Минобрнауки россии

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Факультет систем автоматического управления

(ИBТС им. В.П. Грязева)

Кафедра «Электроэнергетика»

Утверждаю Декан САУфакультета _____________ А.Э. Соловьев “___”_________ 2012 г.

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

дисциплины

«СРЕДСТВА КОММУТАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ»

Направление подготовки: 140400 – «Электроэнергетика и электротехника»

Профиль подготовки: Системы электроснабжения объектов техники и отраслей хозяйства

Квалификация выпускника: 62, бакалавр

Форма обучения –(очная, заочная)

Тула 2012 г.

Рассмотрено на заседании кафедры «Электроэнергетика» САУ факультета

протокол №___ от "___"____________ 20___ г.

Зав. кафедрой ________________В.М. Степанов

Содержание

ЛЕКЦИЯ № 1 9

1.1 Предмет и задачи изучения дисциплины, её значение для подготовки дипломированных специалистов 9

1.2.1 Совершенствование электрических аппаратов как насущная необходимость повышения эффективности установок по производству, распределению и потреблению электрической энергии 9

1.3 Электрические и электронные аппараты как средства управления режимами работы, защиты и регулирования параметров системы электроснабжения и управления автоматизированным электроприводом; электромеханические аппараты автоматики, управления, распределительных устройств (РУ) и релейной защиты 10

1.3.1 Назначение и область применения электрических аппаратов (ЭА) 10

1.3.2 Классификация электрических аппаратов 11

1.4 Расположение электрических аппаратов в установке по производству по производству, распределению и потреблению электрической энергии 12

1.5. Требования, предъявляемые к электрическим аппаратам 12

1.6 Особенности схем электроустановок и общие требования к их выполнению 13

ЛЕКЦИЯ № 2 15

2.1 Свойства дугового разряда 15

2.2 Вольт-амперная характеристика дуги (ВАХ) 15

2.3 Условия гашения дуги постоянного тока 17

2.4 Энергия, выделяемая в дуге 18

2.5. Условия гашения дуги переменного тока 20

ЛЕКЦИЯ № 3 22

3.1 Способы гашения электрической дуги 22

3.2 Дугогасительные устройства постоянного и переменного тока 22

3.2.1 Широкие и узкие продольные щели 22

3.2.2 Дугогасительные решётки 23

3.2.4 Гашение дуги в масле 25

3.2.5. Гашение дуги воздушным дутьём 25

3.2.6 Гашение дуги в элегазе 26

3.2.7 Гашение дуги в вакууме 27

3.3 Применение полупроводниковых приборов для облегчения гашения дуги 28

3.3.1 Коммутация цепей переменного тока 28

3.3.2 Коммутация цепей постоянного тока 30

4.1 Общие сведения 31

4.2 Режимы работы контактов 32

4.2.1 Включение цепи 32

4.2.2 Проведение тока во включенном состоянии 34

4.2.3 Отключение цепи 34

4.2.4 Способы уменьшения износа контактов 35

4.3 Материалы контактов 36

4.4Конструкция твёрдометаллических контактов 36

4.5 Жидкометаллические контакты 37

4.6 Расчёт контактов аппаратов 38

ЛЕКЦИЯ № 5 40

5.1 Общие сведения 40

5.3 Усилия между параллельными проводниками 42

5.4 Усилия и моменты, действующие на взаимно перпендикулярные проводники 43

5.5 Усилия в витке, катушке и между катушками 43

ЛЕКЦИЯ № 6 45

6.1 Усилия в месте изменения сечения проводника 45

6.2 Усилия при наличии ферромагнитных частей 45

6.3 Электродинамические усилия при переменном токе 45

6.4 Электродинамическая стойкость электрических аппаратов 46

ЛЕКЦИЯ 7 48

7.1 Общие сведения 48

7.2 Активные потери энергии в аппаратах 48

7.3 Способы передачи тепла внутри нагретых тел и с их поверхности 49

7.5 Нагрев аппаратов в переходных режимах 50

7.6 Нагрев аппаратов при коротком замыкании 51

7.7 Допустимая температура различных частей электрических аппаратов 53

7.8 Термическая стойкость электрических аппаратов 53

ЛЕКЦИЯ № 8 54

8.1 Назначение контакторов 54

8.2 Классификация контакторов 54

8.3 Область применения контакторов 54

8.4 Узлы контактора и принцип его действия; физические явления, происходящие в электрическом аппарате 54

