Данные по прогреву кабелей

Сечение жил кабеля, мм	Допустимый ток при прогреве, А	Напряжение, необходимое на каждые 100 м прогреваемого кабеля, В	Время прогрева кабеля, мин, при температуре воздуха
			–10 °С	–20 °С
25 35 50 70 95 120	130 160 190 230 285 330	16,0 14,0 11,5 10,0 9,0 8,5	88 93 110 122 124 138	106 112 134 149 151 170

П р а к т и ч е с к о е з а д а н и е: выполнить укладку кабеля в траншею и собрать схему прогрева кабеля.

О б о р у д о в а н и е: трансформатор для прогрева кабеля, кабель.

Занятие 7

Экскурсия на тяговую подстанцию

Ц е л ь з а н я т и я: ознакомление с планом здания тяговой подстанции, расположением в нем служебных помещений, техническим оснащением и оборудованием подстанции, условиями работы персонала.

П р а к т и ч е с к о е з а д а н и е: изучить устройство и назначение основного оборудования (силовой и тяговый трансформаторы, кремниевый выпрямитель, фидер, отсос, реактор, автоматический и масляный выключатели, разъединитель).

Занятие 8

Устройство и включение трехфазных асинхронных электродвигателей

Ц е л ь з а н я т и я: ознакомиться с устройством и принципом действия асинхронного двигателя и схемами его включения в сеть.

Электродвигатель – это машина, в которой электрическая энергия преобразуется в механическую. Схемы соединения обмоток асинхронного электродвигателя с контактными кольцами ротора показаны на рис. 22, где а – подсоединение к питающей сети; б – соединение ротора и статора; в – соединение на панели зажимов.

Асинхронные электродвигатели – самые распространенные, надежные и простые в эксплуатации. Электродвигатель характеризуется указанными в паспорте номинальными данными, к которым относятся мощность, напряжение, ток статора, кратность пускового тока, коэффициент мощности, частота вращения ротора, номинальный вращающий момент.

Н

Рис. 22. Схемы соединения обмоток асинхронного электродвигателя: а – к питающей сети; б – ротора и статора; в – на клеммной панели

оминальным вращающим называют момент, развиваемый двигателем при номинальной мощности и частоте вращения.

Номинальной называют полезную механическую мощность на валу двигателя при номинальных значениях тока, напряжения и частоты.

Номинальным является ток, потребляемый двигателем при номинальных значениях нагрузки, частоты вращения и напряжения.

Пусковым называют ток, протекающий в период пуска двигателя.

Кратность пускового тока определяется как отношение тока, протекающего в момент пуска, к номинальному току.

Коэффициент мощности цепи – отношение активной мощности к полной.

Коэффициент полезного действия – это отношение номинальной мощности электродвигателя к потребляемой.

Асинхронный электродвигатель трехфазного переменного тока состоит из неподвижной части – статора, вращающейся – ротора и двух подшипниковых щитов с подшипниками, в которых вращается вал ротора.

Роторы бывают короткозамкнутыми и с контактными кольцами. Короткозамкнутый ротор выполняется путем заливки пазов сердечника расплавленным алюминием и отливания его короткозамыкающих колец и лопастей вентилятора, которые служат для обеспечения циркуляции воздуха в работающем электродвигателе.

У большинства трехфазных асинхронных электродвигателей «начала» и «концы» обмоток выведены на клеммную панель, как это показано на рис. 22, в. Для соединения обмоток по схеме «звезда» или «треугольник» необходимо замкнуть между собой три нижних или три верхних зажима и подклю-чить их соответственно к трем верхним или к трем нижним зажимам фазы сети.

Положительными качествами электродвигателя с короткозамкнутым ротором являются простота конструкции и надежность в эксплуатации, отрицательным – резкое увеличение потребления тока (относительно номинального) при пуске. Пусковой ток асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором превышает их номинальный в шесть – семь раз. Это может затруднить пуск крупных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, если источники электрической энергии (силовые трансформаторы, генераторы передвижных электростанций и др.) не имеют достаточной мощности.

Ротор с контактными кольцами отличается от короткозамкнутого наличием в пазах сердечника фазной обмотки из изолированных стержней или проводников и трех контактных колец из стали, меди или латуни. Контактные кольца изолированы друг от друга и от вала ротор. Такая конструкция ротора позволяет включать последовательно с его обмоткой пусковой реостат и таким образом обеспечивается плавный (без больших пусковых токов) запуск электродвигателя в работу.

