0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое нейтраль в двигателе постоянного тока

способ определения установки щеток двигателя постоянного тока на нейтрали

Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Сущность изобретения: вращают двигатель на холостом ходу в противоположных направлениях, измеряют электромеханическую постоянную времени двигателя в обоих случаях, сравнивают результаты измерения и по разности измеряемых параметров, не превышающей 5% предельно допустимой нормы, судят о правильности установки щеток на нейтрали. 2 ил.

Формула изобретения

Способ определения установки щеток двигателя постоянного тока на нейтрали, заключающийся во вращении двигателя на холостом ходу в противоположных направлениях, в измерении контролируемого параметра и в суждении о точности установки щеток на нейтрали по разности контролируемого параметра при вращении двигателя в противоположных направлениях, отличающийся тем, что в качестве контролируемого параметра выбирают электромеханическую постоянную времени двигателя, измерение параметров осуществляют в режиме пуска, а о точности установки щеток на нейтрали судят по разности величин электромеханических постоянных времени реверсируемого двигателя, не превышающей 5% предельно допустимой нормы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет контролировать установку щеток двигателя постоянного тока на нейтрали.

Важнейшим фактором, влияющим на режим работы двигателя постоянного тока, является точная установка щеток на нейтрали. Щетки размещаются в щеткодержателях, которые укрепляются на торцовых частях составов двигателей. Например, такое закрепление щеткодержателей на остове выполняется у тяговых двигателей электроподвижного состава, имеющих малое число полюсов (не более четырех). При большем числе полюсов щеткодержатели размещают на поворотной траверсе, выполненной в виде зубчатого венца и позволяющей перемещать их с помощью легкодоступного регулируемого узла, состоящего из съемного маховичка и зубчатого колеса. К точности ее установки предъявляют повышенные требования. Известно, что смещение щеток с нейтрали значительно ухудшает условия работы тяговых двигателей, что проявляется в нарушении нормальной коммутации, расхождении скоростных характеристик и повышенном износе щеток и коллектора.

Правильную установку щеток оценивают различными способами, в которых предусматриваются контроль и измерение таких параметров как ЭДС, ток, частота вращения якоря двигателя.

Известен способ установки щеток двигателя постоянного тока, в котором двигатель устанавливают на стенде с подключением к нему нагрузки и вращением его в произвольном направлении [1] На двигатель подают напряжение и ток номинального режима, которые поддерживают неизменными при различных смещениях траверсы. При каждом смещении измеряют частоту вращения якоря. Контроль установки щеток на нейтрали определяют по сравнению полученной частоты с ее номинальным значением согласно паспорта двигателя. Правильная установка щеток на нейтрали соответствует равенству частоты вращения якоря ее номинальной величине. Достоинствами данного способа являются возможность правильной установки щеток на нейтрали и оценка коммутационных свойств двигателя. Недостатками способа являются необходимость стабилизации подаваемого напряжения на двигатель при колебаниях напряжения в сети и достаточно большая продолжительность опыта из-за необходимости измерения контролируемого параметра только в установившемся стационарном процессе работы двигателя, который последует после режима пуска. При несоблюдении этих условий погрешность измерения контролируемого параметра может составить 7 8% Кроме этого, данный способ требует специального дополнительного оборудования на стенде и значительных затрат электрической энергии для осуществления режима нагрузки, которые усложняют и удорожают его проведение.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ, в котором двигатель устанавливают на стенде и осуществляют холостой режим работы с вращением его в одну и другую стороны (реверсирование) [2] На двигатель подают напряжение и измеряют частоту вращения якоря в обеих направлениях при различных смещениях траверсы. Контроль установки щеток двигателя на нейтрали определяют по сравнению частоты вращения якоря в обоих направлениях при одинаковом напряжении и одинаковом токе возбуждения двигателя. Правильная установка щеток на нейтрали соответствует равенству величин частоты вращения в ту или другую стороны. Такой способ не требует специального дополнительного оборудования на стенде и большого расхода электрической энергии для своего осуществления, что упрощает и удешевляет его. Однако этот способ имеет существенные недостатки. Прежде всего это необходимость стабилизации подаваемого на двигатель напряжения при колебаниях в сети. Кроме этого, измерение частоты вращения необходимо выполнять только в установившемся стационарном процессе работы двигателя, т.е. только после завершения режима пуска, когда ток двигателя достигнет своего определенного установившегося значения, а это потребует затрат времени на измерение контролируемого параметра. Частота вращения зависит от напряжения и тока двигателя, которые являются активными и меняющимися в определенных случаях от внешних условий параметрами цепи двигателя в процессе его работы

где U g напряжение питания двигателя;
I g ток двигателя;
Sr д сумма активных сопротивлений обмоток двигателя;
C конструктивная постоянная двигателя;
магнитный поток двигателя.

