоток выведены на щиток, укрепленный на верхней части магнитопровода.

Для измерения силы тока и питания схем защиты в сетях с напряжением до 1 кВ применяются катушечные трансформаторы тока серии ТК с хлопчатобумажной изоляцией.

8.2.6.2. Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения применяются для питания катушек напряжения электроизмерительных приборов, реле, цепей сигнализации, управления и автоматики. От обычного силового трансформатора они отличаются небольшой мощностью. Например, мощность наиболее распространенного трансформатора напряжения НОМ-10 составляет всего 720 В-А.

Устройство и схема трансформатора напряжения показаны на рисунке 8.18. Его первичная обмотка, являющаяся вместе с тем обмоткой высокого напряжения с большим чис лом витков, включается на измеряемое напряжение сети, а вторичная обмотка, являющаяся обмоткой низкого напряжения, замыкается на вольтметр и цепи напряжения других приборов. Обе обмотки концентрические. Обмотка ВН окружает обмотку НН так же, как в силовых трансформаторах. Все измерительные приборы соединяются между собой параллельно, чтобы в них было одно и то же вторичное напряжение трансформатора.

Устройство трансформатора напряжения, нагруженного вольтметром и частотомером (а) и его условное обозначение (б)

Рис. 8.18. Устройство трансформатора напряжения, нагруженного вольтметром и частотомером (а) и его условное обозначение (б)

Сопротивление вольтметра и цепей напряжения измерительных приборов относительно велико (порядка тысяч Ом), т. е. трансформатор напряжения работает в условиях, близких к условиям холостого хода силового трансформатора.

В цепи измерительного прибора вторичное напряжение трансформатора должно совпадать по фазе с первичным. Это достигается соединением обмоток трансформатора напряжения согласно группе 0. Таким образом, трансформатор напряжения передает во вторичную цепь пропорционально измененное значение первичного высокого напряжения и его фазу и позволяет на основании измеренного низкого напряжения U2 определить высокое напряжение Ц.

Правильная передача фазы важна не только для вольтметра или частотомера, но и для ваттметра и счетчика.

На шкалу вольтметра, постоянно работающего с определенным трансформатором напряжения, наносят значения первичного напряжения. Соответственно ваттметры и счетчики, предназначенные для постоянной работы при известных коэффициентах трансформации измерительных трансформаторов, градуируются с учетом этих коэффициентов. Вторичное номинальное напряжение во всех трансформаторах напряжения имеет одно и то же стандартное значение — 100 В.

В целях безопасности обслуживающего персонала один зажим вторичной обмотки и стальной кожух трансформатора напряжения должны быть заземлены. Тем самым предупреждается возн и кновен ие высокого напря жен и я между присоеди нен н ы м и к трансформатору измерительными приборами и землей при повреждении изоляции между обмотками.

Каждый трансформатор напряжения характеризуется двумя мощностями: номинальной и максимальной.

Номинальная мощность определяет перегрузку, т. е. предел нагрузки, при которой гарантируется работа трансформатора в установленном для него классе точности. Максимальная мощность определяет предел нагрузки трансформатора по допустимому нагреву его обмоток. При нагрузках, выше номинальной мощности (и до максимальной), трансформатор напряжения выходит из своего класса точности. В этом случае он работает как силовой, т. е. используется для питания линий освещения, цепей сигнализации и др.

Трансформаторы напряжения различают по числу фаз — однофазные и трехфазные; числу обмоток — двухобмоточные и трехобмоточные; классу точности; способу охлаждения — с масляным охлаждением и естественным воздушным (сухие) и роду установки — внутренние и наружные.

В сетях, подстанциях и РУ промышленных предприятий применяют трансформаторы напряжения классов точности 1 и 3, а для учета электроэнергии — класса 0,5.

Буквы в обозначении трансформаторов напряжения расшифровываются так: Н — напряжение, О — однофазный, М — масляный, С — сухой, К — залитый компаундом (в обозначении НОСК) или с компенсационной обмоткой (в обозначении НТМК), И — пятистержневой, Т — трехфазный (в обозначении НТМИ).

