Измерительные трансформаторы тока и напряжения. Предохранители.

Электроснабжение

1. Измерительные трансформаторы тока и напряжения. Предохранители.

2. Определение расчетных нагрузок на вводе к потребителям.

3. Определение расчетных нагрузок предприятий по промышленному производству с/х продукции. (По удельному расходу энергии.По установленной мощности электрооборудования.).

4. Определение расчетных нагрузок в электрических сетях.

5. Время использования максимума нагрузки и время потерь.

6. Определение площади сечения проводов по экономической плотности.

7. Определение площади сечения проводов по экономическим интервалам нагрузок.

8. Определение площади сечения проводов по допустимому нагреву. (Для сетей защищаемых предохранителями и автоматическими выключателями).

9. Падение и потеря напряжения в линиях 3-х фазного тока.

10. Расчет магистральной линии трехфазного тока с равномерной нагрузкой фаз по допустимой потере напряжения.

11. Регулирование напряжения с помощью сетевых устройств и установок емкостной конденсации.

12. Расчет токов к.з. при питании от системы бесконечной мощности.

13. Расчет токов к.з. в сетях напряжением 380 В.

14. Выбор электрических аппаратов по условиям нормального и аварийного режимов. (Предохранители, разъединители, автоматические выключатели).

15. Защита электроустановок от атмосферных перенапряжений.

Измерительные трансформаторы тока и напряжения. Предохранители.

Трансформаторы тока.Трансформаторы тока служат для измерения тока в установках переменного тока и питания оперативных цепей защиты, а также обеспечивают безопасность измеренийв высоковольтных сетях, позволяют производить измерения на значительных расстояниях от места установки и стандартизироватьизмерительные приборы по току.

Трансформатор тока (рис. 4.37) состоит из замкнутого сердечника 1, собранного из листовой электротехнической стали, и двухобмоток (первичной 2 и вторичной 3), которые надежно изолированы друг от друга и от сердечника.

Первичная и вторичная обмотки имеют соответственно W1и W2 витков. Коэффициент трансформации определяется обратным отношением числа витков или отношением токов первичнойI_1ни вторичной обмоток трансформатора I_2н, т. е.

Трансформаторы тока имеют угловую погрешность и погрешность по току. Погрешность по току  определяется по формуле:

Погрешность по току учитывается для всех приборов и реле.

Угловая погрешность характеризуется углом сдвига между вектором первичного тока и вектором вторичного тока, повернутым на 180 градусов. Она учитывается для приборов и реле ваттметрового типа. Эти погрешности зависят от магнитного сопротивления магнитопровода, значения первичного тока, нагрузки вторичной обмотки и соотношения еи активной и индуктивной составляющих.

Номинальной нагрузкой трансформатора тока называют такое значение , при котором трансформатор тока может работатьв данном классе точности. Эта нагрузка в вольт-амперах (В А) илиомах (Ом) приводится в каталогах.

В зависимости от токовой погрешности выпускаются трансформаторы тока со следующими классами точности: 0,2 (для лабораторныхизмерений), 0,5 (для питания счетчиков, по которым ведутся денежные расчеты), 1, 3, 10 и Р (для питания щитовых приборов и реле).

В основном, для всех трансформаторов тока вторичный номинальный ток принят равным 5 А. Приборы, питающиеся от трансформаторов тока, градуируют по первичному току, при этом нашкале показывают коэффициент трансформации.

Высоковольтные трансформаторы тока обозначают следующим образом. Например, ТПЛУ-10-0,5/Р-50, где Т означает трансформатор тока,П - проходной, Л - с литой изоляцией, У - с усиленной первичнойобмоткой, 10 - номинальное напряжение 10 кВ, 0,5/Р - с двумя сердечниками классов точности 0,5 и Р, 50 - первичный ток равен 50 А.

