Пожарная безопасность электроустановок

Законы Кирхгофа

С помощью первого и второго законов Кирхгофа, а также закона Ома можно найти параметры схемы любой сложности. Поэтому знание, а самое главное понимание этих трех законов строго обязательно для всех кто связан с электрической энергией и занимается электроникой.

 

Первый закон Кирхгофа

Итак, Первый закон Кирхгофа говорит нам о том, что сумма токов в любом узле абсолютно любой электрической цепи равна нулю. Или так же говорит, что алгебраическая сумма втекающих токов равна алгебраической сумме вытекающих из узла токов.

 

Узлом в сети называется такой участок цепи, в котором соединяются три и более проводника. Ток, входящий в узел, обозначается стрелочкой, имеющей направление к узлу, а вытекающий - стрелочкой, имеющей направление от узла.

 

И теперь на основании первого закона Кирхгофа запишем следующее уравнение:

Эта же формула может быть записана следующим образом:

При этом положительные и отрицательные знаки токам присвоены условно и если вы поменяете их с точностью до наоборот, то ничего принципиально не изменится.

Для того, чтобы наглядно увидеть работу Первого закона Кирхгофа, давайте соберем простейшую схему.

 

В качестве источника питания вы можете выбрать абсолютно любой элемент, начиная от пальчиковой батарейки и заканчивая блоком питания с возможностью регулировки. (Не обязательно использовать резисторы с номиналом, который указан на схеме. Вы можете подобрать абсолютно любые, какие есть у вас в наличии).

Итак, согласно 1 закону Кирхгофа у нас должно быть верно, следующее уравнение:

или

Второй закон Кирхгофа

С пониманием второго закона у многих радиолюбителей в самом начале пути возникают трудности. Но если объяснить по-простому, то все более чем просто, сейчас докажу.

Итак, определение второго закона Кирхгофа звучит так:

В любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме напряжений на всех пассивных элементах цепи.

Согласитесь, звучит не очень понятно, а вот если сказать проще то:

Сумма ЭДС в замкнутом контуре равна сумме падений напряжений и формула, выражающая этот закон, будет иметь такой вид:

Или

 

 

Для понимания давайте разберем самую простую схему с одним пассивным элементом (резистором) и источником питания в виде пальчиковой батарейки

 

 

Так как у нас резистор один, то падение напряжение на его выводах будет равно величине ЭДС элемента питания (батарейки), то есть 1,5 В = 1,5 В.

Если несколько усложнить схему и добавить к резистору еще один с аналогичным сопротивлением, то в этом случае, то напряжение в 1,5 Вольта поделится пополам на резисторах и будет равно 0,75 В.

 

 

Так же произойдет деление напряжения, если мы в цепочку включим третий резистор с одинаковым сопротивлением.

 

Формула обретет следующий вид:

Кроме одного источника питания в цепи их может быть несколько как, например, в этой схеме:

В этом случае у нас два источника питания подключены последовательно встречно, в таком варианте к нашим резисторам будет приложена разность ЭДС, то есть формула обретет следующий вид:

Второй закон Кирхгофа функционирует в цепях независимо от того сколько источников ЭДС и нагрузок будет в схеме. Так же нет принципиальной разницы, где они будут располагаться.

Так же первый и второй законы Кирхгофа одинаково применимы как для постоянного, так и для переменного тока.

 

Тема 2. Электрические цепи переменного тока.

Электрические цепи переменного тока.

Причины пожаров в электроустановках. Трехфазный ток. Фазные и линейные напряжения и токи.

Методика расчета однофазных цепей.

 

2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ И

ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ.

 Промышленные электроустановки по функциональному назначению подразделяются на следующие виды:

- генераторы – вырабатывающие электрическую энергию;

- преобразователи напряжения (трансформаторы), преобразователи частоты – преобразующие электрическую энергию;

- провода, кабели – передающие электрическую энергию от пунктов выработки и преобразования до электроприемников;

- распределительные подстанции, узлы, щиты, устройства – распределяющие электрическую энергию;

- электродвигатели, электротермические, электросварочные, электроосветительные и другие – потребляющие электрическую энергию электроприемники.

Все перечисленные электроустановки, согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) [1], нормируются на напряжение до 1000 В и напряжение выше 1000 В.