Нарушение этих условий приводит к увеличению погрешности измерения контролируемого параметра, которая может составить 9 10%
В основу изобретения положена задача создания упрощенного и более достоверного способа контроля установки щеток двигателя постоянного тока на нейтрали, в котором повышение точности измерения обеспечивается за счет измерения пассивного параметра, не зависящего от внешних условий.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения установки щеток двигателя постоянного тока на нейтрали, заключающимся во вращении двигателя на холостом ходу в противоположных направлениях, в измерении контролируемого параметра и в суждении о точности установки щеток на нейтрали по разности контролируемого параметра при вращении двигателя в противоположных направлениях, в качестве контролируемого параметра выбирают электромеханическую постоянную времени двигателя, измеренную в режиме пуска. По величине разности измеренных параметров судят о точности установки щеток на нейтрали.

Благодаря измерению электромеханической постоянной двигателя достигается точность контроля установки щеток на нейтрали. Это обусловлено тем, что электромеханическая постоянная времени двигателя является пассивным параметром и практически не зависит от внешних условий.

Электромеханическая постоянная времени Т эм зависит от конструктивных и пассивных параметров цепи двигателя

где I момент инерции двигателя;
r а активное сопротивление якоря двигателя;
C конструктивная постоянная двигателя;
магнитный поток возбуждения двигателя.

За время действия на двигателе переходного процесса магнитный поток возбуждения F можно считать постоянным, так как его изменение во времени происходит значительно медленнее, чем изменение тока и напряжения двигателя, вызвавшее переходной процесс. Таким образом, контролируемый параметр — электромеханическая постоянная времени двигателя -является независимым от напряжения и тока параметром, а следовательно, и определение установки щеток на нейтрали является более достоверным и точным. Погрешность составляет 2 — 3%
На фиг. 1 показана схема устройства для реализации способа определения установки щеток двигателя постоянного тока на нейтрали, на фиг.2 представлены графики работы элементов устройства.

Устройство для реализации способа содержит два датчика тока двигателя 1, каждый из которых через блок изменения 2 [3] соединен с элементом сравнения 3, имеющим табло индикации, на котором регистрируется результат сравнения (разность) электромеханических постоянных времени двигателя при вращении его в противоположные стороны. В свою очередь каждый блок измерения 2 содержит интегрирующую 4 и дифференцирующую 5 цепи, индикатор экстремума напряжения 6, электронный ключ 7, триггер 8, генератор импульсов 9, логическую схему И 10 и счетную схему 11.

Способ осуществляется следующим образом.

На невращающемся двигателе устанавливают в определенном положении траверсу с щетками. В исходящем состоянии при t 1 генератор импульсов 9 вырабатывает периодическую последовательность импульсов U 9 c периодом следования t u . Триггер 8 находится в нулевом состоянии U 8 (t 1 ) 0 и логическая схема И 10 закрыта U 10 (t 1 ) 0. В момент времени t 1 запускается двигатель на холостом ходу и с датчика 1, включенного в якорную цепь двигателя, в блок измерения 2 подается входной сигнал U 1 , пропорциональный току двигателя в режиме пуска. Выходной сигнал дифференцирующей цепи U 5 (t 1M ) переводит триггер 8 в единичное состояние U 8 (t 1 ), логическая схема И 10 открывается и начинает пропускать импульсы с генератора 9 на счетную схему 11 U 10 (t 1 ).

В интервале времени t 1 t 2 мгновенное значение выходного сигнала U 4 интегрирующей цепи 4 нарастает и подается на вход индикатора экстремума напряжения 6. Его выходной сигнал U 6 остается равным нулю до тех пор, пока сигнал U 4 еще не достиг экстремального значения. При этом счетная схема 11 продолжает считать импульсы U 10 (t 1 — t 2 ). В момент времени t 2 мгновенное значение выходного сигнала U 4 интегрирующей цепи 4 принимает экстремальное значение и на выходе индикатора 6 появляется сигнал U 6 (t 2 ), в результате которого срабатывает электронный ключ 7. Сигнал с его выхода U 7 (t 2 ) подается на второй вход триггера 8 и переводит его в нулевое состояние. Логическая схема И 10 закрывается и схема 11 прекращает счет импульсов U 10 (t > t 2 ). На табло индикации элемента сравнения 3 высвечивается число импульсов m, cосчитанное за время достижения выходным сигналом U 4 интегрирующей цепи 4 экстремального значения t э t 1 t 2 mt u .