8.5 Параметры контакторов 55

ЛЕКЦИЯ № 9 57

9.1 Контактная система 57

9.2 Электромагнитные системы: физические явления, происходящие в электрических аппаратах 57

9.3 Конструкция контакторов переменного тока 57

9.4 Контакторы серии КТ6600 59

9.5 Контакторы серии КТ64 и КТ65 59

9.6 Контакторы серии МК 59

9.7 Контакторы переменного тока на напряжение 1140 В 59

9.8 Контакторы переменного тока вакуумные 60

9.9 Выбор, применение и эксплуатация контакторов 60

ЛЕКЦИЯ № 10 62

10.1 Режимы работы контакторов, физические явления, происходящие в электрических аппаратах 62

10.2 Контакторы постоянного тока, их конструкция и основные параметры 62

10.3 Контакторы серии КПВ-600 62

10.4 Контакторы типа КТПВ-600 63

10.5 Контакторы типа КМВ. Контакторы серии КП81 63

10.6 Выбор электрических аппаратов 64

ЛЕКЦИЯ № 11 65

11.1 Назначение магнитных пускателей 65

11.2 Основные требования и условия работы; физические явления, происходящие в электрических аппаратах 65

11.3 Конструкция и схема включения 66

11.4 Магнитные пускатели серии ПМЛ 67

11.5 Пускатели серии ПМА 68

11.6 Нереверсивные пускатели 68

11.7 Схема включения нереверсивного пускателя 68

11.8 Реверсивный магнитный пускатель 69

11.9 Схема включения реверсивного пускателя 69

11.10 Выбор магнитных пускателей 70

ЛЕКЦИЯ №12 71

12.1 Назначение и область применения реле 71

12.2 Классификация реле 71

12.3 Принцип действия и устройство электромагнитных реле, физические явления в электрических аппаратах 72

12.4 Основные характеристики и параметры реле 73

12.5 Требования, предъявляемые к реле 74

12.6 Согласование тяговых и противодействующих характеристик реле 74

12.7 Электромагнитные реле тока и напряжения для защиты энергосистем, управления и защиты электропривода 76

12.8 Выбор, применение и эксплуатация максимально-токовых реле 76

ЛЕКЦИЯ № 13 79

13.1 Назначение, принцип действия и устройство геркона; физическиеявления в электрическом аппарате 79

13.2 Основные параметры герконового реле 81

13.3 Конструкции герконовых реле 83

13.4 Реле тока на герконе 83

13.5 Поляризованные ГР 84

13.6 Управление герконом с помощью ферромагнитного экрана 84

ЛЕКЦИЯ № 14 86

14.1 ГР с магнитной памятью 86

14.2 Конструкция гезаконов 87

14.3. Силовые герконы 87

14.4 Расчёт обмотки геркона 88

ЛЕКЦИЯ № 15 90

15.1 Основные понятия, физические явления в электрических аппаратах 90

15.2 Энергия магнитного поля и индуктивность системы 90

15.3 Работа, производимая якорем магнита при перемещении 92

15.4 Вычисление сил и моментов электромагнита 93

15.5 Электромагниты переменного тока 95

15.6 Короткозамкнутый виток 96

15.7 Статические тяговые характеристики электромагнитов и механические характеристики аппаратов 98

