Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор современного состояния вопроса и постановка задачи 10
1.1. Существующие принципы построения расцепителей 11
1.1.1. Электромагнитные расцепители 12
1.1.2. Электродинамические расцепители 15
1.1.3. Индукционно-динамические расцепители 23
1.1.4. Полупроводниковые расцепители 26
1.1.5. Комбинированные (совмещенные) расцепители 30
1.2. Влияние графика нагрузки и пуска асинхронного двигателя на тепловое старение изоляции 39
1.3. Мероприятия по повышению срока службы обмоток статора асинхронных двигателей 41
1.4. Транзисторная защита от перегрузки без оперативного питания 48
1.5. Выводы к главе 1 52
ГЛАВА 2. Исследование и разработка новых методов построения защит электродвигателей 54
2.1. Автоматический выключатель с жидкостным замедлителем 54
2.2. Оптимизация защит электродвигателей по постоянной времени 59
2.2.1. Повышение эффективности защиты от перегрузки мощных электродвигателей 68
2.3. Минимизация потерь при функционировании защит от перегрузки выполненных автоматическими выключателями и тепловыми реле 74
2.4. Использование трансформаторов тока для повышения эффективности тепловой защиты электродвигателя 80
2.5. Расчет измерительного трансформатора тока для тепловой защиты электродвигателя 0,4 кВ 83
2.6. Выводы к главе II 89
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования, рекомендации по проектированию 91
3.1. Настройка теплового реле 93
3.2. Пуско-наладочные мероприятия при производстве автоматических выключателей 101
3.3. Экспериментальное определение параметров тепловой защиты 110
3.4. Расширение пределов измерений и контроль погрешности нагрузочного трансформатора комплектного испытательного устройства 114
3.5. Компьютерное исследование и проектирование эффективной тепловой защиты 121
3.6. Программа определения первоочередности технических мероприятий, снижающих износ изоляции асинхронного электродвигателя 127
3.7. Выводы к главе III 129
Заключение 130
Список использованной литературы 132
Приложения 144
- Мероприятия по повышению срока службы обмоток статора асинхронных двигателей
- Повышение эффективности защиты от перегрузки мощных электродвигателей
- Расчет измерительного трансформатора тока для тепловой защиты электродвигателя 0,4 кВ
- Расширение пределов измерений и контроль погрешности нагрузочного трансформатора комплектного испытательного устройства
Введение к работе
Актуальность темы. В современных условиях эффективность научно-технического прогресса зависит не только от наращивания выпуска новейшей техники, но и лучшего использования основных фондов, увеличения объема произведенной продукции с каждой единицы электрооборудования. В промышленности и сельском хозяйстве наибольшее применение нашли асинхронные электродвигатели (АД), для эксплуатации которых характерен ускоренный износ и повышенная годовая аварийность. Ежегодно вследствие перегрузки, коротких замыканий, недостаточного качества электрической энергии выходят из строя до 25-40% электродвигателей [2, 6, 11-13, 16].
Ежегодные затраты на ремонт АД достигают сотен миллионов рублей и продолжают увеличиваться по мере накопления числа электрических машин в хозяйствах. Решение этой проблемы возможно, в частности путем расширения функциональных возможностей электродвигателей. Кроме того, разработка и широкое внедрение систем релейной защиты как элемента технической диагностики является одним из важнейших факторов повышения эффективности использования электродвигателей, резкого сокращения расходов на их эксплуатацию.
Для защиты АД от работы с длительными перегрузками применяют тепловые реле, автоматические выключатели, встроенную температурную защиту. На параметры срабатывания влияют факторы, действие которых носит случайный характер (трение в механизме, различие чувствительности биметаллических пластин и так далее) [7, 9, 13, 29].
На практике возникают трудности при выполнении чувствительной защиты от перегрузки АД с тяжелым пуском [54]. Действительно, допустимое время нагрева АД определяется известной приближенной формулой
5 Согласно техническим условиям (ТУ) на электрические машины мощностью более 0,55 кВт они выдерживают полуторакратную перегрузку (=1,5) в течение 2 мин [3]. Тогда постоянная А составляет 150 с. Ампер-секундная характеристика защиты электродвигателя должна приближаться к указанной зависимости, т.е.