Читать еще:  Двигатель глохнет на холостых оборотах ваз 2110 карбюратор

Далее реверсируют двигатель и вновь его запускают на холостом ходу в момент времени t 1 . С второго датчика 1, также включенного в якорную цепь двигателя, во второй блок измерения 2 подается входной сигнал . Работа элементов второго блока измерения происходит аналогично работе первого, описанного выше. Если щетки неточно установлены на нейтрали, то кривая сигнала будет спадать иначе и экстремум напряжения сигнала индикатор 6 зафиксирует, например, при t 3 >t 2 (фиг.2), в результате чего счетная схема 11 второго блока измерения будет больше работать по времени и на табло индикации элемента сравнения 3 высвечивается сигнал разности U 3 = числа импульсов m, полученных при вращении в ту и другую стороны . По величине разности судят о точности установки щеток на нейтрали.

При достаточно точной установке щеток не нейтрали сигналы U 1 и датчиков тока двигателя при вращении его в ту и другую стороны будут достаточно близко совпадать, так как электромеханическая постоянная времени зависит только от конструктивных и пассивных параметров цепи двигателя и не зависит от величины напряжения и тока двигателя:

где I момент инерции двигателя;
r a активное сопротивление якоря двигателя;
c конструктивная постоянная двигателя;
магнитный поток возбуждения двигателя.

При вращении двигателя на холостом ходу в ту и другую стороны параметры I, r a , С неизменны и на величину Т эм может повлиять только величина F которая будет несколько отличаться друг от друга при реверсировании, если щетки будут установлены неточно. Отличие получается в результате появления продольной составляющей намагничивающей силы якоря, возникающей в результате смещения щетки с нейтрали, которая усиливает или ослабляет магнитный поток возбуждения в зависимости от направления смещения щеток относительно нейтрали. При точной установке щеток на нейтрали продольная составляющая намагничивающей силы якоря исчезает. Следовательно, магнитные потоки возбуждения реверсируемого двигателя будут равны, а электромеханические постоянные времени одинаковы. Погрешность изменения Т эм при этом способе будет весьма небольшой и составит не более 2 3%
Для оценки качества системы измерения в переходном процессе, каким является пусковой режим двигателя, применяется такой показатель качества, как точность измерения, характеризуемая динамической и статической ошибками. Предельно допустимой нормой такой точности является 5%

Что такое нейтраль в двигателе постоянного тока

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

На рис. 1. схематично изображен поперечный разрез машины постоянного тока. На неподвижной части машины (статоре) размещаются стальные полюсы П с надетыми на них катушками обмотки возбуждения В. Катушки соединяются между собой так, чтобы при прохождении по об­мотке постоянного тока полюсы приобретали чередующуюся полярность (N, S, N, S и т.д.). Поток Ф, создаваемый обмоткой возбуждения, неизменен во времени и замыкается, как показано на рис. 1. штриховыми линиями.

ЭДС, поэтому в машинах постоянного тока вращающуюся часть называют якорем.

Обмотка укладывается на стальном сердечнике М, закрепленном на валу (на рисунке не показан). Предположим, что сердечник выполнен в виде полого цилиндра, на внешней и внутренней поверхностях которого размещаются проводники. С торцевых сторон эти проводники соединя­ются между собой, образуя замкнутый контур. Сплошные линии на рисунке показывают соединения проводников с переднего торца, а штрихпунктирные — с заднего.

Изображенный на рисунке якорь называется кольцевым. В настоящее время кольцевой якорь не имеет широкого практического применения. Однако в дальнейшем при изложении некоторых физических процессов, происходящих в машине, будем рассматривать такой якорь, чтобы получить более наглядную картину.

От обмотки якоря выполняются ответвления к пластинам коллектора (К). Коллектор располагается на валу якоря и представляет собой цилиндрическое тело, состоящее из электрически изолированных между собой медных пластин. Часть обмотки, заключенная между следующими друг за другом ответвлениями к коллекторным пластинам, называется секцией. Обмотка имеет большое число секций, каждая из которых состоит из одного или нескольких вит­ков. Число коллекторных пластин равно числу секций. Показанная на рисунке обмотка состоит из 12 одновитковых секций, а коллектор имеет 12 пластин.