ЛЕКЦИЯ № 16 100

16.1 Динамические характеристики электромагнитов 100

16.2 Уравнение движения подвижной системы 101

16.3 Замедление и ускорение действия электромагнита 102

16.4 Тормозные устройства, физические явления в электрических аппаратах 104

16.5 Поляризованные электромагнитные системы 105

ЛЕКЦИЯ № 17 108

17.1 Назначение, принцип действия и устройство предохранителя 108

17.2 Параметры предохранителя 109

17.3 Конструкция предохранителей 112

17.4 Предохранители с гашением дуги в закрытом объёме 112

17.6 Предохранители с жидкометаллическим контактом 113

17.7 Быстродействующие предохранители для защиты полупроводниковых приборов 114

17.8 Предохранитель-выключатель 114

17.9 Выбор, применение и эксплуатация предохранителя для защиты электродвигателя и полупроводниковых устройств 114

ЛЕКЦИЯ № 18 117

18.1 Назначение, классификация и область применения автоматов 117

18.2 Требования, предъявляемые к автоматам 119

18.3 Узлы автомата и принцип его действия, физические явления в электрическом аппарате 119

18.4 Основные параметры автомата 120

18.5 Универсальные и установочные автоматы 121

18.6 Быстродействующие автоматы 121

18.7 Автоматы для гашения магнитного поля мощных генераторов 122

18.8 Выбор, применение и эксплуатация автоматических воздушных выключателей 122

ЛЕКЦИЯ № 19 124

19.1 Назначение выключателей ВН 124

19.2 Основные параметры 124

19.3 Требования, предъявляемые к выключателям 125

19.4 Классификация выключателей 125

19.5 Принцип действия и устройство высоковольтных выключателей, физические явления в электрическом аппарате 125

19.7 Маломасляные выключатели 127

ЛЕКЦИЯ № 20 130

20.1 Приводы масляных выключателей 130

20.2 Воздушные выключатели 130

20.3 Элегазовые выключатели 131

20.4 Вакуумные выключатели 132

20.5 Электромагнитные выключатели 132

20.6 Выключатели нагрузки 133

20.7 Выбор, применение и эксплуатация выключателей ВН 134

ЛЕКЦИЯ № 21 136

21.1 Назначение разъединителей 136

21.2 Требования, предъявляемые к разъединителям 137

21.3 Классификация разъединителей 137

21.4 Принцип действия, устройство и основные параметры разъединителей, физические явления в электрических аппаратах 137

21.5 Разъединители для внутренней установки 138

21.6 Разъединители для наружной установки 139

21.7 Блокировка разъединителей и выключателей 140

ЛЕКЦИЯ № 22 143

22.1 Назначение и принцип действия короткозамыкателей и отделителей, физические явления в электрических аппаратах 143

22.2 Конструкция короткозамыкателей и отделителей 144

22.3 Основные параметры 146

22.4 Выбор короткозамыкателей и отделителей 146

ЛЕКЦИЯ № 23 147

23.1 Назначение, область применения и принцип работы реактора, физические явления в электрическом аппарате 147

23.2 Основные параметры реактора 148

23.3 Бетонные реакторы 148

23.4 Масляные реакторы 149

23.5 Сдвоенные реакторы 149

23.6 Выбор, применение и эксплуатация реакторов 150

ЛЕКЦИЯ № 24 152

24.1 Назначение, область применения разрядников 152

24.2 Требования, предъявляемые к разрядникам 152

24.3 Основные параметры разрядников 152

24.4 Конструкции разрядников, физические явления в электрических аппаратах 153

24.5 Трубчатые разрядники, физические явления в электрическом аппарате 153

24.6 Вентильные разрядники, физические явления в электрическом аппарате 154

24.7 Разрядники постоянного тока, физические явления в электрическом аппарате 155

24.8 Ограничители перенапряжения, физические явления в электрических аппаратах 155