Цифры после букв указывают номинальное напряжение обмотки ВН. Выводы первичной обмотки ВН трехфазных трансформаторов маркируют буквами А, В, С, а вторичной обмотки НН — а, Ь, с и цифрой 0. В однофазных трансформаторах выводы соответственно обозначаются А, X и а, х.

Трансформаторы напряжения понижают ВН до 100 В, что необходимо для питания приборов и цепей вторичных устройств, а также релейной защиты от замыкания на землю.

В распределительных устройствах и подстанциях с напряжением 6—10 кВ применяют преимущественно трансформаторы НОМ-6-10, НТМИ-6-10 или НТМК-6-10.

рме. 8.19. Трансформатор напряжения серии НОМ: а — общий вид; б — выемная часть; 1 — сливная пробка; 2 — бак; 3, 4 — проходные изоляторы; 5— болт заземления; 6 — винтовая пробка; 7— контакт высоковольтного вывода; 8— обмотки; 9 — сердечник

Масляный трансформатор напряжения серии НОМ показан на рисунке 8.19. Он состоит из бака, заполненного маслом, магнитопровода, обмоток и выводов на крышке бака в виде проходных изоляторов. Магнитопровод однофазный, броневого типа. Обмотки намотаны на цилиндр из слоев электрокартона одна поверх другой. Обмотка ВН состоит из двух последовательно соединенных катушек и имеет два электростатических экрана для защиты от перенапряжения. На крышке смонтированы выводы первичного и вторичного напряжений, расположена пробка для доливки масла. На баке закреплен болт для заземления трансформатора.

Тепло, выделяемое трансформатором при работе, отводится заполняющим его маслом, которое, нагреваясь, расширяется. Масло не должно доходить до крышки, т. е. под крышкой должно быть небольшое воздушное пространство, связь которого с окружающей атмосферой осуществляется через неплотную резьбу пробки. При монтаже трансформатора из-под крышки удаляют кожаную уплотнительную шайбу, установленную заводом в целях предупреждения течи масла при транспортировке.

В последнее время промышленностью взамен масляных TH выпускают TH с литой изоляцией из эпоксидных смол, которые лишены недостатков масляных, т. е. не требуют постоянного контроля и периодической замены масла; не имеют ограничений при монтаже в помещениях с повышенной пожарной опасностью, а также на передвижных установках; имеют меньшие массу и размеры.

Схемы включения однофазных TH и присоединения к ним измерительных приборов приведены на рисунке 8.20.

Два однофазных TH (рис. 8.20, а) соединяются в открытый треугольник, если необходимо включить измерительные приборы и реле только на междуфазные либо только линейные напряжения. Три однофазных TH (рис. 8.20, б) соединяются в звезду с глухим заземлением нейтрали обмоток, если необходимо включить измерительные приборы и реле, и на междуфазные (вольтметры VT) и фазные (вольтметры V2) напряжения. Глухое заземление нейтрали обмотки высокого напряжения позволяет следить при помощи вольтметров V2 за состоянием изоляции первичной сети. При нормальном состоянии изоляции вольтметры V2 показывают фазное напряжение. При полном (глухом) замыкании на землю одной из фаз стрелка вольтметра поврежденной фазы будет стоять на нуле, а два вольтметра исправных фаз будут показывать междуфазное напряжение.

Схемы включения однофазных трансформаторов напряжения

Рис. 8.20. Схемы включения однофазных трансформаторов напряжения: a — соединение двух однофазных трансформаторов в открытый треугольник; б — соединение трех однофазных трансформаторов в звезду; VI — вольтметры линейного напряжения; V2 — вольтметры фазного напряжения

Измерительные ТТ и TH предназначены для обеспечения функционирования устройств релейной защиты, автоматики и оборудования для коммерческого учета электрической энергии.