При вращении якоря в проводниках его обмотки индуктируется ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки. На рис. 1. стрелкой показано направление вращения якоря. Там же показаны и направления ЭДС в проводниках обмотки якоря. В кольцевой обмотке ЭДС будет индуктироваться только в проводниках, расположенных на внешней поверхности сердечника якоря, В проводниках, лежащих на внутренней поверхности, ЭДС не наводится, так как эти проводники не пересекают индукционных линий магнитного поля. Поэтому проводники, расположенные на внешней поверхности сердечника якоря, являются активными, а на внутренней — неактивными.

В обмотке якоря машины постоянного тока наводится переменная ЭДС, так как каждый проводник поочередно проходит полюсы разной полярности, вследствие чего ЭДС в них меняет свое направление. Если машина работает генератором, то переменная ЭДС обмотки должна быть выпрямлена. Достигается это с помощью коллектора. С коллектором соприкасаются неподвижные щетки Щ, посредством которых обмотка якоря соединяется с внешней сетью. Для того чтобы ЭДС на выводах машины имела максимальное значение, щетки следует установить в тех местах, где ЭДС, наводимая в проводниках, меняет направление. Это происходит под серединой межполюсного промежутка. Воображаемая линия, проведенная через середину межполюсного промежутка, называется геометрической нейтралью ГН. Следовательно, в машинах постоянного тока щетки должны быть установлены на геометрической нейтрали. Поскольку число нейтралей равно числу полюсов, то и число мест, где устанавливаются щетки, выбирается равным числу полюсов.

Для момента времени, к которому относится картина, изображенная на рисунке, между каждой парой соседних щеток включены проводники обмотки якоря с одинаковым направлением ЭДС. Поэтому щетки, соприкасающиеся с определенными коллекторными пластинами, будут иметь указанную на рисунке полярность.

При вращении якоря расположение секций в пространстве будет меняться. При этом будет изменяться направление ЭДС, индуктируемой в проводниках соответствующих секций. Но всегда между коллекторными пластинами, с которыми соприкасаются неподвижные щетки, будут распо­лагаться проводники с одинаковым направлением ЭДС и щетки будут иметь определенную полярность. Полярность соседних щеток, как и полярность полюсов, будет чередующейся. Щетки одноименной полярности соединяются между собой, а к их общим выводам подключается внешняя сеть. При наличии коллектора во внешней сети генератора будет протекать постоянный ток, в то время как в обмотке якоря ЭДС и ток будут переменными. Направление тока в проводниках будет совпадать с направлением ЭДС.

В двигателях постоянного тока к щеткам подводится постоянный ток. Роль коллектора в этом случае состоит в том, чтобы в любой момент времени обеспечить такое распределение тока по обмотке якоря, при котором под полюсами разной полярности располагались бы проводники с противоположным направлением тока.

Например, для определенного момента времени такому распределению тока по проводникам обмотки якоря может соответствовать картина, показанная на рис. 1. При показанном на рисунке распределении тока электромагнитные силы всех проводников имеют одинаковые направления, в чем можно убедиться, применяя правило левой руки. В результате этого при прочих равных условиях двигатель создает наибольший вращающий момент, под действием которого якорь придет во вращение в направлении, противоположном указанному на рис. 1. для генераторного ре­жима.

По отношению к выводам сети обмотка якоря разбивается на параллельные ветви. Параллельной ветвью называют группу последовательно соединенных проводников, включенных между щетками разной полярности. В данной машине обмотка имеет четыре параллельные ветви. Ее развертка по отношению к выводам сети показана на рис. 2. Электродвижущая сила на выводах машины при холостом ходе (без нагрузки) будет равна ЭДС одной параллельной ветви, а ток в сети при нагрузке будет равен сумме токов параллельных ветвей.

В замкнутом контуре самой обмотки якоря машины постоянного тока сумма ЭДС равна нулю (рис. 1.), поэтому при разомкнутой внешней цепи ток в обмотке возникать не будет.

Читать еще:  Шелест при работе двигателя на холостом ходу

Словарь специальных терминов

Изолированная нейтраль

Электрическая сеть представляет сово­купность электроустановок, служащих для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций рас­пределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропере­дачи. Работа электроустановки 3-х фазного переменного тока промышленной частоты 50 Гц во многом определяется режимом работы нейтралей генераторов или транс­форматоров. Практикуется в основном два вида централей, изолированная нейтраль и заземленная нейтраль.

