Конспект лекций электротехника. Конспект лекций по дисциплине электротехника 201 5 содержание лекция 1 Введение. Лекция 2
 Скачать 0.83 Mb.
|
|
ЗАЩИТА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИИ ОТ ДЕЙСТВИЯ МОЛНИИ Линейная молния в виде электрического разряда между заряженными облаками и землей длительностью от десятых долей до нескольких секунд, сопровождаемого обычно громом, возникает при напряжении порядка нескольких десятков миллионов Вольти сопровождается внезапным появлением ярко светящегося зигзагообразного канала белого, светло-голубогоили ярко-розового цвета с разветвлениями, раскаленного в основной своей части - главном канале - до температуры свыше 25000°С. диаметр канала молнии бывает от нескольких сантиметров до нескольких дециметров, длина его - от нескольких сотен метров до нескольких десятков километров, а кратковременный ток измеря- ется десятками или сотнями тысяч ампер. Прямой удар линейной молнии в здания и сооружения, возвышающиеся над уровнем земли, сопровождается соответстующими механическими, тепловыми и электромагнитными явлениями, вызывающими значительные разрушения, пожары, поражение близ находящихся людей, животных и птиц, в особенности в тех случаях, если удары молнии приходятся в объекты с малой электропроводностью. Для защиты этих объектов от прямых ударов молнии применяют различные устройства молниезащиты, которые ориентируют на себя разряд молнии и образуют пространство, защищенное от ее поражения, называемое зоной защиты. Устройство молниезащиты, или молниеотвод, состоит из onopы, молииеприемника, токоотвода и заземлителя. Опоры отдельно стоящих молннеотводов выполняют из железобетона, стали и дерева, а, кроме того, в соответствующих случаях в качестве опор используют сами здания и сооружения. Молниеприемник изготовляют в виде стального или иного металлического вертикального стержня различного профиля сечением не менее 100 мм 2 и длиной не менее 200мм и располагают его на высоте, обеспечивающей необходимую зону защиты более низких объектов. Молниеприемник нужно предохранить от коррозии оцинкованием, лужением или покраской. При зданиях и сооружениях, отличающихся значительной протяженностью, применяют несколько стержневых молниеприемников, которые соединяют между собой. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой 150 м, установленного на защищаемом сооружении или вблизи его на железобетонной, металлической или деревянной опоре, представляет собой круговой конус с вершиной, находящейся на высоте h 0 < h, в основании которого находится круг радиусом г 0 . Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте h x представляет собой круг радиусом г x Габариты зоны защиты определяют по следующим формулам: h 0 = 0,92h; r 0 = 1,5h; r x = 1,5 ( h - h x / 0,92 ). Прямой удар молнии в линии электропередачи вызывает перенапряжениия, междуфазные перекрытия, разрушение изоляторов и опор. Это вынуждает подвешивать над проводами линий электропередачи напряжением 110 кВ и выше с железобетонными и металлическими опорами стальные многопроволочные оцинкованные молниезащитные тросы сечением не менее 35 мм 2 , которые на воздушных линиях с напряжением 35 кВ применяют только на подходах к подстанциям длиной 1...2 км, а иногда вместо них используют отдельностоящие стержневые молниеотводы, располагаемые в шахматном порядке по обе стороны трассы. Железобетонные и металлические опоры, а также молниезащитные тросы должны быть заземлены. На воздушных линиях с напряжением 6 и 10 кВ для ограничения перенапряжений, представляющих опасность для изоляции электрооборудования и самих линий, вместо молниезащитных тросов применяют трубчатые разрядники, которые крепят на опорах вдоль трассы и включают через внешний регулируемый искровой промежуток между проводом и землей. Открытые подстанции на напряжение 20 кВ и выше защищают стержневыми молниеотводами с установкой молниеприемников, как правило, на конструкциях подстанций, а иногда прибегают к отдельно стоящим стержневым молниеотводам. Здания закрытых подстанций защищают заземлением железобетоннных несущих конструкций кровли или ее металлического покрытия, а если такое решение неприемлимо, то используют стержневые молниеприемннки, устанавливаемые накрыше здания. Прямой удар молнии сопровождается вторичными явлениями, обусловленными электростатической и электромагнитной индукцией. Так, в проводящих телах не исключена возможность наведения высоких потенциалов относительно земли с возникновением искрообразования в том или ином месте, для борьбы с которым необходимо заземлять крыши, металлические конструкции и прочее проводящее ток оборудование. Кроме того, магнитное поле молнии может в различных разомкнутых витках, концы которых находятся в непосредственной близости, навести такую э.