В ыводы обмоток электрических машин маркируются определенным общепринятым образом. Так, у асинхронных трехфазных двигателей условные «начала» обозначают С1, С2, С3, а соответствующие им «концы» – С4, С5, С6. Обмотки трехфазного электродвигателя соединяют по схемам, получившим название «звезда» и «треугольник» (рис. 23).

В

Рис. 23. Маркировка и соединение обмоток

асинхронного двигателя: а – «треугольником»;

б – «звездой»

паспорте электродвигателя указывают обычно два напряжения, например 127/220, 220/380 или 380/660 В. Для того чтобы изменить направление вращения ротора, достаточно поменять местами две фазы сети. Чтобы соединить обмотки по схеме «треугольник», следует по вертикали замкнуть каждую пару зажимов и к ним подвести напряжение сети. В практике, когда отсутствуют обозначения выводов, приходится опытным путем определять «начала» и «концы» обмоток. При помощи контрольной лампы или других индикаторов находят пары выводов, принадлежащие отдельным фазным обмоткам (рис. 24).

П

Рис. 24. Схема для определения выводов обмоток фаз двигателей

ри этом к одному полюсу источника тока подключают один вывод обмотки, а к другому присоединяют провод от контрольной лампы или измерительного прибора. Затем концом второго провода от контрольной лампы прибора поочередно касаются остальных выводов статорной обмотки. Лампа загорится, когда фазная обмотка замкнет цепь лампы. Каждую пару выводов, принадлежащую отдельным фазным обмоткам, каким-либо образом помечают. После этого определяют согласованные выводы – «начала» и «концы» обмоток, пользуясь тремя методами.

М етод трансформации состоит в том, что в одну из фазных обмоток включают контрольную лампу, а две других соединяют последовательно и включают в сеть 220 В (рис. 25). Когда конец одной из фаз окажется соединенным с началом другой, их общий магнитный поток будет направлен перпендикулярно плоскости обмотки третьей фазы и наведет в ней ЭДС, вызывающую свечение спирали лампы (рис. 25, а). Если в общей точке соединенными окажутся два «конца» или два «начала» (рис. 25, б), то магнитный поток будет направлен вдоль плоскости обмотки третьей фазы и не наведет в ней ЭДС, что подтвердится отсутствием свечения спирали лампы. В этом случае требуется поменять местами выводы одной из фаз и включить схему снова. Затем собирают схему с уже согласованными выводами (рис. 25, в).

Источником тока может быть аккумулятор или батарея сухих элементов, тогда в качестве индикатора используют милливольтметр. Подключение обмоток к аккумулятору (батарее) должно быть кратковременным (мгновенным или, как говорят, «на искру»). В момент размыкания в обмотках может возникнуть импульсная ЭДС 200 – 300 В.

Методом подбора «концов» пользуются при определении «начал» и «концов» обмоток у двигателей мощностью до 3 – 5 кВт. По одному из выводов от каждой обмотки соединяют в общую точку, а другие выводы включают в сеть. Если в общей точке оказались все три «начала» или «конца» обмотки, то электродвигатель будет работать нормально. Если в общей точке соединенными окажутся, например, два «начала» и один «конец» обмотки, то электродвигатель сильно гудит, ротор его не сразу трогается с места и плохо вращается. В подобном случае не следует долго (более 2 – 3 с) держать двигатель включенным в сеть. После этого меняют местами выводы одной из фаз и снова включают двигатель в сеть. Если вновь схема подобрана неправильно, то выводы этой фазы возвращают на прежнее место и меняют местами выводы следующей и т. д. Максимальное число проб в данном методе – три. Варианты схем соединений обмоток приведены на рис. 26.

П о третьему методу «начала» и «концы» обмоток определяют, собрав схему «открытого треугольника». Если в точках А и В сошлись «начало» и «конец» обмотки, то вольтметр показывает одинаковое напряжение на каждой обмотке. Когда одна из обмоток «перевернута», напряжение на ней будет несколько больше, чем на других (рис. 27).

П р а к т и ч е с к о е з а д а н и е: определить одним из методов «начала» и «концы» обмоток трехфазного двигателя.

О б о р у д о в а н и е: электродвигатель, панель питания с выключателями, лабораторные измерительные приборы, вольтметр, монтажные провода.

