книги / Электромонтер по обслуживанию буровых установок
..pdfком, протекающим по обмотке подвижной катушки, и током, проходящим по неподвижной катушке.
На рис. 83 показано схематическое устройство электродина мического прибора. Основными частями измерительного меха низма являются: неподвижная катушка А, состоящая из двух половин, подвижная катушка В, ось С со спиральными пружи нами, стрелка S и демпферное устройство М.
В подвижную катушку измеряемый ток подводится через спиральные пружины, которые одновременно служат для соз дания противодействующего момента. При прохождении изме ряемого тока по обмоткам подвижной и неподвижной катушек вследствие взаимодействия возникающих при этом магнитных полей подвижная катушка будет стремиться занять такое по ложение, чтобы направление ее магнитного поля совпало с на правлением магнитного поля неподвижной катушки.
Для успокоения подвижной части прибора служит воздуш ный успокоитель, состоящий из пластинки М, укрепленной на подвижной части и перемещающейся в неподвижном закрытом кожухе. При движении подвижной части прибора пластинка тормозится сопротивлением воздуха.
Принцип действия электродинамических приборов мало от личается от принципа действия магнитоэлектрических прибо ров. Разница между ними состоит в том, что в электродинами ческом приборе основное магнитное поле создается током, про текающим по неподвижной катушке, а у магнитоэлектриче ского прибора — постоянным магнитом.
Индукционные приборы
Электроизмерительные приборы индукционной системы при годны для измерения только в цепях переменного тока одной определенной частоты. Главным образом индукционные изме рительные приборы получили применение в качестве ваттмет ров и счетчиков электроэнергии.
Принцип действия приборов индукционной системы сво дится к использованию вращающегося магнитного поля.
Основная часть счетчика или ваттметра (рис. 84) — магнит
ная система 1 с двумя |
обмотками. Одна обмотка |
включается |
в цепь последовательно, |
а другая — параллельно. |
Переменные |
токи, протекающие, по каждой обмотке, возбуждают перемен ные магнитные потоки, которые образуют вращающееся маг нитное поле.
Эти потоки пронизывают алюминиевый диск 2 и индукти руют в нем вихревые токи. Воздействие вращающегося магнит ного поля, образованного потоками, на вихревые токи приводят
диск во вращение.
Воздействие магнитного поля на вихревые токи пропорци онально произведению мгновенных значений тока и напряже ния, т. е. пропорционально мощности Р.
s
Рис. 83. Схема приборов электро- |
Рис. 84. Схема приборов индук- |
динамической системы |
ционной системы |
Следовательно, на диск воздействует вращающий момент
вр —kBpP»
где kBV— постоянный коэффициент.
Диск прибора при своем вращении проходит между полю сами постоянного тормозного магнита 3 и пересекает его маг нитные линии. В результате этого постоянный магнит также индуктирует в диске вихревые токи. Взаимодействие магнит ного поля постоянного магнита и вихревых токов создает не обходимое торможение диска, пропорциональное частоте его вращения. Для определения показаний прибора служит счет чик 4.
Приборы термоэлектрической системы
Термоэлектрические измерительные приборы предназнача ются для измерения силы тока в цепях переменного тока по вышенной и высокой частоты и пригодны для измерения тока и напряжения и в цепях постоянного тока.
Термоэлектрические приборы состоят из измерительного прибора высокой чувствительности магнитоэлектрической си стемы и термопреобразователя, включающего термопару из железной и Константиновой проволоки.
Действие термоэлектрических приборов основано на исполь зовании электродвижущей силы, возникающей в цепи, состоя щей из разнородных проводников, если место соединения этих проводников имеет температуру, отличную от остальной части
172
цепи. Схематически устройство тер |
|
|||||
моэлектрического |
прибора |
пока |
|
|||
зано на рис. 85. |
ток |
/, протекая |
|
|||
Измеряемый |
|
|||||
через |
нить |
АВ термопреобразова |
|
|||
теля, нагревает спай С термопары, |
|
|||||
благодаря |
чему |
возникает |
термо |
|
||
электродвижущая |
сила, |
которая |
|
|||
в свою очередь создает постоянный |
|
|||||
ток /j в цепи измерительного при |
|
|||||
бора G, соединенного с термопа |
Рис. 85. Схема приборов тер |
|||||
рой. |
Ввиду |
того, |
что |
сила |
термо |
моэлектрической системы |
тока |
пропорциональна |
термоэлек |
|
тродвижущей силе, а последняя пропорциональна измеряемому току, измерительный прибор градуируется на значения перемен ного тока, протекающего через термопреобразователь.
Измерение силы тока
Для измерения силы тока в электрических цепях служат амперметры, миллиамперметры и микроамперметры различных систем. Их включают в цепь последовательно, и через прибор Проходит весь ток, протекающий в цепи.