д.с., которая приведет к искро- образованию, достаточному для взрыва производственной пыли, если она имеет опасную концентрацию. В замкнутых контурах под действием наведенных э.д.с. возникающие токи могут вызвать в местах плохого контакта сильный нагрев, что опасно в особенности в пожаро- и взрыво- опасных помещениях. ПРИЛОЖЕНИЕ № 1 ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ. Для оценки работы различных электротехнических устройств и состояния электрооборудования используются различные электроизмерительные приборы. Объектами электрических измерения являются являются все электрические и магнитные величины : сила тока, напряжение, мощность, электрическая энергия, электрическое сопротивление и другие. Для измерения каждой величины используются соответствующие электроизмерительные приборы. Электроизмерительные приборы, показания которых являются непрерывными функциями измеряемых величин, называются аналоговыми. Измерительные приборы, автоматически вырабатывающие дискретные сигналы измерительной информации, показания которых представлены в цифровой форме, называются цифровыми. В аналоговых приборах электрическая энергия преобразуется в механическую, под действием которой подвижная часть прибора поворачивается на некоторый угол. Аналоговые электроизмерительные приборы являются электромеханическими. Они состоят из двух основных частей: измерительного механизма и измерительной цепи. Назначение измерительного механизма - преобразование подводимой к нему электрической энергии в механическую энергию перемещения подвижной части и связанного с ней указателя. Следовательно, измерительный механизм должен содержать подвижную часть, перемещающуюся под действием вращающего момента, возникающего в механизме и не подвижную часть. Измерительная цепь преобразует измеряемую электрическую величину в пропорциональную ей величину, непосредственно воздействующую на измерительный механизм. Так, например, в вольтметре измерительная цепь состоит из добавочного сопротивления и катушки измерительного механизма. Благодаря постоянству сопротивления этой измерительной цепи через измерительный механизм вольтметра проходит ток, пропорциональный измеряемому напряжению. Принцип действия измерительных приборов независимо от их назначения заключается в следующем: электрический ток проходя через прибор вызывает появление вращающего момента и подвижная часть прибора поворачивается на определенный угол. При этом стрелочный указатель перемещаясь по неподвижной шкале, связанной с неподвижной частью прибора, покажет значение измеряемой величины. Когда прибор отключается, вращательный момент исчезает и возвратные пружины возвращают подвижную часть в исходное положение. В состав аналоговых приборов обязательно входят успокоители. Измерительные приборы различают: по назначению, роду измеряемого тока, принципу действия, классу точности, положению корпуса, по климатическим условиям в которых можно применять приборы. По назначению приборы делятся: амперметры, вольтметры, омметры, ваттметры, счетчики, частотомеры, фазометры и другие. Измерительные приборы можно применять в цепях переменного и постоянного тока. Существуют приборы предназначенные для измерения в цепях как переменного, так и постоянного тока. Для определения измеряемой величины измерительные приборы снабжаются отсчетным устройством, состоящим из шкалы и указательной стрелки. По своему характеру шкалы приборов бывают равномерными, у которых расстояние между двумя смежными отметками равны по всей шкале, и неравномерными, имеющими разные расстояния между отметками одинаковых величин в разных частях шкалы. По конструкции шкалы подразделяются на обыкновенные у которых деления нанесены на гладкую белую поверхность, и зеркальные, имеющие дугообразный вырез ниже делений. С внутренней стороны против выреза укреплено зеркало. Такие шкалы применяются у приборов высокого класса точности, снабженных ножевидной стрелкой. Отсчет измеряемой величины производится в таком положении глаза, при котором ножевидная часть стрелки закрывает свое изображение в зеркале. Благодаря этому устраняется погрешность, вызываемая неправильным положением глаза наблюдателя. Лабораторные приборы также имеют ножевидную стрелку, а зеркальной шкалы у них может и не быть. Технические и учебные приборы имеют копьеподобную стрелку и обычную шкалу. Ценой деления