Изолированная нейтраль — это нейтраль генератора или трансформатора, которая не присоединена к заземляющему устройс­тву или присоединена через устройства с большим электрическим сопротивлением (приборы сигнализации, защиты, дугогасительные реакторы). Заземленная нейтраль — это нейтраль генератора или трансфор­матора, присоединенная непосредственно к заземляющему устройству или через малое электрическое сопротивление. От режима работы нейтралей зависит в значительной степени уровень изоляции электроустановок, выбор коммутационной аппаратуры, величины перенапряжений и способы их ограничения, величины токов однофазных коротких замыканий на землю (корпус), условия работы релейной защиты и т.п.

Замыканием на землю называется слу­чайное соединение находящихся под напря­жением частей электроустановки с конструктивными частями, не изолированными от земли, или непосредственно с землей.

Замыканием на корпус называется случайное соединение находящихся под напряжением частей электроустановки с их конструктивными частями, нормально не находящимися под напряжением.

Электроустановки, в которых ток за­мыкания на землю (корпус) не превыша­ет 500 А, считаются электроустановками с малыми токами замыкания на землю. Электроустановки с током замыкания на землю (корпус) более 500 А считаются электроустановками с большими токами замыкания на землю.

С малыми токами однофазного замы­кания на землю (033) работают электроус­тановки напряжением до и выше 1000 В с изолированной нейтралью генератора или трансформатора. Это 3-фазные электроус­тановки с линейным напряжением соответственно 220-380-660 В и 3-35 кВ.

С большими токами замыкания на зем­лю работают электроустановки с заземлен­ной нейтралью (эффективно заземленной нейтралью) напряжением 110 кВ и выше. С заземленной нейтралью работают также 4 проводные 3-фазные электрические сети напряжением до 1000 В, в которых токи 033 могут не иметь больших значений. Это электроустановки напряжением 220/127 В, 380/220 В, 660/380 В.

Однофазные аварийные замыкания на землю (корпус) составляют до 75% от всех видов повреждений в электроустановках.

Режим работы нейтрали в значитель­ной степени влияет также на условия электробезопасности людей. В электроус­тановках с изолированной и заземленной нейтралью применяются разные элект­розащитные мероприятия, которые будут рассмотрены ниже. Электроустановки по условиям электробезопасности разделя­ются на электроустановки напряжением до 1000 В включительно и выше 1000 В.

а) Электроустановки с изолирован­ной нейтралью.

Рассмотрим работу электрической сети с изолированной нейтралью генератора.

Каждый провод сети с изолированной нейтралью относительно земли обладает определенной величиной сопротивления изоляции, а также определенной величи­ной электрической емкости, т.к. каждый из проводов можно рассматривать, как протяженный конденсатор. На воздушных линиях обкладками конденсатора являются проводник и земля, а диэлектриком воздух; на кабельных линиях обкладками конденса­тора являются жила кабеля и металлическая оболочка кабеля, соединенная с землей, а диэлектриком служит изоляция жил ка­беля. Сопротивление изоляции измеряется в мегаоммах. (1 мОм = 10 6 Ом); емкость измеряется в микрофарадах (1 мкФ = 10 -6 Ф). Это означает, что при нормальном режиме работы электроустановки через сопротив­ления изоляции и землю протекают токи утечки, а через конденсаторы на землю протекают токи, называемые емкостными (ICO).

В исправной электрической сети гео­метрическая сумма токов утечки и емкостных токов (т.е. с учетом сдвига фаз в 3-х фазной сети на 120°) равна нулю.

Эти токи равномерно распределены по всей длине проводов. При этом между каж­дой фазой сети и землей будет действовать фазное напряжение сети (Vф= Vл:√3).

Токи утечки можно определить по фор­муле:

Например, при Vл = 380 В и Rиз = 1 мОм ток утечки будет равен:

Емкостные токи определяются по фор­муле:

Их величина зависит от величины на­пряжения электрической сети и протяжен­ности воздушных и кабельных линий.

Приближенно Iсо можно определить по следующим формулам:

Ico = (V∙e):350 (A) — для воздушных линий

Ico = (V∙e):10 (A) — для кабельных ли­ний

где V — линейное напряжение сети (кВ)

е — длина сети (км)

При нормальных условиях работы сети токи утечки и емкостные токи невелики и не оказывают влияния на нагрузку генераторов или трансформаторов.