По виду потребляемого тока промышленными электроприемниками делятся на следующие группы:

- электроприемники трехфазного тока напряжением до 1000 В частотой 50 Гц;

- трехфазного тока свыше 1000 В частотой 50 Гц;

- однофазного тока до 1000 В частотой 50 Гц;

- работающие с иной частотой, питаемые от преобразовательных подстанций и установок;

- постоянного тока, питаемые от преобразовательных подстанций и установок.

Промышленные предприятия работают на переменном трехфазном токе.

Электроустановки напряжением до 1000 В выполняются как с глухозаземленной, так и с изолированной нейтралью, а установки постоянного тока – с глухозаземленной и изолированной нулевой точками. Электроустановки с изолированной нейтралью следует применять при повышенных требованиях к безопасности при условии, что в этом случае обеспечивается контроль изоляции сети и целостность изолирующей прокладки пробивных предохранителей, отключение участков с замыканием на землю.

В четырехпроводных сетях переменного тока или трехпроводных сетях постоянного тока глухое заземление нейтрали обязательно.

 

2.2 Категории электроприемников.

По требованиям обеспечения надежности электроснабжения электроприемники делятся на три категории.

Нарушение электроснабжения электроприемников I категории может вызвать опасность для жизни людей, нанести большой ущерб народному хозяйству, повредить оборудование, привести к массовому браку продукции, а также к трудновосстанавливаемым нарушениям технологического процесса. Электроприемники этой категории должны питаться, по меньшей мере, от двух независимых источников, и обрыв питания допускается только на время автоматического переключения с основного вида на резервный. В I категорию включена также особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства в целях предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования.

К электроприемникам II категории относятся такие, перерыв питания которых приводит к резкому снижению выпуска продукции, длительным простоям механизмов, транспорта. Категория охватывает многочисленную группу электроприемников, которые допускают перерыв в электроснабжении в течение времени, необходимого дежурному персоналу для обеспечения включения резервного питания. Эти электроприемники можно питать от одной воздушной линии электропередач напряжением 6 кВ и выше, осуществляя резервирование на пониженном напряжении, а также от одного трансформатора, если есть централизованное резервирование трансформаторов на складе внутри объекта или на небольшом расстоянии от него. Для этой категории можно применять автоматическое резервирование, если это не требует больших затрат.

К электроприемникам III категории относятся все остальные потребители. Электроприемники на взрывоопасных и пожароопасных объектах относятся к I или ко II категории. Это нормативное решение обеспечивает более эффективную эвакуацию людей и имущества при пожаре, большую надежность системы водоснабжения, внутрицехового транспорта и другого оборудования промышленного предприятия.

2.3. Причины загораний проводов и кабелей

1. Перегрев от короткого замыкания между жилами провода и жилами кабеля, их жилами и землей в результате: пробоя изоляции повышенным напряжением, в том числе от грозовых перенапряжений; пробоя изоляции в месте образования микротрещин как заводского дефекта; пробоя изоляции в месте механического повреждения при эксплуатации; пробоя изоляции от старения; пробоя изоляции в месте локального внешнего или внутреннего перегрева; пробоя изоляции в месте локального повышения влажности или агрессивности среды; случайного соединения токопроводящих жил кабелей и проводов между собой или соединения токопроводящих жил на землю; умышленного соединения токопроводящих жил кабеля и проводников между собой или соединения их на землю.

2.  Перегрев от токовой перегрузки в результате: подключения потребителя завышенной мощности; появления значительных токов утечки между токоведущими проводами, токоведущими проводами и землей (корпусом), в том числе на распределительных устройствах за счет снижения величины электроизоляции; увеличения окружающей температуры на участке или в одном месте, ухудшения теплоотвода, вентиляции.

3. Перегрев мест переходных соединений в результате: ослабления контактного давления в месте существующего соединения двух или более токопроводящих жил, приводящего к значительному увеличению переходного сопротивления; окисления в месте существующего соединения двух и более проводников, приводящего к значительному увеличению переходного сопротивления. Анализ этих причин показывает, что, например, короткое замыкание в электропроводниках не является первопричиной загораний, тем более пожаров. Оно является следствием не менее восьми первичных физических явлений, приводящих к мгновенному снижению сопротивления изоляции между токопроводящими жилами разных потенциалов. Именно эти явления следует считать первичными причинами пожара, исследование которых представляет научный и практический интерес.