При различных электрических измерениях весьма важно, Чтобы измерительный прибор как можно меньше изменял эле ктрический режим цепи, в которую его включают. По этой при чине амперметр должен обладать незначительным сопротив лением по сравнению с сопротивлением цепи. В связи с этим Присоединять амперметр к полюсам источника тока без на грузки нельзя, иначе по его обмотке будет протекать большой Ток и она может перегореть. По этой же причине нельзя вклю чать амперметр параллельно нагрузке.
Если амперметр необходимо приспособить для измерения
Значительной |
силы тока — расширить |
пределы |
измерения, |
то |
он снабжается шунтом. |
но точно |
известное |
со |
|
Шунт — это |
относительно малое, |
противление гш, присоединяемое параллельно измерительному Механизму. Схема включения амперметра с шунтом показана на рис. 86, а.
При таком включении шунта из п частей тока, протекаю
щего в |
цепи, через прибор проходит лишь одна его часть, |
а через |
шунт — остальные (п — 1) частей. Это происходит по |
тому, что сопротивление шунта меньше сопротивления ампер метра в (п — 1) раз. Число п показывает, во сколько раз ну жно увеличить предел измерения амперметра. Таким образом, шунт служит для расширения пределов измерения прибора.
Пусть амперметр |
позволяет измерять силу |
тока /а= 5 А, |
а в данном случае |
необходимо этим прибором |
измерить силу |
а |
Рис. 86. Схема включения ампер |
|
метра и вольтметра: |
|
а — амперметр; б — вольтметр |
тока /= 30 А. Значит, предел измерения прибора нужно увели чить в п=30/5=6 раз.
Сопротивление шунта, который надо присоединить парал лельно амперметру, чтобы обеспечить такое расширение пре дела измерения, можно определить по формуле
■Гт — Га /(л — 1), |
(1 °4 ) |
где га — сопротивление амперметра.
После присоединения шунта к прибору каждое деление шкалы прибора будет соответствовать величине в п раз боль шей, чем указана на ней. Шунт должен иметь четыре зажима, это необходимо для устранения влияния на сопротивление шунта переходных сопротивлений контактов. Шунты изготав ливают из манганина—сплава, у которого температурный ко эффициент сопротивления практически равен нулю.
Измерение напряжения
Для измерения напряжения служат вольтметры, милли вольтметры и микровольтметры различных систем. Эти при боры включают параллельно нагрузке, а потому сопротивление их должно быть как можно больше. В связи с этим уменьша ется потребляемая прибором энергия и увеличивается досто верность произведенного измерения.
Для расширения пределов измерения вольтметра к обмотке измерительного механизма последовательно присоединяют многоомное сопротивление, носящее название добавочного со
противления |
гд. Схема |
включения |
вольтметра |
с добавочным |
сопротивлением приведена на рис. 86, б. |
|
|||
При такой схеме из п частей напряжения, подлежащего из |
||||
мерению, на |
обмотку прибора приходится лишь'одна часть, |
|||
а остальные |
(п—1) |
частей — на |
добавочное |
сопротивление. |
Это происходит потому, что сопротивление гд берется больше сопротивления вольтметра в (п — 1) раз, а при последователь ном соединении напряжение распределяется пропорционально величине сопротивления.
Добавочное сопротивление
гд= гв(л— 1). |
(105) |
Общее измеренное напряжение равно сумме падения напря жения на этих сопротивлениях. Число п показывает, во сколько раз расширяется предел измерения вольтметра.
Добавочные сопротивления изготавливают чаще всего из манганина или константана. Оба эти материала имеют боль шое удельное сопротивление и малый температурный коэффи циент сопротивления.
Шунты и добавочные сопротивления могут быть установ лены внутри корпуса прибора или подключаться к его зажи мам на время измерений.
Измерение сопротивлений
Для измерения электрических сопротивлений применяются: метод амперметра и вольтметра и метод уравновешенного мо ста, или нулевой метод.
Метод амперметра и вольтметра состоит в одновременном отсчете по вольтметру и амперметру величины падения напря жения на измеряемом сопротивлении и силы тока, протекаю щего по нему.
Величина измеряемого сопротивления вычисляется по за кону Ома:
R = (///.
Этот метод может быть применен во всех случаях, когда не требуется большой точности. Он особенно удобен для измере ния сопротивлений, находящихся под током, а также в тех случаях, когда имеется необходимость измерить в рабочем ре жиме сопротивление, изменяющееся по величине от нагрева ния.
При измерении сопротивлений методом амперметра и вольт метра возможны две схемы включения приборов (рис. 87).