При возникновении замыкания одной из фаз на землю, земля получает потенциал поврежденной фазы, а между исправными фазами и землей будет линейное напря­жение. Под действием этого линейного напряжения через место замыкания и через землю будут протекать токи утечки и ем­костные токи двух исправных фаз.

Ток замыкания на землю возрастает в 3 раза и имеет, как правило, ёмкостной характер:

Если замыкание на землю неметалли­ческое, то в месте замыкания может воз­никать, так называемая, перемежающаяся дуга, которая периодически гаснет и за­горается при токах Iс более 5—10 А. При этом могут возникать опасные для изоляции электрооборудования перенапряжения от­носительно земли, достигающие величины равной (3—4) Vф сети, что может привести к пробою изоляции и возникновению 2-фазных коротких замыканий. Опасность дуговых перенапряжений для изоляции возрастает с увеличением напряжения электрической сети, поэтому величина токов замыкания на землю Iс нормируется. В сетях напряже­нием 6 кВ — Iс не должно превышать 30 А, в сетях 10 кВ — не превышать 20 А, в сетях 35 кВ — не превышать 10 А.

С целью уменьшения токов замыка­ния на землю в сетях 3—35 кВ применяют компенсацию емкостных токов замыкания на землю путем заземления нейтралей генераторов или трансформаторов через специальные дугогасящие катушки.

Так как емкостной ток замыкания на землю и индуктивный ток дугогасящей катушки отличаются по фазе на 180°, то в месте замыкания на землю они ком­пенсируют друг друга. В результате ток замыкания на землю не будет превышать 5—10 А, благодаря чему не возникает пе­ремежающаяся дуга.

С точки зрения электробезопасности возникает повышенная опасность для лю­дей, т.к. человек, касающийся неповреж­денной фазы и корпуса, оказывается под действием линейного напряжения.

При однофазных замыканиях на землю не нарушается система межфазных напря­жений, устойчивость работы электрической сети и потребителей, поэтому не требуется немедленное отключение питающих линий энергоснабжения, чтобы не создавать пере­рыва в электроснабжении потребителей.

Исключение составляют электроуста­новки, где требуются повышенные условия электробезопасности (электроустановки торфоразработок, угольных шахт, пере­движные электроустановки). В этих элект­роустановках применяется немедленное от­ключение токов 033. Отключаются релейной защитой также синхронные генераторы и двигатели при внутренних замыканиях обмо­ток статора на корпус при IО 5-10А из-за возможного выгорания железа статора.

В электрических сетях с изолированной нейтралью однофазные замыкания состав­ляют до 63% от всех повреждений.

ПТЭ электроустановок потребителей до­пускают работу электрических питающих сетей с однофазным замыканием на землю в течение 2-х часов с обязательным нахождением и от­ключением поврежденной питающей линии.

В сетях с изолированной нейтралью должен осуществляться непрерывный кон­троль изоляции.

Трехфазная электрическая сеть до 1000 В, которая связана с сетью напря­жением выше 1000 В через понижающий трансформатор, должна быть защищена пробивным предохранителем на случай повреждения изоляции между обмотками высшего и низшего напряжения. Пробивной предохранитель устанавливается на нейтра­ли трансформатора или на фазе обмотки низшего напряжения.

Должен предусматриваться контроль за целостностью пробивных предохрани­телей.

б) Электроустановки с эффективно заземленной нейтралью.

В 3-фазных электроустановках напря­жением 110 кВ и выше при нормальном режиме работы между каждым фазным про­водом сети и землей имеет место фазное напряжение электрической сети.

При возникновении замыкания одной из фаз на землю образуется короткозамкнутый контур через землю и нейтраль источника питания, к которому приложено фазное напряжение сети.

При этом токи 033 могут достигать значений в несколько десятков килоампер.

Длительное протекание таких токов может вызвать повреждение электрооборудования, поэтому в этих электроустановках предус­матривается быстрое отключение их уст­ройствами релейной защиты. В этом случае также устраняются перенапряжения, вызыва­емые перемежающимися дугами, что имеет место в электроустановках с изолированной нейтралью. Недостатком указанных элект­роустановок является возникновение пере­рыва в питании электропотребителей после отключения токов 033, а также значительная стоимость заземляющего устройства, кото­рое согласно ПУЭ, должно обладать весьма малым сопротивлением (R≤0,5ом). 3-фазные четырехпроводные электрические сети с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В относятся к сетям с занулением, работа которых рассматривается ниже.

Читать еще:  Двигатель m54b30 какое масло

в) Электроустановки постоянного тока.