Если все пожары принять за 100 %, то пожары от электроустановок в целом по стране составят 28 %, на предприятиях доля пожаров от электроустановок достигает 38 %, в жилых домах – 32 %, в жилых домах индивидуального пользования – 70 %. Статические данные о пожарах в электроустановках по причинам и количественное соотношение между ними, считая за 100 % все пожары в электроустановках, приведены в таблице.

 

Причины возникновения пожаров

Причины возникновения пожаров	Количество пожаров, %
Короткие замыкания в электрических сетях	43,5
Перегрев горючих материалов и предметов, находящихся вблизи электронагревательных приборов	33,5
Перегрузка проводов, кабелей, аппаратов	12
Образование больших переходных сопротивлений	4,5
Искрение и электрическая дуга	3,5
Нагрев конструкций при выносе на них напряжения	3

Данные о пожарах в электроустановках и количественное соотношение между ними по видам или назначению электрооборудования приведены в табл. Данные о пожарах в электроустановках

 

Вид (назначение) электрооборудования	Количество пожаров, %
Электропроводки	41
Электронагревательные приборы	25
Электродвигатели	7
Светильники и лампы накаливания	4,5
Радиоприемники, телевизоры	3,5
Аппараты управления	3
Кабельные линии	2
Установочные электроизделия	2
Силовые трансформаторы	1
Прочие виды электрооборудования	11

 

Из выше приведенных данных видно, что чаще всего причинами пожаров в электроустановках являются токи короткого замыкания и нарушения противопожарного режима.

 

2.4. Методика расчета однофазных цепей.

 

2.4.1 Выбор сечения жил проводников по условию допустимого теплового нагрева

Сечение проводников по величине допустимой длительной токовой нагрузки на жилы проводников   I_дл  определяют по таблицам 1.3.4 -.1.3.27 Правил устройства электроустановок. 

 При этом должно выполняться следующее условие

I _дл ³ I _р

где I_p - рабочий ток нагрузки.

 

Для электродвигателей - во взрывоопасных зонах классов B-I, B-Ia, B-II, В-IIа

I _р = 0,8 I _н

 

 

- в остальных случаях

I _р = I _н

 

где I _н - номинальный ток электродвигателя.

 

Номинальный ток, А, для трехфазных двигателей переменного тока рассчитывается по формуле

I _н =

 

где Р_н – номинальная мощность двигателя, Вт;

U_л - линейное напряжение, В;

cos φ - коэффициент мощности двигателя;

η - к.п.д. двигателя.

 

Рабочий ток нагрузки осветительной сети - в групповой осветительной сети однофазного тока

I_p =

 

- в групповой осветительной сети трехфазного тока

I_p =

 

где ∑Р - суммарная мощность светильников, Вт;

Uф, Uл - фазное и линейное напряжение сети, В.

Тема 3. Электрические измерения.

Сведения об электрических измерениях и классификация электроизмерительных приборов. Устройство и принцип действия электроизмерительных приборов.

3.1 Значение электрических измерений

Объектами электрических измерений являются все электрические и магнитные величины: ток, напряжение, мощность, энергия, магнитный поток и т. д. Определение значений этих величин необходимо для оценки работы всех электротехнических устройств, чем и определяется исключительная важность измерений в электротехнике.

Электроизмерительные устройства широко применяются и для измерения неэлектрических величин (температуры, давления и т. д.), которые для этой цели преобразуются в пропорциональные им. электрические величины. Такие методы измерений известны под общим названием электрических измерений неэлектрических величин. Применение электрических методов измерений дает возможность относительно просто передавать показания приборов на дальние расстояния (телеизмерение), управлять машинами и аппаратами (автоматическое регулирование), выполнять автоматически математические операции над измеряемыми величинами, просто записывать (например, на ленту) ход контролируемых процессов и т. д. Таким образом, электрические измерения необходимы при автоматизации самых различных производственных процессов. (Привести примеры!).

 

3.2 Меры, измерительные приборы и методы измерения

Измерение любой физической величины заключается в ее сравнении посредством физического эксперимента с принятым за единицу значением соответствующей физической величины. В общем случае для такого сопоставления измеряемой величины с мерой — вещественным воспроизведением единицы измерения — нужен прибор сравнения. Например, образцовая катушка сопротивления применяется как мера сопротивления совместно с прибором сравнения — измерительным мостом.