24.9 Выбор разрядников 155

ЛЕКЦИЯ № 25 157

25.1 Назначение предохранителей 157

25.2 Требования, предъявляемые к предохранителям ВН 157

25.3 Принцип действия, устройство и основные параметры предохранителей ВН, физические явления в электрических аппаратах 157

25.4 Предохранители с мелкозернистым наполнителем серий ПК и ПКТ 157

25.5 Предохранители серии ПКТН 158

25.6 Предохранители с автогазовым, газовым и жидкостным гашением дуги 159

25.7 Выбор, применение и эксплуатация предохранителей ВН 159

ЛЕКЦИЯ № 26 161

26.1 Назначение, принцип действия, схема включения трансформатора тока 161

26.2 Основные параметры трансформаторов тока 161

26.3 Режимы работы трансформаторов тока 163

26.4 Конструкция и принцип действия трансформаторов тока, физические явления в электрическом аппарате 165

26.5 Выбор трансформаторов тока 166

ЛЕКЦИЯ №27 167

27.1 Назначение и основные параметры ТН 167

27.2 Принцип действия ТН, физические явления в электрическом аппарате 167

27.3 Схема включения однофазного ТН 170

27.4 Конструкция ТН 171

27.5 Выбор трансформаторов ТН 173

ЛЕКЦИЯ № 28 175

28.1 Современные подходы при создании коммутационных аппаратов низкого напряжения и перспективы их совершенствования 175

28.2 Пускатели тиристорные серии ПТ 176

28.3 Тиристорные станции управления типа БЛЭ 177

28.4 Тиристорные станции управления серии ПТУ 178

28.5 Тиристорный регулятор мощности 179

ЛЕКЦИЯ № 29 181

29.1 Принципы создания бесконтактных выключателей 181

29.2 Транзисторные устройства коммутации и защиты сетей постоянного тока 182

29.3 Выключатели тиристорные 183

ЛЕКЦИЯ № 30 187

30.1 Общие сведения 187

30.2 Функциональная схема ЭВМ 187

30.3. Электронные и микропроцессорные аппараты, их классификация и физические явления в них 188

30.4Функциональная схема управления электродвигателем постоянного тока с помощью микропроцессора 189

ЛЕКЦИЯ № 31 191

31.1 Общие сведения 191

31.2 Реле тока с выдержкой времени, зависящей от тока 192

31.3 Реле защиты от замыкания на землю 193

31.5 Трёхфазные реле напряжения 195

31.6 Полупроводниковые реле времени 197

31.7 Цифровые реле времени 198

31.8 Применение оптоэлектронных приборов в электрических аппаратах 200

ЛЕКЦИЯ № 32 202

32.1 Однофазные управляемые выпрямители 202

31.2 Коммутация тока и внешние характеристики однофазных управляемых выпрямителей 210

31.3 Трёхфазные управляемые выпрямители 212

31.4 Энергетические характеристики управляемых выпрямителей 215

31.5 Ведомые сетью инверторы 215

31.6. Высшие гармонические первичного тока управляемых выпрямителей и ведомых сетью инверторов 220

31.7 Непосредственные преобразователи частоты 220

ЛЕКЦИЯ № 33 227

33.1. Одноплечевой ШИП с симметричным законом управления 227

33.2 Мостовой широтно-импульсный преобразователь 230

33.3 Энергетические характеристики широтно-импульсных преобразователей 234

33.4 Импульсные источники питания постоянного тока 237

33.5 Энергетические характеристики импульсных источников питания 240

ЛЕКЦИЯ № 34 242

34.1 Однофазные автономные инверторы 242

34.2 Трёхфазные автономные инверторы 250

34.3. Гармонический состав выходного напряжения трёхфазного инвертора 256

34.4 Трёхфазные тиристорные автономные инверторы 258

34.5 Многоуровневые инверторы 261

34.6 Выпрямительный режим работы автономных инверторов 262

34.7 Основные характеристики инверторов 264

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 265

1 Основная литература 265

2 Дополнительная литература 265

3 Периодические издания 265