Традиционные индукционные ТТ и TH основаны на использовании явления электромагнитной индукции (наведение в проводниках ЭДС переменным электромагнитным полем), открытого английским физиком Максом Фарадеем в 1831 г. В настоящее время имеются и оптические ТТ и TH, работа которых основана на использовании магнитооптического эффекта Фарадея (вращение плоскости поляризации линейно поляризованного света при прохождении его через вещество, помещенное в магнитное поле), открытого М. Фарадеем в 1845 г. Они обладают рядом преимуществ по сравнению с индукционными аналогами:

  • • возможность масштабного преобразования и измерения как переменного (до 100 кА), так и постоянного, или импульсного (до 600 кА), тока различных напряжений (до 800 кВ);
  • • высокая точность измерений (0,1—0,2 %), достигаемая за счет использования поляризованных световых сигналов и их цифровой обработки;
  • • низкая восприимчивость к вибрациям и изменениям температуры;
  • • малые весогабаритные параметры, упрощающие и облегчающие их монтаж;
  • • простота и надежность конструкции, долговечность;
  • • широкая полоса пропускания сигналов (до 6 кГц), позволяющая производить полный анализ не только количества, но и качества электроэнергии в части содержания гармоник (до 100 гармоник);
  • • возможность интеграции в измерительные и информационные системы с использованием различных интерфейсов (аналоговых и цифровых).

Основным недостатком оптических измерительных трансформаторов является их более высокая стоимость (как и большинства новых устройств), нежели традиционных электромагнитных.

8.2.7. Контрольно-измерительные приборы

Измерение тока и напряжения. приборы — амперметры и вольтметры, в которых используется ориентационное действие магнитного поля на контур с током, устроены следующим образом (рис. 8.21).

На легкой алюминиевой рамке прямоугольной формы с прикрепленной к ней стрелкой намотана катушка. Рамка укреплена на двух полуосях ОО'. В положении равновесия ее удерживают две тонкие спиральные пружины, момент сил упругости

Электроизмерительные

Электроизмерительный прибор

Рис. 8.21. Электроизмерительный прибор:

/ — цилиндр; 2 — алюминиевая рамка; 3 — пружины;

4 — стрелка; 5 — шкала

Схема действия сил в электроизмерительном приборе

Рис. 8.22. Схема действия сил в электроизмерительном приборе

которых пропорционален углу отклонения стрелки. Катушка помещается между полюсами постоянного магнита с наконечниками специальной формы. Внутри нее располагается цилиндр из мягкого железа. Такая конструкция обеспечивает радиальное направление линий магнитной индукции в области нахождения витков катушки (рис. 8.22), т. е. при любом положении катушки момент сил магнитного поля максимален и при неизменной силе тока один и тот же. Векторы F и -F соответствуют силам магнитного поля, которые действуют на катушку и создают вращающий момент. Катушка с током поворачивается до тех пор, пока момент сил упругости пружины не уравновесит момент сил магнитного поля. При увеличении силы тока в два раза стрелка также поворачивается на угол, вдвое больший, так как максимальный момент сил М магнитного поля прямо пропорционален силе тока. Установив, какому углу поворота стрелки соответствует известное значение силы тока, и проградуировав электромагнитный прибор, его можно использовать для измерений в цепях постоянного и переменного тока.

Амперметры и вольтметры являются самыми распространенными щитовыми приборами вследствие простоты устройства и сравнительно хорошей переносимости перегрузки.

Щитовые амперметры выпускают классов 1,0; 1,5; 2,5 на токи до 300 А с прямым включением и до 15 А — с наружными трансформаторами тока. Щитовые вольтметры тех же классов точности выпускаются на напряжения до 600 В с прямым включением и до 750 кВ — с трансформаторами напряжения.

Вольтметры изготовливают с большим собственным сопротивлением (обычно десятки или сотни Ом). Чем больше сопротивление вольтметра, тем меньше он изменяет общее сопротивление участка цепи, параллельно которому подключен, т. е. тем меньше изменяет величину измеряемого напряжения. Для расширения пределов измерения применяют также внешние добавочные резисторы к вольтметрам и шунты к магнитоэлектрическим амперметрам.