Измерение существенно упрощается, если есть прибор непосредственного отсчета (называемый также показывающим прибором), показывающий численное значение измеряемой величины непосредственно на шкале или циферблате. Примерами могут служить амперметр, вольтметр, ваттметр, счетчик электрической энергии. При измерении таким прибором мера (например, образцовая катушка сопротивления) не нужна, но мера была нужна при градуировании шкалы этого прибора. Как правило, у приборов сравнения выше точность и чувствительность, но измерение приборами непосредственного отсчета проще, быстрее и дешевле.

В зависимости от того, как получаются результаты измерения, различают измерения прямые, косвенные и совокупные.

В зависимости от способа применения приборов и мер принято различать следующие основные методы измерения: непосредственного измерения, нулевой и дифференциальный.

При пользовании методом непосредственного измерения (или непосредственного отсчета) измеряемая величина определяется путем непосредственного отсчета показания измерительного прибора или непосредственного сравнения с мерой данной физической величины (измерение тока амперметром, измерение длины метром). В этом случае верхним пределом точности измерения является точность измерительного показывающего прибора, которая не может быть очень высокой.

При измерении нулевым методом образцовая (известная) величина (или эффект ее действия) регулируется и значение ее доводится до равенства со значением измеряемой величины (или эффектом ее действия). При помощи измерительного прибора в этом случае лишь добиваются равенства. Прибор должен быть высокой чувствительности, и он именуется нулевым прибором или нуль-индикатором. В качестве нулевых приборов при постоянном токе обычно применяются магнитоэлектрические гальванометры, а при переменном токе — электронные нуль-индикаторы. Точность измерения нулевым методом очень высока и в основном определяется точностью образцовых мер и чувствительностью нулевых приборов. Среди нулевых методов электрических измерений важнейшими являются мостовые и компенсационные.

Еще большая точность может быть достигнута при дифференциальных методах измерения. В этих случаях измеряемая величина уравновешивается известной величиной, но до полного равновесия измерительная цепь не доводится, а путем прямого отсчета измеряется разность измеряемой и известной величин. Дифференциальные методы применяются для сравнения двух величин, значения которых мало отличаются один от другого.

3.3 Погрешности измерения и классы точности

Точность измерения характеризуется его возможными погрешностями. Эти погрешности при каждом конкретном измерении не должны превышать некоторого определенного значения. В зависимости от способа числового выражения различают погрешности абсолютные и относительные, а применительно к показывающим приборам — еще и приведенные.

Абсолютная погрешность ∆ А — это разность между измеренным Л_из и действительным А значениями измеряемой величины:

∆А = А_из-А.

Например, амперметр показывает А_из = 9 А, а действительное значение тока А = 8,9 А, следовательно, ∆ А =0,1 А.

Чтобы определить действительное значение величины, нужно к измеренному значению прибавить поправку — абсолютную погрешность, взятую с обратным знаком.

Точность измерения оценивается обычно не абсолютной, а относительной погрешностью — выраженным в процентах отношением абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой. величины:

γ_о = (∆ А/А)·100%

а так как разница между А и A_из обычно относительно мала, то практически в большинстве случаев можно считать, что

у = (∆A/A_из)·100 %

Для приведенного примера измерения тока относительная погрешность у₀= (0,1/9)·100 % = 1,11 %.

Для оценки точности самих показывающих измерительных приборов служит их приведенная погрешность. Так называется выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности показания ∆А к А _ном — номинальному значению, соответствующему наибольшему показанию прибора:

у_{п р} = (А/А_ном)·100%. (12.1)

Если в рассмотренном примере предел измерения амперметра A _ном = 10 А, то приведенная погрешность

у_пр = (0,1/10)-100 % = 1 %

Допускаемая основная погрешность электроизмерительного прибора определяет его класс точности. Обозначением класса точности служит допускаемая основная погрешность приборов, принадлежащих к этому классу: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4.

Принадлежность прибора к определенному классу указывает, что основная погрешность прибора на всех делениях шкалы не превышает значения, определяемого классом точности этого прибора (например, у прибора класса 1 допускаемая основная погрешность 1 %). Отклонение внешних условий от нормальных вызывает дополнительные погрешности.

В зависимости от чувствительности к внешним магнитным или электрическим полям электроизмерительные приборы делятся на две категории:

I — приборы менее чувствительные;

II — приборы более чувствительные.