При вычислении измеряемого сопротивления по закону Ома без применения поправок можно получить лишь приближенное
значение сопротивления.
В схеме (рис. 87, а) по сопротивлению гх протекает лишь часть тока, измеренного амперметром, а в схеме (рис. 85, б) на том же сопротивлении гх падает лишь часть напряжения, измеряемого вольтметром. Более точные измерения можно произвести с введенными поправками:
ддя схемы (рис. 87, а)
гх |
(106) |
ддя схемы |
(рис. $7, б) |
|
(107) |
где ^ — сопротивление вольтметра; га— сопротивление ампер метра.
а
I @
Л
Рис. 87. Схема измерения сопротивления:
а, б —метод амперметра—вольтметра; в — уравновешенный мост
Метод уравновешенного моста основан на принципе уравно вешивания его плеч, соединенных в замкнутый четырехуголь ник, в одну из диагоналей которого включен гальванометр, а в другую — источник тока.
Метод моста применяется главным образом при лаборатор ных измерениях, где требуется высокая точность. Сопротивле ния, входящие в схему, называются плечами моста. Сопротив ления плеч моста можно подобрать так, чтобы потенциалы то чек, в которые включен гальванометр, были одинаковы. В этом случае в цепи гальванометра тока не будет, и такое положение называется положением равновесия моста, а процесс подбора сопротивлений для достижения этого положения — уравнове шиванием моста или балансировкой.
Схема моста (рис. 87, в) выполнена так, что одно плечо составляет декадный магазин сопротивления R, два других плеча состоят из сопротивлений гх и г2, а четвертое плечо со ставляет измеряемое сопротивление гх.
Изменяя величины сопротивлений ги г2 и R, можно до биться такого положения, при котором стрелка гальванометра устанавливается в нулевом положении. Тогда
(108)
Измерение мощности и энергии
Мощность постоянного тока, потребляемая данным участ ком электрической цепи, определяется произведением напря жения на силу тока. Для определения мощности согласно при веденному определению необходимо включить в цепь вольт метр и амперметр и показания приборов перемножить.
Мощность постоянного и переменного тока можно также измерить ваттметром электродинамической системы (рис. 88, а). Неподвижная обмотка ваттметра, имеющая малое сопро тивление, включается в цепь последовательно (как амперметр), а подвижная обмотка, имеющая большое сопротивление — па раллельно нагрузке (как вольтметр).
Рис. 88. Схема измерения мощности и электроэнергии:
а, Ь, с — фазы ; /, 2, 3 — элементы счетчика
Показания электродинамического ваттметра при измерении мощности переменного тока пропорциональны произведению напряжения на силу тока и коэффициент мощности:
P=UI cosq).
Схема включения счетчика энергии аналогична включению ваттметра.
На рис. 88, б представлены схемы включения счетчиков для измерения активной электроэнергии в трехпроводных цепях трехфазного тока частотой 50 Гц. На рис. 88, в представлены схемы включения трехфазных счетчиков реактивной энергии.
Правильная эксплуатация электроизмерительных приборов требует определенной периодичности проверки их, которая про водится органами комитета по делам мер и измерительных приборов. Периодическая проверка может производиться са мим предприятием при наличии на нем органа надзора, имею щего соответствующее разрешение.
§ 2. р е л е й н а я за щ и т а
Общие сведения
Релейная защита — это устройство, служащее для быстрого отключения поврежденного элемента электроустановок. Релей ная защита токоприемников установок должна отвечать следу ющим требованиям: селективности, быстродействию, чувстви тельности и надежности.
Селективность или избирательность — это свойство защиты отключать только поврежденный элемент. Избирательность до-
177
стигается соответствующим выбором принципа действия за щиты и ее уставок.
Уставка — это величина тока или напряжения, при которых
срабатывают реле. |
четко срабаты |
Чувствительность — это способность защиты |
|
вать при повреждениях в зоне ее действия. |
защиты пра |
Надежность — это способность устройства |
вильно работать в нормальном, ненормальном и аварийном ре жимах.
Надежность аппаратуры зависит от качеств ее изготовле ния и уровня эксплуатации. Чем проще устройство, тем при прочих равных условиях выше его аппаратная надежность. По скольку в процессе эксплуатации аппаратная надежность сни жается, большое значение имеют периодические проверки, вы являющие неисправные элементы.
Независимо от принципа выполнения защиты схема ее ра боты выглядит следующим образом:
на вход устройства защиты подается информация о состоя нии защищаемого элемента; устройство защиты перерабаты вает полученную информацию и при повреждении в зоне дей ствия дает команду на исполнительный механизм (выключа тели, автоматы и т. п.) или сигнальные элементы;
отключает поврежденный элемент или сигнализирует о на личии повреждения;
после ликвидации повреждения или ненормального режима защита возвращается в исходное положение.