150'" * ~j^Z{ > (В-2) где к- кратность тока в защите 1*(н/1с.3.*(н)-
При пусковом токе 1п*(н) защита не должна его отключить, т.е. должна срабатывать со временем k3mtn_. Нетрудно установить, что в этом случае
А:.3.*(н) = кп*(н) ' ("Г Т~ + 0 2 . (В-3) зап п
В частности при /„=20 с; kn*(Hj=l\ кзап=\,2 ток срабатывания приближается к трехкратному. В таких случаях правила устройства электроустановок (ПУЭ) разрешают указанное допущение [1], что является серьезным недостатком защит, использующих в качестве элемента выдержки времени инерционные звенья.
В связи с вышеизложенным, задача реализации указанного выше ТУ для АД с тяжелым пуском является актуальной для любой элементной базы защиты.
Цель работы. Целью диссертации является совершенствование защит АД напряжением 0,4 кВ от перегрузки при тяжелых пусках.
Методика исследований. Исследования проводились с помощью аналитических и экспериментальных методов. В процессе исследований применялись: методы аппроксимации кривой намагничивания стали измерительного трансформатора тока, методы расчета магнитных и тепловых цепей, экспериментальные методы исследования, натурные эксперименты, а также с компьютерное моделирование ЭВМ.
Научная новизна. В работе разработаны методы теоретического и экспериментального исследования, а именно:
Обосновано использование насыщающихся трансформаторов тока в тепловом реле. Получена аналитическая зависимость времени срабатывания реле от параметров трансформатора тока;
Предложен вероятностный метод расчета тока срабатывания защиты АД от перегрузки, позволяющий минимизировать ущерб возникающий при неэффективном функционировании защиты;
Разработан вычислительный алгоритм, позволяющий автоматизировать экспериментальное определение параметров защиты АД 0,4 кВ;
Разработана защита асинхронного двигателя от перегрузки, использующая насыщающиеся трансформаторы тока, новизна которой подтверждена решением о выдаче патента №2001106747 от 4.02.03;
Усовершенствован автоматический выключатель с жидкостным замедлителем. Новизна изобретения подтверждена решением о выдаче патента №2001124408 от 27.02.03;
Определена рациональная постоянная времени тепловой защиты АД мощностью более 0,55 кВт. Предложен экспериментальный способ определения постоянной времени по двум замерам тока и времени срабатывания.
Основные положения, представляемые к защите: - Теоретические и экспериментальные результаты учета оптимальной постоянной времени тепловой защиты асинхронного электродвигателя; - Анализ влияния токоотводов на функционирование тепловой защиты для электродвигателей мощностью более 0,55 кВт;
Подход при определении влияния наиболее значимого фактора на повреждаемость АД;
Усовершенствованный автоматический выключатель с жидкостным замедлителем; - Расчет запаздывания нагрева пластины биметалла теплового расцепителя;
7 Теоретическая и практическая целесообразность, эффективность применения тепловой защиты с насыщающимися трансформаторами тока; - Способ повышения эффективности защит АД по условию минимума ущерба.
Практическая ценность исследования состоит в разработке эффективной защиты АД с использованием насыщающихся трансформаторов тока с витковой коррекцией, автоматического выключателя с жидкостным замедлителем, разрешающим тяжелые пуски, а также принципа тепловой задержки в термоэлементе тепловой защиты.
Апробация работы. Диссертационная работа обсуждалась и получила одобрение на заседании кафедры электроснабжения Карачаево-Черкесского государственного технологического института.