Включение измерительного прибора в исследуемую электрическую цепь неизбежно в некоторой степени изменяет ее режим работы. Это изменение вызывается по существу тем, что работающий прибор потребляет некоторую энергию. Поэтому при исследовании объектов малой мощности могут существенно исказиться результаты. Желательно, чтобы собственное потребление энергии измерительным прибором было возможно меньше.

Простейшим примером влияния собственного потребления энергии измерительными приборами на результаты, измерения может служить измерение сопротивления резистора (при постоянном токе) при помощи вольтметра и амперметра с вычислением по закону Ома.

Для такого измерения возможны две схемы включения приборов (рис. 12.2), причем в обоих случаях для точного измерения сопротивления резистора необходимо учесть влияние собственного потребления энергии приборами.

Таблица 12.1. Условные обозначения на шкалах электроизмерительных приборов.

 

Условное обозначение	О чем информирует данное условное обозначение
	Прибор трехфазного тока для неравномерной нагрузки фаз
	Прибор трехфазного тока с двухэлементным измерительным механизмом
	Защита от внешних магнитных полей, например 2 мТл
	Защита от внешних электрических полей, например 10 кВ/м
	Класс точности при нормировании погрешности в процентах от диапазона измерения, например 1,5
	То же при нормировании погрешности в процентах от длины шкалы, например 1,5
	Горизонтальное положение шкалы
	Вертикальное положение шкалы
	Наклонное положение шкалы под определенным углом к горизонту, например 60°
	Направление ориентировки прибора в земном магнитном поле
	Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением, например 2 кВ
	Прибор испытанию прочности изоляции не подлежит.
	Осторожно! Прочность изоляции измерительной цепи по отношению к корпусу не соответствует нормам (знак выполняется красного цвета).

 

При переменном токе учет поправок осложняется тем, что сопротивления цепей переменного тока — величины комплексные.

Чем меньше мощности контролируемых цепей, тем существеннее влияние собственного потребления энергии измерительными приборами на результаты измерений. В частности, эти влияния обычно значительны в цепях управления автоматики и в цепях электронных устройств.

12.10. Измерение сопротивлений

Омметр является прибором для измерения сопротивлений методом непосредственного отсчета, т. е. снабжен шкалой, градуированной в омах. В большинстве омметров применяется магнитоэлектрический измерительный механизм: для менее ответственных измерений — магнитоэлектрический механизм, в котором противодействующий момент создается пружинами, а для более ответственных измерений — магнитоэлектрический логометр.

В омметрах без логометра, предназначенных для измерения больших сопротивлений, измерительный механизм ИМ соединяется последовательно с объектом, сопротивление которого измеряется (рис. 12.26, а).

По закону Ома ток в цепи

где U — напряжение гальванической батареи (аккумулятора); r _х — измеряемое сопротивление; r_к — сопротивление катушки измерительного механизма; г_д — постоянное сопротивление добавочного резистора, помещенного внутри корпуса прибора.

При условии, что напряжение неизменно, прибор может быть проградуирован для непосредственного отсчета по его шкале значений, измеряемого сопротивления г_х. Нулевому значению тока соответствует» деление шкалы r _х = ∞, а нулевому значению r _х — значение тока I = U/(r_k + г_д). Для контроля источника питания у прибора есть ключ К, замыкающий накоротко выводы, к которым присоединяется элемент с сопротивлением r _х. При замкнутом контрольном ключе - стрелка измерительного механизма должна быть на нулевом делении шкалы сопротивлений (r_х = 0). Шкала у прибора с последовательным соединением весьма неравномерна.

Для измерения малых сопротивлений (порядка десятых долей ома) применяется параллельное соединение измерительного механизма с измеряемым объектом (рис. 12.26, б). В этом случае ток через измерительный механизм.

Основной недостаток омметров без логометра, помимо зависимости показаний от напряжения U, — малое значение этого напряжения, что особенно существенно при измерениях сопротивления изоляции. Последнее сильно зависит от напряжения; поэтому измерение сопротивления изоляции должно производиться при напряжении не меньшем, чем рабочее напряжение установки. Чтобы получить такое напряжение, в качестве источника применяются индукторы — маленькие магнитоэлектрические генераторы постоянного тока с ручным приводом. Номинальная ЭДС такого индуктора — от 100 до 2500 В.