З анятие 9

Устройство и включение силовых трансформаторов

Ц е л ь з а н я т и я: ознакомиться с назначением, устройством, принципом действия трансформаторов.

Силовой трансформатор представляет собой статический (не имеющий вращающихся частей) аппарат, с помощью которого переменный ток одного напряжения преобразуется (трансформируется) в переменный ток другого, более высокого или низкого напряжения.

В настоящее время в России общая мощность установленных трансформаторов достигает 2 млрд кВт при суммарной мощности генераторов электростанций более 300 млн кВт.

Трансформаторы, понижающие напряжение, называются понижающими, а повышающие напряжение – повышающими.

Трансформаторы могут быть двух- и трехобмоточными. Последние кроме обмоток низкого (НН) и высокого (ВН) напряжения имеют обмотку среднего напряжения (СН). Трехобмоточный силовой трансформатор позволяет снабжать потребителей электроэнергией с разным напряжением.

В зависимости от типа изолирующей и охлаждающей среды различают трансформаторы масляные (ТМ) и сухие (ТС). В ТМ основной изолирующей и охлаждающей средой является трансформаторное масло, в ТС – воздух или твердый диэлектрик; в специальных случаях применяется негорючая жид- кость – совтол.

В обозначении трансформаторов условно буквами отражается их конструкция и основные электрические параметры: первая буква – число фаз (О – однофазный, Т – трехфазный); вторая или две – вид охлаждения (М – естественное масляное, С – сухое без масла, Д – дутьевое, Ц – циркуляционное, ДЦ – принудительное циркуляционное с дутьем); третья – число обмоток (Т – трехобмоточный). Буква Н, расположенная далее, указывает на наличие устройства для регулирования под нагрузкой, а вторая буква Н означает, что трансформатор заполнен негорючим жидким диэлектриком. Кроме того, для трансформаторов с напряжением от 110 кВ применяют некоторые дополнительные обозначения: Г – грозоупорное исполнение; В – со встроенными трансформаторами тока на вводах ВН и др. Для автотрансформаторов, которые в отличие от трансформаторов имеют одну обмотку, сначала указывают букву А.

Первая цифра, стоящая после буквенного обозначения трансформатора, показывает номинальную мощность, кВ·А, вторая – номинальное напряжение обмотки ВН, кВ; в настоящее время добавляют еще две цифры, означающие год разработки трансформатора данной конструкции. Например, марка трансформатора ТМ-1000/10-05 расшифровывается так: трехфазный, с естественным масляным охлаждением, двухобмоточный, мощность 1000 кВ·А, напряжение обмотки ВН 10 кВ, конструкция 2005 года.

Н

Рис. 28. Силовой трехфазный

трансформатор мощностью 1000 кВ·А

оминальная мощность трансформатора определяется его тепловым режимом. Это та мощность, которую трансформатор может отдавать длительно при номинальных температурных условиях окружающей среды, которые регламентированы стандартом, максимальное з н а ч е н и е температуры окружающей среды составляет 35 °С, а среднегодовое – 5°С. Нагрузочная спос о б н о с т ь трансформатора зависит от температуры окружающей среды. Конструкция силового трансформатора представлена на рис. 28, где 1 – бак; 2, 5 – соответственно нижняя и верхняя ярмовая балка магнитопровода; 3 – обмотка ВН; 4 – регулировочный отвод к переключателю; 6 – магнитопровод; 7 – деревянная планка; 8 – отвод от обмотки ВН; 9 – переключатель; 10 – подъемная шпилька; 11 – крышка бака; 12 – подъемное кольцо; 13, 14 – соответственно выводы ВН и НН; 15 – выхлопная труба; 16 – расширитель (консерватор); 17 – маслоуказатель; 18 – газовое реле; 19 – циркуляционная труба; 20 – маслоспускной кран; 21 – каток.

Масляные трансформаторы взрыво- и пожароопасны, поэтому, когда недопустимо их применение, используют сухие трансформаторы или трансформаторы с негорючим заполнителем (совтолом, пиранолом, кварцевым песком). Сухие трансформаторы можно устанавливать без устройства специальных трансформаторных камер.

Силовые трехфазные сухие трансформаторы в защищенном исполнении выпускаются мощностью от 160 до 1600 кВ·А с обмотками, рассчитанными на высокое (6 (10) кВ) и низкое (0,23; 0,4 и 0,69 кВ) напряжение. ГОСТ 14074-76 предусматривает также выпуск сухих трансформаторов мощностью менее 160 кВ·А (25, 40, 66, 100 кВ·А).