шкалы прибора называется количество электрических единиц, приходящихся на одно деление шкалы. Цену деления прибора можно определить, поделив наибольшую измеряемую им величину на количество делений шкалы. Например, если шкала амперметра расчитанного на 5А, поделена на 100 делений, то цена деления равна: С = I/n = 5/100 = 0,05 А/дел Промышленность выпускает пять групп измерительных приборов в зависимости от условий эксплуатации. Эти пять групп различаются по диапазону рабочих температур и относительной влажности. А : + 10 С - + 35 С, относительная влажность - 80 % - закрытые. сухие отапливаемые помещения; Б : - 30 С - + 40 С, относительная влажность - 90 % - закрытые не отапливаемые помещения; В 1 : - 40 С - + 50 С, относительная влажность - 95 %; В 2 : - 50 С - + 60 С, относительная влажность - 95 %; В 3 : - 50 С - + 80 С, относительная влажность - 98 %. В 1 , В 2 , В 3 - в полевых, морских условиях и передвижных установках. Принадлежность прибора к одной из эксплуатационных групп отмечается на шкале прибора. Приборы группы А отметки на шкале не имеют. Приборы предназначенные для измерений в цепях переменного тока показывают действующие значения. В зависимости от физического явления, используемого для целей измерения, измерительные приборы классифицируют по системам: электромагнитная, магнитоэлектрическая, электродинамическая, ферродинамическая, электростатическая, индукционная, термоэлектрическая, вибрационная. Приборы магнитоэлектрической системы. Приборы этой системы используются для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного тока. Принцип действия основан на силовом взаимодействии постоянного магнитного поля и проводника с током. Существуют два основных типа приборов магнитоэлектрической системы : приборы с подвижной катушкой и приборы с подвижным магнитом. Приборы с подвижной катушкой применяются значительно чаще, чем приборы с подвижным магнитом. В приборах этой системы вращающий момент пропорционален силе тока протекающего через измерительную цепь. Достоинства: равномерность шкалы, высокая точность, высокая чувствительность, малое потребление энергии ( 10 -4 - 10 -6 Вт ), низкая чувствительность на внешние магнитные поля, быстрое успокоение подвижной части. Недостатки: только для цепей постоянного тока, сложны в изготовлении и высокая стоимость, высокая чувствительность к перегрузкам. Приборы электромагнитной системы. Приборы этой системы используются для измерения силы тока и напряжения в цепях как переменного, так и постоянного тока. Принцип действия основан на силовом взаимодействии магнитного поля неподвижной катушки и сердечника из магнитного материала. Вращающий момент приборов этой системы зависит квадратично от силы тока, протекающего через измерительную цепь прибора. Достоинства: очень просты в изготовлении, предназначены для цепей переменного и постоянного тока, надежны в эксплуатации, способны выдерживать кратковременные перегрузки. Недостатки: неравномерность шкалы, низкая точность (класс точности 1; 1,5; 2,5), относительно большое потребление энергии (2 - 8 Вт), малая чувствительность, незащищенность от внешних полей. Приборы электродинамической системы. Приборы этой системы используются для измерений силы тока, напряжений, мощности в цепях переменного и постоянного тока. Принцип действия основан на силовом взаимодействии магнитных полей, создаваемых подвижной и неподвижной катушками. Вращающий момент приборов этой системы зависит от произведения силы токов притекающих через обе катушки прибора. Достоинства : возможность измерения в цепях переменного и постоянного тока, высокая точность, равномерность шкалы. Недостатки: большое потребление энергии, чувствительность на внешние магнитные поля, боятся перегрузок, чувствительны к механическим воздействиям, высокая стоимость. Приборы ферродинамической системы. Приборы этой системы являются разновидностью приборов электродинамической системы. Для увеличения вращающего момента и уменьшения влияния внешних магнитных полей внутрь подвижной катушки таких приборов иногда вставляют стальной сердечник, а неподвижную катушку наматывают на стальной магнитопровод. Однако показания начинают зависеть от частоты, поэтому класс точности, как правило, не высокий (1,5; 2,5 ). Приборы электростатической системы. Принцип действия основан на взаимодействии между двумя электрически заряженными металлическими телами, разделенными диэлектриком. При подключении прибора к источнику постоянного напряжения неподвижные пластины заряжаются одноименным зарядом, а подвижная - зарядом противоположного