Повышение напряжения источника питания увеличивает чувствительность измерения (омметры с индукторами обычно именуются мегаомметрами ( Для измерения очень больших сопротивлений — порядка 10⁶ Ом — применяются электронные тераомметры (1 тераом = 10¹² Ом)) в соответствии с пределами их рабочей шкалы). Так как ЗДС индуктора непостоянна — пропорциональна частоте вращения якоря, то измерительным механизмом в мегаомметрах обычно служит магнитоэлектрический логометр. Омметры с логометром изготовляются и при питании от сети переменного тока через выпрямитель.

Н а рис. 12.28 показаны две основные схемы соединений омметра с логометром и индуктором. По существу эти схемы аналогичны двум схемам рис. 12.26. В обеих схемах последовательно с одной из катушек логометра соединяется резистор с постоянным сопротивлениемr_д1. Вторая катушка логометра для измерения больших сопротивлений (рис. 12.28, а) соединяется через добавочный резистор с сопротивлением r_д2 последовательное объектом измеряемого сопротивления r _х, а у логометра для измерения малых сопротивлений (рис. 12.28, б) вторая катушка включается параллельно с объектом измеряемого сопротивления r_x.

При изменении ЭДС Е индуктора вращающие моменты обеих катушек, направленные в противоположные стороны, изменяются одинаково, т. е. изменение ЭДС не влияет на отклонение подвижной части, которое зависит лишь от отношения сопротивлений цепей двух катушек прибора (12.7). Поэтому можно проградуировать шкалу прибора в единицах сопротивления.

В некоторых омметрах посредством переключателя один и тот же измерительный механизм соединяется последовательно или параллельно с объектом измеряемого сопротивления. Такой прибор имеет две шкалы — одну для больших сопротивлений (мегаомы) и вторую для относительно малых (килоомы).

12.11. Измерение частоты

Для измерения промышленной и повышенной частот (примерно до 1000 Гц) применяются частотомеры прямого отсчета с измерительным механизмом типа логометра. Цепь одной катушки логометра имеет практически активное сопротивление, и ток в ней зависит только от напряжения, приложенного к этой цепи, и не зависит от частоты. Цепь другой катушки логометра содержит индуктивный и емкостный элементы, поэтому ток в ней зависит от напряжения, так же, как и ток в первой катушке, но, кроме того, существенно зависит от частоты. Таким образом, отношение токов двух катушек логометра зависит от частоты, но не зависит от зна чения напряжения.

Одна из возможных схем такого частотомера со стрелочным указателем дана на рис. 12.29. У этого частотомера две катушки К₁ и К₂ магнитоэлектрического логометра включены в диагонали двух выпрямительных мостов В₁ и В_г. Цепь, питающая мост В₁, содержит только резистивный элемент г; поэтому ток в катушке К₁ не зависит от частоты. Цепь моста В₂ содержит соединенные последовательно индуктивный L и емкостный С элементы.

Для рабочего диапазона частот прибора сопротивление этой цепи соответствует восходящей ветви частотной характеристики тока I (ω) (см. рис. 2.47), и при небольшом изменении частоты ток в катушке K₂ изменяется значительно. Поэтому положение равновесия подвижной части логометра сильно зависит от измеряемой частоты напряжения и не зависит от значения напряжения контролируемой установки. Так достигается высокая чувствительность прибора к изменению частоты. Индуктивный L_ф и емкостный С_ф элементы образуют фильтр, защищающий измерительные цепи от влияния высших гармонических составляющих кривой напряжения, если последнее не синусоидально.

 

12.12. Мостовой метод измерения

Мостовые методы измерения применяются для измерения параметров резисторов, катушек индуктивности и конденсаторов. Для измерения параметров катушек индуктивности и конденсаторов необходимы мосты переменного тока. Для измерения сопротивлений резисторов чаще применяются мосты постоянного тока.

12.5. Механические узлы показывающих приборов

В показывающих измерительных приборах прямого отсчета подвижная часть под действием измеряемой величины перемещается по отношению к неподвижной. По конструкции отсчетного устройства различают показывающие приборы со стрелочным и со световым указателями. Общей особенностью этих приборов является установка подвижной части на растяжках, на осях или на подвесе.

 

Тема 4. Трансформаторы и электрические машины.

 

Трансформаторы. Назначение, виды и их применение.

Пожарная опасность трансформаторов.

Электрические машины постоянного тока. Электрические машины переменного тока. Пожарная опасность электродвигателей.

 

4.1 ТРАНСФОРМАТОРЫ

 

Трансформаторы – это устройства для преобразования напряжения (реже тока) переменного тока. Такие трансформаторы называют силовыми.