Трансформаторы тока, применяемые в высоковольтных установках, различают по следующим признакам:

1) по роду установки- внутренней и наружной (Н);

2) по конструктивному исполнению- проходные (П), катушечные (К), встроенные (В) и т. д.;

3) по числу витков первичной обмотки- многовитковые, одновитковые (О), шинные (Ш);

4) по виду основной изоляций- фарфоровой (Ф), литой из эпоксидныхсмол (Л);

5) по числу сердечников- с одним, двумя или несколькими.

Первичную обмотку трансформатора тока, которая маркируетсяЛ1 и Л2, включают в цепь последовательного, а к вторичной (И1 и И2)присоединяют последовательно соединенные токовые обмотки приборов и реле. Номинальный режим работы трансформатора тока близок к режиму короткого замыкания. Режим размыкания вторичнойобмотки для трансформаторов тока опасен тем, что в данном случаеисчезает размагничивающее действие этой обмотки и в магнитопроводе резко возрастает магнитный поток. Это приводит к сильномунагреву магнитопровода и возникновению на зажимах разомкнутойобмотки большой ЭДС, опасной для обслуживающего персоналаи изоляции вторичной обмотки. Поэтому при необходимости заменыприборов в цепи работающего трансформатора тока необходимопредварительно замкнуть накоротко его вторичную обмотку.

Для повышения безопасности персонала при обслуживании измерительныхприборов и реле одну из точек вторичной цепи измерительныхтрансформаторов заземляют, что обеспечивает безопасностьв случае нарушения изоляции между цепями высокого и низкого напряженийи попадания высокого потенциала на вторичную цепь.

Трансформаторы напряжения. Трансформаторы напряжения(рис. 4.39) по принципуработы, схемам включения и свойствам неотличаются от силовых трансформаторов, но имеют небольшуюмощность. Они используются в электрических установках напряжением выше 380 В для питания обмоток напряжения измерительных приборов, реле, оперативных цепей защиты, автоматики, сигнальных цепей.

Обмотки трансформатора располагаются на общем магнитопроводе. Во вторичной обмоткечисло витков W2 значительноменьше, чем W1 в первичной обмотке. Трансформатор напряженияне должен перегружаться и подвергаться коротким замыканиям.Поэтому его всегда включают через предохранитель.

Номинальный коэффициент трансформации приблизительно равен отношению числа витков первичной W1 и вторичной W2 обмоток или первичного напряжения ко вторичному напряжению, т. е.

В трансформаторах напряжения возникают погрешности по коэффициенту трансформации (погрешность по напряжению) и по углу (угловая погрешность).

Погрешность по напряжению определяется по формуле:

Эта погрешность влияет на точность измерений, проводимых всеми видами приборов.

Угловая погрешность влияет на измерения приборами ваттметрового типа (ваттметры, фазометры, счетчики, реле мощности и др.). Она представляет собой угол между векторами напряжения U1 на зажимах первичной обмотки и напряжения U2 на зажимах вторичной обмотки, повернутого на 180°.

На погрешность трансформаторов напряжения влияют токи холостого хода, сопротивление обмоток, значение вторичной нагрузки, ее коэффициент мощности и колебание первичного напряжения.

Трансформаторы напряжения выпускаются четырех классов точности (0,2; 0,5; 1,0 и 3,0), которые характеризуются определенными допустимыми погрешностями при нагрузке трансформатораот 25 % до 100 % номинальной. Значения погрешностей для всехклассов точности приводятся в каталогах. При перегрузках трансформатор выходит из своего классаточности.

Для включения счетчиков применяют трансформаторы напряжения класса точности 0,5. Все остальные измерительные приборывключают на трансформаторы напряжением класса 1,0. Трансформаторы класса 3,0 используются для питания реле и вольтметров,не служащих для подсчета мощности и коэффициента мощности.Трансформаторы класса 0,2 используют в лабораториях.

Для измерения напряжений в высоковольтных установках с помощью трансформаторов напряжения используют однофазные илитрехфазные трансформаторы.