В электрических цепях переменного тока для измерения больших токов и напряжений применяют измерительные трансформаторы тока и напряжения. При измерениях в сетях высокого напряжения они служат не только для расширения пределов измерения, но и в целях безопасности обслуживания электроизмерительных приборов.

Для измерения мощности и энергии в электрических цепях можно использовать принцип действия электродинамических и индукционных измерительных механизмов. В практике обычно применяют электродинамические ваттметры и индукционные счетчики электрической энергии.

Электродинамический измерительный механизм. Принцип работы электродинамического механизма заключается во взаимодействии проводов с токами и конструктивно реализуется в виде двух катушек: неподвижной 7 с током 1{ и подвижной 2 с током /2 (рис. 8.23).

Как и в магнитоэлектрическом механиз

ме. 8.23.

Электродинамический измерительный механизм

ме, подвижная катушка получает питание через две спиральные пружины 3, которые вместе с тем создают противодействующий момент Мпр.

Сила взаимодействия двух проводов с токами пропорциональна произведению токов. Аналогичное выражение можно записать и для вращающего момента Мвр, который приводит в движение подвижную катушку:

Чр = к/,/2,

где К — коэффициент пропорциональности.

Электродинамический механизм пригоден для измерений в цепях постоянного и переменного токов, так как при одновременном изменении направления тока в обеих катушках направление вращающего момента сохраняется. Преимуществом электродинамических приборов является их относительно высокая точность.

Электродинамические измерительные механизмы без сердечника применяют для лабораторных переносных приборов повышенной точности, фсрродинамические (с сердечником) чаще изготовливают щитовыми и применяют в цепях пере

менного тока.

Схема включения электродинамического измерительного механизма

Рис. 8.24. Схема включения электродинамического измерительного механизма

Измерение мощности. Зависимость вращающего момента от токов в катушках позволяет использовать электродинамический механизм для измерения мощности, т. е. в качестве ваттметра (рис. 8.24). С этой целью неподвижную катушку 1 включают последовательно с элементом цепи, мощность которого надо измерить (так же как амперметр); подвижную катушку 2 включают параллельно этому же элементу (так же как вольтметр). При этом два зажима ваттметра, отмеченные звездочкой (по одному от каждой обмотки), включают в цепь со стороны источника питания (сети). Ток в неподвижной катушке равен току в рабочей цепи, а ток в подвижной катушке пропорционален напряжению U.

В трехфазной цепи при равномерной нагрузке мощность измеряют одним ваттметром в одной фазе. Общая мощность: Р = ЗРф. При неравномерной нагрузке в некоторых случаях также достаточно одного ваттметра, который поочередно включают в каждую фазу. В четырехпроводной трехфазной цепи можно применить одновременно три ваттметра. Общая мощность: Р = Р, + Р2 + Ру Вместо трех одноэлементных ваттметров применяют один трехэлементный, в котором конструктивно объединены три измерительных элемента, причем подвижные их части находятся на общей оси. Таким образом, вращающие моменты всех

Электрическая схема включения двухэлементного ваттметра

Рис. 8.25. Электрическая схема включения двухэлементного ваттметра

элементов складываются, поэтому на шкале стрелка показывает общую мощность трехфазной цепи.

В трехпроводной трехфазной цепи применяют схему с двумя одноэлементными или одним двухэлементным ваттметрами (рис. 8.25).

Доказано, что общая мощность трехфазной цепи равна сумме показаний двух ваттметров, включенных по этой схеме: Р =

= Т + Л-

Индукционный измерительный механизм. В основе работы индукционного измерительного механизма лежит действие переменного магнитного поля на индуцированные им токи. Отсюда можно заключить, что такой измеритель может работать только в цепях переменного тока.

В конструктивную схему входят два электромагнита /, 4 алюминиевый диск 5; постоянный магнит 2 (рис. 8.26).

Рис. 8.26.