Основные результаты диссертационной работы обсуждались: -на научно-технической конференции Ставропольской государственной сельскохозяйственной академии (г. Ставрополь, 2000 г.); -на научно-практических конференциях Карачаево-Черкесского государственного технологического института (1998-2003 г.г.); -на научном семинаре Региональной энергетической комиссии (РЭК) (г. Черкесск, 2002 г.); -на объединенном семинаре кафедр электротехники и ЭПП Кубанского государственного технологического университета (г. Краснодар, 2003 г.).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 16 печатных работах, в том числе: 9 статей в центральной печати, 2 положительных решений на выдачу патента РФ.
Во введении обоснована актуальность исследований и сформулирована цель, дано общее представление о работе.
В первой главе приведен анализ расцепителей защит на различных физических принципах. В связи с этим рассмотрены электромагнитные, электродинамические, индукционно-динамические, полупроводниковые, комбинированные расцепители. Показано влияние графика нагрузки и пуска
8 АД на тепловое старение изоляции. Проанализирована схема транзисторной защиты электродвигателя от перегрузки без блока питания. Систематизированы мероприятия по повышению срока службы обмоток статора асинхронных двигателей 0,4 кВ и отмечено, что проведение известных мероприятий не устраняет, тем не менее, необходимость разработки новых и рациональный выбор уставок существующих защитных устройств, в чем автор и видит задачу настоящего исследования.
Вторая глава диссертационного исследования расцепитель с жидкостным замедлителем и получены основные соотношения. Для тепловой защиты определены оптимальная уставка и постоянная времени термоэлемента. Выявлено влияние токоотводов на результирующую постоянную времени тепловой защиты. Предложено использовать тепловые линии задержки в термоэлементе расцепителя защиты в случае тяжелых пусков защищаемого двигателя. На основе вероятностных методов произведена оптимизация уставки срабатывания защиты от перегрузки по минимуму потерь. Предложена новая защита асинхронного двигателя с тяжелым пуском, подключенная через насыщающиеся трансформаторы тока и разработана методика расчета с использованием прямоугольной характеристики намагничивания.
В третьей главе на основании теоретических и экспериментальных исследований приведены практические рекомендации по выявлению причин ложного срабатывания защит от перегрузки. Даны рекомендации учитывающие выводы полученные в диссертации по настройке тепловых реле и автоматических выключателей. Рассмотрены вопросы применения комплектного устройства «Сатурн» при испытаниях защит. Выполнены компьютерные исследования по расчету параметров защит с насыщающимися трансформаторами тока. При экспериментальном определении параметров тепловых защит впервые предложен метод двух замеров, позволяющий оценить постоянную времени тепловой защиты без демонтажа защитного аппарата.
Разработаны алгоритмы и выполнен компьютерный анализ тепловых вторичных защит с насыщающимися измерительными трансформаторами тока, а также программа, позволяющая выявить первоочередность технических мероприятий, снижающих износ изоляции электродвигателей.
В заключении сформулированы основные полученные в работе теоретические и экспериментальные результаты.
Мероприятия по повышению срока службы обмоток статора асинхронных двигателей
Обычно совмещают защиту цепи от токов перегрузки с выдержкой времени и с защитой от токов короткого замыкания без выдержки времени. Наиболее распространенной является комбинация двух последовательно соединенных самостоятельных расцепителей - электромагнитного и термобиметаллического. Как уже указывалось, основным недостатком традиционного комбинированного расцепителя является малая термостойкость к токам короткого замыкания, которая может быть устранена индукционным нагревом термобиметалла аналогично тому, как это делается, например, в автоматических выключателях типов TL - 800 с номинальным током 800 А и N/F - 2000 с номинальным током 2000 А японских фирм Terasaki и Mitsubishi. Принцип действия чувствительного элемента расцепителя, совмещающего использование тепловых деформаций термобиметалла и электродинамическое взаимодействие колец (рис. 1.12).
На рис. 1.12, я показан вариант с поворотом кольца вокруг оси, перпендикулярной оси керна магнитопровода. Магнитопровод 1 намагничивается током цепи, протекающим в проводнике 2. Короткозамкнутое кольцо несет на себе термобиметаллическую пластину 7 и может поворачиваться вокруг оси 8. Кольцо 9 жестко закреплено на магнитопроводе 1. Термобиметаллическая пластина 7 в результате тепловых деформаций или в результате поворота кольца 5 воздействует на механизм свободного расцепления, схематически показанный рейкой 6. Пружина 4 удерживает кольцо 5 в положении наибольшего удаления от жестко закрепленного кольца 6.