В электроустановках постоянного тока с номинальным напряжением электроприём­ников 110—220—440 В каждый из проводов имеет относительно земли некоторое со­противление изоляции, распределенное по всей его длине. При этом между «плюсовым» и «минусовым» полюсом через сопротивле­ния изоляции проводов и землю образуется электрическая цепь, и протекают некоторые токи утечки.

При нормальном режиме работы токи утечки незначительны.

Если сопротивления изоляции каждого из проводов относительно земли одина­ковы, то каждый из проводов будет иметь относительно земли напряжение равное 0,5 Vном сети. При неодинаковых сопротивле­ниях изоляции относительно земли напря­жения распределяются таким образом, что их сумма будет равна Vном сети.

При замыкании одного из проводов на землю между землей и другим рабочим проводом возникает напряжение, равное полному напряжению сети.

Это значительно увеличивает опасность поражения человека при касании неповрежденного провода. Режим работы электроус­тановки а этом случае не нарушается, если не применено защитное отключение.

В этих электроустановках должен осу­ществляться непрерывный контроль изо­ляции. В электроустановках, применяемых для систем электрической тяги, приняты следующие величины номинальных напря­жений электроприемников:

Городской наземный транспорт (трам­вай, троллейбус) — 550 В; метрополитен — 750 В;

магистральные и пригородные желез­ные дороги — 3000 В;

промышленный электротранспорт: под­земный — 250 В; наземный — 500 В, 1500 В.

На шинах питающих тяговых подстанций номинальные напряжения приняты на 10% выше, чем на токоприемниках подвижного состава.

В тяговых электрических сетях контак­тный провод и контактный рельс на мет­рополитене являются плюсовым полюсом источника постоянного тока, которые изо­лированы от земли с помощью специальных изоляторов, закрепленных на металличес­ких или железобетонных конструкциях опор контактной сети и других сооружениях.

Ходовые рельсы являются минусовым полюсом источника тока. Все металличес­кие части опор контактной сети и других сооружений заземляются на ходовые рель­сы с помощью специальных заземляющих проводников.

В случаях нарушения изоляции кон­тактной сети, обрыва контактной сети, замыкания разнополярных проводов, не­исправности в подвижном составе и т.д. возникают короткие замыкания. Из-за устойчивого горения дуги постоянного тока при коротких замыканиях могут воз­никнуть пережоги контактных проводов, разрушиться токоприемники и другое электрооборудование, возникнуть пожары на подвижном составе, что может вызвать длительный перерыв в движении подвиж­ного состава и угрозу для жизни людей.

Поэтому в системе электрической тяги предусматривается быстрое, надежное, селективное отключение токов короткого замыкания на поврежденных участках кон­тактной сети с помощью быстродействую­щих автоматических выключателей посто­янного тока, имеющих собственное время отключения порядка 0,04—0,05 секунд.

Для обеспечения четкого отключения токов короткого замыкания на участках контактной сети должны быть соблюдены условия, при которых токи короткого за­мыкания были бы больше максимальных расчетных токов нагрузки линии и установок зашиты быстродействующих линейных вы­ключателей.

Если указанные условия не выполня­ются, то применяются специальные техни­ческие мероприятия, способствующие на­дежному отключению быстродействующих выключателей. Это позволяет обеспечить также повышенную электробезопасность людей.

Нейтраль трансформатора

Трансформаторы имеют нейтрали, режим работы или способ рабочего заземления которых обусловлен:

  • требованиями техники безопасности и охраны труда персонала,
  • допустимыми токами замыкания на землю,
  • перенапряжениями, возникающими при замыканиях на землю, а также рабочим напряжением неповрежденных фаз электроустановки по отношению к земле,
  • пределяющих уровень изоляции электротехнических устройств,
  • необходимостью обеспечения надежной работы релейной защиты от замыкания на землю,
  • возможностью применения простейших схем электрических сетей.

Используются следующие режимы нейтрали:

  • глухозаземленная нейтраль,
  • изолированная нейтраль,
  • эффективно заземленная нейтраль.

Выбор режима нейтрали в электрических сетях определяется бесперебойностью электроснабжения потребителей, надёжностью работы, безопасностью обслуживающего персонала и экономичностью электроустановок. при однофазном замыкании на землю нарушается симметрия электрической системы: изменяются напряжения фаз относительно земли, появляются токи замыкания на землю, возникают перенапряжения в сетях. Степень изменения симметрии зависит от режима нейтрали.