Сухой трансформатор состоит из защитного кожуха и активной части, связанной с крышкой. Обмотки его выполнены из медного провода, изолированного стеклопряжей, пропитаны глифталевым лаком и покрыты эмалью. Кожухи таких трансформаторов изготавливаются разборными, из листовой стали, прямоугольной формы. В их стенках имеются вентиляционные жалюзи для охлаждения обмоток и магнитопровода.

Обмотки ВН имеют дополнительные ответвления для изменения коэффициента трансформации относительно номинального на ±5 % со ступенями по 2,5 %. Переключения производятся только после отключения обмоток ВН и НН от сети.

Номинальным первичным называют такое напряжение трансформатора, которое необходимо подвести к его первичной обмотке, чтобы на зажимах разомкнутой вторичной обмотки получить вторичное напряжение, указанное в паспорте трансформатора.

Номинальным вторичным называют напряжение, которое устанавливается на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе трансформатора, когда к зажимам первичной обмотки подведено номинальное напряжение, а вторичная обмотка разомкнута.

Трансформаторы можно включить на параллельную работу при соблюдении следующих условий: равенство коэффициентов трансформации, что равносильно равенству значений напряжения на вторичной стороне; равенство значений испытательного напряжения короткого замыкания (КЗ); принадлежность к одной группе соединений; отношение номинальных мощностей параллельно включенных трансформаторов не должно превышать 3:1; вторичные обмотки трансформаторов должны быть сфазированы, т. е. подключены одноименными фазами на сборные шины. Стандартом допускается отклонение в коэффициентах трансформации не более ±0,5 %, в испытательных напря-жениях – ±10%; в остальных случаях отклонения не допускаются.

Для определения коэффициента трансформации к обмотке низшего напряжения достаточно подвести напряжение 0,1U_н для трансформаторов малой мощности и (0,33 – 0,5)U_н – для трансформаторов большой мощности. Падение напряжения в первичной обмотке весьма мало. С допустимой точностью можно принять, что E₁ = U₁ и Е₂ = U₂, так как ток во вторичной обмотке практически равен нулю. Ток холостого хода силовых трансформаторов составляет от 10 (для маломощных трансформаторов) до 2 % (для мощных трансформаторов) номинального.

О

Рис. 29. Схема для выполнения опыта

холостого хода трансформатора

пыт холостого хода (рис. 29) используют для определения коэффициента трансформации. При этом обмотку низшего напряжения подключают к устройству (потенциал-регулятору), позволяющему в широких пределах изменять напряжение, подводимое к трансформатору, а обмотку высшего напряжения раз- мыкают.

М

Рис. 30. Схема для выполнения опыта

короткого замыкания трансформатора

ощность холостого хода характеризует электрическую энергию, расходуемую в самом трансформаторе, так как со вторичной обмотки энергию при этом не потребляют. Практи-чески можно считать, что все потери холостого хода сосредоточены в стали сердечника и идут на его нагрев.

О пыт короткого замыкания проводят по схеме, изображенной на рис. 30. К обмотке низшего напряжения подводят напряжение, при котором в обмотке высшего напряжения, замкнутой накоротко, протекает номинальный ток. Это напряжение называют напряжением короткого замыкания е_к, его значение приводят в паспорте трансформатора в процентах от номинального.

Характеристики короткого замыкания представляют собой зависимости потребляемого тока, мощности и коэффициента мощности от подведенного напряжения при замкнутой вторичной обмотке. Значение подводимого напряжения находится в пределах 5 – 10 % от номинального.

Напряжение короткого замыкания – важная характеристика трансформатора. По этой величине делают вывод о возможности параллельной работы трансформаторов. При переменном графике нагрузки экономически выгодной может оказаться установка на подстанции двух (реже – более двух) трансформаторов, которые работают на общую сеть. При небольшой нагрузке в сеть включают один трансформатор, а при возрастании нагрузки – второй.

П

Рис. 31. Схема включения двух трансформаторов на параллельную работу

араллельная работа трансформаторов (рис. 31) возможна, если соблюдены следующие требования:

1) значения номинального первичного и вторичное напряжения равны;

2) трансформаторы имеют одинаковые группы соединения обмоток;

3) значения напряжения короткого замыкания трансформаторов равны;

4) отношение номинальных мощнос тей трансформаторов не превышает 3:1.