Враспределительных устройствах буровых установок основ ная часть устройств релейной защиты выполнена с примене нием электромеханических реле.
Реле защиты подразделяются на основные, непосредст венно реагирующие на повреждения, и вспомогательные, ра ботающие при воздействии на них основных реле.
Вкачестве основных на буровых установках применяют то ковые реле, реагирующие на силу тока, и реле напряжения, реагирующие на значение напряжения. Применяют и специаль ные реле, такие как реле мощности, частоты, тепловые реле, газовые и др.
Кчислу вспомогательных относятся: реле времени, исполь зуемые для искусственного замедления действия защиты; про межуточные реле, передающие действие основных реле на от ключение выключателей и осуществляющие связь между эле ментами защиты; указательные реле, сигнализирующие дейст вие защиты.
Вкаждом реле имеется воспринимающая часть, реагирую щая на изменение той электрической величины, на которую реле должно реагировать, и исполнительная часть, представ ляющая собой подвижную систему, выполняющую ту работу, которая возложена на данное реле (например, включение или отключение цепи).
У реле прямого действия исполнительная часть непосредст венно (механическим путем) воздействует на отключающий механизм выключателя. У реле косвенного действия исполни тельная часть замыкает или размыкает цепь источника тока, питающего отключающие катушки.
Воспринимающая часть электрических реле включается че рез измерительные трансформаторы тока и напряжения.
Для питания вспомогательных реле в схемах защиты, от ключающих катушек выключателей, цепей автоматики и сигна лизации, дистанционного управления пользуются постоянным или переменным оперативным током. В качестве источника постоянного оперативного тока применяют аккумуляторные батареи с напряжением 24, 110, 220 В. Следует отметить, что в установках нефтяной промышленности аккумуляторные батареи в энергоустановках применяются редко, так как об служивание их требует квалифицированного персонала и стои мость их относительно велика.
В установках 6 , 10 и 35 кВ в СССР широко используется переменный оперативный ток, источником которого служат трансформаторы тока, трансформаторы напряжения и транс форматор собственных нужд. Трансформаторы тока исполь зуют для питания защит от коротких замыканий и перегрузок, когда ток возрастает и соответственно увеличивается напряже ние на зажимах трансформаторов тока. Трансформаторы на пряжения и собственных нужд служат для питания защит от ненормальных режимов, при которых сохраняется близкое к нормальному напряжение. В качестве источника оператив ного тока применяют и конденсаторы, предварительно заря женные от сети переменного тока через выпрямительное уст ройство. Предварительно заряженные конденсаторы могут при меняться для питания защит от всех видов повреждений и не нормальных режимов.
Конструктивное исполнение реле защиты
Токовые реле используются в качестве основных реле за щит, реагирующих на увеличение тока при различных ненор мальных режимах (короткие замыкания, перегрузки).
Широкое применение в релейной защите получило токовое реле «мгновенного» действия серии РТ-40, конструктивная схема которого показана на рис. 89, а.
Магнитная система реле состоит из стального сердечника / и поворотного стального якоря 2, связанного с осью 3, на кото рой помещен подвижный контакт 4, замыкающий неподвижные контакты 5 при срабатывании реле.
Противодействующий момент создается пружиной 6, натя жение которой изменяется рукояткой 7, чем регулируется уста вка тока срабатывания. Две катушки реле 8 и 9 могут вклю чаться последовательно либо параллельно.
Комбинированное токовое реле типа РТ-80 (рис. 89, б) по зволяет построить схему токовых защит с мгновенным сраба тыванием и с выдержкой времени. Оно состоит из двух элемен тов: индукционного с ограниченно зависимой характеристикой времени действия и электромагнитного, действующего практи чески мгновенно. Мгновенно срабатывающий элемент носит название отсечки.
Индукционный элемент имеет магнитную систему 11 с рас щепленными на две части полюсами. На одну из частей каж дого полюса насаживается короткозамкнутый виток 12, выпол ненный в виде кольца.
Между полюсами находится алюминиевый диск, укреплен ный вместе с червяком 2 на оси, вращающейся в подпятниках, расположенных в теле рамки 1. Эта рамка может поворачи ваться на небольшой угол вокруг своей оси. Магнитные по токи обеих частей расщепленных полюсов сдвинуты между со бой в пространстве и по фазе, в" результате чего образуется бегущее поле, увлекающее за собой диск.
Алюминиевый диск начинает вращаться при токе в обмотке реле, составляющем 20—30 % тока срабатывания, но реле еще не работает, так как червяк 2 и зубчатый сегмент 5 не имеют зацепления из-за того, что рамка 1 оттянута в крайнее поло-
180