Применительно к силовым трансформаторам следует различать номинальную мощность и нагрузочную способность.

Номинальная мощность данного трансформатора однозначна. Это – некоторая вполне определенная мощность, которую он при экономически рациональном КПД может отдавать постоянно, без перерыва, в течение всего своего нормального срока службы.

Нагрузочная способность – это мощность, которую трансформатор может отдавать только в течение заданного короткого промежутка времени.

Величина этой мощности зависит от условий эксплуатации, в которых трансформатор находится в рассматриваемый момент, и от того, должна ли она допускаться без ущерба для его нормального срока службы или же за счет некоторого увеличения естественного износа его изоляции.

 

4.2 ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ТРАНСФОРМАТОРОВ

 

В реальных условиях эксплуатации, как правило, силовые трансформаторы загружаются неравномерно. Отклонение от среднесуточной нагрузки достигает 50-75 %.

Перегрузка трансформатора свыше 75 % от номинальной допускается лишь на несколько минут и в редких случаях – на несколько часов. И наконец, в промышленных условиях имеют место перегрузки, связанные с пусковыми токами электродвигателей, длительность которых составляет 10-40 с.

В связи с тем, что пусковые токи могут быть систематическими, перегружающие трансформаторы на 300-500 %, на предприятиях разрабатываются соответствующие структуры и графики электроснабжения, снижающие значительные перегрузки, повышающие общий срок службы питающих трансформаторов. Образующиеся в трансформаторе (в обмотках и магнитопроводе) во время работы потери энергии превращаются в тепло. Значение установившегося при данной нагрузке превышения температуры над температурой окружающей среды зависит от величины теплоотдающей поверхности трансформатора и от интенсивности теплоотдачи.

В случае коротких замыканий интенсивный перегрев обмоток приводит к увеличению активного сопротивления проводов обмоток; потери тепла возрастают. Эту особенность следует учитывать при расчетах превышения температуры трансформаторов.

 

4.3 Электродвигатель – машина, преобразующая электрическую энергию в механическую.

В зависимости от рода потребляемого тока электродвигатели подразделяются на электродвигатели переменного и постоянного тока.

Электродвигатели переменного тока делятся на асинхронные, синхронные и коллекторные.

Асинхронный электродвигатель состоит из статора и ротора. Обмотки статора и ротора размещены в пазах их магнитопроводов. На роторе асинхронных электродвигателей располагается либо фазная, т.е. имеющая обычно столько же фаз, сколько и обмотка статора, либо короткозамкнутая. Короткозамкнутая обмотка ротора состоит из расположенных в его пазах, замкнутых между собой по обеим сторонам ротора неизолированных стержней из проводникового материала. Она может быть также выполнена заливкой пазов алюминием. В зависимости от типа обмотки различают асинхронные двигатели с фазным и с короткозамкнутым ротором.

Синхронные электродвигатели применяются в электроприводах, где требуется постоянная частота вращения, однако они имеют плохие пусковые свойства и для питания обмотки возбуждения требуется постоянный ток. Применяются на мощности свыше 600 кВт, на напряжение 6 и 10 кВ и как микродвигатели мощностью до 1 кВт. Многие серии и типы синхронных двигателей применяются для привода компрессоров, мельниц, вентиляторов, резиносмесителей, грануляторов и т.д.

Коллекторные электродвигатели переменного тока, в основном маломощные, используются для привода электрифицированного инструмента, бытовой техники, медицинского оборудования и т.п., т.е. в тех случаях, когда для их питания необходим однофазный и реже трехфазный переменный ток.

Коллекторные электродвигатели постоянного тока более распространены в промышленности, что объясняется всевозрастающим применением статических выпрямителей, а также простотой и надежностью способа регулирования частоты вращения, большими пусковыми моментами и перегрузочной способностью, чем у двигателей переменного тока.

Основными конструктивными элементами двигателей постоянного тока являются станина с закрепленными на ней главными и добавочными полюсами, вращающийся якорь с обмоткой и коллектором и щеточный аппарат.

Причины загораний электродвигателей, генераторов и трансформаторов:

1. Перегрев от коротких замыканий в обмотках в результате межвиткового пробоя электроизоляции:

- в одной обмотке повышенным напряжением;

- в месте образования микротрещин как заводского дефекта;

- от старения;