П

Рис. 32. Схема фазировки двух трансформаторов при напряжении 380 В

ри несоблюдении первого и второго требований в цепи вторичных обмоток появляются большие уравнительные токи, которые вызывают ненужный нагрев и потери. При несоблюдении третьего и четвертого требований трансформаторы будут неравномерно (непропорционально) нагружаться, следовательно, параллельная работа будет невозможной.

При установке трансформаторов для параллельной работы с другим его фазируют, т. е. определяют одноименные фазы на низшем напряжении, включив в сеть его обмотку высшего напряжения (рис. 32). Сначала попарно определяют концы обмоток низшего напряжения, между которыми нет разницы в напряжении. Затем измеряют напряжение между каждым из концов одной фазируемой стороны и двумя разноименными концами другой стороны (всего шесть измерений). Значения этих напряжений тоже должны быть одинаковыми. При напряжении вторичной стороны до 380 В для фазировки используют вольтметр или две последовательно соединенные лампы, рассчитанные на фазное напряжение.

С целью получения замкнутого электрического контура нейтральные точки вторичных обмоток соединяют. У трансформаторов без заземленной нейтрали соединяют два одноименных зажима. Высоковольтные обмотки фазируют с использованием трансформаторов напряжения.

Г

Рис. 33 Схемы и группы соединения обмоток

трехфазных двухобмоточных трансформаторов

руппой соединения называют комбинацию схем соединения обмоток высшего и низшего напряжения. Группа соединения показывает (по аналогии с взаимным расположением стрелок на часах – часовой и минутной) взаимное расположение векторов линейного низшего напряжения по отношению к векторам линейного высшего напряжения в каждой фазе. Вектор высшего напряжения принимают за минутную стрелку и устанавливают против цифры 12 (0), а вектор низшего напряжения – за часовую стрелку. Группа соединения обмоток определяется или указателем полярности, или вольтметром.

На две первичные обмотки трансформатора подают питание от источника постоянного тока напряжением 2 – 4 В. Сначала источник постоянного тока подключают к зажимам А и Б с соблюдением полярности, указанной на схеме рис. 34. К зажимам ab, bc и ac обмотки низшего напряжения поочередно подключают гальванометр постоянного тока с нулевым отсчетом посредине шкалы и записывают знак отклонения прибора в момент замыкания обмотки высшего напряжения на источник тока. Отклонение стрелки вправо отмечено знаком плюс, влево – знаком минус, отсутствие отклонения – нулем. Затем постоянный ток подводят к зажимам ВС и АС и полностью заполняют табличку отклонений гальванометра. Каждой группе соединения обмоток соответствует своя таблица отклонений гальванометра (см. рис. 34).

П

Рис. 34. Схемы и таблицы для проверки групп соединений обмоток

трансформаторов: а – для группы 12; б – для группы 11

а

б

р а к т и ч е с к о е з а д а н и е: изучить устройство трансформатора и снять его основные характеристики.

О б о р у д о в а н и е: регулятор напряжения, вольтметр, ваттметр, амперметр, гальванометр, источник питания, лампа накаливания, монтажные провода.

Занятие 10

Экскурсия в электровозное депо

Ц е л ь з а н я т и я: ознакомиться с цехами и экипировочными устройствами электровозного депо, видами работы по содержанию и ремонту ЭПС и с организацией эксплуатации.

П р а к т и ч е с к о е з а д а н и е: в процессе экскурсии ознакомиться с расположением в здании депо основных и вспомогательных цехов, их техническим оснащением и оборудованием, условиями работы персонала, передовыми методами работы.

Библиографический список

1. Н е с т е р е н к о В. М. Технология электромонтажных работ / В. М. Н е с т е р е н к о, А. М. М ы с ь я н о в. М.: Академия, 2002. 590 с.

2. К т и т о р о в А. Ф. Основные приемы и способы выполнения электромонтажных работ/ А. Ф. К т и т о р о в. М.: Высшая школа, 1982. 128 с.

Учебное издание

БРЮХАНОВ Алексей Степанович,

КОРОЛЕВ Виктор Александрович

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

ПО УЧЕБНОЙ ЭЛЕКТРОМОНТАЖНОЙ ПРАКТИКЕ