На рис. 1.12,6 кольцо поворачивается в плоскости, перпендикулярной оси керна. В этом случае подвижное кольцо может быть расположено между двумя неподвижными. Переменный ток, протекающий в проводнике 4, намагничивает магнитопровод 7, и возникающий в кольце 7 ток нагревает это кольцо и расположенную на нем термобиметаллическую пластину 8. Чем больше ток перегрузки, тем быстрее нагревается пластина и, изгибаясь, воздействует на механизм свободного расцепления (рейку). При токе короткого замыкания в защищаемой цепи токи в кольцах 7 и 3 достигают таких величин, что пружина 6 уже не может удержать кольцо 7 и оно притягивается к кольцу 3, поворачиваясь вокруг оси 2. Поворот кольца сопровождается поворотом пластины 8, воздействующей на механизм свободного расцепления.
Уставка тока короткого замыкания может регулироваться натяжением пружины б с помощью узла регулировки 5 или смещением кольца 3. Помимо вращательного движения подвижного кольца может быть применено также и поступательное его движение вдоль или поперек керна магнитопровода. Рассмотренный принцип действия электродинамического элемента расцепителя опробован на макете, соответствующем рис. 1.12,а. Для плоских колец сечением 13 мм2, расположенных на керне магнитопровода сечением 150 мм2, получено усилие до 0,49Н при токе 1500 А в намагничивающей обмотке. Двухвитковая намагничивающая обмотка размещается на керне магнитопровода, параллельном тому, на котором располагаются кольца. Зазор магнитопровода 0,2 мм. Усилие измеряется на стержне, жестко соединенном с подвижным кольцом. Расстояние от кольца до точки измерения 27 мм.
Увеличение усилия, передаваемого чувствительным элементом расцепителя механизму свободного расцепления, достигается размещением подвижного кольца 1 с термобиметаллическим элементом между неподвижным кольцом 3 и витком проводника с током защищаемой цепи 2 (рис. 1.13).
Такое размещение подвижного кольца позволяет одновременно использовать силу отталкивания подвижного кольца от проводника с током защищаемой цепи и силу притяжения подвижного кольца к неподвижному.
Обеспечивается не только большая величина усилия, передаваемого механизму свободного расцепления, но и возрастание этого усилия с возрастанием тока защищаемой цепи даже после насыщения магнитного сердечника. Такой индукционно-динамический расцепитель используется в автоматических выключателях с номинальным током 1Н 100 А.
Рассмотренные индукционно-динамические расцепители по сравнению с традиционной комбинацией электромагнитного и термобиметаллического расцепите лей обладают рядом преимуществ: меньшие размеры; меньшее время срабатывания при токах короткого замыкания; большая величина термостойкости термобиметаллических элементов при токах короткого замыкания; меньшая трудоемкость; меньшая материалоемкость.
Недостатки - зависимость защитной характеристики от температуры окружающей среды; разброс уставки тока мгновенного срабатывания; зависимость уставок тока от частоты защищаемой цепи.
Для устранения влияния температуры окружающей среды на защитную характеристику индукционно-динамический расцепитель (рис. 1.14) может быть снабжен компенсационной термобиметаллической пластиной и рычагом. Подвижное кольцо, поворачивающееся вокруг неподвижной оси, жестко соединено с рычагом, на свободный конец которого воздействует компенсационная термобиметаллическая пластина (рис. 1.14,а).
Повышение эффективности защиты от перегрузки мощных электродвигателей
При отсутствии токоизмерительных клещей можно замерить несимметрию напряжений вольтметром на питающем АД кабеле по аналогичной формуле.
Превышение коэффициента несимметрии по току более 10% и по напряжению более 2% должно быть зафиксировано в журнале. При этом необходимо обязательно учитывать, что несимметрия напряжений, равная 4%, вызывает усиленный износ изоляции двигателя так, что срок ее службы сокращается на 2 года. При несимметрии по напряжению 10% двигатель эксплуатировать вообще нельзя, если он загружен более чем на 50% мощности.
Следующим этапом является определение характера стабильности несимметрии. При стабильном характере несимметрии следует принять меры по симметрированию напряжения 3-х фазной сети в месте установки электродвигателя, что наиболее экономично. При нестабильном характере несимметрии - выявить однофазные нагрузки, вызывающие эту несимметрию.
Для оценки стабильности несимметрии рекомендуется установить прибор замера коэффициента несимметрии по напряжению или по току, который представляет блок фильтра напряжения обратной последовательности с указывающим вольтметром, проградуированным в процентах несимметрии. Подключение прибора осуществляется тремя проводниками к кабелю, питающему электродвигатель.
Симметрирование трехфазной питающей сети может быть выполнено путем компенсации реактивного тока в фазах с наименьшим напряжением или коррекцией фазного напряжения с помощью специальных маломощных корректирующих трансформаторов, устанавливаемых в месте расположения пускового аппарата АД.
Компенсация реактивного тока обычно осуществляется несимметричным включением конденсаторных батарей, рассчитанных с учетом параметров сети и нагрузки.
На каждом предприятии рекомендуется использовать устройства для проверки тепловых реле. В частности, предлагается устройство (рис. 3.1) [68] состоящее из трансформатора нагрузки Т2, автотрансформатора ТІ, реле напряжения К1 с кнопками управления S1 и S2, двух сигнальных ламп НІ и Н2 с последовательно включенными резисторами R1 и R2, электрического звонка 3 и электрического секундомера Pt, подключаемого к внешним зажимам 1 и 2.
Контакт проверяемого теплового реле подсоединяют к зажимам 3, 4 последовательно с сигнальной лампой HI и реле напряжения Kl, а нагревательный элемент теплового реле — к силовым зажимам ( ) и 5 А; 15 А или 50 А, в зависимости от номинального тока нагревательного элемента. Из схемы видно, что на зажим 5 А ток нагрузки идет непосредственно через амперметр, а на зажимы 15 А к 50 А — через соответствующие первичные обмотки трансформатора тока. Значение тока нагрузки, регулируется автотрансформатором ЛАТР-2. При проверке теплового реле используют электрический секундомер.
При подключении устройства к сети загорается сигнальная лампа HI, показывая, что контакты теплового реле замкнуты. Кнопкой S2 замыкается цепь управления реле К1 и его контакты переключаются. Контакт К 1.1 подает напряжение на автотрансформатор, а К 1.2 шунтирует кнопку пуска. Одновременно загорается сигнальная лампа Н2 и начинает работать секундомер Pt (если он подключен к зажимам 1 и 2). Ручкой автотрансформатора быстро устанавливают необходимый ток нагрузки. Затем включают тумблер S3 в цепь электрического звонка. Однако звонок не работает, так как контакт реле К 1.3 находится в разомкнутом состоянии. При срабатывании теплового реле его контакт разрывает цепь управления реле напряжения К1 и обесточивает сигнальную лампу HI.
Контакты реле возвращаются в исходное положение. Контакт К1.1, размыкаясь, снимает напряжение с электрического секундомера, сигнальной лампы Н2 и автотрансформатора 77. Следовательно, прекратится и ток нагрузки в нагревательном элементе теплового реле ТР, а электрический секундомер остановится. Контакт К1.2 размыкается и больше не шунтирует кнопку пуска, а контакт К1.3 замыкается и включает электрический звонок, который сигнализирует о срабатывании теплового реле. Время срабатывания зафиксировано на шкале электрического секундомера. Электрический звонок выключается тумблером S3. Если электрического секундомера нет, можно использовать обычный, включая его одновременно с нажатием кнопки пуска и выключая в момент срабатывания электрического звонка. Когда проверена работа теплового реле от одного нагревательного элемента, к зажимам ( ) и 5 А, 15 А или 50 А подключают второй нагревательный элемент и проверка повторяется. Конструктивно рассмотренное устройство выполнено в виде переносного аппарата, на переднюю панель, которого выведена ручка автотрансформатора, а также установлены амперметр, сигнальные лампы, кнопки управления, тумблер и зажимы подключения теплового реле. При помощи такого устройства можно проверять и регулировать тепловые реле непосредственно на объектах. Методика регулировки тепловых реле. Чтобы обеспечить точное срабатывание тепловых реле, их необходимо не только правильно выбрать, но и точно отрегулировать. Тепловые реле нужно проверить и, если необходимо, отрегулировать при первой их установке и обязательно при замене нагревательных элементов, а при нормальной эксплуатации — один раз в 2 - 3 года.
Расчет измерительного трансформатора тока для тепловой защиты электродвигателя 0,4 кВ
Исследование предлагаемых в диссертационной работе технических мероприятий, включающих установку защитных устройств, предполагает научное обоснование целесообразности и первоочередности их применения для конкретных условий работы АД. По этой причине, автором был проведен анализ влияния режимов работы электродвигателя на срок службы изоляции, по известному графику нагрузки и параметрам пусковых режимов.
При строгом подходе за счет нелинейной зависимости износа изоляции от температуры пусковые и нагрузочные режимы необходимо исследовать совместно, так как принцип суперпозиции в данном случае не применим. Однако, для выявления первоочередности технического мероприятия не требующего высокой точности было принято возможным допустить расчет износа изоляции по этим режимам раздельно.
В случае если износ от пуска больше чем износ по графику нагрузки, то рекомендуется в первую очередь осуществлять мероприятия по поддержанию уровня напряжения, определяющего время пуска.
Если же выше износ по графику нагрузки, то естественно установку защиты производить в первую очередь. Поэтому на основании методики, изложенной в 1.2., был разработан вычислительный алгоритм определения первоочередности установки защиты АД, разрешающей тяжелые пуски. Данный алгоритм реализован на объектно-ориентированном языке программирования Object Pascal, в среде визуального построения Delphi 6 (приложение 4), программа расчета приводится в приложении 5 и работает следующим образом.
Задаются исходные данные для расчета износа изоляции статора АД -параметры математической модели - R} - активное сопротивление статора; х / - индуктивное сопротивление статора; R 2 — приведенное к статору активное сопротивление ротора; х 2 приведенное к статору индуктивное сопротивление ротора; класс нагревостойкости системы изоляции; паспортные данные электродвигателя; температура окружающей среды; перегрев обмотки в номинальном режиме работы. Вводятся начальные значения и область изменения варьируемых параметров, шаг изменения и количество циклов, необходимых для расчета (блоки 2, 5, 16).
Расчет по суточному графику нагрузки электродвигателя осуществляется подпрограммой CalculateFromLoadCurve (блоки 2-15), расчет износа изоляции при пуске - подпрограммой CalculateFromStart в блоках 16-21. В процессе вычислений происходит промежуточный вывод результатов (блоки 15, 21), сравнение которых производится в блоке 22. На основании сравнения делается вывод о целесообразности первоочередной установки защитного устройства (блоки 23, 24).
Подпрограмма определения износа изоляции по графику нагрузки CalculateFromLoadCurve после ввода необходимых данных (блок 2), определяет по вычисляемым постоянным и переменным потерям (блок 3), коэффициент потерь (блок 4). Далее, вводится график нагрузки представленный в виде массива чисел (блок 5). Используя варьируемые значения массива в блоках 6-8 рассчитываются квадрат кратности нагрузки и превышение температуры для i-го участка графика. Значение превышения температуры обмотки в начале цикла (блок 9) позволяет вычислить установившееся превышение температуры обмотки на /-м участке графика (блоки 10, 11, 12). В блоке 13 определяется суммарный тепловой износ изоляции за цикл работы. В заключение рассчитывается износ изоляции за 1 час работы асинхронного электродвигателя по графику (блок 14).
Подпрограмма определения износа изоляции по пуску АД CalculateFromStart начинает вычисление дополнительного износа изоляции (блок 20) определением времени пуска электродвигателя с независящей от скорости механической характеристикой (блоки 17-18). В блоке 19 выбирается кн- критерий нагревания обмотки при пуске, на основании которого определяется импульс квадрата кратности пускового тока и максимальное превышение температуры в конце пуска. Программа определения первоочередности технических мероприятий, снижающих износ изоляции асинхронного электродвигателя (приложение 6) имеет удобный пользовательский интерфейс может использоваться в качестве составной части системы автоматизированного проектирования защиты. Вопросы конкретного применения разработанной программы выходят за рамки данного диссертационного исследования. 3.7. Выводы к главе III 1. Приведены рекомендации по проведению мероприятий при выявлении фактов срабатывания защиты, вызванных технологическими перегрузками и несимметрией напряжения питающей сети. 2. На основании экспериментальных исследований разработаны методы настройки тепловых реле. Приведена схема испытательного устройства, уточнены средние защитные характеристики тепловых реле. 3. Приведены результаты пуско-налад очных производственных испытаний автоматических выключателей на заводе НВА в г. Черкесске. 4. Впервые предложен метод экспериментального определения постоянной времени тепловой защиты на основе двух замеров. Составлена программа обработки замеров на ЭВМ. 5. Предложено широкое внедрение испытательной установки «Сатурн», для которой показана возможность расширения пределов измерений и контроля насыщения нагрузочного трансформатора. 6. Выполнено компьютерное исследование и предложена программа для проектирования оптимальной тепловой защиты, позволяющая рассчитать сечение магнитопровода, первичные и вторичные витки насыщающихся трансформаторов тока. 7. На основании материалов по износу изоляции, приведенных в первой главе диссертации, была составлена программа, позволяющая установить, какие технические мероприятия, снижающие износ изоляции асинхронного двигателя, необходимы в первую очередь.
Расширение пределов измерений и контроль погрешности нагрузочного трансформатора комплектного испытательного устройства
Согласно договору между заводом низковольтной аппаратуры (НВА) в г. Черкесске и кафедрой «Электроснабжение» Карачаево-Черкесского государственного технологического института (КЧГТИ) были разработаны пуско-наладочные мероприятия для автоматического выключателя АЕ-2036, модернизация которого была произведена на вышеуказанной кафедре.
Данный автоматический выключатель является базовым при построении % оптимальных защит, разработанных в диссертации. Регулировочные характеристики аппарата. Процесс настройки автоматического выключателя, как серийного варианта так и модернизированного, заключается в установке регулировочного спецвинта в определенное рациональное положение. Это достигается его вращением. В модернизированном варианте точкой отсчета может быть положение винта, при котором достигается срабатывание механизма «моментного отключения» в холодном бестоковом состоянии аппарата. Стабильность этого положения является некоторой косвенной характеристикой стабильности механической части аппарата в целом и его температурной стабильности. В термокомпенсированном выключателе, каковым является АЕ-2036 некоторое вращение спецвинта против часовой стрелки от указанного положения (угла бестокового срабатывания р0) обеспечивает несрабатывание механизма расцепления при отсутствии тока. Чем больше угол вращения от угла бестокового срабатывания, тем больший ток аппарата приводит к его срабатыванию. Таким образом можно говорить о характеристике аппарата где (pep - угол уставки, отсчитанный от р0 в направлении против часовой стрелки и устанавливаемый до испытания аппарата; /- ток через нагреватели выключателя, включенные последовательно. Для обеспечения однозначности этой характеристики, очевидно, требуется поставить условие постоянства времени отключения tomKJl. с момента подачи тока в аппарат.