Предохранители. Они предназначены для защиты электрических установок от перегрузок и коротких замыканий. Работа предохранителей основана на тепловом действии тока. Плавкая вставкапредохранителей, как и всякий проводник, нагревается током. Привозникновении перегрузки или короткого замыкания (КЗ) плавкаявставка перегорает и цепь разрывается.

По способу и эффективности гашения электрической дуги предохранители разделяются на две основные группы:

1. Предохранители без токоограничения. В этих предохранителях дуга гасится в моментперехода тока через нулевое значение.К их числу относятся стреляющие, пластинчатые и трубчатые (беззаполнения) предохранители;

2. Предохранители с токоограничением. В этих предохранителях дуга гасится и ток короткого замыкания обрывается ранее, чемон достигает ударного значения. К этой группе относятся все типытрубчатых предохранителей с заполнителем и предохранителис фибровыми трубками.

При применении токоограничивающих предохранителей гашение дуги происходит на участке 0-1 (рис. 4.9), т. е. ток короткогозамыкания не достигает своего максимального значения (точка≪1≫). В предохранителях без токоограничениягашение дуги происходит при прохождении током через нулевое значение (точка ≪2≫),и оборудование испытывает на себедействие ударного тока КЗ.

Одним из средств токоограничения и улучшения гашения дугиявляются газогенерирующие материалы, в частности, фибра. Привозникновении дуги фибра выделяет водород (40 %) и углекислыйгаз (60 %). Давление в трубке резко повышается, что вызывает гашениедуги. Благодаря быстрой ионизации дугового промежуткаего сопротивление резко возрастает, вследствие чего ток КЗ в цепиуменьшается и не достигает своего максимального значения.

Другим средством токоограничения и улучшения гашениядуги является использование мелкозернистого наполнителя(кварцевый песок, тальк). Электрическая дуга, возникшая наместе плавкой вставки, горит в контакте с мельчайшими частицами наполнителя. Этообеспечивает интенсивный отвод теплаот электрической дуги и способствует быстрому еегашению.Ток в цепи обрывается раньше его естественного прохождениячерез нулевое значение.

В настоящее время с целью токоограничения в предохранителях широко применяется так называемый металлургическийэффект. На медную или покрытую серебром проволоку наносятоловянный шарик диаметром 1...3 мм. При нагреве проволоки дотемпературы, близкой к температуре плавления олова (230 °С),молекулы олова начинают усиленно диффундировать в материалпроволоки, образуя сплав из двух материалов. В месте нахождения шарика проволока быстро плавится и вставка перегорает притемпературе, близкой к температуре плавленияолова.

В момент перегорания плавкой вставки предохранителя возникает перенапряжение. Для егоуменьшения стремятся сократить длину вставки. Это достигается использованием промежутка переменной величины, который в момент перегорания плавкой вставки получается очень коротким ( 3 . 5 см), а затем быстро увеличивается до нескольких десятков сантиметров из-за механического перемещения одного из электродов.

Другой способ снижения перенапряжения заключаетсяв применении ступенчатых плавких вставок, выполненных с разным сечением по длине.

В сетях напряжением до 1 кВ обычно используются предохранители типов ПР(предохранитель с разборным патроном безнаполнителя), ПН (с наполнителем, разборный), НПН (с наполнителем, неразборный).

Применяются также насыпные предохранители с неразборным патроном серии ПН-31, рассчитанные на номинальный ток3 2 . 1 0 0 А и напряжение 660 В. Все токоведущие части предохранителей (в том числе плавкая вставка) выполнены из алюминия. Использование этихпредохранителей позволяет экономитьболее дорогой медный прокат.

В сетях напряжением свыше 1 кВ применяются предохранители типов ПК (предохранитель с кварцевым наполнителем токоограничивающий) и ПВТ (предохранитель выхлопнойтрубчатый).