знака. Между пластинами возникает электрическое поле. Под действием сил этого поля подвижная пластина, притягиваясь к неподвижным, поворачивается на оси и входит в зазор между неподвижными пластинами. Достоинства : равномерная шкала, применяются в цепях переменного и постоянного тока, нечувствительны к внешним магнитным полям, малое энергопотребление. Недостатки : чувствительны к внешним электрическим полям, низкая точность ( 1,5 и ниже ). Приборы индукционной системы. Приборы этой системы используются только для цепей переменного тока. Они построены на принципе использования электромагнитной индукции. Вращающий момент в подвижной части - диске создается двумя переменными магнитными потоками, взаимодействующими с вихревыми токами, индуктированными этими же магнитными потоками в подвижной части прибора. Если одну индукционную катушку включить в цепь тока ( последовательно с нагрузкой ), а другую катушку - в цепь напряжения (то есть параллельно нагрузке ), то частота вращения диска будет пропорциональна мощности потребляемой в нагрузке. Число оборотов диска, пропорциональное энергии потребляемой нагрузкой за некоторое время, фиксируется счетным механизмом. Индукционные приборы используются в качестве счетчиков электрической энергии в цепях переменного тока. Каждый электроизмерительный прибор рассчитан на определенные условия, в которых им можно пользоваться: на определенный ток (переменный или постоянный), установку, класс точности и так далее. Поэтому на шкале каждого электроизмерительного прибора имеются соответствующие условные обозначения. Условное обозначение Значение условного обозначения Прибор постоянного тока Прибор переменного тока Прибор переменного и постоянного тока Прибор трехфазного тока Прибор магнитоэлектрической системы Прибор электромагнитной системы Прибор электродинамической системы Условное обозначение Значение условного обозначения Прибор ферродинамической системы Прибор индукционной системы Прибор вибрационной системы Прибор электростатической системы Рабочее положение шкалы вертикальное Рабочее положение шкалы горизонтальное Рабочее положение шкалы, под углом 45 0 к горизонту Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением 3 кВ Защита от внешних магнитных полей 3 мТл Защита от внешних электрических полей 10 кВ/м 400 Гц Номинальное значение частоты Класс точности прибора А Амперметр V Вольтметр W Ваттметр Wh Электрические счетчики Hz Частотомеры cos Фазометры , М Омметры и мегомметры Кроме этих обозначений на шкалах приборов иногда ставят в начале и в конце шкалы, а иногда только в начале или только в конце точки. Эти точки означают следующее, что если значение измеряемой величины находится между точками или между точкой (если точка одна) и большей части шкалы, то точность данного измерения соответствует классу точности указанному на шкале электроизмерительного прибора. Перед каждым измерением необходимо внимательно рассмотреть обозначения на шкале прибора, определить, пригоден ли он для данного измерения, правильно установить его и только после этого производить измерение. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ Результат измерения, полученный с помощью любого измерительного прибора, всегда отличается от действительного значения измеряемой величины. Разность между показанием прибора и действительным значением, взятая по модулю называется абсолютной погрешностью прибора. А = А изм - А д Обычно в качестве действительного значения здесь берут среднеарифметическое значение измеряемой величины. Для данного прибора считается, что его абсолютная погрешность постоянна и не изменяется с изменением измеряемой величины. Эта погрешность представляет собой сумму погрешностей от влияния различных факторов: неправильной градуировки шкалы прибора, внешней температуры, самонагрева, частоты переменного тока и так далее. Для оценки погрешности измерения используется понятие относительной погрешности. Относительная погрешность определяется отношением абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины, умноженное на 100%: = А/ А изм 100% Из определения относительной погрешности видно, что относительная погрешность в начале шкалы больше, чем в конце. Считается, что измерения желательно проводить в последней трети шкалы, в этом случае относительная погрешность будет наименьшей. Оценить качество прибора по значению абсолютной и относительной погрешности невозможно. Поэтому было введено понятие приведенной погрешности: отношение абсолютной погрешности к максимальному показанию прибора умноженное на 100 %. |