Глухозаземленная нейтраль

Если нейтраль обмотки трансформатора присоединена к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление, то такая нейтраль называется глухозаземлённой, а сети, подсоединённые к ней, соответственно, — сетями с глухозаземлённой нейтралью.

Изолированная нейтраль

Нейтраль, не соединённая с заземляющим устройством называется изолированной нейтралью.

Компенсированная нейтраль

Сети, нейтраль которых соединена с заземляющим устройством через реактор (индуктивное сопротивление), компенсирующий ёмкостной ток сети, называются сетями с резонанснозаземлённой либо компенсированной нейтралью.

Сети, нейтраль которых заземлена через резистор (активное сопротивление) называется сеть с резистивнозаземлённой нейтралью.

Электроустановки в зависимости от мер электробезопасности разделяются на 4 группы:

  • электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективнозаземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю),
  • электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю),
  • электроустановки напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью,
  • электроустановки напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью.

Режимы нейтрали трехфазных систем

Напряжение, кВРежим нейтралиПримечание
0,23Глухозаземленная нейтральТребования техники безопасности. Заземляются все корпуса электрооборудования
0,4
0,69Изолированная нейтральДля повышения надежности электроснабжения
3,3
6
10
20
35
110Эффективно заземленная нейтральДля снижения напряжения незамкнутых фаз относительно земли при замыкании одной фазы на землю и снижения расчетного напряжения изоляции
220
330
500
750
1150

Режим нейтрали оказывает существенное влияние на режимы работы электроприемников, схемные решения системы электроснабжения, параметры выбираемого оборудования.

Назначение заземления нейтрали трансформатора для повышения чувствительности защиты от однофазных замыканий на землю.

В нормальном режиме высокоомный резистор, и при необходимости дугогасящий реактор (ДГР) подключаются к нейтрали специального трансформатора заземления нейтрали (ТЗН).

Чтобы обеспечить чувствительность и селективность защиты от ОЗЗ необходимо кратковременно увеличить ток через устройство защиты. Обоснование возможности кратковременного индуктивного заземления нейтрали специальным трансформатором заземления нейтрали. При возникновении на линии ОЗЗ трансформатор через 0,5 с кратковременно подключается выключателем к сборным шинам. Благодаря глухому заземлению нейтрали создается ограниченный индуктивностью ТЗН ток однофазного короткого замыкания, достаточный для обеспечения чувствительности от ОЗЗ и создания условия гашения дуги.

Защита действует без выдержки времени на отключение линии. Выключатель с заданной выдержкой времени отключается. Отключение линии предотвращает двойные замыкания на землю (ДЗЗ) и многоместные замыкания на землю (МЗЗ), неизбежные в сетях напряжением 6-10 кВ с высокой изношенностью кабелей и оборудования.

Такой режим отключения поврежденных кабельных линий несколько лет проходит опытную эксплуатацию в ОАО «Пятигорские электрические сети». Однако, отключение линий возможно только при наличии надежного резервирования и в случаях, оговоренных правилами устройств электроустановок.

Предотвращения перехода ОЗЗ в ДЗЗ или МЗЗ осуществляется резистором Rн (см. рисунок 1), подключенным к нейтрали ТЗН. В нормальном режиме выключатель Q3) в цепи ТЗН отключен. При ОЗЗ срабатывают реле контроля изоляции KSV1 и (или) реле тока КА1, или устройство определения поврежденной фазы (см. рисунок 1).

После замыкания контактов срабатывает реле времени КТ1, замыкающиеся контакты которого включают выключатель Q3. Выключатель Q3 шунтирует сопротивление Rн и ДГР.

Рис.1 — Поясняющая схема и схема автоматического заземления нейтрали

Замыкающиеся контакты реле КТ1 с выдержкой времени 0,3 с отключают выключатель Q3. При замыкании этих контактов срабатывает промежуточное реле KL1. Размыкающие контакты реле разрывают цепь КТ1. Возврат схемы осуществляется дежурным с помощью ключа SА. При этом реле К13 замыкает свои контакты в цепи реле КТ1. После отключения выключателя Q3 сеть вновь переходит в режим с заземленной нейтралью через высокоомное сопротивление и при необходимости через ДГР.

При увеличении тока через реле срабатывает защита от ОЗЗ с действием на сигнал с выдержкой времени 0,2 с. Отключение выключателя выполняется с выдержкой времени 0,2 с. Сеть вновь переходит в режим с нейтралью, заземленной через резистор.

Видео: Виды заземления нейтрали

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector