МУ Лабораторные работы. Сборник лабораторных работ хабаровск 2021
 Скачать 0.75 Mb.
|
|
Дальневосточный государственный университет путей сообщения ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ Сборник лабораторных работ ХАБАРОВСК 2021 ВВЕДЕНИЕ Основным содержанием лабораторных работ является практическое ознакомление с конструкцией и методами испытания высоковольтного и низковольтного коммутационного оборудования переменного тока, приобретение навыков формирования электрических схем и правил включения измерительных приборов. Лабораторные работы выполняются на натурных стендах с использованием типового высоковольтного оборудования и преследуют цель выработки у студентов навыков проведения наладочных работ, испытания оборудования, а также подготовка студентов к изучению специальных дисциплин учебного плана. Для выполнения лабораторных работ требуется самостоятельное изучение рекомендуемой учебной и справочной литературы. Особое внимание следует уделить выработке навыков чтения схем управления коммутационными аппаратами. Порядок и объем выполнения лабораторных работ, формы отчетности приведены в тексте методических указаний. Форма титульного листа отчета Дальневосточный государственный университет путей сообщения Кафедра "Системы электроснабжение» Лаборатория "Электрическая часть станций и подстанции" ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ И ПОДСТАНЦИИ Студент _________________________ Группа __________________________ Руководитель занятий Григорьев Н.П. Хабаровск, 2021 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 Тема работы Изучение автоматических воздушных выключателей низкого напряжения Цель работы 1. Ознакомиться с конструкцией и принципом действия автоматических выключателей, определение время-токовых (защитных) характеристик. 2. Изучение номинальных параметров автоматических выключателей и производителей низковольтных выключателей. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Автоматический воздушный выключатель - это аппарат, предназначенный для нечастых включений и отключений электрической цепи при рабочей нагрузке, а также для автоматического отключения цепи при возникновении нарушения нормальных режимов, перегрузки, коротких замыканий и исчезновения или снижения напряжения. Название "воздушный" выключатель получил потому, что, гашение электрической дуги возникающей между его контакт деталями при отключении цепи происходит в воздухе. Различают несколько разновидностей выключателей: универсальные (работают на постоянном и переменном токе), установочные (предназначаются для установки в общедоступных помещениях), быстродействующие постоянного тока. Выключатели состоят из следующих основных элементов: главной контактной системы, дугогасительной системы, привода, расцепляющего устройства и вспомогательных контактов (рис. 1, 2).  Составные элементы автоматов - пробок УХЛ4: 1. Сердечник; 10. Защелка; 2. Электромагнит; 11. Рычаг; 3. Гибкий проводник; 12. Ось; 4. Штифт; 13. Контактный мостик; 5. Биметаллическая пластина; 14. Неподвижные контакты; 6. Неподвижные контакты; 15. Гильза; 7. Кнопка включения; 16. Деталь; 8. Кнопка отключения; 17. Пружина; 9. Ось; 18. Центральный контакт. Рис. 1. Автомат типа УХЛ4 Составные элементы автоматов А3161: 19. Биметаллическая пластина; 31. Проводники; 20. Отключающая рейка; 32. Траверса; 21. Собачка; 33. Контактодержатели; 22. Рычаг механизма управления; 34. Рычаги; 23. Ось; 35. Рычаги; 24. Переключатель; 36. Гибкое соединение; 25. Пружина; 37. Контакты; 26. Ось; 38. Медные шины; 27. Дугогасительная камера; 39. Контакты; 28. Крышка; 40. Медные основы; 29. Проводники; 41. Основание. 30. Расцепитель Imax; Рис. 2. Автомат А3161Контакты (К) производят замыкание и размыкание электрической цепи. Они заключены в дугогасительную камеру, назначение которой быстро гасить дугу и предотвращать выброс ионизированных газов из дугового промежутка. Контакты К связаны с приводом (П) через механизм свободного расцепления (МСР), на который могут воздействовать также установленный в автомате различные расцепители (РЗ), (РН) и отключающая катушка (ОК). Благодаря наличию механизма МСР отключение автомата происходит при возникновении аварийного режима независимо от положения рукоятки привода. Расцепители выполняют роль защитных элементов, реагирующих на отклонение определенного параметра от своего нормального значения. Они представляют собой электромагнитные и термобиметаллические реле, измерительные органы которых включены в электрическую цепь, а исполнительные - воздействуют на отключение контактов автомата (К). Автоматы могут снабжаться блок-контактами (БК). Установочные автоматы чаще всего используются для защиты электроустановок от сверхтоков перегрузки и коротких замыканий (КЗ). Этот тип автоматов позволяет заменить собой в распределительных устройствах неавтоматические выключатели и предохранители. Их применение вместо плавких предохранителей имеет следующие преимущества: При перегрузках или к.з. отключаются сразу три фазы, что устраняет возможность однофазной работы трехфазных двигателей. Снижаются простои, так как на включение сработавшего автомата требуется меньше времени, чем на замену перегоревшего предохранителя. Время-токовые характеристики защиты от перегрузок автоматов больше соответствуют параметрам защищаемого электрооборудования, чем предохранители. Эскиз резьбового автомата с комбинированным расцепителем приведен на рис. 1. Когда автомат включен, ток приходит от центрального контакта 18 через неподвижные контакты 6,14, соединенные контактным мостиком 13, биметаллическую пластину 5, гибкий проводник 3 и обмотку электромагнита 2 к гильзе 15. При длительной перегрузке биметаллическая пластина 5 нагревается и изгибается, в результате через систему рычагов и пружины размыкается контактный мостик 13. При к.з. сердечник электромагнита втягивается вниз, защелка 10 поворачивается и автомат мгновенно отключается (режим отсечки). Включение автомата в ручную осуществляется нажатием белой большой кнопки 7, а отключение - нажатием малой красной кнопки 8. Устройство автомата А3161 приведено на рис.3. 3. ХарактеристикИ автоматов Зависимость полного времени отключения цепи от тока называют время-токовой характеристикой, или защитной характеристикой автомата (рис. 3). О  бъект будет защищен в том случае, если его рабочая характеристика (1) располагается ниже защитной характеристики автомата (2) при любом значении тока нагрузки в цепи, в этом случае автомат не будет отключаться в нагрузочном режиме. Рис. 3. Согласование защитных характеристик автомата1 - рабочий режим автомата; 2 - защитная характеристика объекта 4. Описание лабораторного стенда Силовые цепи на стенде показаны сплошной линией, а измерительные - пунктирной. Силовая цепь предварительно собрана, студенты собирают измерительную цепь и подключают ЛАТР к первичной обмотке нагрузочного трансформатора. Электрическая схема установки приведена на рис.4. На панели стенда установлены: трансформатор нагрузочный - ТН, трансформатор тока - ТТ, балластное сопротивление - Rб, автомат А3161-QA, резьбовая гильза для автомата-пробки (гнезда 1,2), ключ двойной с парами зажимов К1 и К2, С1 и С2. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| NN n/n | Тип автоматов | Uн | Iн | Число полюсов | Вид расцепителя | Уставка срабатывания | Вид привода |
| В | А | ||||||
| | А3161 | 220 | 15 | 1 | Тепловой | 1,25 Iн | Ручной |
| | УХЛ4 | 220 | 6,3 | 1 | Тепловой | 1,25 Iн | Ручной |
2. Собрать схему рис.4. Проверить исправность измерительной цепи, для чего замкнуть контакты ключа С1-С2 и зафиксировать работу секундомера.
Примечание: перед этим необходимо убедиться в том, что автомат А3161 и автомат-пробка находятся в отключенном состоянии. Движок ЛАТРа должен находиться в нулевом положении.
3. Проверить силовую цепь измерительной схемы (рис.4). Для этого ключом замыкаются контакты К0 и К1 и увеличивая напряжение ЛАТРа убедиться, что стрелка амперметра отклоняется. Необходимо проверить возможность изменения тока в силовой цепи в диапазоне 050 А.
4. Возвратить движок ЛАТРа в нулевое положение. Контакты ключа К0К1 остаются замкнутыми. Включить в работу один из исследуемых автоматов.
5. Для снятия защитной характеристики, исследуемого автомата, установить контакты ключа в положение К0-К2 (при этом секундомер начинает работать) быстро установить в цепи ток равный 1,5 Iн.
ВНИМАНИЕ: В момент срабатывания автомата одновременно зафиксировать значение тока и времени срабатывания и привести ключ в ней- тральное положение. Результаты измерения занести в таблицу 2.
Таблица 2
Результаты измерений времени и тока срабатывания автомата
| | УХЛ4 | А3161 | ||||
| I, А | | | | | | |
| t, сек | | | | | | |
Измерения повторить 45 раз, изменяя значения тока срабатывания в пределах 1,54 Iн для построения защитной характеристики автомата.
ВНИМАНИЕ: Учитывая достаточно большое значение токов в цепях схемы, время снятия показаний приборов для каждого измерения не должно превышать 3-5 сек.
6. По результатам измерений построить защитные характеристики испытуемых автоматов и сделать выводы.
Содержание отчета
Отчет должен быть составлен по пунктам программы испытаний и содержать:
Формулировку темы и целей работы.
Паспортные данные автоматов
Эскиз кинематических связей подвижных элементов автомата
Электрическую схему испытаний
Защитные характеристики автоматов
Выводы
Контрольные вопросы
1. Назначение и область применения автоматов.
2. Понятие о рабочих и защитных характеристиках электрических аппаратов.
3. Согласование защитных характеристик автоматов.
4. Способы защиты коммутируемых цепей от перегрузок и коротких замыканий с помощью автоматов.
5. Принцип работы тепловых и электромагнитных расцепителей.
6. Основные узлы конструкции автоматов и их назначение.
7. Основные параметры и характеристики автоматов.
8. Методика снятия защитных характеристик автоматов.
Список литературы
1. Чунихин А.А. Электрические аппараты. М: Энергоатомиздат.-1988, 718с.
2. Бурда А.Г. Обучение в электромонтажных мастерских. М: Радиосвязь.-1988, 232с.
3. Кисаримов Р.А. Справочник электрика, М:Радио Софт.-1999.
4. Новиков Ю.Н. и др. Лабораторный практикум по электрическим аппаратам. М.:Высшая школа.-1971, 196с.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2
Тема работы
Изучение устройства магнитного пускателя
и работы его схемы управления
1. Цель работы: ознакомиться с конструкцией и принципом работы основных узлов магнитного пускателя. Изучить и получить навыки в сборке схем управления нереверсивных и реверсивных коммутационных аппаратов.
2. Общая характеристика магнитных пускателей
Магнитным пускателем (МП) называется трехполюсный контактор, предназначенный для коммутационных операций в цепях реверсивных и нереверсивных потребителей и защиты их от перегрузок при рабочих напряжениях до 500 В и рабочих токах до 150 А. Паспортные данные магнитного пускателя ПМЕ-212 приведены в таблице 3.
Таблица 3
Паспортные данные магнитного пускателя
| Тип магнитного пускателя | | ПМЕ-212 |
| Номинальное напряжение | В | 380 |
| Номинальный ток | А | 25 |
| Коммутационная износостойкость при Iн | В.О. | 5105 |
| Механическая износостойкость | В.О. | 20105 |
| Ток теплового реле номинальный | А | 25 |
| Ток теплового элемента | А | 20 |
| Пределы регулирования тока несрабатывания | % | 5 |
| Максимальная мощность двигателя | кВт | 10 |
Управление работой главных контактов МП осуществляется электромагнитной катушкой КМ1 (Контакты КМ1.1, КМ1.2, КМ1.3 и блокировочные контакты КМ1.4 рис. 6).
Рис.6. Схема управления нереверсивным двигателем с помощью двухкнопочной станции управления
Двухкнопочная станция состоит из кнопки ПУСК, имеющей нормально разомкнутые, замыкающиеся при нажатии кнопки контакты и кнопки СТОП, имеющей нормально замкнутые, размыкающиеся при нажатии кнопки контакты (Рис.7а).
Рис. 7. Кнопочные группы: а) двухкнопочной; б) трехкнопочной пусковых станций
Схема управления нереверсивным двигателем с помощью двухкнопочной станции приведена на рис. 6. В силовую цепь двигателя последовательно в каждую фазу включены силовые контакты пускателя (КМ1.1, КМ1.2, КМ1.3), подающие напряжение в обмотки двигателя.
В цепь управления, подключенную на линейное напряжение питающей сети последовательно включены: обмотка контактора КМ1, кнопки SBS "ПУСК", SBT "СТОП". При нажатии кнопки ПУСК образуется цепь управления: фаза А - обмотка КМ1 - контакты кнопки SBS "ПУСК" - контакты кнопки SBT "СТОП" - фаза С. Главные контакты КМ1.1, КМ1.2, КМ1.3 замыкаются и в обмотки двигателя подается трехфазное напряжение; чтобы при отпускании кнопки "ПУСК" (ее контакты возвращаются в разомкнутое состояние) двигатель не остановился, параллельно ей подключены блокировочные контакты КМ1.4. Остановка двигателя осуществляется нажатием кнопки "СТОП", размыкающие контакты которой разрывают цепь управления. Для защиты двигателя от перегрузки в цепь двух фаз включены тепловые реле КК1, КК2, нагревательные элементы которых разрывают цепь катушки КМ1.
Реверсирование двигателя выполняется с помощью двух контакторов (КМ1 и КМ2) и трехкнопочной станции управления (рис. 8). При срабатывании контактора КМ1 (силовых контактов КМ1.1, КМ1.2, КМ1.3) к обмоткам двигателя подается напряжение сети с прямым порядком чередования фаз (АВС). Если срабатывает контактор КМ2 (контакты КМ2.1, КМ2.2, КМ2.3) порядок чередования фаз меняется (СВА) и двигатель изменяет направление вращения.
Рис. 8. Схема управления реверсивным двигателем с помощью трехкнопочной станции управления
При одновременном срабатывании обоих контактов КМ1 и КМ2 возникает короткое замыкание фаз А-С. Для предотвращения этого режима применяется электрическая блокировка цепи управления нормально замкнутыми контактами КМ1.5, КМ2.5 и SBS1 и SBS2.
Пуск двигателя "Вперед" осуществляется нажатием кнопки SBS1 "Вперед". При этом образуется цепь: фаза А - контакты термореле КК1, КК2 - замкнутые контакты кнопки SBT "СТОП" - замкнутые контакты SBS2 "Назад" - замыкающие контакты кнопки SBS1 "Вперед" - замкнутые контакты КМ2.5 - обмотка электромагнита контактора КМ1 - фаза С. Замыкаются силовые контакты КМ1.1, КМ1.2, КМ1.3. Двигатель получает прямой порядок чередования фаз.
Пуск двигателя "Назад" осуществляется нажатием кнопки SBS2. При
этом образуется цепь: фаза А - контакты термореле КК1, КК2 - замкну-
тые контакты кнопки "СТОП" - замыкающие контакты SBS2 "Назад" - замкнутые контакты SBS1 - замкнутые контакты КМ1.5 - обмотка электромагнита контактора КМ2 - фаза С.
В результате срабатывания катушки электромагнита КМ2 замыкаются силовые контакты КМ2.1, КМ2.2, КМ2.3 и в обмотку двигателя подается обратный порядок чередования фаз трехфазной системы. Двигатель начинает вращаться в обратном направлении. Одновременное нажатие кнопок SBS1 "Вперед" и SBS2 "Назад" приведет к исчезновению тока в цепях катушек обоих электромагнитов и не один контактор не срабатывает. Защита силовой цепи двигателя от перегрузок осуществляется термореле КК1 и КК2. Короткие замыкания в цепях схемы отключаются предохранителями.
ОБЪЕМ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Ознакомиться с конструкцией, принципом работы и компоновкой основных узлов МП. Составить эскиз кинематических связей подвижных элементов контактов, входящих в состав реверсивного МП.
2. Используя одну из двух двухкнопочных станций (рис. 7а), собрать схему управления нереверсивного двигателя (рис. 6), и опробовать ее в работе (рис.6).
3. Определить величину тока, потребляемого обмоткой контактора, рассчитать потребляемую мощность.
4. Ознакомившись с принципом работы нереверсивной схемы управления работой двигателя, самостоятельно разработать и собрать многопостовую схему управления работой двигателя, используя две двухкнопочные станции. Проверить ее в работе.
5. Используя трехкнопочную станцию управления (рис. 7б), собрать реверсивную схему управления работой двигателя (рис. 8). Опробовать ее в работе. Объяснить работу электрической блокировки, предотвращающей одновременное срабатывание двух контакторов МП.
Примечание: изменение направления вращения двигателя производить только после полной его остановки.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет должен быть составлен по пунктам программы выполнения работы и содержать:
- паспортные данные МП;
- формулировку цели работы;
- эскиз кинематических связей подвижных элементов контактора КМ;
- реверсивную, нереверсивную и многопостовую схемы управления работой двигателя;
- объяснение принципа работы блокировки от одновременного срабатывания двух контакторов МП.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Устройство и принцип работы МП.
2. Как осуществляется защита потребителя от перегрузок и коротких замыканий с помощью МП?.
3. Объясните принцип работы реверсивной и нереверсивной схемы управления МП.
4. Принцип работы электрической блокировки от одновременного срабатывания двух контакторов МП.
5. Способы гашения дуги в МП.
6. Выбор МП.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Чунихин А.А. Электрические аппараты. М: Энергоатомиздат.-1988, с.718.
2. Бурда А.Г. Обучение в электромагнитных мастерских. М: Радиосвязь.- 1988, с.232.
3. Каминский Е.А. Техника чтения схем электроустановок. М: Энергия.- 1972, с.117.
4. Кисаримов Р.А. Справочник электрика, М:Радио Софт.-1999, с. 318.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3
Тема работы
Исследование работы электромагнитного привода высоковольтного
выключателя
Цель работы: изучение устройства и работы электромагнитного привода выключателя; анализ работы схемы управления и способов реализации основных команд в процессе работы привода; получение навыков в чтении и сборке электрических схем, ознакомление с действием командных и блокировочных устройств электрических аппаратов.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИВОДА ПС-10
Для управления работой высоковольтными выключателями широко применяются электромагнитные приводы типа ПЭ, ПС. Привод ПС-10 (новая модификация ПЭ-11) используется в комплекте с малообъемными масляными выключателями с моментом сопротивления при включении не более 45 кГм (выключатели типа ВМП-10, ВМГ-10, ВМ и др.). Основные паспортные характеристики привода приведены в таблице 1.
Таблица 1
Паспортные характеристики привода ПС-10
| Соленоид включения | Обозначение в схеме | СВ |
| Потребляемый ток | 200 А | |
| Соленоид отключения | Обозначение в схеме | СО |
| Потребляемый ток | 5 А | |
| Ключ управления | УП-5110/А 301 | |
| Контакты блокировки КСУ | 2 | |
| Контакты сигнальные КСА | 2 | |
| Вес, кг | 55 | |
Включение выключателя производится с помощью соленоида включения (СВ), якорь которого, воздействуя на систему рычагов, вызывает поворот вала выключателя, в результате чего замыкаются его силовые контакты и сжимаются отключающие пружины (смотри кинематику привода и выключателя на стенде). Отключение выключателя (оперативное и при работе защиты) производится при срабатывании соленоида отключения (СО), якорь которого обеспечивает перелом удерживающих рычагов привода. Выключатель отключается за счет энергии отключающей пружины.
ОПИСАНИЕ СТЕНДА
На лабораторном стенде установлен привод ПС-10 со снятым кожухом для изучения конструкции. Выходной вал привода не связан с выключателем, воздействие которого имитируется пружиной. На панели стенда приведена схема управления приводом с сохранением паспортных условных обозначений, смонтирован ключ управления типа УП-5114/А 301, контактор цепи управления, а также контактор имитирующий работу высоковольтного выключателя и комплект реле защиты. Стенд получает питание от источника постоянного тока 110 В.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Изучить устройство и работу электромагнитного привода ПС-10 используя лабораторный стенд, плакаты и [1, 2, 3]. Составить кинематическую схему привода.
2. Изучить принципиальную схему управления работой привода по рис.9 и [1, 2], объяснить назначение всей аппаратуры и контактов, используемых в схеме. В отчете по лабораторной работе указать назначение каждой электрической цепи в поясняющей таблице, приведенной на рис. 9.
3. Ознакомиться с работой ключа управления типа УП-5114/А 301 и составить диаграмму замыкания его контактов (таблица 5).
Таблица 5
Диаграмма замыкания контактов ключа управления
| Положение ключа | Включение | Отключение | ||
| NN контактов | Включить | Включено | Отключено | Отключить |
| + 45 | 0 | 0 | - 45 | |
| 1 ... 2 | - | - | х | х |
| 3 ... 4 | - | - | х | х |
| и т.д. | | | | |
| 15 ... 16 | х | - | - | - |
Обратить внимание на то, что рукоятка ключа поворачивается на 45 градусов в обе стороны с самовозвратом в нейтральное положение - 0. Состояние контактов фиксировать для каждого из четырех положений ключа (таблица 5).
4. Пользуясь таблицей 5, самостоятельно выбрать необходимые для правильной работы схемы управления группы контактов и присоединить их к схеме на панели стенда. После проверки схемы произвести включение привода выключателя с помощью ключа (оперативное включение), отключение с помощью ключа управления и от релейной защиты. Объяснить работу командных и сигнальных цепей схемы при выполнении указанных операций.
Обратить внимание на работу механизма свободного расцепления.
5. Ознакомиться с объемом испытаний приводов выключателей по [4].
Примечание:
1. Монтаж цепей соленоида включения и отключения, максимальной токовой защиты и оперативного тока на стенде уже выполнен. Подключению подлежат только необходимые контакты ключа управления и выходного реле защиты.
2. Короткое замыкание имитировать замыканием штепсельных гнезд на стенде после выключателя.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
В отчете по лабораторной работе приведите:
- Кинематическую схему привода с пояснениями.
- Таблицу замыкания контактов ключа управления.
- Схему управления приводом с поясняющей таблицей (рис. 9).
- Выводы по работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назначение приводных устройств выключателей и их характеристика, основные типы приводов.
2. Устройство, работа и кинематическая схема привода ПС-10.
3. Назначение и способы реализации механизма свободного расцепления в приводных устройствах выключателей.
4. Назначение ключей управления и их работа; условные обозначения в схемах, характеристика рабочих состояний ключа.
5. Назначение используемых аппаратов и контактов в схеме управления привода.
6. Объясните работу всех электрических цепей схемы управления выключателем при выполнении оперативных переключений и работе защиты.
7. Порядок испытания приводных устройств выключателей. Определение временных и скоростных характеристик привода.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Прохорский А.А. Тяговые и трансформаторные подстанции. -М.: Транспорт, 1983.
2. Рожков Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций.- М.: Энергия, 1980.
3. Справочник по электроснабжению железных дорог. Т.2. Под ред. Марквардта К.Г. -М.: Транспорт, 1981.
4. Руководство по производству пусконаладочных работ на тяговых подстанциях. -М.: 1985.