Другой и более наглядной регулировочной характеристикой может являться зависимость времени отключения от угла уставки д ср при заданном и неизменном токе через аппарат. Наибольшую пользу дают временные характеристики tomKJl f((pcp), снятые для токов, определяемых техническими условиями (ТУ). Это токи 1,051ном, 1,25/наи и 1,51ном. На рис. 3.3 приведены зависимости, показывающие, что при установке по углу спецвинта, меньшей п\ автоматический выключатель работает неселективно, т.е. срабатывает и при 1,051ном и 1,25/„ОЛ1. При большой установке выключатель не работает на отключение при 1,057„ОЛ , как это и определяется ТУ, но он не работает при токе \,2ЫН0М, что противоречит ТУ. Следовательно, параметр настройки, соответствующий ТУ лежит в пределах Так как тепловой режим зависит от того, находится ли аппарат в закрытом или открытом состоянии, то рассматриваемые кривые существенно смещаются к оси ординат при регулировке аппарата в открытом корпусе и обусловливают ошибку. Поэтому снятие регулировочных характеристик должно производиться в закрытом корпусе.
Для оценки регулировочных свойств автоматических выключателей с различным термобиметаллическим узлом были испытаны три автоматических выключателя в закрытом корпусе с удаленным стопором барабана установки номинального тока. Последнее позволило вращать его на любое количество оборотов.
На рис. 3.4 приведены регулировочные кривые для серийного биметаллического узла с биметаллом, толщиной 1,6 мм, и для двух конструкций: с биметаллом 1,0 мм и спаренным 2,1 мм. Из рис. 3.4 видно, что наименьший регулировочный диапазон П2-п}, имеет серийный тепловой элемент с биметаллом, толщиной 1,6 мм. Здесь допускаемый разброс угла уставки спецвинта составляет ±45, т.е. ±1/8 оборота. Последнее предъявляет высокие требования к точности изготовления узлов и методам регулирования. Методы «холодной» и «горячей» настройки. Холодная настройка аппарата предполагает установку регулировочного параметра в обесточенном аппарате. Такой метод наиболее прост, но не учитывает индивидуальные особенности автоматического выключателя, разброс параметров от одного аппарата к другому. Угол бестокового срабатывания р0 может быть определен перед уставкой (рср индивидуально для каждого аппарата. Однако величина рср может значительно измениться в следствие изменения характеристик партий биметалла, крепления нагревателя, разброс мощности нагревателя и др. Только стабилизация указанных факторов или текущий их учет может позволить успешно применить «холодную» регулировку автоматического аппарата. Последнее требует длительных статистических наблюдений над большими партиями модернизированных выключателей. Для достижения этого нужно наладить серийный выпуск аппаратов с «моментным отключением». Поэтому, естественно, на первом этапе производства аппарата может быть использована только «горячая» регулировка, позволяющая устранить и выявить фактор неожиданности. Важным требованием является условие регулировки аппарата после окончания процесса его сборки, так как одна только операция окончательной сборки корпуса может приводить к сбою положения спецвинта ±1/8 оборота, т.е. полностью нарушать регулировку выключателя, обусловливая несоответствие ТУ. Поэтому было предложено использовать перфорированный барабан регулировки номинального тока, в котором вплавление стопорного стержня осуществляется сразу же после регулировки аппарата в собранном положении. Была испытана «горячая» регулировка автоматического выключателя при двукратном номинальном токе. Операция настройки осуществлялась следующим образом. После установки аппарата в гнездо стенда замыкалась цепь с двукратным током с одновременным запуском секундомера. Предварительно по регулировочным кривым находилось минимальное время срабатывания аппарата при токе 1,251ном. Оно составило 4-4,5 мин. Аппараты с таким временем испытывались на время срабатывания при двукратном токе, и находилось нижнее время срабатывания аппарата при двукратном токе. Аналогично по регулировочным кривым определялось максимальное время допускаемое для аппарата при кратности \,251ном. Оно составило 8-10 мин. Далее аппараты с таким временем испытывались при двукратном токе. Определялось максимальное время при регулировке двукратным током. Регулировочное время, находящееся в области 80 с, значительно меньше времени, определяемое ТУ для кратности 1,251ном., т.е. до 20 мин. Это значительно убыстряет процесс регулировки.