Индукционный измерительный механизм

электрическую

Обмотки электромагнитов включаются в цепь так же, как катушки ваттметра. Обмотка первого электромагнита имеет относительно большое число витков, включается в цепь так же, как вольтметр; обмотка второго электромагнита имеет малое число витков, включается так же, как амперметр.

Переменные токи в обмотках обоих электромагнитов создают переменные магнитные потоки, которые, пронизывая край диска, индуцируют в нем вихревые токи. Вращающий момент создается в результате действия переменного магнитного потока первого электромагнита на ток, индуцированный магнитным полем второго электромагнита, и наоборот.

Более детальное рассмотрение этого вопроса показывает, что вращающий момент (М ) пропорционален активной мощности (Р) цепи:

М = KP/costp = КР.

Под действием этого момента диск вращается. Край алюминиевого диска входит в воздушный зазор постоянного магнита. Если диск вращается, то постоянное магнитное поле индуцирует в диске токи и взаимодействует с ними. В результате на диск действуют электромагнитные силы, направленные против вращения.

Величина тормозного момента (Мт), как показывают расчеты, пропорциональна частоте вращения диска п:

М, = К,п.

Рис. 8.27.

Электрическая схема включения индукционного счетчика электрической энергии

Измерение энергии. При равенстве вращающего и тормозного моментов диск вращается с постоянной скоростью. Для измерения расхода электроэнергии надо считать количество оборотов диска. Счет ведет специальный счетный механизм, связанный с осью диска механической передачей (червячная передача и система зубчатых колесиков), передаточное число которого подобрано так, что расход электроэнергии можно читать на цифровом указателе в киловатт-часах.

Индукционный измерительный механизм, снабженный вместо стрелки и шкалы счетным механизмом, называют счетчиком электрической энергии.

Для измерения энергии в трехфазных электроустановках применяют трехфазные двухэлементные счетчики. Схема включения такого счетчика показана на рисунке 8.27.

Измерение реактивной мощности и энергии в однофазной и трехфазной цепях. Как известно из электротехники, под активной Р и реактивной Q мощностями в электрической цепи понимают соотношения: Р = (//cos ср и Q = t//sin(p, где (р — это угол между напряжением U и током I в однофазной цепи переменного тока. Несмотря на то, что реактивная мощность не определяет ни совершаемой работы, ни передаваемой энергии за единицу времени, измерение ее (и энергии) имеет большое народнохозяйственное значение. Это объясняется тем, что реактивная мощность приводит к дополнительным потерям электрической энергии в ЛЭП, трансформаторах и генераторах.

При измерении реактивной мощности и энергии в трехпроводной и четырехпроводной асимметричных сетях может быть применен один трехэлементный прибор или три прибора (ваттметра или счетчика), включенных по специальным схемам.

На рисунке 8.28 показана электрическая схема включения трех обычных однофазных ваттметров для измерения реактивной мощности (энергии) в трехфазной четырехпроводной сети. Как видно, в этой схеме обмотка напряжения каждого А0~ счетчика (в соответствующей фазе) включается на линейное напряжение двух других фаз со-(для получения дополнитель-л/> ного угла сдвига между напряжениями И токами В 90°). Рис- 8 28- Электрическая схема

На современном этапе включения трех однофазных _ ваттметров

приборостроения индукционные счетчики электроэнергии постепенно вытесняются электронными из-за их недостатков:

  • • отсутствие дистанционного автоматического снятия показаний;
  • • погрешность учета;
  • • однотарифность;
  • • плохая защита от краж электроэнергии;
  • • неудобство в установке и эксплуатации.

В электронном счетчике переменный ток и напряжение воздействуют на электронные элементы для создания и подсчета на выходе импульсов, число которых пропорционально расходу измеряемой электроэнергии, т. е. в электронном счетчике используется преобразование аналоговых входных сигналов тока и напряжения в счетные импульсы.

Электронные счетчики электроэнергии наиболее хорошо подходят для объектов с высоким энергопотреблением и для предприятий.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >