/
Текст
УЧЕБНИКИ И УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КАДРОВ МАССОВОЙ КВАЛИФИКАЦИИ
Н. А. САЗОНОВ
РУКОВОДСТВО ДЛЯ СЕЛЬСКОГО ЭЛЕКТРОМОНТЕРА
ТРЕТЬЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ ИЗДАНИЕ
МХП-С * 'Р
Химич v <а(>ои
Тмммч-с *’ •• о» м<.
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО сельскохозяйственной литературы
Москва —1956
От издательства
Настоящая книга является учебным пособием для сельских электромонтеров и паппсапа по программе, утвержденной Министерством сельского хозяйства СССР.
Третье издание переработано п дополнено.
Книга содержит следующие основные разделы:
обшую электротехнику; электрические материалы и оборудование; механическое оборудование; производство, распределепие п применение электрической энергии в сельском хозяйстве; монтаж электрооборудования; эксплуатацию электроустановок.
Просьба замечания о книге направлять по адресу: Москва, Б 6G, 1-й Басманный пер., 3, Сельхозгпз.
Сазонов Николай Алексеевич. Руководство для сельского электромонтера.
Редактор А. Г. Смирнов. Художник Л. Г. Ларский. Художественный редактор И. М. Хохрика, Технический редактор А. И. Баллад. Корректор О. II. гргбагг'скм
* * •
Сдано в набор 27ДХ 1956 г. Подписано к печати 5/XI 1 956 г. Т11104. Формат 60x92 Печ. л. 26 + 1 вклейка. Уч.-изд. п. 26,42. Тираж 150 000 экз. Заказ № 2266. Цена 7 р. 60 к.
Сельхозгиз, Москва, Б-66, 1-й Басманный пер., Д. 3
Министерство культуры СССР Главное управление полиграфической промышленности. Первая Образцовая типография вмени А. А. Жданова. Москва, Ж-54, Валовая, 28.
4
ВВЕДЕНИЕ
Природа, окружающая нас, располагает неисчерпаемыми запасами энергии в разнообразных видах и формах.
С давних пор человек начал покорять силы природы и ставить их себе на службу. Использование человеком мускульной силы домашних животных, топлива, энергии рек и ветра известно очень давно.
Около 150 лет назад была открыта электрическая дуга и предложены практические способы использования электричества.
В наши дни человек овладел новым мощным видом энергии — атомной энергией. По мере развития пауки будут открываться все новые и новые виды энергии, которыми бесконечно богата природа.
Среди всех известных пам видов энергии электрическая энергия занимает особое место благодаря тому, что в электричество легко преобразуются все другие, разнообразные виды энергии, в том числе и атомная; и наоборот, электрическая энергия может быть легко превращена в другой желаемый вид энергии — механическую, тепловую, химическую и т. п.; и, наконец, электрическая энергия может быть передана на любое расстояние и легко распределена между отдельными ее потребителями.
Все эти преимущества и обеспечили широкое использование электричества во всех областях деятельности и быта человека.
Применение электрической энергии в широких размерах • в сельскохозяйственном производстве и в быту сельского населения получило название электрификации ^сельского хозяйства.
Использование электрической энергии на практике стало возможным лишь после того, как были открыты законы, которым подчиняются электрические явления, и разработаны установки для производства, передачи, распределения и применения электрической энергии.
Наука о практическом использовании электричества называется электротехникой.
В изучении электрических явлений и в создании науки о практическом использовании электричества большая роль принадлежит русским ученым и изобретателям.
Родоначальник русской науки Михаил Васильевич Ломоносов (1711—1765) положил начало изучению электрических явлений и, в частности, электрической молнии.
1
3
Академик Василий Владимирович Петров (1761—1834) открыл электрическую дугу и указал на возможное практическое ее применение, предложил применение электрической изоляции и построил первую электрическую машину. В. В. Петров по праву считается отцом электротехники и первым русским электротехником.
Имена таких русских ученых и изобретателей, как П. Л. Шиллинг (1786—1837); Б. С. Якоби (1801—1874), Э. X. Ленц (1804— 1865), А. Г. Столетов (1839—1896), Д. А. Лачинов (1842—1902), Н. Н. Бенардос (1842—1905),В. Н.Чиколев (1845—1898), И. Г. Сла-вянов (1854—1897), М. О. Доливо-Добровольский (1862—1919), вошли в историю электротехники в связи с открытием ими ряда основных законов электротехники, изобретением электромагнитного телеграфа, созданием первых электрических двигателей и линий электропередач, применением электричества в военном деле и т. п.
Русские электротехники Павел Николаевич Яблочков (1847—1894) и Александр Николаевич Лодыгин (1847—1923) изобрели электрическое освещение, которое в самом начале своего применения называлось за рубежом «русским светом».
Выдающийся русский ученый Александр Степанович Попов (1859—1906) — основоположник радиотехники и радиолокации.
В Советском Союзе успешно осуществляется плановая электрификация всех отраслей народного хозяйства. Вскоре после победы Великой Октябрьской социалистической революции В. И. Ленин в «Наброске плана научно-технических работ» указал, что необходимо «обращение особого внимания на электрификацию промышленности и транспорта и применение электричества к земледелию».
Созданная Государственная комиссия воплотила ленинские указания об электрификации в первом государственном плане развития народного хозяйства Советской страны. Этот план, утвержденный в декабре 1920 года восьмым Всероссийским съездом Советов, вошел в историю, как план ГОЭЛРО. В плане, рассчитанном на 15 лет, предусматривались исключительно быстрые темпы развития всех важнейших отраслей промышленности. Огромный рост промышленного производства обеспечивался самой современной энергетической базой — электрификацией. План ГОЭЛРО предусматривал для этой цели строительство 30 крупных электрических станций на общую мощность 1 750 000 киловатт. Новые электростанции увеличивали общую мощность станций по сравнению с 1920 годом в 12 раз, а выработка электрической энергии в стране возрастала по плану в 22 раза.
Эти огромные задания плана ГОЭЛРО, казавшиеся очень многим буржуазным деятелям фантастическими, были, как известно, выполнены досрочно.
Электрификация Советского Союза развивается исключительно быстрыми темпами. Из года в год повышается мощность электростанций, растет выработка электроэнергии. Если, например, 4
в 1950 году было произведено 91 миллиард киловатт-часов электроэнергии, то в 1955году — 170 миллиардов киловатт-часов. Сначала первой пятилетки производство электроэнергии в СССР в 4П—___________~ —~ ~ QZ
IVOO но-зрсн ли « ич рала,
Директивы XX съезда КПСС по шестому пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1956—1960 годы содержат развернутую программу дальнейшего развития электрификации нашей страны. За новое пятилетие общая мощность турбинных электростанций увеличится примерно в 2,2 раза, мощность гидроэлектростанций — в 2,7 раза и протяженность электрических сетей Министерства электростанций СССР напряжением 35—220 киловольт — в 2,2 раза.
Наращивание мощностей районных тепловых электростанций в крупных энергосистемах будет происходить путем строительства, как правило, электростанций большой мощности с установкой агрегатов по 100, 150 и 200 тысяч киловатт п с размещением таких электростанций в районах добычи топлива.
Учитывая успешный опыт эксплуатации первой в мире промышленной атомной электростанции мощностью 5 000 киловатт, введенной в действие в Советском Союзе в июне 1954 года, применение атомной энергии в мирных целях значительно расширяется. В течение 1956—1960 гг. будут построены новые атомные электростанции общей мощностью 2—2,5 миллиона киловатт. Эти станции намечено соорудить в первую очередь в районах, не имеющих собственной топливной базы.
В текущем пятилетии будет приступлено к осуществлению единой высоковольтной сетп Советского Союза. Такие крупнейшие энергосистемы, как Центральная, Южная и Уральская, будут объединены с Куйбышевской и Сталинградской гидроэлектростанциями линиями электропередачи напряжением 400 киловольт, и таким образом будет создана единая энергетическая система Европейской части СССР.
В Закавказье будут объединены в общую систему Грузинская, Азербайджанская и Армянская энергосистемы. Одновременно развернутся работы по созданию единой энергетической системы Центральной Сибири (от Новосибирска до Иркутска).
Между Сталинградской гидроэлектростанцией и Донбассом будет построена первая в Союзе линия электропередачи высокого напряжения постоянного тока.
Широкое присоединение сельских потребителей к сетям государственных электростанций и дальнейшее развертывание строительства сельских районных и межрайонных гидравлических и тепловых электростанций открывают новые большие возможности в направлении электрификации сельского хозяйства. Директивы XX съезда КПСС предусматривают за текущее пятилетие удвоить число электрифицированных колхозов, получающих электроэнергию от постоянных источников, и завершить электрификацию совхозов и машинно-тракторных станций.
5
Присоединение сельских потребителей к сетям мощных энергетических систем, несмотря на все преимущества этого вида электроснабжения сельского хозяйства, не может в условиях нашей страны с ее огромной территорией охватить все сельское хозяйство и явиться таким образом единственным источником электроснабжения. Поэтому наряду с широким использованием электрических сетей промышленных энергосистем в сельских районах, не охватываемых этими системами, ведется массовое строительство сельских электрических станций.
В настоящее время в строительстве находятся главным образом сельские гидроэлектростанции мощностью в несколько сот и тысяч киловатт каждая. В тех районах, где отсутствуют гидроэнергетические ресурсы, но имеется дешевое топливо, будут строиться сельские тепловые электростанции районного и межрайонного значения. И лишь в отдельных колхозах, которые в ближайшее время не могут быть присоединены к электрическим сетям энергосистем и сельских электростанций, найдут применение временные передвижные электростанции мощностью 15, 35 и 60 киловольтампер с дизельными двигателями, предназначенные главным образом для электрификации производственных работ на животноводческих фермах.
Применение электрической энергии в совхозах и колхозах расширяется с каждым годом. Если на первых порах применение электрической энергии в сельском хозяйстве ограничивалось электрическим освещением, то в дальнейшем все более заметным становится внедрение электроэнергии непосредственно в производственные процессы сельского хозяйства.
Исключительные преимущества электрического привода рабочих машин по сравнению с любым другим видом привода открыли широкие возможности для применения в совхозах и колхозах электрических двигателей. К настоящему времени уже в 65% электрифицированных колхозов, помимо электрического освещения, применяют и электрические двигатели, обслуживающие водокачки, мельницы, лесопилки, молотилки, силосорезки и другие машины и установки.
Дальнейшим шагом вперед в деле применения электрической энергии в сельскохозяйственном производстве явится осуществление комплексной электрификации. Под комплексной электрификацией следует понимать применение системы электрифицированных машин, обеспечивающей механизацию всех трудоемких работ и позволяющей осуществить поточный метод организации всего производственного процесса с широким использованием автоматизации.
Будучи высшей ступенью механизации сельского хозяйства, сельская электрификация становится мощным рычагом дальнейшего подъема производительных сил социалистического сельского хозяйства для повышения его продуктивности, для создания изобилия предметов потребления. Электрификация является важнейшим условием успешного построения коммунизма в нашей стране.
6
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
*
* ОБЩАЯ .ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Глава 1
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ
§ 1. ФИЗИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
Электричество представляет собой одно из многих свойств материи. Если в давние времена знакомство человека с электричеством ограничивалось наблюдением молнии, то в настоящее время люди широко пользуются электричеством в производстве и в быту. Чтобы получить физическое представление об электричестве, необходимо познакомиться со строением материи.
Вся окружающая нас природа, в том числе и тело человека, складывается из химических простых веществ, называемых химическими элементами. Известно более 100 химических элементов. Соединения этих элементов в различных простых и сложных комбинациях дают те бесчисленные вещества, которыми заполнена природа. Число известных сложных веществ достигает 400 000.
Научная классификация химических элементов, разработанная 80 лет тому назад великим русским ученым Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834—1907) на основе открытого им периодического закона элементов, показала, что все химические элементы, несмотря на кажущееся различие, имеют в строении одну общую основу.
Мельчайшей частицей всякого сложного вещества является м о-л е к у л а. О размерах молекул можно судить хотя бы по тому, что в объеме одного кубического сантиметра воды их помещается 33 500 миллиардов. Молекулы состоят из комбинации нескольких атомов — мельчайших частиц химически простых веществ (элементов). Например, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.
Атом представляет собой сложную систему, состоящую из еще более мелких частиц материи и напоминающую собой строение планетных систем, например солнечной. По современному научному представлению о строении атома, атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Ядро состоит из протонови нейтронов. Электроны, протоны и нейтроны представляют собой мельчайшие частицы материи. Они имеют определенные размеры и массгч Кроме того, электроны и протоны
7
обладают определенным количеством электричества — электрическим з арядом. Электрические заряды электрона и протона равны по величине, но противоположны по знаку. Принято считать, что протон обладает зарядом положительно-г о электричества, а электрон — зарядом отрицательно-г о электричества.
Было замечено, что если в одном случае стеклянной палочкой потереть кожу, а в другом случае смоляной палочкой потереть сукно, то на поверхности палочек в обоих случаях появятся электрические заряды. Эти заряды по своему знаку будут противоположными. Если к телу, заряженному электричеством одного рода, поднести другое тело, заряженное электричеством того же рода, то эти два тела будут отталкиваться. Если же к тому же заряженному телу поднести тело, заряженное электричеством другого рода, то эти два тела будут притягиваться.
Электричество, которым заряжается стекло, назвали положительным (для краткости обозначается знаком +), а электричество смолы — отрицательным (для краткости обозначается знаком —). Так как при первых наблюдениях за электрическими зарядами пользовалпсь палочкой из янтаря, греческое название которого — электрон, то наблюдаемое явление и получило название эл ектричества.
Электроны, вращаясь вокруг ядра, стремятся под действием центробежной силы удалиться от него, но удерживаются в пределах атома силами притяжения к протонам, находящимся в ядре атома. Пока центробежные силы, действующие на электроны, равны электрическим силам притяжения, внутриатомная система находится в равновесии и атом в целом в электрическом отношении остается нейтральным, т. е. не обладает с внешней стороны пи положительным, ни отрицательным электрическим зарядом. В этом случае число электронов, вращающихся вокруг ядра, строго равно числу протонов, находящихся в ядре.
Каждый из известных нам химических элементов имеет свое определенное и отличное от других элементов число протонов и электронов. В атоме водорода — самом простом по своему строению атоме — имеется всего 1 протон и 1 электрон. В атоме меди — 29 протонов и 29 электронов. В самом сложном атоме — атоме урана — 92 протона и 92 электрона.
Протоны, будучи заряжены положительным электричеством и находясь внутри ядра, отталкиваются друг от друга, но ке разлетаются из ядра во все стороны, так как удерживаются вместе с нейтронами в ядре особыми внутриядерными силами. Эти внутриядерные силы очень велики и под их действьем протоны и нейтроны сильно сжаты в ядре. Ядро в результате этого занимает в атоме очень маленький сбьем, примерно такой же, как объем булавочной головки в сравнении с объемом помещения в 1 000 куб. метров, зато ядро очень плотно и обладает весом, почти равным весу всего атома.
8
Энергия, заключенная в ядре атома, получила название внутриатомной энергии.
Все электроны, находясь внутри атома, расположены на разном расстоянии от ядра и вращаются вокруг него с разной скоростью. Чем ближе электрон к ядру, тем он сильнее испытывает притяжение к нему, и для того чтобы оставаться в равновесии, вращается с большей скоростью. Более удаленные от ядра электроны имеют меньшую скорость вращения.
Те из вращающихся внутри атома электронов, которые дальше всех удалены от ядра и потому меньше других испытывают силу притяжения к нему, можно вырвать из атома и заставить двигаться в определенном направлении. В этом случае нарушается электрическое равновесие атома. Положительные электрические заряды, сосредоточенные в ядре, становятся преобладающими перед отрицательными электрическими зарядами, и атом в целом с внешней стороны проявляет себя лак положительно заряженная частица. Такой атом получил название иона.
Наблюдения за поведением заряженных электричеством частиц показали, что вокруг всякого электрического заряда существует электрическое поле. Пространство, окружающее электрический заряд, заполнено материей, обладающей электрическими свойствами. Чем ближе к заряду, тем эти свойства в пространстве вокруг заряда проявляются сильнее.
Если электрический заряд движется, то в пространстве вокруг заряда создается магнитное поле, которое по своим свойствам является одинаковым с полем, существующим вокруг полюсов постоянного магнита. В этом можно убедиться, если к проводнику, по которому течет ток постоянного направления, поднести компас. Стрелка компаса при этом отклонится в ту или иную сторону в зависимости от направления тока в проводнике.
Таким образом, все пространство вокруг движущихся электрических зарядов заполнено электрическим и магнитным полями и получило поэтому название электромагнитного поля.
Электромагнитное поле есть одна пз форм (видов) материи, отличная от других форм, например от такой формы материи, как вещество^
Изменение величины электрического заряда и скорости его движения ведет к изменению электромагнитного поля. Изменение электромагнитного поля проявляется в излучении волн, расходящихся в пространстве во все стороны примерно так, как расходятся волны от места падения камня на гладкую поверхность воды.
Волны, излучающиеся в пространство при изменении электромагнитного поля, называются электромагнитными волнами.
В 1895 г. замечательный русский физик Александр Степанович Попов применил излучающиеся электромагнитные волны для передачи сигналов, а позднее — речи и музыки, и тем самым явил-
а
с я изобретателем радио и основоположником современной радиотехники.
Таким образом, современное научное представление об электричестве сводится к тому, что электричество, будучи одним из многих свойств материи, проявляется в двух известных нам формах: электрическом заряде и электромагнитном поле. Эти две формы электричества представляют собой две стороны одного и того же явления, неотделимые друг от друга и взаимно действующие друг на друга.
§ 2. ЕДИНИЦА ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Электрон обладает определенным по величине электрическим зарядом, но принять этот заряд за единицу измерения количества электричества практически неудобно из-за малой его величины. Поэтому за единицу измерения количества электричества, или электрического заряда, принят кулон, который в 6 250 000 000 000 000 000 раз больше заряда электрона.
§ 3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
Движение электрических зарядов в определенном направлении называют электрическим током. За единицу измерения электрического тока принят ампер.
Кулон и ампер связаны между собой следующим образом. За электрический гок в 1 ампер принимается такой ток, при котором через наблюдаемое нами сечение тела в 1 секунду проходит количество электричества, равное 1 кулону.
Представление о величине электрического тока дают следующие примеры:
1) человек начинает ощущать проходящий через него ток величиной 0,005 ампера, ток выше 0,02 ампера опасен для жизни человека;
2) электрические лампочки накаливания потребляют ток в 0,2—0,5 ампера;
3) трамвайный вагон потребляет ток в 100 ампер;
4) ток молнии достигает более 200 000 ампер.
§ 4. ПРОВОДИМОСТЬ И СОПРОТИВЛЕНИЕ
Вещества, в которых сравнительно легко возникает электрический ток, называют электрическими проводниками. К электрическим проводникам относятся все металлы, уголь, растворы кислот, щелочей и солей. Растворы кислот, щелочей и солей, проводящие электрический ток, называют электролитами. Вещества, в которых трудно создать электрический ток, называют электрическими изоляторами. К нпм относятся все газообразные тела, в том числе и пары металлов,
10
многие жидкости, в том числе чистая вода, и почти все твердые тела, за исключением металлов и угля.
Свойство тела проводить электрический ток называют электрической проводимостью тела. Свойства тела оказывать сопротивление электрическому току называют электрическим сопротивлением тела. В природе нет ни идеальных электрических проводников, ни идеальных электрических изоляторов; каждое вещество в той или иной мере одновременно п проводит электрический ток и оказывает ему сопротивление.
За единицу измерения электрического сопротивления принят о м.
По международному стандарту за 1 ом принимается электрическое сопротивление ртутного столбика длиной 106,3 см и сечением 1 мм2 при 0°.
Конкретное представление о величине электрического сопротивления дают следующие примеры:
1) сопротивление медной проволоки сечением 1 мм2 и длиной 56 м равно 1 ому;
2) нить электрических лампочек обладает электрическим сопротивлением в 300—600 омов;
3) электрическое сопротивление тела человека изменяется в пределах от 2 000 до 10 000 омов;
4) изоляция комнатной проводки имеет сопротивление в 1 000 000 омов.
В справочных таблицах для характеристики электрических свойств материалов указывают удельные проводимости и удельные сопротивления этих материалов.
За удельное электрическое сопротивление металлов принимают сопротивление проволоки из данного материала длиной 1 м и
2 9П0 ом-мм8
сечением 1 мм при температуре 20 , выраженное в---------—— .
Например, удельное электрическое сопротивление медного провода равно 0,018, стального — 0,13, алюминиевого — 0,03.
За удельное электрическое сопротивление всех других материалов принимают сопротивление данного материала, взятого в объеме 1 см3 при температуре 20° и выраженное в ом-см. Это сопротивление называют удельным объемным электрическим сопротивлением вещества. Например, удельное объемное электрическое сопротивление стекла равно 100 000 000 000 000 ом-см.
Разделив единицу на величину удельного электрического сопротивления, выраженного в омах, получим величину удельпой электрической проводимости данного материала.
Нетрудно заключить, что с изменением размеров проводника будет изменяться и его электрическое сопротивление. Чем длиннее провод, тем больше его сопротивление; чем толще провод, тем меньше его сопротивление.
11
Если известны размеры провода и удельное электрическое сопротивление материала, из которого он выполнен, то полное сопротивление провода вычисляют по следующей формуле:
I г—о — ом, г S ’
где: г — сопротивление всего провода, в омах;
р — удельное электрическое сопротивление материала, в омах на 1 м провода при сечении его 1 мм 2;
I — длина провода, в м;
s — сечение провода, в мм 2.
Задача № 1. Вычислить сопротивление стального провода длиной 2 км и диаметром 6 мм.
Решение. Сечение (s) провода диаметром 6 мм равно:
3,14-rf2 3.14-62 9О 2
s=——=28 мм2.
4 4
Удельное электрическое сопротивление для стальных проводов находим из справочника: р = 0,13.
Тогда полное сопротивление провода будет равно:
I 0,13.2000 п „ г=о—=—----------=9,3 ома.
' s 28 ’
Электрическое сопротивление металлических проводников при их нагревании увеличивается. Например, удельное сопротивление медного провода при нагревании увеличивается на 0,004 ома на каждый градус повышения температуры, стального — на 0,006 ома.
Электрическое сопротивление угольного проводника и электролита при нагревании, в отличие от металлического, уменьшается. Если известно сопротивление проводника в холодном состоянии при определенной температуре, то можно вычислить его сопротивление в нагретом состоянии при заданной температуре по следующей формуле: t а/
где: г — сопротивление проводника в холодном состоянии;
г2 — сопротивление проводника в горячем состоянии;
— температура холодного проводника;
г, — температура горячего проводника;
а — температурный коэффициент сопротивления для материала, из которого выполнен проводник. Среднее значение этого коэффициента для меди — 0,004, алюминия — 0,0041, стали — 0,006.
Задача № 2. Сопротивление медной проволоки при температуре 15° было равно 40 омам. На сколько увеличится сопротивление этой проволоки при нагреве ее до 100°?
Решение. Температурный коэффициент сопротивления медной проволоки найдем по справочнику: а=0,004. Тогда сопротивление проволоки в нагретом состоянии будет равно:
40 (14-0,004-100)
1 + г —Г —!—-
1 +0,004.15
=52,7 ома.
12
Увеличение сопротивления составит:
52,7—40=12,7 ома.
Пользуясь температурным ^.'оэффнционто.м сопротивления, можно путем замера сопротивления в холодном и нагретом состоянии вычислить температуру нагрева проводника.
Задача № 3. Медная проволока имела сопротивление в холодном состоянии при /=15° 40 ом, а в нагретом 52,7 ома. Вычислить температуру, до которой была нагрета проволока.
Решение. Формула для расчета имеет следующий вид:
. r2(14-2i.) — г.
-1----1 градусов.
г13
Подставив известные нам величины, получим, что температура нагрева проволоки составляла 100°.
§ 5. ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
Если взять кусок медной проволоки, являющейся электрическим проводником, то в нем мы не обнаружим электрического тока. Для того чтобы в этом проводнике возник электрический ток, необходимо с помощью какой-то силы вырвать электроны из атомов и направить их движение в определенную сторону.
Причину, под действием которой в проводнике возникает электрический ток, называют электродвижущей силой. Чтобы поддерживать в проводнике электрический ток, необходимо постоянное действие электродвижущей силы на каждую точку проводника вдоль всей его длины.
Часть электродвижущей силы, приходящуюся на определенный участок (отрезок) проводника для поддержания в нем электрического тока, называют электрическим напряжением.
Источниками электродвижущей силы служат специальные электрические устройства: гальванические элементы, электрические аккумуляторы, электрические генераторы и др.
Электрические заряды одноименного знака могут не только двигаться вдоль проводника, образуя электрический ток, но могут и накапливаться в определенном месте. Примером огромного скопления электрических зарядов,наблюдаемого в природе, служат грозовые тучи. Электрические заряды большой величины можно получить и искусственным путем с помощью специальных электрических устройств. В этих электрических устройствах происходит разделение электрических зарядов на положительные и отрицательные и их накопление.
' Между разделенными электрическими зарядами разного знака всегда существует стремление сблизиться и объединиться. Поэтому, если соединить проводником два тела, на которых сосредоточены разноименные электрические заряды, в проводнике тотчас же воз
13
никнет электрический ток, который будет существовать до тех пор, пока на этих двух телах не исчезнут заряды.
Причиной возникновения в проводнике электрического тока в данном случае явилось электрическое напряжение, существующее всегда между электрическими зарядами разного знака.
Между разделенными электрическими зарядами одинакового знака, но различной величины всегда существует стремление уравнять величины зарядов. В проводнике, соединяющем два тела с такими зарядами, также возникает электрический ток, который будет существовать до тех пор, пока электрические заряды не сравняются по величине. Причиной возникновения в проводнике электрического тока в этом случае является различие в величинах зарядов или разность электрических потенциалов, если принять, что потенциал характеризует собой величину электрического заряда. Таким образом, понятия об электрическом напряжении и о разности электрических потенциалов относятся как к случаю, когда электрические заряды движутся, так и к случаю, когда заряды находятся в покое.
За единицу измерения электрического напряжения, электродвижущей силы и разности электрических потенциалов принят вольт.
Один вольт соответствует такому электрическому напряжению, которое, будучи приложено к проводнику с сопротивлением в 1 ом, вызывает в проводнике электрический ток в 1 ампер.
Конкретное представление о величине электрического напряжения дают следующие примеры:
1) напряжение на зажимах батарейки от карманного электрического фонаря равно 4 вольтам;
2) напряжение между проводами в комнатной электропроводке равно 127 или 220 вольтам;
3) напряжение между воздушным проводом и стальным рельсом трамвайной линии равно 550 вольтам;
4) напряжение между проводами электрических воздушных линий, передающих электроэнергию с Куйбышевской гидроэлектростанции в Москву, равно 400 000 вольт;
5) напряжение между грозовой тучей и землей может достигать 100 миллионов вольт.
§ 6. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ
Работу, производимую электрическим током в 1 секунду, называют электрической мощностью.
За единицу измерения электрической мощности принят ватт. 1 000 ватт называют киловаттом.
Произведение тока, выраженного в амперах, и напряжения, выраженного в вольтах, в случае постоянного тока дает мощность, выраженную в ваттах.
14
Конкретное представление о величине электрической мощности дают следующие примеры:
1) мощность электрических лампочек накаливания, наиболее распространенных в бытх, составляет от 40 до 200 взтт;
2) электроплитки имеют мощность 400—600 ватт;
3) мощность электродвигателя для привода сложной молотил-ки равняется 13 киловаттам;
4) мощность Куйбышевской гидроэлектрической станции — 2 100 000 киловатт.
Задача № 4. Определить мощность электрического кипятильника, если кипятильник при напряжении 220 вольт потребляет ток, равный 10 амперам.
Реше нпе. Формула для расчета электрической мощности имеет следующий вид:
P=I-U ватт,
где: Р— мощность, в ваттах;
I — ток, в амперах;
V — напряжение, в вольтах.
Подставив в формулу известные величины, получим, что мощность электрокипятильника равна:
Р— 10-220=2200 ватт=2,2 киловатта.
Задача № 5. На какой ток необходимо рассчитать электропроводку, имеющую напряжение 220 вольт, если к ней будут присоединены 5 электроламп мощностью по 100 ватт и 4 электролампы по 40 ватт каждая?
Решение. Формула для расчета тока имеет следующий вид: т Р
ампер.
Полная мощность всех электроламп равна:
Р=5-100+4-40=660 ватт.
Тогда ток, протекающий по электропроводке, будет равен:
^=220=3 ампера.
§ 7. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ
Полную работу, произведенную электрическим током в точение определенного времени, называют электрической энергией. Численно электрическая энергия, выраженная в киловатт-часах, равна мощности, выраженной в киловаттах, помноженной на время, выраженное в часах.
За единицу измерения электрической энергии принят джоуль, или ватт-секунда.
360 000 ватт-секунд (или джоулей) составляют 1 гектоватт-час, а 3 600 000 ватт-секунд составляют 1 киловатт-час.
15
Конкретное представление о величине электрической энергии дают следующие примеры:
1) одна электрическая лампочка мощностью 50 ватт, включаемая ежедневно на 5 часов, расходует в месяц (30 дней) 75 гектоватт-часов электрической энергии, или 7,5 киловатт-часа;
2) электрическая нагревательная печь мощностью 700 ватт при работе в течение 1 000 часов расходует электрической энергии 700 киловатт-часов;
3) колхоз в 300 дворов при широкой электрификации производственных работ и быта потребляет 300 000 киловатт-часов электрической энергии в год;
4) Сталинградская гидроэлектрическая станция будет ежегодно давать народному хозяйству 10 000 000 000 киловатт-часов электрической энергии.
Задача № 6. В колхозном клубе имеется 5 электроламп по 200 ватт, 10—по 100 ватт и 10 — по 40 ватт. Лампочки горят ежедневно по 5 часов. В буфете клуба имеется электрокипятильник мощностью 1,5 киловатта, который ежедневно работает по 3 часа. Сколько должен платить клуб за электроэнергию в месяц (30 дней), если стоимость 1 киловатт-часа электроэнергии, отпускаемой клубу, равна 30 коп.?
Решение. 1) Мощность всех электроламп:
Р7=5-200+10.100+10-40=2400 ватт=2.4 киловатта.
2) Продолжительность горения ламп в месяц:
1д= 5 ..30= 150 часов,
3) Расход электроэнергии лампами в месяц:
И/л=Рл-^1=2,4-150=360 киловатт-часов.
4) Продолжительность работы электрокипятильника в месяц:
ZK=3 • 30=90 часов.
5) Расход электроэнергии кипятильником в месяц;
FPK=PK .^=1,5-90=135 киловатт-часов.
6) Полный расход электроэнергии клубом за месяц:
1УЛ+1УК=360+135 = 495 киловатт-часов.
7) Стоимость израсходованной электроэнергии: 30-495=14 850 коп. = 148 руб. 50 коц.
§ 8. УСЛОВНЫЕ БУКВЕННЫЕ И СОКРАЩЕННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Все электрические величины и единицы их измерения имеют условные буквенные и сокращенные обозначения (табл. 1).
Ifi
Таблица 1
Электрическая величина Условное 0у1.венпое ОбОЯНАПРНИР величины Единица измерения Сокращенное обозначение
Количество электричества (электрический заряд) . . . <2, г кулон к
Ток I, i ампер а _
Напряжение U, и вольт в
э киловольт кв
Электродвижущая сила . . . Е, е вольт в
Сопротивление Г ом ом
Мощность р, р ватт ВТ
» гектоватт ГВТ
киловатт КВТ
Энергия W, w джоуль Дж
>> ватт-секунда вт-сек
» гектоватт-час гвт-ч
» киловатт-час квт-ч
§ 9. СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ НАПРЯЖЕНИЕМ, ТОКОМ И СОПРОТИВЛЕНИЕМ
Все электрические явления подчиняются определением законам. Открыв эти законы, человек поставил электричество себе на службу.
Одним из основных законов электротехники является закон О м а, который выражает зависимость между собою напряжения, тока и сопротивления.
Зная любые две величины из упомянутых трех электрических величин, можно, пользуясь законом Ома, определить третью величину. Для этой цели можно воспользоваться одной из следующих трех формул, выражающих закон Ома:
,. m напряжение к .
1) 1ок =--i------, или в условных буквенных обозначе-
сопротивление J
ннях, /=—. г
„ напряжение U
2) Сопротивление= - *----, или r=j-.
3) Напряжение=токХсопротивление, или U=I-r.
Задача № 7. Определить величину тока, протекающего через электрическую плитку, если сопротивление плитки равно 73 омам и она подключена к электросети напряжением 220 в.
Решение.
, U 220 о
I г 73 а-
Задача № 8. Чему равняется сопротивление электролампочки, если при напряжении 120 вольт через нее проходит ток в 0,4 а?
Решение.
U 120 оПЛ г— -т- = л-7=300 омам.
I 0,4
17
Задача № 9. Какое напряжение необходимо приложить к концам катушки из проволоки с общим сопротивлением 1,2 ома, чтобы по этой катушке проходил ток в 10 а?
Решение.
£7 =7-г= 10-1,2 = 12 в.
§ 10. СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Путь, по которому проходит ток в любом электрич'еском устройстве, называют электрической цепью. Ток проходит по электрической цепи только в том случае, когда эта цепь
замкнута. Полная электрическая цепь состоит из трех частей: ~ " силы и электрической энергии,
2) потребителя (приемника) электрической энергии и 3) соединительных проводов между источником и потребителем энергии.
Простейшая электрическая цепь показана на рисунке 1. В этой цепи имеются: один источник электродвижущей силы Е, один
1) источника электродвижу: Соединительное провода
источнйЯГ*
I
щей
ПриемниН тона
^рединительнше пробода
Рис. 1. Простейшая электрическая цепь.
I
приемник тока г и два соединительных провода. Ток в этой цепи течет по замкнутому пути: от источника к приемнику и обратно — от приемника к источнику.
Величину тока, протекающую по цепи, можно легко вычислить по закону Ома, если известны напряжение источника и сопротивление приемника, включая сопротивление соединительных проводов.
На практике чаще всего встречаются более сложные электрические цепи, чем цепь, показанная на рисунке 1. Все возможные виды электрических цепей относятся к одному из трех видов электрических соединений: последовательному, параллельному и смешанному.
1. Последовательное соединение
Последовательное соединение трех приемников показано на рисунке 2. При последовательном соединении конец первого приемника соединяется с началом второго, конец второго— с началом третьего и т. д.
Ток во всех точках такой цепи п во всех приемниках, включенных последовательно, всегда одинаков, так как он имеет всюду один путь и нигде не разделяется.
Полное сопротивление цепи с последовательно соединенными приемниками равно сумме сопротивлений всех отдельных приемников.
18
Рис. 2. Последовательное соединение трех приемников тока.
Для цепи, показанной на рисунке 2, полное сопротивление приемников тока равно:
г=гх -| г2 | г3.
Величина тока, протекающего в такой цепи, может быть определена по закону Ома, если известны электродвижущая сила источника и сопротивления отдельных приемников и соединительных проводов.
Как было сказано в § 5, электродвижущая сила источника расходуется на поддержание электрического тока в отдельных участках электрической цепи. Часть электродвижущей силы, приходящуюся на определенный участок цепи, называют напряжением, приложенным к концам этого участка. В рассматриваемой цепи (рис. 2) имеются три определенных участка этой цепи, относящиеся к трем приемникам. Поэтому можно говорить о трех напряжениях, каждое из которых приложено к концам (зажимам) того или
другого потребителя, включенных последовательно. В сумме эти три напряжения будут равны электродвижущей силе источника.
Если три сопротивления приемников будут одинаковы, то и напряжения на их зажимах будут также одинаковыми. А как распределяется напряжение, если сопротивления трех приемников, включенных последовательно, будут различными? На этот вопрос, исходя из физического представления об электрическом токе, можно ответить так: чем больше сопротивление приемника, тем большее напряжение необходимо приложить к его зажимам, чтобы поддерживать заданную величину тока.
Зная сопротивление приемника тока и протекающий через него ток, можно по закону Ома легко определить напряжение, приложенное к зажимам приемника.
Если электрическая цепь, показанная на рисунке 2, является лишь частью более сложной электрической цепи, питаемой от одного источника электроэнергии, то можно сказать, что к зажимам рассматриваемой цепи вместо электродвижущей силы Е приложено напряжение U, которое и распределяется в цепи соответствующим образом между отдельными последовательно включеп-ными потребителями. В этом случае напряжения, приходящиеся на отдельные, последовательно включенные приемники, называют падениями (потерями) напряжения.
Задача № 10. В электрическую цепь с источником электродвижущей силы 660 в включены последовательно три одинаковые
19
электролампы с сопротивлением по 485 ом каждая. Определить ток, протекающий через каждую лампу, и напряжение на зажимах каждой лампы (рис. 2).
Решение. 1) Полное сопротивление трех последовательно включенных ламп равно:
г=Tj + гг+г3 ~ 485+485 4- 485 = 1455 омам.
2) Ток во всех точках цепи одинаков и по закону Ома равен:
т Е 660 п
I= — = -^=0,4t> а.
г 145Э ’
3) Напряжение на зажпмах каждой из ламп одинаково и по закону Ома равно:
U=I-r=0,45-485 = 220 в.
Это значение напряжения можно было бы также получить, разделив 660 в на три части.
Задача №11. В электрическую цепь, имеющую источник электродвижущей силы 660 в, включены последовательно три электролампы различного сопротивления: гг=200 омам, г2=400 омам и г3=855 омам. Определить ток, протекающий через каждую лампу, и напряжение на зажимах каждой лампы.
Решение. 1) Полное сопротивление, трех последовательно включенных ламп равно:
г=г1+г2+г3 = 200+4004-855=1455 омам.
2) Ток во всех последовательно включенных лампах одинаков и по закону Ома равен:
Z=^- = -gJ=0,45 а. г 1455 ’
3) Напряжение на зажпмах каждой из ламп будет различным и по закону Ома равным:
U=l.^=0,45-200=90 в;
U=I-r2 =0,45-400=180 в: U=7-л,=0,45-855=390 в.
В сумме все три напряжения равны электродвижущей силе источника:
£^+^+^=90+180+390=660 в.
Задача № 12. Можно ли включить в сеть с напряжением 220 в две электролампы, рассчитанные на напряжение 110 в, соединив их последовательно? Будут ли эти лампы гореть с полным накалом?
а) Рассмотрим первый случай, когда обе лампочки имеют одинаковую мощность, например по 50 вт.
20
Решение. 1) Найдем ток, на который рассчитана каждая из ламп:
^4=S=°>455 -
2) По закону Ома найдем сопротивление лампы:
3) Полное сопротивление цепи с двумя лампами, включенными последовательно, будет равным:
Гполн=Г1+Гг = 242 + 242=484 0МаМ-
4) Ток, протекающий в цепи через обе лампы, будет одинаковым и равным:
т 220 п
Z—7о7—0,45э а.
484 ’
5) Напряжение на зажимах каждой из ламп:
ия=1-гл=0,455-242=110 в.
Отсюда следует, что обе лампы одинаковой мощности, включенные последовательно, будут гореть с одинаковым и полным накалом.
б) Рассмотрим другой случай, когда последовательно включенные лампы имеют различную мощность, например 50 и 100 вт.
Решение. 1) Найдем ток, на который рассчитана каждая из ламп:
Т — 22.-0 455 а' I ——— ——0 91 а
A- v ~~ J а’ L*~~v ~~ по - а>
2) Сопротивление каждой из ламп:
U ПО 0 „ U 110 ,9.
A- Ji—0 455— 242 омам, гг 0 121 ому.
3) Полное сопротивление цепи:
г=г14-га=242-{-121 = 363 омам.
4) Ток в цепи, протекающий через каждую из ламп:
г U ___ 220
г 363
5) Напряжение на зажимах лампы в 50 вт:
иг=1-^=0,6-242 = 147 в,
в то время как она рассчитана на напряжение 110 в. Лампа будет гореть чрезмерно ярко и быстро перёгорит.
6) Напряжение на зажимах лампы в 100 вт:
Z7s=Z.ra=0,6-121=73 в,
21
в то время как она рассчитана на напряжение 110 в. Лампа будет гореть с малым накалом.
Из рассмотрения задачи можно сделать следующий, весьма важный, практический вывод: при включении электрических ламп последовательно мощность их должна быть обязательно одинаковой.
Электролампы обычно включаются в электрическую сеть параллельно, и тогда, независимо от их мощности, лампы горят с одинаковым накалом.
2. Параллельное соединение
На рисунке 3 показана электрическая цепь с параллельно включенными потребителями. В этой цепп в точках а и б имеются узлы соединений, в которых электрический ток разветвляется к нескольким потребителям: г\, г2 и г3. Если в цепи с последова-
тельно соединенными потребителями, как на рисунке 2, ток во всех точках цепи один и тот же, то при параллельном соединении в различных точках цепи могут быть разные по величине токи. Закон, которому подчиняется ток при разветвлении в узле со-
Рпс. 3. Параллельное соединение трех единения, называется п о р-приемников тока. вым законом Кирх-
гофа. Этот закон устанавливает, что сумма токов, притекающих к узлу соединения, всегда равна сумме токов, вытекающих из узла соединения. Это очевидно из того, что в узле соединения ток не может ни возникнуть вновь, ни исчезнуть. Применительно к рассматриваемой электрической цепи на рисунке 3 первый закон Кирхгофа можно выразить следующим соотношением токов:
Особенность параллельного соединения потребителей заключается в том, что напряжение, приложенное к зажимам каждого из параллельно включенных потребителей, одно п то же и равно по величине напряжению источника.
Чем же определяется величина тока, ответвляемая в узле соединения к каждому из потребителей, если напряжение па зажимах каждого потребителя одинаково?
Физическое представление об электрическом токе позволяет дать на этот вопрос правильный ответ: величина тока в каждом из ответвлений определяется сопротивлением ответвления. Чем меньшим сопротивлением обладает потребитель, тем больший по величине ток будет ответвляться к нему. Токи в ответвлениях стапо-
22
вятся одинаковыми лишь в том случае, когда сопротивления потребителей равны между собой.
Чтобы определить токи в любом из ответвлений, необходимо ЗПЗТЬ ВСЛИЧНИу СОПрОТИГЛСИПЯ КаЖДОГО ответвления И ПаПмЯ/КеНПО на его зажимах.
Для электрической цепи на рисунке 3 токи у отдельных потребителей определяются по формуле:
Согласно первому закону Кирхгофа, сумма токов в ответвлениях равна полному току, поступающему в цепь от источника, т. е.
Ц+Ц+Ц^!.
Сопоставляя приведенные выше соотношения, можно написать:
с2 I г3 \ т\ I гг I г3 ) г г ’
где г — полное сопротивление всех параллельно включенных потребителей электрической цепи.
Если мысленно заменить три параллельно включенных потребителя одним с сопротивлением г, то сложная электрическая цепь становится простой электрической цепью, показанной на рисунке 1, для которой величины напряжения, тока и сопротивления связаны законом Ома.
Отсюда можно сделать вывод о том, как подсчитать полное сопротивление цепи с параллельно включенными потребителями, если известны сопротивления этих отдельных потребителей. Правило для подсчета полного сопротивления нескольких параллельно включенных сопротивлений сводится к следующему: обратная величина полного сопротивления равняется сумме обратных величин всех отдельных параллельно включенных сопротивлений. Например, для цепи на рисунке 3 имеем:
г Cj 1 г2 1 Г3
Задача № 13. В электрическую цепь (рис. 4) с напряжением 220 в включены параллельно четыре электролампы. Сопротивление каждой лампы равно 320 омам. Определить ток, потребляемый каждой из ламп, всеми лампами вместе и полное сопротивление цепи.
Решение. 1)Так как напряжение на зажимах каждой из ламп, включенных параллельно, одинаково и равно полному напряжению на зажимах цепи, то ток, потребляемый каждой из одинаковых ламп, будет равен:
1
220
з2о
=0,69 а.
23
2) Полный ток, потребляемый всеми четырьмя лампами: 7=4./1 = 2,76а.
3) Полное сопротивление цепи, согласно закону Ома: Г 220 Qn о
г = -=-=-==2 = 80 омам.
Эту же задачу можно решить и другим путем.
1) Полное сопротивление четырех параллельно включенных сопротивлений, каждое из которых равно 320 омам, можно найти следующим образом:
Рпс. 4. Электрическая цепь с четырьмя параллельно включенными лампами.
O4U Q/-V
т= —=80 омам.
4
2) Полный ток в цепи, согласно закону Ома:
т V 220 9
J=V= 80 =2’76a-
. 3) Ток в каждой из четырех ламп:
I Л ЙО
=-г=^т~—0,69 а.
4 4
3. Смешанное соединение
Если в электрической цепи имеется одновременно последовательное и параллельное включение потребителей, как это показано на рисунке 5, то такое соединение называют смешанным.
Токи, протекающие в любом участке цепи, и напряжения на зажимах каждого из потребителей могут быть найдены по правилам, которые были указаны выше.
Задача № 14. В электрической цепи, показанной на рисунке 5, найти токи 11, Z,, Is и
напряжения на зажимах каж- рис. g Смешанное соединение трех дой из ламп, если: £7 = 220 в, приемников тока.
rj=440 омам, га=г3=880 омам.
Решение. 1) Найдем полное сопротивление двух парал
лельно включенных ламп г2 и г3:
’пота ~880~^880 —440 ом ’ гполн = 440 омам.
2) Найдем полное сопротивление всех трех ламп: г=г1Ц-?'полп==440-|г440=880 омам.
24
3) Отсюда ток It будет равен!
Т —————0 25 а
*1- г ~880“U’ZO а'
4) Токи Д и /3 будут одинаковыми и равными: Л=Д=4=° Г = 0’125 а’
5) Напряжение на зажимах лампы i\: ^=^-^=0,25-440=110 в.
6) Напряжение на зажимах ламп г2 и га одинаково и равно: U =1 -г =Ц-г = 0,125-880=110 в.
A A A v & '
it. Электрическое соединение источников электродвижущей силы
В электрической цепи с одним или несколькими потребителями может быть и несколько источников электродвижущей силы. Включение этих источников, как и потребителей, может быть последо
вательным, параллельным и смешанным.
На рисунке 6 показана цепь с двумя последовательно включенными источниками электродвижущей силы Е} и Е2 и двумя последовательно включенными электри-
ческими лампами и г2.
Электродвижущие силы источников, включенных последовательно, могут складываться или вычитаться в зависимости от того, в каком направлении действуют электродвижущие силы одного и другого источников. Если на зажимах источника стоят знакиф-и —, то принято считать, что электродвижущая сила источника стремится создать ток в цепи в на-
Рис. 6. Электрическая цепь с двумя последовательно включенными источниками э. д. с. и двумя последовательно включенными приемниками тока.
правлении от зажима со знаком-}-.
В случае, показанном на рисунке 6, электродвижущие силы двух источников действуют в одном направлении, и поэтому полная электродвижущая сила, действующая в цепи, будет равна
сумме отдельных электродвижущих сил, т. е.:
Е=Е^Е,.
Между суммой всех действующих в цепи электродвижущих сил и суммой всех напряжений на зажимах потребителей существует определенное и строгое соотношение, называемое вторым законом Кирхгофа. Согласно этому закону, если обходить замкнутую цепь тока от какой-либо ее точки так, чтобы вернуться
25
вновь в эту точку, то какой бы путь обхода ни выбирать, всегда сумма всех встреченных на пути электродвижущих сил (с учетом их направления) должна быть равна сумме всех напряжений на зажимах потребителей, встреченных на пути, т. е. сумме произведений 1г. Если при обходе пути выяснится, что направление тока в том или другом приемнике не совпадает с направлением обхода, то напряжение па зажимах этого приемника следует вычитать из суммы остальных напряжений.
Соотношение по второму закону Кирхгофа для цепи на рисунке 6 имеет следующий вид:
5. Короткое замыкание в цепи
Если соединительные голые провода, показанные на рисунке 7, по которым электрический ток идет от источника к потребителям, случайно соприкоснутся между собой, то ток от источника не пойдет к потребителям, а будет замыкаться через соприкоснувшиеся
провода. Так как сопротивление соединительных проводов всегда мало по сравнению с сопротивлением потребителя, то ток в этом случае, согласно закону Ома, сильно возрастет и станет опасным для всего электрического устройства. Такое явление называют коротким замыканием в цепи, а ток, возникший при этом,
Рис. 7. Короткое ламиканис трической цепи.
называют током короткого замыкания.
Задача № 15. Во сколько раз возрастет ток в электрической цепи, показанной на рисунке 7, если соединительные провода замкнуть проводником, имеющим сопротивление rnp = 0,l ома. Напряжение источника равно 220 в, а сопротивление каждого из параллельно включенных потребителей равно 150 омам.
Р е ш е н и е. 1) Полное сопротивление трех параллельно включенных потребителей равно:
__i_ j., jL_l£=JL—jljl
гполн— г1'Гг2 ' гз ~150~50 ом
или Гдодп—о0 омам.
2) Нормальный ток в цепи до короткого замыкания:
т Е 220 , ,
/ =---=-=^=4,4 а.
гполн 50
3) Прп коротком замыкании полное сопротивление цепи будет равно сопротивлению закорачивающего проводника, т. е.
Гц.3.=0»1 ома.
26
4) Отсюда ток короткого замыкания будет равен:
г Е 220 оопп „ к.й. = -—=^=2200 а.
5) Ток короткого замыкания будет больше нормального в:
и.з
~г
2200
4,4
=500 раз.
6. Сравнение электрической цепи с гидравлической системой
На рисунке 8 показаны для сравнения замкнутая гидравлическая система и замкнутая электрическая цепь. Между этими двумя устройствами есть много общего.
Рис. 8. Сравнение электрической цепи с гидравлической системой.
Выключатель
Параллель- , мые I проводники
В гидравлической системе (левый рисунок) центробежный насос создает в трубопроводе водяное давление аналогично тому, как в электрической цепи (правый рисунок) генератор создает электродвижущую силу.
Трубопровод, по которому течет вода, имеет сходство с электропроводом, по которому течет электрический ток. Сопротивление трубы водяному потоку напоминает об электрическом сопротивлении проводника.
27
Гидротурбину, которая вращается под действием водяного потока, можно сравнить с электрическим двигателем, вращающимся под действием электрического тока.
Две параллельные трубы в гидравлической системе соответствуют двум параллельным ветвям в электрической цепи; распределение водяного потока между этими двумя трубами подчиняется тому же закону, что и распределение электрического тока между двумя параллельными проводами. Вентиль в гидравлической системе имеет одинаковое назначение с выключателем в электрической цепи.
§ 11. ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
При прохождении электрического тока через различные тела в них возникают тепловые, химические п магнитные явления.. Благодаря этим явлениям можно обнаружить электрический ток.
Рассмотрим прежде всего тепловое действие электрического тока.
Если через тело пропускать электрический ток, то это тело будет нагреваться. Чтобы ответить на вопрос о причинах этого явления, следует вспомнить, что электрический ток представляет собой прямолинейное или колебательное движение электронов (в твердых и газообразных проводниках) или ионов (в электролитах), возникающее в проводнике после приложения к нему электрического напряжения. Движущиеся электроны и ионы обладают определенным запасом кинетической энергии, сообщенной им приложенным к проводнику электрическим напряжением. При своем движении они сталкиваются с другими электронами и ионами и при столкновении часть их кинетической энергии переходит в тепло, а под действием остальной части кинетической энергии электроны и ионы продолжают свое движение. В результате выделения тепла внутри проводника от столкновения электронов и ионов проводник нагревается.
Чем большим будет в проводнике электрический ток (поток электронов) и чем выше электрическое сопротивление проводника, тем сильнее будет нагреваться этот проводник.
На образование тепловой энергии, выделяемой в проводнике электрическим током, затрачивается электрическая энергия, вырабатываемая электрическим источником.
Иначе говоря, электрический источник должен на поддержание тока в проводнике затрачивать какую-то часть вырабатываемой им электрической энергии. Эта часть электрической энергии превращается внутри проводника в тепловую энергию.
Закон, .который связывает между собой количество тепла, выделяемое в проводнике, величину электрического тока, протекающего в проводнике, и величину электрического сопротивления проводника, был открыт в 1844 году одновременно русским ака-28
демиком Э. X. Ленцем и английским физиком Джоулем. Впоследствии этот закон был назван по их имени законом Ленца-Джоуля.
Электрическая энергия, затраченная в проводнике, может быть определена по электрической мощности и по времени следующим образом:
энергия (в ватт-секундах)=мощности (в ваттах) Xвремя (в секундах), или:
W=P-t.
Электрическую мощность Р можно выразить через напряжение и ток:
мощность (в ваттах)=напряжению (в вольтах) X ток (в амперах), или:
P=U-I.
Пользуясь законом Ома, можно напряжение выразить через ток и сопротивление:
U=I-r.
Тогда электрическая мощность выразится формулой:
P=U-I=r-r,
а электрическая энергия — формулой:
W=I‘-rt.
Это выражение показывает, что электрическая энергия, затрачиваемая на прохождение тока в проводнике, прямо пропорциональна квадрату тока и прямо пропорциональна сопротивлению и времени. Если ток выразить в амперах, сопротивление в омах и время в секундах, то электрическая энергия будет выражена в ватт-секундах (или джоулях).
Тепловая энергия измеряется в калориях. Калорией называют такое количество тепла, которое необходимо для нагрева 1 грамма воды на один градус, 1000 калорий составляют одну килокалорию. Энергия, равная 1 ватт-секунде (в электрических единицах), равна энергии 0,24 калории (в тепловых единицах).
Так как вся электрическая энергия, затраченная в проводнике, превращается в тепловую энергию, то тепло, выделенное в проводнике при прохождении по нему тока, будет равно в калориях: тепло (в калориях)=0,24 X ток в квадрате (в амперах) X сопротивление (в омах)Xвремя (в секундах), или
Q=Q,2i-P-r-t калорий.
Эта формула и представляет собой выражение закона Ленца-Джоуля.
Тепловое действие тока широко используется на практике. Рассмотрим некоторые примеры практического использования теплового действия электрического тока.
29
1. Электрическое освещение
Практическое использование электричества началось с электрического освещения. Наиболее распространенным источником
света в настоящее время является электрическая лампа и а к а л и в а н и я, изобретенная в 1873 г.русским электротехником Александром Николаевичем Лодыгиным.
Устройство электрической лампы накаливания показано на рисунке 9. В стеклянном баллоне между двумя металлическими
Рис. 9. Устройство электрической лампы накаливания.
электродами натянута нить накала. Нить накала представляет собой тонкий металлический волосок или спираль из тонкой проволоки. Материалом для нити накала служит вольфрам, обладающий очень высокой температурой плавления (3400°) и необходимой механической прочностью.
Один из электродов присоединен к металлическому цоколю с винтовой резьбой, а другой — к металлическому контакту, изолированному от цоколя. С помощью этих электродов к нити накала подводится электрический ток, который нагревает нить до температуры 2700°. Нить, накаленная до белого цвета, излучает тепло и свет. Таким образом, в электрической лампе электриче
ская энергия превращается в тепло и свет.
Чтобы предохранить нить накала от быстрого окисления и разрушения, из колбы выкачивают воздух; такие лампы называют вакуумными. Колбы крупных ламп взамен воздуха напол-
няют смесью инертных газов — аргона и азота; такие лампы называются газополными.
В настоящее время выпускаются электрические лампы с двойной спиралью, называемые биспиральными. В отличие от обычных ламп, в них нить накала состоит из тонкой вольфрамовой спирали, которая в свою очередь вновь свита в спираль. Срок службы электрических ламп накаливания составляет не менее 1000 часов горения.
В электрических лампах накаливания только 7—8% всей потребляемой лампой электрической энергии расходуется на образование светового излучения, а остальная электрическая энергия превращается в тепло, которое бесполезно рассеивается в окружающем лампу пространстве.
В настоящее время внедряются новые, более экономичные
39
электрические лампы, называемые люминесцентными. Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную трубку, наполненную парами ртути и аргона. Внутренние стенки трубки покрыты рттоттттй ттЬНЪ1М РРТТТРСТБОМ ЛЮМИНОГрОрОМ. При ПрОХО/лчДСНИИ ТОНН в парах ртути возникают невидимые глазом ультрафиолетовые излучения. Ультрафиолетовые лучи, падая на стенки трубки, превращаются благодаря люминофору в видимый свет, который по своему характеру близок к обычному дневному свету. Отсюда эти лампы получили название ламп дневного света. В люминесцентных лампах уже 20% всей электрической энергии, потребляемой лампой, идет на образование светового излучения; остальная электрическая энергия превращается в тепло. Люминесцентные лампы изготовляют на напряжение 127 и 220 в мощностью от 15 до 40 вт. Длина и диаметр трубок в зависимости от мощности ламп колеблются в пределах: длина от 450 до 1200 мм и диаметр от 25 до 40 мм. Срок службы люминесцентных ламп составляет не менее 3000 часов горения.
Мощным источником электрического света служит электро-дуговая лампа, широко применяемая в прожекторах, дуговых фот нарях и т. п. Дуга в виде яркого пламени образуется между концами двух угольных стержней, когда через пих пропускается электрический ток большой величины.
Изобретателем электрической дуговой лампы является выдающийся русский электротехник Павел Николаевич Яблочков. Устройство первой электродуговой лампы, выполненной Яблочковым в виде свечи, получило название «электрической свечи Яблочкова». На Всемирной выставке в Париже в 1878 г. посетители, привыкшие к тусклому свету керосиновых и газовых горелок, были поражены блеском и яркостью нового электрического освещения лампами Яблочкова и этот свет называли «русским светом».
2. Электрические нагревательные приборы
Тепловое действие электрического тока широко используется для устройства различного рода производственных и бытовых нагревательных приборов. В быту получили распространение электрические плитки, чайники, утюги. Домашние электрические холодильники также действуют с помощью электрического нагрева. В промышленности па тепловом действии электрического тока основаны электрическая сварка металлов, электрические плавильные печи, поверхностная закалка стали токами высокой частоты и т. п. В сельскохозяйственном производстве электрический нагрев применяют для подогрева воды и запарки кормов на животноводческих фермах, для обогрева теплиц и парников, для обогрева инкубаторов.
Для устройства нагревательных приборов применяют металлические проводники, обладающие большим удельным электрическим сопротивлением и выдерживающие высокую температуру
31
нагрева. Чем больше удельное электрическое сопротивление проводника, тем при одной и той же величине тока в проводнике будет больше выделяться тепла, как это следует из закона Ленца-Джоуля.
Металлы, применяемые в качестве проводников в нагревательных устройствах, называют металлами высокого сопротивления. К ним относятся: нихром, никелин, константан, фехраль и др. Удельное сопротивление нихромовой проволоки составляет 1,1 ома на 1 м при сечении 1 мм2, оно в 64 раза больше удельного сопротивления медной проволоки. Нихромовая проволока допускает рабочую температуру нагрева до 1000°.
Не все тепло, выделяемое в нагревательном элементе, идет на полезную цель. Часть тепла рассеивается в окружающее пространство. Если количество полезно используемого тепла разделить на количество всего тепла, выделяемого в нагревательном элементе, то полученное значение будет представлять собой коэффициент полезного действия (к. п. д.) нагревательного прибора. К. п. д. будет всегда меньше единицы, и например для электрической плитки он равен 0,75—0,85 (в зависимости от конструкции плитки). Для сравнения укажем, что к. п. д. примуса не превышает 0,4.
Задача № 16. Сколько тепла в калориях выделяет электрическая лампа накаливания мощностью 100 вт при горении в течение 8 часов?
Решение. 1) Найдем общую затрату электрической энергии на лампу 100 вт в течение 8 часов, или 28 800 секунд:
W — Р/ —100-28 800=2880 000 ватт-секунд.
2) Сколько из этой электрической энергии затрачивается на тепло, если известно, что в электрической лампе накаливания на тепло расходуется 95% всей потребляемой электрической энергии:
' HZ1=95-W — 2 740000 ватт-секунд.
3) Выразим эту энергию в тепловых единицах, имея в виду, что 1 ватт-секунда соответствует 0,24 калории:
@=0,24 -2 740 000=660 000 калорий=660 килокалорий.
Задача № 17. Рассчитать нагревательный элемент из нихромовой ленты для электрического чайника емкостью 1 л при условии, чтобы вода с температурой 20°, налитая в чайник, закипала через 10 минут. Напряжение в электрической сети 220 в.
Решение. 1) Определим количество тепла в калориях, которое необходимо для нагрева 1 л или 1000 см3 воды с 20° до 100°, т. е. на 80°, если известно, что для нагрева 1 см3 воды на 1° требуется 1 калория тепла:
@=1000-80=80000 калорий.
32
2) Определим полное количество тепла, которое должно выделиться в нагревательном элементе, если к. п. д. электрического чайника равен 0,8:
t~i хн Гн
О. = ——=222^5= 1U0 000 калории.
V2 к. п. д. 0,8 1
3) Для получения этого количества тепла к чайнику должна быть подведена электрическая энергия в количестве:
тг- Qi юо ооо ,. _ nnn
И =q^=-q-24-=417 000 ватт-секунд.
4) Если эта энергия должна быть выделена в 10 минут, или 600 секунд, то электрическая мощность чайника должна быть равной:
р W 417 000
600— 695 ВТ-
5) Ток, потребляемый из сети, при этом будет равен: т Р 695 „ ,
1 U 22О — 3>1оа-
6) Отсюда можно найти полное сопротивление нихромовой ленты для нагревательного элемента:
U 220 _л
= омам.
По сопротивлению и величине тока в справочнике находят требуемое сечение и длину нихромовой ленты.
Рис. 10. Включение плавкого предохранителя в электрическую цепь.
3. Плавкие предохранители
Тепловое действие электрического тока используют для защиты электрических устройств от чрезмерного, недопустимого для них тока, который может вызвать сильный нагрев устройства и даже его сгорание.
Для этой цели применяют плавкие предохранители.
Предохранитель представляет собой короткую проволочку пли пластинку из легко плавящегося металла. Такой предохранитель включают в электрическую цепь по пути мым устройством. Сечение чтобы нормальный рабочий не расплавлял его;
прохождения тока перед защищае-предохранителя выбирают таким, ток, проходя через предохранитель, только ток в цепи увеличивается
но как
2 II. А. Сазонов
33
до размеров, недопустимых для устройства, например в 2 раза по сравнению с нормальным током, предохранитель расплавляется (перегорает), и цепь тем самым разрывается. Предохранитель автоматически отключает защищаемое им устройство от источника электрического тока.
В качестве материала для плавких предохранителей применяют: свинец, олово, цинк, медь.
На рисунке 10 показано включение плавкого предохранителя в электрическую цепь, питающую электролампы.
§ 12. ХИМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Сотой. пластины медь переходит в раствор
/За зтой пластине из раствора осаждается медь
Рис. И. Протекание электрического тока в электролите.
Если пропускать ток через электролиты, т. е. растворы щелочи, кислоты или соли, можно наблюдать химическое действие электрического тока.
В качестве примера электролита возьмем раствор медного купороса. В стеклянный сосуд, наполненный раствором медного купороса, опустим две медные пластины, называемые электродами, и присоединим, как показано на рисунке И, пластины к источнику электрического тока. Протекание тока через пластины и электролит будет сопровождаться определенными химическими явлениями. Одна медная пластина, присоединенная к зажиму вс 1 очника юка со знаком 4-, будет разъедаться, и мельчайшие частички меди оудут с нес переноситься током через электролит к другой медной пластине, которая присоединена к зажиму источника тока со знаком—, и на ней будут оседать.
Если взять немного подкисленную воду, то подобным образом можно ее разложить на составляющие части: водород и кислород.
На использовании химического действия электрического тока основано устройство гальванических элементов, электрических аккумуляторов, электролитических ванн для получения чистых металлов и т. п.
Количество вещества, отложившегося на электродах при протекании электрического тока, можно вычислить по следующей формуле:
if It-A
Al — граммов,
9 ЬаО ООО • п 1
где I — ток, в амперах;
t — время протекания тока, в секундах;
А — атомный вес вещества (по справочнику); п — валентность вещества (по справочнику).
34
§ 13. МАГНИТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Электрический ток, проходя по проводнику, образует вокруг
О Г Г» и я Г н if Т К П Р ТТ Г» Т О ( тти*,ггТ>£Ь Сгглгл &< и гиптплгл гт/-»ттгт
11VAV7 X.* V< * X» — —*• ~ С» .UU1 Till 1 HUI U UUll/l
одинаковы co свойствами магнитного поля, существующего между полюсами постоянного магнита. Если к постоянному магниту в
виде стального стержня (рис. нец стрелки компаса будет притягиваться к северному полюсу магнита, обозначаемому буквой С (или N), и отталкиваться от южного полюса магнита, обозначаемого буквой Ю (или S). Северным концом стрелки компаса называют конец стрелки, показывающий на север. В то же время, если
12) поднести компас, то северный ко-
Рпс. 12. Магнитное поле постоянного магнита.
стрелку компаса рассмат-
ривать как постоянный магнит, то конец стрелки, показывающий на север, является годным полюсом магнита. Все пространство, в котором проявляется действие магнита, называют магнитным полем.
Магнитное поле можно представить себе как пространство,
заполненное магнитными силовыми линиями. Если на постоянный магнит в виде стального стержня положить лист белой бумаги и равномерно насыпать на лист железный порошок или мелкие железные опилки, то магнитное поле будет иметь вид, показанный на рисунке 12.
Пропустив сквозь лист бумаги проводник с электрическим током и насыпав на бумагу немного железного порошка пли мелких
железных опилок, мы увидим вокруг проводника магнитное поле в виде линий, называемых силовыми и расположенных концентрическими окружностями, как это показано на рисунке 13. Величина магнитного поля, т. е. густота магнитных линий, зависит от величины электрического тока. Чем больше ток, тем сильнее магнитное поле, окружающее проводник. Если у магнита в виде стержня, как па рисунке 12, магнитные силовые линии направлены от северного полюса (С) к южному полюсу (Ю), то в случае проводника с током, пропущенного через лист бумаги с железными опилками, как на рисунке 13, направление магнитных силовых линий, образующих концентрические окружности, зависит от направления тока в проводнике. Если ток, как показано на рисунке 13, идет по проводу сверху вниз, то направление магнитных линий совпадает с направлением движения часовой стрелки. При обратном направлении тока в проводе направление магнитных линий изменится на обратное.
С помощью электрического тока можно создать такое же магнитное поле, как и созданное постоянным магнитом. Для этой цели
2
35
достаточно сделать из проволоки катушку с несколькими витками и по проволоке пропустить электрический ток. На листе бумаги с железными опилками мы увидим такое же магнитное поле, как
Рис. 13. Электромагнитное поле вокруг проводника с током.
изображенное на рисунке 14.
Магнитное поле спомощьюэлек-трического тока можно получить в устройствах, показанных на рисунке 15 и состоящих пз же
Рис. 14. Электромагнитное поле катушки с током.
лезного сердечника и катушки из проволоки, намотанной вокруг сердечника. При отсутствии тока в катушках железные сердечники не имеют никаких магнитных свойств и не действуют, например, на стрелку компаса. Но стоит только по катушке пропустить ток. как эти железные сердечники тотчас же превращаются в магниты.
Устройства, показанные на рисунке 15, в отличие от постоянных магнитов, называют электромагнитами.
Рис. 15. Электромагниты.
Магнитное поле, создаваемое с помощью электрического тока, называют электромагнитным полем.
Полное число магнитных силовых линий, образуемых магнитом, называют магнитным поток ом.
За единицу измерения магнитного потока принят вебер. Так как магнитный поток в один вебер является очень большим
36
потоком, то практически пользуются единицей измерения, в сто миллионов раз меньшей, чем вебер. Эту единицу измерения магнитного потока называют максвеллом. Плотность магнит-пего потока, т. о. число магнитных силовых линии, нриходящихе,я на единицу полеречного сечения магнитного потока, называют магнитной индукцией.
За единицу измерения магнитной индукции принимают один вебер на квадратный метр поперечного сечения. В практических расчетах часто пользуются меньшей единицей измерения, называемой гауссом. Один гаусс в десять тысяч раз меньше одного вебера на квадратный метр.
Магнитная индукция в один гаусс создает магнитный поток, равный одному максвеллу, проходящий через поперечное сечение в один квадратный сантиметр.
1. Магнитные свойства тел
Все разнообразные тела, встречающиеся в природе, обладают магнитной проницаемостью, т. е. способностью проводить через себя магнитный поток. Однако среди этих тел имеется группа тел, обладающих исключительно высокой магнитной проницаемостью. В эту группу входят железо, никель, кобальт и их сплавы, сплавы хрома п марганца и ряд других веществ, называемых магнитными материалами.
Если принять магнитную проницаемость воздуха, меди, алюминия, ртути, графита и многих других тел, называемых немагнитными материалами, за единицу, то магнитная проницаемость магнитных материалов будет во много раз больше; для некоторых из них магнитная проницаемость более чем в миллион раз выше.
2. Магнитодвижущая или намагничивающая сила
Для того чтобы в каком-либо теле —в воздухе или в железном сердечнике — создать магнитный поток, необходимо иметь катушку, состоящую из одного или нескольких витков проволоки, и по этой катушке пропустить электрический ток.
Устройство в виде катушки, состоящей из нескольких витков проволоки, соединенных последовательно и расположенных так, что оси витков совпадают между собой, когда эта катушка обтекается электрическим током, носит название со л еноида. Чем больше витков у катушки и чем больше ток, протекающий по ией, тем большим по величине создается магнитный поток.
Произведение из числа витков катушки и величины тока, протекающего по виткам катушки, называют намагничивающей с и л о й п обозначают буквой F.
За единицу измерения этой силы принимают один ампер-в и т о к. Намагничивающая сила в один ампервиток получается в катушке, состоящей из одного витка, по которому протекает ток в один ампер.
37
3. Магнитная цепь
Замкнутый путь, по которому проходит магнитный поток, называют магнитной цепью. В электромагните, показанном на рисунке 15 справа, магнитная цепь состоит из двух участков, обладающих различной магнитной проницаемостью: участка цепи, проходящего по железному сердечнику, и участка цепи, проходящего по воздуху между полюсами электромагнита. Так как каждый из этих двух участков магнитной цепи обладает различной магнитной проницаемостью, то для образования и поддержания магнитного потока на каждом из участков магнитной цепи потребуется намагничивающая сила различной величины.
По аналогии с электрической цепью можно считать, что чем длиннее участок магнитной цепи из однородного материала и чем меньше сечение тела, тем большим будет сопротивление цепи для магнитного потока, а значит, и тем большая намагничивающая сила потребуется для образования и поддержания в цепи магнитного потока.
Магнитное сопротивление одного участка цепи из однородного материала можно выразить следующей формулой:
где I — средняя длина пути магнитного потока на данном участке, в метрах;
s — поперечное сечение тела на данном участке цепи, в квадратных сантиметрах;
р.— коэффициент, характеризующий магнитную проницае-чтлет-т иотопптто
.•1L/C х хх -»хсл х v pxiuiiu .
Эта формула для расчета магнитного сопротивления напоминает формулу для расчета электрического сопротивления. В последней лишь вместо коэффициента, характеризующего магнитную проницаемость материала, стоит коэффициент, характеризующий электрическую проводимость материала.
Чтобы подсчитать полное магнитное сопротивление всей цепи, состоящей из участков с различной магнитной проницаемостью и с различными геометрическими размерами, необходимо подсчитать сопротивление каждого из участков, а затем полученные величины сложить.
Магнитная индукция, или плотность магнитного потока, может Сыть вычислена по следующей формуле:
в ф
= ~ гаусс,
где Ф (фи) — магнитный поток, в максвеллах;
s — сечение магнитопровода, в квадратных сантиметрах.
Три основные величины, характеризующие электромагнитную цепь: магнитный поток (Ф), намагничивающая сила (F) и магнит
38
ное сопротивление (/?), связаны между собой следующим отношением:
Это отношение, характеризующее магнитную цепь, напоминает закон Ома для электрической цепи.
При расчетах магнитной цепи пользуются величиной, называемой напряженностью магнитного поля.
Напряженностью магнитного поля, обозначаемой буквой Н, называют величину намагничивающей силы (F), приходящуюся на 1 метр длины магнитной цепи.
За единицу измерения напряженности магнитного поля принимают один ампер на метр. Часто в практических расчетах за единицу измерения напряженности магнитного поля принимают один эрстед, который в 80 раз больше ампера на метр.
Между напряженностью магнитного ноля (Я), магнитной индукцией (В) и магнитной проницаемостью (д) существует связь, выраженная следующим отношением:
Для всех н е м ахни т н ы х материалов магнитная проницаемость ц0 практически одинакова и является постоянной величиной.
Если магнитную индукцию выражать в гауссах, а напряженность
магнитного поля в эрстедах, то:
47Г8ЛШГ1ШШМ28К 32П Зрст
О,М 0,831 /,231 /,6Л 2,0312,М 20333,233 Зрст
Рис. 16. Кривые намагничивания стали.
Но=1-
Для всех магнитных материалов магнитная проницаемость различна и, кроме того, изменяется в зависимости от магнитной индукции или магнитного потока в сердечнике.
Зависимость между магнитной индукцией (В) и напряженностью магнитного поля (Я) для магнитных материалов выражается кривыми намагничивания, показанными на рисунке 16, которыми и пользуются при расчете магнитной цепи.
39
Расчет магнитной цепи
Расчет магнитной цепи ведется следующим образом. Разбивают всю магнитную цепь на отдельные участки с одинаковым поперечг ным сечением $ и из однородного материала. Задавшись величиной магнитного потока Ф, определяют для каждого участка магнитной цепи магнитную индукцию В по формуле;
По кривой намагничивания для данного материала (рис. 16), пользуясь найденной величиной В, находят значение напряженности магнитного поля (Н). Далее вычисляют среднюю длину (/) каждого из участков цепи и путем умножения Н на длину участка I определяют потребную намагничивающую силу F—H-1 для каждого участка, а затем, сложив их, находят полную намагничивающую силу, необходимую для создания в магнитной цепи веданного магнитного потока.
Для воздушных участков или участков из немагнитных материалов напряженность магнитного поля находят по формуле;
Найденная величина намагничивающей силы представляет собой произведение тока на число витков катушки. Путем подбора числа витков, их сечения и величины тока определяют основные конструктивные размеры и электрическую мощность устройства.
5. Взаимодействие двух проводов е током
Расположим параллельно на небольшом расстоянии друг от друга два длинных проводника и по ним пустим электрический ток, между этими двумя проводниками возникнет меха н и ч е сков взаимодействие. Если направление тока в обоих провод-никах будет одинаковым, то проводники будут притягиваться друг к другу. Если направление тока в них будет противоположным, то такие два проводника будут отталкиваться.
Механическое взаимодействие между проводниками объясняется взаимодействием магнитных силовых линий: магнитные линии одного направления отталкиваются друг от друга, а магнитные линии противоположного направления притягиваются друг к Другу. Кроме того, каждая магнитная силовая линия, будучи замкнутой, всегда стремится сократиться, подобно растянутой резинке. На рисунке 17 показаны сечения двух круглых проводников. По верхнему проводнику ток идет в направлении от нас, а по нижнему — к нам.
Вокруг каждого провода с током всегда создается магнитное поле, изображенное на рисунке в виде магнитных силовых линий. Магнитные силовые линии имеют определенное направление.
40
В постоянном магните они направлены от северного к южному полюсу.
Направление магнитных силовых линий вокруг проводника с током можно найти по прав и л ч б у р а в ч и к а. Если представить себе ввинчивание буравчика вдоль провода по направлению электрического тока, то движение ручки буравчика будет показывать направление магнитных силовых линии, расположенных вокруг провода. Рассматривая рисунок 17, мы увидим,
Рис. 17.Электромагнитное поле вокруг двух параллельных проводников с противоположным направлением тока в них.
Рис. 18. Электромагнитное поло вокруг двух параллельных проводников с одинаковым направлением тока в них.
что направление магнитных силовых линий вокруг верхнего провода совпадает с направлением движения часовой стрелки, а вокруг нижнего провода — против часовой стрелки. В результате магнитные силовые линии между проводами имеют одинаковое направление и, отталкиваясь друг от друга, отталкивают и сба провода.
Предположим, что токи в двух параллельно расположенных проводах имеют одинаковое направление, как показано на рисунке 18. Ток в обоих проводах направлен от нас к чертежу. Определив по правилу буравчика направление магнитных силовых линий, найдем, что между проводами линии они направлены в противоположные стороны и поэтому, притягиваясь друг к Другу, обращаются в общие для обоих проводов магнитные силовые линии. Эти общие магнитные силовые линии в своем стремления сжаться притягивают провода друг к другу.
Силу механического взаимодействия между двумя параллельно расположенными в воздухе проводами при протекании по ним электрического тока можно определить по следующей формуле:
f._ V, г.г > 49 000 000- а ’
где / — сила, действующая на 1 см длины провода, в килограммах; Ди/, — токи в проводах, в амперах;
41
a — расстояние между осями параллельно расположенных проводов, в сантиметрах.
Задача № 18. Какое механическое усилие возникает между двумя параллельными проводами, расположенными на расстоянии 5 см друг от друга, при протекании по проводам тока в 1500 а?
Р е ш е н и е. Сила, действующая на каждый сантиметр длины провода, равна:
, 1500-1500 nnnn0
/^таооаГ5=°’0092 кг-
§ 14. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
Если в магнитном поле, созданном постоянным магнитом или электромагнитом, перемещать проводник, пересекая при этом магнитные силовые линии, то в этом проводнике возникнет электрическое напряжение, которое называют наведенным, или индуктированным, напряжением. При замыкании концов такого проводника в нем возникает электрический ток, называемый наведенным, или индуктированным, током.
Явление наведения в проводнике, движущемся в магнитном поле, электрического напряжения и тока получило название электромагнитной индукции. Открытие электромагнитной индукции было сделано английским физиком Михаилом Фарадеем в 1831 г., и этот год считается годом зарождения современной электротехники, так как на принципе электромагнитной индукции основано устройство всех электрических машпн и трансформаторов.
Наведение электрического напряжения и тока в проводнике, согласно закону электромагнитной индукции, можно осуществить тремя способами.
1-п с п о с о б. Магнитное поле неподвижно и постоянно по величине; в этом поле движется с помощью внешней механической силы проводник, пересекая при этом магнитные силовые линии.
2-й способ. Проводник неподвижен, но магнитное поле, постоянное по величине, движется с помощью внешней механической силы относительно проводника, и магнитные силовые линии пересекают проводник.
3-й способ. Магнитное поле и проводник неподвижны, но величина магнитного поля все время изменяется, и в результате магнитные силовые линии пересекают проводник.
Во всех трех возможных случаях для наведения в проводнике электрического напряжения и тока необходимо пересечение проводника магнитными силовыми линиями. Величина индуктированного напряжения будет тем больше, чем больше скорость пересечения проводника магнитными силовыми линиями.
Для случая, когда магнитное поле и проводник движутся относительно друг друга, величина индуктированного напряжения
42
Рис. 19. Определение направления тока в проводнике по правилу правой руки.
будет тем больше, чем больше магнитная индукция, чем выше скорость движения и чем большая длина проводника подвергается пересечению магнитными линиями.
ТТ-гггт л ’ЛТ'ТТП СТ Т.’ПТ'ТТП ИГПГТТТГТ’ТДГкО ТТГк’ТР ГТ ТТППРГкТТТЗТТТ* ТЛО ТГТЭТТ'Ш'ЧГТР <Х
1 bill <.1.1 f 1«) Л. у К ч-1 л, Л. X-L -А Х-». — — 1 а- а--“- —а. j-- - — _ . 4 ». , ч Л а. ч. —Г £-Л-Л l\ j л - - -
относительно друг друга, индуктированное напряжение будет тем больше, чем больше магнитная индукция, чем выше частота изменения магнитного поля и чем длиннее проводник, подвергающийся пересечению магнитными линиями.
Чтобы определить направление тока в проводнике, движущемся в магнитном поле, пользуются правилом правой руки. Вытянутую ладонь правой руки мысленно располагают вдоль проводника таким образом, чтобы магнитные силовые линии входили в ладонь, а большой вытянутый палец показывал бы направление движения проводника, как это видно из рисунка 19. Тогда остальные вытянутые пальцы руки будут указывать направление тока в проводнике.
Величину индуктированного напряжения в случае движения проводника в маг
нитном поле определяют по следующей формуле;
е — В-l-v вольт,
где В — магнитная индукция, в веберах на квадратный метр;
I — длина проводника, подвергающаяся пересечению магнитными силовыми линиями, в метрах;
г — скорость движения проводника перпендикулярно к направлению магнитных силовых линий, вметрах в секунду.
Задача № 20. Вычислить напряжение, наведенное в проводнике длиной 0,5 м при движении его со скоростью 5 м сек в магнитном поле с индукцией в 1,4 вб/м2.
Решение. Наведенное напряжение будет равно;
е=В-/.г=1,4-0,5-5=3,5 вольта.
1. Самоиндукция и взаимоиндукция
Если изменять величину тока, проходящего по катушке, то будет изменяться и интенсивность магнитного поля внутри этой катушки. При этом витки катушки будут перерезаться магнитными силовыми линиями и, согласно закону электромагнитной индукции, в витках катушки будет наводиться электрический ток, помимо первоначального тока. Это явление называется с а м о и н-д у к ц и е й.
43
При уменьшении первоначального (основного) тока в катушке ток самоиндукции будет стремиться как бы поддержать уменьшающийся основной ток.
При увеличении основного тока в катушке ток самоиндукции будет стремиться как бы затормозить его увеличение.
Явление самоиндукции в электротехнике по своему характеру похоже на явление инерции в механике.
Если поместить рядом две катушки, то изменение магнитного поля, создаваемого одной из катушек, вызовет наведение тока в другой катушке. Это явление называют взаимоиндукцией.
2. Вихревые токи
Когда массивное стальное тело подвергается действию переменного магнитного поля и часто перерезывается магнитными силовыми линиями, в толще этого стального тела наводятся электрические токи в соответствии с законом электромагнитной индукции. Массивное стальное тело можно рассматривать как бы состоящим из большого числа замкнутых стальных колец, в которых и наводится электрический ток.
Токи, замыкающиеся внутри стального тела, не совершают полезной работы и лишь бесцельно нагревают тело. Эти вредные (паразитные) токи получили название вихревых токов.
Чтобы уменьшить вихревые токи, все стальные части машин и аппаратов, подвергающиеся действию переменного магнитного поля, выполняют не массивными, а слоистыми, из тонких стальных листов (динамной жести) с изоляционной прослойкой из бумаги или лака между листами.
§ 15. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
Если сухую стеклянную палочку потереть сухой кожей или сухим мехом, то на поверхности стеклянной палочки обнаружится электрический заряд. Палочка окажется заряженной электричеством.
Стеклянная палочка представляет изолятор и не проводит электрического тока. Поэтому образовавшиеся на поверхности палочки электрические заряды не движутся вдоль нее, а находятся в неподвижном состоянии.
Электрические заряды, накопившиеся на поверхности изолятора и находящиеся в неподвижном состоянии, называют статическим электричеством.
Если к поверхности такого изолятора прикоснуться проводником (например, металлической палочкой), соединенным с землей, то все электрические заряды, накопленные на поверхности изолятора, через проводник мгновенно перейдут в землю.
Переход зарядов с поверхности изолятора в землю представляет собой электрический ток.
44
Таким образом, статическое электричество может переходить в электрический ток.
Когда на поверхности изолятора накапливается статическое электричество, то между этим изолятором и землей возникает электрическое напряжение, которое начинает тотчас же действовать, как только между изолятором и землей появится проводник.
При отсутствии проводника электрическое напряжение не вызывает электрического тока и остается как бы бездействующим.
В этом случае вместо названия «электрическое напряжение» применяют название «разность электрических потенциалов».
Каждое заряженное тело имеет свой электрический потенциал, величина которого зависит от величины электрического заряда. Чем больше на поверхности данного изолятора свободных элементарных зарядов, тем выше электрический потенциал данного тела.
Земля является большим и вместе с тем очень хорошим проводником. В силу большого размера земли ее нельзя зарядить электричеством так, как мы заряжаем, например, стеклянную палочку. Сколько бы мы ни передавали на поверхность земли электрических зарядов, они не сохраняются па ней в свободном состоянии. Поэтому принято считать, что электрический потенциал земли равен нулю. Величину потенциалов всех других заряженных тел сравнивают с потенциалом земли.
Электрические потенциалы измеряют, как и напряжение, в вольтах.
Между телами, имеющими разные по величине электрические заряды и тем самым разные электрические потенциалы, будет существовать разность электрических потенциалов.
Такая же разность электрических потенциалов будет всегда существовать и между заряженным телом и землей.
Например, между изолятором, электрический потенциал которого равен 6 киловольтам, и землей существует разность потенциалов в 6 киловольт.
Между электрическими зарядами всегда существует механическое взаимодействие. Одноименные заряды стремятся оттолкнуться друг от друга, а разноименные — притянуться. Сила взаимодействия зависит от взаимного расстояния между наэлектризованными телами и от величины электрических зарядов этих тел и определяется по следующему выражению, называемому з а-коном Кулона:
где: qi и д., — электрические заряды, сосредоточенные на двух телах;
I — расстояние между двумя наэлектризованными телами;
к — коэффициент, характеризующий среду, в которой расположены взаимодействующие электрические заряды.
45
Пространство, в котором проявляется действие электрических зарядов, называют электрическим полем. Принято считать для наглядности, что пространство, называемое электрическим полем, заполнено электрическими силовыми линиями.
На рисунке 20 показано электрическое поле двух разноименно (левый чертеж) и двух одноименно (правый чертеж) наэлектризованных шаров.
Проницаемость различных тел для электрического поля различна. Так как электрическое поле существует только там, где имеются электрические заряды, а электрические заряды могут
Рис. 20. Электрическое поле двух разноименно (левый чертеж) и двух одноименно (правый чертеж) наэлектризованных шаров.
существовать только в такой среде, которая является плохим проводником для электрического тока, понятие о проницаемости для электрического поля может относиться только к изоляторам, называемым также диэлектрика м и.
Наиболее низкой проницаемостью для электрического поля обладает воздух. Все остальные изоляционные материалы обладают более высокой проницаемостью, т. е. являются лучшими изоляторами, чем воздух. Например, проницаемость бумаги в 3 раза, фарфора в 6 раз, стекла в 71.'., раз выше проницаемости воздуха.
Проницаемость диэлектриков (изоляторов) для электрического поля называют диэлектрической проницаемо-С Т Ь 10.
1. Статическое электричество
В настоящее время существуют электрические установки, называемые электрическими генераторами, в которых путем постепенного искусственного накапливания электрических зарядов достигают электрических потенциалов в несколько десятков миллионов вольт.
В природе мы наблюдаем еще более мощные накопления статического электричества. Под влиянием метеорологических условий в верхних слоях атмосферы происходит интенсивное трение частиц воздуха, и в результате в тучах накапливаются огромные электрические заряды. Электрические потенциалы туч достигают 100 и более миллионов вольт.
46
Слой воздуха между тучей п землей под действием такой колоссальной разности электрических потенциалов может быть пробит мощным электрическим током, величина которого достигает 100— 200 тысяч ампер. Сильный нагрев воздуха но н) ш притекания такого тока делает для нас видимым этот ток в виде молнии. Протекание тока от тучи к земле, а иногда и между тучами, длится миллионные доли секунды.
Образование зарядов статического электричества возможно также и во многих производственных установках в промышленности и в сельском хозяйстве, когда в процессе переработки той или иной продукции происходит трение между частицами из материала, обладающего изоляционными свойствами, трение частиц о металлические или неметаллические части установок и машин, размельчение частиц или разрыв этих частиц. К числу подобного рода производственных установок в сельском хозяйстве относятся мельницы, молотилки, зерноочистки, сортировки и т. п.
При благоприятных атмосферных условиях — низкой влажности воздуха, высокой температуре среды — зерно и мука становятся хорошими изоляторами. В результате трения их частиц на отдельных деталях устройства или машины, хорошо изолированных от земли, могут возникать заряды статического электричества, а их постепенное накапливание может создавать в этих местах высокие электрические потенциалы, достигающие иногда десятков тысяч вольт.
Появление таких высоких электрических потенциалов ведет, в конечном счете, к пробою воздушных промежутков между местами накопления электрических зарядов и металлическими частями, соединенными тем или иным способом с землей. Эти пробои воздушных промежутков мы наблюдаем в виде электрических искр.
Электрические искры в ряде случаев могут привести к взрывам и пожарам. Поэтому рекомендуется те части установок или машин, на которых наблюдается накопление зарядов электростатического электричества, специально соединять металлической проволокой с землей, давая тем самым электрическим зарядам свободный проход от машины в землю.
2. Электрический конденсатор
Способность тела накапливать электрические заряды называют электрической емкостью данного тела.
Специальные устройства для накапливания электрических зарядов называются электрическими конденсаторами.
Простейший конденсатор состоит из двух металлических пластин, между которыми находится слой изолятора (рис. 21).
Если присоединить обе металлические пластины к источнику тока, то на пластинах будут накапливаться электрические заряды,
47
противоположные по знаку. Благодаря изоляционной прослойке эти заряды отделены друг от друга.
В таком устройстве электрические заряды могут сохраняться продолжительное время. На зажимах конденсатора в этом случае создается электрическое напряжение.
При соединении пластин каким-нибудь проводником по нему потечет ток и конденсатор разрядится, т. е. потеряет своп заряд.
Емкость конденсатора измеряется обычно в микрофарадах. В пространстве между пластинами заряженного конденсатора существует электрическое поле. Чем выше электрическое напряжение, действующее между пластинами конденсатора, тем сильнее электрическое поле.
конденсатора, показанного на рисунке 21,
Рис. 21. Электрический конденсатор.
Емкость ПЛОСКОГО
тем больше, чем больше площадь металлических пластин (обкладок конденсатора), чем меньше расстояние и чем лучше изолятор между пластинами.
3. Пробой изолятора
Если электрическое напряжение, приложенное к зажимам конденсатора, постепенно увеличивать, то напряженность электрического поля в изоляторе также увеличивается. При определенной величине напряжения изолятор теряет свои изоляционные свойства, происходит его пробой, сопровождающийся электрическим разрядом, т, е. протеканием тока через изолятор.
В электротехнических сооружениях пробой изолятора ведет к разрушению установки и поэтому не должен допускаться. Все изоляторы подвергаются испытанию на электрическую прочность.
Под электрической прочностью изолятора понимают то предельное электрическое напряжение, при котором наступает пробой изолятора. Это предельное напряжение называют пробивным напряжением
Пробивное напряжение в киловольтах, отнесенное к 1 см толщины изолятора, называют пробивной прочностью изолятора. Пробивная прочность, например для воздуха, равна 30 кв см, для фарфора — 100—200 кв/см.
4. Электронные лампы
Широко применяемые в радиотехнике электронные лампы устроены на принципе использования электрического поля. Устройство простейшей электронной лампы (радиолампы) показано
48
Рис. 22. Устройство простейшей электронной лампы.
на рисунке 22. В лампу впаяны два металлических электрода: спираль из тонкой проволоки и металлический диск. Из лампы выкачан воздух (создан вакуум). Диск, называемый анодом лампы, соединяют о положительным зажимом элеК' трического источника (аккумуляторной батареей). Спираль соединяют с отрицательным зажимом батареи и называют катодом лампы. Между электродами внутри лампы после включения тока создается электрическое поле. Так как вакуум является самым лучшим изолятором, то между электродами не будет электрического тока.
При нагревании катода лампы (металлической спирали) электрическим током, пропускаемым через спираль, свободные электроны, имеющиеся в металлической спирали, станут
ускорять свое движение и вылетать с поверхности катода наружу. Но, вылетая из катода, электроны попадут в электрическое поле, созданное между электродами, и будут двигаться к аноду (металлическому диску).
Таким образом, между электродами внутри лампы возникает движение электронов, т. е. электрический ток. Особенностью электронной лампы является то, что электрический ток в ней может итти только в одном направлении (от катода к аноду).
5. Газоразрядные трубки
Если стеклянную трубку заполнить разреженным газом, например неоном, аргоном, парами ртути, и к металлическим электродам, помещенным по концам трубки, подвести электрическое напряжение, то внутри трубки возникнет электрическое поле и поток электронов от катода к аноду. Электроны на своем пути будут многократно сталкиваться с молекулами газа, и в результате столкновения внутри трубки возникнет свечение того или иного цвета, в зависимости от газа, которым заполнена трубка.
Такие трубки, светящиеся разными цветами, называют газоразрядными и применяют для освещения на вывесках и витринах магазинов, для рекламных целей.
49
Глава, 2
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКОВ
§ 1. ПОСТОЯННЫЙ ток
Электрический ток, текущий только в одном направлении и имеющий постоянную величину при неизменяющихся других условиях, называют постоянным током.
Источниками постоянного тока служат гальванические элементы (например, сухая батарея от карманного фонаря), аккумуляторы и генераторы постоянного тока.
Основные потребители постоянного тока: городской и пригородный транспорт (трамвай, троллейбус, электропоезд), электротехническая и электролизная промышленность, зарядные станции.
В электрических устройствах постоянного тока для указания направления тока применяют знаки -(-и —, причем принято считать, что ток течет от зажима -f- (плюс) источника электрической энергии к приемнику и возвращается от приемника к зажиму — (минус) источника.
§ 2. ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК
Электрический ток, одновременно изменяющий величину и направление, называют переменным током. Ток, периодически меняющий только величину, но не меняющий направления, называют п у л ь с и р у ю щ и м.
Направление и величина переменного тока, применяемого в электротехнике, изменяются по определенному закону — по закону синуса. Кривая тока имеет синусоидальную форму, показанную на рисунке 23.
Промежуток времени, в течение которого ток совершает полный цикл, называют электрическим периодом.
Число периодов, приходящихся на одну секунду, называют частотой переменного тока. Единицей измерения частоты является один период в секунду, или один герц.
В СССР для электросиловых установок принята стандартная частота переменного тока, соответствующая 50 периодам в секунду, или герцам.
Для электрических индукционных печей применяют частоту до 100 000 герц. В радиотехнике частота переменного тока измеряется миллионами герц.
Электродвижущая сила, пли электрическое напряжение источника переменного тока, изменяется по тому же закону, что и ток.
В переменном синусоидальном токе и в переменном синусоидальном напряжении различают мгновенное, амплитудное и эффективное значения.
60
Мгновенное значение тока есть величина тока, взятая для любого значения времени.
Амплитудное значение тока это максимальная величина персмёллого ток» (амплитуда тока).
Эффективное значение переменного тока есть такая величина постоянного тока, которая по своему тепловому действию равноценна данному переменному току.
На практике имеют дело обычно с эффективными значениями переменного тока и напряжения. В дальнейшем, говоря о напряжении и токе, мы будем иметь в виду их эффективные значения.
ПопоЖитепМнй максимум
Между амплитудным и эффективным значениями тока существует следующее соотношение:
^ампл= 1 Дф1
Переменный ток благодаря своим преимуществам перед постоянным током (о чем будет сказано дальше) получил наибольшее распространение при электрификации промышленности и сельского хозяйства.
1. Особенности цепи переменного тока
Так как в цепи переменного тока происходит постоянное изменение тока и напряжения и связанных с ними магнитного и электрического полей, то все явления в цепи переменного тока значительно сложнее, чем в цепях постоянного тока.
Для образования магнитного и электрического полей требуется определенная затрата электрической энергии, поступающей в цепь от электрического источника. Эта часть электрической энергии преобразуется соответственно в энергию магнитного поля и в энергию электрического поля.
В цепи постоянного тока магнитное поле, образовавшись один раз, например в момент подключения цепи к источнику энергии,
51
остается постоянным, и электрическая энергия на его образование затрачивается только в момент подключения цепи к источнику.
Поэтому в цепях постоянного тока можно наблюдать, что при включении любого приемника электрической энергии в первый момент после включения в приемник не потечет весь ток (определяемый по закону Ома путем деления напряжения источника на сопротивление приемника), а потечет ток, меньший на величину, соответствующую той части электрической энергии, которая идет на образование магнитного поля. В момент отключения приемника происходит явление, обратное описанному выше. Энергия, запасенная в магнитном поле, преобразуется в электрическую дугу, возникающую при разрыве цепи. Поэтому при отключении приемника в цепи постоянного тока можно наблюдать постепенное спадание тока до нуля.
Из сказанного следует, что электрическая энергия, потребляемая в момент включения приемника па образование магнитного поля, в момент отключения приемника через электрическую дугу превращается в тепло.
Разумеется, что если в приемнике образование магнитного поля связано с намагничиванием стального сердечника, который после отключения приемника размагнитится не полностью и будет обладать остаточным магнетизмом, то энергия, затраченная на этот остаточный магнетизм, остается в сердечнике.
То же самое целиком относится и к электрическому полю. Часть энергии, затраченной источником на образование электрического поля, может прп определенных условиях остаться в виде электростатического заряда в приемнике и после его отключения. Это явление происходит, например, в электрических конденсаторах.
В цепи переменного тока электрическая энергия преобразуется в энергию магнитного поля и в энергию электрического поля и обратно непрерывно, вслед за периодическим изменением тока и напряжения.
В первый промежуток времени, когда ток, направляясь, например, от источника к потребителю, увеличивается от нуля до максимального значения, энергия для образования магнитного поля поступает в приемник от источника.
Б следующий промежуток времени, котда ток, сохраняя то же самое направление (от источника к потребителю), уменьшается от своего максимального значения до нуля, энергия, запасенная в магнитном поле, возвращается обратно в источник. Это же явление повторяется и в том случае, когда ток течет в направлении от приемника к источнику.
Электрическая энергия переходит в энергию электрического поля и обратно в цепп переменного тока вслед за изменением напряжения.
Таким образом, в цепи переменного тока часть электрической энергии источника колеблется между источником и приемником
52
энергии, не совершая той полезной (активной) работы, для которой предназначен данный приемник энергип. Эта часть электрической энергии тем больше, чем сильнее у приемника магнитное II элоктрич^^к^о поля.
Вся электрическая энергия, вырабатываемая источником переменного тока, может рассматриваться состоящей из двух частей: одной — активной, идущей в приемник и там совершающей полезную работу, и другой — реактивной, которая колеблется между источником и приемником без пользы.
Весь ток, текущий в цепи, можно представить себе состоящим из двух токов: активного — соответствующего активной полезной энергии, и реактивного — соответствующего реактивной электрической энергии.
Реактивный ток, не совершая полезной работы, в то же время загружает источник, прпемник и все провода и устройства, соединяющие приемник с источником, которые рассчитаны на определенную, ограниченную величину тока. Вместе с этпм реактивный ток нагревает все провода, по которым он проходит, и тем самым создает в цепп дополнительные потери энергии на образование бесполезного тепла.
Число, которое показывает, какую часть от всей электрической энергии, вырабатываемой источником, составляет активная энергия, превращающаяся в работу (механическое движение, свет, тепло), называют коэффициентом мощности цепи и обозначают через cos у (косинус фи).
Полная мощность переменного тока выражается через произведение напряжения (в вольтах) и тока (в амперах) и измеряется в вольтамперах (ва).
Одна тысяча вольтампер составляет один киловольтампер (ква). Чтобы получить значение активной мощности переменного тока, необходимо полную мощность умножить на cos Активная мощность измеряется в ваттах или в киловаттах. Например, для цепи переменного тока, в которой действуют напряжение U, тон / и cos ^полная мощность равна:
P=U-I вольтампер.
Активная мощность равна:
ватт.
Реактивная мощность равна:
Pp=U I sin а вольтампер реактивных.
Если в цепь переменного тока включены лишь приемники, в которых магнитное и электрическое поля практически отсутствуют, например электролампы накаливания, то коэффициент мощности такой цепи будет практически равен единице.
Ложно мысленно представить себе электрическую пень, в которой не потребляется совсем энергия на совершение той или иной
ЬЗ
работы, ио в то же время существует сильное магнитное или электрическое поле. Коэффициент мощности в такой цепи будет равен нулю. На практике в силовых сельских электроустановках коэффициент мощности обычно равен 0,7—0,8.
Колебание в цепи электрической энергии, связанной с магнитным п )лем, не совпадает по времени с колебанием в цепи электрической энергии, связанной с электрическим полем; когда энергия, связанная с магнитным полем, идет от источника к потребителю, энергия, связанная с электрическим полем, возвращается от приемника к источнику.
При определенных условиях может оказаться, что эти части электрической энергии равны между собой. Тогда энергия колеблется только внутри самого приемника, между той его частью, где существует магнитное поле, и той частью, где существует электрическое поле.
Источник энергии и соединительные провода при этом разгружаются полностью от реактивного тока и коэффициент мощности в цепи становится равным единице.
Большинство приемников электрического тока, например все электрические трансформаторы и почти все электрические двигатели, нуждаются в переменном магнитном поле. Подобные приемники в цепи всегда уменьшают коэффициент мощности, а значит, вызывают дополнительные потери энергии в цепи.
Чтобы избежать такого рода потерь, следует стремиться к повышению коэффициента мощности. Этого можно достигнуть включением в цепь электрических конденсаторов, требующих для своего действия переменного электрического поля.
Правильным подбором конденсаторов можно добиться полной компенсации между энергией магнитного поля и энергией электрического поля и тем самым повысить коэффициент мощности цепи до единицы.
В цепи переменного тока с приемником, не требующим для своего действия магнитного или электрического поля, будут активная энергия и активный ток. Сопротивление такой цепи, полученное путем деления напряжения на ток, представляет собой омическое (активное) сопротивление цепи, величина которого зависит от материала, длины и сечения проводника.
В цепи переменного тока с приемником, требующим только магнитного поля без омического сопротивления, будут реактивная энергия и реактивный ток. Сопротивление такой цепи, полученное путем деления напряжения на ток, представляет собой реактивное сопротивление, величина которого зависит от самоиндукции цепи и скорости изменения магнитного поля.
В цепи переменного тока с приемником, требующим только электрического поля, без омического сопротивления, будут только реактивная энергия и реактивный ток. Сопротивление такой цепи, полученное путем деления напряжения на ток, представляет собой реактивное сопротивление, величина которого зависит от
54
электрической емкости цепи и скорости изменения электрического поля. Реактивное сопротивление обозначают буквой х и измеряют в омах.
На практике не встречается электрических цепей без омического сопротивления, так как любой из проводников всегда имеет определенные размеры п выполнен из материала с определенной электрической проводимостью. Большинство цепей переменного тока обычно содержит омическое и реактивное сопротивления.
Сопротивление цепи с омическим и реактивным сопротивлениями, полученное путем деления напряжения на полный ток, протекающий по цепи, называют полным сопротивлением цепи. Полное сопротивление цепи переменного тока обозначают буквой z и измеряют в омах.
Для любой цепи переменного тока, содержащей омическое и реактивное сопротивления, полное сопротивление можно подсчитать по следующей формуле:
2 = Р Г~+Х2.
Если в цепи имеются два приемника — один с магнитным, а другой с электрическим полями, то полное реактивное сопротивление определяется как разность между реактивными сопротивлениями одного и другого приемников.
Наличие в цепи реактивного сопротивления ведет к тому, что колебания напряжения и тока происходят неодновременно, т. е. амплитуда напряжения и тока не совпадают по времени; ток достигает максимального значения позже или раньше, чем достигает максимального значения напряжение.
При наличии в цепи омического сопротивления и магнитного поля (самоиндукции) ток всегда отстает по времени от напряжения.
При наличии в цепи омического сопротивления и электрического поля (конденсатора) ток всегда опережает по времени напряжение. При наличии в цепи одновременно омического сопротивления, самоиндукции и емкости отставание или опережение тока будет зависеть от соотношения между собой реактивных сопротивлений. Отставание или опережение тока относительно напряжения называют сдвигом фаз.
2. Условные обозначения в электрических цепях переменного тока
При изображении электрической цепи переменного тока каждый из элементов цепи имеет свое условное обозначение. В таблице 2 приведены условные графические обозначения для ряда элементов цепи, принятые в электротехнической практике.
Б5
Таблица 2
Наименование
Переменный ток
Активное (омическое) сопротивление
Индуктивное сопротивление ...............
Емкостное сопротивление..................
Полное сопротивление (активное вместе с реактивным) ...............................
Выключатель..............................
Обозначение
§ 3. ЦЕПЬ С АКТИВНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ
На рисунке 24 показана цепь переменного тока, где в качестве приемника электрического тока служит омическое сопротивление. Представим себе, что это омическое сопротивление
Рис. 24. Электрическая пень с активным сопротивлением.
Рис. 25. Прямолинейный массивный проводник, разделенный вдоль оси па ряд концентрических пил тндров.
выполнено в виде толстого металлического проводника. Когда по такому проводнику проходит постоянный ток, то величина
Г» ОТТГХГЧТТТТЭ "СГ1ГТТСГ ТТ ГЛ ГД D ГЛ'11 I ТТТ ' а 9ОГ>1ГЛПТ П’Г лгл п-гтттгтт п А cjnpu лый.т ч. М.НП tlpvuvr<,u .ччм uu.jtk.jl мл ч л V rA'J-ElTliil, IluilfpU'iilUl V сечения и материала, т. е.:
I r-^'j ом. S
Сохранит ли проводник эту же величину сопротивления, если по нему будет проходить не постоянный, а переменный ток?
Чтобы ответить на этот вопрос, разделим мысленно толстый металлический проводник но всей его длине вдоль оси на ряд концентрически расположенных цилиндров, как это показано на рисунке 25. Если по такому проводу пропустить постоянный ток, то плотность тока во всех цилиндрах будет одинакова и вокруг
56
каждого из них возникнет постоянное магнитное поле. В случае же переменного тока вокруг каждого из цилиндров возникнет непеменное магнитное поле, и тогда в каждом из цилиндров, благодаря пересечению их магнитными силовыми линиями, индуктируется электрический ток, Индуктированный ток тем больше, чем ближе цилиндр расположен к оси проводника. В результате этого рабочий ток в сечении провода распределяется не с одинаковой плотностью. Наименьшая плотность тока будет у оси проводника, а наибольшая — у поверхности проводника. Электрический ток как бы вытесняется к поверхности провода. Эго явление носит название поверхностного эффекта.
Под влиянием поверхностного эффекта полезное сечение провода как бы уменьшается, а следовательно, и сопротивление его переменному току увеличивается. Другими словами, один и тот же металлический проводник при постоянном и переменном токе имеет различное сопротивление.
Если сопротивление проводника в цепи постоянного тока называют омическим сопротивлением, то сопротивление этого же проводника в цепи переменного тока принято называть активным сопротивлением.
Активное сопротивление проводника увеличивается по мере возрастания частоты переменного тока. Например, стальной провод диаметром 5 мм и длиной 1 км имеет при постоянном токе сопротивление, равное 20 омам, а при переменном токе с частотой 20 000 герц — 75 омам. Для частоты переменного тока в 50 герц, применяемого обычно в электрических установках, увеличение сопротивления незначительно.
Активное сопротивление (при переменном токе) может быть вычислено по формуле:
Гаьт = Г-Л/ ом,
где: г — сопротивление при постоянном токе, в омах;
kf — коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления при переменном токе (берется из справочника).
Ток в цепи определяется по закону Ома:
т U
ампер,
где! U — напряжение на зажимах цепи, в вольтах;
г — активное сопротивление цепи, в омах.
Мощность, расходуемая в цепи, равна:
P~U 1 ватт.
Так как вся эта мощность расходуется па нагрев сопротивления г, то ее можно выразить через I иг:
Р — U 1 = Г г ватт.
На рисунке 26 изображена кривая переменного напряжения, приложенного к цепи в виде синусоиды. Для любого момента вре-
57
мени деление мгновенной величины напряжения на активное сопротивление цепи дает мгновенное значение тока "
тате
в цепи. В резуль-также вид сину-совпадает с кри-е. нулевые и мак-тока совпадут с
кривая переменного тока приобретает соиды и по фазе вой напряжения, т. симальиые значения нулевыми и максимальными значениями напряжения.
В цепи переменного тока с активным сопротивлением сдвиг фаз между напряжением и током отсутствует. Вся мощность в такой цепи является активной, и cos ср=1. Кривая мощности переменного тока в рассматриваемой цепи показана на рисунке 26.
Кривую мощности можно построить, перемножив значения напряжения и тока для каждого момента времени. Заштрихованная площадь есть активная энергия, потребляемая цепью за один период. Примером цепи переменного тока с активным сопротивлением
Мощность
Тон
Напряжение
Рис. 26. Кривые напряжения, тока и мощнос ти в цепи с активнымсопротпвленпем.
может служить цепь, в пы или нагревательные
которую включены приборы.
электрические лам-
§ 4. ЦЕПЬ С ИНДУКТИВНОСТЬЮ
Рис. 27. Электрическая цепь с индуктивностью.
Представим себе, что в цепь переменного тока включена катушка с большим числом витков и омическое сопротивление проволоки, из которой выполнена катушка, равняется нулю. Чертеж такой цепи показан на рисунке 27. Когда по такой катушке проходит переменный ток, то в ней возникает самоиндукция. Магнитное поле, образуемое катушкой при протекании по ней переменного тока, тоже переменно. Пересекая витки катушки, магнитное поле наводит в катушке индуктированную электродвижущую силу, называемую электродвижущей с и л о и (э. д. [с.) с а м о и н д у к ц и и.
Величина э. д. с. самоиндукции тем
больше, чем больше величина магнитного потока, чем больше скорость пересечения витков катушки магнитными силовыми линиями и чем больше размеры катушки (число последовательно соединенных витков и длина каждого витка).
Магнитный поток в катушке пропорционален току, протекающему ио ней. Скорость пересечения витков магнитными силовыми
58
линиями пропорциональна скорости изменения переменного тока.
Отсюда для э. д. с. самоиндукции можно написать следующее выражение.
El =I-aL вольт,
где: I — ток в катушке, в амперах;
и — скорость изменения переменного тока (угловая частота), равная 6,28/;
/ — частота переменного тока, в герцах;
L — коэффициент, характеризующий размеры катушки и пропорциональность между магнитным потоком и током.
Этот коэффициент называют коэффициентом самоиндукции, или индуктивностью.
За единицу измерения индуктивности принят один генри. Генри представляет собой индуктивность такой цепи, в которой при равномерном изменении тока на один ампер в одну секунду индуктируется э. д. с. самоиндукции в один вольт.
Если в написанном выше выражении заменить w L одной буквой х, то это выражение можно написать в виде;
El=I-x вольт.
Это новое выражение для э. д. с. самоиндукции напоминает выражение для закона Ома, если х рассматривать как сопротив-
В отличие от активного сопротивления, обозначаемого буквой г, сопротивление х называют и н д у к т и вн ы м соп-ротивлением и измеряют так же, как и активное сопротивление, в омах.
Если начертить кривую напряжения, приложенного к зажимам цепи с
Рие. 28. Кривые напряжения, тока и мощности в цепи с индуктивным сопротивлением .
индуктивностью, то кривая тока, протекающего по такой цепи, займет положение, указанное на рисунке 28, т. е. между напряжением и током будет сдвиг фаз на */4 периода. Объясняется эго тем, что скорость изменения напряжения, приложенного к цепи, а значит и скорость магнитного потока в катушке будет наибольшей около нулевой линии и наименьшей в точке, соответствующей максимуму. В связи с этим индуктированный ток будет наибольшим тогда, когда скорость изменения магнитного потока будет тоже наибольшей.
59
Мощность, представляющая собой произведение тока и напряжения, примет вид кривой, показанной на рисунке 28.
Если в цепи с активным сопротивлением вся кривая мощности располагалась на диаграмме выше нулевой линии и называлась ее активной мощностью, то в цепи с индуктивностью кривая мощности располагается равномерно но обе стороны нулевой линии. Принято считать,что мощность,кривая которой расположена выше нулевой линии, идет от источника энергии к приемнику, или, как говорят, потребляется в цепи. Мощность же, кривая которой расположена ниже нулевой липни, идет от приемника к источнику энергии, пли, как говорят, отдается в сеть. В нашем случае, как это видно из рисунка 28, происходит периодический обмен мощностью между источником энергии и приемником. Если сложить мощность, которая в течение периода идет от источника к приемнику и обратно, то убедимся в том, что в цепи мощность пе расходуется. Мощность в цепи могла бы расходоваться па нагрев катушки, но так как выше было принято, что катушка выполнена из проволоки, не обладающей сопротивлением, то, естественно, в ней не может расходоваться мощность. Мощность, которая переходит от источника к приемнику и обратно, не совершая никакой работы (в данном случае, например, нагревание катушки), называют реактивной мощностью. Измеряют реактивную мощность в реактивных киловольтамперах (квар). Коэффициент мощности для пепи, в которой! действует только реактивная мощность, равняется нулю, т. е. cos ф=0.
Задача №21. В цепь переменного тока включена индуктивность 0,1 генри. Напряжение на зажпмах цепи 220 в. Частота переменного тока 100 герц. Определить величину тока в цепи и значение реактивной мощности.
Решение. 1) Найдем индуктивное сопротивление цепи:
Хь =«£=6,28 •/•£=6,28• 100-0,1 = 62,8 ома.
2) Ток в цепи по закону Ома будет равен:
3) Реактивная ?«ощпость может сыть Определена из выражения:
Рр =U-IL = 220-3,5 = 770 вар = 0,77 квар.
§ 5. ЦЕПЬ С АКТИВНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ II ИНДУКТИВНОСТЬЮ
На рисунке 29, а показана электрическая цепь переменного тока, в которую включена катушка, выполненная пз-проволоки, с определенным активным сопротивлением г и вместе с тем обладающая индуктивностью £ или индуктивным сопротивлением a"L = <s>L.
60
Активное и индуктивное сопротивления можно рассматривать как отдельные сопротивления, включенные в цепь последовательно, или как одно полное сопротивление, обозначаемое буквой z. В электрических схемах полное сопротивление условно показывается так, как на рисунке 29, б.
Формула для расчета полного сопротивления z, когда известны активное г и индуктивное сопротивление х, имеет следующий вид: ______
z=prr’-|-x2.
Рис. 29. Электрическая цепь с активным сопротивлением и индуктивностью.
Активное сопротивление через полное сопротивление выражается так:
r-z-cos <р.
Ток, протекающий в цепи, не будет совпадать по фазе с приложенным напряжением, так как в цепи имеется индуктивность, но сдвиг фаз будет меньшим, чем при наличии в цепи только индуктивности. Величина сдвига фаз будет зависеть от соотношения
Рис. 30. Векторные диаграммы для простейших электрических цепей.
между активным и реактивным сопротивлениями. Наглядно сдвиг фаз между напряжением и током в цепи переменного тока можно показать на векторных диаграммах.
Изобразим напряжение, приложенное к зажимам цепи переменного тока, в виде отрезка прямой линии со стрелкой, взятого в определенном масштабе и называемого вектором, и расположим его по вертикали, как на рисунке 30, а. Тогда ток в цепи с одним активным сопротивлением, как известно, совпадающий по фазе
61
с напряжением, можно изооразить в виде вектора, взятого в определенном масштабе и расположенного также по вертикали и совпадающего по направлению с вектором напряжения.
Вторая векторная диаграмма на той же фигуре (рис. 30, б) показывает расположение векторов напряжения и тока в цепи с одним индуктивным сопротивлением. В этом случае вектор тока отстает от вектора напряжения на 1ii периода, т. е. на 90 градусов, так как полный период равен 360 градусам. Направление вращения векторов на векторных диаграммах принято против часовой стрелки.
Наконец, третья векторная диаграмма (рис. 30, в) показывает расположение векторов напряжения и тока в цепи с активным и индуктивным сопротивлениями. Вектор тока в данном случае отстает от вектора напряжения на какой-то угол, меньший, чем 90 градусов. Угол ср между векторами напряжения и тока характеризует собой сдвиг фаз, a cos <р — коэффициент мощности.
Действительный полный ток, протекающий в цепи с активным и индуктивным сопротивлениями, можно для расчета мысленно разложить на два тока: активный и индуктивный. Активная составляющая (/а) полного тока будет равна проекции (отражению) вектора тока на вертикальную ось, т. е. эта составляющая тока будет совпадать с направлением вектора напряжения. Индуктивная составляющая (/ь) полного тока будет равна проекции вектора тока на горизонтальную ось, т. е. эта составляющая будет отставать от вектора напряжения на 90 градусов. Соотношение между полным током и двумя его слагающими можно выразить формулой:
Полная мощность, действующая в цепи переменного тока с активным и индуктивным сопротивлениями, так же как и ток, состоит из двух слагающих: активной мощности, идущей на нагревание катушки, п индуктивной мощности, циркулирующей между источником энергип и приемником в виде катушки. Соотношение между полной мощностью и ее двумя слагающими выражается формулой:
р__1Z п? । П2~
У-* 1 а“Г' р>
где: Р — полная мощность, измеряемая в вольтамперах (ва) или в киловольтамперах (ква);
Ра— активная мощность, измеряемая в ваттах (вт) или в киловаттах (квт);
Рр— индуктивная или реактивная мощность, измеряемая в реактивных вольтамперах (вар) или в реактивных киловольтамперах (квар).
Через напряжение, приложенное к цепи, и полный ток в цени названные выше мощности выражаются следующим образом:
62
полная мощность Р =U -I ва;
активная мощность Pa—U-I-ws <р вт;
реактивная мощность -Рр =6r-/-sin вар.
Коэффициент мощности определяется лак отнощспие активной мощности к полной:
Ра соз»=-^-,
Из этого отношения можно видеть, что чем выше удельный вес активной мощности в полной мощности, тем выше будет коэффициент мощности.
Задача № 22. В цепь переменного тока включена катушка, обладающая активным сопротивлением 20 ом и индуктивностью 0,05 генри. Напряжение на зажимах цепи ПО вольт. Частота переменного тока 50 герц. Определить: полное сопротивление цепи, полный ток в цепи, коэффициент мощности, полную п активную мощность.
Решение. 1) Индуктивное сопротивление катушки равно:
я-ь = 6,28-/-L=6,28-50-0,05 = 15,7 ома.
2) Полное сопротивление катушки:
z = ]/г2 4~ = ф^О2-j- 15,72 = 25,4 ома.
3) Полный ток в цепи:
/ = - = =-7=4,33 а. z 25,4
4) Коэффициент мощности можно вычислить из выражения:
Г 20 fi-70
cos» = — = ===0,79. т z 2э,4 ’
5) Полная мощность цепи:
P=U 7 = 110-4,33=476 ва.
6) Активная мощность цепи:
Ра=Р cos у=476 • 0,79=376 вт.
§ 6. ЦЕПЬ С ЕМКОСТЬЮ
На рисунке 31 показана цепь переменного тока с емкостью. При переменном токе конденсатор периодически заряжается электрической энергией и затем разряжается аналогично тому, как катушка при переменном токе периодически заряжается магнитной энергией (энергией магнитного поля) и затем разряжается. Мощность переменного тока в цепи с емкостью так же, как и в цепи с индуктивностью, циркулирует между источником энергии и конденсатором, поэтому она является реактивной
63
(емкостной) мощностью. Емкостный ток не совпадает по фазе с напряжением, приложенным к зажимам цепи, и сдвинут на периода в сторону опережения.
Емкостный ток, как и индуктированный, называют обычно реактивным током.
Зная приложенное к зажимам цепи напряжение и величину емкостного тока, протекающего по цепи с емкостью, можно по закону Ома найти то сопротивление, которым как бы обладает цепь:
Рис. 31. Электрическая цепь с емкостью.
где: U — напряжение на зажимах цепи, в вольтах;
Ц — емкостный ток в цепи, в амперах;
з'с — сопротивление цепи, в омах.
Это сопротивление называют е м-костным, или реактивным,
и через емкость оно выражается следующим образом:
1
где: и — угловая частота переменного тока:
и = 6,28 /, где / — частота переменного тока, в герцах; С — емкость конденсатора, в фарадах.
§ 7. ЦЕПЬ С АКТИВНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ И ЕМКОСТЬЮ
В действительных условиях цепь с емкостью всегда обладает также и активным сопротивлением, складывающимся из активных сопротивлений самого конденсатора и соединительных проводов. Поэтому в практике приходится иметь дело с цепью, в которую включены последовательно активное сопротивление и емкость, как это показано на рисунке 32.
Все, что было сказано ранее относительно цепи с активным сопротивлением и индуктивностью, можно отнести и к рассматриваемой цепи.
Полное сопротивление цепи будет равно:
2 = ] Г2 ОМ.
Полный ток в цепи и его отдельные слагающие связаны между собой следующим выражением:
1=УГ\ ампер.
Полная мощность будет равна:
Р = ) + вольтампер.
64
На рисунке 33 показана векторная диаграмма для рассматриваемой цепи. Вектор полного тока расположен слева от вектора напряжения (он опережает вектор напряжения). Емкостная ела-,, „ „ гт тпт.’п Т ПМОРТ ТУПЯМП TTr»riTlT КПТТП.ТтгКТТОР WA TTFiA RjTPHITA TTCi
i ЙЮЩЙП iwnu —-- -------- ---r---
сравнению с индуктивной слагающей тока на рисунке 30, в.
Задача № 23. В цепь переменного тока включены последовательно активное сопротивление 50 ом и конденсатор емкостью 0,000 005 фарады. Напряжение на зажимах цепи 500 вольт. Частота переменного тока 200 герц. Определить: полное сопротив-
Рис. 32. Электрическая цепь с активным сопротивлением и емкостью.
!с
Рис. 33. Векторная диаграмма для цепп с активным сопротивлением и емкостью.
лепив цепи, полный ток, напряжение на зажимах конденсатора, коэффициент мощности цепи, полную и активную мощности.
Решение. 1) Емкостное сопротивление будет равно:
1 1 __ 1 __о9
<йС 6,28 / С 6,28 200 • 0,000005 0МЭМ ’
2) Полное сопротивление цепи:
Z = /г2 = у 502+322 = 59 омам.
3) Полный ток в цепи:
/=Т=59 =8’° а'
4) Напряжение на зажимах конденсатора:
U=I-^ = 8,5-32=270 в.
5) Коэффициент мощности цепи:
/* 50 z-х о “
cos5p = —= нп = 0,8э.
т z 59
6) Полная мощность цепи:
P=U • 7=500-8,5=4250 ва=4,25 ква.
7) Активная мощность цепи:
Ра=Р • cos !р=4250- 0,85=3600 вт=3,6 квт.
3 н. А. Сазонов 65
§ 8. РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Рассмотрим теперь более сложную электрическую цепь (рис. 34), в которую включены последовательно: активное сопротивление, индуктивность II емкость.
В этом случае полным ток в цепи можно рассматривать состоящим как бы из трех токов: активного, индуктивного и емкостного. Соотношение между этими токами выражается следующей формулой:
I=Vr~+(IL—lJ2 ампер.
Выражение в скобках представляет собой разность индуктивной и емкостной слагающих тока, так как эти слагающие прямо
Рис. 34. Электрическая цепь с последовательно включенными активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью.
противоположны друг другу. Эта разность двух слагающих представляет собой один реактивный ток.
Полное coHpuiпиление цени вычисляется но формуле:
z = )' 7---У(гу—-хс)г ом.
Разность х^—хй может быть заменена одним реактивным сопротивлением _тр. Это реактивное сопротивление в зависимости от соотношения между собой х^ и хс может быть плп индуктивным или емкостным.
Особый интерес представляет случай, когда xL =хс.
Тогда величина полного сопротивления цепи становится раиной величине активного сопротивления, и еелп активное сопротивление в цени очень мало, то тик в цепи может достигнуть очень большой величины.
Так как напряжение па зажпмах каждого из сопротивлений, включенных последовательно в цепь, определяется как произведение тока и сопротивления, то напряжения на зажпмах конденсатора и катушки при очень большом токе могут достичь весьма больших размеров, значительно превышающих напряжение, приложенное к зажимам цепи в целом. Такие высокие напряжения, возникшие на зажимах конденсатора пли катушки, могут вызвать пробой изоляции и вывести из строя электротехническое устройство.
66
Описанное явление, при котором внутри цепи на зажимах отдельных элементов могут возникнуть высокие напряжения, значительно превышающие по величине приложенное к цепи напря-ЖСНиС, ННЗЫВйЮТ реЗОНйНСОМ h 3 пр Я -Ж t* II II й.
Электрическая частота ы, при которой наступает в цепи резо-нанс, называется резонансной частотой цепи. Из соотношения:
xL— x=®L-----у, = 0
можно найти выражение для резонансной частоты:
<ор=гЬ герц'
Задача № 24. Цепь переменного тока состоит из катушки, обладающей активным сопротивлением в 2 ома и индуктивностью 0,105 генри, и конденсатора с емкостью 0,0001 фарады. Цепь питается от источника с напряжением ПО вольт и частотой 50 герц. Определить: полное сопротивление цепи, полный ток в цепи и напряжения на зажимах катушки и конденсатора.
Р е ш е н и е. 1) Вычислим индуктивное сопротивление катушки:
жл=юЛ=6,28/Л=6,28 • 50-0,105=33 омам.
2) Вычислим емкостное сопротивление конденсатора:
1 1 1
Хе = а = р ..О п ,и«ч = 32 омам.
с иС 6,28/-С Ь,28-о0-0,0001
3) Полное сопротивление цепи:
z=]/r'!4-(.rL — ж.)2=Ц 23Ц- (33 — 32)г = 2,24 ома.
4) Полный ток в цепи:
5) Вычислим полное сопротивление катушки:
зкат=]'' г'-'-х1 = | 2;4- ЗЗ2 ле 33 омам.
0) Напряжение на зажимах катушки:
Г =/.^=49-33=1620 в
(в то время, как па зажимах цепи в целом имеется только ПО в).
7) Напряжение па зажимах конденсатора:
^=/^=^9.32 = 1570 в.
Решение задачи показывает, что в цепи при заданных условиях возник резонанс напряжений.
3‘ 67
§ 9. РЕЗОНАНС ТОКОВ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
В электрической цепи, состоящей из параллельно соединенных индуктивности и емкости, как показано на рисунке 35, полный ток, поступающий из источника энергии, разветвляется в узлах соединений на два тока: ток индуктивный, идущий в ветвь с индуктивностью, и ток емкостный, идущий в ветвь с емкостью. Так как оба эти тока прямо противоположны друг другу, то в общей цепи течет ток, равный разности этих двух токов. При X определенной частоте эта раз-
ность может быть весьма малой, и тогда в цепи получается интересное явление. В то время как от источника энергии в цепь поступает очень небольшой ток, в параллельных ветвях цепи токи имеют очень большую величину, намного превосходящую величину тока, поступающего от источника. Эти токи могут превысить допустимые значения и стать опасными для электротехнического устройства. Это явление носит наз-
Рис. 35. Электрическая цепь с параллельно включенными индуктивностью и емкостью.
вание резонанса токов.
Резонансная частота определяется по той же формуле, что и в случае резонанса напряжений.
Явления резонанса токов используют для улучшения коэффициента мощности установки. С этой целью к зажимам приемника, обладающего индуктивностью, подключают параллельно конденсатор, представляющий собой емкость. Тогда реактивная мощность и реактивный ток, требуемые индуктивностью, будут поступать не от источника энергии, а от конденсатора. В результате этого общая цепь (соединительные провода и источник энергии) освобождается от реактивного тока и реактивной мощности.
Глава 3
ОДНОФАЗНЫЙ И ТРЕХФАЗНЫЙ ТОКИ
§ 1. ОДНОФАЗНЫЙ ТОК
Переменный ток, для прохождения которого требуется цепь, состоящая из двух проводов — прямого и обратного,— называют однофазным током. Электрические цепи, рассмотренные выше, были однофазными.
Рассмотрим вопрос о том, как получается однофазный переменный ток.
На рисунке 36 показан электромагнит, между полюсами которого в магнитном поле вращается прямоугольный виток прово
68
локи. Концы витка соединены с кольцами, вынесенными за пределы магнитного поля и вращающимися вместе с витком. Эти кольца можно рассматривать как зажимы электрической цепи ВИТКа.
Выше было сказано, что при движении проводника в магнитном поле и пересечении им магнитных силовых линий в проводнике будет наводиться электродвижущая сила (закон электромагнитной индукции).
Если магнитное поле постоянно и равномерно распределено между полюсами электромагнита и если размеры витка, вращающегося в магнитном поле с постоянной скоростью, остаются
Источник постоянного тока для возбуждения магнитного поля
Рис. 36. Получение однофазного переменного тока.
неизменными, то величина индуктированной электродвижущей силы (э. д. с.) изменяется только в зависимости от скорости пересечения витком магнитных силовых линий.
Нетрудно представить, что в пересечении магнитных силовых линий участвует не вся длина витка, а лишь две боковые стороны его, находящиеся в магнитном поле и называемые а к т и в-ной частью витка.
На рисунке 37 показаны четыре последовательных положения витка, занимаемых им в магнитном поле за один оборот. Какова скорость пересечения витком магнитных силовых линий в момент времени, соответствующий каждому из указанных положений, если виток находится при этом все время в движении?
В момент, соответствующий 1-му положению, боковые стороны витка движутся как бы вдоль магнитных силовых линий, не пересекая их. Значит, скорость пересечения в момент 1-го положения равняется нулю. Отсюда следует, что и э. д. с., наводимая в витке, в этот момент также равняется нулю.
В момент, соответствующий 2-му положению витка, его боковые стороны движутся поперек магнитных силовых линий, и скорость пересечения в этот момент наибольшая. Отсюда следует, что в рассматриваемый момент в витке наводится наибольшая величина э. д. с.
69
В период времени, лежащий между 1-м п 2-м положениями витка, величина наводимый в витке э. д. с. постепенно увсли-вается от нуля до наибольшего своего значения.
В дальнейшем, при вращении виток займет 3-е положение. При этом положении наведенная э. д. с. становится опять равной нулю. В период времени, лежащий между 2-м и 3-м положениями
111111111111111111111111; ।;
'll!
।
г
Гис. 37. Положения витка в электромагнитном поле.
витка, э. д. с. постепенно уменьшается от наибольшего своего значения до нуля.
Когда виток займет 4-е положение, в нем вновь индуктируется наибольшая величина э. д. с., но направление э. д. с. на зажимах (кольцах) витка уже обратно по сравнению с тем, которое было при 2-м положении витка. Установить это легко, если для определения направления э. д. с. (и тока) в боковых сторонах витка воспользоваться правилом правой руки, описанным на стр. 43. Направление э. д. с. в боковых сторонах витка при различных его положениях показано стрелками. На одной из боковых сторон витка для отличия сделано утолщение.
Если все величины э. д. с., индуктируемые в витке за один оборот, отложить в определенном масштабе на диаграмме, то получим кривую переменной э. д. с. (или тока).
Таким образом, электрическое устройство, показанное на рисунке 36, позволяет получать однофазный переменный ток.
70
§ 2. ТРЕХФАЗНЫЙ ТОК
Представим себе теперь, что в магнитном поле электромагнита
В каждом из витков наводится переменная э. д. с. и переменный ток. Если эти витки иасположить вместе в виде катушки, то переменные токн в отдельных витках по фазе своего изменения
Рис. 38. Получение трех однофазных токов.
совпадут, т. е. в них во всех одновременно возникнут наибольшие или наименьшие значения тока. Соединяя последовательно все витки в одну катушку, получим на ее зажпмах э. д. с., представляющую собой сумму всех э. д. с. отдельных витков.
Рассмотрим случай, когда имеются три витка, расположенных в пространстве звездой, как это показано на рисунке 38. Если все эти витки одинаковы по размеру и вращаются в магнитном поле
Рис. 39. Кривые тока в трех витках, расположенных в пространстве под углом.
с. одинаковой скоростью, то наводимые в витках э. д. с. и токи также одинаковы по величине, но по фазе своего изменения отличаются друг от друга, т. е. наибольшие и нулевые значения в каждом из трех витков возникнут в разное время. Построив на одной и той же диаграмме кривые токов для каждого из трех витков за один оборот, получим рисунок 39. В данном случае имеются три однофазные цепи и три однофазных тока, отличающиеся друг от друга только по фазе своего изменения.
71
Но эти три витка можно соединить между собой так, как это сделано на рисунке 40. Тогда вместо шести колец, к которым выведены концы витков, можно обойтись всего тремя.
Электрическую цепь, в которой объединены три однофазные цени, называют т р е х ф а з н о й цепью, или трехф а з-н о й системой. Переменный ток, протекающий по такой цепи, называют трехфазным током
Рис. 40. Получение трехфазного тока.
Соединение трех витков (или трех катушек), расположенных в пространстве под одинаковым углом друг к другу, можно выполнить двояким способом: в треугольник или в звезду. На рисунке 40 три витка соединены в треугольник, т. о. конец первого витка соединен с началом второго, конец второго витка —
Рис. 41. Соединение трех фаз в треугольник (левый чертеж) и в звезду (правый чертеж).
с началом третьего и конец третьего — с началом первого витка. При соединении трех витков в звезду концы витков соединяют вместе.
На рисунке 41 показано условное изображение трехфазной системы при соединении отдельных фаз в треугольник и в звезду. Трехфазная система, соединенная в звезду, может быть трехпро-водпой и четырехпроводной. В последнем случае, кроме трех фазных проводов, имеется еще н у л е в о й провод, общий для всех фаз.
72
Напряжение на зажимах каждой из фаз называют фазным напряжением (&$)
Ток, протекающий по каждой из отдельных фаз, называют фазным током (7ф).
Напряжение между линиями трехфазной системы называют линейным напряжением^,).
Ток, протекающий по линиям трехфазной системы, называют линейным током (7л).
Ток, протекающий в линии, присоединенной к пулевой точке системы, называют током в нулевом проводе (70).
В трехфазной системе (рис. 41) при соединении фаз в треугольник линейное напряжение совпадает с фазным напряжением, но линейный и фазный токи различны в связи с тем, что линейный ток представляет собой сумму двух фазных токов.
Чтобы получить величину линейного тока, фазные токи нельзя сложить арифметически; их необходимо складывать геометрически, т. е. с учетом сдвига фаз. Линейный ток будет всегда в ]/3, или в 1,73 раза больше фазного тока.
В трехфазной системе при соединении фаз в звезду линейный ток совпадает с фазным током, но линейное и фазное напряжения различны, так как линейное напряжение представляет собой геометрическую сумму двух фазных напряжений и поэтому линейное напряжение всегда в 3, или в 1,73 раза больше фазного напряжения.
Приемники тока подключаются к трехфазной системе также треугольником или звездой.
Полная мощность каждой отдельной фазы может быть определена как произведение фазного напряжения и фазного тока, т. е.:
РФ=иФ’1ф ва>
где: С7ф — фазное напряжение, в вольтах;
7ф — фазный ток, в амперах.
Мощность одной фазы называют однофазной мощностью.
Полная мощность трехфазной системы будет в три раза больше, т. е.:
Р=З.Гф.7ф=/ЗГл7л «а.
Активная мощность трехфазной системы соответственно будет равна:
7’а='|/3?7л7л cos у вт, где: cos ср — коэффициент мощности трехфазной системы.
Задача № 25. В трехфазную цепь включены две группы электрических ламп, как показано на рисунке 42.
Первая группа ламп включена треугольником, а вторая — звездой. В каждой фазе первой группы имеется по две последовательно включенных лампы одинаковой мощности. В каждой
73
фазе второй группы имеется по четыре параллельно включенных лампы одинаковой мощности. Под каким напряжением будут гореть лампы в каждой из групп, если линейное напряжение в цепи равно 220 в?
Решение. 1) Напряжение па каждой из фаз первой группы ламп, включенной треугольником, будет равно линейному напряжению цепи, т. е. 220 в. Так как в каждую фазу включены последовательно две одинаковые по мощности лампы, то каждая лампа будет гореть с напряжением, равным половине фазного (линейного) напряжения, т. е. с напряжением 110 в.
электрических ламп:
1 — соединение в треугольник; 2 — соединение в звезду.
2) Напряжение на каждой из фаз второй группы ламп, включенной звездой, будет равно:
,, 220 ,9_
^=ii3=ij3=127 в-
Под этим напряжением будут гореть все лампы второй группы.
Задача № 26. В трехфазную цепь с линейным напряжением 380 в включены звездой три одинаковые катушки, каждая из которых имеет активное сопротивление 8 ом и реактивное 6 ом. Определить линейный ток, полную и активную мощность цепи.
Решение. 1) Полное сопротивление одной фазы приемника, т. е. полное сопротивление одной катушки:
2=р'г’4-ж2 3=1/ 824-62=10 омам.
2) Напряжение на зажимах катушек, включенных звездой, равно фазному напряжению:
U. =Дл-=^=220 в. ф 1,/3 1,73
3) Ток в одной фазе приемника т. о. ток, протекающий через катушку, равен:
__Гф_220._99
УФ Ь~— w а'
74
При соединении звездой фазный ток является и линейным током:
1у=у=22 а-
4) Полная мощность, потребляемая трехфазной цепью, равна: р=Зс7ф • 1ф=3 • 220• 22 = 14500 ва = 14,5 ква, или _
Р=у 3?7Л-/Л=1,73-380-22=14,5 ква.
5) Чтобы определить активную мощность, найдем коэффициент мощности цепи:
cos ’f = ~ =^=0,8,
тогда активная мощность равна:
РЛ=Р cos щ = 14,5 0,8 = 11,6 квт.
Задача № 27. К источнику трехфазного тока, фазы которого соединены в треугольник и линейное напряжение которого равно 220 в, подключены звездой приемники тока мощностью 5 квт в каждой фазе при cos ш=0,8. Определить ток, протекающий в каждой из фаз источника, и полную мощность, отдаваемую источником.
Решение. 1) Фазное напряжение на зажимах приемника тока:
Z7$ = -=l=^ = 127 в.
ф /3 П'З
2) Полная мощность каждой из фаз приемника тока:
Pt= ^- = |^=6270 ва.
Ф cos ср 0,8
3) Фазный ток приемника (или линейный ток в цепи):
I -А—6270 = 49 5 а
4) Фазный ток источника, фазы которого соединены в треугольник:
Гф = 4^=”| = 28,6 а.
* У 3 П'З
5) Мощность полная, отдаваемая источником:
Р = /УС7Л.7Л=1,73-220-49,5 = 18,8 ква.
§ 3. ВРАЩАЮЩЕЕСЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Если три неподвижные катушки, расположенные по отношению друг к другу под углом 120 градусов (т. е. со сдвигом на одну треть окружности), как показано па рисунке 43, питать трехфазным током, то результирующее магнитное поле, созданное внутри
75
Рис. 43. Образование вращающегося магнитного поля.
катушек, будет вращаться вокруг оси катушек. Такое поле называют вращающимся магнитным нолем.
В то время как магнитные поля, созданные отдельными катушками, имеют переменный (например, синусоидальный) характер, вращающееся магнитное поле, будучи результирующим, имеет постоянную величину.
Скорость вращения этого магнитного поля зависит от частоты переменного тока.
Обнаружить вращающееся магнитное поле можно, например, с помощью компаса. Внеся компас внутрь катушек так, чтобы ось стрелки совпадала с осью катушек, будем наблюдать вращение стрелки в определенную сторону и с постоянной скоростью.
На принципе использования вращающегося магнитного поля устроены наиболее распространенные в
промышленности и в сельском хозяйстве электрические двигатели, называемые асинхронными.
§ 4. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ
В настоящее время все электрические станции вырабатывают трехфазный переменный ток. Однако в ряде случаев потребителям нужен постоянный ток.
Существует несколько способов преобразования переменного тока в постоянный.
Вернемся к электрическому устройству, показанному на рисунке 36. При вращении витка в магнитном поле на кольцах, к которым присоединены концы витка, возникает переменное напряжение.
Разрежем теперь кольцо на две равные части,не соприкасающиеся друг с другом, и присоединим к ним концы витка. Наложим на кольцо с двух противоположных сторон проводники, остающиеся неподвижными при вращении кольпа, но все время к нему прикасающиеся. На концах этих проводников при вращении витка возникнет напряжение. Это напряжение постоянно, и ток, снимаемый с кольца, имеет в каждом из проводников постоянное направление. В этом можно убедиться, если для каждого положения вращающегося витка определять направление тока в боковых сторонах витка, пользуясь правилом правой руки.
Устройство, подобное описанному, называется механическим выпрямителем, или коллектором, и применяется в машинах постоянного тока.
76
Другое устройство для преобразования переменного тока в постоянный показано на рисунке 44. На правой стороне рисунка изображен стеклянный сосуд, из которого откачан воздух; на дно налита ртуть, а сверху введены три электрода. Все это устройство называется ртутным выпрямителем.
С левой стороны показан источник трехфазного переменного тока, фазы которого соединены в звезду.
Если присоединить электроды и ртуть к источнику переменного тока, как показано на рисунке 44, то между электродами возник-
Рис. 44. Принцип устройства ртутного выпрямителя.
пет линейное напряжение, а между ртутью и любым из электродов — фазное напряжение.
При определенных условиях между ртутью и одним из электродов, например электродом 1, который обладает в данный момент времени наибольшим положительным напряжением, возникнет электрический разряд, как это было ранее описано при рассмотрении электронной лампы.
Электрический разряд, называемый электрической дугой, представляет собой движение электронов от катода (ртути) к аноду (одному из электродов).
Через некоторый промежуток времени наибольшее положительное напряжение оказывается на электроде 2. Тогда поток электронов, идущий от ртути, устремится к электроду 2. Еще через некоторый'' промежуток времени наибольшее положительное напряжение возникнет на электроде 3, и электрическая дуга перекинется к нему.
Таким образом, один конец дуги (отрицательный) остается все время на поверхности ртути (на катодном пятне, перемещающемся на поверхности ртути), а другой конец электрической дуги
77
Рис. 45. Схема преобразования переменного тока в постоянный с помощью твердых выпрямителей.
(положительный) все время перебрасывается с одного электрода на другой по мере изменения на них напряжения.
В результате ток в нулевом проводе тенет непрерывно в одном и том же направлении, показанном стрелкой. Другими словами, в цепи нулевого провода получается постоянный т о к, в то время как от источника электрической энергии идет переменный ток.
В тех случаях, когда требуется относительно небольшой по-твердыми выпрямите-л я м и. Устройство, например, меднозакисного выпрямителя состоит из медной пластинки, одна сторона которой покрыта закисью меди. Граница между поверхностями меди и закиси меди обладает особым свойством. Когда электрический ток идет в направлении от закиси меди к меди, он встречает на границе небольшое сопротивление. Когда же ток идет в обратном направлении, т. е. от меди к закиси меди, он встречает на границе очень большое сопротивление, в тысячу раз больше,
чем в первом случае. Практически можно считать, что ток в направлении от меди к закиси меди в таком устройстве не допускается.
Если твердые выпрямители включить в цепь в виде замкнутого четырехугольника, как показано на рисунке 45, и к двум точкам, находящимся в противоположных углах, подвести переменный ток, то от двух точек, расположенных в других противоположных углах, мы получим постоянный (выпрямленный) ток.
Для выпрямительных устройств, применяемых в сельском хозяйстве, используют твердые выпрямители, называемые селеновыми. Для получения более мощных выпрямителей их изготовляют из большого числа отдельных элементов (шайб), соединенных между собой последовательно или параллельно.
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Глава 1
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ
В электротехнике применяются черные и цветные металлы п их сплавы, дерево, изоляционные материалы и разнообразные вспомогательные и крепежные материалы.
§ 1. ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ
К черным металлам относят чугун и сталь. Под железом в технике подразумевают лишь химически чистое железо, без всяких примесей. Чистое железо на практике не применяют.
Чугун. В зависимости от содержания углерода, кремния и марганца чугуны имеют различные свойства.
Л и т е й н ы й — серый чугун — легко поддается механической обработке, пригоден для тонких отливок. Из него отливают корпуса электрических машин и отдельные детали электроаппаратов.
Ковкий чугун применяют для изготовления арматуры высоковольтных изоляторов.
Передельный — белый чугун — трудно поддается механической обработке и применяется главным образом на переделку в сталь.
Температура плавления серого чугуна , . . 1200°
Удельное электрическое сопротивление . . . 0,52 ом мм2/м
Временное сопротивление изгибу.... 20—45 кг/мм2
Сталь. Сталь с содержанием углерода около 0,3% называют мягкой, около 0,8% — средней и около 1,2% — твердой.
Сталь применяют для изготовления электрических машин и трансформаторов, электромагнитов, проводов, каркасов, болтов, шурупов п разных инструментов.
Для придания' большей твердости стали ее закаливают, т. е. нагревают до определенной температуры (обычно до оранжевого цвета) и быстро охлаждают, погружая в воду или другие жидкости. Сталь, приобретая при этом твердость, становится, однако, более хрупкой.
79
При нагревании закаленной стали до температуры несколько ниже той, при которой производилась закалка, и затем медленном охлаждении, сталь становится более мягкой и вместе с тем менее хрупкой. Такую сталь называют отпущенной.
Если кусок стали очистить с поверхности от окалины и нагревать, на очищенной поверхности, начиная с температуры 220°, появляются разные цвета, называемые цветами побежалости.
Цветами побежалости пользуются для грубого определения температуры нагрева стали при закалке и отпуске ее.
Побежалые цвета появляются в следующем порядке:
светложелтый (соломенный)...........: . . 220°
коричнево-красный....................... 265°
фиолетовый.............................. 285°
светлосиний..............................315°
серый....................,.............. 330°
После серого цвета поверхность стали темнеет и остается в таком виде до температуры 500°. Затем сталь начинает светиться и появляются калильные цвета.
Калильные цвета появляются в следующем порядке:
темнокоричневый................... 530 — 580°
темнокрасный...................... 650— 730°
светлокрасвый..................... 830— 900°
светложелтый...................... 1150—1250°
яркобелый......................... 1250 —1350°
Прибавлением к стали некоторых веществ получают различные сорта легированной ехали, обладающие спецпальнымп свойствами. К числу таких специальных сталей относят углеродистую, кремнистую, марганцевую, хромистую, молибденовую, вольфрамовую, алюминиевую, никелевую, нержавеющую, электротехническую и др. Временное сопротивление изгибу у легированных сталей находится в пределах от 50 до 95 кг/мм2.
Электротехническая сталь принадлежит к мягким сортам стали с незначительным содержанием углерода и кремния. Для изготовления сердечников электрических машин и трансформаторов применяется электротехническая сталь в листах толщиной 0,5— 0,35 мм.
Сплав железа с никелем — пермаллой — обладает весьма большой магнитной проницаемостью, превышающей магнитную проницаемость электротехнической листовой стали в 15—20 раз. Пермаллой применяют для изготовления сердечников трансформаторов, реле и других аппаратов в радиотехнике и телефонной связи.
Для изготовления постоянных магнитов применяют специальные сплавы (альни, альнико, магнико), обладающие очень высокими магнитными свойствами. Например, постоянный магнит, изготовленный из сплава магнико (сплав железа, никеля, алюминия, кобальта и меди), оказывается в 22 раза легче магнита,
80
изготовленного из обычной хромистой стали, при равной магнитной энергии.
В последнее время для изготовления ряда электротехнических деталей, ьигорые ранее выполнялись из сплавов меди л алютми-ниевых сплавов и которые вместе с тем не обладали необходимыми высокими механическими свойствами, начали применять более дешевые и механически более прочные немагнитный чугун и немагнитную сталь, получаемые путем введения в состав чугуна или стали никеля и марганца.
Магнитная проницаемость немагнитного чугуна составляет 1,03; удельное электрическое сопротивление 1,4 ом мм^м; временное сопротивление изгибу 25—35 кг/мм2.
Магнитная проницаемость немагнитной стали составляет 1,05—1,2; удельное электрическое сопротивление 0,3—0,4 ом мм2/м; временное сопротивление изгибу 70—80 кг/мм2.
Для изготовления магнитных деталей электрических аппаратов и приборов, предназначенных для работы в полях высокой частоты, применяют магнитодиэл ектрики. Магнитодиэлектрики получают путем прессовки порошкообразного железа с жидким стеклом, смолами и т. п.
§ 2. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ П ИХ СПЛАВЫ
Из цветных металлов в электротехнике применяют медь, алюминий, олово, свинец, цинк и сплавы — латунь, бронзу и баббиты.
Медь. Благодаря очень хорошей электропроводности медь широко применяется в электротехнике в качестве проводника электрического тока.
Мягкая медь (отожженная) применяется для изготовления изолированных проводов, обмоточных проводов и кабелей.
Твердая медь (твердотянутая) применяется для изготовления голых проводов воздушных линий и сетей.
Из проводниковой меди изготовляют медные полосы и ленты, медные прутья и пластины, тросы из голых медных проводов.
Температура плавления меди . . . 1083°
Удельное сопротивление......0,018 ом мм2/м
Временное сопротивление разрыву твердой меди 36—39 кг/мм2, мягкой меди 26—28 кг/мм3.
Алюминий — самый распространенный металл в природе. Алюминий составляет 7,24% всей земной коры, входит в состав глины, полевых шпатов и многих других минералов. Алюминий получают путем электролиза расплавленной окиси алюминия.
В электротехнике алюминий является наиболее распространенным проводниковым металлом после меди.
Алюминий применяется главным образом для изготовления воздушных голых проводов, а также для изготовления отдельных частей электрических аппаратов и приборов; широко применяется
81
также в сплавах. Алюминий в 3% раза легче меди, но его удельное электрическое сопротивление в 1,67 раза выше меди. Он очень хорошо механически обрабатывается, но плохо поддается пайке. Кислоты на алюминий действуют слабо, щелочи же его разъедают.
Температура плавления алюминия 6573
Удельное сопротивление..........0,03 ом мм!,’м
Временное сопротивление разрыву:
твердой проволоки..........16—17 кг/мм2
мягкой » ......... 8 кг;мм2
Олово. Механическая прочность олова невысока, и в машиностроении в чистом виде оно не применяется. Из олова путем прокатки делают тонкие листы фольги, которые используются при изготовлении электрических конденсаторов. Олово широко используют в сплавах, припоях и для полуды, т. е. для покрытия других металлов защитным слоем, предохраняющим от окисления. Листы тонкого железа, покрытые слоем олова, называют белой жестью.
Температура плавлепия олова , , , 232°
Удельное сопротивление..........0,12 ом мм2,’м
Свинец — самый мягкий из подвергающихся механической обработке металлов.
В электротехнике свинец применяют для изготовления предохранителей как легкоплавкий металл, для освинцовки кабелей, для изготовления аккумуляторных пластин; широко исполь-ЗуЮТ ТЯКЖ6 В ТхаЧССТВС составной ЧаСТИ припоя.
Свинец очень ядовит; им нельзя покрывать или паять посуду, служащую для приготовления и хранения пищи.
Температура плавления свинца . . 327°
Удельное сопротивление..........0,22 ом мм2;м
Цинк. В электротехнике цинк применяется главным образом для оцинковывания стальных проводов с целью предохранения их от ржавления, а также как составная часть различных сплавов. Кроме того, цинк используют при изготовлении гальванических элементов.
Температура плавления цинка . . . 419э
Удельное сопротивление..........0,06 ом мм2'м
Латунь. Латунью называют сплавы меди с цинком. Содержание в ней меди колеблется от 60 до 80%. Латунь можно обрабатывать только в холодном состоянии. Будучи сильно нагретой, опа становится хрупкой.
В электротехнике латунь применяется для изготовления зажимов и отдельных деталей электрических аппаратов и приборов.
Температура плавления латуни . . 850’
Удельное сопротивление . , . . . .0,07 ом мм2,м
82
Бронза. Бронзой называют сплав меди с оловом. В зависимости от содержания в сплаве других примесей различают бронзу: фосфористую (идет на изготовление телефонной проволоки); кремнистую (применяют для трамвайных контактных проводов); оловя-нистую (идет на изготовление вкладышей подшипник об у; оериллиз-вую (идет на изготовление частей выключателей, щеткодержателей, контактных колец, токоподводящих устройств) и другие сорта.
Баббиты. Баббитом называют сплав из олова, меди, сурьмы и свинца. Баббит тем лучше, чем больше содержится в нем олова. Этот сплав принадлежит к числу так называемых антифрикционных сплавов и служит для заливки подшипников электрических и других машин.
§ 3. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ ВЫСОКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
Для изготовления деталей электроизмерительных приборов, реостатов и нагревательных приборов применяют специальные сплавы, обладающие высоким электрическим сопротивлением и способные длительно выдерживать высокую температуру.
1. Сплавы для изготовления деталей электроизмерительных приборов
Манганин — сплав 86% меди, 12% марганца и 2% никеля. Имеет красновато-коричневатый цвет. Хорошо вытягивается в тонкую проволоку. Допускает рабочую температуру не выше 60°. Удельное электрическое сопротивление 0,42 ом мм2/м. Временное сопротивление разрыву 40—55 кг/мм2.
Константан — сплав 60% меди и 40% никеля. Хорошо прокатывается в тонкую ленту. Допускает рабочую температуру в реостатах и нагревательных элементах до 400—450°. Удельное электрическое сопротивление 0,5 ом мм2/м. Временное сопротивление разрыву 40—50 кг/мм2. Константан применяют также для изготовления термопар (в паре с медью или железом), служащих для измерения температуры.
2. Реостатные сплавы
Для изготовления реостатов применяют сплавы на медной основе. От константана эти сплавы отличаются тем, что для их удешевления входящий в сплав константана никель на половину заменяют цинком и железом. Реостатные сплавы допускают рабочую температуру до 200—300°. Удельное электрическое сопротивление сплавов составляет 0,3—0,4 ом мм2/м. .
3. Сплавы для электронагревательных приборов
Нихром — сплав 65—70% никеля, 15% хрома, 15—20% железа. Изготовляют в виде проволоки диаметром от 0,02 мм и больше и в виде лепты сечением от 0,1 мм2 и больше. Допускает
83
рабочую температуру до 1000°. Удельное электрическое сопротивление!,1 оммм2/м. Временное сопротивление разрыву 70 кг/мм2.
Фехраль — сплав 80% железа, 15% хрома и 5% алюминия. Допускаемая рабочая температура до 800°. Удельное электрическое сопротивление 1,2оммм!/м. Временное сопротивление разрыву 70 кг/мм2. По сравнению с нихромом фехраль более тверд и хрупок; он с трудом вытягивается в проволоку и ленту малого сечения.
Хромаль — сплав 64% железа, 30% хрома, 4,5% алюминия и 1,5% других элементов. Допускаемая рабочая температура до 1350°. Удельное электрическое сопротивление 1,5 ом мм2/м. Временное сопротивление разрыву 80—90 кг/мм2. Проволока из хромаля применяется в промышленных электропечах.
Срок службы нагревательных элементов удлиняется путем заделки спиралей в твердую инертную среду, например типа глины — шамота. Этим спирали предохраняются от механических повреждений и к ним затрудняется доступ кислорода.
§ 4. ДЕРЕВО
В электротехнике дерево применяется главным образом в качестве опор для воздушных линий электропередачи. Из дерева выполняют также временные основания под электрические двигатели и отдельные части и детали устройств.
Из различных пород дерева наиболее широко используются дуб, сосна, пихта; реже — ель.
Если дерево проварить в парафине или масле, оно теряет свою гигроскопичность (т. е. способность впитывать в себя влагу) и может служить в качестве изолятора.
Дерево обладает следующими основными электрическими и механическими характеристиками: удельное электрическое объемное сопротивление воздушносухого дерева 109—1010 ом см; удельное электрическое поверхностное сопротивление 1011—1012 ом; пробивная прочность 40—60 кв/см; временное сопротивление сжатию 500—550 кг/см2; временное сопротивление изгибу 750— 850 кг/см2; временное сопротивление разрыву вдоль волокон 800—1000 кг/см2, поперек волокон 400—550 кг/см2.
Для увеличения срока службы деревянных опор их пропитывают антисептиками, предохраняющими дерево от гниения. К антисептикам относятся креозот, битумы и т. п. Для снижения горючести дерева изготовленные из него детали покрывают специальными негорючими составами.
§ 5. ИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Изоляционными материалами называют органические или неорганические вещества, которые почти не проводят электрического тока и поэтому служат для отделения (изоляции) одного проводника от другого.
84
Изоляция приобретает тем большее значение, чем выше электрическое напряжение. Наиболее часто в практике встречаются следующие изоляционные материалы.
Асбест — волокнистый материал (минерал). Негорюч и теплостоек. Применяется для изоляции проводников. Проводники, изолированные асбестом, выдерживают нагрев до 150°. Пробивная прочность 20 кв/см. Гигроскопичен. Для повышения изоляционных свойств асбест пропитывают лаками или смолами.
Шифер — горная порода слоистого строения, чаще всего темносерого цвета. Шифер используют для изготовления щитков под рубильники, реостаты, предохранители и т. п.
Хрупкость и гигроскопичность шифера затрудняют его применение как изолирующего материала. Шифер выдерживает нагрев до 200э. Пробивная прочность 6—10 кв/см.
Мрамор — горная порода зернистого строения. Применяется главным образом для изготовления электрических распределительных щитов и досок под рубильники. Мрамор гигроскопичен и при нагреве свыше 100° становится хрупким. Пробивная прочность 5—10 кв/см.
Фарфор — обожженная смесь из полевого шпата, кварца п каолина. Фарфор обычно покрывают глазурью, и поэтому он мало гигроскопичен. В электротехнике фарфор применяется для изготовления изоляторов, роликов, втулок. Пробивная прочность 100—200 кв/см.
Бумага — широко распространенный в электротехнике вид изоляции для кабелей п конденсаторов. Бумага является также исходным материалом для изготовления всякого рода других изоляционных материалов. Пробивная прочность 80—90 кв/см.
Бакелизпрованная бумага и картон —бумага или картон, покрытые бакелитовым лаком. Из этой бумаги изготовляют гэтинаксовые доски (толщиной до 60 мм), конденсаторные втулки, прокладки и пр. Изделия из бакелизированной бумаги гигроскопичны и горючи. Пробивная прочность 150— 250 кв/см.
Электрокартон — тонкий листовой материал. Широко применяется в электротехнике главным образом в виде всякого рода прокладок. Пропитанный маслом или лаком картон менее гигроскопичен, чем непропитанный. Пробивная прочность 90—130 кв/см.
Фибра — изоляционный материал, изготовляемый из бумажного тряпья. Фибра бывает двух видов: твердая и гибкая. Фибра хорошо механически обрабатывается, но обладает большой гигроскопичностью. Обычно идет на изготовление прокладок, втулок, шайб. Пробивная прочность 10 кв/см.
Шелк — в виде пряжи идет на обмотку специальных проводов и шнуров очень малого сечения. Шелковое полотно иногда употребляется для изоляции секций обмотки электродвигателей очень малой мощности.
85
М пк а н п т — материал, получаемый путем склеивания листков слюды лаком. Применяется в качестве прокладок в машинах и электрических аппаратах высокого напряжения. Пробивная прочность 150—200 кв/см.
Кауч у к — сок растений-каучуконосов. В чистом виде не употребляется. В электротехнике применяют смеси каучука главным образом с серой.
Мягкий каучук с малым содержанием серы и с большим содержанием наполнителей (окись цинка, каолин) идет на изготовление изоляции проводов, на выделку изоляционных трубок, лент, резиновых перчаток.
Твердый каучук, называемый эбонитом, содержит большое количество серы (до 25%) и пдет на изготовление досок для электрических аппаратов, втулок и других изделий главным образом в установках связи. Пробивная прочность 150 кв/см.
К л е й к а я п з о л и р у ю щ а я л е н т а — хлопчатобумажная лента шириной от 10 до 35 мм, покрытая с одной пли с двух сторон липким изоляционным составом. Эта лента широко применяется в электромонтажной практике для изоляции мест соединения проводов, шнуров п т. п.
Трансформаторное масло — минерального происхождения. Широко применяется в электротехнике как жидкий изолятор в трансформаторах, масляных выключателях, реостатах. Одновременно трансформаторное масло в указанных выше электрических аппаратах служит хорошей охлаждающей средой. Пробивная прочность 70—120 кв/см.
II з о л и р у ю щ и е л аки — шеллачные, бакелитовые, масляные, асфальтовые, получаются путем растворения вещества, дающего пленку (смола, асфальт, сохнущее масло) в растворителе (скипидар, бензин, бензол).
Для ускорения высыхания в лаки добавляют особые вещества, называемые сиккативами.
Изолирующие лаки широко применяют в электротехнике для пропитывания бумаги, картона, хлопчатобумажной ткани, идущих на изоляцию обмоток электрических машин и трансформаторов.
Изделия, покрытые лаком, требуют воздушной или печной сушки в продолжение нескольких часов.
Компаунды — смеси битуминозных и смолистых веществ и масел. При небольшом нагреве становятся жидкими и легко заполняют пустоты и пропитывают волокнистые материалы. Компаунды применяются для заливки кабельных муфт, гальванических элементов и аккумуляторов, а также для пропитывания бумаги.
§ 6. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Вспомогательные материалы применяют при монтаже электрических установок в качестве конструктивных, закрепляющих п поддерживающих основные детали электротехнического назна-86
чеиия. К таким материалам относят цемент, гипс, алебастр, а также сортовое железо, вязальную проволоку, паклю.
Цемент. Цементами называют ряд веществ, применяемых для скреп.1ён11Я между созои твердых материалов.
Различают цементы воздушные, которые затвердевают только на воздухе, и цементы гидравлические, которые одинаково способны затвердевать как на воздухе, так и под водой. Последние получили преимущественное распространение.
Цемент — сероватый порошок, получаемый путем мелкого размола предварительно обожженной смеси известняков и глин. Порошок цемента, будучи смешан с водой, образует тесто, которое довольно быстро (через несколько дней) затвердевает. В чистом виде цемент применяют для закрепления штырей и крючьев в каменной стене, при заливке болтов для салазок л во всех других случаях, когда требуется надежное закрепление.
В строительном деле, например для изготовления камер масляников, устройств стенок, перегородок, полок распределительных электрических подстанций, применяется цемент в смеси с песком, гравием пли щебнем. Эта смесь называется бетоном.
Гипс — минерал, состоящий из крупных или мелких кристаллов сернокислой соли извести. Добытый из залежей, он подвергается обжигу и превращается в белый, тонкий порошок. Гипс, обожженный при температуре 130—170°, называется штукатурным гипсом, или алебастром.
Для электротехнических целей алебастр и гипс применяют в виде теста, получаемого при смешивании порошка этих веществ с водой. Полученное тесто обладает способностью очень быстро (в течение нескольких минут) схватываться и твердеть на воздухе.
Употребляют гипс и алебастр для закрепления проводки внутри стены, для закрепления в стене или потолке различных воронок, втулок, спиральных дюбелей, небольших металлических каркасов и других деталей. Гипс п алебастр гигроскопичны и поэтому в сырых помещениях вместо них следует применять цемент.
Вязальная проволока. При устройстве воздушных линий стальные провода закрепляются па изоляторах с помощью тонкой оцинкованной стальной проволоки диаметром от 1,4 до 3 мм, называемой вязальной проволокой. От вязальной проволоки требуется мягкость, гибкость и достаточная механическая прочность на разрыв. Слой цинка должен быть прочным, при изгибах не сходить с поверхности.
Сортовое железо. Сортовым железом называют стальные изделия, получаемые путем прокатки металла и придания его сечению различных форм и размеров. В электромонтажной практике применяют сорта железа: круглое, квадратное, полосовое, угловое, корытное (швеллерное) и двутавровое.
87
Глава 2
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
§ 1. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Электрическим трансформатором называют электромагнитный аппарат, с помощью которого электрическая энергия одного напряжения преобразуется в электрическую энергию другого, более высокого или более низкого напряжения.
Схема устройства электрического трансформатора показана на рисунке 46. Трансформатор состоит из обмотки первичного напряжения 2, обмотки вторичного напряжения 3 и стального сердечника 1. Если присоеди-
нить обмотку 2 к источнику переменного тока, то по этой обмотке трансформатора потечет переменный ток. Под действием переменного тока внутри обмотки возникнет переменный магнитный поток, силовые линии которого будут замыкаться по стальному сердечнику трансформатора. Магнитный поток, возбужденный током, проходящим по обмотке 2, будет проходить внутри обмотки 3 и возбуждать в свою очередь в витках этой обмотки электрическое на
пряжение.
Электрическое напряжение, созданное в отдельных витках обмотки, будет складываться, так как витки обмотки соединены последовательно, и в результате на зажимах обмотки 3 будет действовать суммарное электрическое напряжение. Если к зажимам этой обмотки присоединить какой-либо приемник электрической энергии, например электрическую лампочку, то по обмотке и нити лампочки потечет электрический ток, и лампочка загорится. Обмотка 3 в этом случае сама становится как бы электрическим источником.
Энергия, отдаваемая обмоткой 3 электролампочке, берется из источника, к которому присоединена обмотка 2.
Трансформатор не является источником электроэнергии: в нем не вырабатывается электрическая энергия, как, например, в электрическом генераторе. В трансформаторе электрическая энергия, полученная обмоткой 2 от какого-либо электрического источника, с помощью магнитного потока передается в обмотку 3, эта обмотка не соединена проводами с обмоткой 2, но тем не менее она принимает эту энергию п затем отдает потребителям.
88
Электрическая энергия переменного тока характеризуется, как известно из курса электротехники, напряжением и частотой.
В трансформаторе частота переменного тока изменяться не будет. Напряжение, ток и магнитный поток в обмотке 2 имеют частоту, заданную электрическим источником, к которому присоединена первичная обмотка трансформатора. Так как вторичная обмотка трансформатора пересекается тем же магнитным потоком, что и первичная обмотка, частота переменного тока в ней строго равняется частоте переменного тока первичной обмотки.
Будет ли электрическое напряжение на зажимах вторичной обмотки другим по сравнению с напряжением первичной обмотки? Чтобы ответить на этот вопрос, вспомним из курса электротехники закон электромагнитной индукции, по которому напряжение, наводимое в одном витке обмотки, прямо пропорционально величине магнитного потока и частоте его изменения. Отсюда следует, что в каждом отдельно взятом витке обмотки 3 будет наводиться напряжение, равное напряжению в каждом витке обмотки 2, так как величина магнитного потока и частота его изменения одинаковы как для первичной, так и для вторичной обмоток трансформатора. Полное напряжение на зажимах обмотки 3 зависит от числа последовательно соединенных витков этой обмотки. Увеличивая или уменьшая число витков вторичной обмотки по сравнению с числом витков первичной, можно получать на зажимах обмотки 3 любое необходимое нам напряжение. Таким образом, с помощью трансформатора можно изменять (трансформировать) электрическое напряжение.
Мерой изменения напряжения служит отношение числа витков обмотки высшего напряжения к числу витков обмотки низшего напряжения. Это отношение витков обозначают буквой к и называют коэффициентом тр ансформации.
Электрические трансформаторы получили широкое распространение, благодаря им открылась возможность передачи электрической энергии на большое расстояние.
Чзсть изобретения электрического трансформатора принадлежит русскому ученому Павлу Николаевичу Яблочкову (1847— 1894), известному также своим изобретением первой в мире электрической свечи, примененной для электрического освещения.
§ 2. ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ И ОБЛАСТЬ НХ ПРИМЕНЕНИЯ
Электрические трансформаторы по своему типу и области применения весьма разнообразны.
Силовые трансформаторы, однофазные и трехфазные, служат для повышения и понижения напряжения при передаче электрической энергии на расстояние и распределении ее между отдельными потребителями.
Повышающие трансформаторы устанавливаются на электрических станциях в начале линий электропередачи с целью повы
89
сить напряжение, получаемое на электрических генераторах станции, до более высокого для того, чтобы с меньшими потерями передать энергию на большие расстояния. Например, на Куйбышевской гидроэлектростанции установлены трансформаторы, повышающие напряжение до 400 000 вольт; под этим напряжением часть электроэнергии, вырабатываемой станцией, передается в Москву, где понижающие трансформаторы снижают его
Рис. 47. Трехфазный силовой трансформатор 320 ква!
7 — магшггопровод; 2 — обмотка низшею напряжения; 3— обмотка высшего напряжения; '1 — бак; 5 — расширитель; 6 — переключатель числа витков обмотки высшего напряжения; 7 — привод переключателя; 8 — ввод высшего напряжения; 9 — ввод низшего напряжения; 10 — термометр;
11 — пробка для спуска масла; 12 — пробка для заливки масла.
до 110 000 и 35 000 вольт, а на предприятиях Москвы это напряжение вновь снижают понижающими трансформаторами до 10 000, 500 и 380 вольт.
Силовые трансформаторы изготовляют мощностью от 10 до нескольких десятков тысяч кпловольтампер. В сельском хозяйстве наибольшее распространение получили силовые трансформаторы мощностью от 10 до 1000 ква и с напряжением 35, 10 и 6,3 кв со стороны высшего и 0,4 кв со стороны низшего. Основные данные трансформаторов приведены в приложении 2.
Внешний вид силового трехфазного трансформатора мощностью 320 ква и напряжением 10/0,4 кв, широко применяемого при электрификации сельского хозяйства, показан на рисунке 47,
90
Стальной стержень с обмотками помещен в железном баке и залит специальным трансформаторным маслом. Концы обмоток высшего и низшего напряжения выведены на крышку, которая герме-
ТИЧесКИ закиынае! иап. xia крыьь-тора с выводами обмотки высшего
uojxa vuiu j.px±
напряжения и четыре изолятора с выводами обмотки низшего напряжения (к трем изоляторам выведены концы трех фаз и к четвертому — нулевая точка). Маленький бачок-расширитель на крышке заполнен наполовину маслом и служит для того, чтобы основной бак всегда был заполнен маслом, независимо от колебания температуры масла и изменения его объема.
Для контроля за температурой масла в баке служит термометр, укрепленный в крышке бака.
Рис. 48. Схемы соединения обз. силовых трансформаторов.
Внизу на стенке бака имеются болт для заземления бака и пробка для спуска масла.
Скобы на стенке бака служат для подъема всего трансформатора, а ушки на крышке бака — для выемки из бака внутренней части.
Каждую из обмоток трансформатора можно соединить в звезду или треугольник.
На рисунке 48 показаны схемы соединения обмоток для силовых трансформаторов согласно ГОСТ 401—41.
01
Выводы обмоток высшего напряжения обозначают большими буквами: А, В, С — начала обмоток, X, Y, Z — концы обмоток. Выводы обмоток низшего напряжения обозначают малыми буквами: а, в, с — начала обмоток, х, у, z — концы обмоток. Нулевые точки обмоток при соединении их в звезду обозначают буквами О и о.
При условном обозначении схемы соединения обмоток в виде дроби над чертой помещается знак, указывающий на схему соединения обмотки высшего напряжения, а под чертой — знак, указывающий на схему соединения обмотки низшего напряжения. Цифры 11 и 12 указывают на группу соединения трехфазных трансформаторов при включении их на параллельную работу. Индекс о внизу условного знака — звезды — указывает на то, что в данной обмотке выведена нулевая точка.
Автотрансформаторы служат для регулирования напряжения, поступающего к потребителю, в широких пределах. Схема автотрансформатора показана на рисунке 49. В отличие от обычного трансформатора в автотрансформаторе первичная и вторичная обмотки соединены электрически. Если со стороны электрического источника к автотрансформатору подведено напряжение Вг, то к потребителю может быть подано напряжение Uit величина которого изменяется в зависимости от положения передвижного контакта.
Автотрансформаторы применяют при пуске мощных электродвигателей с целью снижения величины пускового тока, для плавного гашения или зажигания света.
Автотрансформатор изобретен русским инженером Михаилом Осиповичем Долпво-Добровольским (1862—1919).
Измерительные трансформаторы тока применяют в измерительных цепях для снижения рабочего тока до величины, допустимой для измерительного прибора. Вместе с гем трансформаторы тока служат и для предохранения обслуживающего персонала от соприкосновения с высоким напряжением. Трансформатор тока по своему устройству подобен силовому однофазному трансформатору и состоит из стального сердечника и двух обмоток.
Первичная обмотка состоит из небольшого числа витков (иногда одного витка) из провода большого сечения, рассчитанного на полный рабочий ток установки.
Концы первичной обмотки включаются в рассечку фазы. Вторичная обмотка трансформатора всегда замкнута на измерительный прибор, например амперметр, и рассчитана на номинальный ток 5 а. Одна из конструкций трансформатора тока показана на рисунке 50.
Измерительные трансформаторы напряжения применяют в измерительных цепях для снижения рабочего напряжения до величины, допустимой для измерительного прибора. Вместе с тем трансформаторы напряжения служат и для
92
предохранения обслуживающего персонала от соприкосновения с высоким напряжением. Устройство измерительных трансформаторов напряжения подобно устройству обычных силовых трансформаторов.
Рис. 50. Трансформатор тока.
Обмотка низшего напряжения всегда рассчитана на номинальное напряжение 100 в.
Измерительные трансформаторы напряжения выполняют однофазными и трехфазными.
Рис. 51. Схемы включения измерительных трансформаторов тока и напряжения.
На рисунке 51 показаны схемы включения измерительных трансформаторов тока и напряжения в цепи однофазного (а) и трехфазного (б) тока в условных графических обозначениях. Трансформаторы напряжения всегда подключают к цепи через предохранители. Вторичные обмотки в трансформаторах тока и напряжения заземляют.
Кроме названных выше типов электрических трансформаторов, имеются трансформаторы для электрической сварки, для электроплавильных печей, испытательные трансформаторы.
93
§ 3. НАГРЕВАНИЕ И ОХЛАЖДЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Преобразование электрической энергии в трансформаторах сопровождается некоторыми ее потерями, и поэтому коэффициент полезного действия трансформатора всегда меньше единицы. Обычно для трансформаторов, применяемых в сельском хозяйстве, к. п. д. составляет 0,96—0,97.
Полные потери в трансформаторе складываются из потерь в проводах обмотки и в стальном сердечнике.
В стальном сердечнике трансформатора электрическая энергия расходуется на перемагничивание сердечника, которое происходит 100 раз в секунду при частоте переменного тока, равной 50 герц, и на вихрев ы е токи, возникающие в толще материала сердечника. С целью уменьшить потери на перемагничивание и вихревые токи для изготовления сердечников трансформаторов применяют специальную листовую сталь толщиной 0,3—0,5 мм.
Потери в сердечнике трансформатора называют потерями холостого хода, т. е. при работе трансформатора вхолостую потери в сердечнике являются основными. В проводах обмотки трансформатора электрическая энергия расходуется на нагревание током проводов. Для уменьшения этих потерь обмотки трансформаторов выполняют из медп, а большие сечения проводов расслаивают на несколько параллельных ветвей.
Потери в обмотках трансформаторов называют потерями короткого замыкания, так как в реяшме короткого замыкания потери в обмотках трансформатора являются основными. При работе трансформатора с номинальной нагрузкой полные потери в нем составляются примерно на */« из потерь в сердечнике и на 3/4 из потерь в обмотке.
Вся энергия, теряемая в трансформаторе, превращается в тепло, п в результате этого сердечник и обмотки трансформатора нагреваются. Для лучшего отвода тепла от нагретых частей наружу, через стенки бака, служит специальное минеральное масло, которым заполняют бак трансформатора. Уто масло, называемое трансформаторным, обладает хорошими теплопередающпмп свойствами и вместе с тем служит в качестве изолятора.
Нагрев сердечника и сюмоток трансформатора при работе не должен быть больше, чем это предусмотрено нормами, так как в противном случае нагрев приведет к быстрому разрушению изоляции обмоток и выходу трансформатора из строя.
По нормам максимально допустимая температура нагрева силовых трансформаторов составляет для:
обмоток (по сопротивлению)................105°Ц
сердечника (па поверхности)...............110°Ц
масла (в верхних слоях).....................95°Ц
Для лучшего охлаждения трансформаторов применяют трубчатые баки (рис. 52).
J4
§ 4. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
Обмотка высшего напряжения в трансформаторах, прпмепяе-мыа ь гнП1.от;их сетях. хщомо трех основных янвпдлв в критике бака, имеет по два дополнительных вывода на каждую фазу. Схема выводов показана па рпсуне Ь2а.
Дополнительные зажимы выведены наружу или находятся внутри бака и служат для изменения напряжения на +5% и на —5%.
В каких случаях приходится прибегать к изменению напряжения на зажимах трансформатора?
Чтобы ответить па этот вопрос, вспомним, что напряжение в электрической сети вблизи электростанции всегда выше напряжения в точках сети, удаленных от станции, в результате потери напряжения в сети. Для потребителей электроэнергии важно все
А В С
Рис. 52а. Схема выводов трансформатора.
гда иметь номинальное напряжение, например 220 в, так как при повышенном напряжении лампы быстро перегорают, а при пониженном — яркость ламп уменьшается, а электродвигатели теряют мощность. Представим себе, что вдоль длинной линии электропередачи, идущей от электростанции, установлены понижающие трансформаторы в трех точках: вблизи станции, посредине линии и в самом конце ее. Для того чтобы напряжение с низшей стороны трансформатора было во всех трех случаях одинаковым и равным номинальному, трансформаторы с высшей стороны необходимо подключить к линии различными зажимами с тем, чтобы коэффициент трансформации в каждом из трех трансформаторов был различным. Нетрудно сообразить, что в трансформаторе, установленном вблизи станции, коэффициент трансформации должен быть больше номинального, и для этого трансформатор с высшей стороны присоединяется к линии через зажимы + 5%. При этом для обмотки высшего напряжения поминальным
95
напряжением становятся, например, уже не 10 000 в, а 10 000 в 4-5%, т. е. 10 500 в. Соответственно в трансформаторе, установленном в конце линии, обмотка высшего напряжения приключается к линии зажимами — 5%; для нее номинальным напряжением становится не 10 000, а 10 000 в —5%, т. е. 9 500 в.
Трансформатор, расположенный посредине линии, подключается к линии зажимами с номинальным напряжением 10 000 в.
§ 5. ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ТРАНСФОРМАТОРОВ
Если один крупный трансформатор питает энергией большую группу потребителей, то нагрузка его в течение суток резко колеблется. В дневные часы трансформатор будет нагружен электрическими двигателями, приводящими в движение те или иные рабочие машины, в вечерние часы добавляется значительная осветительная нагрузка и, наконец, в ночные часы, когда электродвигатели не работают и часть осветительной нагрузки снимается, на трансформаторе остается только небольшая нагрузка от дежурного освещения. В этот период трансформатор работает почти вхолостую.
Неравномерная нагрузка ведет к излишним потерям энергии в трансформаторе и резко снижает его общий коэффициент полезного действия. С этой точки зрения важно всегда добиваться работы трансформатора с полной нагрузкой.
С этой целью устанавливают два или три трансформатора, которые в сумме равны мощности одного крупного трансформатора. Тогда, в зависимости от потребности, включают в работу в разные часы суток один, два или все три трансформатора, обеспечивая включенным трансформаторам полную нагрузку. Наличие на подстанции нескольких трансформаторов позволяет также производить их ремонт или технический осмотр без перерыва электроснабжения потребителей.
Совместная работа нескольких трансформаторов от одной линии высокого напряжения на общую потребительскую сеть носит название параллельной работы.
На рисунке 53 показана схема параллельной работы двух трехфазных трансформаторов.
Чтобы трансформаторы могли работать параллельно, они должны удовлетворять определенным условиям.
1. Трансформаторы присоединяются к шинам одноименными зажимами. Например, к нижней шине высокого напряжения (рис. 53) присоединяются зажимы обоих трансформаторов, обозначенные буквой А, к средней шине — зажимы В и к верхней шине — зажимы С. Так же поступают и с зажимами низкого напряжения.
2. Первичные и вторичные напряжения трансформаторов, а следовательно, и коэффициенты трансформации их должны быть одинаковы.
96
3. Напряжения короткого замыкания трансформаторов должны быть одинаковы.
4. Трансформаторы должны иметь одинаковые группы соеди-НС'НИЙ ООМОТОК.
Гис. 53. Схема параллельной работы двух трехфазных трансформаторов.
Несоблюдение этих условий вызовет в цепи появление больших уравнительных токов, опасных для обмоток, неравномерную загрузку трансформаторов и в конечном итоге может сделать параллельную работу трансформаторов невозможном.
§ 6. ПЕРЕГРУЗКА ТРАНСФОРМАТОРОВ
Перегрузка трансформатора током ведет к повышенному нагреву изоляции обмоток, что, в свою очередь, вызывает быстрое старение изоляции и ее разрушение. Поэтому трансформатор при работе не должен нагреваться выше установленных пределов.
Трансформаторы всегда работают с переменной в течение суток и в течение года нагрузкой, а значит и нагрев, испытываемый трансформатором, непостоянен.
Так как на износ изоляции влияет не превышение температуры нагрева обмотки над температурой окружающей среды, а полная температура обмотки, то для разумной эксплуатации трансформатора недостаточно исходить только из понятия номинальной мощности, а следует учитывать характер нагрузки трансформатора и климатические условия места установки его. Исходя из допу-
4 п. А. Сазонов 07
стимого срока службы трансформатора, можно ввести понятие о его нагрузочной способности.
Нагрузочная способность трансформатора представляет собой ту максимальную нагрузку, которую трансформатор может нести регулярно в данных условиях эксплуатации без ущерба для своего естественного срока службы. Нагрузочная способность определяется графиком нагрузки и условиями охлаждающей среды. Исходя из нагрузочной способности трансформатора устанавливается допустимая для него перегрузка.
а) Допустимая длительная перегрузка за счет неполного заполнения суточного графика нагрузки.
Заполненпе суточного графика нагрузки характеризуется коэффициентом заполнения, равным:
« = 2471—10°7о>
‘макс
где: s — площадь суточного графика нагрузки, в ампер-часах;
/макс — максимальный ток нагрузки за сутки.
Этот же коэффициент можно вычислить как:
а=Дрмн 100%,
* макс
где 7средн — средний ток нагрузки за сутки.
Если известен коэффициент заполнения суточного графика нагрузки в процентах, то допустимая длительная нагрузка трансформатора определяется в размере 10% снижения коэффициента заполнения графика против 100% (трехпроцентное правило).
Полную допустимую перегрузку в процентах от номинальной мощности по трехпроцентному правилу вычисляют по следующей Ф°РмУле; р _з(юо —а)0/
з '1Q 'О'
Эта перегрузка допускается в течение всего времени максимума нагрузки и независимо от температуры окружающего воздуха, если только эта температура не превышает -f-35°.
б) Допустимая длительная перегрузка зимой за счет недогрузки в летнее время.
Для трансформаторов, максимум нагрузки которых летом меньше поминальной мощности, допускается перегрузка зимой в размере 1 % от номинальной мощности на каждый процент нагрузки летом, но не более чем на 15 % (однопроцентное правило).
Полную допускаемую перегрузку в процентах от номинальной мощности по однопроцентному правилу вычисляют по следующей формуле: = (100 - 6) %,
где: b — максимальная величина летней нагрузки по среднему (токовому) графику в процентах от номинальной мощности трансформатора.
98
Допускается суммировать перегрузки трансформатора, вычисленные по трехпроцентному и однопроцентному правилам, но при этом общая суммарная величина перегрузки трансформатора не должна превышать 30% от номинальной мощности, если трансформатор установлен на открытой подстанции, и 20%, если трансформатор установлен в закрытом помещении.
в) Пересчет номинальной мощности трансформатора в зависимости от климатических условий места установки трансформатора.
За номинальную мощность трансформатора принимают мощность, указанную па паспортной табличке, в том случае, когда трансформатор установлен в месте, где среднегодовая температура воздуха равна 4-5°.
Если в месте установки трансформатора среднегодовая температура воздуха отлична от +5°, то за номинальную мощность трансформатора следует принимать значение, вычисленное из следующей формулы:
^^^(l+^^KBa,
где: Р — пересчитанная поминальная мощность, в ква, с учетом среднегодовой температуры окружающего воздуха;
Рпасп — номинальная мощность, в ква, по паспорту;
Т — среднегодовая температура окружающего воздуха в месте установки трансформатора. Когда Т больше -1-5, знак плюс в формуле после единицы меняется на знак минус, и тогда пересчитанная номинальная мощность будет меньше паспортной номинальной мощности.
г) Аварийные кратковременные перегрузки.
Аварийные перегрузки трансформаторов, вне зависимости от предшествующей нагрузки и температуры окружающего воздуха, допускаются согласно таблице 3.
Таблица 3
Величина перегрузки в % от номинальной мощности Допускаемая продолжительность
для открытой установки для закрытой установки
30 2 часа 1 час
60 30 мин. 15 мин.
75 15 » 8 »
100 7,5 » 4 »
200 1,5 » 1 »
4*
69
Глава 3
МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
§ 1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Если в постоянном магнитном поле, образованном постоянным магнитом или электромагнитом, вращать катушку, выполненную из изолированного провода, так, чтобы витки катушки пересекали магнитные силовые линии, то в этой катушке будет наводиться переменная электродвижущая сила. С помощью разрезного кольца и прижатых к нему щеток переменную электродвижущую силу можно выпрямить и получить таким образом постоянную электродвижущую силу.
На описанном принципе устроена электрическая машина, вырабатывающая постоянный ток и называемая электрическим генератором постоянного тока. Направление тока в катушке можно определить по правилу правой руки.
Если через катушку, помещенную в магнитном поле, пропускать постоянный электрический ток от какого-либо источника, то в результате взаимодействия тока, протекающего по катушке с магнитным полем, на катушку будут действовать механические усилия, и она станет вращаться.
На описанном принципе устроена машина, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую. Такую машину называют электрическим двигателем постоянного тока.
Честь изобретения двигателя постоянного тока принадлежит русскому академику Борису Семеновичу Якоби, построившему первый в мире электродвигатель постоянного тока в 1834 г.
Электрические машины обладают ценным свойством обратимости, т. е. каждая электрическая машина может работать и генератором, преобразовывая механическую энергию в электрическую, и двигателем, преобразовывая электрическую энергию в механическую.
§ 2. УСТРОЙСТВО
На рисунке 54 показан общий вид машины постоянного тока и ее поперечное сечение. Неподвижная часть машины, называемая статором, состоит из стального магнитопровода 1, заключенного в стальную станину 2.
По внутренней окружности магнитопровода расположены стальные полюсы 3, выполненные из листовой стали. На полюсах имеются обмотки в виде катушек 4. Ток, протекая по этим катушкам, создает в полюсах постоянный магнитный поток. На вращающейся части машины, называемой ротором, и выполненной в виде цилиндра из листовой стали с прорезанными вдоль оси канавками (пазами), расположена обмотка, состоящая из
100
х'ис. 54. Электрическая машина постоянного тока: а — общин вид; б — поперечный разрез.
катушек, уложенных в пазы. В этой обмотке при вращении ротора наводится электродвижущая сила. Концы катушек выведены к коллектору 5, представляющему собой кольцо, разрезанное на большое число частей (коллекторных пластин). Коллекторные пластины изолированы друг от друга прокладками из слюд:.;. Коллектор вращается вместе с ротором. С наружной стороны к коллектору прижимаются щетки 6 в виде угольных пластин, закрепленных неподвижно в специальном щеткодержателе 7. Коллектор вместе со щетками является тем устройством, с помощью которого переменный ток выпрямляется в постоянный ток. Вал ротора 8 покоится па подшипниках, установленных в боковые крышки 9 машины.
Концы проводов, идущих от щеток и от катушек, расположенных на полюсах, вынесены на щиток зажимов 10, закрываемый крышкой.
Лапы машины 11 служат для ее закрепления на фундаменте, а кольцо 12 — для подъема и переноса машины.
Обмотку, расположенную на полюсах, называют обмоткой возбуждения. Она служит для возбуждения в полюсах и между полюсами внутри машины магнитного поля. Обмотку, в которой при вращении наводится электродвижущая сила (в сл - -чае генератора) пли по которой пропускается ток (в случае двигателя), называют обмоткой якоря.
§ 3. СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ
Обмотку возбуждения можно шнать элеырическим током о г постороннего источника, например от аккумуляторной батареи. Машина, имеющая такую систему возбуждения, называется машиной с независимым возбуждением. Машины, в которых обмотка возбуждения питается током, вырабатываемым самой машиной, называют машинами с с а м о в о з б у ж д е-н и е м.
Системы возбуждения в машинах постоянного тока с самовозбуждением различают по схеме присоединения обмотки возбуждения к зажимам обмотки якоря. Рассмотрим три возможные системы возбуждения, показанные на рисунке 55.
Если обмотка возбуждения присоединена к обмотке якоря параллельно, как показано на верхней схеме, то машины с такой схемой возбуждения называют машинами с параллельным возбуждением. При такой схеме в обмотку возбуждения ответвляется небольшой ток, как в параллельную цепь. Сумма токов возбуждения и рабочего, идущего в сеть к потребителям, представляет собой полный ток, вырабатываемый машиной. Сопротивление обмотки параллельного возбуждения обычно в несколько десятков раз больше сопротивления обмоткп якоря.
Если обмотка возбуждения присоединена к обмотке якоря последовательно, как показано на средней схеме, то машины с
102
такой схемой возбуждения называют машинами с последовательным возбуждением. При этой схеме возбуждения через обмотку возбуждения проходит весь ток, вырабатывав-МЫИ машИНОИ и МД)ЩНИ и сеть к uuiptvu.xv«jLzi.H. момиша buauj/h-дения в этом случае выполняется из провода большого сечения и обладает очень небольшим сопротивлением.
4NWAr-
Обмотка параллельного возбуждения
® б)
Рис. 55. Три системы возбуждения в машинах постоянного тока: а — параллельная; б — последовательная; в — смешанная.
Если обмотка возбуждения состоит из двух обмоток, из которых одна присоединена к обмотке якоря параллельно, а другая — последовательно, как это показано на нижней схеме, то машины с такой схемой возбуждения называются машинами со смешанным возбуждением.
Генераторы постоянного тока имеют обычно параллельное или смешанное возбуждение. Двигатели постоянного тока выполняют с параллельным и последовательным возбуждением.
§ 4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА
Электродвижущая спла, наводимая в обмотке якоря генератора постоянного тока, зависит от величины магнитного потока между полюсами машины, скорости пересечения обмоткой магнитных силовых линий и числа последовательно соединенных витков обмотки ротора. Скорость пересечения обмоткой магнитных 103
силовых линий зависит от скорости вращения ротора и числа полюсов, создающих магнитный поток.
Величина электродвижущей силы может быть вычислена по следующей формуле:
вольт,
15
где: Ф — магнитный поток, в мкс;
п — число оборотов в минуту;
р — число пар полюсов в машине;
w — число последовательно соединенных витков в одной параллельной цепи обмотки.
Если все величины, являющиеся постоянными, заменить одной буквой С, то уравнение электродвижущей силы будет иметь следующий вид:
Е=С-п-Ф вольт.
Из этого уравнения можно заключить, что электродвижущая сила, наводимая в обмотке якоря генератора постоянного тока, прямо пропорциональна магнитному потоку и числу оборотов машины.
Отсюда можно сделать вывод о том, каким путем регулируется (изменяется) напряжение на зажимах генератора постоянного тока. Чтобы изменить напряжение, необходимо изменить электродвижущую силу. Величину электродвижущей силы можно изменить или путем изменения величины магнитного потока, изменяя ток возбуждения, или путем изменения скорости вращения машины, воздействуя на механнческпй двигатель, который вращает машину. Можно действовать одновременно и обоими путями. На практике для регулирования напряжения на зажимах генератора пользуются обычно первым путем, т. е. изменяют ток в цепи возбуждения. С этой целью в цепь возбуждения у генераторов с параллельным или смешанным возбуждением включают последовательно сопротивление, величину которого можно, плавно изменять. Подобного рода омические сопротивления называют реостатами.
Зависимость напряжения на зажимах генератора от тока возбуждения при холостом ходе генератора, т. е. при отсутствии какой-либо нагрузки, а значит и отсутствии тока во внешней цепи, и при вращении генератора с номинальной скоростью называется характеристикой холостого хода генерато-р а. Эта зависимость показана на рисунке 56. По характеристике холостого хода можно проследить за магнитным насыщением машины. Так как скорость вращения машины при снятии характеристики холостого хода остается постоянной, то изменение напряжения зависит только от изменения магнитного потока. Магнитный же поток зависит от величины тока возбуждения. Пока ток возбуждения не велик, магнитный поток увеличивается прямо пропорционально току возбуждения. В дальнейшем эта пропорциональность нарушается, и магнитный поток возрастает медленнее тока возбуждения. Это явление носит название магнит-
104
п ого насыщения машины. Точка рабочего (номинального) напряжения обычно лежит на колене кривой холостого хода.
Когда генератор нагружен, по его внешней цепи, связанной с приемниками тока, а также и ни ибмиткё якоря протекает ток. Этот ток, проходя по обмотке якоря, создает свей магнитный поток, который воздействует па главный магнитный поток, создаваемый полюсами. Если магнитный поток якоря будет направлен против рабочего магнитного потока, то он будет уменьшать действующий в машине рабочий магнитный поток и тем самым снижать наводимую в обмотке якоря электродвижущую силу. В другом случае действие магнитного потока якоря может быть обратным. Описанное явление называют реакцией якоря.
Рис. 56. Характеристика холостого хода генератора.
Рис. 57. Внешние характеристики генераторов: 1 — параллельное возбуждение; 2 — последовательное возбуждение; 3 — смешанное возбуждение.
При холостом ходе генератора напряжение на зажимах равно электродвижущей силе, наводимой в обмотке якоря. При нагрузке
генератора напряжение на зажимах машины всегда меньше электродвижущей силы, так как часть электродвижущей силы пойдет на компенсацию (на покрытие) падения напряжения внутри обмотки якоря, обладающей всегда определенным омическим сопротивлением. Напряжение на зажимах генератора при нагрузке можно выразить следующей формулой:
U=Е -1я-гя вольт, где: Е — электродвижущая сила;
1Я — ток в обмотке якоря, приблизительно равный току нагрузки;
гя — сопротивление обмотки якоря.
Если построить кривую зависимости напряжения на зажимах генератора от нагрузки при условии, что ток возбуждения, уста-нозленный при холостом ходе машины, и скорость вращения машины остаются неизменными, то такая кривая называется внешней характеристикой генератора.
На рисунке 57 показаны внешние характеристики генератора постоянного тока при различных схемах возбуждения. Для гене-
105
Рис. 58, Включение электродвигателя постоянного тока параллельного возбуждения в сеть:
1 — якорь; 2 — обмотка возбуждения; 3 — пусковой реостат; 4 — регулировочный реостат.
ратора параллельного возбуждения напряжение при увеличении нагрузки постепенно снижается (падает). Для генератора последовательного возбуждения напряжение с нагрузкой сильно возрастает, так как ток нагрузки является одновременно и током возбуждения. Для генератора смешанного возбуждения внешняя характеристика может быть различной в зависимости от того, как выполнена каждая из двух обмоток, создающих возбуждение. Обычно генераторы смешанного возбуждения выполняют такими, чтобы внешняя характеристика их имела вид, показанный на рисунке 57. В этом случае при увеличении нагрузки напряжение на зажимах генератора поддерживается почти неизменным и даже несколько повышается.
Коэффициент полезного действия электрического генератора представляет собой отношение полезной электрической мощности, отдаваемой генератором в сеть, к механической мощности, подведенной к генератору механическим двигателем, вращающим генератор.
Потери мощности в электрическом генераторе составляются из потерь: в обмотках (электрические), в стали (магнитные), в подшипниках (механические).
К. п. д. электрических генераторов постоянного тока обычно равны 0,85—0,9.
§ 5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
При использовании машины постоянного тока в качестве электрического двигателя она не требует никакой переделки и включается в электрическую сеть, как показано на рисунке 58. Чтобы после включения двигателя в сеть в него не пошел бы сразу большой ток, на пути тока, идущего из сети, ставится пусковой реостат. По мере того как двигатель будет увеличивать скорость вращения (разбегаться), сопротивление реостата постепенно уменьшают до пуля: реостат выводят из цепи. Часть тока, поступающего из сети, идет в обмотку возбуждения. Обмотка возбуждения создает в двигателе магнитный поток. Как только якорь начинает вращаться, расположенная на нем обмотка будет пересекать магнитный поток, и в обмотке начнет наводиться электродвижущая сила, как это происходило в генераторе. Эта электродвижущая сила в двигателе всегда направлена против напряжения, приложенного к двигателю из сети, и поэтому называется противоэлектродвижущей силой. Отсюда еле-
106
дует, что при работе двигателя напряжение, действующее в цепи якоря, равно разности между напряжением сети и противо-электродвижущей силой. Тогда ток, идущпй в двигатель из сети, Т, Q, ТОК В ЦСПИ ЯКОПЯ. pcIRC'TK
т и — Е
1..=— ампер,
гя *
где: U — напряжение сети, в вольтах;
Е — противоэлектродвижущая сила, в вольтах;
гя — сопротивление цепи якоря, в омах.
Скорость вращения электродвигателя можно выразить следующей формулой, еелп заменить Е выражением Е=СпФ:
17 — • гя
72 = ? OOOpOTOB В МПНуТу.
В двигателе параллельного возбуждения с увеличением нагрузки (а значит и тока 1Я) скорость вращения немного уменьшается, так как U, гя, С и Ф остаются постоянными. Регулировать скорость вращения двигателя параллельного возбуждения можно в больших пределах уменьшением или увеличением тока возбуждения.
В двигателе последовательного возбуждения скорость вращения с увеличением нагрузки значительно уменьшается, так как ф с нагрузкой увеличивается.
Вращающий момент в двигателе постоянного тока прямо пропорционален магнитному потоку и току в обмотке якоря и выражается следующим уравнением:
М=к -Ф- 1Я килограммометров (кгм),
где: Ф — магнитный поток, зависящий от тока возбуждения, в максвеллах;
1я — ток в обмотке якоря, в амперах;
к — постоянный коэффициент, зависящий от конструкции машины.
Чтобы определить направление вращения катушки в магнитном поле при пропускании через нее тока, пользуются правилом левой руки. Согласно этому правилу, ладонь левой руки помещают под полюсом так, чтобы магнитные силовые линии входили в ладонь, а вытянутые четыре пальца показывали направление тока в проводнике. Тогда вытянутый большой палец укажет направление вращения проводника.
Для изменения направления вращения двигателя необходимо изменить направление тока пли в обмотке возбуждения (благодаря этому изменится направление магнитного потока) или в обмотке якоря. Если одновременно изменить направление тока и в обмотке возбуждения и в обмотке якоря, то направление вращения двигателя не изменится. Коэффициент полезного действия электродвигателя представляет собой отношение полезной механической мощ-
107
ности, снимаемой с вала (со шкива) двигателя, к полной электрической мощности, потребляемой двигателем из сети.
Потери мощности в электродвигателе составляются из потерь в обмотках (электрические), в стали (магнитные), в подшипниках (механические).
• К. п. д. электродвигателей постоянного тока обычно равны 0,85—0,9.
§ 6. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА
Генераторы постоянного тока небольшой мощности применяют главным образом в качестве машинных возбудителей к генераторам переменного тока и в установках для зарядки аккумуляторных батарей.
Генераторы постоянного тока, рассчитанные на большой рабочий ток, применяют в установках для электролиза.
Двигатели постоянного тока параллельного возбуждения применяют в установках, где требуется плавпо изменять скорссть вращения в больших пределах.
Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения широко применяют в качестве тяговых двигателей на электрифицированном железнодорожном и городском транспорте (электровозы, пригородные электропоезда, метро, трамвай, троллейбус).
Глава 4
СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ
§ 1. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Синхронные машины, как и все электрические машины, являются обратимыми, т. е. могут работать в качестве генераторов и двигателей. Особенность синхронных машин заключается в том, что они работают всегда со строго постоянной скоростью вращения, называемой синхронной скоростью.
Синхронная машина имеет следующие основные части:
а) неподвижную часть — статор, состоящую из магнитного сердечника и обмотки;
б) вращающуюся часть — ротор, состоящую также из магнитного сердечника и обмотки;
в) возбудитель.
Рассмотрим принцип действия синхронного генератора (рис. 59).
Через неподвижные щетки, скользящие по двум вращающимся кольцам, к ротору подводится постоянный ток от возбудителя. Постоянный ток, проходя по обмоткам полюсов, возбуждает в полюсах постоянный магнитный поток. Силовые линии этого потока замыкаются через полюсы ротора 2 и сердечник статора 1.
108
В пазах статора заложена трехфазная обмотка, соединенная в звезду или треугольник. При вращении ротора механическим двигателем его магнитный поток будет пересекать обмотку статора и наводить в ней напряжение. Так как одни и те же обмотки статора пересекаются попеременно магнитным потоком то одного, то Другого направления, то в этих проводниках будет наводиться переменное напряжение. Скорость изменения напряжения, или, другими
словами, частота переменного тока, будет тем выше, чем больше число полюсов на роторе и чем больше скорость вращения ротора.
Частоту переменного тока, измеряемую в герцах, или число периодов изменения тока и напряжения в секунду, вычисляют по следующей формуле:
, р-п /=60 ге₽ц’
Рис. 59. Схема устройства синхронной машины.
где: р — число пар полюсов: п — скорость вращения ротора генератора.
В качестве стандартной частоты переменного тока, выраба
тываемого на электростанциях, в СССР принята частота, равная 50 герц (или периодов в секунду). Число пар полюсов в генераторе может быть только целым числом. Отсюда следует, что для того чтобы частота переменного тока была строго равна 50 герц,
ротор генератора, имеющий определенное число пар полюсов, должен вращаться механическим двигателем только с одной, строго определенной скоростью.
В таблице 4 указаны синхронные скорости вращения генератора в зависимости от числа пар полюсов при частоте 50 герц.
Т а б л и Ц а 4
Синхронные скорости вращения при частоте 50 герц
Число пар полюсов Обороты в минуту Число пар полюсов Обороты в минуту
1 3000 10 300
2 1500 12 250
3 1000 14 214
4 750 16 187
5 600 20 150
в 500 23 130,5
8 375 30 1С0
1С9
Если обмотку статора машины подключить к источнику переменного тока и одновременно магнитные полюса ротора возбудить постоянным током, то ротор начнет вращаться, и машина будет работать, как электрический двигатель. Частота, заданная источником, и число полюсов ротора определят синхронную скорость вращения двигателя.
§ 2. ТИПЫ СИНХРОННЫХ МАШИН И ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
В практике сельской электрификации синхронные машины применяют главным образом в качестве генераторов электростанций. Синхронные двигатели используются на насосных установках крупных оросительных систем.
По конструкции синхронные генераторы делятся на генераторы с явнополюсным ротором и генераторы с неявнополюсным ротором, называемые турбогенераторами.
Неявнополюсный ротор представляет собой стальной цилиндр, вдоль которого профрезеровапы пазы для укладки обмотки. Син-
Рис. 60. Синхронный генератор с машинным возбудителем, применяемый на сельских электростанциях (общий вид).
хрониыс генераторы с неявяоиолюсным ротором изготовляют на синхронную скорость вращения в 3000 и 1500 оборотов в минуту. Такие генераторы применяют на крупных тепловых электростанциях с паровыми турбинами. Мощность паротурбинных электрических генераторов составляет от 750 до 200 000 квт.
На гидроэлектрических станциях, а также на тепловых электростанциях малой мощности применяют синхронные генераторы с явнополюсным ротором. На рисунке 60 показан внешний вид синхронного генератора, применяемого на сельских электростанциях малой мощности.
На одном валу с генератором размещен возбудитель в виде небольшой машины постоянного тока. На другом конце вала насажен шкив для плоскоременной передачи, связывающей электрический генератор с механическим двигателем. Для транспортировки машины пользуются подъемным кольцом. С помощью лап, расположенных внизу, генератор закрепляется на фундаменте. На рисунке 61 показан чертеж такого генератора в двух видах с разрезами.
110
Рис. 61. Синхронный генератор в разрезе.
На крупных сельских гидроэлектростанциях применяют вертикальные синхронные генераторы, соединенные валом с вертикальной гидротурбиной.
Рис. 62. Вертикальный гидрогенератор типа ВГСЗ-260.
Общий вид такого гидрогенератора показан на рисунке 62.
Основные данные по электрическим генераторам для сельских электростанций приведены в приложениях 3 и 4.
§ 3. ОБМОТКИ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
В синхронном генераторе имеются две обмотки: обмотка возбуждения на магнитных полюсах и трехфазная обмотка на якоре машины. Обмотка возбуждения выполняется изолированным проводом в виде катушек, надеваемых непосредственно на магнитные полюсы машины. Все катушки соединяют последовательно; два конца обмотки возбуждения соединяют с кольцами и через щеточный контакт подводят к зажимам на щитке машины.
Трехфазная обмотка якоря, обычно расположенная на статоре машины, состоит из отдельных катушек, боковые стороны которых закладываются в пазы, равномерно распределенные по окружности статора.
Наиболее широкое распространение получила катушечная двухслойная обмотка. Эта обмотка выполняется таким образом, ;12
что одна сторона катушки закладывается в низ одного паза, а другая сторона — в верх другого паза, находящегося от первого на расстоянии шагаоомотки. В результате в каждом пазу имеется как бы два слоя обмотки.
Общее число катушек обмотки зависит от числа полюсов машины. При катушечной обмотке можно по внешнему ее виду, по числу лобовых частей с торца обмотки, определить число полюсов машины и тем самым ее синхронное число оборотов в минуту. Для этого необходимо учесть, что обмотка может быть выполнена на любое четное число полюсов, а трехфазная обмотка состоит из трех самостоятельных фазных обмоток, соединенных в звезду или треугольник. Поэтому прежде всего необходимо общее число катушек обмотки разделить на три. В результате получим количество катушек, приходящееся на одну фазу. Каждая катушка, обтекаемая током, образует, как известно, два магнитных полюса: северный и южный, или пару полюсов. Отсюда следует, что число катушек, приходящихся па одну фазу, является вместе с тем и числом пар полюсов машины.
Например, если обмотка статора трехфазной машины состоит из шести катушек (подсчитываемых по лобовым частям обмотки с торца машины), то, разделив это число на три, найдем, что на каждую фазу приходится по две катушки. Значит машина имеет две пары полюсов, или четыре полюса. При частоте переменного тока в 50 герц это будет соответствовать синхронной скорости машины 1500 оборотов в минуту.
Лобовые части катушек располагаются симметрично только в том случае, когда число пар полюсов четное. При нечетном числе пар полюсов общее число катушек тоже нечетное. В этом случае лобовые части каждой третьей катушки пересекаются с лобовыми частями других катушек и поэтому получаются неправильной формы. Такие катушки называют косыми. Чтобы избежать при нечетном числе пар полюсов косых катушек, лобовые части катушек располагают не в два, а в три слоя.
На рисунке 63 приведена торцовая (или круглая) схема катушечной обмотки для трехфазной четырехполюснсй машины. Общее число пазов машины равно 48. Общее количество катушек равно 6.
Каждая из катушек состоит из четырех последовательно соединенных витков. Торцовая схема дает наглядное представление о расположении лобовых частей обмотки. Однако на этой схеме не показаны соединения между катушками и фазами обмотки.
Более подробной является развернутая схема обмотки той же машины, показанная на рисунке 64. Чтобы получить такую схему, нужно мысленно разрезать обмотку в одном месте вдоль оси машины и затем развернуть ее на плоскости. На развернутых схемах могут быть показаны не только все катушки, но и все соединения между ними.
113
Начала фазных обмоток обозначены на схеме через Cl, С2, СЗ; концы тех же обмоток — через С4, С5, С6.
Фазные обмотки соединены в данном случае в звезду.
Рпс. С>?>. Схема катушечной обмотки трехфазной четырехполюсной машины.
§ 4. ВОЗБУЖДЕНИЕ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
Постоянный ток, необходимый для возбуждения генератора, обычно получают от отдельного генератора постоянного тока небольшой мощности смешанного возбуждения. На крупных электростанциях такой генератор имеет вид самостоятельной установки с собственным механическим приводом и называется возбудительным агрегатом. На сельских электростанциях генератор постоянного тока размещается на одном валу с синхронным генератором и приводится во вращение тем же механическим двигателем, что и основной генератор. В этом случае машину постоянного тока называют машинным возбудителем. Мощность
114
Рис. 65. Схема синхронного генератора с самовозбуждением от селеновых выпрямителей:
1—выпрямитель; 2—трансформатор с вольтодобавочными обмотками; 3 — генератор.
возбудителя для синхронных генераторов, применяемых в практике сельской электрификации, составляет обычно 2—3% мощности синхронного генератора.
На гидроэлектростанциях чаше всего применяются синхронные генераторы вертикального тина, и тогда машинный возбудитель размещается на верху машины.
Для синхронных генераторов малой мощности, примерно до 100 ква, можно обойтись без машинного возбудителя. В этом случае синхронный генератор работает по принципу самовозбуждения, питаясь постоянным током от твердых селеновых выпрямителей, присоединенных к главной цепи генератора, как показано на рисунке 65. Самовозбуждение генератора происходит следующим образом. После того как генератор начнет вращаться с поминальной скоростью, остаточное магнитное поле в полюсах машины, обычно имеющееся в магнитной системе электрической машины, возбуждает в обмотке якоря генератора небольшое напряжение порядка 5—10 вольт. Этого напряжения достаточно, чтобы через селеновые выпрямители начал итти постоянный ток в обмотку возбуждения.
Несмотря на небольшую величину, ток возбуждает машину, и напряжение в главной цепи поднимается. Это в свою очередь ведет к увеличению то-
ка, идущего через селеновые выпрямители в цепь возбуждения.
Так, постепенно напряжение на зажимах генератора поднимается до номинального. Дальнейшее нарастание напряжения ограничивается магнитным насыщением машины и мощностью выпрямителя.
Селеповые выпрямители очень компактны и обычно размещаются под боковой крышкой генератора.
§ 5. К. П. Д. МАШПНЫ И ЕЕ НАГРЕВАНИЕ
Преобразование энергии в электрических машинах из механической в электрическую в генераторе и из электрической в механическую в двигателе всегда сопряжено с некоторой потерей энергии внутри машины. Отношение полезной мощности, отдаваемой машиной, к мощности, подводимой к машине, называется коэффициентом полезного действия машины. Для синхронных генераторов мощностью от 50 до 1000 квт к.п.д. составляет 0,9-0,95.
115
Полные потери в синхронной машине состоят из:
а) потерь магнитных на перемагничивание и вихревые токи в магнитном сердечнике;
б) потерь электрических (в обмотках статора и ротора);
в) потерь механических (на трение в подшипниках и на трение ротора о воздух);
г) потерь в возбудителе.
Все потери превращаются в тепло и нагревают отдельные части машины. Обычно при работе с полной нагрузкой больше всего нагреваются обмотки. Тепло от нагретых частей отводится непосредственно наружной поверхностью машины и воздухом, к )торый продувается через воздушный зазор между статором и ротором с помощью вентилятора, укрепленного на торце ротора.
Чтобы обеспечить необходимую долговечность машины и предохранить изоляцию обмоток от быстрого разрушения, правилами и нормами установлены предельно допускаемые длительные нагревы для отдельных частей электрической машины. Так, предельно допускаемыми температурами нагрева отдельных частей машины являются следующие:
обмоток с изоляцией класса А (органический материал) 95° обмоток с изоляцией класса В.......................110°
стальных магнитных сердечников, соприкасающихся с об-
моткой, имеющей изоляцию класса А..................95°
то же, при изоляции класса В.......................110°
контактных колец...................................125°
подшипников качения .... 95’
подшипников скольжения...............................80°
§ 6. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
Характеристикой холостого хода генератора называют зависимость величины электродвижущей силы или напряжения па зажимах машины при холостом ходе, т. е. при отсутствии нагрузки, ст величины тока возбуждения при вращении генератора с номинальной скоростью. Эта характеристика приведена на рисунке 66. По характеристике холостого хода для данного генератора можно определить величину напряжения на зажимах генератора при холостом ходе для любого значения тока возбуждения.
На том же рисунке показана характеристика короткого замыкания генератора, представляющая собой зависимость величины тока в обмотке якоря, т. е. в главной цепи генератора, от величины тока возбуждения, если зажимы генератора закорочены и если машина вращается с номинальной скоростью. Эта характеристика имеет вид прямой линии, выходящей из начала координат (из нулевой точки). По характеристике короткого замыкания можно определить ток, возникающий в цепи генератора при аварийных обстоятельствах. Этот ток называют установившимся током короткого замыкания. Из характеристики холостого хода и короткого замыкания можно определить важную для генерато
113
ров величину — отношение короткого замыкания (сокращенно ОКЗ). Эта величина характеризует способность генератора к устойчивой работе. ОКЗ представляет собой отношение величины тока возбуждения, соответствующего номинальному напряжению при холостом ходе (берется из характеристики холостого хода), к величине тока возбуждения, соответствующему номинальному току при коротком замыкании (берется из характеристики короткого замыкания). Обычно для большинства синхронных генераторов, применяемых в сельском хозяйстве, ОКЗ приблизительно равно единице.
При внезапном коротком замыкании линейных зажимов непосредственно у машины возникает ударный ток к о р о т-
синхронного генератора.
Рис. 67. Внешняя характеристика синхронного генератора.
кого з а м ы к а п и я, по своей величине значительно превосходящий установившийся ток короткого замыкания. Длительность ударного тока исчисляется долями секунды, однако вследствие своей большой величины этот ток может привести к разрушению обмотки машины и поэтому является для нее опасным.
Внешняя характеристика, показанная на рисунке 67, представляет собой зависимость напряжения генератора от тока нагрузки при неизменном токе возбуждения и постоянной скорости вращения машины. Если при холостом ходе генератора установить на его зажимах номинальное напряжение и затем постепенно нагружать генератор, не изменяя при этом тока возбуждения и скорости вращения, то напряжение начнет уменьшаться.
Изменение напряжения на зажимах генератора с увеличением нагрузки объясняется двумя основными причинами: 1) реакцией якоря и 2) падением напряжения в обмотке генератора.
Явление, называемое реакцией якоря, наблюдается в электрическом генераторе постоянного и переменного тока при его нагрузке. Ток нагрузки, протекая по обмотке якоря генератора, создает свой магнитный поток, который влияет на главный рабо-
117
Рис. 68. Регулирование напряжения с помощью реостата в цепи возбуждения:
1 — обмотка статора генератора; 2 — обмотка ротора генератора; 3 - -возбудитель; 4 — обмотка возбуждения возбудителя; 5 — регулировочный реостат.
чий магнитный поток, создаваемый током возбуждения. В зависимости от характера тока нагрузки (активный, индуктивный пли емкостный ток) реакция якоря может или ослаблять или усиливать главный магнитный поток.
Разность между номинальным напряжением и напряжением, которое будет на зажимах генератора при номинальном токе нагрузки, отнесенная к номинальному напряжению и помноженная на 100, называется процентным понижением напряжения. Если установить нормальное напряжение па зажимах генератора при полной (номинальной) нагрузке, а затем постепенно снижать ее, то напряжение будет повышаться. Разность между напряжением, которое будет в данном случае при полном снятии нагрузки, и номинальным напряжением, отнесенная к номинальному напряжению и помноженная на 100, называется процентным повышением напряжения.
По ГОСТу 183—41, повышение напряжения синхронного генератора при сбросе полной нагрузки и неизменных скорости вращения и токе возбуждения, при cos а = 0,8 не должно превосходить 50%.
§ 7. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
Напряжение на зажимах генератора при постоянной скорости вращения ротора регулируется с помощью реостата в цепи возбуждения возбудителя, включенной по схеме, показанной на рисунке 68.
Для автоматического поддержания напряжения на зажимах генератора постоянным при изменении нагрузки при
меняют автоматический угольный регулятор напряжения. Схема включения угольного регулятора показана па рисунке 69.
Принцип автоматического регулирования при этом заключается в следующем. Уменьшение напряжения на зажимах генератора передается на катушку 6. Стальной стержень катушки, вследствие уменьшения напряжения, не удерживается внутри катушки и давит па рычаг 10, который в свою очередь нажимает на угольный столбик 7. При сдавливании угольный столбик уменьшает свое сопротивление, и так как он включен последовательно в цепь возбуждения возбудителя, то ток в этой цепи
118
увеличивается, что ведет к повышению напряжения на зажимах генератора. С помощью регулируемого сопротивления 9 устанавливают рабочее напряжение для катушки электромагнита 6.
Рис. 69. Регулирование напряжения с помощью угольного регулятора:
1 — обмотка статора генератора; 2 — обмотка ротора генератора; 3 — возбудитель; 1 — обмотка возбуждения возбудителя; 5 — регулировочный реостат в цепи возбуждения возбудителя; 6 — катушка со стальным стержнем; / — угольный столбик; 8 — демпфер; 9 — регулируемое сопротивление;
10 — рычаг.
§ 8. КОМПАУНДИРОВАНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА
Пуск от электростанции малой мощности короткозамкнутых электрических двигателей, мощность которых соизмерима с мощностью электрических генераторов и составляет 8—15 квт, всегда сопровождается резким и большим снижением напряжения на зажимах генератора, а значит и в линии, и на зажимах пускаемых в ход и ранее включенных электродвигателей.
Это снижение напряжения при пуске электродвигателей может достигать очень значительных размеров. Чем больший по мощности включается двигатель, тем сильнее снижается напряжение. Например, при включении электродвигателя мощностью 10 квт без нагрузки от синхронного генератора мощностью 25 ква, работающего вхолостую и не имеющего автоматического регулятора напряжения, напряжение снижается на 74% по сравнению с номинальным. При таком снижении напряжения пуск двигателя становится затруднительным, а двигатели, работавшие в сети до этого с нагрузкой, должны будут остановиться.
Чтобы преодолеть это затруднение, применяют компаундирование возбуждения синхронных генераторов.
Схема включения компаундирующего устройства и чертеж его общего вида показаны на рисунке 70. В каждую из фаз обмотки статора включены трансформаторы тока. Вторичные обмотки трансформаторов тока соединены с батареей селеновые выпрямителей 3, соединенных по мостиковой схеме. Вторичных
419
концы батареи селеновых выпрямителей включены в цепь обмотки возбуждения возбудителя. Принцип действия компаундирующего
Принципиальная схема
Рис. 70. Универсальное компаундирующее устройство к синхронному генератору:
1 — корпус; 2 — трансформатор тока; 3 — селеновый выпрямитель; 4 — магнитопровод; 5 — регулирующий подвижной магнитопровод; 6 — доска зажимов первичного тока; 7 — Зажимы выпрямленного тока; 8 — замыкающие пластины для переключения первичной обмотки; 9 — винт для передвижения магнитопровода.
устройства заключается в следующем. При включении электродвигателя или какой-либо другой большой нагрузки на генератор по обмотке статора генератора пойдет большой ток. Вследствие 120
этого по вторичным обмоткам трансформаторов тока также пойдет переменный ток в батарею селеновых выпрямителей. Выпрямленный постоянный ток из батареи селеновых выпрямителей пойдет в обмотку возбуждения возбудителя и поднимет напряжение па зажимах возбудителя. Увеличение возбуждения немедленно вызовет повышение напряжения на зажимах синхронного генератора. Таким образом, всякое увеличение тока нагрузки в обмотке статора генератора, ведущее к снижению напряжения па зажимах генератора, одновременно через компаундирующее устройство действует на повышение напряжения.
В результате этого напряжение на зажимах генератора остается почти неизменным, несмотря па увеличение нагрузки.Можно отрегулировать компаундирующее устройство таким образом, что с увеличением нагрузки напряжение на зажимах генератора не только не будет снижаться, а, наоборот, будет несколько повышаться по сравнению с номинальным.
Распространение компаундирующих устройств на сельских электростанциях малой и средней мощностей открыло возможность широкого применения электродвигателей для производственной электрификации сельского хозяйства.
§ 9. ПЕРЕГРУЗКА ГЕНЕРАТОРА
Синхронные генераторы рассчитаны на длительную нагрузку с номинальным током, указанным в паспортной табличке машины, для условий, когда температура окружающего воздуха не превышает + 35°, что соответствует примерно местности со среднегодовой температурой +5°. В этом случае для генератора допустимы лишь кратковременные перегрузки в пределах, указанных в таблице 5.
Таблица 5
Перегрузка генератора по току
(в % к номинальному току) . . 15 20 25 30 40 50
Допустимая длительность пере-
грузки (в минутах).......... 8 6 5 4 3 2
Когда температура окружающего воздуха ниже +35°, можно допустить перегрузку генератора на 10—15% по сравнению с номинальным током с тем, однако, условием, чтобы температура нагрева обмотки генератора не превышала допускаемого предела.
Когда электрический генератор должен работать при температуре окружающего воздуха выше -J-350, то номинальная мощность генератора и тем самым допускаемая его нагрузка должны быть снижены по сравнению с паспортной мощностью примерно в следующих размерах:
при температуре окружающего воздуха 40° . .
» » » » 45° . .
» » » » 50° . .
на 5%
» 12,5%
» 25%
121
§ 10. ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
На сельских гидроэлектрических станциях средней и крупной мощностей устанавливают часто по два-три агрегата (агрегатом называют турбину с генератором), и в зависимости от уровня воды в реке или от нагрузки на станции работают один или несколько агрегатов.
Для включения синхронного генератора на параллельную работу с другим генератором, уже работающим на электрическую сеть, необходимо выполнение следующих условий:
Рис. 71. Схема включения спнхроппых генераторов на параллельную работу.
а) напряжение и частота приключаемого генератора должны быть равны напряжению и частоте работающего генератора;
б) концы фаз приключаемого генератора должны быть присоединены к тем же фазным проводам линии, что и одноименные концы фаз работающего генератора, как показано на рисунке 71;
в) напряжения приключаемого и работающего генераторов должны быть по фазе сдвинуты относительно друг друга на 180°.
Если указанные условия не выполняются, то между генераторами возникают вредные уравнительные токи, которые при большой величине поведут к сильному нагреву и разрушению изоляции обмоток генератора.
Прежде чем включить генератор на параллельную работу, синхронизируют генератор, т. е. выполняют все перечисленные выше условия.
Условия равенства напряжения и частоты проверяют по включенным на щите управления вольтметрам и частотомерам. Осталь-
122
номинальным фаз-
Генератор
Рис. 72. Синхронизирующее устройство. Включение ламп на потухание
ные условия проверяют специальным синхронизирующим устройством.
Простейшее синхронизирующее устройство состоит из вольтметра на двойное номинальное фазное напряжение с нулевым делением в середине шкалы и трех электроламп любой мощности, но на двойное напряжение по ным напряжением генератора. Вольтметр и лампы включаются, как указано на рисунке 72.
Установив равенство напряжения и частоты, наблюдают за синхронизирующими лампами и вольтметром.
Если концы фаз обмотки подключенного генератора присоединены к зажима.м рубильника правильно, то лампы загораются и затухают одновременно. При неодновременном затухании и загорании всех трех ламн необходимо какие-либо два конца фаз генератора поменять местами на зажимах рубильника и добиться одно
временного загорания и затухания ламп.
Необходимый сдвиг фаз генераторов относительно друг друга на 180° достигается в момент одновременного затухания всех ламп.
Рубильник присоединяемого генератора включают в тот момент, когда все три лампы затухнут и стрелка вольтметра проходит через нуль.
В настоящее время на всех электростанциях при включении генераторов на параллельную работу рекомендуется применять метод самосинхронизации. По этому методу генератор, вращающийся со скоростью, близкой к синхронной, включают на шины невозбужденным, т. е. при разомкнутой цепи возбуждения, которая замыкается вслед за включением генератора.
Глава 5
АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ
§ 1. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Асинхронные электрические машины являются обратимыми п могут быть использованы и в качестве генераторов и в качестве двигателей. Наибольшее распространение асинхронные машины получили в качестве электродвигателей.
123
Особенность асинхронных двигателей в отличие от синхронных заключается в том, что скорость вращения ротора в них всегда несколько меньше синхронной скорости, на которую рассчитаны
двигатели.
ПР меняется,
и изменении нагрузки скорость вращения хотя и в небольших
ротора тоже пределах. Отсюда и название двигателей — асинхронные, т. е. такие, в которых скорость вращения не синхронная (приставка «а» греческого происхождения и означает «не»).
Рис. 73. Асинхронный двигатель в разобранном виде;
1 — статор; 2 — ротор с короткозамкнутой обмоткой;
3 — ротор с фазной обмоткой.
Асинхронный двигатель состоит из неподвижной части — статора, вращающейся части — ротора и двух боковых крышек с подшипниками. В разобранном виде двигатель показан на рисунке 73.
Статор и ротор набраны из листовой дипамноп стали толщиной 0,5 мм. В листах по окружности проштампованы отверстия (пазы), в которые укладывается обмотка.
Принцип действия асинхронного двигателя основан на образовании переменным трехфазным током вращающегося и постоянного по величине магнитного поля.
Если по внутренней окружности статора расположить три катушки, смещенные одна от другой на 120 градусов, и эти катушки питать переменным трехфазным током, фазы которого сдвинуты во времени на 120 электрических градусов, то результирующее
124
магнитное поле от всех трех катушек окажется постоянным по величине и перемещающимся по окружности с определенной постоянной скоростью.
Величина результирующего ниыияниого магнитного поля от трех катушек в 1,5 раза больше максимальной величины переменного магнитного поля, создаваемого каждой из катушек.
Скорость вращения результирующего магнитного поля зависит от частоты переменного тока, которым питается обмотка статора двигателя, и от числа полюсов машины, на которое выполнена обмотка статора. Эта скорость называется синхронной скоростью двигателя.
Если известна частота переменного тока / в герцах и число пар полюсов р, то синхронная скорость двигателя пс, т. е. скорость вращения магнитного поля, может быть вычислена по формуле:
60/ й
пс—-^ оборотов в минуту.
Отсюда нетрудно установить, что при стандартной частоте переменного тока, равной 50 герц, асинхронные двигатели выполняются на следующие синхронные скорости: 3000, 1500, 1000, 750 и т. д. оборотов в минуту.
Вращающееся магнитное поле, созданное обмоткой статора, при движении внутри статора пересекает обмотку ротора. Если обмотка ротора разомкнута, то между ее концами при этом возникнет электрическое напряжение. Если обмотка ротора замкнута на себя, то в ней под действием магнитного поля возникнет электрический ток. Электрический ток, протекая по обмотке ротора, взаимодействует с вращающимся магнитным полем, и в результате возникает механическая сила, сдвигающая ротор относительно статора. Ротор как бы увлекается вращающимся магнитным полем за собой, и двигатель начинает вращаться, приводя во вращение одновременно и рабочую машину, с которой он соединен. Таким образом преобразуется электрическая энергия, подводимая к статору машины от источника переменного тока, в механическую энергию вращения.
С какой скоростью при этом будет вращаться ротор? Может ли ротор вращаться с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле? Чтобы правильно ответить на эти вопросы, вспомним, что для возникновения механической силы в обмотке ротора должен быть электрический ток и что он может возникнуть там только при условии, если обмотка ротора пересекается вращающимся магнитным полем. Если бы ротор вращался с той же скоростью, что и магнитное поле, то никакого пересечения обмотки магнитным полем не происходило бы и в обмотке ротора никакого тока не наводилось бы. Отсюда следует, что ротор асинхронного двигателя, придя во вращение, имеет скорость несколько меньшую скорости вращающегося магнитного поля, т. е. ротор, увлекаясь вслед за магнитным полем, все время как бы отстает от него.
125
Между магнитным полем и ротором всегда есть скольжение, что является особенностью асинхронного двигателя. Скольжение обычно выражают в процентах и вычисляют по формуле:
где: пс — синхронная скорость двигателя; п — скорость вращения ротора.
В нормальных асинхронных двигателях скольжение при полной нагрузке составляет 3—5%.
Трехфазный асинхронный двигатель изобретен русским инженером, выдающимся электротехником Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским.
§ 2. ТИПЫ П КОНСТРУКЦИИ
Рис. 7*4. Асинхронный трехфазный короткозамкнутый электродвигатель.
Асинхронные двигатели по виду исполнения роторной обмотки разделяют на два типа: с короткозамкнутой обмоткой ротора в виде беличьего колеса и с фазной обмоткой ротора, концы которой выведены к кольцам, насаженным на вал ротора. Если короткозамкнутые двигатели пускаются в ход прямым включением обмотки статора на сеть, то двигатели с фазным ротором приводятся в действие специальным пусковым реостатом, присоединяемым к обмотке ротора через щетки и кольца.
Двигатели с фазным ротором применяют в сельском хозяйстве очень редко.
Внешний вид короткозамкнутого двигателя в защищенном исполнении показан на рисунке 74.
Продольный разрез короткозамкнутого электродвигателя приведен на рисунке 75. В таком двигателе отсутствуют какие-либо скользящие
контакты, могущие вызвать искрение. Это — большое преимущество рассматриваемого типа двигателей.
Обмотка статора двигателя выполняется такой же, как и обмотка статора синхронного генератора, описанная в предыдущей главе. На щиток зажимов обычно выводят все шесть концов обмотки, как и в синхронном генераторе, а три фазные обмотки соединяют в звезду или треугольник. Так как каждая из фазных обмоток рассчитана на определенное напряжение, то, благодаря возможности соединения обмотки в звезду или треугольник, каждый асинхронный двигатель может работать в электрической сети двух различных напряжений. Если двигатель при соединении
126
обмоток статора в треугольник рассчитан на работу в сети с напряжением 127 в, то при переключении обмоток на звезду тот же двигатель может работать в сети с напряжением 220 в. Другой тип двигателя рассчитан на работу в сети с напряжением 220 в (соединение обмоток в треугольник) и с напряжением 380 в (соединение обмоток в звезду).
Станина
Рис. 75. Разрез короткозамкнутого электродвигателя.
Обмотку статора можно выполнить ва любое число пар полюсов, и поэтому двигатель может иметь различную синхронную скорость вращения.
Иногда обмотку статора выполняют таким образом, что путем переключения выведенных на щиток зажимов обмотка может
иметь два или три разных числа нар полюсов; соответственно этому один и тот же двигатель будет иметь две или три разные синхронные скорости, например 1500 и 1000 об/мин или 1500, 1000 и 750 об/мип. Такие двигатели называют многоскоростными и используют для поочередного привода нескольких рабочих машин с различной рабочей
Рис. 76. Ротор асинхронного двигателя с двойной короткозамкнутой обмоткой.
скоростью вращения.
Фазная обмотка ротора выполняется так же, как и любая обмотка переменного тока, причем три фазы соединяют между собой в звезду пли треугольник.
Короткозамкнутая обмотка ротора, имеющая форму беличьего колеса, т. е. цилиндрической клетки из стержней, соединенных по концам общими кольцами, выполняется обычно литой из алю
127
миния. С целью улучшения рабочих характеристик двигателя пазы на роторе делают глубокими или размещают на роторе не одну, а две короткозамкнутые обмотки, как это видно из рисунка 76.
§ 3. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Основной рабочей характеристикой асинхронного двигателя является зависимость вращающего момента, создаваемого двигателем на валу, от величины скольжения или, что то же самое, от скорости вращения двигателя. Эту зависимость называют
л=0 г?к птмпсо6/миц
S:100 SH0M %
Рис. 77. Механическая характеристика короткозамкнутого электродвигателя.
механической характеристикой двигателя. В виде кривой механическая характеристика показана на рисунке 77.
После включения двигателя в сеть ротор в первый момент остается еще неподвижным (и=0; $=100%). В этот момент двигатель развивает на валу так называемый начальный, или пусковой момент (Л/„ ). Под действием этого момента ротор приходит во вращение, преодолевая трение в подшипниках, момент инерции ротора и полезную нагрузку на валу от рабочей машины, если двигатель пускается в ход под нагрузкой. С увеличением скорости вращения ротора вращающий момент проходит через минимальный момент Л7МИН и затем увеличивается и при некоторой скорости пк (скольжение в это время равно $к %) достигает максимального момента (Л/макс), после чего вращающий момент с увеличением скорости вращения начинает падать и достигает номинального момента (Л7НОМ), соответствующего номинальной мощности двигателя.
128
Этому номинальному моменту соответствуют номинальная скорость вращения двигателя (пнои), указываемая в паспортной ’ табличке, и номинальное скольжение ($ном). Номинальный вращающий момент не указывается в паспортной табличке, но его легко высчитать по следующей формуле:
Л/Нп„ = 975=— — кгм, НОМ у)
ПНОМ
где: Р — номинальная мощность двигателя, в квт; п —номинальная ^скорость -вращения двигателя.
Если двигатель пускается в ход без нагрузки, т. е. вхолостую, то скорость вращения двигателя достигает почти синхронной, а вращающий момент становится почти равным нулю.
Момент не может быть равным нулю, так .как двигатель при вращении должен преодолевать трение ротора в подшипниках и о воздух.
Вращающие ‘ моменты, соответствующие Мпуск, Ммакс и М , являются важными значениями, характеризующими механические свойства двигателя. Двигатель может быть пущен в ход под нагрузкой лишь при условии, что его пусковой момент больше, чем начальный момент сопротивления нагрузки. Пусковые свойства двигателя обычно характеризуют отношением пускового момента к номинальному. Для короткозамкнутых двигателей мощностью от 1 до 100 квт это отношение равно:
Д7пуск __ । 2 ^мин — о g
Если двигатель работает с номинальной нагрузкой, то его можно кратковременно перегрузить без опасения, что он остановится. Мерой перегрузки служит максимальный вращающий момент. По мере перегрузки двигателя скорость вращения его начинает несколько снижаться (увеличивается скольжение) и рабочая точка вращающего момента будет соответственно перемещаться по кривой механической характеристики влево и вверх и, наконец, достигнет самой высшей точки кривой Л/ма .
Если двигатель продолжать перегружать дальше, то, как это видно из характеристики, вращающий момент, развиваемый двигателем, будет уже уменьшаться и станет меньше, чем момент сопротивления нагрузки. Двигатель не сможет преодолеть нагрузки, начнет быстро затормаживаться и-остановится. Допускать такую перегрузку для двигателя опасно. Отсюда следует, что перегрузочные свойства двигателя определяются максимальным моментом, и их обычно характеризуют отношением максимального момента к номинальному. Для короткозамкнутых двигателей мощностью от 1 до 100 квт это отношение равно:
Ммакс _ | у • 2 2
5 Н. А. Сазонов
129
Перегрузочная способность электрического короткозамкнутого двигателя очень высбка и обычно составляет 200—250% номинальной мощности.
§ 4. ПУСК В ХОД II РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ
Асинхронный короткозамкнутый двигатель пускается в ход прямым включением обмотки статора двигателя в сеть, т. е. включением рубильника или нажатием кнопки пускателя.
Двигатель с фазным ротором пускается в ход с помощью специального пускового реостата, включенного в цепь обмотки ротора через щетки и кольца. В этом случае пуск двигателя требует: 1) включения рубильника, 2) выведения пускового реостата, 3) закорачивания обмотки ротора и подъема щеток и 4) установки ручки реостата в пусковое положение.
Прямое включение короткозамкнутого двигателя в сеть сопровождается значительным броском тока, называемого п у с-к о в ы м. Величина пускового тока в несколько раз превышает ток при полной нагрузке. Его величина характеризуется отношением пускового тока к номинальному, и это отношение всегда указывается в справочниках.
Для двигателя мощностью от 1 до 16 квт это отношение равно: ^£«=5,54-7,0.
* ном
Например, если для короткозамкнутого двигателя мощностью 10 квт, 1500 об/мин, 220/380 в номинальный ток равен 20 а, то при кратности пускового тока, равной пяти, величина пускового тока составит 100 а. На этот пусковой ток должны быть рассчитаны пусковая аппаратура и приборы, включенные в цепь двигателя.
Этот пусковой ток, возникающий при включении короткозамкнутого двигателя, вызывает в сети и на зажимах питающего электрического генератора, если его мощность соизмерима с мощностью двигателя, значительное падение напряжения. Большое падение напряжения в сети может вызвать нарушение нормальной работы ранее включенных и работающих электродвигателей и затруднить пуск вновь включенного двигателя.
Дело в том, что вращающий момент асинхронного двигателя очень чувствителен,к изменению напряжения на зажимах двигателя. Вращающий момент изменяется пропорционально квадрату изменения напряжения. Напрпмер, если напряжение на зажимах двигателя уменьшится в 2 раза, то вращающий момент, развиваемый двигателем, уменьшится в 4 раза.
Если двигатель, соединенный с рабочей машиной, .не пускается в ход из-за большой потери напряжения, которая возникает от пускового тока, то делу нельзя помочь, заменив этот двигатель более мощным, так как у более мощного двигателя пусковой
130
ток будет еще большим и он вызовет в сети еще большую потерю напряжения.
Для электрической сети, питаемой от синхронного генератора небольшой мощности иеа рещлнюра напряжения, вводится от ра-ничение мощности короткозамкнутого двигателя, допускаемого для включения в данную сеть. Сельские электростанции небольшой мощности должны снабжаться специальным компаундирующим устройством, описанным в предыдущей главе, благодаря которому вышеназванное ограничение допускаемой мощности практически снимается.
• Направление вращения в асинхронном двигателе изменяется очень просто. Для этого достаточно поменять местами у зажимов рубильника любые два (из трех) провода, идущих к двигателю.
Асинхронные двигатели используют для привода лишь таких рабочих машин, которые не требуют плавного регулирования скорости, так как регулирование скорости асинхронных двигателей осуществляется сравнительно сложно. В двух- и трехскоростных двигателях скорость изменяется ступенями путем переключения обмотки статора. Для плавного регулирования скорости в небольших пределах применяют автотрансформаторы, включаемые между двигателем и сетью.
§ 5. К. П. Д. И НАГРЕВ ДВИГАТЕЛЯ
В электрическом двигателе электрическая энергия преобразуется в механическую с некоторой потерей мощности.
Полные потери в асинхронном короткозамкнутом двигателе складываются из:
а) магнитных (в магнитных сердечниках статора и ротора на перемагничивание и вихревые токи);
б) электрических (в обмотках статора и ротора);
в) механических (на трение в подшипниках и о воздух).
Коэффициентом полезного действия электродвигателя называют отношение отдаваемой двигателем механической энергии к потребляемой двигателем электрической энергии.
Для короткозамкнутых двигателей мощностью от 1 до 15 квт к. п. д. равняется 0,78-у0,87.
Таким образом, для двигателя мощностью 15 квт полные потери составляют 1950 вт. Все потери превращаются внутри двигателя в тепло, в результате чего двигатель при работе нагревается.
Тепло от двигателя отводится воздухом, прогоняемым вентилятором через воздушный зазор, и наружной поверхностью двигателя.
Предельно допускаемыми температурами нагрева обмоток асинхронных двигателей являются: для изоляции класса А — 95° и класса В — 110° (температура измеряется термометром).
5*
131
В зависимости от нагрузки двигателя меняется и его к. п. д. Например, для двигателя в 15 квт к. п. д. в зависимости от нагрузки меняется следующим образом (табл. 6).
Таблица 6
Нагрузка • Холостой ! ход j 1 _1_ •> А Полная нагрузка 5 т
К. в- л. 0 0,83 0,87 0,88 0,87 0,86
Важным показателем • для асинхронного двигателя, кроме к. и. д., является его коэффициент мощности (cos ®). Коэффициентом мощности двигателя называют отношение мощности двигателя, выраженной в квт, к той же мощности двигателя, но выраженной в ква:
Р,-1000 COS И = —--------- ,
I 3 7^11)1
где: — полезная мощность двигателя, в квт;
/1; Uj, 7]j — линейные значения тока, напряжения и к. п. д. двигателя, соответствующие данной полезной мощности. Коэффициент мощности двигателя меняется в зависимости от нагрузки двигателя. Для двигателя мощностью 15 квт это изменение приведено в таблице 7.
Таблица 7
Нагрузка Холост ой ход 1 2 о Полная нагрузка 5
COS ? 0,4 0,6 0,8 0,86 0.88 0,88
С точки зрения наиболее полного использования электрической станции и электрических сетей и уменьшения потерь в них необходимо стремиться к тому, чтобы асинхронные двигатели работали с наиболее высоким коэффициентом мощности.
Основные данные по асинхронным короткозамкнутым электродвигателям приведены в приложении 6.
§ 6. УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ТРЕХФАЗНО-ОДНОФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
В сельских двухпроводных сетях в качестве однофазных асинхронных двигателей небольшой мощности можно применять трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.
В этом случае две фазы обмотки статора соединяют между собой последовательно, а третью фазу присоединяют к ним па-13z
раллельно через активное сопротивление лишь для пуска двигателя. Одна из возможных схем включения трехфазного двигателя в качестве однофазного показана на рисунке 78. Основные
ТОТ’ПГТ* TTTJT1 ГОТОП С! Литтит TJQ UH';L*O UQXT УОПДТ’ТР-
ристики специально выполненного однофазного двигателя.
При использовании трехфазного электродвигателя в качестве однофазного его ’ “
номинальная мощность уменьшается на
одну треть.
Напряжение, подводимое к зажимам двигателя, должно соответствовать напряжению, на которое рассчитана обмотка двигателя. Так, например, если взять трехфазный двигатель, рассчитанный на напряжение 380/220 в, то к зажимам двигателя при использовании его в качестве однофазного необходимо подвести напряжение, равное 440 в, так как обмотки двух фаз в этом случае соединены последовательно, а каждая фазная обмотка рассчитана на номинальное напряжение 220 в.
Если к однофазному двигателю в данном случае подвести напряжение не 440 в, а 220 в, то номинальный вращающий момент однофазного двигателя уменьшится в 4 раза по сравнению с тем, который
Рис.. 78. Схема однофазного включения трехфазного электродвигателя.
имел бы однофазный двигатель при напряжении на зажимах, равном 440 в.
При напряжении сети, равном 220 в,
следует использовать в качестве одно-
фазного двигателя такой трехфазный двигатель, обмотка которого рассчитана на напряжение 220/127 в.
Величину активного пускового сопротивления выбирают в зависимости от мощности трехфазного двигателя в следующих пределах:
мощность двигателя (в квт)...............0,6—1,0
сопротивление (в омах) 4—20
1,7—2,8 3.3—4,5 .2—10 1,5—5
5,2—6,0 0,8—4
Сечение пускового сопротивления должно быть рассчитано на пусковой ток, равный пяти-семикратному значению рабочего тока двигателя.
§ 7. ПУСКОВАЯ И ЗАЩИТНАЯ АППАРАТУРА
В качестве пусковой и защитной аппаратуры для электродвигателей применяют трехполюсные рубильники, плавкие предохранители, пакетные выключатели и магнитные пускатели.
133
Трехполюсные рубильники применяют в сухих помещениях для двигателей мощностью до 15 квт. Рубильник защищен от
прикосновения к токоведущим частям специальным кожухом, как показано на рисунке 79. Рубильник выбирают таким ^образом, чтобы номинальный ток рубильника
Рис. 79. Трехфазный рубильник, защищенный кожухом.
чатели, показанные на лючатели применяются
равнялся трехкратному номинальному току электродвигателя. В сырых и пыльных помещениях применяют распределительные ящики, состоящие из чугунного корпуса и встроенных в него рубильника, предохранителей и замы-
кающих контактов.
При небольшом числе включений электродвигателя в качестве пускателя применяют трехфазные пакетные выклю-рпсунке 80. Пакетные трехфазные вык-для следующего рабочего тока:
при напряжении 220 в........ 10 , 25 , 60 и 100 а
» » 380 ».........6, 15, 35 » 60 »
Для автоматизированного управления электродвигателем применяют магнитный пускатель, схема которого приведена на рисунке 81.
Рис. 80. Трехфазный пакетный выключатель:
1 — неподвижный контакт; 2 — контактный нож; 3 — болты, стягивающие пакеты; 4 — винты для подключения проводов; а — валик, па котором крепятся ножи; 6 — пружина, способствующая быстрому отключению.
Для пуска двигателя в ход включают рубильник и нажимают кнопку «ход». Эта кнопка замыкает цепь катушки 1, включенной между двумя фазами двигателя. Катушка в свою очередь включает контакты 2 в главной цепи двигателя, и тем самым двигатель включается в сеть. Одновременно с этим замыкается блок-контакт 3, шунтирующий кнопку «ход». Для остановки двигателя достаточно нажать кнопку «стоп», которая разрывает цепь катушки 1, удерживающей главные контакты, и двигатель отклю
134
чается от сети. Повторный пуск двигателя производится нажатием кнопки «ход». При перегрузке двигателя действует тепловое реле 4 на размыкание контактов 5 в цепи катушки 1, что также ведет к отключению двшахелн от сети.
PiiC. 81. Схема магнитного пускателя:
— катушка; 2 — контакты; 3 — блок-контакт; 4 — тепловое реле; 5 — контакты.
Плавкие предохранители защищают двигатель от токов короткого замыкания и обычно для короткозамкнутых двигателей выбираются на ток, составляющий 40% пускового тока двигателя.
§ 8. АСИНХРОННЫЙ генератор
Если ротор асинхронной машины при наличии в нем остаточного магнитного поля вращать с помощью того или иного механического двигателя, то это остаточное магнитное поле ротора, пересекая обмотку статора, будет наводить в ней переменную электродвижущую силу.
Величина наводимой электродвижущей силы будет прямо пропорциональна величине остаточного магнитного поля, скорости пересечения обмотки магнитным полем и числу витков фазы статора. Электродвижущую силу подсчитывают по следующей формуле:
£=4,44-/с1да1/Фо-10-8 в;
где: Фо — остаточное магнитное поле, в максвеллах;
/ — частота, в герцах (скорость пересечения обмотки магнитным полем);
— число витков фазы статора;
— коэффициент обмотки статора (обычно равный 0,96).
Остаточное магнитное поле в роторе всегда очень небольшое и наводимая им в обмотке статора э. д. с. при вращении ротора с синхронной скоростью составляет обычно не более 2—5 вольт.
135
Чтобы возбудить асинхронный генератор до номинального напряжения (400 вольт), к обмотке статора параллельно подключают трехфазный статический конденсатор или три однофазных конденсатора,. соединенных'между собой в звезду или треугольник, как показано на рисунке 82.
Небольшое напряжение, возникшее на зажимах обмотки ста-
тора от остаточного магнитного поля ротора, вызовет в цепи кон-
денсаторов электрический ток, который будет протекать через
конденсаторы и одновременно
Электрическая сеть
.....
через обмотку статора. Этот ток, будучи переменным, создаст в статоре вращающееся магнитное поле, совпадающее с остаточным магнитным полем ротора. Уси
Дситронныи генератор
Рис. 82. Схема включения конденсаторов в цепь асинхронного генератора.
Первичный двигатель
Рис. 83. Процесс самовозбуждения асинхронного генератора с включенными в его цепь конденсаторами.
ленное магнитное поле в свою очередь наведет в обмотке статора более значительную электродвижущую силу. Эта новая э. д. с. вызовет в цепи конденсаторов еще больший ток. Увеличение тока усилит магнитное поле, в результате чего еще больше возрастет э. д. с. Этот процесс постепенного плавного повышения напряжения на зажимах электрической машины называют процессом самовозбуждения. Однако описанное выше повышение напряжения на зажимах генератора имеет предел, величина которого зависит от параметров магнитной системы машины и подключенных к ней конденсаторов.
О процессе самовозбуждения машины наглядное представление дает рисунок 83, на котором показаны: магнитная характеристика машины (характеристика холостого хода генератора), т. е. кривая зависимости напряжения на зажимах генератора от тока возбуждения, и вольтамперная характеристика конденсаторов, т. е. зависимость тока, протекающего через конденсатор, от напряжения, приложенного к зажимам конденсатора. '
136
Магнитная характеристика машины (кривая 1) берет начало не от нуля, а от точки а. Отрезок Оа, выраженный в вольтах, представляет собой напряжение, наводимое в обмотке статора остаточным магнитным полем
По горизонтальной оси отложен ток возбуждения, создающий магнитное поле. По вертикальной оси отложено напряжение, наводимое в обмотке статора вышеназванным магнитным полем.
Прямая линия 2, берущая начало из точки 0, показывает вольт-амперную характеристику конденсатора. Из этой характеристики видно, какой ток протекает через конденсатор, если к его зажимам приложено то или иное напряжение. Наклон линии 2. зависит от емкости конденсатора. Чем больше емкость конденсатора, тем прямая 2 будет больше наклонена к горизонтальной оси.
Проследим теперь процесс самовозбуждения генератора на рисунке 83.
Благодаря остаточному магнитному полю ротора в обмотка статора наводится э. д. с., характеризуемая на диаграмме отрезком Оа. Это напряжение, будучи приложенным к конденсатору, вызовет в нем ток, характеризуемый отрезком Об на горизонтальной оси. Ток Об, являясь намагничивающим током, создаст в статоре магнитное поле, которое наведет в обмотке статора э. д. с., характеризуемую уже отрезком ОЬ. Новое напряжение ОЬ вызовет в конденсаторе ток Ог. Этот ток поднимет напряжение на зажимах машины до величины О([. Описанный процесс самовозбуждения будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на зажимах машины не поднимется до точки к, соответствующей точке пересечения магнитной характеристики машины и вольтам-перной характеристики конденсатора. Этой точке соответствует ток возбуждения Ое.
Напряжение, достигнув точки к, вызовет в конденсаторе ток Ое. Ток Ое, будучи намагничивающим, уже не создаст новой э. д. с., отличной от Ок. Напряжение, характеризуемое отрезком Ок, будет неизменным. Процесс самовозбуждения в этой точке заканчивается.
Точку пересечения кривой 1 с прямой 2 называют критической точкой самовозбуждения.
Для получения номинального напряжения (например, 400 в) на зажимах асинхронного генератора при холостом ходе необходимо выбрать такую емкость конденсатора, чтобы точка пересечения кривых на рисунке 83 соотйетствовала номинальному напряжению.
Задавшись номинальным напряжением, можно из магнитной характеристики машины определить номинальный ток конденсатора. При отсутствии магнитной характеристики можно за номинальный фазный ток конденсатора принять фазный ток холостого хода асинхронной машины, включенной в сеть в каче-
137
стве асинхронного двигателя. Тогда емкость конденсатора на одну фазу определится из формулы:
’ $аРад’
где: 1С — фазный ток конденсатора, в амперах;
£/ — поминальное фазное напряжение машины, в вольтах;
/ —частота переменного тока, в герцах.
Чтобы выразить емкость в микрофарадах, необходимо полученную из формулы величину емкости в фарадах помножить на 1 000 000.
Конденсаторы часто характеризуются не по емкости, а по мощности. Мощность однофазного конденсатора равна:
вольтампер;
мощность трехфазной батареи конденсаторов равна:
Р= 1,73 вольтампер,
где: L\ и Ц — линейные напряжение и ток.
Батарея конденсаторов для возбуждения машины обычно соединяется в треугольник. При соединении в звезду потребную емкость батареи берут в три раза большей. Для поддержания напряжения на зажимах генератора при его нагрузке скорость вращения ротора первичным механическим двигателем должна быть несколько увеличена.
Асинхронные генераторы с конденсаторным возбуждением обычно применяют только для осветительной (активной) нагрузки, и мощность их не превышает 10 квт.
Глава 6
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА
§ 1, РУБИЛЬНИКИ И ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ
Для ручного (не автоматического) включения, отключения и переключения цепей постоянного и переменного тока напряжением до 500 в с номинальным тиком до 1000 а на электрических станциях и подстанциях применяют рубильники и переключатели.
По конструктивному выполнению они бывают однополюсными, двухполюсными и трехполюспыми. Контактная система состоит из неподвижно укрепляемых пружинящих губок и плоских рубящих контактов — ножей. Контакты выполняются из меди. Рубильники п переключатели устанавливают на щитах управления станции и в распределительных шкафах мачтовых трансформаторных подстанций. По способу управления различают рубильники и переключатели, предназначенные для установки с лицевой стороны щита и имеющие центральные рукоятки, а также для
13s
установки с задней стороны щита на металлическом каркасе и имеющие рычажный привод.
На рисунке 84 показан трехполюсный переключатель с центральной рукояткой, предназначенный дли установки с лицевой
Рис. 84. Трехаолюсцый переключатель.
стороны щита. Переключатель состоит из неподвижных контактов в виде губок 1, рубящего контакта в виде ножа 2 с отрывными моментными ножами 3, общей рукоятки 4 и болтов 5, служащих
для укрепления переключателя на щите и в качестве зажимов для присоединения проводов.
На рисунке 85 показан трехполюсный рубильник с рычажным приводом, предназначенный для установки с задней стороны щита. В этом случае на лицевую сторону щита выводится только рычаг управления 1. Рычаг управления с помощью тяги 2 вклю
139
чает или выключает контактную систему 3. Зажимы 4 служат для присоединения проводов. Контактная система и зажимы смонтированы на изоляционной плите 5, укрепляемой! в свою очередь на металлическом каркасе сзади щита 6. Между фазами контактов устанавливают изоляционные перегородки 7, предохраняющие от коротких замыканий между фазами в случае возникновения при выключении цепи сильной электрической дуги.
§ 2. МАСЛЯНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
Для включения и выключения электрических цепей высокого напряжения (более 500 в) под нагрузкой и при коротких замыканиях применяют масляные выключатели.
Выпускаются масляные выключатели на напряжение от 6 до 220 кв и на номинальный ток до 4000 а. Время отключения составляет 0,1—0,3 сек. Масло в выключателях играет двоякую роль: оно способствует гашению возникающей между контактами электрической дуги и вместе с тем является средой, изолирующей токоведущие части отдельных фаз друг от друга. В новых конструкциях выключателей высокого напряжения дугогасящей средой служит не масло, а сжатый воздух.
Масляные выключатели для напряжения до 10 кв обычно имеют один общий бак на все три фазы. В более крупных выключателях для каждой фазы делают самостоятельный бак.
На рисунке 86 показан масляный выключатель на 35 кв.
Наиболее ответственной частью выключателя являются контакты, между которыми при разрыве цепи образуется электрическая дуга.
Электрическая дуга открыта и впервые подробно описана русским академиком Василием Владимировичем Петровым (1761— 1834), по праву считающимся первым русским электротехником.
Видимая электрическая дуга возникает на контактах отключающего аппарата при размыкании цепи, если напряжение, действующее в цели, не менее 20 в и ток не менее 0,1 а.
Почему при размыкании цепп возникает электрическая дуга? Чтобы ответить на этот вопрбс, вспомним, что во всякой электрической цепи, по которой течет ток и которая обладает индуктивностью (практически все электрические цепи обладают индуктивностью), запасена электромагнитная энергия.
Эта электромагнитная энергия образовалась в цепи в момент подключения цепи к источнику электрической энергии из той части электрической энергии, которая была израсходована источником на образование вокруг проводов цепи магнитного поля. Численно энергия электромагнитного поля, запасенная в электрической цепп, выражается формулой:
L‘ Р
IV = —джоулей (или ватт'секунд),
где: L — индуктивность электрической цепи, в генри;
I — ток в цепи, в амперах.
140
При разрыве цепи ток в ней спадает до нуля, а вместе с током исчезает и магнитное поле вокруг проводов. Энергия, запасенная в цепи, не может в ней остаться при отсутствии тока и не может возвратиться в источник электрической энергии, откуда опа по
ВВод
Крышка
Направляю -щая труба
Приводной механизм
Транс/рор-матор тока.
Подвижные контакты
Электро-подогрев
'бродень масла
Рис. 86. Масляный выключатель на 35 кв.
Гасительная
бак
ступила в цепь, так как цепь в этот момент оказывается уже разомкнутой. Поэтому при разрыве цепи электромагнитная энергия в виде электрического тока, стремясь за отключающим контактом, переходит в воздух и превращается в тепловую энергию, накаляя воздух в промежутке между контактами до 3500° и создавая тем самым очень яркий свет. Русский ученый П. Н. Яблочков (1847—1894) использовал это явление для создания первых в мире электрических светильников — дуговых ламп, а русские инженеры Н. Н. Бенардос (1842—1905) и Н. Г. Славянов (1854— 1897) первыми в мире применили электрическую дугу для сварки металлов.
141
В масляном выключателе пространство вокруг контактов заполнено маслом, которое является изоляционным материалом и вместе с тем хорошо отводит тепло к стенкам бака. Все это создает неблагоприятные условия для возникновения и развития электрической дуги.
Все выключатели высокого напряжения снабжены ручным или автоматическим (электромагнитным) приводом, с помощью кото-
Рис. 87. Выключатель нагрузки (разъединитель мощности).
которое можно использовать для выключателем.
рого и производится разрыв контактов.
В особую группу выключателей высокого напряжения выделяются так называемые выключатели нагрузки (разъединители мощности). Выключатели нагрузки (рис. 87) применяют для включения и отключения цепей под нагрузкой в установках сравнительно небольшой мощности. Отключаемые токи в них не допускаются выше 200—500 а, а поэтому мощности отключения для них не должны превышать 2— 5 тыс. ква при напряжении 6 кв и соответственно 3,5— 8 тыс. ква при напряжении 10 кв.
При применении выключателей нагрузки защита установки от коротких замыканий осуществляется, как и при масляных выключателях. Выключатели нагрузки имеют ручной привод с электромагнитным расцеплением, дистанционного управления
§ 3. РАЗЪЕДИНИТЕЛИ
В цепях высокого напряжения для отключения.того пли иноГо участка от всей остальной цепи с целью снятия напряжения с данного участка применяют разъединители высокого напряжения.
Отъединения отдельных участков от остальной цепи требуются, по условиям эксплуатации электрических установок, для технического осмотра и ревизии. При этом обслуживающий
142
персонал, прежде чем приступить к осмотру или ремонту, должен быть уверен в том, что данный участок цепи отключен и не находится под высоким напряжением. Поэтому устройство разъединителя и тлеете его установки должны быть хорошо видны.
Разъединители выполняют однополюсными и трехполюсными.
В последнем случае все три фазы имеют общее управление в виде
вала или тяги.
Различают разъединители для внутренней и для наружной установки. На рисунке 88 показан однополюсный разъединитель
для внутренней установки на 6 кв, 400 а. Изоляторы 1 укреплены в чугунных фланцах 2 и имеют металлические колпачки 3. На колпачках укрепляются токоведущие пластины 4. С одного конца к этим пластинам присоединяются шины с помощью зажимов 5, а с другого конца пластин размещены неподвижные контакты 6 разъединителя. Нож разъединителя 7 выполняют обычно не менее как из двух полос меди, скрепленных друг с другом. Нож вращается на оси 8. Ушко 9
5
служит для включения и отключе- г, оо _
J " Рис. 88. Однополюсный разъели,
ния разъединителя вру чную с по- НИТель для внутренней установки мощью специальной штанги из изо- на 6 ив. 400 а.
пирующего материала (шалыптанга).
Когда через нож разъединителя протекает большой ток, на-
пример ток короткого замыкания, то между
ножом и другими
токоведущими частями возникают электродинамические усилия, стремящиеся отключить нож разъединителя. Чтобы не происхо
дили самопроизвольные отключения, все однополюсные разъединители снабжены специальными замками. Замок состоит из защелки 10, которая сцепляется со скобой 11 у основания неподвижных контактов. Защелка вращается на оси 12 между полосами ножа разъединителя вместе с ушком 9. Замок отжимается в положение, указанное на рисунке, с помощью пружины 13. При отключении разъединителя штангой, палец которой входит при этом в ушко 9, замок поворачивается вокруг осп 12 и в результате этого расцепляется защелка со скобой. Нож после отключения удерживается шайбой 14 при угле открытия ножа 90°.
На рисунке 89 показан трехполюсный разъединитель для наружной установки на 6—10 кв, 200 а. Разъединитель смонтирован на стальной раме 1. Три верхних опорных изолятора 2 несут неподвижные контакты разъединителя 3 и токоведущие пластины 4 для присоединения проводов. Три нижних изолятора 5 несут токоведущие пластины для присоединения проводов и гибкие пластины 6, соединяющие их с ножами разъединителя 7.
143
Ножи укреплены с помощью опорных изоляторов на перекладине 8, поворачиваемой рычагом 9.
Согласно правилам технической эксплуатации, допускается производить разъединителями следующие операции:
а) включение и отключение измерительных трансформаторов напряжения;
б) включение и отключение зарядного тока сборных шин и оборудования;
Рис. 89. Трехполюсный разьединитель для наружной установки на 6—10 кв, 200 а.
в) включение и отключение холостого хода силовых трансформаторов мощностью не свыше 180 ква при напряжении не свыше 10 кв;
г) включение и отключение зарядного тока воздушной линии протяжением не свыше 10 км и напряжением не свыше 35 кв и зарядного тока кабеля протяжением не свыше 5 км и напряжением не свыше 10 кв при отсутствии в момент включения или отключения заземления сети.
Правила устройства сельских электрических установок допускают использование трехполюсных разъединителей на станциях и подстанциях для отключения токов нагрузки до 5 а включительно при напряжениях до 35 кв включительно. Отсюда следует, что в сельских электроустановках допускается отключение разъединителями нагрузки в пределах:
при напряжении 6 кв...................50 ква
» » 10 » 85 »
» » 35 » 300 »
Эти разъединители должны иметь приводы.
144
§ 4. ПРЕДОХРАНИТЕЛИ
Простейшим электрическим аппаратом, защищающим установку от токов перегрузки и токов короткого замыкания, является плавкий предохранитель.
Плавкие предохранители применяют как в цепях низкого, так и в цепях высокого напряжения.
В установках низкого напряжения (до 500 в) применяют плавкие предохранители пробочного, пластинчатого и трубчатого видов, конструкция которых показана на рисунке 90. Пробочные
Рас. 90. Конструкции плавких предохранителей: а — пробочного; б — пластинчатого; в — трубчатого.
предохранители (типа Ц) широко распространены Для защиты осветительных установок и электродвигателей малой мощности. Преимущество пробочного предохранителя заключается в том, что в случае перегорания плавкой вставки пробка вывинчивается без прикосновения к токоведущим частям, находящимся под напряжением, а вставку можно сменить в вывинченной пробке. Рекомендуемая в целях безопасности схема включения предохранителя в цепь показана на рисунке 90.
Пробочные предохранители (рис. 90, а) изготовляют на номинальные токи от 2 до 60 а и на напряжение 220 и 380 в.
Пластинчатый предохранитель, показанный на рисунке 90, б, смонтирован на плите 1 из изоляционного материала. Болты 2 служат для крепления предохранителя к щиту и для присоединения к ним проводов цепи. К неподвижным зажимам 3 присоединяется плавкая вставка 4, состоящая из латунных наконечников 5, в которые впаяны проволоки или пластинки 6 из легкоплавкого металла. Для защиты обслуживающего персонала и рядом находящихся приборов и аппаратов от брызг расплавленного металла при перегорании вставки пластинчатые предохранители закрывают коробкой 7 из прессованного картона, покрытого лаком.
Пластинчатые предохранители применяют на номинальные токи до 200 а в установках напряжением до 380 в. Плавкую вставку можно сменить лишь при отключенном рубильнике, когда предохранитель не находится под напряжением.
145
В силовых установках низкого напряжения наиболее широкое применение находят трубчатые предохранители. Плавкая вставка в виде цинковой пластинки специальной формы помещена в закрытой фибровой трубке 1 (рис. 90, б). Патрон с обоих концов имеет латунные обоймы 2 и закрыт латунными колпачками 3, которые навертываются на обоймы. На колпачках припаяны ножи 4, которыми патрон врубается в неподвижные контакты 5. У предохранителей на номинальный ток до 60 а контактами патрона являются непосредственно латунные колпачки. Зажимы 6 служат для присоединения проводов цепи. Зажимы для присоединения проводов могут быть расположены и с задней стороны щита.
Преимущество описанного типа предохранителей заключается в том, что они, будучи закрытыми, безопасны для обслуживающего персонала при перегорании вставки. Кроме того, электрическая дуга, возникающая внутри патрона при перегорании вставки, очень быстро гасится, потому что под влиянием высокой температуры, образующейся при перегорании вставки, небольшое количество фибры, из которой выполнен патрон, разлагается. Газообразные же продукты разложения фибры обладают высокими дугогасящими свойствами.
Трубчатые предохранители с фибровыми патронами (типа ПР) выпускаются на номинальные токи плавких вставок от 6 до 1000 а и на напряжение до 500 в.
В цепях высокого напряжения (до 35 кв) для внутренней установки применяют трубчатые предохранители с закрытым патроном, наполненным кварцевым песком (тип ПК). Для наружной установки при напряжении до 10 кв применяют трубчатые предохранители с фарфоровыми патронами.
§ 5. РАЗРЯДНИКИ
Для защиты электрических установок от атмосферных перенапряжений, которые обычно достигают нескольких миллионов вольт и пробивают (разрушают) изоляцию обмоток машин и трансформаторов и изоляцию линии электропередачи/ применяют разрядники.
Основными видами разрядников являются защитные искровые промежутки, трубчатые и вентильные разрядники.
Разрядники включаются в электрическую цепь всегда параллельно изоляции защищаемого объекта, и поэтому один из двух зажимов разрядника заземляют.
Защитным искровым промежутком называют устройство из двух металлических прутков, изогнутых в форме рогов. Схема включения защитного промежутка в электрическую цепь показана на рисунке 91. Наименьший воздушный промежуток между рогами называют разрядным расстоянием. Напряжение, при котором пробивается разрядное расстояние, называют разрядным напряжением. Например, разрядное расстоя-146
вне в 20 мм пробивается напряжением 20 кв. Разрядное расстояние выбирают таким, чтобы сопротивление изоляционного воздушного промежутка на этом расстоянии было бы всегда меньше,
С ИЗОЛЯЦИИ ЗЗ.ЩИУЦЯОМОГО
словами, всякий разрядник должен являться самым слабым местом в изоляции защищаемой им электрической цепи.
Принцип действия разрядника заключается в следующем. Когда в электрической цепи, например в линии электропередачи, в результате удара молнии непосредственно в линию или вблизи
нее возникает перенапряжение, то волна перенапряжения, двигаясь вдоль линии электропередачи, подойдя к разряднику, про
Рие. 91. Схема включения защитного искрового промежутка в электрическую цепь.
бивает воздушный промежуток, ток молнии замыкается через землю и не доходит до защищаемого объекта. Одновременно с грозовым током через разрядник, который теперь становится проводником, устремляется и рабочий ток установки. В защитном промежутке возникает электрическая дуга. У современных разрядников с помощью специальных устройств электрическая дуга гасится через 0,01—0,02 секунды. За такой короткий промежуток станция или подстанция не успевает отключиться, и вся установка остается в работе. Разрядник после гашения дуги вновь готов к действию.
Защитные промежутки не имеют устройства для гашения дуги, и поэтому дуга гасится в них более медленно. Так как горение дуги представляет собой явление короткого замыкания, то защита от короткого замыкания, имеющаяся в установке, успевает при длительном горении дуги сработать и отключить защищаемый объект от линии. Таким образом, защитные промежутки хотя и защищают изоляцию от перенапряжений, но не обеспечивают бесперебойного электроснабжения.
Для защиты изоляции электрических линий от повреждений при грозовых перенапряжениях применяют трубчатые
147
разрядники. Схематическое устройство и включение разрядника типа РТ показано на рисунке 92. Разрядник состоит из фибробакелитовой трубки 4, металлического стержневого электрода 1, металлических наконечников 3 и резервуара 2. Фибробакелитовая трубка обеспечивает гашение электрической дуги, возникшей после разряда между электродами. Одним из электродов внутреннего защитного промежутка является стальной стержень, а вторым электродом служит стальная пластинка с звездообраз-
- Земля
Рис. 92. Схематическое устройство и включение трубчатого разрядника типа РТ: 1 — стержневой электрод; 2 — резервуар; 3 — наконечники; 4 — фибробакелитовая трубка; 1В — внешний искровой промежуток; — внутренний искровой промежуток; I, — промежуток по ' внешней поверхности трубки.
Рпс. 93. Схема установки трубчатых разрядников на деревянной опоре сельской липпи высокого напряжения:
7 — трубчатый разрядник; 2 — кронштейн; 3 — заземляющий провод; 4 — искровой промежуток; 5 — изолятор.
пым отверстием в середине, приваренная к верхнему открытому металлическому наконечнику. Нижний металлический наконечник служит для
закрепления стержневого электрода и для закрепления всего разрядника к поддерживающей конструкции установки. Внутренняя полость резервуара является основной частью в создании газового дутья.
Разрядник выбирается по номинальному напряжению, раз
рядным характеристикам, а также по величине отключаемых
токов.
Трубчатые разрядники всегда включаются между линейным проводом и заземлением последовательно с внешним защитным промежутком в форме рогов или в виде двух прямых стержней. Внешний защитный промежуток служит для отделения трубчатого разрядника от рабочего провода. При отсутствии внешнего про
.148
межутка трубка разрядника находится под воздействием рабочего напряжения линии, по поверхности трубки протекают токи утечки, которые вызывают обугливание трубки и ее разрушение. Схема установки трубчатых разрядников на деревянной опоре сельской линии высокого напряжения показана на рисунке 93. Трубчатые разрядники 1 смонтированы на специальных кронштейнах 2 из угловой стали, которые соединены заземляющим проводом 3 с заземлителем. Последовательно с трубчатым разрядником включен внешний защитный промежуток 4, один из электродов которого соединяется с проводом линии, закрепленной на изоляторах 5. Расстояние между электродами внешнего защитного промежутка берется равным:
при 6 кв...........................40 мм
» 10 ».............................50 »
>> 35 »........................... 200 »
Электроды промежутка обычно выполняют из круглой стали диаметром не менее 10 мм.
Трубчатые разрядники типа РТ выпускаются на номинальное напряжение 3, 6, 10 и 35 кв. Для защиты подстанций и станций от атмосферных перенапряжений применяют вентильные разрядники.
В вентильных разрядниках последовательно с внутренним искровым промежутком включено сопротивление, обладающее свойством изменять свою величину в зависимости от напряжения. При низких напряжениях сопротивление имеет большую величину, а при высоких — малую.
Вследствие эюго разрядник при перенапряжениях легко пропускает через себя большие токи в землю и автоматически уменьшает ток при рабочем напряжении, что способствует быстрому гашению дуги. В качестве переменного сопротивления служит столбик из дисков, спрессованных из специальной смеси проводящих и непроводящих электрический ток материалов. В ранее выпускавшихся вентильных разрядниках для этой цели применяли тирит, и разрядники поэтому назывались тиритовыми. В настоящее время сопротивление выполняют из в и л и т о в ы х дисков, обладающих рядом преимуществ по сравнению с тиритовыми.
Устройство вентильного разрядника типа РВП на 6 кв с вили-товымп дисками показано на рисунке 94. Разрядник состоит из следующих основных частей: фарфорового ребристого кожуха 1, многократного искрового промежутка 2, выполненного из латунных фасонных пластин (электродов), разделенных миканитовыми шайбами; переменного сопротивления 3 в виде столбика вили-товых дисков; ушка 4 для подвески к проводу линии и хомута 5 для заземления.
Вентильные разрядники типа РВП выпускаются на номинальное напряжение 3, 6, 10 и 35 кв.
149
§ 6. РЕАКТОРЫ
1
Рис. 94. Устройство вентильного разрядника типа РВП с вилмтовымп дисками:
1 — фарфоровый кожух;
2 — искровой промежуток;
3 — вилитовые диски: 7 — ушко; -5 — хомут.
В распределительных устройствах крупных электростанций применяют реакторы, основное назначение которых заключается в ограничении величины токов короткого замыкания на шинах электростанции.
Современная конструкция трехфазного реактора показана на рисунке 95. Реактор представляет собой катушку из медного гибкого многожильного провода, закрепленную в бетонном каркасе, который покоится на опорных изоляторах.
Основными величинами, характеризующими реактор, являются: номинальное напряжение, номинальный ток и индуктивное сопротивление. Индуктивное сопротивление реактора обычно выражают в процентах по формуле:
Ж0 °' * ^ном ] ООО I
' 0 Г: Ю’
и ном
где: ip-~'vL — индуктивное сопротивление одной фазы реактора, в омах.
Индуктивное сопротивление реакторов обычно составляет 6—10%.
Реакторы включаются последовательно в сборные шины станции (шинные реакторы) и в линии, отходящие от шин станции (линейные реакторы). Обладая высокой индуктивностью, реакторы представляют для токов короткого замыкания значительные сопротивления и в большой мере снижают величину этих токов.
Потери мощности в реакторах составляют не более 0,2—0,3% мощности, пропус к немо п рвзктором РвйКТОрЫ ВЫПУС к и ют нп номинальные напряжения 6 и 10 кв и на номинальные токи от 150 до 3000 а.
§ 7. ИЗОЛЯТОРЫ
Для крепления токоведущих проводов (линий электропередачи, сборных шин на станциях и подстанциях), а также всякого рода аппаратов высокого напряжения и для изоляции этих проводов и аппаратов от земли применяют изоляторы: опорные, проходные, штыревые и подвесные.
Все виды изоляторов в настоящее время изготовляют из фарфора, который как изоляционный материал отвечает самым высо
150
ким требованиям и внутренних и наружных установок. Пробивная прочность фарфора составляет до 200 кв на сантиметр толщины. Фарфор обладает и высокой механической прочностью.
На рисунке 96 покяяя-яы опорный и проходной изплятопы. применяемые на электростанциях и подстанциях. Опорный изолятор имеет фарфоровый корпус 1, покрытый снаружи глазурью. Сверху изолятор покрыт чугунным колпачтЛм 2, к которому и
Рис. 95. Трехфазный реактор.
Рис. 96 Опорные (я) и проходные (б) изоляторы, применяемые на электростанциях и подстанциях.
Рпс. 97. Штыревые (я и б) и подвесные (в) изоляторы для э.тектрпче-кпх линий.
закрепляются токоведущие части. С нижней стороны изолятор закреплен в чугунном фланце 3, имеющем отверстия для болтов, с помощью которых изолятор крепится к раме или к стене.
Колпачок и фланец скреплены с изолятором специальной цементирующей замазкой. У основания опорного изолятора имеется болт для заземления 4.
На рисунке 97 показаны штыревые и подвесные изоляторы для линий низкого и высокого напряжения.
Подвесной изолятор состоит из фарфорового корпуса 1, шапки 2 из ковкого чугуна, покрытой цинком, и стального стержня, называемого штырем пли пестиком. Чугунная шапка закреплена на изоляторе цементирующей замазкой. Стержень залит в изоляторе свинцово-сурьмяным сплавом.
Среднее пробивное напряжение для подвесного изолятора тина П-% составляет 100 кв, а разрушающая механическая нагрузка — 3000 кг.
151
В зависимости от напряжения линии из подвесных изоляторов составляют гирлянды. В линиях напряжением 35 кв провода подвешивают на гирляндах, состоящих из 3—4 изоляторов, в линиях 110 кв — из 6—7 изоляторов, а в линиях 220 кв — из 12—14 изоляторов.
Для линий напряжением 6 и 10 кв достаточно одного изолятора. Обычно для таких линий применяют штыревые изоляторы.
§ 8. ШИНЫ
В распределительных устройствах электрических станций и трансформаторных подстанций в качестве сборных проводов и ответвлений от них применяют голые проводники большого сечения, называемые шинами. Шины выполняют из меди, алюминия и стали. С целью лучшего охлаждения шпны имеют обычно прямоугольное сечение с соотношением сторон 11&—1/10. Толщину стальных шин берут не выше 6 мм. В' установках напряжением 35 кв и выше применяют шины круглого сечения. Длительно допускаемые нагрузки на голые шины определяются допускаемой температурой их нагрева и расчетной температурой окружающего-воздуха. При расчетной температуре окружающего воздуха 4-25° длительно допускаемая температура нагрева шин принимается 4-704
При больших рабочих токах шины делают из нескольких полос, обычно из двух.
Различные случаи расположения шин трехфазной системы в распределительном устройстве показаны на рисунке 98. Расстояние между фазами (а) определяется расчетом.
Чтобы облегчить обслуживающему персоналу ориентировку в электрической схеме распределительного устройства, шины окрашивают эмалевой краской в различные цвета, принятые в практике эксплуатации станций и подстанций.
Шины постоянного тока положительного полюса окрашивают в цвет бордо, отрицательного полюса — в синий.
Шины трехфазного тока раскрашивают так: фазу А покрывают желтой краской, фазу В — зеленой, фазу С — красной.
Шины однофазного тока делают желтыми и красными.
Шины нулевые и уравнительные незаземленные покрывают фиолетовой краской, заземленные — фиолетовой с черными поперечными полосками.
Места соединений шин между собой, ответвлений и присоединений к аппаратам оставляют неокрашенными.
152
Рис. 98, Различные случаи расположения шнн трехфазной системы в распределительном устройстве < ганцпи.
§ 9. СИЛОВЫЕ КАБЕЛИ
Рис. 99. Устройство силового кабеля типа СБГ.
Силовые кабели применяют на электрических станциях и подстанциях для соединения генераторов и трансформаторов с распределительным устройством, для выводов питательных линий от распределительного устройства к воздушной линии, для подвода Энергии к электродвигателям.
Устройство силового кабеля тока СБГ показано на рисунке 99. Кабель состоит из трех жил. Каждая из них состоит из большого числа голых медных жил 1 круглого сечения. Вместе взятые они представляют собой как бы один токоведущий проводник большого сечения, расщепленный на жилки небольшого сечения для уменьшения электрических потерь в проводнике и придания кабелю необходимой гибкости.
Каждая из трех жил кабеля изолирована друг от друга оплеткой из кабельной пропитанной бумаги 2. Между жилами заложен джутовый заполнитель 3. Чтобы изолировать жилы от земли, применена поясная изоляция 4 из нескольких слоев кабельной пропитанной бумаги. Поверх поясной изоляции кабель опрессован свинцовой оболочкой 5, не имеющей швов. Эта оболочка защищает токоведущие жилы кабеля от попадания в изоляцию влаги и предохраняет от вытекания из кабельной бумаги пропиточного состава. В отдельных случаях свинцовая оболочка в кабелях
заменяется алюминиевой или из пластмассы.
Поверх свинцовой оболочки расположен слой пропитанной бумажной ленты 6 и слой джута 7, пропитанного асфальтовым составом. Эти слои из бумаги и джута защищают свинцовую оболочку от механических повреждений и химического воздействия окружающей среды.
Наружная поверхность кабеля покрывается стальной броней в виде ленты 8. Стальная броня защищает кабель от механических повреждений.
Кабели на станциях и подстанциях прокладывают в специально сооруженных для этого каналах.
Силовые кабели выпускают с одной, двумя, тремя и четырьмя жилами.
Трехжильные кабели изготовляют на напряжения до 3 кв, на 6 и 10 кв, с сечениями токоведущих жил от 1,5 до 240 мм2. Четырехжильные кабели выпускаются на напряжение до 1 кв.
Глава У
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
§ 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИБОРОВ
В электротехнике пользуются большим числом самых разнообразных электроизмерительных приборов.
Электрические приборы служат для контроля за работой электрической установки и тем самым дают возможность управлять работой установки. С помощью электроизмерительных приборов ведется учет выработки и расходования электрической энергии.
Основные электроизмерительные приборы, применяемые в практике сельской электрификации, указаны в таблице 8.
Электроизмерительные приборы, предназначенные для измерения какой-либо электрической величины, различают по степени точности, по принципу действия и по конструктивному оформлению.
По степени точности приборы делят на семь классов, в зависимости от процента допустимой погрешности. Для самых точных приборов допускается погрешность в измерении в сторону уменьшения или увеличения не более О, I , такие приборы применяют только в лабораториях. Приборы, широко распространенные в практике электрических установок (щитовые приборы), допускают погрешность в измерениях до 2,5 %.
Таблица 8
Измеряемая электрическая величин <д Название прибора Условное обозначение прибора
У т —J • Тик - — Амперметр А
। г Миллиамперметр mA
VI Напряжение - -— Вольтметр V
Киловольтметр kV
Р .Мощность Ваттметр W
Киловаттметр kW
Энергия Счетчик гектоватт-часов hWh
Счетчик киловатт-часов kWh
Частота Частотомер Hz или t
Коэффициент мощности Фазометр COS cp
Сопротивленце Омметр о
Мегомметр М2
По конструктивному оформлению приборы делят на щитовые, устанавливаемые на электрических щитах работающих установок, контрольные переносного типа, применяемые при испытаниях электрических установок, и
154
регистрирующие (самопишущие), устанавливаемые там, где важно знать ход изменения электрических величин.
На рисунке 100 показаны приборы различного конструктив-НО! О ифОрМивНИЛ.
Рис. 100. Электроизмерительные приборы различного конструктивного оформления: а — щитовые; о — контрольные (переносные); в — регистрирующие (самопишущие).
По принципу действия наиболее распространенные приборы делятся на; магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные и термоэлектрические.
§ 2. УСТРОЙСТВО ПРИБОРОВ
Рассмотрим в качестве примера устройство электромагнитных и электродинамических приборов.
Устройство электромагнитного прибора показано на рисунке 101. Если пропускать ток через неподвижную катушку 1, то внутри катушки образуется магнитное поле, и подвижной сердечник из мягкой стали 2, укрепленный на оси вместе со стрелкой-указателем 3, будет втягиваться внутрь катушки. Спиральная пружинка 4 противодействует затягиванию стрелки и всегда стремится вернуть ее в крайнее левое положение.
Чтобы стрелка-указатель не качалась из стороны в сторону, а быстро занимала положение равновесия, применяют воздушный успокоитель 5, состоящий из маленького цилиндрика и легкого поршня. Сила втягивания сердечника в катушку зависит от силы магнитного поля внутри катушки. Сила же магнитного поля зависит от величины тока, протекающего по катушке.
Электромагнитный прибор применим для постоянного и для переменного тока.
155
Шкала у электромагнитных приборов имеет неравномерные деления.
Широкое распространение имеют электродинамические приборы, устройство которых показано на рисунке 102.
Измеряемый
катушке 1 и по
ток проходит одновременно по неподвижной подвижной катушке 2, которая укреплена вместе со стрелкой-указателем 3 на оси и может вращаться.
В результате взаимодействия магнитного поля внутри непод-
Рис. 101 Устройство электромагнитного прибора.
Рис. 102. Устройство электродинамического прибора.
вижной катушки и тока, который протекает в подвижной катушке, последняя будет поворачиваться. Угол отклонения зависит от величины тока, протекающего по катушкам.
Шкала у электродинамических приборов имеет неравномерные деления.
Приборы описанного типа пригодны и для постоянного и для переменного тока.
§ 3. ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
Амперметры и вольтметры по принципу устройства одинаковы, по отличаются по своей конструкции и способам включения в электрическую цепь.
Амперметр для измерения тока всегда включают в «рассечку» линии последовательно с приемником, как показано на рисунке 103.
Так как катушки в измерительных приборах делают из тонкой проволоки с целью уменьшить размеры и вес приборов, то ток, который можно пропускать через катушки приборов, всегда очень небольшой; он составляет обычно сотые и десятые доли ампера. Однако на практике бывает необходимо измерять токи, раввые десяткам и сотням ампер.
156
Для того чтобы можно было амперметром, рассчитанным на очень малый ток, измерять ток большой величины, применяют шунты. Шунт — медная пластинка, обладающая очень малым электрическим сопротивлением. Если такую пластинку включить в цепь измеряемого тока параллельно с амперметром, то измеряемый ток будет разветвляться. Часть его пойдет через амперметр, а другая часть — через шунт. Большая часть тока пойдет по пути, где сопротивление меньше, т. е. через шунт.
Через катушку амперметра проходит в этом случае очень небольшой ток, так как электрическое сопротивление катушки всегда во много раз больше сопротивления медной пластинки-шунта.
Рис. 103. Схема включения Рис. 104. Схема включения амперметра. вольтметра.
Во всех амперметрах, щитовых и контрольных, шунт вмонтирован внутрь кожуха прибора и шкала амперметра сделана с учетом шунта.
Амперметр имеет два зажима для включения в цепь. На приборах постоянного тока зажимы отмечают знаками -|- и —.
На шкале приборов, годных только для измерения постоянного тока, ставят условное обозначение в виде черточки. Приборы, годные только для измерения переменного тока, имеют на шкале условное обозначение . Приборы, годные для измерения постоянного и переменного тока, отмечают на шкале знаками
Вольтметр для измерения напряжения в цепи всегда включают между линиями, параллельно с приемником, как показано на рисунке 104. Для того чтобы ток, ответвляемый в вольтметр, был всегда малым, применяют добавочное сопротивление, включаемое последовательно с катушкой вольтметра. Добавочное сопротивление представляет собой катушку из тонкой проволоки с большим числом витков. Обычно в щитовых и контрольных приборах добавочное сопротивление вмонтировано внутрь кожуха вольтметра.
Щитовые вольтметры имеют два зажима для подключения к цепи. На контрольных вольтметрах, делают обычно несколько зажимов на разные пределы напряжения, например на 3, 15, 150 и 300 в.
Если внутреннее сопротивление у амперметра всегда очень мало и равняется сотым или десятым долям ома, то внутреннее
157
сопротивление у вольтметров всегда очень большое и равно тысячам ом.
Как амперметры, так и вольтметры выбирают с таким расчетом, чтобы предел их измерений был на 25—30% больше ожидаемых в цепи величины тока и напряжения.
В электротехнических установках высокого напряжения для подключения измерительных приборов применяют и з м е р и-тельные трансформаторы напряжения и тока.
§ 4. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ Ч v
В цепи постоянного тока электрическая мощность легко может быть определена по показаниям амперметра и вольтметра, как их произведение:
P=1U вт.
В цепи переменного тока определить мощность по показаниям амперметра и вольтметра можно только в том случае, когда приемниками электроэнергии являются электрические лампочки или нагревательные аппараты, т. е. активная нагрузка.
Рпс. 105. Схема включения однофазного ваттметра.
Рис. 106. Схема включения трехфазного ваттметра.
В этом случае мощность (в ваттах) в цепи однофазного тока равна произведению показаний амперметра (в амперах) и ’вольтметра (в вольтах).
Мощность в цепи трехфазного тока при активной нагрузке будет равна:
P—\,T$'I-U вт,
где: I — линейный ток и U — линейное напряжение.
Когда приемниками электроэнергии являются асинхронные двигатели, сварочные трансформаторы и т. п., для измерения мощности применяют ваттметры.
Ваттметр для однофазной цепи (рис. 105) имеет обычно четыре зажима. К двум из них (токовые зажимы) подводится ток, как к амперметру, а к двум другим (зажимы напряжения) — напряжение между линиями, как к вольтметру.
На шкале прибора указывается величина активной мощности в ваттах (И7) или в киловаттах (хП7).
158
В трехфазных цепях переменного тока применяют трехфазные ваттметры (пли киловаттметры), которые включают в цепь, как показано на рисунке 106.
Если приемники тика включены в авезду и нагрузка всех грек фаз одинакова, то для измерения трехфазной мощности можно воспользоваться однофазным ваттметром, включив его токовые зажимы в рассечку одной из линий и зажимы напряжения на фазовое напряжение. Показание ваттметра умножают на три.
§ 5. ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Устройство счетчика для измерения электрической энергии в однофазной цепи переменного тока показано на рисунке 107.
Рис. 107. Устройство однофазного электрического счетчика:, 1 — электромагнит; 2 — алюминиевый диск.
Между полюсами электромагнита 1, на котором расположены обмотки, вращается алюминиевый диск 2. Число оборотов диска отсчитывается специальным счетным механизмом. Скорость вращения диска пропорциональна величине тока, протекающего через катушку.
159
Счетчик имеет четыре зажима: два токовых и два напряжения (как у ваттметра). Схема включения счетчика в однофазную цепь показана на рисунке 108.
На счетчике указываются напряжение и ток, на которые рассчитан счетчик, и единицы, в которых замеряется энергия (гектоватт-часы, киловатт-часы).
Рис. 108. Схема включения однофазного электрического счетчика.
Рис. 109. Схема включения трехфазного электрического счетчика.
В силовых трехфазных счетчики, схема включения
установках применяют трехфазные которых показана на рисунке 109.
§ 6. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ
0-------------------о---------
Рис. 110. Измерение сопротивления методом амперметра и. вольтметра.
Для измерения небольших сопротивлений пользуются амперметром и вольтметром (рис. 110). Измеряемое сопротивление подключают непосредственно или через добавочное сопротивление (реостат) к источнику постоянного тока, например к аккумуляторной батарее. G помощью амперметра измеряют ток, протекающий по этому сопротивлению, а с помощью вольтметра — напряжение на зажимах сопротивления.
Разделив показание вольтметра (в вольтах) на показание амперметра (в ампе
рах) получают искомое сопротивление в омах:
и г—^ ом.
Специальный прибор для измерения сопротивлений называют омметром.
Очень большие сопротивления, порядка сотен тысяч и миллионов омов (сопротивления изоляции обмоток, изоляции проводов электрической сети и т. п.), измеряют с помощью специального переносного прибора — мехOMMeipa, показанного па рисунке 111.
Чтобы измерить, например, сопротивление изоляции обмотки машины относительно корпуса, один из зажимов — зажим «3» соединяют с корпусом машины, а другой зажим «+» — с проводником обмотки. Вращая ручку быстро, но с одинаковой скоростью, наблюдают показание стрелки прибора.
Зажим
Гис. 111. Мегомметр для измерения больших сопротивлений.
Мегомметром можно пользоваться и в качестве вольтметра. Для измерения напряжения до 120 в прибор присоединяют зажимами «-|-» и «120»; для измерения напряжения до 240 в прибор присоединяют зажимами «4-» и «240». Ручку мегомметра при этом не вращают.
Шкала мегомметра имеет обычно два масштаба: один — в мегомах — для измерения сопротивлений и другой — в вольтах — для измерения напряжений.
§ 7. ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ (cos ¥)
В силовых установках переменного тока встречается необходимость измерять коэффициент мощности (cos установки.
Существует несколько способов измерения этой величины: 1) с помощью специального прибора — фазометра;
2) с помощью трехфазного ваттметра, амперметра и вольтметра; тогда:
C0S'?=;= 1,73Т-Р ’
где: Р — показание трехфазного ваттметра, в ваттах;
1 — показание амперметра, в амперах;
U — показания вольтметра, в вольтах;
6 II. А. Сазонов 161
3) с помощью трехфазного счетчика, амперметра, вольтметра и часов;
тогда:
Wh cos(?~l,73-I-U-t ’
где: Wh — показание счетчика в ватт-часах за время t часов; U — показание вольтметра в вольтах среднее за время t часов.
1 — показание амперметра в амперах среднее за время t часов.
§ 8. ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Для измерения частоты переменного тока на электростанции применяют вибрационный частотомер.
Общий вид вибрационного ча-
Рис. 112. Вибрационный частотомер.
стотомера показан па рисунке 112.
Частотомер подключается к цепи, как вольтметр. Внутри прибора имеется набор стальных пластин с разной собственной частотой колебания, прикрепленных к электромагниту.
В зависимости от частоты переменного тока, которым питается электромагнит, одна из пластин, частота собственных колебаний которой совпадает с частотой переменного тока, начинает сильно вибрировать (приходит в резонанс), и тогда по шкале прибора можно сделать отсчет частоты переменного тока в герцах.
Глава 8 РЕЛЕ И СХЕМЫ ЗАЩИТЫ
§ 1. НАЗНАЧЕНИЕ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
При эксплуатации электрической установки могут возникнуть ненормальные режимы работы установки и различного рода повреждения в ней.
Примером наиболее часто встречающегося ненормального режима работы установки может служить перегрузка.
К числу распространенных и в то же время наиболее опасных видов повреждения в электрических установках относятся короткие замыкания.
162
При перегрузке в отдельных частях установки возникают недопустимые по величине токи, ведущие к ненормальному нагреву изоляции и ее разрушению, что вызывает повреждение (аварию) установки.
Следствиями коротких замыканий в отдельных пунктах установки являются: разрушения машин, трансформаторов и других электрических устройств, возникновение в месте короткого замыкания электрической дуги, расплавляющей токоведущие части и разрушающей изоляцию, нарушение параллельной работы генераторов, резкое понижение напряжения в сети, перерывы в подаче энергии и т. п.
К основным видам коротких замыканий относятся:
а) однофазные замыкания: замыкания на землю одной из фаз трехфазной системы, замыкание между собой витков обмотки одной фазы в машинах и аппаратах;
б) двухфазные замыкания: замыкания двух фаз на землю в одной точке (двухфазное замыкание) или в разных точках (двойное замыкание), замыкание между двумя фазами;
в) трехфазные замыкания: замыкание трех фаз на землю в одной точке (трехфазное замыкание) или в разных точках (тройное замыкание), замыкание между тремя фазами.
К числу повреждений относятся также обрывы цепи одной, двух и трех фаз.
Возникновение аварии и ее развитие может быть предотвращено путем быстрого отключения поврежденного участка. Обслуживающий персонал не всегда имеет возможность своевременно заметить повреждение или ненормальный режим работы и быстро на них реагировать.
На помощь человеку в этом случае приходит электрический автомат в виде реле. Автоматическую защиту электрической установки с помощью реле называют релейной защитой.
Основное назначение релейной защиты состоит в том, чтобы при возникновении повреждения автоматически и быстро отъединить поврежденный участок от остальной части установки, а при возникновении ненормального режима работы сигнализировать об этом обслуживающему персоналу световым или звуковым способом и спустя некоторое время, если режим работы не изменится, произвести отключение.
§ 2. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ
К релейной защите предъявляются следующие основные требования.
Релейная защита должна быть избирательной (селективной), т. е. отключать только поврежденный участок установки, не нарушая работы всех остальных участков, если это возможно по существующей схеме соединения. Опыт эксплуатации показывает, что во многих случаях повреждения носят
6
163
временный, преходящий характер, например в воздушных линиях электропередачи. Поэтому для повышения надежности электроснабжения на воздушных линиях, в дополнение к релейной защите, устанавливают аппарат автоматического повторного включения (сокращенно АПВ), который вслед за выключением линии релейной защитой включает ее вновь. В 7—8 случаях из 10 повреждение, вызвавшее действие релейной защиты, за это время проходит, и установка, после ее повторного включения, продолжает нормально работать.
Релейная защита должна быть чувствительной ко всем видам повреждений и ненормальных режимов работы, могущих возникнуть в защищаемой электрической установке. Реле должно сработать в самом начале возникновения повреждения, чтобы уменьшить возможные последствия повреждения.
В сложных установках большой мощности релейная защита осуществляется таким образом, что чувствительность ее на каждом последующем участке, считая от потребителя к источнику энергии, делается все меньшей сравнительно с предыдущим участком. Этим обеспечивают избирательность действия защиты.
От релейной защиты требуется быстрота действия. Чем быстрее отключит защита поврежденный участок, тем меньше будет размер разрушений на нем и тем меньшее влияние оказывает повреждение на бесперебойное снабжение электроэнергией потребителей. Скорость отключения с помощью релейной защиты достигает 0,05—0,15 секунды.
Наконец, релейная защита должна надежно работать во всех случаях, когда возникают повреждения или ненормальные режимы в защищаемой установке. В то же время релейная защита не должна реагировать на какие-либо другие причины. Надежность защиты обычно тем выше, чем проще схема выполнения и чем меньше число замыкающих и размыкающих контактов реле, участвующих в работе схемы.
§ 3. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И РЕЛЕ
Релейные защиты, применяемые в электрических установках, разделяются на следующие четыре основных вида.
1. Максимальная токовая защита, действующая при повышении тока в цепи сверх допустимой величины.
2. Дистанционная защита, действующая с выдержкой времени, причем величина выдержки времени автоматически увеличивается по мере возрастания расстояния (дистанции) от места установки защиты до места повреждения.
3. Дифференциальная защита, действующая в том случае, когда разность токов в цепях трехфазной системы, сравниваемых между собой, превосходит допустимую величину, установленную заранее для данной установки.
164
k. Направленная защита, действующая в том случае, когда электрическая мощность в цепи меняет свое направление.
Помимо названных видов релейной защиты, существует еще пяд с н е н и а л ь к ы х защит, применяемых главным образом для защиты машин и трансформаторов.
Реле, как электрические аппараты, различают по принципу действия (электромагнитные, инерционные, электродинамические и т. д.), по роду величины, которая действует на срабатывание реле (реле тока, напряжения, мощности, частоты и т. д.), по способу включения в основную цепь (первичное, вторичное, промежуточное), по роду контактов и т. д.
Сигнальные реле, включаемые в цепь релейных защит и служащие исключительно в качестве указателей действия защиты, называются б л и н к е р а м и.
§ 4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ РЕЛЕ
Рассмотрим устройство и принцип действия наиболее распространенного типа реле — электромагнитного реле.
7
Рис. ИЗ. Электромагнитное однофазное реле максимального тока.
На рисунке ИЗ приведен схематический вид электромагнитного однофазного реле максимального тока.
Аппарат состоит из магнитного сердечника 7, выполненного из листовой стали и имеющего на полюсах обмотку; легкого
165
стального якоря 2, вращающегося на осн; пружинки 3, противодействующей вращению якоря; контактного мостика 4, состоящего из двух вращающихся контактов; неподвижных контактов 5 и 6 в виде металлических дугообразных пружин; стрелки-указателя 7; шкалы с делениями 6’; демпфера 9, представляющего собой трубку с маслом, внутри которой перемещается поршень; ограничителя хода якоря 10.
Действие реле основано на том, что при увеличении тока в обмотке полюсов сердечника сверх допустимого значения механическое усилие, действующее на якорь, преодолевает противодействие пружины, и якорь поворачивается и замыкает контакты реле, действующие на сигналы или на отключение. После того как ток в обмотке полюсов сердечника уменьшится, якорь под действием пружины повернется в обратную сторону, а контакты разомкнутся.
Величина тока срабатывания реле регулируется натяжением противодействующей пружины с помощью стрелки-указателя в соответствии с делениями на шкале, отградуированной в амперах.
§ 5. СХЕМА МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ
В качестве примера схемы релейной защиты рассмотрим схему максимальной токовой защиты синхронного генератора, приведенную па рисунке 114.
Рис. 114. Схема максимальной токовой защиты синхронного генератора.
На схеме в виде условных графических обозначений, принятых в электротехнической практике, показаны: шины 1, к которым подключен генератор, разъединители 2, масляный выключатель
1С6
3, обмотка статора генератора 4, трансформаторы тока 5, максимальные токовые реле мгновенного действия 6, реле времени 7 и промежуточное реле 8.
Защита приходит в действие, если ток в обмотке статора генератора превысит некоторую, заранее установленную величину. Это может произойти в случае перегрузки генератора или в случае коротких замыканий как внутри обмотки генератора, так и во внешней цепи.
Увеличенный ток через трансформаторы приводит в действие максимальное токовое реле. Замыкание контактов этих реле приводит в действие реле времени, устанавливаемое заранее на определенную выдержку. По истечении этого времени контакты реле времени замыкаются и приводят в действие промежуточное реле, уже непосредственно действующее на отключение масляного выключателя и одновременно приводящее в действие автоматическое гашение поля в генераторе (сокращенно АГП).
Глава 9
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И АККУМУЛЯТОРЫ
§ 1. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
В качестве электрического источника постоянного тока, если требуется очень небольшой ток, применяют гальваниче
ские элементы.
элемента показано электролитом (рас-
Устройство простейшего гальванического на рисунке 115. Стеклянная банка наполнена твором соли или кислоты в чистой воде), и в ней помещены две пластины: цинковая и угольная, называемые электродами. Между электродами и электролитом возникает химическое взаимодействие, в результате которого на цинковой пластине появятся отрицательные заряды, а га угольной — положительные. Какой-либо приемник тока, например электрическая лампочка, присоединенная к пластинам с помощью проводников, загорится, так как через нее будет проходить электрический ток.
' Во врем£ работы элемента цинковая пластина постепенно разрушится и элемент прекратит свою работу. Для возобновления
его работы потребуется новый цинковый электрод и свежий электролит. Описанный элемент называют мокрым гальваническим элементом. Более широко распространены так называемые сухие элементы, в которых жидкий электролит заменен сгущенным в виде студнеобразной массы.
Устройство угольно-гальваниче-
Рис. 115. простейшего цинкового ского элемента.
167
Один гальванический элемент развивает электродвижущую силу (напряжение) не более 1,5 в. Чтобы получить более высокое напряжение, несколько элементов соединяют последовательно друг с другом, т. е. положительный зажим (+) одного элемента соединяют с отрицательным зажимом (—) второго элемента, положительный зажим второго элемента с отрицательным зажимом третьего и т. д. Образованная таким образом группа элементов называется электрической батареей.
Например, электрическая батарейка для карманного фонаря состоит из трех последовательно соединенных сухих элементов и ее напряжение равняется 4,5 в.
Электрические батареи, применяемые для питания радиоприемников, состоят из нескольких десятков последовательно соединенных элементов и имеют напряжение до 120 в.
Рис. 116. Устройстто простейшего кислотного электрического аккумулятора.
§ 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КИСЛОТНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ
Аккумулятором называется устройство, способное накапливать в себе электрическую энергию, хранить ее и отдавать, когда она потребуется.
Простейший аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин, погруженных в стеклянный сосуд с водным раствором серной кислоты (рис. 116).
Если к зажимам А и В подвести постоянный ток от какого-либо источника тока, то в аккумуляторе начнется следующая химическая реакция.
Постоянный ток, проходя через раствор серной кислоты (H2SO4) от пластины Л к пластине В, разлагает серную кислоту на водород (Н2) и кислотный остаток (SO4).
Кислотный остаток (SO4) направляется к пластине А. Находящийся на пластине сернокислый свинец (PbSO4) под действием кислотного остатка и воды, находящейся в растворе, дает перекись свинца (РЬО2) и серную кислоту (H2SO4).
Водород (Н2) направляется вместе с током к пластине В. Находящийся на
пластине сернокислый свинец (PbSO4) под действием водорода дает свинец (РЬ) и сервую кислоту (H2SO4).
Таким образом, в результате пропускания через аккумулятор постоянного тока одна пластина (А) покрывается слоем перекиси свинца, другая пластина (В) — слоем пористого, губчатого свинпа, а в водном растворе повышается концентрация серной кислоты.
Этот процесс называется зарядкой аккумулято-р а. Ток, идущий в аккумулятор при зарядке, называют з а -163
рядным током. Электрическая энергия, затраченная на зарядку аккумулятора, превратилась в химическую энергию.
Если теперь отключить аккумулятор от источника постоянного тока и к зажимам 4 и В присоединить какой-либо приемник электрической энергии, например электрическую лампочку, то между пластинами возникнет постоянный электрический ток. Он будет течь в направлении от пластины В к пластине А, а во внешней цепи (в проводнике) от зажима + к зажиму —. Электрическая лампочка, присоединенная к зажимам аккумулятора, будет гореть.
При этом внутри аккумулятора начинается вновь химическая реакция. Ток, проходя через раствор, разлагает серную кислоту на водород и кислотный остаток. Водород направляется вместр с током к пластине А. Находящаяся на пластине перекись свинца соединяется с водородом и дает сернокислый свинец и воду. Кислотный остаток направляется к пластине В. Соединяясь со свинцом, он дает сернокислый свинец. В результате этого процесса на обеих пластинах будет находиться сернокислый свинец, а в водном растворе концентрация серной кислоты уменьшится.
Этот процесс называется разрядкой аккумулятора. Химическая энергия, образованная внутри аккумулятора во время зарядки, превратилась вновь в электрическую энергию, которая и была израсходована электрической лампочкой. Ток, при котором разряжается аккумулятор, называется разрядным током. После разрядки аккумулятор можно вновь зарядить от постороннего источника электрического тока, и он снова будет служить источником тока.
Электрическая энергия в аккумуляторе преобразуется в химическую и из химической вновь в электрическую с некоторыми потерями энергии. Коэффициент полезного действия аккумулятора равен 70'—80%.
Описанный тип аккумулятора, где в качестве электролита применена кислота, называют кислотным.
1. Емкость аккумулятора
Под емкостью аккумулятора понимают то количество электрической энергии в ампер-часах, которое способен отдать полностью заряженный аккумулятор, если его разрядить до установленного предела.
Емкость аккумулятора зависит от величины поверхности пластин и качества активной массы. Чем больше будет поверхность пластин, тем больше будет емкость аккумулятора.
В связи с этим в аккумуляторах большой емкости для увеличения поверхности обычно применяют группы из нескольких пластин, соединенных параллельно. Пластины помещаются очень близко одна к другой, но, чтобы они не соприкасались, между ними помещают тонкие прокладки.
169
Для еще большего увеличения емкости пластины делают в виде решеток, заполненных специальной активной массой из соединений свинца.
Кроме указанного выше, на емкость аккумулятора сильно влияет величина разрядного тока. Чем выше величина разрядного тока, тем меньшее число ампер-часов можно получить от данного аккумулятора, тем ниже будет его к. п. д.
Например, если аккумулятор дает ток 40 а в течение 5 часов и его емкость равна 200 ампер-часам, то при разряжении его током в 100 а он полностью разрядится в 1 /2 часа, т. е. отдаст не 200, а лишь 150 ампер-часов.
У разряженного аккумулятора напряжение на зажимах каждого элемента вместо 2 в падает до 1,8 в. Дальнейшее разряжение аккумулятора разрушает пластины.
2. Аккумуляторные батареи
Каждые две пластины или две отдельные группы пластин, опущенные в отдельный сосуд с водным раствором серной кислоты, представляют одни элемент аккумулятора.
Напряжение между пластинами заряженного элемента аккумулятора равно 2 в и определяется различием химического состава активных веществ, а не размером пластин.
Использовать электроэнергию при таком низком напряжении практически трудно. Поэтому, чтобы получить более высокое напряжение, соединяют последовательно несколько элементов в батарею. Для этого отрицательную пластину первого элемента соединяют с положительной пластиной второго элемента, отрицательную пластину второго элемента с положительной пластиной третьего элемента и т. д.
Напряжения отдельных элементов при последовательном соединении складываются; суммарное напряжение элементов и есть напряжение на зажимах аккумуляторной батареи.
Аккумуляторные батареи, предназначенные для стационарной работы, например на электрической станции в качестве аварийного источника электроэнергии, или для питания цепей релейной защиты и автоматики, имеют напряжение 12, 24 и 110 в.
Аккумуляторные батареи автомобильного типа, например для питания стартера и освещения, имеют напряжение 6, 12 и 24 в.
Стационарные аккумуляторы на 24 в, обычно применяемые в сельских электроустановках, представляют батареи из 12 последовательно соединенных элементов по 2 в. Автомобильные батареи имеют 3 или 6 последовательно соединенных элементов по 2 в. Емкость автомобильных батарей обычно бывает от 80 до 144 ампер-часов.
170
3. Зарядка аккумуляторов
Для зарядки аккумуляторов обычно служит специальный источник посхоянного тока. В сельском хозяпстве встречаются три типа зарядных установок:
1) зарядный машинный агрегат;
2) стеклянный ртутный выпрямитель небольшой мощности;
3) зарядная установка с сухими выпрямителями.
Зарядный машинный агрегат состоит из трехфазного асинхронного двигателя небольшой мощности, напряжением 220/380 в, развивающим 1500 об/мин, и из генератора постоянного тока соответствующей мощности. Обе машины смонтированы на одной фундаментной плите и соединены эластичной муфтой.
Стеклянный ртутный выпрямитель представляет собой электрический аппарат, в котором переменный ток преобразуется (выпрямляется) в постоянный с помощью электрической дуги. Ртутный выпрямитель не имеет вращающихся частей.
Зарядная установка с сухими выпрямителями состоит из большого числа отдельных купроксных или селеновых выпрямителей, выполненных в виде металлических пластин, поверхность которых покрыта специальным составом. Батарея из таких пластин, будучи подключена к сети переменного тока, становится источником постоянного (выпрямленного) тока.
Мощность выпрямителя для зарядки аккумуляторов составляет 0,5—1,5 квт.
Зарядка аккумулятора состоит из следующих последовательно выполняемых операций:
1) пускают в ход зарядную установку;
2) по вольтметру устанавливают на зажимах установки постоянного тока напряжение, соответствующее напряжению 2,2 в на один элемент батареи;
3) подключают аккумуляторную батарею к источнику постоянного тока так, чтобы зажим + батареи соединялся с зажимом + источника, а зажим — батареи с зажимом — источника;
4) зарядный ток устанавливают равным нормальному зарядному току для данного аккумулятора (указывается в технической характеристике). Эту величину зарядного тока поддерживают постоянной, пока напряжение на элементе батареи не достигнет 2,4 в и не начнется заметное газообразование («кипение» электролита);
5) после этого снижают зарядный ток вдвое и продолжают зарядку, пока напряжение не поднимется вновь до 2,4 в. Тогда зарядный ток вновь уменьшают до 30—40% начального и продолжают зарядку этим током, пока напряжение на зажимах элементов и плотность кислоты не перестанут расти в течение трех последовательных наблюдений в течение часа. Продолжительность зарядки указывается в заводских инструкциях.
171
4. Электролит
Водный раствор серной кислоты, которым заполняют аккумулятор, называется электролитом, или аккумуляторной кислотой.
Электролит должен иметь определенную плотность, для этого серная кислота и вода должны находиться в строгой пропорции. Плотность электролита определяют особым прибором — кислотомером, носящим название ареометра. 4
Обычно плотность электролита равна 1,15—1,23. Один литр электролита должен содержать примерно 175 см3 кислоты с удельным весом 1,82 и 825 см3 воды.
Для разбавления кислоты применяется дистиллированная вода. В крайнем случае используют дождевую или снеговую воду, собранную в чистую стеклянную посуду и прокипяченную. Ни в коем случае нельзя применять обычную питьевую (колодезную, речную ит. п.) воду, так как аккумулятор очень быстро выйдет из строя. При смешивании вливают кислоту в воду (а не наоборот) тонкой струей и помешивают беспрерывно смесь стеклянной палочкой.
Если вливать воду в кислоту, то кислота будет разбрызгиваться и ее капли могут причинить тяжелые ожоги.
Перед зарядкой аккумулятор доливают электролитом, предварительно остуженным до комнатной температуры. Пробку оставляют на время зарядки открытой.
5. Основные правила пользования аккумулятором
1. Не оставлять аккумулятор без электролита или с пониженным уровнем электролита и своевременно доливать его с таким расчетом, чтобы пластины всегда были покрыты не менее чем на 10—15 мм.
2. Не разряжать батарею ниже допустимого предела, которым считается напряжение в 1,8 в, приходящееся на один элемент батареи.
3. Не оставлять аккумуляторы разряженными даже на непродолжительное время во избежание порчи пластин.
4. Не допускать закорачивания зажимов и отдельных пластин между собой, так как от короткого замыкания аккумулятор выходит из строя.
5. Не допускать течи аккумулятора.
6. Осторожно обращаться с кислотбй, помня, что она может причинить очень тяжелые ожоги, а также разрушительно действует на платье и обувь.
§ 3. ЩЕЛОЧНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ
Основные преимущества щелочных аккумуляторов по сравнению с кислотными заключаются в том, что они не боятся тряски и толчков; допускают кратковременные короткие замыкания; их 172
можно заряжать и разряжать током большой величины; они могут без вреда долгое время оставаться незаряженными; уход за такими аккумуляторами проще.
Положительная пластина щелочного аккумулятора состоит из гидрата закиси никеля и графита. Отрицательная пластина состоит из гидрата закиси кадмия и гидрата закиси железа. В качестве электролита применяется раствор едкого кали или едкого натра.
Зарядный ток для щелочного аккумулятора обычно устанавливают равным г/4 емкости аккумулятора. Например, если емкость аккумулятора равна 60 ампер-часам, то нормальный зарядный ток составляет 15 а.
Зарядка щелочного аккумулятора продолжается 6—7 часов. В конце зарядки э. д. с. одного элемента должна быть не менее* 1,75—1,8 в. .
Во избежание взрыва нельзя подносить к аккумулятору зажженную спичку или папиросу.
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
МЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Глава 1
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ
§ 1. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ
Энергия, имеющаяся в водном потоке реки, называется гидроэнергией.
Работа R, совершаемая водным потоком, при падении Q килограммов воды с высоты Н метров равна:
R=Q-H кгм.
Если Q килограммов воды падает с высоты Н метров в 1 секунду, го мощность N такого водного потока равна:
N = Q-H кгм сек.
Расход воды Q обычно измеряют не в килограммах, а в кубических метрах, причем:
1м3 = 1000л=1000 кг.
Тогда мощность водного потока будет равна:
N=iQ00.Q.H КГМ сок, пли в лошадиных силах:
N=~Q.H=13,3Q-H л. с., или в киловаттах:
квт.
Если указанную мощность водный поток может развивать в продолжение Т часов в течение года, то годовая энергия водного потока в киловатт-часах будет равна:
Э—'Т квт-ч.
§ 2. ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ
В реке водный поток создается благодаря уклону ее дна. Чем больше этот уклон, тем сильнее течение, тем больше энергии в водном потоке такой реки. У клон дна реки на каком-либо
174
участке вдоль реки характеризуется разностью уровней воды в реке в начале и в конце участка. Эту разность уровней называют высотой падения реки на данном участке. Высота падения в метрах, разделенная на д.шну учасша в километрах, называется уклоном реки.
Естественные водопады, встречающиеся в горных районах СССР, имеют высоту падения воды иногда 10 и более метров. Например, водопад Кивач на р. Суне в Карельской АССР имеет высоту падения 16 м.
В реках равнинных районов СССР высота падения воды составляет обычно менее 0,4 м на 1 км длины реки, в горно-равнинных— от 0,4 до 1 м и в горных — более 1 м.
Если при водопаде можно использовать образованную естественным путем высоту падения, направив падающую воду по трубе
Рис. 117. Общая схема устройства плотины для гидроэлектрической станции.
непосредственно в турбину, то использовать водный поток реки с плавным уклоном можно только с помощью искусственных сооружений.
Благодаря искусственному сооружению высота падения воды в*реке, равномерно распределенная по ее длине, сосредоточивается в одном месте.
Искусственные сооружения для создания сосредоточенного падения воды бывают двух видов.
На реках с небольшим уклоном падения воды (равнинные и горно-равнинные реки) сооружаются плотины. Плотина перегораживает русло реки п, задерживая воду, искусственно поднимает ее уровень в реке перед плотиной и понижает уровень воды в реке после плотины.
На реках с большим уклоном падения воды (горные реки) применяют деривационные (подводящие) сооружения.
175
В начале используемого участка реки деривационный канал или трубопровод отводит воду из речного русла и проводит ее вдоль реки по склону речной долины или срезает петлю (излучину) реки.
Уклон дна канала пли трубопровода делается меньше уклона дна реки, Если теперь эту воду вновь подвести к реке внизу по течению реки, то уровень воды в подводящем канале окажется более высоким, чем в данном месте реки, и таким образом будет создано искусственно сосредоточенное падение воды.
Разность уровней воды в реке до плотины (верхний бьеф) и после плотины (нижний бьеф) называется напором и измеряется в метрах.
Па рисунке 117 показана общая схема устройства плотины. Плотины для сельскохозяйственных гидроустановок малой мощности сооружают из земли, дерева, камня и т. д. В гидроустановках большой мощности водосливные плотины обычно делают из бетона. Напорные трубопроводы сельских гидростанций делают деревянными (при напорах до 60 м) или металлическими сварными.
§ 3. ВОДЯНЫЕ КОЛЕСА
Рис. 118. Устройство и принцип действия наливного колеса:
1 — подводящий лоток; 2— колесо.
Использовать энергию воды для полезных целей человек стремился с древних времен. На старых водяных мельницах можво увидеть большое деревянное колесо, медленно вращающееся под действием потока воды. Это водяное мельничное колесо — один из самых древних гидравлических двигателей, изобретенных человеком.
Водяные колеса бывают верх-небойными (наливными), сред-небойными и нижнебойными.
На рисунке 118 показано устройство и принцип действия верхнебойного (наливного) колеса. Вода из подводящеголотка 1 падает в ковши, расположенные по окружности колеса 2, и наполняет их водой. Ковши нод тяжестью воды опускаются вниз и заставляют колесо вращаться.
подводится к нижней части ко
леса и, ударяя с большой скоростью в лопатки колеса, вращает его. Для регулирования расхода воды в подводящем лотке ставится щит.
Применяют водяные колеса при следующих напорах и расходах воды:
В нижнебойном колесе вода
176
всрхнебойные при напорах от 2 до 10 м и расходах от 0,5 до 1,5 м3/сек среднебойные » » » 1,5 » 5 » » » » 0,5 » 3 »
пижнебойные » » » 0,1 » 1 » » » » 1,0 » 5 »
В илиьучей гидроустановке, обычно на быстротекущей реке, колесо устанавливают мея;ду двумя поплавками гак, чтобы нижняя часть колеса касалась воды.
Водяной поток реки, протекающий между поплавками, ударяет в нижние лопатки колеса и вращает его.
Все водяные колеса тихоходны. Скорость вращения их обычно составляет от 1 до 10 оборотов в минуту. Диаметр колеса — до 12 м.
К. п. д. водяных колес очень низок. Он равен 0,3—0,5. Мощность, па которую строятся водяные колеса, не превышает нескольких десятков лошадиных сил.
§ 4. ГИДРОТУРБИНЫ
В настоящее время для использования водной энергии рек применяют более совершенные гидравлические двигатели, называемые гидротурбинами.
Преимущество гидротурбины перед водяным колесом заключается в быстроходности, более высоком к. п. д. и возможности выполнить гидротурбину па большую мощность. Например, каждая из гидротурбин на Куйбышевской ГЭС развивает мощность более 100 000 квт.
Гидротурбины, применяемые в практике сельской электрификации, разделяются на следующие типы:
1) пропеллерные; *
2) поворотно-лопастные;
3) радиально-осевые;
4) активные (ковшовые).
Основные рабочие части радиально-осевой гидротурбины: рабочее колесо, лопатки и направляющий аппарат.
Вода из направляющего аппарата устремляется с большой силой в рабочее колесо турбины. При этом, проходя мимо лопаток, расположенных по окружности рабочего колеса под некоторым углом к месту входа воды, водяная струя огибает лопатки, давит на них и приводит колесо во вращение.
В пропеллерной турбине три или четыре больших и толстых лопасти прикрепляют к втулке. По внешнему виду пропеллерные колеса турбины (рис. 119) похожи на судовые гребные винты. Пропеллерные турбины имеют обычно вертикальное расположение вала.
В радиально-осевой турбине рабочее колесо (рис. 120) состоит из двух ободов, между которыми расположены многочисленные круто изогнутые, тонкие лопатки. Внутренний обод образует втулку с отверстием для вала. Турбина этого типа может иметь вертикальное и горизонтальное расположение вала, как это показано на рисунке 121.
Активная турбина типа Пельтона (рис. 122) по своему устрой
177
ству и принципу действия напоминает водяное колесо. Расположение вала в активной турбине всегда горизонтальное.
Количество воды, протекающей через турбину в одну секунду, называют расходом воды и измеряют в куб. метрах в секунду.
Рис. 119. Пропеллерное колесо гидротурбины.
Рис. 120. Рабочее колесо радиально-осевой гидротурбины.
G помощью специального механизма можно регулировать поступление воды в турбину и тем самым при изменении нагрузки поддерживать постоянным число оборотов турбины.
Расход воды регулируется либо поворотом направляющих лопаток, либо частичным закрытием отверстия, из которого поступает в*да. Регулирование может быть ручное и автоматическое.
Рис. 121. Радиально-осевые гидротурбины с вертикальным и горизонтальным расположением вала.
Основные данные по гидротурбинам, применяемым на сельских гидроэлектростанциях, приведены в приложении 5.
178
§ 5. К. П. Д. ГИДРОСИЛОВОЙ УСТАНОВКИ
В полезную работу превращается не вся энергия водного по-— - т, т * г-.'Т' ъ-гу г. гт гтптгт ТЭ ЛЛ rv<->r>v ОПГ\ТМ”Т>'/1Т1ТТГТ V ГГЯ1ПГ\_
lUltCl, Cl t’Txi±±JJ> J i C. t\kJ i kJ j ,(J IX LU -lUtii). J J kJ Ж -
установки водный поток будет Терять часть энергии на преодоление различных механических и гидравлических сопротивлений (трение, удары, образование вихрей). Эти потери в сельскохозяйственных гидроустановках малой мощности достигают примерно 20—25% всей мощности водного потока.
Нижний Soeip
Рис. 122. Активная гидротурбина.
Отношение полезной части мощности водного потока к полной мощности называется к. п. д. гидроустановки.
В свою очередь полезная часть водного потока, поступающая в гидротурбину, лишь частично преобразуется в механическую энергию, развиваемую турбиной. Остальная же часть идет на преодоление различных сопротивлений внутри турбины.
Отношение механической мощности, развиваемой турбиной, к мощности водного потока, поступающего в турбину, называют к. п. д. гидротурбины.
Полный к. п. д. гидросиловой установки определяют как произведение двух названных выше к. п. д. Для установок небольшой мощности он составляет обычно 0,55—0,6.
Глава 2
ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Тепловыми двигателями называют машины, в которых тепловая энергия, заключенная в топливе, преобразуется в механическую (силовую) энергию.
В сельском хозяйстве применяются следующие типы тепловых двигателей:
179
1) локомобили,
2) двигатели внутреннего сгорания (дизельные, нефтяные, автотракторные и газогенераторные).
§ 1. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В тепловых двигателях используется не все тепло, заключенное в топливе.
Значительная часть тепла теряется из-за неполного сгорания, уходит с дымом и отработавшими газами, расходуется на нагрев машины и окружающего воздуха.
Потери тепла при использовании топлива в тепловых двигателях практически составляют от 70 до 95% всей теплотворной способности топлива.
Отношение количества тепла, превращенного двигателем в полезную работу, ко всему количеству тепла, вводимого с топливом в двигатель, называется экономическим к. п. д. двигателя.
Для сравнения в таблице 9 приведены экономические к. и. д. различных тепловых двигателей, применяемых в сельском хозяйстве.
Из двигателей, потребляющих твердое топливо, наиболее экономичен газогенераторный двигатель с газогенераторной установкой.
Из двигателей, работающих на жидком топливе, самый экономичный —- дизельный двигатель.
Таблица 9
Экономический к. п. д. тепловых двигателей
Наименование двигателя
Экономический к. п. д в среднем
Локомобиль 0,07
Дизель 0,28
Нефтяной двигатель 0,20
Автотракторный двигатель (карбюраторный) . . 0,20 '
Газогенераторный двигатель 0,18
§ 2. ЛОКОМОБИЛИ
Локомобиль состоит из парового котла и поршневого парового двигателя, объединенных в одну машину.
Локомобили выпускаются промышленностью двух типов: передвижные на колесах и стационарные, укрепляемые на фундаменте.
Устройство локомобиля показано на рисунке 123. Топливо в виде дров, угля, торфа или соломы загружается в топку 1. Сгорая на колосниковой решетке огневой камеры, топливо выделяет газообразные продукты горения, которые проходят через
180
дымогарные трубы 2, расположенные внутри котла 3, и нагревают их.
Так как котел заполнен водой, то около горячих стенок дымо-w иопПИЯО'ГРа iiiip
XdpillHA xxva m...«vxv» .
Продукты горения, пройдя через дымогарные трубы, поступают в дымовую коробку 4. Здесь они отдают еще некоторую часть своего тепла пароперегревателю 5 и затем выходят через дымовую трубу 6 наружу.
Рис. 123. Устройство локомобиля.
Образовавшийся в котле насыщенный пар собирается в сухопарнике 7 и затем отводится в пароперегреватель, где высушивается и дополнительно нагревается до температуры около 300°.
Из пароперегревателя пар поступает в цилиндр 8 парового двигателя попеременно с правой и левой стороны поршня 9.
Расширяясь в цилиндре, пар давит на поршень и заставляет его совершать возвратно-поступательное движение.
. С помощью кривошипного механизма 10 возвратно-поступательное движение превращается во вращательное движение коленчатого вала, на конце которого закрепляется шкив 11, служащий одновременно и маховиком.
Отработавший пар выходит через выхлопную трубу наружу, по пути отдавая часть своего тепла водоподогревателю. Водо-подогреватель помещается внутри пароотводящей трубы.
Питание парового котла водой производится из специального бака, устанавливаемого в том же помещении, где и локомобиль. С помощью насоса, приводимого в движение от эксцентрика коленчатого вала локомобиля, вода из бака через всасывающую трубу нагнетается в водоподогреватель, а оттуда через распределитель-
181
пую коробку с трехходовым краном поступает в котел локомобиля. При порче насоса питание котла водой может производиться с помощью инжектора.
Регулирование числа оборотов коленчатого вала осуществляется автоматически центробежным регулятором.
Для контроля за работой локомобиля служат манометр, показывающий давление пара в котле, водомерное стекло п водопробные краники, показывающие наличие и уровень воды в котле.
На крышке сухопарника установлен двойной пружинный предохранительный клапан, автоматически открывающийся, как только давление пара в котле превысит допустимую величину. Нормальное давление пара 12—15 кг/см2.
Все движущиеся части парового двигателя смазываются маслом.
Зола, т. е. твердые остатки от сгорания топлива, собирается в зольнике и оттуда по мере накопления удаляется.
Локомобили выпускаются мощностью от 25 до 500 л. с. Число оборотов главного вала в минуту 180—300. Расход топлива на 1 л. с. ч.: дров 2—Зкг, угля 0,8—1,3 кг. Расход воды для питания котла на 1 л. с. ч. 5—8 л, в зависимости от мощности установки.
Расход топлива и воды на единицу энергии, например на 1 л. с. ч., называют удельным расходом.
Чем больше мощность локомобиля, тем удельный расход топлива и воды в нем меньше.
Потери тепла в локомобиле достигают 93% всего тепла, заключенного в топливе. Такие большие потери объясняются тем, что топливо сгорает в топке неполностью, температура дыма и отработавшего пара, выбрасываемых наружу, весьма высока. Кроме того, поверхность локомобиля, соприкасающаяся с окружающим воздухом (через которую тепло отдается наружу), очень большая.
Отработавший пар локомобиля следует использовать для отопления помещений в зимнее время и для подогрева воды, нужной для производственных и бытовых целей (мойка деталей в МТМ, подогрев воды, запарка кормов, обогрев парников и теплиц, баня, прачечная, душ и т. п.). Такое пспользование отработавшего тепла называется теплофикацией и применяется уже в ряде колхозов.
Естественно, что при теплофикации экономический коэффициент полезного действия установки значительно поднимается.
Уход за локомобилем при его эксплуатации состоит в периодической продувке и промывке котла, наблюдении за исправностью всех механизмов, доливке смазкп и содержании локомобиля в чистоте.
§ 3. АВТОТРАКТОРНЫЕ КАРБЮРАТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Тепловые карбюраторные двпгателп в настоящее время являются широко распространенным типом двигателя, так как они ^ргановлены на многих тракторах, комбайнах и автомашинах, 182
Свое название карбюраторных эти двигатели получили благодаря специальному приспособлению — карбюратору (или сме-сеобразователю), в котором жидкое топливо смешивается с воздухом и обпазует раиочую смесь.
В качестве топлива в карбюраторных двигателях применяют керосин, лигроин и бензин.
Рассмотрим рабочий процесс карбюраторного двигателя с одним цилиндром, схематически изображенного на рисунке 124.
При вращении коленчатого вала 1 двигателя с помощью ручки 2 в сторону, указанную стрелкой, поршень 3, соединенный с коленчатым валом шарнирно посредством шатуна 4 и поршневого
183
пальца 5, движется вниз. Движение поршня вниз создает в цилиндре над поршнем разреженное пространство.
В это время распределительный валик 7, получая вращение от коленчатого вала, открывает с помощью кулачка 8, толкателя 9, штанги 10 и коромысла 11 всасывающий клапан 12. Наружный воздух, благодаря разрежению в цилиндре, просасывается через карбюратор 13 и заполняет все пространство над поршнем.
Проходя через карбюратор, воздух смешивается с топливом, и в результате образуется рабочая смесь, которая считается нормальной при весовом соотношении 1:15, т. е. если на 1 весовую единицу топлива прпходится 15 весовых единиц воздуха.
По мерс движения поршня вниз рабочая смесь будет всасываться внутрь цилиндра.
Ход поршня вниз носит название хода всасывания и является первым тактом в рабочем процессе двигателя. За время первого такта коленчатый вал повернется на полоборота.
При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень начнёт перемещаться вверх. Кулачок 8 в это время перестанет действовать па толкатель, а через него на штангу и коромысло, и всасывающий клапан под влиянием пружины 14 закроется.
Движением поршня вверх рабочая смесь сжимается. Этот ход поршня называют ходом сжатия, и он является вторым тактом в рабочем процессе двигателя. Коленчатый вал при этом повертывается еще на полоборота.
В тот момент, когда поршень подходит к верхней мертвой точке п сжатие рабочей смеси будет максимальным, между электродами запальной свечи 15 возникает электрическая искра, воспламеняющая сжатую рабочую смесь в цилиндре. Рабочая смесь быстро сгорает. Температура газов, заполняющих цилиндр, повышается до 2500°, и давление их на поршень возрастает до 20—25 атмосфер.
Поршень под действием такого давления пойдет вниз и заставит коленчатый вал вращаться.
Процесс, при котором тепло сгоревшего топлива преобразуется в механическую работу, называется рабочим ходом поршня и соответствует третьему такту в работе двигателя.
Когда поршень прдблпзцтся к нижней мертвой точке, кулачковый валик с помощью кулачка 16, толкателя 17, штанги 18 и коромысла 19 откроет выхлопной клапан 20. Отработавшие газы начнут выходить через выхлопную трубу 21 наружу. Поршень, двигаясь вверх, вытолкнет из цилиндра отработавшие газы.
Процесс очищения цилиндра от сгоревших газов является четвертым тактом. Соответствующий ему ход поршня называется ходом выхлопа.
Коленчатый вал за период рабочего хода и хода выхлопа делает еще один полный оборот.
Таким образом, полный рабочий процесс в двигателе описанного типа состоит из четырех тактов, и за это время коленчатый 184
вал делает два оборота. Такого типа двигатели носят название четырехтактных двигателей.
В четырехтактных двигателях на каждый один рабочий ход приходится три вспомогательных хода. Для уменьшения неравномерности вращения коленчатого вала на его конце крепится массивный маховик 22. Этот маховик накапливает энергию во время рабочего хода и отдает ее при вспомогательных ходах.
Большинство автотракторных двигателей, применяемых в сельском хозяйстве, имеют по четыре вертикально расположенных цилиндра, работающих на общий коленчатый вал. Чередование ходов в цилиндрах подбирается так, чтобы на каждые полоборота коленчатого вала приходилось по одному рабочему ходу, что обеспечивает достаточно равномерное вращение этого вала. Встречаются также шестицилиндровые двигатели, имеющие еще большую равномерность хода.
Мощность карбюраторных автотракторных двигателей, применяемых в сельском хозяйстве, от 20 до 100 л. с. Номинальное число оборотов в минуту от 650 до 2500. Удельный расход горючего 300—350 г/л. с. ч.
Уход за карбюраторным двигателем заключается в наблюдении за правильным смесеобразованием (о чем можно судить по цвету выхлопных газов), за состоянием смазки и за температурой охлаждающей двигатель воды. При работе под нагрузкой температура воды должна поддерживаться в пределах 95—97°.
§ 4. НЕФТЯНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Нефтяные двигатели очень просты по своему устройству и не требовательны в эксплуатации.
Нефтяные двигатели выпускаются мощностью от 12 до 75 л. с. Номинальное число оборотов в минуту 250—600. Удельный расход топлива (нефти) 250—360 г/л. с. ч. Расход смазочного масла на 1 л. с. ч. 25—35 г.
Чтобы попять принцип действия нефтяного двигателя, рассмотрим, как протекает рабочий процесс в нем.
Когда поршень 1 находится у верхней мертвой точки (рис. 125, А), в цилиндр 2 впрыскивается с помощью форсунки топливо. Распыленное топливо, смешанное с воздухом, воспламеняется от раскаленного калоризатора <3. При этом сильно расширяются продукты горения. Давление газа заставляет поршень перемещаться вниз. Воздух, находящийся под поршнем В кривошипной камере 4, сжимается поршнем до давления 0,2—0,3 ат.
При положении поршня, показанном на рисунке 125, В, открываются выхлопные окна в цилиндре, и отработавшие газы, давление которых в цилиндре достигает 3—4 ат, удаляются наружу через выхлопную трубу.
Когда поршень подойдет к нижнему положению (рис. 125, В), открываются продувочные окна в цилиндре, соединенные с кри-
185
вошппной камерой. При этом сжатый воздух из кривошипной камеры поступает с большой силой в цилиндр и продувает его от оставшихся продуктов сгорания.
Поршень не останавливается в нижней мертвой точке, а под действием маховика начинает движение вверх (рис. 125, Г).
После того как поршень закроет сначала продувочные, а затем и выхлопные окна, в цилиндре начнется вновь процесс сжатия воздуха, и далее последует впрыск топлива и сгорание смеси.
В этот же период воздух снаружи засасывается через клапанное устройство внутрь кривошипной камеры (картер). Двигатели, работающие по описанному циклу, называются двухтактными двигателями.
Рис. 12л. Схема рабочего процесса нефтяного двигателя:
.4 — верхнее положение поршня; Б — удаление отработавших газов; В — продувка; Г — сжатие воздуха в цилиндре и засасывание воздуха в картер.
Горючая смесь, находящаяся под давлением в цилиндре двигателя, воспламеняется от соприкосновения с раскаленными до вишнево-красного цвета стенками калоризатора (запального шара). Температура калоризатора должна поддерживаться все время па уровне 400—500°. Так как с увеличением нагрузки двигателя температура калоризатора начнет подниматься выше указанного уровня, то для снижения его температуры в цилиндр впрыскивается вода. Количество подаваемой воды зависит от нагрузки двигателя и регулируется вручную. При полной нагрузке двигателя количество впрыскиваемой воды достигает 2 кг на 1 кг топлива.
Для обеспечения нормальной работы двигателя необходимо вести наблюдение:
1) за нагревом калоризатора, поддерживая нормальную температуру его;
2) за наличием масла и нормальной подачей его к трущимся деталям;
3) за наличием топлива в бакс и его температурой;
186
4) за наличием и температурой воды, охлаждающей двигатель; температура воды, выходящей из двигателя, не должна превышать 40—50° при охлаждении проточной водой и 65—70° при циркулярном ихлаждении,
5) за окраской выхлопных газов; выхлопные газы при полном сгорании топлива должны быть почти бесцветными. Черная или серая окраска выхлопных газов указывает на ненормальную работу двигателя.
§ 5. ДИЗЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Дизельные двигатели работают на тяжелом топливе (соляровое масло и дизельное топливо) и этим выгодно отличаются от карбюраторных двигателей, работающих на легком топливе (керосин, лигроин, бензин).
При движении поршня вниз в цилиндр дизеля засасывается чистый воздух. При обратном движении поршня этот воздух сжимается до 30—35 ат и в результате этого нагревается до 600— 700°. В конце хода сжатия в цилиндр с помощью форсунки впрыскивается топливо, п получаемая смесь под действием высокой температуры самовоспламеняется.
По принципу распиливания дизельные двигатели бывают двух типов: компрессорные и бескомпрессорпые.
В компрессорных дизелях для распыливания топлива применяется воздушный насос — компрессор.
В бескомпрессорных дизелях распиливание топлива осуществляется высоким давлением топливного насоса или при помощи особой форкамеры, в которой происходит частичпое сгорание топлива .
Бескомпрессорные дизели имеют по сравнению с компрессорными ряд преимуществ: меньший удельный расход топлива, удобство в эксплуатации. В силу этих причин они получили наибольшее распространение.
Удельный расход топлива в дизеле составляет 200—220 г/л. с. ч.
На рисунке 126 показан продольный разрез тракторного дизельного двигателя к ДМ-46. Его основные технические данные: мощность 80 л. с.; номинальное число оборотов в минуту 1000; число цилиндров 4; удельный расход топлива 205—220 г/л. с. ч; вес 2030 кг; габаритные размеры: длина 1843 мм; ширина 984 мм; высота 2000 мм. Пуск осуществляется специальным пусковым двигателем.
§ 6. ГАЗОГЕНЕРАТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Если двигатель в качестве топлива использует генераторный газ, то такой двигатель принято называть газогенераторным.
По принципу работы газогенераторные двигатели почти ничем не отличаются от двигателей, работающих на жидком топливе.
Генераторный газ получается в специальных газогенераторных установках в результате сжигания в них твердого топлива:
187
древесных чурок, угля,торфа. Каждая газогенераторная установка включает в себя газогенератор (газообразователь), систему охлаждения и очистки газа и соединительные газопроводы.
В газогенератор загружается топливо, и в нем происходит процесс горения этого топлива с недостатком кислорода и образование газа. После охлаждения и очистки от механических примесей газ поступает в двигатель.
Большое преимущество газогенераторного двигателя заключается в том, что в нем используется местное твердое топливо. При этом экономический к. п. д. газогенераторного двигателя значительно выше экономического к. п. д. локомобиля. Удельный расход топлива (дров) в газогенераторной установке составляет 1,1 кг/л. с. ч.
Глава 3
ВЕТРЯНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Использование энергии ветра началось так же давно, как и использование гидроэнергии. Первые ветряные двигатели были построены более 3000 лет тому назад.
Энергия ветра — очень непостоянная, с непрерывно пульсирующей мощностью.
Основная причина возникновения ветра в атмосфере заключается в неравномерном нагревании солнцем земной поверхности.
Энергия, развиваемая ветром, огромна. Подсчеты показывают, что если бы удалось использовать всю энергию ветра, развиваемую над площадью, которую занимает СССР, то за один год было бы получено 20 000 млрд, квт-ч энергии.
Однако практически использовать ветроэнергию удается пока лишь в очень незначительной доле. Особенно затруднительно использовать энергию ветра непосредственно для выработки электроэнергии, где требуется от ветродвигателя постоянство мощности и скорости вращения.
Поэтому ветродвигатели получили широкое распространение в сельском хозяйстве, пока главным образом для привода мельниц и водокачек.
Ветродвигатели строят в настоящее время двух типов: тихоходные, с большим числом лопастей, и быстроходные, с малым числом лопастей.
Тихоходные ветродвигатели удобны в том отношении, что для своего пуска они не требуют сильного ветра. Например, ветродвигатель ТВ-5 (рис. 127а) с диаметром ветрового колеса 5 м трогается с места при скорости ветра 2—2,5 м/сек.
Нормальную скорость 40 об/мин двигатель развивает при скорости ветра 8 м/сек. Мощность на ветроколесе при этом равняется 2,5 л. с.
Мощность с ветроколеса на приводной шкив внизу передается через две зубчатые конические передачи.
188
Если учесть к. п. д. этой передачи, равный примерно 0,9, то полезная мощность, снимаемая со шкива, составит 2,25 л. с.
Примером быстроходного ветродвигателя может служить ветродвигатель ВИМ-Д-12 (рис. 1276).
Ветровое колесо диаметром 12 м имеет всего три лопасти Расстояние от поверхности земли до оси ветрового колеса 16 м.
При скорости ветра 8 м/сек ветродвигатель развивает мощность 14,4 л. с.
Для выработки электроэнергии применяют в настоящее время три типа ветродвигателей.
Маленький быстроходный (двухлопастный) ветродвигатель с диаметром крыльев 3 м, соединенный с электрическим генератором постоянного тока и имеющий небольшую аккумуляторную батарею, применяют для освещения небольших помещений и для зарядки аккумуляторов радиоприемников.
Ветродвигатель Д-12 применяют в качестве двигателя для электростанции постоянного тока. Кроме генератора постоянного тока, на такой станции устанавливается также аккумуляторная батарея.
Ветродвигатель Д-18 (рис. 128) применяют в качестве двигателя для электростанции переменного тока. Ветровое колесо
18У
диаметром 18 м имеет три лопасти. Высота башни от поверхности земли до оси ветрового колеса равна 20 м.
Полезная мощность в киловаттах (на приводном шкиве внизу), развиваемая ветродвигателями с различным диаметром вет-
Рис. 128. Ветроэлектростанция Д-18.
роколэса в зависимости от скорости ветра, указана в таблице 10.
Таблица 10
Полезная мощность ветродвигателя (в квт)
Диаметр ветро-колеса (в м) Скорость ветра (в м,сек)
4 5 6 7 8 9
3 0,066 0,14 0,25 *0,39 0,6 0,83
5 0,2 0,4 0,7 1,1 1,65 2,35
8 0,53 1,0 1,8 2,85 4,25 6,0
12 1,2 2,35 4.0 6,35 9,5 13,2
18 2,7 5,2 9,1 14,3 21,5 30,0
190
Глава 4
МЕХАНИЧЕСКОЕ СОПРЯЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ С ДРУГИМИ МАШИНАМИ
Электрическая машина всегда соединяется (сопрягается) с какой-либо другой машиной.
Так, электрический генератор на станции соединяется с первичным двигателем (гидротурбиной, дизелем), от которого он получает механическую энергию. Электрический двигатель соединяется с рабочей машиной, которую он приводит во вращение.
Различают два типа соединения машин друг с другом:
1) непосредственное соединение с помощью муфты пли гибкого вала;
2) соединение с помощью промежуточной передачи (ременной, зубчатой, червячной).
Непосредственное соединение двух машин возможно при условии равенства их скорости вращения. Например, электрический генератор часто соединяют непосредственно с быстроходной гидротурбиной или двигателем внутреннего сгорания. Электрический двигатель обычно непосредственно соединяют с центробежным насосом, круглой пилой, машинкой для стрижки овец.
Соединение с помощью промежуточной передачи применяется в тех случаях, когда скорости вращения двух машин не совпадают.
Промежуточные передачи характеризуются передаточным числом. Передаточное число показывает, во сколько раз скорость вращения одной машины больше или меньше скорости вращения другой.
Выбор того или иного типа промежуточной передачи зависит от передаточного числа, условий размещения машин и других условий, связанных с выполнением передачи и ухода за ней.
§ 1. СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ МУФТЫ
Муфты для соединения машин бывают двух типов: глухие и подвижные.
Глухая муфта (рис. 129, а) состоит из двух дисков 1, сидящих один — на конце вала одной машины, а второй — на конце вала другой машины. Оба диска соединяются при помощи болтов 2.
Глухие муфты применяют там, где обе машины устанавливают на общей фундаментной плите и когда можно осуществить точную центровку и пригонку валов. Если эти условия неосуществимы, применяют упругие втулочно-пальцевые муфты.
Такая муфта (рис. 129, б) состоит также из двух дисков 1 и 4, но соединение между дисками осуществляется с помощью ремней, продеваемых сквозь отверстия в дисках муфты, или при помощи болтов 2, поверх которых надевают резиновые или кожаные кольца-втулки 3.
191
Рис. 129. Соединительные муфты: а — жесткие; б — эластичные.
§ 2. ПЛОСКОРЕМЕННАЯ ПЕРЕДАЧА
Ременная передача применяется в тех случаях, когда скорости вращения машин не равны между собой или когда обе машины нельзя установить рядом.
I II
in
Рис. 130. Различные виды ременных передач.
Ремни бывают кожаные, хлопчатобумажные и тканые прорезиненные.
Ремень надевается на два шкива: на шкив вала ведущей машины (первичный двигатель на электростанции, электродвигатель, вращающий рабочую машину) и на шкив вала ведомой машины 192
(электрогенератор на станции, рабочая машина, вращаемая электродвигателем).
В зависимости от взаимного расположения машин ременные передачи бываю! различных бидон.
На рисунке 130 показаны различные виды ременных передач, соединяющих ведущий шкив (5) с ведомым шкивом (<?).
Открытая или прямая передача (I) является наиболее распространенной. Она применяется при условии, когда машины расположены относительно друг друга таким образом, что их валы параллельны и вращаются в одну и ту же сторону, если смотреть на них со стороны шкивов.
Перекрестная передача (II) применяется в том случае, когда направление вращения машин противоположно.
Полуперекрестная передача (III) может передавать вращение при непараллельном расположении валов как в вертикальном так и в горизонтальном направлении (например, с вертикальной гидротурбины на электрический генератор с горизонтальным валом).
Угловая передача с направляющими роликами (IV) применяется в тех случаях, когда валы сопрягаемых машин расположены перпендикулярно друг другу.
Расстояние между осями шкивов, соединяемых ременной передачей, обычно берется в пределах от 0.5 до 8 м в зависимости от диаметра шкивов (при горизонтальных передачах пли наклонных передачах с углом к горизонту до 60°).
Наибольшее распространение плоскоременпые передачи находят для мощностей от 1 до 50 л. с. при скорости ремня от 5 до 25 м/сек.
Наименьшие рекомендуемые расстояния между центрами шкивов следующие:
Диаметр меньшего шкива (в мм) 50 60 70 80 100 125 150 175 200 250
Расстояние между центрами шкивов (в мм) 500 580 650 750 900 1100 1280 1450 1600 1830
Передаточное число для различных видов ременных передач не должно превышать следующих значений:
для открытых передач...............................5:1
» перекрестных передач..........................6:1
» полуперекрестпых передач .....................3:1
» угловой передачи с направляющими роликами , . . 4:1
» передачи с патяжпыми роликами................10:1
В ременной передаче различают две ветви ремня: ведущую (н) и ведомую (в). Ведущая ветвь всегда натяпута.
7 Н. А. Сазонов
193
Расчет ременной передачи сводится к выбору размеров шкивов и ремня.
Диаметры шкивов при передаточном числе, равном 1, равны между собой. При передаточном числе, большем 1, диаметры шкивов неодинаковы, причем отношение диаметров (т. е. диаметр большего шкива, разделенный на диаметр меньшего шкива) называется передаточным числом.
Если известны скорости вращения обеих машин п известен диаметр одного из шкивов, то можно легко рассчитать диаметр другого шкива по формуле:
n=z>
2 1 п2'
где: Dx — диаметр шкива первой машины (в мм);
— скорость вращения первой машины (в об/мин);
п2 — скорость вращения второй машины (в об/мин);
Г),, — диаметр шкива второй машины (в мм).
При более точном расчете необходимо принимать во внимание потери на скольжение ремня, которые обычно составляют 2% от полной скорости.
В этом случае, если диаметр шкива ведущей машины известен и равен Dir то диаметр шкива ведомой машины можно рассчитать по формуле:
Л=ЛД1Х0)98.
2 1 п.2
Если известен диаметр шкива ведомой машины D, п требуется рассчитать диаметр шкива ведущей машины то этот расчет производится по формуле:
П =П, - X 1,02.
По диаметру, полученному из расчета, и подбирается шкив ш числа стандартных шкивов, раз?,юры которых приводятся в таблице 11.
Т а б л п ц а И
Размеры стандартных шкивов (по ОСТ 1053)
Диаметр (в мм) 50: 63; 80; 90; 100; 112; 125; 140; 160; 180; 200; 225; 250; 280; 320; 360; 400; 450: 500: 560; 630; 710: 800; 900; 1000; 1120; 1250; 1400; 1600; 1800; 2000; 2250; 2500; 2S00; 3200; 3600; 4000.
Ширина (в мм) 40: 45; 50; 60; 70; 75; 80; 85; 100; 125; 150; 175; 200; 225; 2о0; 300; 350; 400; 450; 500; 600.
Выбор размеров ремня, т. е. его ширины и толщины, зависит от передаваемой мощности и скорости движения ремня.
Ширина ремня обычно задается шириной шкива. При этом ширина ремня берется несколько меньше ширины шкива (на 1— 5 см, в зависимости от ширины шкива). Рекомендуемая ширина ремня в зависимости от ширины шкива указана в справочниках.
194
Наиболее широко применяются в настоящее время прорезиненные ремни.
Прорезиненные ремни изготовляют из нескольких слоев хлопчатоисмалнин ткани, связанных между соооп вулканизированной резиновой массой. Число прокладок бывает от 2 до 8, п соответственно этому толщина ремней колеблется от 2,5 до 12 мм. Ширина прорезиненных ремней, изготовляемых промышленностью, колеблется от 20 до 450 мм.
Приводные ремни изготовляют трех типов:
типа А — нарезные, применяются для малых шкивов и больших скоростей (больше 20 м/сек);
типа Б — послойно-завернутые, применяются для тяжелых работ с прерывной нагрузкой и средних скоростей (до 20 м/сек);
типа В — спирально-завернутые, применяются для работ с небольшими нагрузками и при малой скорости (до 15 м/сек).
Стандартные размеры прорезиненных ремней приведены в таблице 12.
Таблица 12
Размеры прорезиненных ремней (по ГОСТ 101—54)
Ширина ремней (в мм) Число прокладок Толщина ремней (в мм) соответственно числу прокладок
20—25—30—40—45 2—3 з, 4, 5
50—60—70—7э 3—4—5 5,5—7,5
80—100 3-4—5—6 4,5—9,0
125—150—200—250 3—4—5—6 5—9
300 3—4—5—6—7—8 5,0—12,0
375—400—425— 450 3—4—5—6—7—8 5,0—12,0
Толщину ремня необходимо выбирать в зависимости от передаваемой мощности и скорости движения ремня.
Скорость ремня (г>) в метрах в секунду можно подсчитать, если известны диаметр (£)) шкива в миллиметрах и его число оборотов в минуту («), по следующей формуле:
D-n .
1 ~ 19 100
Рекомендуемая скорость ремня 10—25 м/сек.
Не приводя подробного расчета выбора толщины ремня, рекомендуем при выборе ремня пользоваться вспомогательной таблицей 13.
Для известной передаваемой мощности в лошадиных силах и скорости движения ремня в метрах в секунду по таблице находим число, представляющее произведение ширины ремня в сантиметрах на число прокладок г.
Разделив число, взятое из таблицы, на ширину ремня в сантиметрах, которая уже известна из ширины шкива, получим число z 7* 195
при округлении его до целого числа. Тем самым определяется и толщина ремня.
Если этот расчет приводит к очень толстому ремню, число прокладок которого не соответствует числу, указанному в таблице 12 для стандартных прорезиненных ремней, то это говорит о том, что ширина шкивов выбрана недостаточной. Следует взять по таблице 11 стандартных шкивов ближайшую большую ширину шкива и вновь произвести расчет ремня.
Таблица 13
Вспомогательные данные для выбора толщины ремня
Переда- Скорость ремня (в м/сек)
ваемая
мощность (в л. с.) 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
10 18 15 13 12 И 10 10 9 9 9
15 27 23 21 18 16 15 14 13 13 13
20 36 30 28 24 21 20 18 17 16 16
25 37 35 30 26 25 22 21 20 20
35 63 51 49 42 38 35 31 30 28 28
50 90 75 70 60 56 50 46 45 43 40
70 126 105 96 84 77 70 64 63 59 56
100 180 150 135 120 110 100 92 90 85 80
150 270 210 195 180 160 150 140 134 125 120
200 360 280 260 240 215 200 185 180 165 160
Чтобы обеспечить долговечность ремня, соотношение между толщиной ремня и диаметром меньшего шкива не должно выходить за определенные пределы. В таблице 14 указаны рекомендуемыз и допустимые минимальные диаметры шкивов для прорезиненных ремней в зависимости от числа прокладок.
Таблица 14 Минимальные диаметры шкивов для прорезиненных ремней при ширине ремня до 300 мм
Число слоев резины Реноме н д у е мы й ди а метр (в мм) Минимальный допустимый диаметр (в мм) *
2 100 <80
3 160 125
4 225 180
280 250
6 360 320
7 450 4и0
। Минимальная допускаемая длина ремня должна быть больше,
чем
т v
^мип 4
где v — скорость ремня (в м/сек).
19С>
Минимальное допускаемое расстояние между центрами шкивов для открытой передачи должно быть больше, чем
— 2 м,
где Dx и D„ —диаметры шкивов, в метрах.
Угол обхвата на малом шкиве для открытой передачи должен быть не менее 150°. В противном случае необходимо пли увели
чить расстояние между центрами шкивов, т. е. удлинить передачу
или применить натяжной ролик.
Отношение диаметра большого шкива к его ширине целесообразно выбирать в пределах от 6 до 12.
Ременная передача с натяжным роликом
Когда расстояние между шкивами двух машин по условиям помещения мало плп требуется осуществить передаточное число более 5, рекомендуется применять ременную передачу с натяжным роликом. Один из видов такой передачи показан на рисунке 131.
Натяжной ролик должен быть цилиндрическим с диаметром, равным диаметру малого шкива передачи, и шириной, равной ширине шкивов передачи.
Устанавливается натяжной ролик нсегда на ведомой ветви ремня. Натяжной ролик под дей-
Рис. 131. Ременная передача с натяжным роликом.
ствием собственного веса или с помощью специального груза,
подвешиваемого к ролику, всегда поддерживает одинаковое натяжение ремня и компенсирует естественное вытягивание ремня.
С помощью натяжного ролика передаточное число передачи можно довести до 10.
§ 3. КЛИНОРЕМЕННАЯ ПЕРЕДАЧА
Клиновые ремни имеют трапецеидальное поперечное сечение. Изготовляются они из хлопчатобумажного корда (нить двойной крутки) и ткани, связанных между собой резиновой массой.
Клиноременные передачи получают в настоящее время широкое расиространение благодаря целому ряду преимуществ перед плоскоремештой передачей.
Эти преимущества следующие:
1) возможность увеличения передаточного числа;
2) лучшая тяговая способность вследствие клиновой формы профиля;
3) меньшее рабочее натяжение, а следовательно, и давление на валы и подшипники;
4) меньшее скольжение;
197
5) меньшая ширина шкива;
6) неспаданпе ремня при кратковременных перегрузках;
7) эластичность соединения, не передающая вибраций и толчков;
8) бесшумность;
9) отсутствие потребности в смазке ремня;
10) простота обслуживания.
Клиноременная передача значительно дешевле зубчатой или цепной. Клиновые ремни водонепроницаемы и могут работать в сырых помещениях. К. п. д. их достигает
0,9—0,985.
Шкивы для клиноременных передач имеют канавки такой же трапецеидальной формы, как п сам ремень.
Прабилоно :
Рис. 133. Сечение клиновидного ремня.
Рис. 132. Правильное и неправильное положения клиновидного ремня в канавке шкива.
Рабочими поверхностями клиновых ремней служат их боковые грани, поэтому большое значение имеет положение ремня 1. канавке шкива. На рисунке 132 показаны правильное и неправильное положения ремня в канавке шкива.
Клиновые ремни изготовляют семи сечений п каждому сечению присвоено свое буквенное обозначение (см. табл. 15 и рис. 133).
Под номинальной длиной понимается внутренняя длина ремня, соответствующая внутренней его окружности.
Таблица 15
Основные размеры клиновых ремней (по ГОСТ 1284—45)
Обозначение сечения Размеры по рисунку 133 Площадь сечения F (в см*)
а мм /1 мм г градусов
О 10 6,0 40 0,47
А 13 8,0 40 0,81
Б 17 10,5 40 1,38
В 22 13,5 40 2,3
Г 32 19,0 40 4,76
д 38 23,5 40 6,92
Е 50 30,0 40 11,7
Стандартные длины клиновых ремней (в мм) (по ГОСТ 1284—45)
500; 560; 630; 710; 800; 900; 1000; 1120; 1250; 1400; 1600; 1800- 1900; 2000; 2120; 2240; 2360; 2500; 2650; 2800; 3150; 3550; 4000; 4500- 5000' 5600; 6300; 7100; 8000; 9000; 10 000; 11 200; 12 500; 14 000.
198
Расстояние между центрами шкивов при клиноременной передаче практически выбирают в следующих пределах.
Минимальное дон\ скаемое расстояние между центрами шкивов;
^1ИН=—мм,
где: и /), — диаметры шкивов, в миллиметрах;
h — высота сечения ремня, в миллиметрах.
Часто принимают 7мин равным диаметру большого шкива.
Максимальное допускаемое расстояние:
/макс = 2(Л+Л) ММ-
Рекомендуемый угол обхвата не менее 120°.
Передаточное число при клиноременной передаче может быть взято до 7, в крайнем случае до 10.
Допускаемая нагрузка на один ремень зависит от типа сечения и от скорости. Для выбора клинового ремня можно пользоваться таблицей 16.
Таблица 16
Тивы сечения ремня в зависимости от передаваемой мощности
Передаваемая мощность (в л. с.) Рекомендуемое сечение ремня Передаваемая мощность (в л. с.) Рекомендуемое сечение ремня
От 0,5 до 5 О От 25 до 100 г
» 1 » 10 А » 50 » 200 Д
» 3 » 25 Б » 100 п выше Е
» 10 » 50 В
Расчетные диаметры меньшого шкива могут быть выбраны и.з таблицы 17. Рекомендуется по возможности брать из таблицы большие значения диаметров.
Таблица 17
Расчетные диаметры меньшего шкива клиноременной передачи
Сечение ремня
Диаметр меньшего шкива (в мм)
О 1 70; 90; 112- 140 и более
А i 100; 125; 160; 2С0 » »
Б | 140; 180; 225; 280 » >>
В i 200; 250; 320; 400 » »
Г 1 320; 400; 500; 630 » »
Д ! 500; 630; 800; 1000 »
Е | 800; 1000; 1250; 1600 » »
I
За расчетный диаметр шкива принимается диаметр окружности, проходящей через центры тяжести сечения ремня (через точку О на рис. 133).
199
Диаметр большего шкива с учетом скольжения можно определить из формулы:
D ^1x0,98.
Скорость ремня подсчитывают по формуле:
D п г=ПП00М'СеК’
где D — расчетный диаметр шкива (в мм);
п — скорость вращения шкива (в об/мин).
Допускаемая скорость ремня от 5 до 25 м/сек.
Проверить правильность выбора типа сечения ремня и размеров шкивов можно по таблице 18, в которой указана мощность (в лошадиных силах), передаваемая одним ремнем данного профиля при данной скорости.
Т а б л и ц а 18
Таблица для проверки правильности выбора клиноремеиной передачи
Скорость ремня (в м/сек) Мощность (в л. с.), передаваемая одним ремнем профиля
А Б В Г Д
4 о.8 1,о 2,5 4,7 6,5
5 1,0 1,3 3,1 5.8 8,0
6 1/2 1,5 3,6 6,9 9,4
7 1,3 1.7 4.2 8.0 10,9
8 1,5 2,0 4,7 9,0 12,3
9 1,7 2.2 5,3 10,0 13,6
10 1,8 2,4 5,8 10,9 14,9
И 2.0 2,7 6,3 11,9 16,2
12 2,1 2,9 6,7 12,8 17.4
13 2,3 3,1 7,2 13,6 18,5
14 2,4 3,3 7,6 14,4 19,7
15 2,5 3,5 8,1 15,2 20,7
16 2.7 3,7 8,5 16,0 21,8
17 2,8 3,9 8,9 1677 22,8
18 2,9 4,1 9,3 17,4 23,9
19 3,0 4.3 9,6 18,1 24,7
20 3,1 4,5 10,0 18,8 25,5
Для передачи больших мощностей берут несколько ремней, которые работают параллельно. В этом случае шкив имеет не одну, а несколько канавок, по числу ремней.
На рисунке 134 показан чертеж разреза канавок шкива для нескольких параллельно работающих клиновых ремней.
На этом чертеже: Dr — расчетный диаметр (в мм); D3 — наружный диаметр (в мм); D3 — внутренний диамето (по дну канавки) (в мм); В — ширина шкива (в мм).
Число канавок на шкиве обозначают буквой z.
200
Пользуясь таблицей 19 и приведенными ниже формулами, можно определить все необходимые размеры шкива.
Таблица 19
Размеры канавок шкива (в aim}
Диаметр шкива 7J, определяется по расчету.
Наружный диаметр шкива Ds вычисляется по формуле:
D3=D1+2c (мм).
Внутренний диаметр шкива /А вычисляется по формуле: Di~D1 — 2е (мм).
Ширина шкива определяется по формуле:
B = (z—1) t-\-2m (мм),
Значения е, с, t и т берутся из таблицы 19.
§ 4. СОЕДИНЕНИЕ КОНЦОВ РЕМНЕЙ
Ремни (кроме клиновых) отпускаются со склада обычно в рулонах. Поэтому, определив требуемую длину ремня и отрезав его от рулона, требуется соединить концы ремня.
Правильное соединение концов ремня имеет большое значение для дальнейшей работы передачи.
Ремень с неправильно соединенными концами, как правило, быстрее изнашивается и во время работы бьет. Способы соединения концов ремней применяются различные.
Склеивание. Для соединения концов прорезиненных ремней лучший способ — склеивание.
2(11
Склеивать концы следует очень тщательно, так, чтобы в месте склеивания ремень был совершенно прямым и не имел утолщения. В противном случае он будет бить во время работы.
Лучше всего применять ступенчатые соединения. С этой целью концы ремня расслаивают и разрезают отдельные слои уступами, как показано на рисунке 133.
Длина каждого уступа зависит от ширины ремня и ее следует брать в следующих пределах.
Таблица 20
Длина уступа в зависимости от ширины ремня
Ширина ремня (В мм) до 150 175—250 275—500 свыше 500
Длина уступа (в мм) . . 90 125 150 175
Поверхностный слой приготовленных уступов соскабливают ножом и подчищают напильником с мелкой насечкой, чтобы очи-
।____________________________________________________________________________________________________1
Гпс. 135. Ступенчатое соединение концов прорезиненных ремней.
Склеивание производится
стить от грязи и взъерошить (при этом не следует задевать ткань). После этого места склеивания слегка промывают авиационным бензином. Применять обычный автомобильный бензин не следует, так как после этого клей будет плохо держать.
резиновым клеем.
Клей наносят на поверхности щетинной кистью равномер-
ным тонким слоем, после чего дают ему просохнуть настолько, чтобы не наблюдалось прилипания, и снова наносят тонкий слой клея. После нанесения и подсушивания 3—4 слоев клея концы ремня накладывают ступеньками друг на друга, оставляя в стыках концов просвет около 1 мм. Накладывать концы ремня следует постепенно, не допуская образования воздушных пузырей и прокатывая после накладки по склеиваемому участку ручным роликом или простукивая молотком. Соединив таким образом концы ремня, место склейки зажимают между двумя нагретыми металлическими планками с помощью струбцинок пли планок с болтами.
В таком состоянии происходит самовулканизация в течение 3—4 часов при температуре -(-100° и в продолжение одних суток при температуре 20—25°.
Сшивание концов ремня. Сшивание концов ремня по сравнению со склеиванием имеет ряд недостатков: ремни, проколотые шилом или пробойником, ослабляются; шов придает ремню жесткость и вызывает биение; сшивки, выступающие на рабочей поверхности ремня, способствуют его растяжению, что происходит в моменты набегания швов на шкив.
Чтобы избежать неравномерного хода ремня (биения), что особенно важно для генераторов па электростанции, следует во всех возможных случаях применять склеивание ремня, а не сшивание.
202
Однако сшивание ремня имеет то преимущество перед склеиванием, что может быть произведено очень быстро. Поэтому в установках средней и малой мощности сшивание ремня получило ши рок ое р а с н р ос т р а к с и и с.
Рис.
136. Различные виды сшивок ремней.
это было описано выше для
Рис. 137. Металлическое соединение концов ремня.
Прорезиненные ремни сшивают при ступенчатом соединении концов.
С этой целью концы ремня расслаивают и отдельные слои разрезают уступами так же, как подготовки к склеиванию.
Тщательно подогнав концы друг к Другу, шилом или лучше пробойником делают отверстия и сшивают концы топким сыромятным ремешком.
Различные виды применяемых сшивок показаны па рисунке 136. При сшивании ремней рекомендуется пользоваться указаниями, приведенными в таблице 21.
Таблица 21
Указания по сшиванию ремней
Ширина ремня (в мм) _ 1 Расстояние (в мм) Лиаметп от- Ширина сыромятного ремешка для сшивки (в ММ) Количество линий сшивок
Н от,оть,е1Р"ИЯ 'ремня* ме:кду отверстиями
- До 80 7 15 50 i S 8 2
80—140 8 15—20 60 5 9—10 2
140—250 8 20 70 I 10 3
250—350 9 25 70 ! 11 4
350—500 10 25 80 1 12 1 5
Металлическое соединение концов ремня. Одно из наиболее простых по своему выполнению — металлическое соединение, показанное на рисунке 137.
Количество стягивающих болтов выбирается в зависимости от ширины ремня.
203
ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ
ПРОИЗВОДСТВО, РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Глава 1
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Не все виды энергии, имеющиеся в природе, доступны и практически удобны для выработки электрической энергии. В настоящее время наиболее широко для этой цели используются водные потоки рек (гидроэнергия) и различные виды топлива (тепло-энергия).
§ 1. ПРИНЦИП ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ИЗ ОДНОГО ВИДА В ДРУГОЙ
Водный поток реки представляет собой движение определенной массы воды с известной скоростью, а всякое движущееся тело способно совершить работу.
Когда тело способно совершить работу, про него говорят, что оно обладает энергией.
Энергия, связанная с движением тела, называется механической энергией.
Если направить водный поток на лопатки водяного колеса, то оно начнет вращаться. Механическая энергия поступательного движения водяного потока превращается, таким образом, в механическую энергию вращения водяного колеса.
Вращающееся водяное колесо приводит в движение электрический генератор, в котором механическая энергия вращения превращается уже в электрическую энергию.
Несколько иным является путь преобразования заключенной в топливе энергии в электрическую энергию. Топливо при сгорании химически разлагается и при этом выделяет тепло. Его используют для нагрева либо воды до парообразования, либо йоздуха илп других газов. Нагретый пар или газы всегда стремятся расшириться в объеме. Это расширение используют, заставляя пар или газы давить на поршень и перемещать его в цилиндре. Поступательное движение поршня с помощью специального устройства (кривошипа) преобразуют во вращательное дви
204
жение вала механического двигателя. На этом принципе работают локомобили и двигатели внутреннего сгорания.
Можно также нагретый пар или газ под давлением направить на лопатки колёса м хаким иирааим получить сразу вращательное движение колеса и вала, на котором это колесо укреплено. На этом принципе работают паровые и газовые турбины.
Механическая энергия вращения преобразуется с помощью электрического генератора в электрическую энергию.
Преобразование энергии из одного вида в другой всегда связано с затратой части энергии на это преобразование. Поэтому не вся первичная энергия превращается в механическую и не вся механическая энергия превращается в электрическую.
Отношение полезной энергии к энергии, затраченной на ее получение, называется коэффициентом полезного действия (к. п. д.). Его принято обозначать греческой буквой г], называемой «эта».
Коэффициент полезного действия, полученный от деления полезной энергии на энергию затраченную, будет всегда меньше единицы н выражается в виде десятичной дроби.
В таблице 22 приведены величины к. п. д., практически наблюдаемые в сельскохозяйственных установках, служащих для преобразования энергии из одного вида в другой.
Если к. п. д., выраженный в виде десятичной дроби, помножить на 100, то к. п. д. будет выражаться в процентах.
Таблица 22
К. п. д. преобразования энергии в сельских установках
Затраченная энергия Полученная энергия К. п. д.
Гидравлическая Тепловая Ветровая Механическая Механическая » » Электрическая 0,7—0,8 0,05—0,28 0,3—0.4 0,85—0,90
Электрическая энергия является универсальной формой энергии в том смысле, что в нее относительно легко преобразуются все другие виды энергии. С другой стороны, электрическая энергия очень удобна для передачи на большое расстояние и для распределения между многочисленными потребителями.
§ 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ
Установку для производства электрической энергии называют электрической станцией. Первые электрические станции постоянного тока для общественного пользования были построены в России (в Петербурге) в 1883 г.
205
В зависимости от рода первичной энергии, преобразуемой в электрическую энергию, электрические станции в сельском хозяйстве разделяют на следующие три типа:
1) гидроэлектрические;
2) тенлоэлектрические;
3) ветроэлектрические.
Каждая электрическая станция включает в себя: механический двигатель, электрический генератор, щит управления и электрическое распределительное устройство.
На гидроэлектрической станции для создания напора и подвода воды к гидротурбине служат гидротехнические сооружения: плотина, деривационный канал, водохранилище.
На теплоэлектрпческой станции для подготовки,подачи и сжигания топлива служат: топливные склады, транспортеры, котельные, газогенераторные установки.
На ветроэлектрической станции механический двигатель (вет-роколесо) размещается на высокой опоре (башне) с ветронаправляющим устройством, благодаря чему ветроколесо ставится в наиболее благоприятные ветровые условия.
Механический двигатель и электрический генератор соединяются между собой или непосредственно муфтой (например, паровая турбина — генератор), или через механическую передачу: ременную (например, гидротурбина — генератор) и зубчатую (например, ветроколесо — генератор).
Механический двигатель вместе с электрическим генератором называют агрегатом. Гидроэлектрические и теплоэлектрические станции имеют часто по нескольку агрегатов, работающих параллельно.
Помещение внутри здания станции, где размещены машины, называют м а ш и н н ы м з а л о м.
Щит управления состоит из одной или нескольких панелей. На щите размещены измерительные приборы и аппараты управления и защиты. Измерительные приборы позволяют дежурному персоналу станции наблюдать за режимом работы генераторов и потребителей электрической энергии. К числу измерительных приборов, устанавливаемых на щитах управления, относятся вольтметры, амперметры, киловаттметры, частотомеры, фазометры и счетчики электрической энергии.
Электрические аппараты позволяют включать и выключать генераторы и питательные линии, регулировать напряжение, защищать генераторы и питательные линии от перегрузок и коротких замыканий.
Общий вид однопанельного щита управления для сельских электрических станций небольшой мощности (до 100 ква) показан на рисунке 138.
На рисунке 139 приведена типовая схема коммутации (схема электрических соединений) двухагрегатной сельской гидроэлектростанции с генераторами мощностью до 100 ква. На схеме три
206
Рис. 138. Щит управления сельской ГЭС.
провода трехфазной системы изображаются одной линией. Машины, аппараты и приборы показаны в условном изображении, принятом для электрических схем.
На имеются две слсасмы ёбирныл. шин; шины инакиги
напряжения 1 и шипы высокого напряжения 2.
l-i* ттший’Г ТТТТ ЗТ-СГГГП ТТ Л TTTi СГ^тгОттттп тт^пт" п r/чтт Отттзт ж ТА л а* Лап оттт то т>ттгт
Al LUOXIU.'A '-'-в. <_Г JI 1 JVI1U1 X J-> A VJJIA О 11 LJ1V VXXI1-
хронпые генераторы 3, па одном валу с которыми расположены машинные возбудители (машины постоянного тока) 4. К этим же шинам подключены обмотка низшего напряжения электрического трехфазного силового трансформатора 5, близлежащие потребители электрической энергии 6 и потребитель энергии на собственные нужды и освещение электростанции 7.
К шпнам высокого напряжения подключена обмотка высшего напряжения трехфазного силового трансформатора 5 и три питательных линии высокого напряжения 8, отходящие к потребителям, далеко расположенным от станции.
Г операторы подключают к шинам низкого напряжения через трехполюсные рубильники 9 п автоматические выключатели (автоматы низкого напряжения) 10, разрывающие цепь при перегрузках и при коротких замыканиях в генераторах. Обмотку низшего напряжения силового трансформатора и близлежащие потребители подключают к шинам через трехполюсные рубильники 11.
Отходящие питательные высоковольтные линии присоединяют к шинам высокого напряжения через трехполюсные разъединители 12, могущие служить выключателями, если величина отключаемого тока не превышает 5 а, или через трехполюспые выключатели мощности 13, если отключаемый ток превосходит За.
В качестве контрольно-измерительных приборов применяют: амперметры постоянного тока 14 в цепи возбуждения генератора,
207
амперметры переменного тока 15 в каждой фазе генератора, вольтметры переменного тока 16 для измерения напряжения генератора
Рис. 139. Схема коммутации сельской ГЭС мощностью ЯС ЮО ква.
счетчики электрической энергии 19 — по три на каждый генератор. Контрольная лампа 20 указывает положение трансформаторного рубильника. В цепи контрольной лампы имеется свой
208
выключатель 21. Измерительные приборы в цепи переменного тока генератора — амперметры и счетчики — подключаются через измерительные трансформаторы тока 22.
Для НОШриЛЯ ИоОЛЯЦЗП На стороне ВЫСОКОГО нсшрмЖёЬйЯ станции применяют три одинаковых вольтметра переменного тока, включенные между землей (заземлителем) 23 и шинами высокого напряжения.
К шинам высокого напряжения вольтметры подключают через измерительный трансформатор напряжения 24, высоковольтный предохранитель 25 и разъединитель 26.
В случае пробоя изоляции на той или иной фазе со стороны высокого напряжения, вольтметр, соответствующий поврежденной фазе, будет давать нулевое показание, в то время как два остальных вольтметра, соответствующие исправным фазам, покажут номинальное напряжение.
Для синхронизации генераторов при включении их па параллельную работу служит специальное синхронизирующее устройство, состоящее из нулевого вольтметра 27 и синхроноскопа 28.
В том случае, когда возникнет повреждение на шинах низкого напряжения и когда, в связи с этим, окажется без напряжения питательная линия 7, обслуживающая собственные нужды и освещение станции, между нулевым проводом и любой из трех фаз генератора через специальный переключатель 30 включается аварийное освещение 29.
В качестве устройств, защищающих электростанцию от повреждений, применяют: плавкие предохранители низкого напряжения 31 и высокого напряжения 32 для защиты от токов короткого замыкания; защиту от повышения напряжения на генераторе 33 сверх допустимой величины; автоматическое гашение поля в генераторе (АГП) 34 при отключениях генератора; разрядники высокого напряжения 35, предохраняющие станцию от грозовых перенапряжений.
Вторые комплекты трансформаторов тока 36, установленные в цепи генераторов, предназначены для компаундирующих устройств, автоматически поддерживающих напряжение при изменении нагрузки.
Для поддержания постоянного числа оборотов механического двигателя электростанции (а значит, и постоянной частоты переменного тока, вырабатываемой электростанцией) применяют а в-томатические регуляторы оборотов двигателя.
На электростанциях небольшой мощности вместо регулирования напряжения вручную применяют автоматические угольные регуляторы напряжения. На более крупных электростанциях для этой цели служат автоматические электромеханические регуляторы напряжения.
' Применение автоматических регуляторов скорости, напряжения и компаундирующих устройств представляет собой первую ступень в автоматизации сельских электростанций. Второй сту-
209
пенью автоматизации, осуществленной уже на ряде сельских гидроэлектростанции, является применение автоматических защит от перегрузок, недопустимого нагрева отдельных частей оборудования, от разноса гидротурбин при сбросе нагрузки, автоматического гашения поля, автоматической синхронизации агрегатов станции и т. д.
При еще более высоком уровне автоматизации электрическая станция работает без постоянного дежурного персонала. Пуск в ход и остановка станции, а также наблюдение за режимом ее работы и регулирование происходят в этом случае путем управления станцией на расстоянии из диспетчерского пункта. Дежурный по станции находится у себя на квартире и вызывается на станцию лишь сигналом, автоматически идущим со станции, в случае возникновения па ней повреждений или каких-либо нарушений нормального режима работы.
§ 3. ПЕРЕДВИЖНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
В сельском хозяйстве используются передвижные электрические станции. В колхозах передвижные электростанции применяют в качестве временных источников электроэнергии при отсутствии других, а также для обслуживания производственных работ, выполняемых вдали от населенного пункта.
Например, при электромеханической стрижке овец, которая производится обычно вдали от населенного пункта, единственным источником электроэнергии для питания небольших электродвигателей, приводящих в действие машинки для стрижки, может служить передвижная электростанция.
Такого же рода станции используются па лесных разработках, в передвижных ремонтных мастерских, для механизации строительства.
Передвижная электростанция состоит из: 1) первичного теплового двигателя (обычно тракторного типа), 2) электрического генератора и 3) электрического щита управления. Все это оборудование монтируется на автоприцепе или специальной переносной раме.
Мощность передвижных станций обычно не превышает 30 — 50 квт.
§ 4. ВЫБОР МОЩНОСТИ СТАНЦИИ
Мощность гидроэлектростанции выбирается из расчета полного использования имеющегося водотока реки в данном месте. Строить плотину и другие гидротехнические сооружения с целью использовать лишь часть имеющейся мощности водотока реки нецелесообразно.
Мощность тепловой станции на местном топливе и мощность трансформаторной подстанции от крупной электрической системы
210
выбираются из расчета ооеспечения электроэнергией в ближайшие 10—15 лет.
Мощность электростанции или подстанции определяют следующим ооразом.
1. Составляют список всех возможных потребителей электроэнергии с указанием мощности каждого из потребителей в киловаттах и продолжительности их включения в течение суток и года в часах. В списке отмечают расходы электроэнергии па освещение производственных, общественных и жилых помещений, уличное освещение, мастерские, водоснабжение, орошение, молотьбу,
в определенном масштабе
зерноочистку, мельницы, лесопилки, машины для приготовления кормов для скота, сепараторы, кипятильники, бытовые приборы в домах колхозников (электроплитки, электрочайники, электроутюги) и т. и.
2. Составляют суточный график мощности для зимы и для лета. Для этого по горизонтальной оси откладывают через равные отрезки 24 часа суток, а по вертикальной
осп для каждого часа откладывают мощности тех приемников, которые по условиям работы будут
подключены в это время к электростанции.
Например, осветительные приемники зимой включаются утром с 5 до 8 часов и вечером с 17 до 24 часов; водокачка — с 7 до 10 часов; мельница — с 7 до 12 и с 14 до 20 часов и т. д. При этом учитывают только те приемники, которые действительно в данное время будут работать. Суточный график нагрузки имеет примерно вид, показанный на рисунке 140.
Наибольшая нагрузка в течение суток называется макс и-м у м о м нагрузки. Определив максимум нагрузки для зимы, лета, а иногда и для осени, выбирают мощность станции ио самой большой нагрузке, увеличив ее на 10—15% для учета потерь мощности, затрачиваемой на передачу энергии от станции к потребителям.
Годовая потребность в электрической энергии всех приемников подсчитывается как сумма потребностей в электроэнергии каждого из них. Потребность в электроэнергии каждого из приемников определяется как произведение средней потребляемой мощности приемника в киловаттах в а число часов работы прием
ника в течение года.
Суммарную мощность всех установленных приемников электрической энергии называют у с т а н о в л о н н о й м о щ н о с т ь ю приемников. При условии широкой электрификации сельского
211
хозяйства установленная мощность приемников обычно в 2\/2— 3 раза больше максимальной потребной мощности, определенной из суточного графика.
Отношение суммарного годового потребления электроэнергии в киловатт-часах к максимальной потребной мощности в киловаттах называют продол ж и т е л ь н о с т ь ю и с и о л ь-в о в а н и я наибольшей наг р у з к и.
Для электрифицированных колхозов, совхозов и МТС эта продолжительность составляет 2500—3000 часов.
Отношение годовой выработки электроэнергии станцией в киловатт-часах к установленной мощности станции (обычно принимаемой по мощности электрического генератора) в киловаттах называют годовым числом часов использования установленной мощности станции.
Для небольших сельских электростанций годовое число часов использования установленной мощности станции составляет 2000— 2500 часов.
Основным источником электроснабжения сельского хозяйства следует считать крупные промышленные энергетические системы, присоединение к которым в настоящее время широко открыто для МТС, совхозов и колхозов. Этот источник электроснабжения является наиболее надежным в отношении подачи электроэнергии к сельскохозяйственным потребителям и наиболее дешевым в отношении капитальных затрат при осуществлении электрификации.
Лишь в тех районах, где отсутствуют электрические сети крупных энергосистем, источником электроснабжения служат сельские электрические станции.
При выборе типа станции и места ее установки необходимо руководствоваться следующими соображениями.
При наличии реки наиболее целесообразно строить гидроэлектростанцию. Если реки нет, то строится тепловая станция на топливе, которое легче и дешевле всего получить на месте (дрова, торф и т. п.). IIз тепловых станций на твердом топливе может быть выбрана локомобильная или газогенераторная станция.
Располагать электростанцию выгоднее в центре между электрическими приемниками. В случае, когда строится гидроэлектростанция, ее местоположение определяется главным образом условиями паивыгоднепшего строительства гидротехнических сооружений, в первую очередь плотины.
§ 5. МЕСТНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Несколько сельских электростанций, соединенных между собой электрической цепью и работающих па общую электрическую сеть, образуют Электр и ч е с к у ю споте м у. Если указанная электрическая система предназначена для питания электроэнергией только сельских потребителей относительно небо.ть-
212
шого района, то ее называют местной электрической системой.
В местную электрическую систему наиболее целесообразно объединять электростанции различных типов к различных режимов, например: объединение группы (каскада) гидростанций с тепловыми электростанциями, объединение гидростанций, расположенных на разных водотоках, резко отличающихся по своему гидрологическому режиму, ит. п. Объединение только однотипных станций, например каскада гидростанций, мало отличающихся по своему водному режиму, мепее эффективно.
Создание местной электрической системы ведет к более рациональному использованию местных энергетических ресурсов. Увеличивается выработка электроэнергии на гидростанциях и благодаря этому сокращается расход топлива на тепловых электростанциях, которые в данном случае играют роль резерва электрической мощности и включаются в работу лишь в определенные часы суток (при максимуме нагрузки) или в определенные периоды года, когда гидростанции резко снижают свою мощность (в период прохождения паводка и т. п.). Вместе с тем местная электрическая система создает более падежные условия для обеспечения электроэнергией потребителей, чем при питании от одной, изолированно работающей электростанции.
Электрическая связь между станциями системы осуществляется линиями электропередачи напряжением 10 и 35 кв. Напряжение 35 кв применяют обычно для связи между станциями крупной мощности от 1000 квт и выше и находящимися друг от друга на сравнительно большом расстоянии (25—50 км).
Общее число электростанций, объединяемых в одной системе, не должно быть чрезмерно большим, иначе это может повлечь за собой затруднения организационного и технического характера.
Рекомендуемое число электростанций в системе составляет обычно 3—6, но не более 10.
Ветроэлектрические станции могут эффективно работать только в местных электрических системах совместно с гидростанциями и тепловыми электростанциями, причем их суммарная мощность по отношению к общей мощности системы не должна быть больше 15-20%.
Глава 2
ПЕРЕДАЧА II РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
§ 1. ПРИНЦИП ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА РАССТОЯНИЕ
Электрическую энергию, в отличие от других видов энергии (тепловой, гидравлической и т. д.), можно легко передавать на расстояние. Энергия передается по проводам воздушных элект
213
рических линий путем распространения электромагнитных волн, движущихся от генераторной станции к потребителю. Скорость распространения электромагнитных волн примерно равна скорости света, т. е. 300 000 км/сек. В кабельных линиях эта скорость примерно в два раза меньше.
Длина электромагнитной волны при частоте переменного тока 50 герц равна 6000 км.
В сельских электрических установках на передачу энергии от станции к потребителю затрачивается от 10 до 20% электрической энергии, вырабатываемой станцией.
Обычная схема передачи и распределения электрической энергии от сельской гидроэлектрической станции показана на рисунке 141. От генератора станции энергия поступает на повысительную
Рис. 1'41. Схема передачи и распределения электрической энергии от сельской ГЭС.
трансформаторную подстанцию, в которой электроэнергия низкого напряжения преобразуется в электроэнергию высокого напряжения.
Благодаря такому преобразованию величина электрического тока при неизменной величине мощности уменьшается во столько раз, во сколько раз повышается напряжение. Так как сечение провода выбирается в зависимости от величины тока и потери на нагревание провода пропорциональным квадрату тока, то повышение напряжения дает возможность уменьшать сечение провода и тем самым снизить затрату металла на линию, а также резко уменьшить потери энергии при передаче.
С повысительной подстанции энергия поступает в линию электропередачи высокого напряжения, по которой передается от станции к мосту ее потребления. Чем выше напряжение в линии, тем дальше может быть передана энергия. В конце линии электропередачи энергия вновь поступает на трансформаторную подстанцию, теперь уже понизительную, где энергия высокого напряжения преобразуется в энергию низкого напряжения. От понизительной трансформаторной подстанции энергия по линиям низкого напряжения распределяется непосредственно между отдельными потребителями.
Систему линий, распределяющих энергию между потребителями, называют э л е к т р и ч е с к о й р а с п р е д е л и т е л ь-н о й сетью.
214
Пионерами в области передачи электрической энергии на расстояние явились русские электротехники. Русский военный инженер Ф. Л. Ппроцкий в 1874 г. впервые в мире осуществил опытную передачу электрической энергии постоянного тока* на расстоянии более километра. Шесть лет спустя русский ученый ,Д. А. Лачпнов (1842—1902) опуолпковал теорию передачи электро энергии па большие расстояния.
Широкое распространение электропередачи переменного тока стало практически возможным лишь после того, как русские электротехники П. Н. Яблочков и И. Ф. Усагин изобрели электрический трансформатор, а русский инженер М. О. Доливо-Доб-ровольсктй разработал технику трехфазного переменного тока.
В настоящее время в СССР приняты следующие стандартные напряжения (в вольтах):
на зажимах генераторов трехфазного тока —133, 230, 400, 525, 3150, 6300 и выше;
на зажимах трансформаторов трехфазного тока:
у первичных обмоток —127, 220, 380, 500, 3000, 6000, 10 000, 35 000 и выше;
у вторичных обмоток —133, 230, 400, 525, 3150, 6300, 10 500, 38 500 и выше;
эксплуатационные напряжения —127, 220, 380, 500, 3000, 6000, 10 000, 35 000 и выше.
§ 2. ТРАНСФОРМАТОРНАЯ ПОДСТАНЦИЯ
В зависимости от назначения различают повысительные и понизительные трансформаторные подстанции, а в зависимости от конструктивного выполнения — открытые и закрытые.
В сельском хозяйстве наибольшее распространение получили открытые мачтовые подстанции, один из типов которых показан па рисунке 142. Такая подстанция состоит из деревянной опорной конструкции 1 АП-образной формы, деревянной площадки 2, на которой установлен трехфазный силовой трансформатор 3.
Обмотка высшего напряжения трансформатора через трубчатые предохранители высокого напряжения 4 и разъединители 5 присоединена к воздушной линии высокого напряжения 6. Включают и отключают разъединители с земли с помощью штанги 7.
Обмотка низшего напряжения трансформатора через распределительный щит 8 присоединена к воздушной линии низкого напряжения 9. Распределительный щит помещается в деревянном или металлическом ящике, дверцы которого запираются на замок. На щите размещены рубильники и плавкие предохранители на входящей линии от трансформатора и на каждой питательной линии, отходящей к потребителям, и трехфазный счетчик для учета электроэнергии, отпускаемой с подстанции. Раздвижная
215
Рпе. 142. Мачтовая сельская
лестница 10 служит для подъема па трансформаторную площадку. Эту лестницу складывают и запирают.
Для защиты от атмосферных перенапряжений на подстанции устанавливают разрядники. Вокруг подстанции размещают заземляющий контур, состоящий из нескольких соединенных между собой заземлителей. Этот контур служит для заземления нейтрали трансформатора в системе низкого напряжения 380/220 в, разрядников и металлических петоковедущпх частей высоковольтного оборудования, которые могут случайно оказаться под напряжением (кожух трансформатора, рама разъединителей п т. п.). Последнее делается в целях защиты обслуживающего персонала от возможных поражений электрическим током.
На рисунке 143 показано устройство низковольтного распределительного щита подстанции в металлическом ящике. Щиты изготовляют на заводах и в комплектном виде со всеми приборами и аппаратами доставляют к месту строительства подстанции.
С одной стороны щита, которая находится под наблюдением энергоснабжающей организации, установлены трубчатые плавкие предохранители 1, защищающие спловой трансформатор подстанции от перегрузок и короткого замыкания на шинах распределительного щита, и три измерительных трансформатора тока 2 для счетчиков. С другой стороны, которая находится под наблюдением потребителя, расположены три комплекта трубчатых плавких предохранителей для трех питательных линий, отходящих к потребителям 3, трехфазный счетчик 4 для учета отпускаемой с подстанции энергии и один общий выключатель (рубильник) 5, защищенный металлическим кожухом.
§ 3. ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ И НИЗКОВОЛЬТНЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ
Линии электропередачи (ЛЭП) в сельском хозяйстве выполняют напряжением 6, 10 и 35 кв. При строительстве сельских электроподстанций крупной мощности будут применять ЛЭП напряжением 110 кв.
Низковольтные сельские сетп выполняют четырехпроводными с заземленным нулевым проводом. Напряжение между фазными проводами в сети составляет 380 в, а напряжение между любым из фазных проводов п нулевым проводом — 220 в. К напряжению 380 в присоединяют трехфазные приемники производственного назначения: электродвигатели, электронагревательные установки. К напряжению 220 в присоединяют электрические лампы и бытовые электронагревательные приборы — электроплитки, электрочайники.
Сельские линии высокого и низкого напряжения выполняют обычно в виде воздушных линий. Воздушная линия состоит из голых металлических проводов, подвешенных с помощью изоляторов на деревянных опорах.
218
But) спврвди
Разрез по 1-1
1’нс. 143. Устройство низковольтного распределительного щита подстанции.
1. Провода
Провода для электрических линий должны обладать хорошей электрической проводимостью, достаточной механической прочностью и свойством противостоять воздействию атмосферных явлений и различных химических влияний. Вместе с тем линии должны быть дешевыми при строительстве и падежными в эксплуатации.
В качестве металла для проводов электрических линий применяют медь, алюминий и сталь. В сельских электрических линиях преимущественное применение получили стальные и алюминиевые голые провода.
По конструктивному выполнению голые провода для электрических линий бывают следующих типов:
1) о д и о п р о в о л о ч н ы е, состоящие из одной жилы сплошного сечения;
2) м п о г о п р о в о л о ч и ы е, состоящие из нескольких скрученных между собой жил. Многопроволочные провода изготовляют иногда из двух металлов, например алюминия и стали. В этом случае внутренние жилы выполняют из стали, а внешние — из алюминия. Стальные жилы несут главным образом механическую нагрузку, так как обладают по сравнению с алюминием большей механической крепостью, а алюминиевые жилы проводят электрический ток, обладая по сравнению со сталью большей электрической проводимостью. Такне провода называют с т а-л о-а л ю м и и и е в ы м и.
Сравнение электрических и механических свойств и веса голых проводов из меди, алюминия и стали приведены в таблице 23.
Таблица 23
Сравнение свойств голых проводов из различного металла
Металл проводника Электрическая проводимость (в М'ОМ мм2) Механическая прочность (в нг'мм2) Удельный вес (в г/см3)
Медь 50 39 8,9
Алюминий .... 34 16 2,7
Сталь 7,7 65—/0 7,85
Для защиты стальных проводов от коррозии поверхность их покрывается тонким слоем пинка, и такие провода называют оцинкованным и. С той же целью в сталь добавляется 0,2—0,4% медп. Благодаря этому коррозийная стойкость стальных проводов повышается п срок службы увеличивается на 40—50%.
Каждому из видов голых проводов для электрических линий присвоена марка, состоящая из одной нлп нескольких букв и
цифры. Буквы указывают на металл, из которого выполнен провод, а цифра — на сечение провода в квадратных миллиметрах. В марке стальных однопроволочных проводов цифрой выражается диаметр провода в миллиметрах. Например, марка провода М-25 указывает, что провод выполнен из меди и имеет сечение, равное 25 мм2; марка провода 11МС-50 указывает, что провод выполнен из медистой стали, а его сечение равно 50 мм2; марка провода Ж-5 указывает, что провод выполнен из стали и имеет диаметр 5 мм.
Стандартные сечения проводов в квадратных миллиметрах для электрических линий, выпускаемые промышленностью, следующие:
медные — 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 60; 70 и вьппэ;
алюминиевые — 16; 25; 35; 50; 70 и вышз;
стальные многопроволочные—-25; 35; 50; 70; 95;
стальные одпопроволочные — диаметром 4; 5 и 6 мм.
2. Расчет
Расчет линии электропередачи сводится к выбору сечения провода и определению конструктивных размеров линии (высота опор, расстояние между опорами, расстояние между проводами).
При выборе сечения провода учитывают допустимый нагрев его, допустимые потери напряжения и энергии, а также затраты металла.
Если выбрать провод большого сечения, то нагрев его и потери напряжения и энергии в нем будут малыми. Зато расход металла на такую линпю будет большим. Можно выбрать провод малого сечения, при котором расход металла будет небольшим. Но при этом нагрев провода и потери в нем напряжения и энергии значительно возрастут. С народнохозяйственной точки зрения недопустимы как перерасход металла при строительстве линии, так и большие потери энергии при ее эксплуатации.
Наивыгоднейшее в этом отношении сечение провода линии электропередачи определяется э к о н о м и ч е с к о й плотностью тока, выражаемой в амперах на квадратный миллиметр сечения провода, в зависимости от вида провода и продолжительности работы линии под нагрузкой. Экономическая плотность тока указана в таблице 24.
Если в начале линии электропередачи (около станции) напряжение равно £7\, а в конце линии (около потребителя) — то разность:
в
называют потерей напряжения.
Потеря напряжения выражается в вольтах, если берется разность напряжений Ц\ и Uа, или в процентах, если эта разность делится на напряжение Ц\ и умножается па 100:
дс/о/о=Е^_Ь1оо°/о'.
221
Таблица 24
Экономическая плотность тока (в а/'ммг)
ГТ родолжнте льность работы линии под нагрузкой (Т час/год) Медные провода Алюминиевые провода Стальные провода
Менее 3000 2,5 1,5 0,45
3000—5000 1,75 1,0 0,40
Более 5000 1,25 0,75 0,35
Отклонением напряжения называют разность между действительным напряжением в данной точке линии и тем номинальным напряжением, на которое рассчитан приемник электроэнергии.
Например, трехфазный двигатель, имеющий номинальное напряжение 380 в, подключен к линии в такой точке, где действительное напряжение равно 360 в. В этом случае отклонение напряжения равно:
и -и =360 — 380=— 20 в,
или, в процентах:
х loo^0-,380 100= — 5,3%.
По существующим правилам устройства сельских электроустановок, напряжение на зажимах приемников электроэнергии в любом пункте сети и при любом режиме ее нагрузки не должно повышаться больше, чем на 7,5%, и снижаться больше, чем на 10% от номинального напряжения сети.
Для расчета потери напряжения в линии трехфазного тока пользуются следующей формулой:
PR + QX =----в,
где: Р — активная нагрузка (в квт);
Q — реактивная нагрузка (в квар);
R — активное сопротивление фазы линии (в омах);
X — индуктивное сопротивление фазы линии (в омах);
U — номинальное линейное напряжение липни (в кв).
Для расчета потери мощности в линии трансформаторного тока пользуются следующими формулами.
Активные потери:
Д/> = ^/?квт;
реактивные потери:
, п Р2 + О2 v
А квар.
Практический расчет линии электропередачи ведется в следующей последовательности:
222
1) по известной величине рабочего тока и экономической плотности его выбирают по таблице ближайшее сечение провода;
2) проверяют выбранное сечение провода на допускаемую потерю напряжения: если потеря напряжения получается большей, чем допускаемая, берут по таблице олпжаишес большее сечение и вновь проверяют ого на допускаемую потерю напряжения.
Допускаемой потерей напряжения в линии обычно задаются, исходя из полной допускаемой потери напряжения на всем участке передачи электроэнергии от станции до наиболее удаленного потребителя. В практике сельской электрификации на линию электропередачи приходится обычно потеря напряжения порядка 5—8 %. Сечение линии низкого напряжения выбирают по рабочему току с помощью справочной таблицы и затем проверяют на допускаемую потерю напряжения. Низковольтная магистральная линия выполняется трехфазноп четырехпроводной(3 фазы-ф-нуль). Ответвления от магистральной линии бывают двухфазные трех-нроводные (2 фазы -ф нуль) и однофазные двухпроводные (1 фазаф-пуль). Для каждого вида линии имеется своя формула расчета потери напряжения (табл. 25).
Таблица 25
Формулы для расчета потери напряжения при соз!р=1
т, Медные н алюминиевые :
Вид линии I провода j Стальные провода
Р4.100 I-Z- 1
3 фазыч-нуль \ Г’О 1 - о/ а С /О— , /О к • $ • L л А Т/*' — о/ 10. Z—
, 2.25-Р-1-100 , . , , IP-T-Z-1
2 фазы-t-нуль .0— 2 /О к • s U д 6 ° 10. Сф -
, гг 2-Р-М00 . . 2-I-z-l ,
1 фаза-Гнуль А / , О/ О
Обозначения в формулах: Р — мощность (в вт); I — ток (в а); 1]д — напряжение линейное (в в); U •—напряжение фазное (в в); I — длина расчетного участка линии (вм); z — полное сопротивление стального провода (в ом км); 5 — сечение провода (в мм2); к — удельная проводимость для медп 56, для алюминия 34.
При расчете сечения проводов липни следует иметь в виду, что для проводов каждой марки установлена наибольшая допускаемая нагрузка в амперах, вычисленная исходя из максимального допускаемого нагрева проводов (до 70°) при температуре окружающего воздуха 4-25°. Расчетная нагрузка не должна быть более допускаемой нагрузки по условиям нагрева.
По условиям механической прочности воздушной линии принятое расчетное сечение проводов не должно быть меньше сечения, указанного в таблице 26.
223
Таблица 26
Наименьшее допускаемое сечение или диаметры проводов для сельских линий
Линии низкого напряжения: стальные оцинкованные однопроволочные.......................3 мм
медные однопроволочпые...................................6 мм’
алюминиевые однопроволочные не допускаются
Линии высокого напряжения более 1 кв до 10 кв включительно (в ненаселенной местности):
стальные оцинкованные одпопроволочпыо..................3,5 мм
медные однопроволочные и многопроволочные...............10 мм’
алюминиевые многопроволочные............................16 мм’
То же, в населенной местности: стальные оцинкованные однопроволочпые.......................4 мм
медные многопроволочные.................................16 мм’
алюминиевые многопроволочные............................25 мм2
Линии высокого напряжения более 10 кв до 35 к в включительно (в ненаселенной местности): стальные оцинкованные одионроволочиые.......................4 мм
медные многопроволочные.................................16 мм’
алюминиевые многопроволочные............................25 мм’
То же, в населенной местности: стальные однопроволочные — нс допускаются медные мпогопроволочные....................................16 мм2
алюминиевые многопроволочные............................25 мм2
Пример. Рассчитать сечение стальных проводов трехфаз-пой линии электропередачи напряжением 10 кв и длиной 5 км, если передаваемая мощность равна 300 квт при cos ср=0,8.
Заданная допускаемая потеря напряжения равна 5 %. Число часов использования линии под нагрузкой менее 3000 часов в год.
1) Рабочий ток линии равен:
у 3 • и • cos 7 У 3-10-0,8
2) При экономической плотности тока для стальных проводов, равной 0,45 а/мм2, получаем сечение:
22 /П 2
8 = 75-7^ = 49 ММ2.
0,4э
По таблице выбираем ближайшее стандартное сечение 50 мм’ (стальной многопроволочный провод ПС-50).
3) Проверяем расчетное сечение провода на допускаемую потерю напряжения:
А (7 = ^=486 в, т. е. 4,86°/0,
где: Р = 300 квт;
Q = 225 квар;
R = 2,9-5=14,5 ом;
X =0,45-5=2,25 ом;
(7=10 кв.
224
3. Использование земли в качестве рабочего провода
Экономичным видом электропередачи, получившим широкое применение в практике ге-ткгклй эпоктрпфикапии. является линия с использованием земли в качестве рабочего провода. В этом случае трехфазная воздушная линия состоит всего из двух проводов вместо трех. Третьим проводом служит земля. Линию «два провода — земля» сокращенно называют ДПЗ. При сооружении линии по системе ДПЗ экономится 33% проводов, линейных изоляторов и крючьев, увеличиваются пролеты между опорами на 15—20% и соответственно снижается расход леса для опор.
Схема передачи трехфазного тока с использованием земли в качестве рабочего провода показана на рисунке 144. Чтобы
Побыинпелыт Поьимяемния
Рис. 144. Схема передачи трехфазного тока с использованием земли в качестве рабочего провода.
осуществить систему ДПЗ, на повысительной трансформаторной подстанции один из трех выводов высокого напряжения у трансформатора заземляют. Два других вывода трансформатора присоединяют к двухпроводной воздушной линии.
На понизительной подстанции к двум выводам высокого напряжения у трансформатора подводят два провода воздушной линии, а третий вывод заземляют таким же образом, как и на повысительной подстанции. Ток в заземленной фазе будет итти от одного заземлителя к другому.
Потеря напряжения в фазах линии ДПЗ будет различной: в заземленной фазе она будет всегда меньше, чем в воздушных, но практически расчет потери напряжения ведут в этом случае для воздушных фаз по той же формуле, что и для трехпроводных линий.
Применение ДПЗ в сельских электрических линиях рекомендуется в случае, когда ток короткого замыкания (двухфазного на землю) в линии равен или меньше 500 а. Это имеет место, когда сельская электролиния напряжением 6 кв присоединена к сельской электростанции мощностью до 1800 ква, или линия 10 кв — к станции мощностью до 3200 ква, или линия 35 кв — к станции мощностью до 10 000 ква. Если сельская электролиния присое
8 Н. А. Сазонов
225
динена к мощной электрической системе, то ток короткого замыкания в линии будет равен или меньше 500 а в том случае, когда электролиния напряжением 6 кв присоединена к трансформаторной подстанции мощностью до 320 ква, или линия 10 кв — к подстанции мощностью до 560 ква, пли линия 35 кв — к подстанции мощностью до 1800 ква.
Сопротивление заземления трансформаторных подстанций ДПЗ в этом случае не должно превышать 10 ом, если мощность подстанции меньше 100 ква; при мощности подстанции свыше 100 ква сопротивление заземления не должно превышать 4 ома.
4. Смешанная система распределения энергии
Экономичным видом распределения электрической энергии, получающим распространение в сельском хозяйстве, является смешанная система, при которой магистральные линии высокого напряжения выполняют трехфазными (три провода или
Рис. 145. Схема однофазного трансформаторного пункта.
два провода — земля), а ответвления к отдельным потребителям — однофазными (два провода или один провод — земля) тоже высокого напряжения 6 или 10 кв. На опоре, находящейся в непосредственной близости от приемника электроэнергии, укрепляется небольшой однофазный трансформатор, снижающий напряжение до величины, необходимой для потребителя. Таким образом, вся распределительная электрическая сеть, ранее выполняемая па низком напряжении, при смешанной системе почти целиком выполняется на высоком напряжении 6 и 10 кв. Благодаря этому экономия в проводниковом металле для распределительных сет ой доходит до 50/6, а общая стоимость сооружения распределительных сетей снижается на 15%.
В настоящее время изготовляют однофазные трансформаторы мощностью 5 и 10 ква па первичное напряжение 6 и 10 кв. Однофазные трансформаторы подвешивают непосредственно на опоре воздушной сети.
Однофазную сеть низкого напряжения по смешанной системе выполняют трехпроводной со средним проводом. Напряжение мэжду средними и крайними проводами равно 220 в, а между крайними проводами—440 в. Средний провод заземляют также,
226
как нулевой Провод в системе 380 в с заземленной нейтралью. Осветительную нагрузку включают на напряжение 220 в, а силовую — на напряжение 440 в. Схема однофазного трансформаторного пункта показана на рисунке 145.
В качестве однофазных электродвигателей можно применять обычные трехфазные двигатели без какой-либо переделки, имея лишь в виду, что номинальная мощность трехфазных двигателей при работе в однофазном режиме снижается на Д3.
От трансформатора мощностью 5 ква можно питать электродвигатели в однофазном режиме мощностью до 3 квт.
§ 4. ВНУТРЕННЯЯ ПРОВОДКА
Внутри помещений все электрические линии выполняются изолированными проводами. В зависимости от характера помещения и назначения проводки применяют изолированные провода различных марок п сечений. Для силовых приемников (электродвигатели, электронагревательные установки) подводят напряжение 380 в для осветительных установок и бытовых нагревательных приборов — 220 в.
Изолированные провода прокладывают на роликах или изоляторах на поверхности стен и потолков (открытая проводка) или в специальных трубках под штукатуркой или под полом (скрытая проводка).
Сечение проводов выбирают по рабочему току. Для защиты проводов от токов короткого замыкания служат плавкие предохранители. Перегрузка изолированных проводов током ведет к сильному нагреву их и возгоранию изоляции, что может привести к возникновению внутри помещения пожара. Так как с течением времени изоляция проводов постепенно разрушается, то возникновение пожара от перегрузки проводов током становится наиболее вероятным в помещениях со старой проводкой. В связи с этим внутренняя проводка должна периодически.обновляться.
Для присоединения внутренней проводки к наружной воздушной линии низкого напряжения служит устройство, называемое вводом. Ввод представляет собой воздушное ответвление от линии низкого напряжения, выполняемое голым проводом и подходящее непосредственно к степе помещения и там закрепляемое с помощью изоляторов.
От воздушного ввода сквозь стену внутрь помещения прокладывается ввод из изолированного провода.
Внутри помещения в месте ввода устанавливается распределительный (групповой) щиток с плавкими предохранителями, ст которого идут линии в разные направления по помещению. В случае надобности у ввода внутри помещения устанавливают счетчики электрической энергии.
3*
227
Глава 3
ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
§ 1. ВИДЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Разнообразное применение электрической энергии в сельском хозяйстве можно свести к нескольким основным видам.
Электрический привод машин и устав о-в о к: молотилок, зерноочисток, кормоприготовительных машин, мельниц, лесопилок, насосов, тракторов, комбайнов.
Электрический нагрев: воды, молока, сельскохозяйственных продуктов, воздуха в помещениях, почвы в теплицах и парниках.
Электрическое освещение: половых работ в ночное время, производственных, общественно-культурных и жилых помещений, улиц и площадей.
Специальные виды применения электричества в различных его формах: электросварка металлов, электросветокультура в теплицах, ультрафиолетовое облучение цыплят и поросят, электрические ловушки для летающих насекомых-вредителей, сушка сельскохозяйственных продуктов токами высокой частоты и инфракрасными лучами.
Радио, телефон, кино: в производственных, учебных и культурных целях и в личном быту населения.
§ 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШПИ II УСТАНОВОК
1. Общее понятие об электроприводе
Каждая производственная машинная установка состоит из трех основных частей: рабочей машины, выполняющей производственную операцию, двигателя, приводящего рабочую машину в действие, и устройства, передающего энергию от двигателя к рабочей машине. Если в качестве двигателя применяется электрический двигатель, то такую производственную установку называют э л е к т р и ф и ц и р о в а и и о и.
Электродвигатель вместе с передаточным устройством и аппаратурой управления, которые, вместе взятые, составляют часть электрифицированной производственной установки, называют электрическим приводом (электроприводом) машины или установки.
Если электрическая аппаратура управления выполнена таким образом, что пуск и остановка электродвигателя и регулирование его скорости вращения происходят автоматически (без участия рабочего), в зависимости от требований технологического процесса, то такую производственную установку называют установкой с 228
автоматизированным электрическим приводом.
Наиболее совершенным машинным агрегатом является автомату котором наряду с электрическим приводом автоматизированы и все технологические операции.
2. Выбор типа электродвигателя
Электрический двигатель выбирают в зависимости от требований и условий, в которых ему предстоит работать.
Мощность электродвигателя должна соответствовать мощности, необходимой для привода рабочей машины. Если двигатель выбран заниженной мощности, то он не будет приводить в действие машину, когда она полностью загружена, или же будет работать с постоянной перегрузкой и перегреваться, что недопустимо по условиям его эксплуатации. При выборе двигателя завышенной мощности он будет работать недогруженным. Это снизит коэффициент мощности всей электрической установки, загрузит электростанцию и линию электропередачи вредными реактивными токами, вызывающими дополнительные потери.
Номинальная мощность рабочей машины указывается в ее паспорте или определяется по справочнику. В тех случаях, когда электродвигатель пускается в ход под нагрузкой, при выборе мощности электродвигателя проверяют также достаточность пускового (начального) момента двигателя для пуска в ход рабочей машины под нагрузкой.
Когда рабочая машина по условиям производства имеет кратковременные, но значительные перегрузки, электродвигатель при выборе его мощности проверяют на достаточность его перегрузочной способности, т. е. на достаточный максимальный (опрокидывающий) момент.
Скорость вращения электродвигателя выбирают в соответствии с номинальной скоростью вращения рабочей машины. В тех случаях, когда скорость вращения электродвигателя равна требуемой скорости вращения рабочей машины и двигатель можно соединить с рабочей машиной через муфту, электропривод получается наиболее простым и экономичным. В большинстве случаев электропривод в сельском хозяйстве осуществляют через передаточное устройство (ременную или зубчатую передачу), так как электродвигатели, как правило, являются быстроходными, а сельскохозяйственные рабочие машины тихоходными. В связи с широким развитием сельской электрификации промышленность готовит к выпуску новые конструкции более быстроходных сельскохозяйственных машин, рассчитанных на электрический привод.
При выборе скорости вращения двигателя и в случае необходимости передаточного устройства следует иметь в виду, что пониженная скорость вращения рабочей машины ведет к снижению производительности, а вращение рабочей машины со скоростью
229
более высокой, чем это указано в паспорте машины, не всегда может быть допустимо по условиям механической прочности вращающихся частей машины.
Условия, в которых предстоит работать электродвигателю, определяют выбор двигателя по рабочему напряжению, типу и исполнению.
В зависимости от напряжения электрической сети двигатель выбирают на рабочее напряжение 127/220 в или 220/380 в.
При выборе типа электродвигателя переменного тока предпочтение всегда отдают асинхронному трехфазному двигателю с корот-
Рис. 146. Передвижной электропривод.
козамкнутым ротором, как наиболее распространенному, экономичному и удобному в эксплуатации. Асинхронные двигатели с фазным ротором применяют в сельском хозяйстве в очень редких случаях. Трехфазиые синхронные двигатели применяют главным образом на мощных насосных установках в районах орошения.
Род помещения или окружающей среды определяет выбор исполнения двигателя по способу защиты. Для закрытых, сухих, непыльных помещений выбирают защищенное исполнение двигателя, для пыльных п влажных помещений и открытого воздуха — закрытое исполнение, для помещений, опасных по взрыву,— взрывобезопасное исполнение.
Электродвигатель, предназначенный для поочередного обслуживания нескольких рабочих машин, выполняют вместе с передаточным механизмом, переносным или передвижным.
На рисунке 146 показан такого рода передвшкной электропривод. Электродвигатель вместе с передаточным механизмом смонтирован на одноосной тележке, конструкция которой делает его удобным как для перемещения, так и для длительной работы на стационарной установке. Передвижной электропривод предназначен для обслуживания различных сельскохозяйственных машин не
230
большой мощности (от 0,25 до 4,5 квт) и допускает регулирование скорости вращении приводного шкива от 250 до 960 оборотов в минуту,
3. Расчет мощности короткозамкнутого асинхронного двигателя по условиям пуска от сельской электрической сети малой мощности
При выборе электродвигателя необходимо учитывать особые условия, в которых придется ему работать. Эти особые условия состоят в том, что источником питания электродвигателей являются в большинстве случаев электрические станции или трансформаторные подстанции малой мощности.
Пусковой ток короткозамкнутых асинхронных двигателей при прямом включении в сеть в 5—6 раз превосходит номинальный ток двигателя. Поэтому включение электродвигателя вызывает в сети малой мощности резкое снижение напряжения.
Потеря напряжения при пуске двигателя от трансформатора вызывается сопротивлением обмоток трансформатора и сопротивлением соединительной линии. При одном и том же пусковом токе потеря напряжения будет тем большей, чем больше сопротивление (чем длиннее соединительная линия, меньше ее сечение, больше ее удельное сопротивление, тем меньше мощность трансформатора).
Потеря напряжения при пуске двигателя от станции с синхронным генератором вызывается сопротивлением соединительной линии, сопротивлением обмоток генератора и реакцией якоря генератора.
Величина и длительность потери напряжения в сети при пуске электродвигателя влияют на пусковые характеристики двигателя (пусковой ток, вращающий момент, продолжительность пуска), а также п на устойчивость работающих в сети асинхронных двигателей.
Поэтому расчет мощности короткозамкнутого асинхронного электродвигателя по условиям допустимости включения его в сеть ведется исходя из величины потери напряжения, допустимой для данной сети при пуске двигателя. Отсутствие расчета пли неправильный расчет приводят к тому, что при включении в сеть двигатель не разбегается совсем или разбегается очень медленно, а работающие в сети двигатели при этом останавливаются.
В случае, когда в сети работают асинхронные двигатели п устойчивость их работы должна быть сохранена, максимальная допустимая потеря напряжения в любой точке сети в момент пуска двигателя не может превышать 20%.
Если в сети нет работающих асинхронных двигателей и пуск включаемого электродвигателя производится без нагрузки (вхолостую), то максимальная потеря напряжения в точке подключения двигателя может быть допущена в пределах до 60 ?6 номинального напряжения.
231
В таблице 27 указаны максимальные мощности короткозамкнутых электродвигателей, допустимые к включению от трансформаторов, при сохранении условия, что потеря напряжения при включении двигателя не превосходит 20%. Двигатель пускается вхолостую п в непосредственной близости от трансформатора, когда сопротивлением соединительной линии можно пренебречь. Трансформатор загружен на 5096.
Т а б л п д а 27
Мощность трансформатора (в ква) ... 10 20 30 50 75 100 Максимальная допустимая мощность
электродвигателя (в квт)........... 5 10 15 25 35 45
Условия пуска электродвигателей от синхронных генераторов труднее по сравнению с пуском от трансформатора. Поэтому максимальные мощности короткозамкнутых электродвигателей, допустимые к включению от синхронных генераторов, как это видно из таблицы 28, будут меньшими, чем в случае пуска от трансформатора, если сохранить условие, что потеря напряжения при включении двигателя не превосходит 20%. Двигатель при этом пускается вхолостую, генератор не имеет предварительной нагрузки и на генераторе не установлено устройство для автоматического поддержания напряжения.
Таблица 28
Мощность синхронного генератора (в ква)....................... 15 25 35 45 60 100
Максимальная допустимая мощность
электродвигателя (в квт) .... 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 4,0
Если генератор предварительно нагружен работающими асинхронными двигателями примерно на 50% номинальной мощности, то максимальная мощность электродвигателя, допустимая ко включению, увеличивается вдвое. В том случае, когда синхронный генератор имеет компаундирующее устройство, максимальная мощность электродвигателя, допустимая ко включению от синхронного генератора, может уже составлять 50—60% номинальной мощности генератора.
Воздушная соединительная линия оказывает очень большое влияние на потерю напряжения при пуске двигателя, так как сопротивление линии, обычно выполненной из стали, имеет значительную величину. Чем длиннее соединительная линия и чем меньше ее сечение, тем больше она увеличивает потерю напряжения при пуске двигателя. Например, максимальная потеря напряжения при пуске электродвигателя мощностью 10 квт от трансформатора мощностью 20 ква в непосредственной от него близости равняется 15%. При наличии соединительной линии длиной 250 м из провода ПС-35 максимальная потеря напряжения при пуске того же электродвигателя возрастает до 43%.
232
к. Электропривод на молотильном пункте
На рисунке 147 показан электромеханпзированный молотильный пункт со сложной молотилкой. Со скирды хлебной массы 16 ИЛИ СО СТОЛ Й ПОДАЧИ О рлЗВЯЗА ННЫ0 СНО11Ы \ 1\ЛйДЬ113с1Ю1 у >1 1Щ Li±ViI*->“ подаватель 2 и с помощью его подаются в молотилку 7. Обмолоченное зерно высыпается на шнековый транспортер 5, который подает зерно в веялку-сортировку 4. Очищенное зерно с помощью ковшового элеватора 6 собирается в зерновой бункер 10 и оттуда высыпается в кузов автомашины 15. Солома с помощью соломодува 7 и полова с помощью половодува 8 отводятся к скирдам. Механизация молотильного пункта сокращает потребность в рабочей силе с 30 до 14 человек. Для привода механизмов на таком пункте устанавливают пять электродвигателей следующей мощности (в киловаттах):
молотилка ...........................................
снопоподаватель .....................................
веялка-сортировка, шнековый транспортер и ковшовый
элеватор ..........................................
соломодув ...........................................
половодув............................................
14
1,0
0,85
10
4,5
5. Электропривод па животноводческой ферме
Механизация трудоемких работ на животноводческой ферме основана на применении электропривода к различным машинам. Благодаря электрическому двигателю появилась возможность заменить ручной труд в таких производственных процессах, как доение коров и стрижка овец. К настоящему времени созданы электрифицированные машины для механизации всех основных производственных работ по подготовке кормов, уходу за животными и первичной переработке продуктов животноводства. Применение электрических двигателей сокращает потребность в рабочей силе для фермы в два раза, создает более благоприятные санитарные условия содержания скота, повышает качество кормов и удобство кормления и в результате всего этого увеличивается продуктивность животноводства. Ниже приводится перечень основных машин, рекомендуемых для механизации животноводческих ферм, с указанием потребной мощности электродвигателей.
Наименование машины
Потребная мощность электродвигателя (в квт)
Силосорезка РКС-12....................
Транспортер корнеплодов ТК-0..........
Корне-клубнемойка МП-2,5..............
Корнерезка РКР-2,0....................
Шнековый транспортер для готовых сочных кормов ...........................
10,0 1,7 1
0,27 I Обслуживаются одним
1,05 \ электродвигателем
I мощностью 2,8 квг 0,27 )
233
Рис. 147. Элоктромехапизированный молотильный агрегат: 1 — сложная молотилка; 2 — сиопоподаваюль; 3 — стол подачи; 4 — веялка-сортировка; 5 — шнековый транспортер; 6 — ковшевой элеватор; 7 — соломод^в; 8 — половодув; !) — шкаф управления; 10 — зерновой бункер; 11 — весы; 12 — электродвигатель для привода молотилки; 13 -- электродвигатель для привода веялки-сортировки, ковшевого элеватора1 и шнекового транспортера;
11 - электродвигатель для привода спопоподавателя; 15— автомашина; 16 — скирда хлебной массы.
Продолжение
Наименование машины
Потребная мощность этектро-двигателя (в нвт)
Кормозапарник ЗК-1,0 ...............
Картофелемялка КМ-1,5.................
Универсальная дробилка ДКУ-1,2 для
сенной муки ........................
Измельчитель грубых кормов ПК-3 . . . Пневматический транспортер............
Молотковая дробилка для концентриро-
ванных кормов ДМК-0,1...............
Пневматический транспортер............
Смеситель сыпучих кормов..............
Нория НВ-4 ...........................
Магнитный аппарат для очистки кормов от металлических примесей.............
Вентилятор в кормоприготовительном отделении ..............................
Автоматическая безбашенная электроводокачка ВЭ-2,5........................
Доильная установка (комплект на 100 коров) .................................
Насос для откачки навозной жпжи . . . Установка для чистки животных (комплект па 100 голов)...................
Электроагрсгат для стрижки овеп РСА-12 Вентиляторы в помещении для животных I
Твердое топливо
1,0
7,0 |
6,9 >
3,0 J
6,5 |
3,0 )
1,27 I
0,32 1
Электродвигатель
10 квт
Электродвигатель 10 квт
Электродвигатель 1,7 квт
Постоянные магниты
0,6
2,8
2,8
1,7
1.0
2,8
0,6
6. Электропривод в подсобных предприятиях
В колхозах имеются различного рода подсобные производства, обслуживающие текущие нужды в строительстве, ремонте, техническом обслуживании автопарка и первичной обработке сельскохозяйственных продуктов. Применение электропривода в этих подсобных предприятиях дает большой экономический эффект. Ниже приводится перечень машин и установок в подсобных производствах с указанием рекомендуемой мощности электродвигателей.
Наименование машин
Потребная мощность электродвигателя (в квт)
Слесарно-кузнечная мастерская
Сверлильный станок Д-25.............
Токарный станок К-33................
Т очило 3633........................
Кузнечный вентилятор № 3............
Электродрель .......................
2,8
1,7
1,0
2,8 0,4
236
Продолжение
Наименование машин
Потребная мощность электродвигателя (в квт)
Сто лярво-и лог илцкая мастер с к а я
Пила круглая ............................
Фуговальный станок.......................
Токарный по дереву стопок ...............
Лесопильная рама ........................
Мельница жерновой постав 7,4".....................
крупорушка............................
Молочная сепаратор «Урал-6».......................
маслоизготовитель МК-400 .............
Гараж (зарядная установка, компрессор, вентилятор) .................................
10
1,7
1,7
28
14
4,5
0,6
1,0
4,5
7. Электрический трактор
Примером применения электродвигателя на сельскохозяйственных полевых машинах, находящихся при работе в постоянном движении, может служить электрический трактор, показанный на рисунке 148.
На раме, такой же как у обычного гусеничного трактора, установлен электродвигатель 6, приводящий в движение трактор с прицепленными к нему орудиями (плуг, борона, культиватор, сеялка и т. п.).
Электрическая энергия подводится к двигателю от электрической воздушной линии, проложенной вдоль поля. Полевые электролинии имеют напряжение 6 или 10 кв. Напряжение, подводимое к электродвигателю на тракторе, равняется 1000 в. Для подключения к воздушной линии в любом пункте и для снижения напряжения с 6000 пли 10 000 в до 1000 в служит передвижная трансформаторная подстанция. От нее к движущемуся по полю трактору электрическая энергия подается по длинному гибкому кабелю. На тракторе установлен вращающийся барабан 4, на который кабель через подвижную приемную стрелу 2 наматывается при движении трактора по направлению к подстанции. При движении трактора в обратном направлении кабель сматывается с барабана и укладывается на землю позадп прицепных орудий. Длина кабеля составляет 800 м. На это расстояние электротрактор может отходить в обе стороны от полевой воздушной линии. Электрический трактор с плугом может вспахать участок поля размером 14 га без передвижки подстанции. С помощью дополнительного кабеля длиной 800 м и специальной кабельной тележки электротрактор с плугом обрабатывает без передвижки подстанции участок поля уже размером 200 га.
237
В качестве тягового двигателя на электротракторе применен асинхронный трехфазный электродвигатель с короткозамкнутым ротором. Мощность электродвигателя составляет 42 квт. Расход электроэнергии на обработку одного гектара нии равен 45 квт-ч.
По описанному выше способу питания работает и самоходный электрический комбайн.
в условном псчисле-
Рис. 148. Электрический трактор конструкции ВИЭСХ:
1 — кабель; 2 — кабелепрпемпая стрела; 3 — ролик, направляющий кабель по барабану; 4 — барабан с кабелем; б — электродвигатель для привода барабана; в — тяговый электродвигатель; 7 — приспособление для передачи электрического тока от кабеля к тяговому электродвигателю; 8 — рычаги управления.
§ 3. электрически! нагрев в сельском хозяйстве
Тепло, получаемое электрическим путем, находит в сельском хозяйстве широкое применение. Электронагревательные приборы и установки служат для запарки кормов, нагрева воды и пастеризации молока на животноводческих фермах, для обогрева теплиц и парников в овощеводстве, для инкубации ц обогрева цыплят, для обслуживания бытовых нужд населения. По своему устройству электронагревательные приборы бывают двух типов: элементные, в которых излучателем тепла служит металлическая спираль, и электродные, в которых излучателем тепла является нагреваемая жидкость.
238
1. Элементные нагреватели
Материалом для изготовления проволочных нагревательных элементов служат специальные металлические сплавы: нихром, фехраль, пиколин, обладающие большим удельным сопротивлением и тугоплавкостью.
Нагревательные проволочные элементы помещаются в виде спирали на керамиковой плитке и работают в открытом состоянии, как, например, в электроплитках; либо проволоку (или ленту) наматывают на миканитовую (из слюды) пластинку и сделанный таким образом нагревательный элемент помещают внутрь прибора, как в электрочайниках и в электроутюгах; либо проволоку в виде спирали запрессовывают в трубки с наполнителем из какого-либо изоляционного материала, например магнезии; такого рода трубчатые нагревательные элементы применяют в электрокипятильниках, подогревателях п т. п. Для обогрева земли в теплицах и парниках проволочные спирали помещают в керамические или асбоцементные трубы (или применяют специальный нагревательный кабель), прокладываемые в земле и воздухе вдоль теплиц и парников. Расчет нагревательных элементов сводится к выбору сечения и длины проволоки.
2. Расчет нагревательного элемента
Задавшись мощностью Р нагревательного элемента в ваттах и зная напряжение U в электрической сети в вольтах, находим рабочий ток в амперах:
Сопротивление нагревательного элемента будет равно:
Температура рабочей поверхности нагревательного прибора выбирается разной, в зависимости от его назначения. Например, для электроплиток закрытого типа и электроутюгов эта температура равняется 200—250°. Температура нагревательного элемента должна быть выше температуры рабочей поверхности нагревательного прибора. Разницу в температурах нагрева элемента и рабочей поверхности называют перепадом температуры, п он равен 40—120°, в зависимости от конструкции прибора. Отсюда следует, что температура нагревательного элемента будет равна:
ZH.3=Zpa5+(40°-r-120°).
Например, для электроплитки закрытого типа п электроутюга температура нагревательного элемента составляет 300—350°.
Найденное выше сопротивление нагревательного элемента относится к нагретому состоянию элемента. Сопротивление нагреватель
239
ного элемента в холодном состоянии (при 20е) находят по следующей формуле;
г = г — хол гор i + а ,rop >
где: гХ0! и ггор — сопротивление нагревательного элемента (в омах) в холодном и горячем состоянии;
и ^гор — температура нагревательного элемента в холодном и горячем состоянии;
а — средний температурный коэффициент сопротивления .
Например, для нихрома а =0,0001.
По величине рабочего тока и температуре нагрева элемента с помощью расчетных таблиц, приводимых в справочниках, находят сечение проволоки. По сечению, сопротивлению в холодном состоянии и удельной проводимости материала, из которого сделана проволока, находят ее длину. Намотав проволоку на миканитовую пластинку и получив таким образом рабочую поверхность нагревательного элемента, проверяют его на тепловое напряжение, т. е. вычисляют мощность в ваттах, приходящуюся на один квадратный сантиметр рабочей поверхности элемента. Допускаемое тепловое напряжение рабочей поверхности, например для электроплиток закрытого типа и электроутюгов, составляет 2,5—3,0 вт/см2.
Наоборот, задавшись допускаемым тепловым напряжением, можно определить рабочую поверхность нагревательного элемента.
Для электрического водонагревателя-аккумулятора, применяемого на животноводческих фермах для нагрева воды до 90° в ночное время в течение 4 часов, объемом в 200 л, требуется 3 трубчатых нагревательных элемента мощностью по 1,5 квт каждый. Расход электрической энергии на нагрев 200 л воды с 5 до 90° составляет около 20 квт-ч.
Ниже приводится перечень элементных электронагревательных приборов с указанием их мощности в ваттах.
Наименование
Мощность (В ВТ)
Электроводонагреватель на 200 л производственного назначения....................................
Электропаяльник для мастерской................ Электрическая плитка ......................... Электрический чайник.......................... Электрический утюг............................ Электрическая стиральная маша на.............. Электрохолодильник бытовой ...................
4500
500 500—700 400—800 350-400 600—700 140—160
240
3. Электродные нагреватели
Для подогрева воды и для получения пара, необходимого для запарки кормов, применяют электродные нагрррятели.
Принцип электродного нагрева следующий. Вода проводит электрический ток и обладает электрическим сопротивлением, как и всякий проводник. Если в сосуд с водой опустить две металлические пластины, называемые электродами, и к ним подвести переменный ток, то он будет нагревать эту воду.
Рис. 149. Электродный паровой котел.
Электродный нагрев воды применим только при переменном токе. Если через воду пропускать постоянный ток, то вода начнет разлагаться на свои составные части: водород и кислород, т. е. начнется электролиз воды.
Нагреватели, построенные на электродном принципе, просты по конструкции п надежны в эксплуатации. В них нет таких частей, которые могли бы перегореть; например, при отсутствии воды подогреватель как бы автоматически выключается.
Недостаток электродного нагревателя — непостоянство потребляемой мощности из сети. Эта мощность меняется в зависимости от изменения удельного сопротивления воды, которое различно в зависимости от ее температуры и количества растворенных в ней солей. На рисунке 149 показан общий вид и устройство электродного парового котла мощностью 18 квт.
Трехфазный ток подводится к зажимам, которые укреплены на проходных изоляторах 1. С помощью проводов 2 ток от зажимов
241
подводится к электродам 3. Электроды укреплены на опорных изоляторах 4. Около электродов поставлены экраны 5 и 6, улучшаю-
щие работу подогревателя.
Рис. 149,а. Электроды трехфазпого электродного водонагревателя.
Наверху помещен манометр 7, служащий для измерения давления пара, образующегося внутри котла.
Все нагревательное устройство смонтировано на металлической раме 8 и с помощью болтов 9 крепится к крышке котла.
Зажимы защищаются специальной предохранительной коробкой 10. Сбоку котла размещены паропровод с вентилями 11, водомерное стекло 12 и питательный водопровод 13.
Для тепловой изоляции котел имеет обшивку 14.
Для электродного трехфазного водонагревателя объемом 150 л воды, мощностью 4,5 квт и продолжительностью нагрева 4 часа размеры электродов из оцинкованного железа (см. рис. 149,а) следующие.
Напряжение между ттт . ч I „ ,
пластинами (в в) I ширина «а» (в мм) | Высота «в» (в мм)
220
380
125 — жесткая вода
215 — мягкая вода
I 45 — жесткая вода | 70 — мягкая вода
Расстояние между пластинами I = 30—60 мм.
При уменьшении расстояния потребляемая мощность возрастает.
4. Электрообогрев теплиц и парников
В районах с дешевой и избыточной электроэнергией применяют электрический обогрев теплиц для выращивания овощей в зимнее время и обогрев парников для выращивания рассады и ранних овощей. На рисунке 150 показаны теплицы с электрическим обогревом почвы с помощью асбоцементных труб, внутри которых помещены нагревательные спирали пз оцинкованной железной проволоки. Асбоцементные трубы служат для электрической изоляции проволоки от земли, защиты проволоки от механического повреждения и, наконец, защиты обслуживающего персонала от соприкосновения с проволокой, находящейся под электрическим напряжением и нагретой до высокой температуры (300°).
Потребная мощность для зимней теплицы составляет около 500 вт, а для парников — около 130 пт на квадратный метр полез
242
ной площади. Годовой расход электроэнергии в теплицах равен 400 квт-ч на квадратный метр полезной площади, а в парниках, например за период выращивания ранней рассады (февраль— апрель)— сколе 7^ чнт-ч пя квадратный метр полезной плошади. Включая нагревательные элементы в звезду или треугольник, можно регулировать температуру нагрева. При кабельном обогреве парников на каждый квадратный метр полезной площади требуется 6—8 м кабеля.
Рис. 150. Тсплпцы с электрическим обогревом почвы:
1 — асбоцементные трубы; 2 — светильник; 3 — проход; I — гряда.
§ 4. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ
1. Основные понятия и единицы измерения
При описании устройства электрических ламп были указаны электрические величины, характеризующие лампу как приемник электрической энергии; мощность, напряжение, ток и сопротивление. Основной световой величиной, характеризующей электрический источник света, является световой поток. Освещаемая поверхность характеризуется освещенностью.
Световой поток есть мощность световой энергии, оцениваемая по производимому ею зрительному ощущению. За единицу измерения светового потока принят люмен (лм).
Представление о величине люмена могут дать следующие примеры: на квадратный метр поверхности земли летом при солнечном освещении падает световой поток, равный 10 ОООлм; электрическая лампа накаливания мощностью 100 вт дает световой поток в 1000 лм; световой поток от электрической лампочки карманного фонаря равен 6 лм.
243
Освещенность поверхности, на которую падает световой поток, измеряют в люксах (лк). Один люкс есть такая освещенность, когда на поверхность в один квадратный метр падает световой поток в один люмеп. Величина освещенности всегда прямо пропорциональна величине светового потока и обратно пропорциональна квадрату расстояния поверхности от источника света. В качестве примеров освещенности можно указать, что при чтении и письме освещенность на столе должна быть не меньше 50 лк; освещенность улиц в сельском поселке берется равной 0,2 лк.
Все тела, на которые падает свет, обладают различной способностью отражать, пропускать п поглощать световой поток. Эта способность характеризуется коэффициентами отрада е н и я, пропускания и поглощения светового потока. Численное выражение коэффициента показывает, сколько процентов от всего светового потока, например, отражает данное тело. Остальная часть светового потока поглощается телом или пропускается через него.
Сумма коэффициентов отражения, пропускания и поглощения светового потока, выраженных в процентах, всегда равна 100%.
Например, оконное стекло отражает 8%, пропускает 9096 и поглощает 2% падающего на него светового потока. Молочное стекло, из которого выполняют абажуры ламп, отражает 35%, пропускает 50% и поглощает 15%. Белая клеевая краска стен отражает 80% п поглощает 20%, а черный бархат отражает только 0,5% и поглощает 99.5% всего светового потока.
2. Расчет электрического освещения
В сельском хозяйстве электрическое освещение применяют в производственных помещениях (мастерские, скотные дворы, амбары), при полевых ночных работах (молотьба, сев), в помещениях общественно-культурного назначения (клубы, читальни, школы, больницы), в жилых помещениях и для освещения улиц. В каждом случае требуемая освещенность будет различной. Слабый свет в читальне заставит человека напрягать зрение и вызовет быструю его утомляемость; очень сильный свет в коровнике будет раздражать животных п вести к снижению удоев. Чтобы создать наиболее благоприятные условия в отношении осьешенпости, следует в каждом отдельном случае производить расчет электрического освещения.
На нормы искусственного освещения имеется государственный стандарт(ГОСТ3825—47). Нормы освещенности выражаются в люксах. Например, нормы освещенности по ГОСТу для читален и учебных комнат, а также для помещений, где готовится и принимается пища, определены в 50 лк на поверхности столов; для складов, коридоров, лестниц — в 5 лк на поверхности пола и т. д.
Расчет электрического освещения при заданной освещенности и известной площади освещения сводится к определению числа имощ-244
ности светоточек, рациональному размещению их в помещении и выбору типа осветительной арматуры.
Источник света вместе с осветительной арматурой называют осветительным прибором. Осветительные приборы, служащие для освещения близких объектов, называют светил ь ника м и, а для освещения удаленных объектов— прожекторами.
При расчете электрического освещения следует исходить из того, чтобы освещенность позволяла без затруднения и без вреда Для глаз выполнять работу и была равномерной, без резких теней и без слепящего действия.
В настоящее время применяются следующие системы освещения.
1. Общее, при котором светильники равномерно располагаются по всей площади освещаемого помещения.
Рис. 151. Типы осветительной арматуры:
1 — «унивсрсаль»; 2 — фарфоровая водонепроницаемая; 3 — эмалированная; 4 — «люцета».
2. Местное, при котором светильники освещают только рабочее место сравнительно малых размеров.
3. Комбинированное, состоящее из общего и местного освещений.
4. Освещение безопасности, или аварийное освещение, применяемое в производственных помещениях и в помещениях общественного пользования при большом скоплении людей. Это освещение обычно питается от самостоятельной линии или самостоятельного источника электроэнергии, например от аккумуляторной батареи, и автоматически включается в момент прекращения подачи тока вследствие аварии.
5. Дежурное освещение, оставляемое в помещении ночью, когда работа не производится.
Типы осветительной арматуры, применяемой в сельском хозяйстве, показаны на рисунке 151.
Для освещения производственных сухих помещений рекомендуется арматура типа «Универсаль»; для сырых помещений и скотных дворов — фарфоровая полугерметическая со стеклом; для
245
общественно-культурных помещений — коническая из молочного стекла типа ллюцета» и, наконец, для наружного освещения улиц и площадей — эмалированная арматура.
Если произвести расчет освещенности в горизонтальной плоскости, расположенной па высоте:
а) для библиотек, учебных помещений, контор и т. п. — 0,8 м от пола;
б) для стационарных лечебных заведений — 0,5 м от пола;
в) для мастерских — 1 м от пола;
г) для всех помещений, где требуется лишь общее освещение,— на уровне пола;
затем по освещенности определить потребную мощность светильников в ваттах, то, разделив эту мощность на площадь освещаемого помещения в квадратных метрах, получим нормы удел ь-ной мощности на электроосвещение. Пользуясь нормами удельной мощности на электроосвещение, выраженными в ваттах на квадратный метр освещаемой площади, можно легко и быстро рассчитать электрическое , освещение любого объекта.
В руководящих указаниях по проектированию сельских электроустановок приведены рекомендуемые нормы удельной мощности на электроосвещение для всех помещений. Одновременно с удельными нормами указывается и рекомендуемая средняя мощность светоточки. Например, для мастерской норма удельной мощности на электроосвещение составляет 7 вт/м2 и одновременно рекомендуется средняя мощность светоточки в 100 вт. Таким образом, для мастерской общей площадью 70 м2 полная мощность на электроосвещение будет равна: 7x70 = 490 вт. Так как рекомендуемая мощность одной светоточки составляет 100 вт, то, следовательно, нужно установить в мастерской 5 светоточек по 100 вт каждая.
Для освещения электромеханизированного молотильного пункта при работе ночью рекомендуется применение двух прожекторов заливающего света с лампами по 500 вт каждая (освещение скирд соломы и половы), одной лампы 500 вт, двух по 300 вт, одной 200 вт и двух по 60 вт для освещения отдельных рабочих мест пункта. Общая потребная мощность на электроосвещение такого пункта составляет 2420 вт.
Для освещения улиц норма удельной мощности на электроосвещение принимается равной 0,75—1,0 вт на погонный метр осгеща-емой улицы. Рекомендуемая мощность светильника составляет 150—200 вт.
3. Новые источники света
Расчет электрического освещения с люминесцентными лампами производят по тем же методам, что и с электрическими лампамп накаливания. Люминесцентные лампы выпускаются промышленностью в форме стеклянных трубок длиной от 450 до 1 200 мм и диаметром от 25 до 40 мм на напряжение 127 и 220 в и мощность 15, 20, 30 и 40 вт. Излучение светового потока в люминесцентной 246
лампэ не обладает инерцией, как в электрической лампе накаливания, и поэтому изменение величины светового потока строго следует за изменением переменного напряжения в сети, к которой подключена люмпнеспентняялампа И хотя это измонениесветового потока происходит очень быстро, при освещении быстро движущихся предметов оно становится заметным. Чтобы освещенность оставалась постоянной, люминесцентные светильники изготовляют из двух и более трубок, включаемых в сеть по специальным схемам.
Люминесцентные лампы менее чувствительны к колебаниям напряжения, чем электрические лампы накаливания, но зато они весьма чувствительны к температуре окружающей среды. Наиболее оптимальной температурой среды для люминесцентных ламп яв-ляется+250. При использовании люминесцентных ламп для освещения улиц светильники выполняют в виде закрытых стеклянных футляров, внутри которых поддерживается необходимая температура за счет тепла, излучаемого самими люминесцентными лампами.
В сельском хозяйстве люминесцентные лампы применяют в теплицах для «светового полива» растений, для освещения коровников, машинно-тракторных мастерских и других помещений, где лампы горят длительное время без частых включений и выключений.
§ 5. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
1. Электрическая сварка металлов
Питающая линия
Рис. 152. Электросварочная установка.
Русский академик Василий Владимирович Петров (1761—1834) открыл электрическую дугу и предсказал многочисленные способы ее применения. Спустя 80 лет русские инженеры Н. Н. Бепардос и Н. Г. Славянов впервые в мире применили электрическую дугу для сварки металлов.
Схема современной электросварочной установки показана на рисунке 152. Напряжение от сети подводится к однофазному сварочному трансформатору 1. Один провод 2 от сварочного трансформатора подводится к свариваемой детали, а другой провод через регулятор тока 3 — К электрододержателю 4. Между электродом и свариваемой деталью
возникает электрическая дуга, расплавляющая металл детали и электрода. Жидкий металл перемешивается п после застывания образует однородную массу. Хорошо выполненный сварной шов по прочности не уступает цельному материалу.
247
Регулятор (дроссель) позволяет регулировать величину сварочного тока. Для того чтобы сделать электрическую дугу при сварке более устойчивой, применяют специальное устройство — актпвизатор 5, обычно вмонтированный в сварочный трансформатор.
Благодаря активизатору частота переменного тока, подводимого к месту сварки, в несколько раз повышается по сравнению с частотой тока в питающей электрической сети (обычно равной 50 герц). Сварочные трансформаторы выпускают на различную мощность от 9 до 45 ква. Для целей электросварки применяют также специальные сварочные генераторы постоянного тока с приводом от электродвигателя пли от механического двигателя. В сельском хозяйстве электрическая сварка широко применяется при строительстве и в ремонтных мастерских.
2. Электрическая закалка и сушка токами высокой частоты
Чтобы увеличить износоустойчивость стальных деталей, работающих на трение, их подвергают специальной термической обработке — поверхностной закалке. Обычно для этой цели нагревают до высокой температуры всю деталь. С помощью электрических токов высокой частоты производят поверхностную закалку детали, нагревая только ее поверхность. Меняя частоту тока, можно закалять деталь на любую заданную глубину.
Для получения электрического тока высокой частоты — от 500 до 10 000 герц — применяют машинные генераторы, а для токов еще более высокой частоты — в несколько сот тысяч и миллионов герц — ламповые генераторы. На рисунке 153 показана схема такого лампового генератора.
Применение токов высокой частоты весьма эффективно и для сушки различных матерпалов, в частности древесины на деревообделочных заводах. Длительность сушки в обычных сушильных печах сокращается с нескольких дней до нескольких часов. Токи высокой частоты могут применяться для сушки ценных сельскохозяи-ственных продуктов, сушки и консервирования фруктов.
3. Электрическое «солнце» в теплицах
При выращивании рассады огурцов и томатов в теплицах зимой, когда естественного солнечного освещения недостаточно, применяют дополнительное электрическое освещение. С этой целью в теплицах над стеллажом, где выращивают рассаду, подвешивают электрические лампы мощностью 500 вт каждая, с арматурой «универсаль», на высоте не менее 0,7 м от верхнего конца растения. Количество электроламп берется из расчета, что одна лампа в 5С0 вт обслуживает 1,5 м2 площади посева. Одновременно с дополнительным светом лампы дают дополнительный нагрев почвы и воздуха в теплицах.
248
С целью уменьшения количества электроламп применяют передвижные светильники, состоящие из нескольких электроламп, которые автоматически движутся над стеллажами с растениями назад и вперед, производят как бы ссветовой полив» растений. Такое передвижное устройство сокращает число ламп в 4 раза и
Рис. 153. Ламповый генератор токов высокой частоты для закалки стали.
тем самым во столько же раз потребную мощность. Лампы в этом случае подвешивают на высоту 30—35 см над верхушками растении, а скорость передвижения светильников над стеллажом устанавливают 0,33 м в минуту.
При выращивании рассады добавочное электрическое освещение в теплицах включают на 6 часов в сутки: на 3 часа утром и на 3 часа вечером в течение 2—3 месяцев (январь — март). Расход электроэнергии при передвижной установке составляет за 2—3 месяца 40—60 квт-ч на квадратный метр полезной площади теплицы.
Применение дополнительного электрического освещения ускоряет выращивание ранних овощей на 10—12 дней и повышает их урожайность на 20—30%.
4. Удлинение светового дня в птичниках
Применение электрического освещения в птичниках в осенне-зимнее время удлиняет короткий световой день и вместе с подогревом и вентиляцией воздуха создает в птичниках при правильном
249
кормлении и уходе благоприятные условия для бодрствования птицы и поедания ею корма, что ведет к повышению яйценоскости в осенне-зимний период на 25%.
Рекомендуемая освещенность на полу птичника равна 3—4 вт на квадратный метр пола. Лампы снабжаются эмалированным рефлектором и подвешиваются на высоте 1,3 м от пола. Для типового птичника на 500 голов требуется установка 6 ламп по 100 вт или 10 ламп по 60 вт каждая. Включают и выключают лампы постепенно, в течение 10—15 минут, с помощью реостата (дополнительного сопротивления), включаемого последовательное лампами. Дополнительно освещают птичники с октября по март утром с 5— 6 часов до рассвета и вечером с наступлением сумерек до 20—21 часа, доводя таким образом продолжительность светового дня до 14—15 часов н сутки. Расход электроэнергии на одну курипу составляет н среднем 1,5 квт-ч в год.
5. Электроловушки для летающих насекомых-вредителей
Одним из способов борьбы с летающими насекомыми-вредителями в огородах и садах является применение электроловушек. Их действие основано на привлечении летающих насекомых ночью на яркий свет и их уничтожении тем или иным методом. Простейшая ловушка состоит из противня размером 1 м2, наполненного водой. Противень устанавливают на высоте 2 м от земли в огородах и на средней высоте деревьев в садах. Над противнем в 30 см от поверхности воды подвешивают электролампу мощностью 200 вт с арматурой «глубокоизлучатель», а на высоте 4—5 м над противнем подвешивают электролампу мощностью 25 вт. Насекомые летят на свет высоко подвешенной лампы и затем привлекаются светящейся поверхностью воды. Ударяясь о воду, насекомые гибнут.
Для борьбы с мухами и слепнями в животноводческих помещениях применяют электрические истребители в виде проволочного фонаря, подвешиваемого к потолку вместе с электролампой, которая может выполнять роль дежурного освещения в коровнике или свинарнике. Электроистребитель устроен следующим образом. Между двумя дощечками квадратной формы по углам укреплены с помощью сквозных болтов четыре стойкп из изоляционного материала. На стойки намотан голый провод двумя параллельными ветвями с расстоянием между проводами 3—5 мм. В качестве провода берут медный облужеппый провод диаметром 0,5 мм пли стальной оцинкованный провод диаметром 1,0 мм. Для закрепления проводов па стопках делают небольшие канавки.
На дне фонаря имеется круглое отверстие для ввертывания лампочки мощностью 100 вт. На крышке фонаря закрепляется патрон для электролампы и устанавливается маленького размера специальный однофазный электрический трансформатор на напряжение 220/4000 в с мощностью при коротком замыкании до 10 вт, а
2П0
при холостом ходе 2—3 вт. Со стороны низшего напряжения трансформатор присоединяется к осветительной сети 220 в, а со стороны высшего напряжения — к двум параллельным ветвям гопой прпвоттпки. намотанной на стойки фонаря. Мухи привлекаются светом и, садясь на фонарь, получают электрический удар и погибают.
На этом же принципе устроены электрические защитные сетки, вставляемые в форточках. Из-за небольшой мощности трансформатора электрический ток короткого замыкания, возникающий при прикосновении к фонарю или сетке, является весьма малым и неопасным для человека или животного.
Глава 4
ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ КОЛХОЗА
§ 1. ФОРМЫ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ
Современный крупный колхоз представляет собой многоотраслевое хозяйство, расположенное на большой территории и пользующееся разнообразным и сложным механическим оборудованием.
Электрификация такого колхоза заключается не только в том, чтобы присоединить колхоз к электрической сети и осуществить в нем электрическое освещение, а главным образом в том, чтобы всемерно применить электрическую энергию в сельскохозяйственном производстве с целью повысить производительность труда и увеличить выход сельскохозяйственной продукции.
Высшей ступенью электрификации является комплексная электрификация сельского хозяйства, предусматривающая наиболее полный охват электрификацией всего сельскохозяйственного производства и быта сельского населения с внедрением в хозяйство системы электрифицированных машин и установок и с организацией сельскохозяйственного производства по поточному методу с широким применением автоматизации производственных процессов.
От простейшей формы (низшей ступени) электрификации, когда в колхозе имеется электрическое освещение и применяется 3—5 электродвигателей па отдельных производственных работах, необходимо постепенно переходить к осуществлению широкой и затем комплексной электрификации.
Широкая электрификация хозяйства, являясь промежуточной ступенью от простейшей формы электрификации к комплексной, предусматривает, помимо электрического освещения, перевод на электрический привод всех стационарных сельскохозяйственных работ в животноводстве, растениеводстве и в подсобных колхозных производствах, а также применение электронагревательных аппаратов производственного и бытового назначения.
251
Рассмотрим в качестве примера проект широкой электрификации одного из колхозов центральной зоны нашей страны, который можно рассматривать как типичный.
§ 2. ХАРАКТЕРИСТИКА КОЛХОЗА
Число дворов — 254. Население — 1500 человек. Общая земельная площадь — 3154 га, в том числе пашни — 2308 га. Поголовье скота: крупного рогатого скота — 800 голов, в том числе дойных коров — 400; свиней — 450; овец — 800: лошадей — 350 и птицы — 2000 голов. Подсобные предприятия: слесарно-кузнечная мастерская, лесопилка, столярно-плотницкая мастерская, мельница и молочная.
Электрификацией охвачены все стационарные производственные работы. Ниже приведен перечень электрифицированных объектов по отдельным отраслям производства колхоза с указанием потребной мощности п годового потребления электрической энергии.
§ 3. ЖИВОТНОВОДСТВО
Наименование процесса Наименование машин и установок 1 Потребная мощность (в квт) Годовое потребление электрической энергии (в квт-ч)
Кормопрш отов пение Водоснабжение и автопоение Резка силоса Нагрев воды Доение коров Чистка лошадей Стрижка овец Откачка навозной жижи Вентиляция свинарников ! Набор из 15 машин со-! гласно типовому проекту кормоприготовп- 1 тельного от те чения (см. таблицу на стр. 233) Автоматическая водокачка Силосорезка РКС-12 Элсктроводояагреватель емкостью 200 л (4 шт.) Доильная установка на 100 коров (4 шт.) . . Пневматическая установка на 100 голов (4 шт.) Электростригальпый агрегат Электрифицированный передвижной агрегат Вентиляторы (4 шт.) 1 I 7 электродвига-! телеп на общую мощность 26,7 квт 10 10 5,4X4=21.6 2,8x4=11,2 1X4=4 2,8 1,7 0,6x4=2,4 67 820 18 400 1790 48 180 21900 3821 800 1200 2300
Всего. . . . 23 электродвигателя на общую мощность 68,8 квт и 4 электроводонагревателя на общую мощность 21,6 квт 166 211
252
§ 4. РАСТЕНИЕВОДСТВО
Наименование процесса Наименование машин и установок Потребная мощность (в квт) Годовое потребление электрической энергии
Обмолот зерновых культур Подготовка семенного материала Сортирование картофеля Орошение огородов Добавочное освещение в теплице на площади G4 кв. м Электромехавизированный молотильный ток (см. таблицу на стр. 233) Веялка «Уфимка» Трпер ТН-400 Протравитель «Уро- жай» Сушилка «Ульяновка-ВПМ» 5 электродвигателей на общую м ощнос т ь 30,35 квт 0,6 0,6 0,6 4,5 7700
Всего. . . . Картофелесортировка КС-5 Насосные агрегаты (2 шт.) Механизированная облучающая установка (2 комплекта) Светильников 16 шт. 4 электродвигателя на общую мощность 6,3 квт 0,6 10x2=20 2X0,6=1,2 8 3449 3G 41310 185 2650
Всего . . . 14 электродвигателей на общую мощность 58,45 квт и 16 светильников па общую мощность 8 квт 55 330
§ 5. ПОДСОБНЫЕ ПРЕДПРИЯТИЯ
Наименование Потребная мощность (в квт; Годовое потребление электрической энергии (в квт-ч)
Слесарно-кузнечная мастер- 4 электродвигателя на общую
ская (см. таблицу на стр. 236) мощность 8,7 квт 17 400
Столярно-плотвицкая мастер- 3 электродвигателя на общую 24 200
ская мощность 13,4 квт
Лесопильная рама 1 электродвигатель 28 квт. 25 200
Мельница 2 электродвигателя на общую мощность 18,5 квт 25 200
Молочная 2 электродвигателя на общую мощность 1,6 квт 161
Гараж для автомашин 3 электродвигателя на общую 4500
мощность 4,5 квт
Всего . . . . 15 электродвигателей па общую мощность 74,7 квт . . 96 661
253
§ 6. ОСВЕЩЕНИЕ И ДРУГИЕ ПОТРЕБИТЕЛИ
Наименование Установленная мощность (в квт) Годовое потребление электрической энергии (в квт-ч)
Произвол» таенные помещения . . . 48,52 38 640
Обществегшо-культурпые помеще- ния 64.68 51740
Жилые дома 49,8 75 000
Улицы ЮД 24 500
Бытовые приборы пз расчета 150 вт па двор 49,8 25 000
Радиоузел 0,5 2500
Киноустановка 1,о 1000
Всего. . . . 224,4 216 380
§ 7. СУММАРНОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Наименование Годовое потребление электрической энергии
в квт-ч В %
Животноводство 187 841 35
Растениеводство 57 GuO И
Подсобные предприятия b 341 20,5
Коммунально-бытовые потребности 179 740 33,5
Всего. . . . 534 5S2 100
В том числе электродвигателями . . 267 372 50
Всего потребуется 52 электродвигателя на общую мощность 202,2 квт. Благодаря их комплексному использованию (один электродвигатель обслуживает несколько рабочих машин) устанавливают 38 электродвигателей на общую мощность 140,8 квт.
Общее число установленных светоточек равно 2825 штук.
§ 8. МОЩНОСТЬ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
II СТОИМОСТЬ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ
Максимальная потребная мощность источника электроснабжения для колхоза в целом была определена из суточного графика нагрузки для зимнего дня в размере 120 квт.
На территории артели для электроснабжения колхоза от электрических сетей мощной электросистемы путем присоединения установлено 4 трансформаторных киоска с трансформаторами по 50 ква в каждом на общую мощность 200 ква.
254
Общая стоимость электрификации колхоза, включая стоимость электрооборудования, монтажных и строительных работ, выразилась в сумме 416 930 рублей.
§ 9. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
На основе многолетних наблюдении, проведенных во многих электрифицированных колхозах в различных районах страны, экономическая эффективность широкой электрификации колхоза может быть выражена следующими обобщенными показателями:
на каждые 1000 квт-ч электроэнергии, израсходованной на электродвигатели, колхоз экономит 300 человеко-дней трудовых затрат;
на каждый киловатт-час электроэнергии, потребляемой хозяйством в целом, колхоз получает доход в один рубль.
Если отнести эти показатели к рассмотренному выше колхозу, то можно заключить, что колхоз в результате осуществления широкой электрификации сократил потребность в трудовых затратах вдвое, и расходы на электрификацию колхоза окупились в один год.
ЧАСТЬ ПЯТАЯ
МОНТАЖ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Монтаж — весьма важная и ответственная часть работ по сооружению новых и ремонту действующих электрических установок. Долговечность и надежность электрической установки, удобство ее эксплуатации и безопасность обслуживающего персонала во многом зависят от правильности выполнения монтажных работ.
Устройство электрических установок и требования, предъявляемые к их монтажу, строго нормируются соответствующими официальными «Правилами устройств электротехнических установок», выполнение которых для всех обязательно.
Простые монтажные работы (устройство ввода в помещение, монтаж светоточки, установку электродвигателя) монтер производит обычно без чертежей, руководствуясь опытом и существующими правилами.
Сложные монтажные работы (устройство электростанции, сборка электрического распределительного щита на станции, устройство трансформаторной подстанции, сооружение воздушной электрической линии) производятся электромонтером исключительно по рабочим чертежам разработанного п утвержденного проекта и обычно под руководством техника или инженера.
Прежде чем приступить к выполнению монтажных работ, электромонтер знакомится с чертежами проекта, с местом, где должен производиться монтаж, и с состоянием оборудования, предназначенного к установке.
Глава 1
СЛЕСАРНЫЕ РАБОТЫ, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ ЭЛЕКТРОМОНТЕРОМ
Электромонтеру приходится очень часто выполнять отдельные виды слесарных работ. Поэтому знание основных приемов слесарной работы для него совершенно обязательно.
К числу таких работ относятся: опиливание, рубка зубилом, распиливание и разрезывание, сверление и развертывание отверстий, нарезание резьбы, клепка, изгибание труб, шабрение, шлифование, паяние и лужение.
256
§ 1. ОПИЛИВАНИЕ МЕТАЛЛА
Опиливание — операция по снятию слоя металла. Приспособле-нив, удерживающее обрабатываемую деталь, называется тисками, а инструмент, которым производится опиливание,— напильником.
Тиски. Наиболее широко распространены параллельные тиски (рис. 154).
Подвижная часть А этих тисков имеет длинную пустотелую коробку В, внутри которой скрыт зажимной винт (с целью предохранения его от засорения). В неподвижной части Б имеется прямо-
Рие. 154. Параллельные тиски для слесарных работ.
угольное отверстие для пропуска коробки В, которая должна скользить легко, но при этом не пошатываться. Головка зажимного винта Г снабжена рукояткой, при помощи которой винт можно повертывать в ту или другую сторону и сближать или разводить части А и Б. Гайка зажимного винта Г укреплена внутри коробки В.
Удобство параллельных тисков заключается в том, что обе их губки Е и Ж при зажиме обрабатываемого предмета всегда сохраняют параллельность и поэтому деталь зажимается в них прочно.
Параллельные тиски обычно отливают из чугуна и реже из стали. Губки тисков делают съемными. Изготовляют их из стали и затем закаливают.
Длина губок наиболее распространенных тисков: 50, 75, 100, 125 и 150 мм. Наибольшее расхождение губок составляет 100— 250 мм. Вес тисков от 15 до 40 кг.
Чугунные тиски хрупки, и поэтому по ним и по укрепленным в них деталям нельзя наносить сильных ударов или править на них молотком какие-либо изделия.
Тиски укрепляют на верстаке, причем для удобства работы они должны быть установлены на такой высоте, чтобы кулак руки, поставленной локтем на губки тисков, упирался в подбородок. Если
9 Н. А. Сазонов
257
тиски укреплены слишком высоко, то под ноги кладется деревян-
ный щит.
Чтобы предохранить обрабатываемую деталь от повреждения твердыми губками, имеющими насечку, применяют накладки не. кровельной стали, меди пли дерева, которые вставляются между
гуоками п деталью.
При обработке крупной детали, которою не удается зажать в тисках, ее укрепляют па верстаке пли плите с помощью струбцинок (рис. 155,а).
------\ При обработке мелких де-
Рпс. 155. Струбцинки (а) п ручные тиски (б).
талей пользуются ручными тисками (рис. 155,6), удерживая пх в левой руке.
Напильники. Напильник — полоса из закаленной высокоуглеродпстой стали различного поперечного сечения (квадратного, круглого, треугольного), на поверхности которой насечены ряды мелких зубьев.
В зависимости от величины зубьев напильники разделяются на драчовые (самые грубые), полудрачовые, личные и бархатные (самой мел-
кой пасечкп).
Насечка па напильнике бывает одинарная (простая) и перекрестная (двойная). При перекрестной насечке на поверхности располагаются два ряда параллельных бороздок, взаимно пере-
секающихся под том или иным углом к оси напильника.
Длина напильников бывает от 50 до 500 мм.
Когда надо снять большой слой металла п получить гладкую поверхность, то сначала деталь опиливают напильником с крупной насечкой, а затем отделывают напильником с мелкой насечкой.
При обработке мягких металлов (медь, алюминий) применяют напильники с крупной насечкой (рашпили). Для обработки твердых металлов (сталь, чугун) пользуются напильником с двойной насечкой.
Приемы опиливания. При работе напильником нужно соблюдать следующие правила.
1. Положение корпуса рабочего должно быть прямым и повернутым на 45° к верстаку.
2. Нажим на напильник производят при движенпи вперед, так как напильник пилит только при движении вперед.
3. На обрабатываемую поверхность и напильник не должно попадать масло, так как при попадании масла зубья напильника только скользят, а не срезают металл.
258
4. Опиливание всегда следует начинать драповым (грубым) напильником, а затем постепенно переходить к напильникам с более мелкой насечкой.
5. Для того чтобы получить большую ТОЧНОСТЬ II ВЫПОЛНИТЬ быстрее работу, опиливание производят перекрестными штрихами с наклоном к линии губок тисков в 30—45°.
§ 2. ПРОСТЕЙШИЙ измерительный инструмент
Для контроля за размерами обрабатываемой детали следует пользоваться специальным измерительным инструментом. К числу простейших измерительных инструментов относятся: метр, масштабная линейка, угольник, кронциркуль и нутромер.
Рис. 156. Простейшие измерительные инструменты: а — стальной угольник; б — кронциркуль; в — нутромер.
Длину измеряют складным метром (деревянным или металлическим) или металлической масштабной линейкой с делениями. На метрах и масштабных линейках нанесены сантиметры, миллиметры и дюймы.
Дюймы в настоящее время служат главным образом для измерения резьбы болтов и гаек.
Угольник 90° (рис. 156,а) применяется для проверки наружных и внутренних прямых углов. Изготовляется он из стальных полос с большой точностью.
Кронциркуль (рис. 156, б) и нутромер (рис. 156,в) выполняются из стали и служат для переноса размеров с масштабной линейки на обрабатываемую деталь и обратно. Кронциркуль служит также для обмера толщины изделия.
§ 3. РУБКА ЗУБИЛОМ И КРЕЙЦМЕЙСЕЛЕМ
Рубка применяется для грубого снятия слоя металла, удаления заусениц, вырубания канавок, шпоночных пазов и для разрубания кусков и листов металла.
9*
259
Инструментами при рубке служат зубило или крейцмейсель и молоток.
Зубило. Слесарное зубило изготовляется из твердой углеродистой стали марки ст. 6 или ст. 8. Общий вид слесарного зубила показан на рисунке 157, а.
Угол заточки зубила (угол а) зависит от того, какой металл будет им рубиться.
Для мягкого металла (алюминий, латунь) а =45°.
Для металла средней твердости (медь, бронза) а =60°.
Для твердого металла (сталь, чугун) а =70°.
Рабочая часть зубила закаливается на длину около 30 мм. Другой конец зубила, по которому наносят удары молотком, называется лобком, делается слег-\ ка на конус и закаливается на
~ ~ длину около 15 мм.
> Затачивают зубило на наждач-
ном или песчаном точиле. При этом нельзя сильно прижимать w зубило к точилу, иначе оно сильно
Рис. 157. Слесарное зубило (а) нагреется^и потеряет твердость.
и крейцмейсель (б). Крейцмейсель. Зубило
с более узким рабочим концом называется крейцмейселем (рис. 157,6). Предназначается крейцмейсель для прорубания узких канавок, пазов для шпонок, срубания заклепок и тому подобных работ.
Молоток. Слесарный молоток, которым наносят удары по зубилу, имеет два бойка, из которых обычно один круглый, а дру-
Рие. 158. Положение зубила и крейцмейселя при рубке.
гой заостренный. Молоток изготовляется из углеродистой стали и хорошо закаливается. Наиболее употребительный вес молотка — от 0,3 до 0,6 кг. Молоток насаживается на деревянную ручку длиной 300—350 мм из твердой породы и надежно укрепляется на ней.
Приемы рубки. При рубке зубилом (или крейцмейселем) необходимо выполнять следующие правила.
260
1, Никогда не надо смотреть во время рубки на лобок зуОила; следует смотреть на фаску (рабочий конец) зубила. В противном случае будут промахи и удары молотком по руке.
2. Зубило зажимается (не крепко) левой рукой так. чтобы верхний конец выступал наружу примерно на 15 мм.
3. Угол, образуемый зубилом с поверхностью губок тисков (наклон зубила), должен составлять около 30°. Рубка производится под углом 45° по отношению к продольной оси предмета (рис. 158).
4. Наибольшая толщина снимаемой зубилом стружки равна 1,5—2,5 мм.
5. При рубке стали и меди для предупреждения быстрого затупления зубила рекомендуется смачивать его мыльной водой или машинным маслом. Чугун рубят всегда без смазки.
6. Следует не доводить рубку до конца на 10—25 мм и оставшийся металл рубить с противоположной стороны, чтобы избежать выбоин.
7. Чтобы лучше сохранить тиски и обеспечить большую устойчивость изделия, рубить надо по направлению к неподвижной губке.
8. При пользовании чугунными тисками удары не должны быть сильными, иначе тиски будут повреждены.
§ 4. РАСПИЛИВАНИЕ И РАЗРЕЗАНИЕ МЕТАЛЛА
Для ручного распиливания металла в холодном состоянии употребляется пила, называемая ножовкой.
Для разрезания листового материала служат специальные ручные ножницы.
Ножовка. Устройство ножовки показано на рисунке 159,а. В специальном станке укрепляют ножовочное полотно — стальную полосу длиной 200—300 мм, шириной 10—15 мм и толщиной 0,5— 0,8 мм, снабженную зубьями.
Число зубьев колеблется от 6 до 12 па один погонный сантиметр. Ножовочные полотна закаливаются с таким расчетом, чтобы зубья были твердыми, а верхняя часть (называемая спинкой)— мягкой.
Ножовочное полотно закрепляется в станке так, чтобы зубья были направлены вперед, и натягивается настолько, чтобы во время работы полотно не изгибалось. Однако слишком сильно полотно не следует натягивать, так как оно легко может сломаться.
Приемы распиливания. 1. Нажимать на ножовку нужно только при движении вперед.
2. Распиливание нельзя начинать с острого ребра во избежание поломки зубьев полотна.
3. При поломке одного зуба необходимо тотчас же сточить на точиле следующие 2—3 зуба; в противном случае зубья будут ломаться один за другим.
4. Если в начале резания металла ножовка скользит, то место распиливания нужно надрезать ребром напильника.
261
5. Если в процессе распиливания ножовку уводит в сторону, то работу необходимо прекратить, поверпуть’деталь около продольной оси и начать распиливание снова; в противном случае ножовку можно сломать.
6. При резке вязких металлов, как сталь, медь, алюминий, полотно ножовки следует обязательно смазывать маслом.
Ножницы. Для разрезания листового материала пользуются ручными ножницами (рис. 159,6).
Рпс. 159. Ручная ножовка (а) и ручные ножницы (J).
При разрезании листа не нужно очень широко открывать ножницы, так как они в этом случае будут не резать, а выталкивать лист. Чтобы ножницы не мяли материал, разрезаемый лист необходимо слегка приподнимать. Для получения правильного диска обрезать материал нужно по часовой стрелке, иначе ножницы будут закрывать нанесенную разметку.
§ 5. СВЕРЛЕНИЕ П РАЗВЕРТЫВАНИЕ ОТВЕРСТИЙ
Сверление и развертывание отверстий в металле производится вручную либо на сверлильных станках. II в том и в другом случае инструментами для сверления служат сверла, а для развертывания отверстий — развертки.
Дрель. Наиболее распространенное ручное приспособление для сверления — дрель (рис. 160,а). Вращающаяся часть дрели называется шпинделем. На нижний конец шпинделя навертывается патрон 1, в котором закрепляется сверло. Шпиндель вращается ручкой 2 через промежуточные конические шестерни 3 и 4. При работе держат дрель левой рукой за ручку 5, правой рукой вращают ручку 2, а грудью нажимают на упор 6.
262
С помощью дрели можно сверлить отверстия диаметром до 10 мм.
Дрель с электрическим приводом называется электродрелью.
Простейшим приспособлением для ручного сверления служит коловорот (рис. 160,6). Однако применение его возможно только для самых грубых работ.
Рис. 160. Ручные приспособления для сверления! а — дрель; б —• коловорот.
Сверлильный станок. Сверление отверстий большого диаметра, а также наиболее точная сверловка возможны только на сверлильных станках.
Сверлильные станки имеют ручной или механический привод. Для установки и закрепления обрабатываемой детали сделан специальный стол, который может передвигаться вверх и вниз.
Шпиндель со сверлом опускают с помощью рукоятки или маховика.
Сверла. Сверла разделяются на два вида: перовые и спиральные. У перовых сверл (рис. 161, я) рабочий конец выполнен в форме лопатки. Сверло изготовляют из инструментальной стали; конец его закаливают и затем оба режущих лезвия затачивают так, чтобы они образовали угол 90°.
Наибольшее распространение получили спиральные сверла (рис. 161,6), изготовляемые также из инструментальной стали. В каждой мастерской должен быть набор спиральных сверл различных диаметров.
263
Диаметр полученного при сверлении отверстия всегда бывает несколько больше диаметра сверла, что и нужно учитывать при работе.
Развертки. При помощи сверла нельзя получить точного отверстия с гладкой поверхностью. Доводка отверстия до требуемого размера и отделка внутренней поверхности производится с
помощью развертки. Развертка представляет собой стальной стержень, подвергнутый закалке и снабженный режущими гранями. Грани направлены вдоль осп пли по спиральной линия (рис. 161,в).
Рис. 161. Инструменты для сверления и развертывания отверстий: а — перовое сверло; б— спиральное сверло; в — развертки; г — зенкер.
К числу разверток относятся также зенкеры (рис. 161,г), служащие для расширения отверстий на конус для головок потайных шурупов и винтов.
Приемы сверления.
1. Приступая к сверлению, необходимо предварительно углубить центр намеченного отверстия кернером — инструментом, делающим в металле углубление конической формы.
2. Просверливаемое изделие держать рукой нельзя. Его нужно обязательно закрепить на столе или в тисках.
3. Ось сверла и ось обрабатываемого отверстия должны точно совпадать; всякое отклонение дает косое отверстие, а нередко приводит к поломке сверла.
4. Нажимают сверло при сверлении равномерно. К концу сверления нажим постепенно уменьшается.
5. При сверлении стали и меди для охлаждения сверла применяется минеральное масло или мыльная вода. При сверлении алюминия используется мыльная вода или керосин. Сверление чугуна, бронзы и латуни производится всухую.
264
> 6. Угол при вершине сверла выбирается различным, в зави-
симости от обрабатываемого материала:
сталь, чугун.............116—118°
vnoenci СТ s li.0
латунь, бронза.......... 130—140°
алюминий.................140°
эбонит...................65 90°
мрамор и другие хрупкие мате-
риалы ....................йо-
целлулоид..................85°
бакелит....................30°
§ 6. НАРЕЗАНИЕ РЕЗЬБЫ
Стандартными резьбами считаются метрические и дюймовые. Разница между ними заключается в размере угла при вершине: у метрической резьбы этот угол равен 60°, у дюймовой — 55°. Различают также резьбы механические и газовые (пли трубные). Первые применяют для нарезки болтов, вторые — для нарезки газовых труб.
Расстояние между нитками нарезки, измеренное вдоль оси, называется шагом нарезки, а глубина канавки — глубиной нарезки.
Рис. 162. Инструменты для нарезания резьбы: а — метчик; б — клупп с раздвижными плашками.
Инструментами для нарезки резьбы служат: метчики для нарезки отверстий, клуппы и плашки для нарезки стержней и труб.
Метчики. Метчик (рис. 162,а) представляет винт с продольными канавками. Канавки образуют режущие ребра и служат местом выхода стружек. В комплект входят метчики, которыми последовательно и пользуются для нарезки резьбы в отверстии. Порядковый номер метчика, входящего в комплект, отмечен соответствующим числом рисок, нанесенных на метчике.
Клупп с раздвижными плашками. Раздвижные плашки состоят из половинок, на которых нарезана резьба и имеются канавки, назначение которых такое же, как и у метчиков.
При работе плашки вставляют в клупп, в котором они удерживаются с помощью болта. Клупп с раздвижными плашками показан на рисунке 162,6.
Метчики и плашки изготовляют из инструментальной стали и подвергают закалке.
Приемы нарезания резьбы. 1. Отверстие для нарезки резьбы подготовляется сверлением. Диаметр отверстия высверливается несколько большим, чем внутренний диаметр
265
резьбы. При этом в вязких металлах (медь, латунь, алюминий) диаметр отверстия делается большим, чем в твердых металлах (чугун, сталь).
2. Когда вводят в отверстие второй итретий метчики, необходимо следить за тем, чтобы гребни метчиков попадали в канавку, сделанную предыдущим метчиком, иначе верхушки резьбы будут срезаны.
3. При нарезании метчик пли клупп с плашками должны вращаться в горизонтальной плоскости (нарезаемое изделие закрепляется в тисках вертикально). При этом метчик пли клупп после каждого полуоборота следует немного отводить назад, ломая тем самым стружку.
4. Заготовка для болта опплпвается так, чтобы диаметр ее был меньше наружного диаметра нарезаемой резьбы примерно на 0,2 глубины резьбы.
5. Чтобы облегчить нарезание, применяют охлаждающие жидкости: мыльную воду (для стали и латуни), масло (для меди), керосин (для алюминия). Чугун и бронзу нарезают всухую.
§ 7. КЛЕПКА
С помощью клепки собирают конструкции из листового, полосового и фасонного материала. Место соединения посредством заклепок называется заклепочным швом.
Рис. 163. Виды заклепочных
соединений.
Прочность шва достигается применением того или иного вида шва с одним или несколькими рядами заклепок, а плотность шва — применением специальных прокладок между листами.
Заклепки изготовляют из мягкой стали, меди или особо вязкого алюминия.
Отверстия под заклепки делают несколько большими, чем диаметр заклепки (на 0,2—0,5 мм). Виды заклепочных соединений показаны на рисунке 163,
§ 8. ИЗГИБАНИЕ ТРУБ
Изгибать трубы можно горячим и холодным способом. Первый способ употребляется при изгибании вручную, а второй — на станках.
266
Чтобы труба при изгибании не сминалась и не выпучивалась, ее набивают речным песком. Песок должен быть сухим, чистым и некрупным. После набивки концы трубы закрывают деревянными пробками. При нагревании трубы в горне следят за тем, чтобы нагревалась только та часть трубы, которая намечена к изгибанию.
Длина нагреваемого участка трубы обычно равна 5—6 диаметрам трубы. Нагрев производится до вишнево-красного цвета. При изгибании труб радиус закругления в месте изгиба берется не меньше четырех диаметров трубы.
Закладывая нагретую трубу в тиски или другое приспособление для изгибания, необходимо обращать внимание на то, чтобы шов трубы, если он имеется, находился обязательно в плоскости изгиба. В противном случае труба может лопнуть по шву. Изгибать трубу желательно с одного пагрева, иначе качество трубы будет ухудшаться.
§ 9. ПАЯНИЕ II ЛУЖЕНИЕ
Пайкой называется соединение металлических частей с помощью расплавленного присадочного металла, называемого припоем. Инструментами для паяния служат паяльники и паяльные лампы. В качество вспомогательного средства при пайке применяются протравы и флюсы.
Припои разделяются на мягкие и твердые. Твердые припои имеют температуру плавления выше 550°, мягкие — ниже 400°. Род припоя зависит от соединяемых металлов и от требуемой прочности соединения. Мягкие припои состоят из олова и свинца (табл. 29), а твердые — из меди и цинка (табл. 30).
Таблица 29
Наиболее употребительные сорта мягких припоев и их назначение
Процентное содержание по весу Температура плавления припоя (в °) Назначение припоя
олово свинец
90 10 300 Пайка жестяной посуды
50 50 220 Пайка латуни и жести
33 67 250 Пайка листового цинка и оцинкованного железа
Для пайки чугуна обычно применяют порошкообразные припои, составленные из окислов металлов в смеси с бурой. •
Для пайки тонких изделий применяют серебряные припои.
Приготовление припоев производится сплавлением отдельных металлов, входящих в состав припоя, в железных ковшах или в тиглях. При этом первым расплавляют более тугоплавкий металл, к которому потом добавляют более легкоплавкий, и смесь хорошо перемешивают. Затем сплав выливается в формы, удобные для
267
Таблица 30
Наиболее употребительные сорта твердых припоев п их назначение
Процентное содержание по весу Температура плавления припоя (в °) Назначение припоя
медь ЦИНК
42 58 820 Пайка латуни с содержанием меди более 60%
54 46 875 Пайка меди, бронзы и ленточных стальных пил
65 35 900 Пайка стали
пользования припоями. Плавить припои рекомендуется под защитным слоем древесного угля, который предохраняет сплав от выгорания из его состава олова или цинка.
Рис. 164. Паяльники — молотковый (а) и прямой (б); паяльная лампа (в).
Паяльник состоит из куска красной меди, укрепленного на стержне с рукояткой. Для пайки алюминия паяльник изготовляется из алюминия. По форме паяльники бывают молотковые (рис. 164,а) и прямые (торцовые) (рис. 164,6). Рабочая часть медного 268
паяльника покрывается слоем олова (лудится). Паяльником можно работать только с мягкими припоями.
Паяльная лампа. Для нагрева паяльника, металлических частей, подлежащих пайке, и для работы с твердыми припоями служит паяльная лампа (спиртовая, бензиновая или керосиновая), общий вид которой показан на рисунке 164 ,в.
Приемы пайки. 1. Поверхности, предназначенные для пайки, должны быть совершенно чистыми, для чего их предварительно очищают напильником, шабером или шкуркой.
2. Чтобы предупредить образование на этих поверхностях пленки окислов, поверхности покрывают флюсом.
Виды применяемых флюсов: хлористый цинк (обычно называемый «травленая соляная кислота»), нашатырь, канифоль, различные пасты (тиноль, флюдор ит. п.), бура, борная кислота.
Хлористый цинк употребляется при пайке стали, жести, меди и латуни. Его можно приготовить следующим образом. Соляную кислоту разбавляют равным количеством воды и кладут в этот раствор мелкие кусочки цинка в количестве г/8—г/7 от всего количества раствора. Когда кончится выделение газов — флюс готов.
Нашатырь служит для очищения паяльника. Канифолью в виде порошка пользуются при пайке меди, латуни и оцинкованных изделий.
3. Паяльник нагревают настолько, чтобы начало показываться зеленое пламя. Если паяльник перегреть, то его рабочая часть покрывается слоем окиси, и он становится непригодным для работы.
4. После нагрева рабочую часть паяльника нужно окунуть в хлористый цинк и потереть о кусочек припоя, чтобы облудить паяльник.
5. Облуженным горячим паяльником проводят несколько раз по куску нашатыря, а затем по припою.
После этого паяльником проводят вдоль шва спаиваемого места.
6. Паяльник необходимо держать таким образом, чтобы припой не растекался снаружи, а попадал внутрь шва.
7. После того как припой затвердеет, поверхность шва очищают старым напильником от излишков припоя и промывают теплой водой, чтобы удалить остатки хлористого цинка, могущего вызвать ржавление изделия.
8. Когда требуется спаять трудно соединяемые металлы, например сталь, то соединяемые места придварительно облуживают.
9. Необходимо следить за тем, чтобы детали в момент паяния оставались абсолютно неподвижными, иначе шов будет непрочным.
10. Качество пайки алюминия зависит главным образом от того, насколько были чисты спаиваемые поверхности и удалены пленки окиси алюминия. Поэтому пайку необходимо производить тотчас же после очистки поверхности.
269
11. Цинк, тонкие листы металла и проволоку следует паять возможно быстрое и при низкой температуре паяльника, в противном случае эти материалы могут разрушиться.
12. Если спаиваемые изделия велики и прогреть их паяльником невозможно, а также при твердой пайке, когда место спайки должно быть нагрето до очень высокой.температуры, изделие сначала нагревают в горне до температуры примерно 200°, а затем производят пайку с помощью паяльной лампы.
Пайка алюминиевых проводов и деталей представляет дополнительные трудности по сравнению с пайкой меди и требует специальных припоев и флюсов. Припои, применяемые при пайке алюминия, принадлежат к числу твердых припоев и требуют применения паяльной лампы.
В качестве припоя рекомендуется припой марки 34 А. Состав припоя: медь 25—30%, кремний 4—7%, алюминий — остальное. Кремний и медь имеют высокую температуру плавления и поэтому припой удобнее приготовлять не из чистых металлов, а из промежуточных сплавов (лигатур).
Лигатура № 1: медь 50—60%, алюминий — остальное. Лигатура № 2: кремний 8—14%, алюминий — остальное.
Приготовление припоя.
1. Взвесить равные количества лигатур № 1 и № 2.
2. Расплавить их совместно в керамическом или чугунном тигле (температура плавления около 525°).
3. Перегреть припой до температуры 650—700° и тщательно размешать его угольной или чугунной палочкой.
4. Снять шлаки стальной лопаткой.
5. Бросить на поверхность щепотку флюса и разлить на палочки. Толщина палочек припоя для пайки листовых и мелких литых деталей 3—5 мм.
В качестве флюса рекомендуется флюс марки 34 А. Состав флюса: хлористый литий 35—25%, фтористый калий 12—8%, хлористый цинк 8—15 %, хлористый калий — остальное.
При отсутствии хлористого лития можно применить флюс марки № 8. Состав этого флюса: фтористый натрий 12—16%, хлористый натрий 20%, хлористый барий 20%, хлористый калий — остальное.
Приготовление флюса.
1. Обезводить все компоненты путем прокаливания: хлористый литий и фтористый калий нагреваются на стальном листе до температуры 250—300°; хлористый цинк расплавляется в фарфоровой посуде при температуре около 300°; хлористый калий подсушивается при температуре 100—150°.
2. Взвесить отдельные составные части.
3. Тщательно перемешать хлористый калий, хлористый литий и фтористый калий и поставить в фарфоровой чашке в электропечь для плавления,
270
4. После расплавления указанных компонентов при температуре около 700° прибавить хлористый цинк в расплавленном виде.
5. Размешать и вылить на массивную стальную плиту.
6. После остывания разбить флюс на куски и хранить в стеклянной посуде с прптертоп пробкой.
7. По мере надобности растирать флюс в фарфоровой ступке до состояния пудры.
Л у ж е н п е. Лужением называется нанесение тонкого слоя олова на поверхность других металлов.
К лужению прибегают с целью предохранить металлические изделия от окисления (ржавления). Как известно, почти все металлы под действием воздуха, влаги и кислот покрываются слоем окислов (ржавчпны). Окисление металла с течением времени разрушает его. Например, стальные детали под действием ржавления становятся хрупкими п ломкими; медь под действием даже очень слабых кислот растворяется в них, тем самым разрушая деталь, и образует ядовитые вещества.
Олово, в отличие от многих других металлов, не подвержено окислению.
Это ценное свойство олова и используется при лужении.
Приемы лужения заключаются в следующем.
1. Изделие подготавливается к лужению путем тщательной очистки всей поверхности, подлежащей полуде, от грязи, жира и окислов. Очистку производят с помощью напильника, шабера, стальной щетки и шкурки.
2. В металлической посуде расплавляют олово пли его сплав, обычно состоящий из пяти частей (по весу) олова и трех частей свинца. Расплавленный металл носит название полуды.
3. Поверхность, подлежащую лужению п предварительно уже очищенную, протравливают раствором соляной кислоты, посыпают порошком нашатыря, погружают в расплавленную полуду, а после облуживанпя вынимают.
4. С помощью холстинной тряпки, смоченной маслом, удаляют с облуженной поверхности излишки полуды и тщательно промывают поверхность теплой водой, чтобы удалить остатки кислоты и нашатыря.
5. Если изделие большое, а полудой покрывается лишь часть его поверхности, то это изделие предварительно нагревают в горне на древесном угле, а затем на поверхность, подлежащую полуде, бросают кусочки олова. Когда олово начнет плавиться, его равномерно растирают по поверхности.
6. При лужении важно получить на поверхности тонкий и равномерный слой полуды.
Листы стали, а также стальную проволоку для предохранения от ржавления часто покрывают не оловом, а цинком. Такая операция называется оцинковкой.
Покрывание изделия никелем называется никелированием.
271
Так как олово, свинец, цинк и никель — дорогие металлы, то в ряде случаев для предохранения стальных изделий от ржавления (коррозии) широко применяют окрашивание этих изделий специальными красками или лаками.
Глава 2
МОНТАЖ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
§ 1. ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ МАШИН
Электрические машины малой и средней мощности обычно транспортируются в собранном виде в деревянных ящиках.
При выгрузке ящика с платформы автомашины пользуются деревянными лежнями из досок (толщиной не меньше 50 мм) или тонких бревен. Под лежни при разгрузке тяжелых машин ставят дополнительные подпорки.
Под колеса автомобиля, во избежание их сдвига при выгрузке, подкладывают деревянные клинья.
По наклонным лежням машину спускают под действием собственного веса или подталкивают ломом.
Чтобы не допустить быстрого соскальзывания машины по лежням, что может привести к увечью рабочих или поломке машины, ее удерживают веревками рабочие, стоящие на платформе.
Если машина транспортируется открытой, то при выгрузке ее следует соблюдать особую осторожность, чтобы не погнуть вала.
Упираться ломом можно только в лапы машины и ни в коем случае в концы вала.
По земле и полу на небольшое расстояние машины передвигают с помощью катков. В качестве катков используют отрезки стальных труб или деревянные кругляки.
Машины весом до 50—60 кг переносят двое рабочих на носилках или на ломе, для чего лом пропускают через подъемное кольцо, обычно имеющееся сверху машины.
§ 2. УСТРОЙСТВО ФУНДАМЕНТА
Электрические машины устанавливают на заранее подготовленный для них фундамент.
Электрические генераторы на электростанциях устанавливают на постоянных фундаментах. Постоянные фундаменты выполняют кирпичными илп бетонными. Размер фундамента определяется мощностью машины и условиями ее работы.
Основной расчет фундамента под постоянную установку электрической машины средней и малой мощности сводится к тому, что вес фундамента берется равным 10-кратному весу машины, если машина не имеет частых торможений и толчков нагрузки. В противном случае вес фундамента увеличивается до 15—20-кратного веса машины.
272
Таблица 31
Вес 1 м3 фундамента кладки
Матерная фундамента • Вес 1 м3 кладки (в кг)
Кирпич па цементном растворе...............
Бетон с кирпичным щебнем...................
Бетон с гравием ...........................
Бутовая кладка ............................
1600
2000
2200
1700
Площадь фундамента зависит не только от размеров машины, которая устанавливается на нем, но также и от грунта, на котором будет покоиться фундамент.
Поэтому, наметив площадь фундамента и зная вес фундамента и машины вместе, проверяют нагрузку на грунт.
Нагрузка на грунт будет равна общему весу фундамента и машины (в килограммах), разделенному на площадь фундамента (в квадратных сантиметрах).
Нагрузка, в зависимости от грунта, не должна превышать допустимой для пего величины, в противном случае фундамент может осесть или покоситься.
Таблица 32
Допустимые нагрузки на грунт
Род грунта
Допустимая нагрузка па грунт (в кг/см2)
Песчаный..................................
Глинистый ................................
Гравелистый...............................
Плотно слежавшаяся земля..................
1,5-2,5 1—3 4-6 9
Глубина фундамента выбирается с таким расчетом, чтобы фундамент лежал не на насыпном грунте, а непосредственно на материке. Глубина закладки фундамента обычно составляет 1—1,5 м.
Фундамент должен выступать над полом на высоту не менее 15 см, чтобы машина была защищена от воды, например при мытье пола и т. п.
Нельзя располагать фундаменты машин впритык к стенкам здания, к фундаментам соседних машин, чтобы избежать шума в помещении и передачи механических сотрясений.
Машины, непосредственно соединяемые между собой муфтами, должны располагаться на одном общем фундаменте, чтобы избежать перекосов в машинах при оседании или расширении фундамента .
Кирпичные фундаменты требуют на 1 м3 кладки 380—390 штук кирпича и до 0,3 м3 цементного раствора. Раствор приготовляют
273
из смеси 1 части цемента и 3 частей чистого песка с добавкой воды. На схватывание раствора необходимо 5—7 дней,
Бетонные фундаменты требуют для своего изготовления 1 части цемента, 3 частей чистого песка и 5 частей промытого гравия или щебня. Все это перемешивается сначала всухую, а потом с добавкой
Рис. 166. Стенной кронштейн под электрический двигатель.
воды. Бетон утрамбовывается слоями в сколоченную из досок форму. Приготовленные таким образом фундаменты до начала монтажа должны стоять 10—15 дней.
274
Временные фундаменты под электродвигатели средней и малой мощности обычно представляют собой раму, сколоченную из деревянных брусьев. Поверх брусьев укрепляют стальные салазки двигателя. На салазках с помощью болтов укрепляют лапы двигателя.
Салазки позволяют передвигать двигатель вдоль рамы, например для регулирования натяжения ремня.
Установка двигателя на салазках показана на рисунке 165.
Деревянную раму закрепляют на полу специальными глухарями, а при размещении на земле — деревянными клиньями, вбитыми в землю.
Установка двигателя на стене делается с помощью специального кронштейна, вделанного в стену или закрепляемого в стене, как показано на рисунке 166.
Генераторы небольшой мощности с горизонтальным валом и ременной передачей устанавливают на стальных салазках, которые крепят поверх фундамента или заливают в фундамент.
§ 3. УСТАНОВКА МАШИН
Электрические машины должны быть так размещены и установлены, чтобы их можно было без затруднений монтировать и без нарушения нормальной эксплуатации помещения ремонтировать.
На участках машинного помещения, где машины размещаются во время монтажа или ремонта (монтажные площадки) и по которым эти машины транспортируются, перекрытия и другие строительные конструкции рассчитывают на соответствующие нагрузки.
Ширина проходов вокруг вращающихся машин с трех сторон должна быть не менее 1 м. Расстояние между машиной и стеной можно уменьшить до 0,7 м. Между соседними машинами расстояние должно быть не менее 1 м; между машинами и щитами управления — 2 м.
Все расстояния определяют до выступающих частей машин и фундаментов.
Электродвигатели и аппараты (за исключением закрытых) устанавливают на таком расстоянии от сгораемых предметов, чтобы эти предметы не могли воспламениться при случайном образовании искр или электрической дуги.
Подъем машины на фундамент и ее перемещение на фундаменте при небольшом весе машины производят двое рабочих с помощью лома, продетого сквозь подъемное кольцо. Тяжелые машины передвигают талями, или блоками.
Машина с горизонтальным валом должна занимать на фундаменте строго горизонтальное положение. Для определения горизонтальности пользуются пузырьковыми спиртовыми уровнями. В случае необходимости под лапы машины подкладывают стальные
275
подкладки (клинья). Деревянными подкладками пользоваться нельзя.
После установки и выверки положения машина закрепляется на фундаменте с помощью болтов. Болты, помещенные в специально для них подготовленные ямки, заливают цементным раствором, состоящим из одной части цемента и одной части песка. Спустя
Возбудитель
— .615
Рис. 167, Габаритный и установочный чертежи вертикального гидрогенератора.
10—15 дней машину закрепляют на этих болтах гайками. На рисунке 167 показан габаритный и установочный чертежи вертикального гидрогенератора мощностью 125 ква.
§ 4. РАЗБОРКА И СБОРКА МАШИН
Во всех случаях частичной или полной разборки и сборки машин необходимо обращать особое внимание на защиту от возможных повреждений обмоток машины, коллектора, подшипников и других частей. Строго запрещается накладывание строп на шлифованные части вала, контактные кольца и особенно на коллектор. Во всех случаях следует класть под стропы мягкие подкладки: материю, кожу, резину и т. п.
Неправильные приемы разборки и сборки машины в большинстве случаев приводят к ее поломкам. Поэтому разборку и сборку надо производить особенно тщательно и осторожно. Полную раз
276
борку машины приходится делать только при ремонте. При периодических осмотрах производят лишь частичную разборку.
При разборке генератора (горизонтального типа) следует придерживаться указанного ниже порядка.
1. Снять рабочий шкив при помощи стяжек.
2. Отвернуть в заднем щите стопорные винты, крепящие роликовый подшипник.
3. Вывернуть в переднем щите стопорные винты, крепящие шариковый подшипник.
4. Отвернуть винты, которыми привернуты к станине задний и передний щиты.
5. Снять задний щит.
6. Отъединить провода от щеткодержателей, контактных колец и шунтового регулятора и поднять щетки на коллекторе.
7. Осторожно при помощи стяжек снять передний щит, причем все время надо следить за тем, чтобы не попортить обмотку якоря и коллектор возбудителя, а также не погнуть конец вала, на котором сидит якорь.
8. Вынуть осторожно ротор так, чтобы не повредить обмотку статора, обмотку якоря и коллектор. Сначала следует подать ротор в сторону вентилятора, но так, чтобы он не лег полюсами на обмотку статора, затем опоясать его ленточным широким поясом или стропами по полюсам и при помощи тали вывести из статора. Класть ротор на пол воспрещается; следует положить его на заранее приготовленные козлы так, чтобы вентилятор оставался на весу.
9. Снимать отдельные части ротора следует только в случаях крайней необходимости. Не рекомендуется открывать крышки подшипников, если нет надобности сменять, промывать или смазывать их.
При сборке соблюдается обратная последовательность. При этом обращается особое внимание на то, чтобы каждая часть (деталь) машины занимала свое первоначальное положение. При монтаже шариковых и роликовых подшипников нужно удалить старую смазку, промыть подшипники с крышками в бензине. Перед установкой подшипника необходимо все посадочные места на валу и в корпусе тщательно очистить, устранить заусеницы, промыть бензином и смазать тонким слоем той же смазки, которой смазывается подшипник. Для облегчения посадки подшипника на вал подшипник нагревают в масле до 70—90°.
§ 5. МЕХАНИЧЕСКОЕ СОПРЯЖЕНИЕ МАШИН
Электрическая машина всегда соединяется с другой машиной (гидротурбиной, тепловым двигателем, рабочей машиной).
Различают два типа соединения машин друг с другом:
1) непосредственное соединение с помощью муфты;
277
2) соединение с помощью промежуточной передачи (ременной, зубчатой, червячной).
Непосредственное соединение двух машин возможно при условии равенства их скорости вращения. Например, электрический генератор часто соединяют непосредственно с быстроходной гидротурбиной пли двигателем внутреннего сгорания.
Соединение с помощью промежуточной передачи применяется
в тех случаях, когда скорости вращения двух машин не совпадают.
Промежуточные передачи характеризуются передаточным чис
лом. Передаточное число
показывает, во сколько раз скорость вращения одной машины больше скорости вращения другой.
Выбор того или иного типа промежуточной передачи зависит от передаточного числа, размещения машины и других условий, связанных с выполнением передачи п ухода за ней.
Рис. 168. Правильное положе- Насадка шкива на вал машины вие сшивки ремня относитель- производится обычно до установки но шкива. машины на фундамент, причем на-
саживать шкив нужно легкими ударами по деревянной колодке, переставляемой равномерно по окружности втулки шкива. Противоположный конец вала в это время необходимо удерживать от продольного сдвига, уперев в торец вала деревянную рукоятку тяжелой кувалды.
Насадив шкив, устанавливают машину на фундамент и выверяют ее положение. Шкивы обеих машин должны быть всегда расположены строго по прямой липни. При горизонтальном расположении передачи правильность положения шкивов обеих машин
проверяют натянутым шнуром.
Ведомую ветвь ремня следует ставить над ведущей ветвью, так как в этом случае провисание ремня увеличивает угол охвата шкивов.
Ремень со склеенными и сшитыми концами надо надевать па шкив так, чтобы шов набегал на шкив по ходу, как показано на рисунке 168. При таком расположении шва ремень меньше будет бить.
Каждая ременная передача представляет опасность для обслуживающего персонала и поэтому требует специального ограждения.
§ 6. МОНТАЖ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
В электрических машинах концы всех обмоток обычно бывают выведены наружу и присоединены к доске зажимов с внутренней ее стороны.
Доска зажимов помещается снаружи корпуса машины и закрывается специальной коробкой с крышкой (рис. 169). На внешней
278
стороне доски (под крышкой) размещены зажимы концов обмоток.
На доске зажимов с помощью специальных медных соединитель-ных пластин, наиболее упш ребшечхъпыв формы которых показаны на рисунке 169 внизу, осуществляется та или иная электрическая схема соединения обмоток. От зажимов этой доски отходят выводы для присоединения машины к электрической сети. '
Соединитель ныв пла ст и н ы
Рпс. 169. Доска зажимов электрической машины и соединительные пластины.
У возбудителей синхронных генераторов на доске зажимов обычно имеется 4 или 6 зажимов.
Два зажима присоединены к концам обмотки якоря и имеют обозначения: Яг (начало обмотки) и Я, (конец обмотки) или А и В.
Два зажима присоединены к концам параллельной обмотки (обмотка возбуждения возбудителя) и обозначены: Ш1 и Шг или С и D.
При наличии последовательной обмотки возбуждения зажимы ее имеют обозначение: Сг и С2 или Е и F.
Иногда на доску зажимов выведены концы обмотки дополнительных полюсов, обозначенные: и jD2 или G и Я.
У синхронных генераторов имеются две доски зажимов. На одной из них размещены два зажима, присоединенные к концам обмотки возбуждения (обмотки ротора) синхронного генератора и имеющие обозначение В1 и В2, а на другой доске размещены 3, 4 или 6 зажимов, присоединенных к обмотке переменного тока (обмотка статора) синхронного генератора.
279
Если генератор рассчитан на работу при соединении обмоток статора в звезду и в треугольник, то на доске выведены все шесть концов обмотки статора. Зажимы в этом случае имеют обозначение: С1; С.,, С3( начала обмоток 1-й, 2-й и 3-й фаз) и С4, С5 и Св (концы обмоток фаз); или U, V, W (начала обмоток фаз) и X, Y и Z (концы обмоток фаз).
Если генератор рассчитан на работу при соединении обмотки статора только в звезду, то на доске имеются четыре зажима. Из них три зажима представляют начала трех фаз обмотки статора и
Рис. 170. Размещение зажимов асинхронных двигателей и соединенно обмоток в треугольник (а) и в звезду (б).
один зажим — нулевую точку обмотки статора, он обычно обозначается буквой О.
Если генератор рассчитан на работу при соединении обмотки статора только в треугольник, то на доске имеются три зажима для присоединения выводов.
У асинхронных трехфазных двигателей на доску зажимов обычно выведены все шесть концов обмотки статора.
Обозначение зажимов применяется одно из следующих: начала фаз концы фаз
Сх, С5, (\
и, V, W X, Y, Z
1 И, 2Н, ЗН IK, 2К, ЗК
Размещение зажимов на доске и соединение обмоток в треугольник и в звезду с помощью соединительных перемычек показаны на рисунке 170.
У асинхронных двигателей с фазовым ротором имеется вторая доска с двумя зажимами, соединенными с обмоткой ротора. Эта доска служит для присоединения к обмотке ротора пускового реостата.
Выводы от машины к щиту управления выполняют обычно изолированным одножильным проводом марки ПРГ или трехжиль-иым марки ПРТО соответствующего сечения.
С целью защиты проводов от механических повреждений, проводку делают в стальных (газовых) трубах. Трубы располагают под полом в специальных канавках — траншеях.
280
Кабели освинцованные применяют только для высоких напряжений.
Присоединяют провода к зажимам машины и к зажимам на щите с помощью специальных наконечников (рис. 171), припаиваемых
к концам проводов.
Наконечники делают из меди или латуни. Для предохранения
их поверхности от окисления наконечники лудят.
Трубы, предназначенные для проводки, должны быть очищены от окалины, ржавчины и заусениц. После прокладки трубы окра-
шивают. Трубы крепят к основанию через каждые 1,5—2 м с помощью скоб из обручной стали.
Концы труб во избежание попадания внутрь влаги, пыли и т. п. заливают кабельной массой.
Прежде чем осуществить соединение машин проводами, обмотки машпн проверяют на отсутствие разрыва внутри них и на правильность присоединения концов обмотки к зажимам на доске машины.
Проверку производят с помощью ак-
Рис. 171. Наконечники для выводов.
кумулятора автомобильного типа и лампочки, рассчитанной на напряжение аккумулятора, по схеме, показанной на рисунке 172.
При отсутствии разрыва лампочка загорается.
Если зажимы на доске не имеют обозначений, то необходимо
определить зажимы, относящиеся к той или иной обмотке, и соот-
Риг. 172. Схема для проверки отсутствия разрыва в цепи.
ветственно разметить. Для этого прежде всего с доски снимают все имеющиеся на ней соединительные пластины и отъединяют наружные выводы. Затем первый конец, идущий от аккумулятора с последовательно включенной лампочкой, прижимают к одному из зажимов. Вторым же концом касаются поочередно всех остальных зажимов.
281
Загорание лампочки указывает, что зажим, к которому прикоснулись вторым концом, принадлежит к той же обмотке, что и зажим, соединенный с первым концом.
После нахождения зажимов, принадлежащих одной и той же фазной обмотке, можно найти начала и концы фазных обмоток.
Для этого соединяют последовательно любые два зажима, принадлежащие двум любым фазным обмоткам, а двумя другими зажимами присоединяют эти две обмотки к сети через рубильник. К зажимам третьей фазы присоединяют электрическую лампочку, рассчитанную на напряжение сети. Кратковременно включив рубильник, наблюдают за лампочкой. Если лампочка загорится полным накалом, то это значит, что две фазы включены в сеть разноименными зажимами (началом одной фазы и концом другой фазы). Если лампочка не загорится, то это значит, что две фазы включены в сеть одноименными зажимами. Установив одноименные зажимы двух фаз, соединяют последовательно две другие фазы п к оставшейся третьей фазе подключают лампочку. Вновь повторяют опыт и находят таким образом одноименные зажимы у всех трех фазных обмоток.
С помощью аккумулятора и лампочки проверяется и отсутствие замыкания обмотки на корпус.
Присоединив первый конец к корпусу машины (зажав его, например, под болт, крепящий лапу), другим концом касаются поочередно всех зажимов па доске. Загорание лампочки указывает на замыкание данной обмотки па корпус.
Проверка обмоток на отсутствие разрыва внутри них п на отсутствие замыкания на корпус, а также отыскание зажимов, принадлежащих к одной и топ же обмотке, могут быть произведены с помощью мегомметра.
При прокладке кабеля с несколькими жилами или нескольких соединительных проводов в трубах необходимо разметить концы, принадлежащие к одному и тому же проводу. Эта разметка называется фазировкоп концов.
Фазировку производят с помощью мегомметра или аккумулятора с лампочкой, включенной по такой же схеме, как и при проверке концов обмоток в машине.
С этой целью присоединяют один конец от аккумулятора или мегомметра к одному из наконечников в начале провода, а другим концом поочередно касаются наконечников в конце провода. Загорание лампочки или нулевое показание мегомметра на шкале сопротивления (при вращении рукоятки) укажет на принадлежность наконечников к одному и тому же проводу. На наконечниках делают отметки в виде зарубок, точек и т. п.
§ 7. СУШКА МАШИНЫ
Если электрическая машина при длительной остановке или при хранении на складе отсырела, на что указывает измеренная величина сопротивления изоляции, то ее необходимо предварительно, 282
перед пуском в работу, высушить. Цель сушки — испарить влагу, накопившуюся в изоляции.
Машины малой и средней мощности для сушки можно поместить в помещение с высокой текшорсиуоий. сушилка для дор*эва, риге, котельная) на 2—3 суток. Машину при этом необходимо разобрать и сушить отдельно статор и ротор.
При наличии источника тока можно, вынув ротор машины, поместить внутри статора мощную электрическую лампу (200— 300 вт) на 10—12 часов. При этом необходимо следить, чтобы наиболее близко расположенные к лампе места не нагревались выше 70°.
Генератор большой мощности можно сушить следующим способом. Все три фазы обмотки статора соединяют между собой накоротко, как показано на рисунке 173. В одну из цепей включается амперметр переменного тока. Вращая генератор первичным двигателем с пониженным числом оборотов, поднимают ток возбуждения до тех пор, пока ток в обмотке статора, по показанию амперметра, не достигнет 80% номинального для данного генератора. В таком режиме генератор должен работать в течение 5—7 часов.
После сушки необходимо покрыть обмотку лаком, предохраняющим изоляцию от порчи и от проникновения в нее влаги. Для обмоток электрических машин применяют лаки воздушной сушки, т. е. такие лаки, которые высыхают
в течение нескольких часов при комнатной температуре.
Лак наносят па поверхность обмоток кистью 3—4 раза. После высыхания лака сопротивление изоляции обмоток проверяют еще раз. Состояние изоляции проверяется мегомметром на 500 в. Измерение изоляции в генераторе производится между: а) обмоткой статора и корпусом; б) обмоткой ротора и корпусом; в) обмоткой якоря возбудителя и корпусом; г) обмоткой параллельного возбуж
Рис. 173. Схема соединения обмотки статора при сушке.
дения п корпусом.
Измерение изоляции в асинхронном двигателе производи гея между обмоткой статора и корпусом и между обмоткой ротора (при фазном роторе) и корпусом.
Допустимое сопротивление изоляции обмотки статора для машпн напряженном до 500 в после сушки — не менее 1 мгома, а в эксплуатации — не мепее 0,5 мгома.
Допустимое сопротивление изоляции для обмотки ротора синхронного генератора и обмотки статора синхронного двигателя после сушки — не менее 0,5 мгома, а в эксплуатации — не менее 0,15 мгома.
283
Глава 3
МОНТАЖ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ПРИБОРОВ
§ 1. ЩИТ УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННЫМ ГЕНЕРАТОРОМ
Щит управления синхронными генераторами мощностью до 60 ква может быть установлен на стене или на полу.
При установке на стене щит крепится гайками на трех болтах с резьбой М20 и длиной 200 мм, которые предварительно заливают бетоном в каменной стене или пропускают через деревянную стену. В задней панели щита предусмотрены отверстия для болтов. Между задней панелью щита и стеной оставляют зазор 40 мм, который обеспечивается опорными втулками, надеваемыми на болты. Этот зазор создает свободную циркуляцию охлаждающего воздуха.
На кирпичном или бетонном основании щит устанавливают на стальном каркасе или на деревянной подставке, в зависимости от местных условий. Крепят щит четырьмя болтами М20 длиной «200 мм, которые заливают в бетонном или кирпичном основании, или ясе закрепляют в стальном каркасе или деревянной подставке. В последнем случае на болты между дном щита и подставкой ставят опорные втулки.
Вертикальное положение щита при установке проверяется по отвесу.
Присоединение проводов, идущих от щита управления к генератору и потребителям, выполняют через два прямоугольных отверстия в дне щита. При креплении щита на стене эти провода подходят к зажимам щита непосредственно по стене.
В бетонном основании предусматривают продольный проем для проводов.
Кабелп или соединительные провода, подходящие и отходящие от щита, укладывают в специальных траншеях или в стальных трубах.
Расстояние от боковых стенок щита до стен станционного помещения должно быть таким, чтобы обеспечить свободный подход к щиту с боков и открывание обеих дверец.
§ 2. АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ
Каждый электродвигатель снабя?ают отдельным аппаратом управления: магнитным пускателем при мощности электродвигателя свыше 10 квт; рубильником при мощности электродвигателя не более 10 квт; пакетным выключателем при мощности электродвигателя не более 5 квт; штепсельным соединенпем при мощности электродвигателя не более 0,5 квт.
Магнитные пускатели монтируют в вертикальном положении; отклонение от вертикали допускают не более 5°. Смазка контактов пускателя не допускается.
284
Сильное гудение магнитной системы указывает на ее неисправное состояние. Причиной этого могут быть: плохая затяжка винтов, крепящих сердечник; повреждение короткозамкнутого витка; чрезмерное нажатие контактов; неплотное прилегание якоря к сердечнику вследствие загрязнения поверхностей прилегания.
Магнитные пускатели не рассчитаны на разрыв токов короткого замыкания. Эти токи должны разрывать автоматы или предохранители, установленные на питающих линиях. Для получения удовлетворительной защиты от перегрузок магнитный пускатель и защищаемый им двигатель должны находиться в одинаковых температурных условиях.
При подборе нагревателей к тепловому элементу типа РТ-1 пускателя надо иметь в виду следующее. Если температура воздуха, окружающего двигатель и пускатель, одинакова, то нагреватель выбирают точно соответствующим номинальному току защищаемого двигателя.
Если температура воздуха у двигателя выше, чем у пускателя, на 15—25°, то нагреватель выбирают на один номер меньше. При обратном случае нагреватель выбирают на один номер больше.
При монтаже рубильников следует руководствоваться следующими правилами.
1) Губки рубильников устанавливают строго вертикально по отвесу на высоте 1,25—1,5 м от пола.
2) Пружины на ножах рубильника регулируют так, чтобы разрыв контактов при выключении происходил одновременно.
3) Контакты должны быть плотными; ножи должны касаться губок без перекосов.
4) Контакты в местах присоединения проводов тщательно зачищают. Плохой контакт является источником нагрева, вредно влияющего на изоляцию провода и на пружины рубильника.
§ 3. РЕОСТАТЫ
Реостаты по назначению бывают двух типов: регулировочные и пусковые. Реостат представляет собой набор отдельных сопротивлений (обычно проволочных), концы которых выведены на доску зажимов и с помощью подвижного контакта могут включаться в цепь в требуемой последовательности.
Регулировочные реостаты применяют на электрических станциях для регулирования напряжения на зажимах синхронного генератора.
Если реостат включается в цепь обмотки возбудителя, то он называется шунтовым. Реостат, включаемый в цепь обмотки возбуждения (в цепь ротора) синхронного генератора, называется магнитным реостатом.
Более плавную регулировку напряжения дает шунтовой реостат; кроме того, потери в нем при работе всегда значительно меньше, чем в магнитном реостате.
285
Тип шунтового реостата выбирают по мощности возбудителя.
Шунтовые реостаты монтируют на лицевой стороне электрического распределительного щита пли на задней стороне щита с выводом на его лицевую сторону лишь одной рукоятки.
Преясде чем устанавливать реостат на щите, необходимо проверить его с помощью аккумулятора с лампочкой или мегомметром на отсутствие обрывов внутри. Контакты реостата тщательно зачищают. Рукоятка с подвижным контактом должна вращаться плавно и иметь достаточно пружинящий нажим. Кожух реостата заземляют.
Магнитный реостат по устройству сходен с щунтовым, но его общее сопротивление меньше, элементы сопротивления выполнены из проволоки более крупного сечения и рассчитаны на ток, протекающий по обмотке ротора генератора.
Пусковые реостаты применяют для пуска в ход трехфазных асинхронных двигателей с фазным ротором. Пусковые реостаты являются трехфазными, т. е. состоят из трех отдельных секций. Рукоятка имеет также три подвижных контакта, соединенных электрически и выполняющих роль нулевой точки трехфазного реостата.
Величину пускового реостата выбирают в зависимости от мощности электродвигателя.
По конструктивному выполнению пусковые реостаты бывают двух типов: плоские и контроллерные. В плоских реостатах контакты расположены иа доске по окружности. В контроллерных реостатах секции сопротивлений заключены в цилиндрическом кожухе, и переключение отдельных ступеней производится скользящими контактами цилиндрической формы. С целью лучшего охлаждения сопротивлений при пуске все устройство реостата, включая и скользящие контакты, помещается в кожух, заполняемый маслом.
Пусковые реостаты устанавливают в непосредственной близости от электродвигателя и закрепляют к полу специальными болтами.
§ 4. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Измерительные приборы, предназначенные для монтажа на щитах, называются щитовыми приборами. В зависимости от конструктивного исполнения эти приборы имеют специальные приспособления для крепления их на щите и зажимы для включения в электрическую цепь. Измерительный прибор обычно выбирают на 1,5-кратное значение номинальной величины тока в данной электрической цепи. Перед установкой прибора на щите его показания сравнивают с показаниями контрольного прибора.
При монтаже приборов следует обратить внимание па: 1) вертикальное положение прибора, 2) надежность контактов зажимов, 3) заземление металлического корпуса прибора.
После того как прибор смонтирован на щите, стрелку-указатель с помощью регулировочного винта устанавливают на нуль.
286
<$ 5. ВЫПОР ПЛАВКОЙ ВСТАВКИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯ
Плавкие предохранители в сельских электрических установках применяют для защиты установки от токов х:орсткого замыкания.
Плавкая вставка характеризуется номинальным током.
Номинальным током плавкой вставки называют ток, па который рассчитана нормальная работа вставки без расплавления.
При токе в 125 % номинального вставка не должна перегорать в течение часа; при токе в 150% — в течение 10—15 минут; при токе в 200 % вставка должна перегорать не более чем в 1 минуту.
Таким образом, номинальный ток плавкой вставки составляет примерно 40—50% тока плавления.
Для защиты от перегрузки применяют автоматические выключатели.
Защита от перегрузки не обязательна: а) для электродвигателей с повторно-кратковременным режимом работы; б) для электродвигателей с длительным режимом работы, если поминальный ток их менее 4 а и если они защищены плавкой вставкой иа 4 а; в) для электродвигателей с длительным режимом работы, перегрузка которых по условиям электропривода мало вероятна (вентиляторы, центробежные насосы).
Плавкую вставку для защиты установки от токов короткого замыкания выбирают следующим образом.
Определяют наибольшую величину тока, которая может быть в цепи в условиях нормальной эксплуатации. Эта наибольшая величина тока (/макс) будет равна:
а) для светильников и нагревательных приборов—сумме номинальных токов всех параллельно включенных в цепь приемников;
б) для асинхронного короткозамкнутого электродвигателя — пусковому току, обычно равному Z„yCK= (5-ч-7) /ном;
в) для асинхронного электродвигателя с фазным ротором — пусковому току, обычно равному /пуск= (1,6—2,0) /ном;
г) для синхронного генератора — номинальному току генератора.
Если предохранитель защищает линию, к которой присоединено несколько приемников, в том числе несколько электродвигателей, то максимальный ток вычисляют по формуле:
^макс ^^pas + AiycK где: /пуск — пусковой ток наибольшего двигателя;
— сумма рабочих токов всех остальных приемников;
к- — коэффициент одновременности приемников.
Зная величину максимального тока 7макс, можно определить номинальный ток плавкой вставки ZBCT по формуле:
Т ZMaKC
Увст = -у- а-
Для светильников и нагревательных приборов а =1.
287
Для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором в случае редких пусков и с нормальными условиями работы а =2,5; в случае частых пусков и с тяжелыми условиями работы а = =1,6—2,0.
Для асинхронных двигателей с фазным ротором и для синхронных генераторов а =1.
Пример. Рассчитать номинальный ток плавкого предохранителя для группы приемников, состоящих из четырех ламп мощностью по 100 вт, и двух нагревательных приборов мощностью 600 и 300 вт. Напряжение в сети 220 в.
Решение. Общая мощность всех приемников:
Р=4-100+6004-300=1300 вт.
Наибольший ток:
J ____1300 Е q
^макс 220
так как для этого случая а =1, то номинальный ток плавкой вставки
/вст=5,9 а.
Выбираем предохранитель на 6 а.
Пример. Рассчитать номинальный ток плавкого предохранителя для асинхронного трехфазпого двигателя с короткозамкнутым ротором мощностью 10 квт, пусковой ток которого составляет 101,5 а.
Пуск двигателя производится не чаше одного раза в полчаса. Коэффициент а для редких пусков равен 2,5.
Отсюда номинальный ток плавкой вставки:
т 401,5 /п ^вег 2,5 ™ а’
При монтаже плавкой вставки необходимо обращать особое внимание на надежность контакта между проволокой и зажимом. Плохой контакт от слабого зажима, от окисления поверхности и т. п. может вызвать сильный нагрев в месте контакта и привести к перегоранию предохранителя.
Перегоревшую вставку в плавком предохранителе следует заменять с точным учетом номинальной величины тока, протекающего через предохранитель. Диаметр вставляемой проволоки должен быть точно известен.
Диаметр проволоки для плавкого предохранителя измеряется микрометром.
У монтера всегда должен быть набор вставок и проволоки известного диаметра для плавких предохранителей. Никакие заменители нормальных предохранителей (хотя бы а на короткое время) ни в коем случае недопустимы.
Перезаряжать перегоревшие плавкие предохранители пробочного типа можно только в мастерской.
288
В сельских внутренних проводках применяют плавкие предохранители двух типов: пробочные типа Н на номинальный ток от 4 до 60 а к трубчатые типа ПР на номинальный ток от 6 до 200 а.
Предохранители устанаилинают на вводах в помещениеt в головных участках сети и во всех местах, где сечение проводника по направлению к местам потребления энергии уменьшается.
Для обеспечения избирательности действия, т. е. чтобы при аварии перегорел ближайший к месту повреждения предохранитель, необходимо, чтобы каждый последующий предохранитель имел номинальный ток плавкой вставки по крайней мере на одну ступень меньше предыдущего.
Глава 4
МОНТАЖ ВОЗДУШНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЛИНИЙ И ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ
Сельские воздушные линии электропередачи по своей конструкции и условиям монтажа разделяются на два вида: линии высокого напряжения (6, 10 и 35 кв) и линии низкого напряжения (127, 220 и 380 в).
Согласно правилам устройства электротехнических установок все электрические воздушные линии (ВЛ), в зависимости от напряжения и назначения, разделяются на три класса.
К 1-му классу относятся ВЛ напряжением выше 35 кв, независимо от категории потребителя электроэнергии, и ВЛ напряжением 35 кв первой и второй категорий потребителей.
Ко 2-му классу относятся ВЛ напряжением 35 кв третьей категории потребителя и ВЛ напряжением выше 1 кв до 20 кв, независимо от категории потребителя.
К 3-му классу относятся ВЛ напряжением 1 кв и ниже, независимо от категории потребителя.
По степени ответственности электроснабжения потребители делятся на три категории.
Первая категория: ответственные нагрузки, для которых перерыв подачи электроэнергии связан с опасностью для жизни людей, браком продукции, порчей оборудования, длительной остановкой предприятия для восстановления технологического процесса, нарушением работы электрифицированного транспорта и расстройством жизни крупного города.
Вторая категория: ответственные нагрузки, для которых перерыв электроснабжения связан только с существенным снижением выпуска продукции.
Третья категория: неответственные нагрузки, например вспомогательные цехи заводов, небольшие и односменные кустарные предприятия, некоторые виды коммунальных нагрузок.
10 Н. А. Сазонов
289
Для расчета и выбора механической части воздушных линий необходимо пользоваться данными климатических условий, полученными в районе, где предполагается сооружение ВЛ. К числу климатических условий, которые необходимо учитывать,относятся: температура воздуха, скорость ветра, интенсивность и удельный вес гололеда, могущего образоваться на проводах. С этой точки зрения вся территория СССР делится на четыре района.
Монтаж воздушных линий состоит из следующих, последовательно выполняемых работ:
1) выбор направления (трассы) линии;
2) установка опор;
3) натяжка проводов.
§ 1. ТРАССИРОВКА ЛПНПП
Линия высокого напряжения соединяет повысительную трансформаторную подстанцию, расположенную вблизи электростанции, и понизительную трансформаторную подстанцию, расположенную обычно в центре между отдельными потребителями.
Пользуясь картой данной местности с нанесенными на ней электростанцией и потребительскими подстанциями, намечают направление линии высокого напряжения с таким расчетом, чтобы длина линии была наиболее короткой и с меньшим числом поворотов. Каждый поворот воздушной линии требует установки усиленной опоры и тем самым удорожает линию.
При выборе направления линии необходимо иметь в виду следующие требования;
1) желательно прохождение линии по незаселенным или малозаселенным местам; 2) пересекать железнодорожное полотно плинию связи необходимо всегда под прямым углом (перпендикулярно); 3) линия электропередачи не должна близко подходить к линиям связи п пттп рядом с ними; такое сближение вызовет в линиях связи явления, которые будут мешать их нормальной работе; указанное обстоятельство особенно важно учитывать, когда линия электропередачи выполняется по системе ДПЗ; 4) необходимо избегать болотистых мест, где установка опор сопряжена с трудностями; 5) для удобства обслуживания линии желательно, чтобы она проходила вдоль дороги.
Наметив направление линии электропередачи па карте, производят трассировку липин, отмечая ее направление деревянными кольями (пикетами).
§ 2. МАТЕРИАЛ ДЛЯ ОПОР
Для линий электропередач высокого п низкого напряжения в сельском хозяйстве применяют большей частью деревянные опоры.
Основные породы деревьев, идущих для изготовления опор,—•
290
сосна и лиственница. Другие породы деревьев применяются реже и по своим свойствам менее подходят для опор.
Стандартная длина бревен для опор установлена от 5 до 13 м при диаметре бревен в верхнем отрубе от 16 до 26 ем. Естестненпяя конусность бревна (сбег) принимается в 8 мм па 1 погонным метр бревна.
Бревна выбирают прямые и не зараженные пшлью. Перед установкой опоры обязательно подвергают специальной обработке, повышающей их долговечность (табл. 33). Деревянные опоры линий электропередачи напряжением 20 кв и выше должны быть антисеитированы (консервированы) заводским способом или в горяче-холодных ваннах. Для опор остальных линий электропередачи и распределительных воздушных сетей допускается применение леса, антисептпрованного на месте с помощью передвижных пропиточных устройств. Рекомендуется также применение составных опор, состоящих из деревянной стойки и железобетонных приставок, а также железобетонных опор.
Таблица 33
Сроки службы деревянных опор (в годах)
Породы деревьев
Сосна...........................
Лпствепппца.....................
Луб.............................
Ель.............................
Evi;................ ...........
Без обработки антисептиком С обработкой антисептиком
4-5 9—15
6—8 12—20
6—8 12—20
3—4 7—12
2—3 7—12
§ 3. КОНСТРУКЦИЯ ОПОР
Для липни низкого напряжения применяют одностоечные (свечкообразные) опоры в качестве промежуточных (рис. 174) и опоры с подкосами в качестве угловых.
Для линий высокого напряжения применяют одностоечные опоры в качестве промежуточных и анкерные А-образные в качестве усиленных. Анкерные опоры ставят на поворотах, на концах линии и через каждые 15—20 промежуточных опор.
Рекомендуемые типы опор для линий высокого напряжения показаны на рисунке 175.
При опорах, составленных из двух столбов, а также при применении деревянных «пасынков», обе части скрепляют бандажами из стальной оцинкованной проволоки диаметром 4 мм с числом витков от 6 до 10. Оба бревна в местах прилегания друг к другу припасовывают (притесывают). Ширина припасовки составляет обычно 150 мм. Плоскость припасовки располагают вдоль линии, что увеличивает гибкость опоры в направлении действия натяжения про-
10*
291
Рис. 174. Конструкция опоры линий низкого напряжения:
1 — для фазных проводов;
2 — для нулевого провода;
3 — для провода наружного освещения при централизованном управлении.
водов. Припасовка производится на длине от 1,5 до 1,8 м. Скрепление выполняют двумя бандажами, расстояние между которыми обычно принимают равным 1—1,3 м. Бандажи стягивают закруткой их при помощи ломика.
Высоту опор и расстояние между ними выбирают так, чтобы провод, подвешенный на опорах, в месте его наибольшего провисания между опорами не приближался к поверхности земли ближе, чем это предусмотрено правилами устройства электротехнических установок.
Допускаемые приближения зависят от напряжения линии и от местности, где опа проходит. Например, для линий низкого напряжения наименьшее расстояние провода до земли при наибольшем его провисании должно быть не менее 5 м.
При пересечении линией железной дороги, автострады, автогужевой дороги допускаемое приближение принимается уже другим. Так, для линий низкого напряжения это допускаемое приближение составляет при пересечении:
железной дороги.................7,5 м
автогужевой дороги и узкоколейной железной дороги не общего пользования
и подъездных путей............ 6 »
При пересечении линией низкого напряжения линии связи допускаемое приближение до провода пересекаемой линии но вертикали составляет 1,25 м.
Расстояние между опорами (длину пролетов) обычно принимают равным: для линий низкого напряжения . . 35—45 м »
» высокого напряжения (6 и 10 кв) ............• .60—100 »
При определении места установки опоры в том случае, когда линия проходит вблизи строений, необходимо предусмотреть, чтобы провода линии не
оказались доступными для прикосновения (без специальных приспособлений) с крыш, окон, с балконов и тому подобных мест и не препятствовали сооружению лесов для производства строительноремонтных работ зданий. Провода воздушной линии низкого напряжения должны находиться па расстоянии не менее 1 м от кроны деревьев, с учетом возможного наибольшего колебания дерева при сильном ветре.
292
При прохождении линии низкого напряжения по лесным массивам и зеленым насаждениям вырубка просеки не обязательна. Однако вертикальные и горизонтальные расстояния от проводов, при их максимальном провисании или отклонении, до вершин деревьев, кустов и прочей растительности должны быть не менее 1 м.
При прохождении линии высокого напряжения в лесном массиве или насаждении прорубается просека.
§ 4. УСТАНОВКА ОПОР
Яма под опору одностоечного типа высверливается специальным буром, когда строительство линии механизировано, или же вырывается вручную лопатой. Для удобства рытья вручную лопатой яме придают ступенчатую форму, как показано на рисунке 176. Глубина зарывания опоры (наибольшая глубина ямы) зависит
от длины столба и каиества грунта и обычно равна 1,5—2 м. Длина ямы 1,3 м и ширина 0,4 м. Опору при установке подводят нижним концом к яме со стороны ступеней. К противоположной стенке ставят вертикально доску, в которую при подъеме и упирается опора своим нижним концом. Подъем одностоечной опоцы производят несколько рабочих с помощью ухватов и багров, как показано на рисунке 177.
Для сложных опор вырывают котлованы и подъем опор производят с помощью специального приспособления.
После two как столб установлен в яме, выверяют его вертикальность с помощью отвеса, а затем засыпают яму и одновременно утрамбовывают землю.
5. П ОДВЕСКА ПРОВОДОВ
В сельских воздушных линиях применяют голые стальные одио-проволочпые и многопроволочные провода и алюминиевые мпого-проволочные провода. Применение алюминиевыходпопроволочных проводов для воздушных электрических линий не допускается.
Подвеска проводов на опорах производится с помощью изоляторов. Для сельских линий низкого и высокого напряжения до 35 кв включительно применяют штыревые изоляторы. Подвесные
294
изоляторы в виде гирлянд применяют на линиях с напряжением 35 кв и выше.
Рис. 178. Размещение изоляторов па опоре и вязка проводов.
Чтобы установить изоляторы на опорах, прежде всего размечают на опоре места их установки, затем с помощью бурава высверливают отверстия под крюки. Изоляторы предварительно навер
295
тывают на крюки. Для этого на конец крюка сначала наматывают ровным слоем паклю, смоченную вареныммаслом илидегтем, а после этого навертывают изолятор на крюк до отказа. Подготовленные таким образом крюки с изоляторами устанавливают в высверленные на опоре отверстия. Сказанное выше относится к линиям, когда изоляторы размещаются на опоре, как это показано па рисунках 174 п 178. Верхние три изолятора предназначены для подвески фазных проводов, а нижний изолятор — для подвески нулевого провода.
В линиях низкого напряжения допускается любое расположение проводов, независимо от района климатических условий. При этом, однако, должны быть выдержаны расстояния, указанные ниже.
В районах климатических условий I и II вертикальное расстояние между проводами на опорах должно быть не менее 40 см, а горизонтальное при пролетах до 30 м — не менее 20 см п при пролетах больше 30 м — не менее 30 см.
В районах климатических условий III п IV указанные вертикальные и горизонтальные расстояния рекомендуется принимать соответственно равными 60 и 40 см.
Горизонтальное расстояние между проводами и в спусках па опоре должно быть не менее 15 см. Расстояние от провода до поверхности опоры, траверзы или других частей конструкции при штыревых изоляторах устанавливают не менее 7 см.
В линиях 2-го класса напряжением 6 и 10 кв, независимо от расположения проводов на опоре, на штыревых изоляторах расстояние между проводами определяется районом климатических условий и длиной пролета. Так. для районов климатических условий I и II при длине пролета до 75 м это расстояние должно быть не менее 80 см.
Когда линия высокого напряжения проходит через населенный пункт или пересекает железную или автогужевую дорогу, то в целях безопасности применяют более надежное крепление проводов к изоляторам, так называемую двойную подвеску проводов, при которой каждый пз проводов линии высокого напряжения закрепляется одновременно на двух рядом расположенных изоляторах. Два способа двойной подвески проводов, применяемых в практике сельской электрификации, показаны на рисунке 179.
§ 6. СОВМЕСТНАЯ ПОДВЕСКА ПРОВОДОВ
Подвеска проводов линий напряжением 380 в на общих опорах с проводами линий напряжением более 1000 в допускается при напряжении последних до 10 кв включительно. Однако рекомендуется избегать такой подвески.
, Совместная подвеска линий ДПЗ и линий напряжением 380 в не допускается.
Провода линии высшего напряжения подвешивают выше проводов низшего напряжения. Вертикальное расстояние между точ-
296
-8500-------------------------------------------------
—9300------------------------------->М-.
Рис. 179. Способы двойной подвески проводов: а — на свечкообразной опоре; 6 — на опоре с траверзой.
СхРМП кРРПЛёНиЯ ПРОООООв
Вязка-стальная оцинкованная проВслока сЬ2мм.
Для проводов малки А Вязка алюминиевая проволока d' Змм
Схема крепления прободод
ками подвеса нижнего провода линии высшего напряжения и верхнего провода линии низшего напряжения должно быть не менее 1,5 м.
Если провес проводов линии напряжением свыше 1000 в больше провеса проводов линий напряжением 380 в, то расстояние между точками подвеса высоковольтных и низковольтных проводов увеличивают, чтобы наименьшее расстояние в пролете по вертикали было не менее 1,5 м. На всем протяжении участка совместной подвески для проводов напряжением более 1000 в применяют двойней подвес.
При совместной прокладке линий высокого и низкого напряжений на общих опорах в сельских условиях для линий высокого напряжения допускается применение однопроволочных проводов диаметром 5 мм из оцинкованной стали и сечением 10 мм2 из меди.
В местах перехода линии напряжением свыше 1000 в на общие опоры с линией напряжением 380 в устанавливают защиту от перенапряжений в виде трубчатых разрядников или защитных промежутков. Эти аппараты устанавливаются па пограничных опорах совместного участка. Заземление разрядника можно объединить с повторным заземлением нулевого провода линии напряжением 380 в. Защитные промежутки должны иметь разрядное расстояние, равное 500 мм. Сопротивление заземления разрядника или защитного промежутка должно быть не более 20 ом.
На пограничных опорах участка совместной подвески проводов высокого и низкого напряжений делают повторные заземления нулевого провода низковольтной линии. Повторные заземления нулевого провода устанавливают также на участке совместной подвески в местах ответвлений от низковольтной липни, если длина ответвлений превышает 0,5 км.
Допускается совместная подвеска на одних опорах проводов электрических линий напряжением 380/220 в и проводов радиотрансляционной сети. Согласно правилам но устройству радиотрансляционных сетей при такой совместной подвеске проводов соблюдают следующие условия: провода радиотрансляционной сети располагают всегда ниже проводов ВЛ; расстояние от нижнего провода электрической линии до верхнего провода радиотрансляционной сети (при расположении на крюках) должно быть не менее 1,5 м; расстояние от нижнего провода фидерной линии до верхнего провода абонентской лишит радиотрансляционной сети устанавливают не менее 1 м.
§ 7. НАТЯЖКА, КРЕПЛЕНИЕ И СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДОВ
После того как провода выбранного сечения размотаны с барабана вдоль трассы линии, приступают к их натяжке.
Натяжка проводов малого сечения и при небольших пролетах между опорами производится обычно либо вручную, без специальных приспособлений, либо с помощью блоков. При натяжке вруч
298
ную прежде всего закрепляют один конец провода на начальной опоре и набрасывают провод с помощью багра на крюк следующей опоры.
Далее, один или двое рабочих отходят от споры вдоль линии метров на 30—40 и тянут за провод. В это время монтер, поднявшись на опору, закрепляет провод на изоляторе.
С помощью блоков (однороликового или полиспаста) натяжка провода может быть произведена сразу на весь пролет между анкерными опорами. Для этого, прикрепляют блок к якорю, зарытому в землю, или к крепкому дереву на расстоянии примерно 40—50 м за второй анкерной опорой вдоль линии.
К проводу, лежащему вдоль линии на земле, в месте около вто
рой анкерной опоры прикрепляют натяжной зажим (лягушку) (рис. 180) и it нему веревку длиной 20—30 м, которую пропускают через блок.
Закрепив провод на первой анкерной опоре, набрасывают провод с помощью багра на крюки всех промежуточных и второй ан
Рпс. 180. Натяжной зажим (лягушка).
Рис. 181. Способы крепления проводов к изоляторам: а — вязка на промежуточной опоре; б — концевая петля; в — заглушка.
керной опор. Затем несколько рабочих за веревку, пропущенную через блок, натягивают провод. В середине пролета между промежуточными опорами, находящимися в середине расстояния между анкерными опорами (где провисание провода будет наибольшим), проверяют расстояние между проводом и землей. Если это расстояние не меньше допустимого по правилам, то веревку закрепляют и крепят провода к изоляторам.
К штыревым изоляторам на промежуточных опорах провода прикрепляют обычно с помощью проволоки (рис. 181, а). Проволока (вязка) берется обязательно из того же материала, что и провод, сечением 3—4 мм2.
299
Крепление проводов к штыревым изоляторам на анкерных опорах производят при помощи концевых петель (рис. 181, б) или непосредственно закручиванием провода (заглушкой), как показано на рисунке 181, в.
Б месте соединения (сращивания) проводов должны быть обеспечены: 1) хороший электрический контакт между концами проводов; 2) достаточная механическая прочность соединения.
Провода воздушных линий высокого напряжения соединяют специальными зажимами — трубчатыми соединителями, показан-
ие? Д-З
-(о)-
Рлс. 182. Трубчатые соединители для проводов.
ными на рисунке 182. Соединение осуществляют путем сильного сжатия трубки, надетой на концы проводов.
В каждом пролете линии допускается не более одного соединения на провод; стальные однопроволочные провода можно сваривать внахлестку на длине не менее 150 мм; сварка встык не раз-
Рис. 183. Медные луженые гильзы типа СГ для соединения кабелей напряжением до 10 кв.
решается. Соединения в пролетах проводов из разных металлов разрешаются только на опорах; при этом указанные соединения не должны испытывать механических усилий.
При внутренней проводке соединение медных жил проводов и кабелей выполняют сваркой, пайкой, а также с помощью винто-
Рис. 184. Механические зажимы для соединения и ответвления проводов.
вых, болтовых, клиновых и тому подобных зажимов. Соединять алюминиевые жилы можно только папкой или сваркой. Применять при пайке составы и вещества, которые разрушающим образом действуют на провода, не допускается. Места соединений и ответ
300
влений проводов должны быть разгружены от механических усилий. При открыто проложенных изолированных проводах места соединений и ответвлений изолируются так же надежно, как и самые провода.
На рисунке 183 показаны медные луженые гильзы типа СГ для соединения медных жил кабелей напряжением до 10 кв.
На рисунке 184 изображены механические зажимы в пластмассовых оболочках, с помощью которых осуществляют соединение (а) и ответвления (б и в) проводов с медными жилами при открытой прокладке на изолирующих опорах.
§ 8. ОТКРЫТЫЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ
Открытые мачтовые трансформаторные подстанции, широко применяемые в сельском хозяйстве, по конструктивному выполнению бывают различны. Если применяются однофазные трансформаторы мощностью 5—10 ква, что практикуется при смешанной системе распределения электрической энергии, то такие трансформаторы монтируются непосредственно на одиночной деревянной опоре (свечке), как показано на рисунке 185. Однофазный трансформатор 1 укрепляется на столбе с помощью металлических скоб 2. Высоковольтные выводы трансформатора 3 присоединяют к воздушной линии высокого напряжения 4 через трубчатые предохранители 5. От зажимов низкого напряжения трансформатора провода по столбу спускают к низковольтному щитку 6, где установлен рубильник, и от щитка вновь поднимают по столбу до изоляторов 7, от которых и отходят короткие линии низкого напряжения к потребителям.
Для установки трехфазных трансформаторов применяют специальные деревянные конструкции опор: А-образные, П-образные и АП-образные, показанные на рисунке 186.
На А-образных и П-образных опорах допускается установка трехфазных трансформаторов мощностью 10—20 ква, на АП-об-разных — мощностью до 180 ква, напряжением до 35 кв включительно. Для установки трансформаторов мощностью более 180 ква применяют деревянные конструкции усиленного типа. Согласно правилам устройства электротехнических установок на открытых мачтовых подстанциях допускается устанавливать не более одного трансформатора напряжением до 35 кв включительно, мощностью не более 320 ква.
Присоединение трансформатора к высоковольтной сети, как правило, должно осуществляться при посредстве предохранителей и трехполюсного разъединителя, управляемого с земли. Привод разъединителя должен запираться на замок или быть съемным.
Трансформатор устанавливают на высоте не менее 4 м, считая от земли до токоведущих частей высокого напряжения. Для обслуживания подстанций на высоте не менее 3,5 м должна быть устроена площадка с перилами. Для подъема на площадку рекомендуется
301
применять складную лестницу, которая в сложенном положении должна примыкать к столбу и запираться на замок. Для подстанций, расположенных на одностоечных опорах, устройство площадок
Рис. 185. Монтаж однофазных трансформаторов на одиночной деревянной опоре.
и складных лестниц не требуется. Прп отключенном разъединителе части, остающиеся под напряжением, должны находиться на высоте не менее 2,5 м от уровня площадки обслуживания для подстанций напряжением 6 и 10 кв и не менее 3 м для подстанций напряжением 35 кв.
302
8100
Рис. 186. Мачтовые трансформаторные подстанции:
а — иа А-образной опоре; б — на П-образной опоре; в — на АП-образной опоре.
Щиток низкого напряжения должен быть заключен в шкаф. Для отключения трансформатора со стороны низкого напряжения устанавливают рубильник.
Соединение между трансформатором п щитком, а также между щитком и воздушными линиями низкого напряжения выполняют проводами с изоляцией на рабочее напряжение не ниже 1000 в и защищают от механических повреждений (трубой, уголком), f Конструкции мачтовых подстанций, используемые как опоры линий передачи, должны являться анкерными или концевыми опорами. Это требование не распространяется на одностоечные подстанции.
При устройстве открытой повысительной трансформаторной подстанции с одной отходящей линией высокого напряжения установка разъединителей на высоковольтной стороне трансформатора не обязательна. Такую подстанцию, расположенную всегда в непосредственной близости от электрической станции, отключают рубильником с распределительного щита станции. Чтобы полностью обезопасить обслуживающий персонал прп работе на подстанции, внизу на опоре подстанции, в деревянном шкафу, устанавливают трехполюсный рубильник, который разрывает цепь низкого напряжения, идущую от станции к трансформаторной подстанции. Этот рубильник дублирует рубильник, установленный на щите электростанции и тем самым предотвращает возможность включения подстанции со щита электростанции, когда на подстанции ведутся те пли пные работы.
Если от повысительной трансформаторной подстанции отходят несколько линий высокого напряжения, то на подстанции для каждой из этих линий устанавливают разъединители и трубчатые предохранители.
Трехполюсные разъединители ври напряжениях до 35 кв включительно разрешается использовать в качестве выключателей лишь в том случае, когда величина отключаемых токов не превосходит 5 а. Во всех других случаях разъединителями можно действовать только при отключенном рубильнике со стороны низкого напряжения трансформаторной подстанции.
На рисунке 187 показан трехполюсный разъединитель на напряжение 10 кв и ток 200, 400 и 600 а с основными размерами.
Монтаж разъединителей сводится: 1) к заготовке опорных конструкций, 2) к тщательному наружному осмотру аппаратуры; 3) к установке и регулировке разъединителей.
Заготовив опорную конструкцию (обычно деревянную траверсу), размечают место установки, просверливают отверстия.
Прп наружном осмотре разъединителя обращают внимание на отсутствие: на изоляторах — трещин, отбитых краев, на контактных частях — загрязнения, погнутости. От руки опробывают включения и выключения ножей.
Установив разъединитель на опоре, проверяют его по уровню и отвесу. После этого разъединитель закрепляют болтами.
304
При регулировке зачищают контактные поверхности и покрывают их тонким слоем чистого технического вазелина.
Ручной прпвод к разъединителям монтируют так, чтобы для отключения разъединителя было достаточно усилия одного чело-
века.
Трансформаторы мощностью до 1800 ква и напряжением до 35 кв прибывают на место установки в собранном виде и заполненные маслом. Трансформаторы, предназначенные для наружной установки, могут длительное время храниться на открытом воздухе.
Передустановкой все трансформаторы, независимо от мощности и напряжения, если после получения их с завода прошло более шести месяцев, подвергают наружной и внутренней ревизии с выемкой сердечника.
Наружная ревизия заключается в тщательном наружном осмотре трансформатора для проверки плотности прилегания крышки к баку, отсутствия видимых повреждений изоляторов на выводах, расширителя, термометра и других частей, плотности болтовых соединений и отсутствия течи масла.
Для внутренней ревизии сердечник с обмотками вынимается из бака с помощью блока, закрепленного в вершине треноги. Сердечник вынимают из бака вместе с
Рис. 187. Трехполюспый разъединитель на напряжение 10 кв.
крышкой за специальные ушки,
закрепленные в крышке трансформатора. Высоту треноги и подвески блока рассчитывают таким образом, чтобы сердечник можно было полностью вынуть из бака. После этого сердечник устанавли-
вают на настил из досок. Время пребывания сердечника на воздухе не должно превышать 12 часов в сухую погоду и 8 часов во влажную. В дождь и туман выемка сердечника из бака не допускается.
Внутренняя ревизия проводится с целью осмотра сердечника и обмоток, проверки креплений и контактов. Болтовые крепления
305
затягивают до отказа. Запрессовка обмоток должна быть плотной. Целость изоляции проверяется па всех отводах и в месте присоединения их к концам обмотки. Деревянные пли фибровые шпильки плотно затягивают. Обмотки проверяют на отсутствие обрывов. Изоляцию стяжных болтов сердечника проверяют с помощью мегомметра напряжением 1000 в. Сопротивление изоляции обмоток в холодном состоянии не должно отличаться более чем на 30% от данных заводских испытаний, указанных в протоколе. Масло из бака сливают в чистую посуду. Бак очищают от грязи и посторонних предметов и промывают трансформаторным маслом.
Перед заливкой в бак масло подвергают испытанию на электрическую прочность и отсутствие воды. В трансформаторах напряжением до 20 кв включительно разрешается применять масло с электрической прочностью не менее 25 кв, причем в масле не допускается следов воды. Уровень масла после заливки его в бак должен быть выше поверхности сердечника не менее чем на 100 мм (это требование относится к трансформаторам, не имеющим расширителей).
Если сопротивление изоляции обмоток трансформатора окажется ниже чем на 30% по сравнению с
величиной, указанной в протоколе заводского испытания, пли если электрическая прочность масла окажется менее 25 кв (для трансформаторов напряжением до 20 кв включительно), а химический анализ масла укажет на присутствие в нем следов воды, трансформатор сушат.
Заземление на трансформаторных подстаппиях выполняется из забитых в землю стальных труб, соединенных между собой стальной шиной, как показано на рисунке 188. Количество труб зависит от требуемого сопротивления заземления, но должно быть не менее двух.
§ 9. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ПУНКТЫ
В электрических сетях напряжением 6 п 10 кв между трансформаторными подстанциями устраивают иногда промежуточные звенья, которые называются распределительными пунктами.
Их назначение заключается в том, чтобы распределять мощность, полученную от подстанции (пли станции), между потребителями. На рас пределительном пункте электроэнергия не преобразуется из одного напряжения в другое, как это происходит на трансформаторной подстанции, а лишь распределяется между от-306
Рис. 188. Соединение труб за-томления шпион.
дельными потребителями. Благодаря устройству распределительного пункта уменьшается число питающих линии, отходящих от станции пли подстанции.
Распределительный иуиг.т представляет П- или АП образную спору, на которой устраивается система шин. К шинам с одной стороны подходят три фазы линии, а с другой — отходит то или иное число питающих линий, которые присоединяются к шинам через разъединители.
§ 10. ВВОДЫ В ПОМЕЩЕНИЕ
так и у входа в здание должно
i’lie. 189. Устройство ввода в помещение через стену:
1 — эбонитовая трубка; 2 — фарфоровая воронка; 3 — фарфоровая втулка.
Ввод электрической линии низкого напряжения в помещение делается обычно через стену, как показано на рисунке 189. Закрепление проводов ввода как на опоре, производиться на изоляторах заглушками. При этом крюки, а также кронштейны с изоляторами, устанавливаемые на зданиях, закрепляют в основном материале стен, а не в штукатурке или обшивке деревянных зданий.
Низшие точки подвеса проводов линейных вводов напряжением до 380 в включительно должны находиться на высоте не менее 2,75 м от земли. При этом не разрешается пересечение проводами вводного пролета проезжей части улиц, длина его не должна превышать 10 м, а высоту подвеса проводов на столбе устанавливают не менее 5,5 м.
Прп пересечении вводным пролетом проезжей части улиц высота провода над ней при наиболее неблагоприятных условиях не должна быть меньше 5,5 м.
Расстояние между проводами ввода, а также от них до выступающих частей зданий (свесы крыши и т. п.) должно быть не менее 20 см.
Линейные вводы (ответвления к зданию) длиной до 25 м вклю
чительно можно выполнять голыми медными проводами сечением 4 мм2, алюминиевыми — 10 мм2 и стальными — диаметром 3,5 мм.
На опорах линий напряжением 380 в включительно па фазных проводах каждого ввода в месте ответвления на опоре устанавливают предохранители, допускающие безопасную смену плавких вставок под напряжением (типа грибообразных).
Вводы в здания через стену рекомендуется выполнять таким образом, чтобы в проходе не могла скопляться вода и чтобы вода не попадала внутрь здания.
В здания можно вводить только изолированные провода.
307
Вводы в низкие одноэтажные дома в виде исключения допускаются через крыши в стальных трубах, как показано на рисунке 190. Линейное напряжение при этом не должно превышать 380 в. При устройстве таких вводов расстояние от проводов пролета до любой точки крыши делают не менее 2 м. Провода, расположенные в трубе, не должны быть сильно натянуты. Стальные трубы в системах 380/220 в с заземленным нулем присоединяют к нулевому проводу.
Провода вводного пролета нельзя прокладывать над крышами из легко воспламеняющегося материала (солома, камыш). Недопу-
Рпс. 190. Устройство ввода Рпс. 191. Устройство ввода через стену в помещение через крышу. в низкое помещение.
стимо также располагать вводный пролет над другими крышами, помимо той, через которую делается ввод в помещение.
При пересечении проводов вводного пролета с линиями связи провода вводов могут проходить ниже линий связи при условии, если вводы выполняются проводом с резиновой изоляцией марки ПР-500 и если расстояние в месте пересечения от проводов ввода до проводов связи будет не менее 1,25 м.
В практике сельской электрификации часто приходится делать вводы через стену в очень низкие помещения. В этом случае на расстоянии 0,2—0,5 м от стены здания напротив ввода ставится подставной столб достаточной высоты и на нем закрепляют ответвление, отходящее от магистральной линии, как показано на рисунке 191. Спуск по столбу лучше всего выполнять изолированным проводом в стальной трубе. Верхний и нижний концы трубы в этом случае оконцовывают деревянными втулками, проваренными в масле, чтобы не повредить изоляцию проводов. При отсутствии труб спуск изолированных проводов осуществляют на изоляторах типа ШВ с выступом для вертикального крепления проводов.
308
Глава 5
МОНТАЖ ВНУТРЕННЕЙ ПРОВОДКИ
Внутренняя электропроводка выполняется изолированными проводами. Защитные оболочки проводов по механической прочности и устойчивости к химическим воздействиям должны соответствовать условиям эксплуатации в данном помещении.
Сельские помещения разделяются на следующие группы: а) отапливаемые помещения (жилища, конторы, клубы, школы, больницы, производственные мастерские);
б) сухие неотапливаемые помещения (сени жилищ, подсобные помещения мастерских, склады);
в) сырые, особо сырые и с едкими парами или газами помещения (общественные кухни, бани, животноводческие помещения, молочные);
г) пожароопасные помещения (молотильные сараи, зернохранилища, мельницы);
д) взрывоопасные помещения (нефтебазы МТС, хранилища нефтепродуктов).
§ 1. ПРОВОДА
В проводках могут применяться провода как с медными, так и с алюминиевыми жилами. Провода с алюминиевыми жилами применяются начиная с сечения 2,5 мм2 и выше. Применение проводов с алюминиевыми жилами недопускается в больнипах, детских учреждениях, в клубах и других помещениях со значительным скоплением людей, во взрывоопасных помещениях, а также на установках, где провода подвержены постоянным сотрясениям.
Применение на чердаках проводов с алюминиевыми жилами допускается лишь при условии прокладки проводов в стальных трубах. Проводка голыми и голыми защищенными (оплеткой из волокнистых веществ, слоем эмали, лака, краски в целях предохранения металлической жилы провода от коррозии) проводами по стенам, потолкам и т. п. допускается при напряжении до 1000 в на высоте не менее 3,5 м от уровня пола и притом только при прокладке магистралей. Спуски от таких магистралей должны выполняться изолированными проводами в трубах.
Изолированные провода, применяемые при внутренних проводках, изготовляются различных марок и сечении.
Выбор сечения провода определяется рабочим током, а выбор марки провода — условиями и назначением проводки.
Рассмотрим некоторые марки изолированных проводов, применяемых в практике сельской электрификации.
ПРТО — провод с медными жилами, с резиновой изоляцией, одно- и многожильный, в общей оплетке из хлопчатобумажной пряжи, пропитанной противогнилостным составом, для прокладки в трубах, при напряжении до 500 в. Изготовляемые сечения: одножильные от 1 до 500 мм2; многожильные от 1 до 120 мм2.
309
ПР — провод с медными жилами, с резиновой изоляцией, одножильный, в пропитанной оплетке из хлопчатобумажной пряжи, для напряжения до 500 в. Изготовляемые сечения от 1 до 400 мм1 2 3 4 5.
АПР — такой же провод, как и ПР, но с алюминиевыми жилами, для напряжения до 500 в.
ПРД — провод с медными жилами, с резиновой изоляцией, двухжпльный (шнуроподобный), для напряжения 380 в. Изготовляемые сечения — от 0,75 до 6 мм2.
ШР — шнур с медными жилами, с резиновой изоляцией, двухжильный, для напряжения 220 в. Изготовляемые сечения — от 0,5 до 1,5 мм2.
ИВ — провод одножильный, с медной жилой, с винилитовой (пластмассовой) изоляцией, для напряжения 220 в. Изготовляемые сечения — от 0,75 до 6 мм2.
§ 2. НАИМЕНЬШИЕ ДОПУСТИМЫЕ СЕЧЕНИЯ ПРОВОДОВ
При выборе сечения проводов следует иметь в впду, что для различных проводов и условий их прокладки существуют н а п-меньшие допустимые сечения, предусмотренные правилами устройства электротехнических установок (табл. 34).
Таблица 34
Наименьшие допустимые сечения проводов
Назначение проводов
Наименьшее сечение (в мм2) проводов
медных алюминиевых стальных
1. Провод внутри и снаружи осветительных арматур:
внутри зданий .....................
вне зданий ........................
2. Шнуры и провода для подвесных и настольных ламп, а также для присоединения подвижных осветительных арматур и переносных бытовых токоприемников ....................................
3. Шпуры, провода и кабели для присоединения в промышленных установках подвижных, переносных токоприемников в легком защитном шлапге................
4. То же, в тяжелом шланге..............
5. Изолированные провода и шнуры в производственных, общественных и коммунальных зданиях для неподвижной прокладки на изолирующих опорах, расположенных друг от друга на расстоянии не более чем 1 м:
по роликам ........................
» изоляторам .....................
0,5
1,0
0,75
1,0
2,5
4,0
6,0
310
Продолжение
Назначение проводов Наименьшее сечение проводов
медных <в мм2) П ТТГГХТТГ-пневых стальных
6. Изолированные провода в производственных, общественных и коммунальных зданиях для неподвижной прокладки внутри зданий на изолирующих опорах, расположенных друг от друга на расстоянии: от 1 до 2 и 1,5 4,0
до 6 м 2,5 6,0 ——.
» 12 » 4,0 10,0 —
свыше 12 м 6,0 16,0 —
7. Голые провода в зданиях 2,5 6,0 10
8. Голые защищенные провода в зданиях 1,5 6,0 —
9. Изолированные и защищенные голые провода в наружных проводках: по стенам 2,5 6,0 _
во всех других случаях 4,0 10,0 —
10. Голые провода в наружных проводках во всех случаях 4,0 16,0 —
11. Провода для прокладки в трубах .... 1,5 4,0 —
12. Изолированные провода с алюминиевыми жилами — 2,5 —
§ 3. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И СПОСОБЫ ПРОКЛАДКИ ИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ II ШНУРОВ С РЕЗИНОВОЙ
II ПОЛИХЛОРВПНИЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
Марка привода Способ прокладки Область применения
ПРД ПВ АПВ По роликам В трубах, на роликах , изоляторах и клицах, по металлическим и бетонным поверхностям с прокладкой под проводами изолирующих материалов То же Осветительные сети в сухих п отапливаемых помещениях при напряжении между жилами до 220 в Осветительные п силовые сети внутри помещений (сухих, сырых, особо сырых, с парами минеральных кпелот и щелочей) при температуре окружающей среды ве выше +40°, на осветительных щитках, пусковых ящиках, в закрытых шкафах, при напряжении до 500 в То же, но с ограничениями
311
Продолжение
Марка провода Способ прокладки Область применения
пгв В трубах и металлических рукавах Осветительные и силовые сети, во вторичных цепях, по станкам и механизмам при наличии масел и эмульсий, при напряжении до 500 в
ПР-500 В изоляционных трубках, на роликах, изоляторах и клпцах, по металлическим и бетонным поверхностям с прокладкой под проводами изолирующих материалов Осветительные и силовые сети внутри помещений и вне зданий, в пожароопасных помещениях, во вторичных цепях, при напряжении до 500 в
АПР-500 В изоляционных трубках, на роликах, изоляторах и клицах Осветительные п силовые сети внутри помещений и вне зданий, при напряжении до 500 в с ограничениями
ПРЛ Открыто по панелям и скрыто в коробах Проводки во вторичных цепях, на релейных щитах и пультах, распределительных щптах п в шкафах, при напряжении до 500 в
ПРГ-500 В металлических рукавах Для соединения подвижных частей электрических машин, аппаратов и приборов внутри и вне зданий, со станкам, прп напряжении до 500 в
ПРГЛ Открыто по панелям и скрыто в коробах Проводки во вторичных цепях, на релейных щитах п пультах, распределительных щитах п в шкафах в случаях, когда требуется гибкость провода в условиях эксплуатации, при напряжении до 500 в
ПРТО-500 В стальных трубах Осветительные и силовые сети во взры-
(одножиль и металлических воопаснык помещениях, по вибрирующим
ный и многожильный) рукавах поверхностям машин, агрегатов и кранов и в случаях, когда вскрытие трубопроводов представляет большие трудности (например, прокладка труб под художественной облицовкой), а также во вторичных цепях, при напряжении до 500 в
АПРТО-500 В стальных трубах н металлических рукавах Осветительные и силовые сети в сухих, сырых и особо сырых помещениях и наружных установках, при напряжении до 500 в
ПРП Открыто с закреплением скобками Осветительные и силовые сети, во вторичных цепях, по станкам и механизмам при наличии легких механических воздействий на провод и отсутствии воздействия на провод масел и эмульсий, при напряжении до 500 в
312
Продолжение
Марка 1 ппопгпа 1 Способ прлклазки 1 Область применения
ПРШП Открыто с закреплением скобками Осветительные и силовые сети, во вторичных цепях, по мостовым кранам, экскаваторам, по машинам и механизмам при наличии средних механических воздействий на провод и при отсутствии воздействия на провод масел, эмульсии и т. п., при напряжении до 500 в Осветительные и силовые сети в сухих помещениях при наличии легких механических воздействий на провод (например, проводки в лестничных клетках), а также в тех случаях, когда открытую проводку по архитектурным соображениям выполняют незаметной (клубы, кино, музеи), при напряжении до 500 в
ТПРФ То же
ПРГД » » Для присоединения электродержателя к трансформатору сварочного аппарата при напряжении между жилами до 120 в
АР Внутри и поверх осветительных арматур Зарядка осветительных арматур в сухих помещениях в том случае, если провода нс должны обладать гибкостью, при напряжении между жилами до 220 в
АРД То же То же
ДПРГ Внутри осветительных арматур Зарядка осветительных арматур вне зданий и в сырых помещениях в том случае, если провода должны обладать гибкостью, при напряжении до 220 в
ШР Открыто Присоединение легких осветительных подвесов к сети осветительной проводки в сухих помещениях, при напряжении между жилами до 220 в
ШРП Зарядка блочпых подвесов в осветительных сетях в сухих помещениях, при напряжении между жилами до 200 в
ШРПЛ » Для присоединения подвижных токоприемников при возможных незначительных механических воздействиях, при напряжении между жилами до 220 в
ШРПС » Для присоединения подвижных токоприемников при возможных умеренных механических воздействиях, при напряжении до 500 в
КРПТ В трубах То же, но при наличии возможности значительных механических воздействий
Примечание. В спловых и осветительных сетях, за исключением сырых и особо сырых помещений и наружных установок, при отсутствии провода ПРТО допускается для прокладки в стальных трубах и металлических рукавах провод марки ПР-500.
313
§ 4. ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОВОДКИ
Порядок выполнения монтажных работ по внутренней проводке следующий: 1) разметка места прокладки проводов; 2) пробивка и высверливание отверстий; 3) закрепление изолирующих опор, скоб и труб; 4) открытая прокладка проводов; 5) прокладка проводов в трубах; 6) соединение проводов; 7) оконцевание проводов.
Разметка производится по уровню и отвесу с симметричной расстановкой изоляторов и креплений для труб. При этом пользуются шнурком и деревянным циркулем или стальной лентой. Открытые провода должны быть расположены параллельно архитектурным линиям здания.
Трубы прокладывают с незначительным уклоном к коробкам для стока конденсированной влаги. Скрытые проводки прокладывают по наикратчайшим расстояниям.
Пробивка отверстий производится специальными пробойниками. Отверстия для прохода проводов должны лежать в одной плоскости с проводками.
Закрепление роликов производится с помощью винтов и дюбелей, закрепление труб — с помощью скоб и перфорированных полос.
При открытой прокладке провода должны быть выпрямлены, натянуты и привязаны ко всем опорам, а шнуры — только к концевым п угловым опорам.
При прокладке проводов в трубах провода прокладывают так, чтобы их можно было заменять. Стальные трубы предварительно очищают от грязи и окалины, внутренние поверхности от заусениц: снаружи трубы окрашивают, а внутри промасливают олифой. Не окрашивают только наружную поверхность труб, заделываемых в бетон. Чтобы облегчить протаскивание проводов через трубы, в последние вдувают тальк.
Соединение медных жил проводов выполняют скруткой с последующей пропайкой.
Для пропайкп мест соединений медных проводов сечением до 2,5 мм2 применяют тиноль. Тиноль представляет собой измельченный сплав олова и свинца, смешанный с канифолью, маслом и другими веществами, не содержащими кислот.
Пропайку мест соединений медных проводов более крупных сечений производят с помощью канифоли и припоя (83 % свинца, 15% олова, 2% сурьмы).
Для соединения алюминиевых проводов поступают следующим образом. С концов проводов удаляют изоляцию и зачищенные до блеска жилы скручивают. Место скрутки покрывают флюсом (20 г канпфоли, разведенной в 100 см3 денатурированного спирта). После этого на место соединения проводов направляют пламя паяльной лампы и пропаивают прутком припоя.
Обыкновенное соединение двух одножильных проводов и последовательные операции соединения показаны на рисунке 192. Концы 314
проводов, подлежащие соединению, подготавливают путем аккуратной обрезки изоляции и очистки жилы до блеска. Соединение плотно обжимают плоскогубцами, выпрямляют провод в месте соединения, пропаивают оловом и оимахывают изоляцпоппои лентоп. Конец изоляционной лепты подвертывают внутрь, затем обматы
ваю! место соединения сначала в одном направлении, захватив около 10 мм оплетки, потом в другом направлении и заканчивают об-
Рис. 192. Последовательность операций при соединении двух одножильных проводов.
мотку около середины соединения, где провод подвязывается к изолятору.
На рисунке 193 показано выполнение простого ответвления прп одножильных проводах. Расстояние, на котором оголяют провод,
Рис. 193. Выполнение одинарного ответвления прп одножильных проводах.
обычно равно 25—40 мм. В углу ответвления ставят изолятор и к нему подвязывают провод.
Двойное ответвление одножильных проводов показано на рисунке 194.
При соединении шнуров концы зачищают на длину до 40 мм. Оплетку при этом не срезают, а лишь сдвигают в сторону с тем.
315
чтобы после папки оплетку сдвинуть на место и покрытие места соединения изоляционной лентой сделать по оплетке.
Последовательность операций при соединении шнуров показана на рисунке 195.
Все ответвления шнуров делают обязательно у роликов, к которым и подвязывают шнур в месте ответвления. Параллельное от-
Рис. 194. Выполнение двойного ответвления при одножильных проводах.
ветвление (отпайку) на штепсельную розетку выполняют по рисунку 196, а последовательное ответвление (отпайку) на выключатель— по рисунку 197.
Оконцевание цроводов выполняют после окончания их прокладки. Одножильные провода сечением до 10 мм2 включительно и многожильные сечением до 2,5 мм2 можно присоединять к зажимам приборов и аппаратов без наконечников. Одножильные
2
Рис. 197. Выполнение последовательного ответвления на выключатель: 1 — ролик; 2 — провода, идущие к выключателю.
Рис. 196. Выполнение параллельного ответвления на штепсельную розетку: 1 — ролик; 2 — провода, идущие к штепсельной розетке.
Рис. 195. Последовательность операций при соединении шнуров.
провода сечением выше 10 мм2 и многожильные сечением выше 2,5 мм2 должны быть снабжены наконечниками или оконцевате-лями. Различные виды оконцевания проводов и шнуров показаны на рисунке 198.
316
§ 5. АРМАТУРА ДЛЯ ВНУТРЕННЕЙ ПРОВОДКИ
Изолированные провода в целях более надежной изоляции прокладывают по стенам или потолку ня роликах и изоляторах. Провод в местах прохождения через стену заключается в изоляционную трубку, на концы которой надевают фарфоровые втулки илп фарфоровые воронки.
Резиновая изоляция проводов со временем разрушается, и если провод будет непосредственно касаться стены, то может появиться
Рис. 19S. Различные виды оконцевания проводов и шпуров:
1 — подготовка конца однопроволочного провода; 2—5 — подготовка конца шнура; 6—8 — оконцевание многопроволочного провода изоляционной лентой (а) или бандажом (б).
значительная утечка тока через землю, чем уменьшается величина полезного тока, совершающего работу.
В сухих отапливаемых помещениях для прокладки проводов применяют ролики (рис. 199, а).
Изоляторы (рис. 199, б) применяют для прокладки проводов в сырых, неотапливаемых помещениях и при наружной прокладке проводов.
Фарфоровые втулки (рис. 199, в) ставят при проходах через стены, а фарфоровые воронки (рис. 199, г) при выводе проводов наружу.
Правильная установка воронок показана на рисунке 200.
При прокладке проводов в трубках на значительную длину вводные отверстия воронок заливают расплавленным изоляционным материалом, чтобы предупредить попадание в эти трубки влаги, действующей разрушающим образом на изоляцию.
Ролики к деревянной стене и потолку крепят по дереву с помощью винтов с полукруглой головкой (шурупов).
317
Рис. 199. Арматура для внутренней проводки и детали для ее крепления: а — фарфоровый ролик; б — фарфоровый изолятор; в — фарфоровая втулка; г — фарфоровая воронка; д — устройство для крепления шурупов в каменной стене; е — крепление изоляторов ня стальной закрепе; ж — крепление изоляторов на стальной скобе; и — крюк для крепления изолятора; /; — якорь; л —- нолуякорь; .и — глухарь для крепления ролика.
Рис. 200. Установка воронок.
Если стена каменная (кирпич, бетон), то для крепления ролика сначала пробивают отверстие и в это отверстие вмазывают шуруп с предварительно навитой на резьбу проволочной спиралью (рис. 199, д). Вмазку производят гипсовым или алебастровым раствором. После того как масса затвердеет, шуруп вывинчивают п затем вновь ввинчивают уже вместе с роликом.
Иногда прп прокладке проводов больших сечений бывает удобнее размещать ролики на специальной стальной закрепе (рис. 199, е) пли скобе (рис. 199,ж), которые вместе с роликами укрепляют на стене или потолке. Ролики к закрепе или скобе крепят винтами по металлу.
Изоляторы устанавливают на крюках (рис. 199, и), якорях (рис. 199, к) или полуякорях (рис. 199, л). Для уплотнения применяется пакля, смоченная маслом.
При оштукатуренных стенах и потолках, когда приходится устанавливать рядом несколько роликов, во избежание разрушения штукатурки под ролики подкладывают металлическую планку.
Глухарями (рис. 199, м) закрепляют ролики при больших сечениях проводов (свыше 50 мм2), а также угловые и конечные ролики прп проводах сечением 16 мм2 и выше.
§ 6. КРЕПЛЕНИЕ ПРОВОДОВ
Одножпльные провода к роликам и изоляторам крепят путем привязки провода к каждому ролику или изолятору стальной мягкой оцинкованной проволокой. Чтобы не повредить этой проволо-
Рис. 201. Способы крепления проводов к роликам «крестом».
кой изоляции провода, на последний в месте присоединения его к ролику, накладывают 1—2 слоя прорезиненной ленты.
Наиболее распространенный способ крепления проводов па роликах — «крестом» — показан на рисунке 201. К изоляторам провод крепят на шейке изолятора (рис. 202,а) или на головке изолятора (рис. 202, б).
Шнур к роликам крепится с помощью хлопчатобумажной тесьмы.
Рекомендуется придерживаться следующих расстояний между промежуточными роликами.
319
При вертикальной прокладке по стенам и прокладке на потолках:
для шнура .... 800 мм » провода . . . 700 »
При горизонтальной прокладке по стенам:
для шнура .... 700 мм » провода . . . 600 »
Когда параллельно прокладывают на роликах несколько проводов или шнуров, то, в зависимости от сечения проводов, реко-47'
Рис. 203. Расположение изоляторов при повороте липпи.
мендуется придерживаться расстояний между проводами (или между роликами параллельно идущих проводов), приведенных в таблице 35.
Таблица 35
Рекомендуемые расстояния между проводами
Сечение проводов или шнуров (в мм2) Провод Шнур
1-4 6—10 16-25 35-70 95-150 1-2,5 4—6
Расстояние между проводами (в мм) 35 50 50 70 100 35 50
320
При прокладке проводов на изоляторах разметку для установки изоляторов делают, руководствуясь рисунком 203 и таблицей 36.
Таблица 36
Расстояние (в мм) между изоляторами при параллельной прокладке проводов (к рис. 203)
Сечение проводов (В ммэ) Расстояние А на прямом участке Расстояние В на угловом участке Расстояние С между изоляторами
горизонтальное по стенам по потолнам и вертикальное по стенам
1,5—2,5 100 140 До 1000 До 1500
4—6 150 210 » 1500 » 2500
10-25 200 280 » 2000 » 5000
35—150 250 350 » 2000 » 5000
Провода, прокладываемые по стене, должны находиться от потолка не менее чем на двойную высоту ролика или изолятора. Провода, прокладываемые по потолку, должны находиться от стены не ближе чем на двойную высоту ролика или изолятора.
§ 7. ОСВЕТИТЕЛЬНАЯ АРМАТУРА
Электрическую энергию подводят не непосредственно к электрическим лампочкам, а к специальным патронам, в которых укрепляются лампы. Наружные корпусы патронов бывают пластмассовые, фарфоровые и (реже) металлические. Внутри корпуса обычно имеется фарфоровая или пластмассовая вставка с укрепленными на ней металлическими деталями, служащими для подвода тока к цоколю электрической лампы. Эти детали снабжаются зажимами, к которым присоединяют концы проводов от сети.
Патроны с металлическим корпусом можно применять только в сухих, нормально отапливаемых помещениях. Патроны с пластмассовым корпусом допустимо использовать также в сухих, но не отапливаемых помещениях. Для установки в сырых помещениях применяют только специальные патроны с фарфоровым корпусом.
Подвесные патроны с колпаками (абажурами) в достаточно сухих и отапливаемых помещениях монтируют на шнуре (рис. 204,я), проходящем через фарфоровые потолочные розетки. Потолочные розетки (рис. 205) укрепляют шурупами к круглым деревянным розеткам, предварительно прикрепленным шурупом к потолку. Осветительная арматура, устанавливаемая в помещениях сырых, с едкими парами или газами, а также па открытом воздухе, должна иметь два отверстия с изоляционными втулками для раздельного ввода проводов и крепиться, как показано на рисунке 204, б.
Для выключения отдельных электрических ламп или небольших групп этих ламп применяют выключатели, обычно устанав
11 Н. А. Сазонов
321
ливаемые на стене, около места входа в помещение. Выключатели всегда присоединяют в рассечку (в разрыв) фазного провода, идущего к лампе. Устанавливают пх большей частью на специальном ответвлении провода, спускаемом по стене к выключателю. Выключатель состоит из круглого пластмассового или фарфорового корпуса,
на котором смонтированы детали, замыкающие и разрывающие
Рис. 204. Установка осветительной арматуры:
а — в сухих помещениях; б — в сырых помещениях.
цепь тока. Для присоединения проводов имеются зажимы. Сверху выключатель закрывается пластмассовой, фарфоровой или (реже) металлической крышкой.
Подвижные осветительные (настольные и переносные лампы и т. п.) и нагревательные приборы присоединяют к сети через не
Рпс. 205. Фарфоровая потолочная розетка.
подвижно устанавливаемый специальный контактный прибор — штепсельную розетку. Пластмассовый пли фарфоровый круглый корпус розетки имеет два (иногда три) металлических гнезда, к которым подведены провода от сети. Подвижный прибор посредством провода пли шнура соединяется со специальной штепсельной вилкой. Когда возникает необходимость включить указанный прибор, то вилку вставляют в гнезда штепсельной розетки.
Выключатели и штепсельные розетки устанавливают на круглых деревянных розетках диаметром 60—70 мм и крепят их к этим розеткам при помощи шурупов. Деревянные розетки обычно крепят к стене одним шурупом, ввертываемым в центр розетки. Полу-герметическпе выключатели, применяемые в помещениях сырых, с едкими парами пли газами, а также при наружной установке, укрепляют па роликах (рис. 206) или непосредственно на стене.
Выключатели устанавливаются на стене на высоте 1,5—1,7 м, а штепсельные розетки — 0,8—1,2 м от пола.
Если арматура прибыла со склада незаряженной, то ее прежде
322
всего следует зарядить. Для зарядки арматуры применяют провод марки АР или АРД.
Концы жил, вводимых в патрон или б штепсельную вилку или присоединяемых к шп ясельной розетке, выключателю, следует обмотать прорезиненной лентой, чтобы предупредить разлохмачивание изоляции.
Провода, подводимые к штепсельной розетке, присоединяют к зажимам А и В, как показано на рисунке 207, Зажим С остается свободным.
Рис. 206. Установка полугерметического выключателя.
Рис. 207. Присоединение проводов к штепсельной розетке.
В том случае, когда осветительная арматура, подвешиваемая к потолку, весит более 1 кг, необходимо спуск арматуры выполнять на стальной проволоке диаметром 1—1,5 мм, которая и воспринимает на себя всю тяжесть арматуры.
Электрический же провод в этом случае служит только для присоединения светильника к сети.
§ 8. ГРУППОВЫЕ ЩИТКИ
На групповых щитках размещают обычно плавкие (пробочного типа) предохранители, обслуживающие целую группу отдельных приемников тока. В отдельных случаях на групповых щитках устанавливают поворотные выключатели или рубильники для управления отдельными группами приемников.
Щитки с предохранителями устанавливают на стене на высоте 2,5—3 м от пола. Щитки, имеющие выключатели, устанавливают на стене на высоте 1,5—1,7 м.
Плавкие предохранители и выключатели должны быть так выполнены и установлены, чтобы они не представляли опасности во время своего действия для окружающих лиц и предметов, а возникающая при сгорании плавкой вставки предохранителя и отклю
11*
323
чении рубильника дуга не могла произвести короткого замыкания
или замыкания на землю.
В то же время групповые щитки устанавливают в местах, доступных для обслуживающего персонала.
При разбивке ламп на группы, защищаемые общим предохрани-
телем, следует обращать
Рис. 208. Крепление шптка
па стене с помощью метал-
лического каркаса.
внимание на такую группировку ламп, чтобы перегорание предохранителя на ответвлении в какой-либо группе ламп не могло вызвать полного прекращения освещения в данном помещении.
Нулевые провода трехфазной системы не должны иметь предохранителей и выключателей.
Линейные вводы в здание защищаются предохранителями, установленными в здании в непосредственной близости от места ввода, если предохранители не установлены на линии в месте ответвления.
Групповые щитки с предохранителями в осветительных сетях и силовые щитки у двигателей выполняются в виде мраморной, асбоцементной или деревянной панели, укрепляемой на каменной или деревянной стене с по
мощью металлического каркаса, как показано па рисунке 208. В случае де-
ревянного щитка провода пропускают сквозь панель с помощью фарфоровых втулок.
Щитки должны находиться от стены на некотором расстоянии, чтобы была возможность доступа к задней части щитка, куда подводятся провода (табл. 37).
Таблица 37
Напмс-иьшпе расстояния от щитка до степы
Размер щитка (в ММ) Расстояние до стены (в мм) Размер щитка (в мм) Расстояние до стены (в мм)
200X400 100 600х 800 350
500X400 150 600х1000 600
600x500 250 600x1200 800
При монтаже щитка его положение выверяют с помощью уровня и отвеса.
Когда щиток устанавливают в мастерской, то с целью защиты от механических повреждений его заключают в стальной или деревянный кожух или размещают в стальном шкафу в стене.
324
Провода, присоединяемые к задней части щитка, должны иметь некоторый запас длины, могущий обеспечить свободный поворот щитка при его снятии во время монтажных работ.
ТТ_™ лттЛ ЛГГГГ Т"»Л\ ГТ V
UCdUliainvuin DVUA ц1шс.Щилипл
производственного назначения, за исключением отапливаемых, имеющих деревянный пол, в скотных дворах, а также в сырых помещениях металлические нетоковедущие части электроустановок и металлические части, расположенные вблизи токоведущих электрических проводов, должны быть занулены, т. е. соединены с нулевым проводом. Обычно зануляют арматуру светильников, металлические корпусы выключателей, металлические кожухи щитков, стальные трубы, корпусы электродвигателей и других машин.
На рисунке 209 показано правильное присоединение патрона при занулении. В этом
Рис. 209. Правильной присоединение патрона при занулении.
случае винтовую металлическую гильзу патрона всегда присоединяют к нулевому проводу, а контакт у основания — к фазному
проводу.
Выключатели и предохранители следует ставить всегда в рассечку фазного, а не нулевого провода.
Глава 6
СПЕЦИАЛЬНЫЕ УКАЗАНИЯ ПО МОНТАЖУ
§ 1. МОНТАЖ В ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ХОЗЯЙСТВАХ
Животноводческие помещения относятся к следующим группам:
а) сухие отапливаемые — цыплятники для молодняка возрастом до 45 дней, инкубаторы, подсобные помещения для обслуживающего персонала;
б) сырые и особо сырые — доильные залы, молочные, крольчатники, птичники для водоплавающей птицы, водокачки, кормокухни, кормоцехи, моечные для животных;
в) помещения с едкими парами — коровники, конюшни, телятники, свинарники;
г) пожароопасные — отделения приготовления концентрированных и грубых кормов.
Провода троллейной сети для внутрифермского транспорта допускается прокладывать на одних опорах совместно с проводами низкого напряжения. В этом случае расстояние между низшей точкой подвеса проводов троллейной сети от уровня земли должно
325
быть не менее 5 м. В местах пересечения линией проездов, дорог и т. п. низшая точка подвеса должна быть па высоте 6 м.
Для привода насосов применяют электродвигатели с противо-сыростпой изоляцией.
Электрические водонагреватели должны быть термосного типа с тем, чтобы их включать в сеть ночью в часы наименьшей нагрузки.
Прп установке водонагревателей электродного типа отбор воды может производиться только после отключения нагревателя от электрической сети. С этой целью открытие водоразборного крана блокируется с отключением водонагревателя от сети.
Водонагреватели изготовляют трехфазнымп с тем, чтобы нагрузка в сети была равномерной по фазам. Подводка к водонагревателю выполняется в стальных трубах и кожух аппарата заземляется.
Для включения индивидуальных аппаратов для чистки животных, облучающих установок и т. п. в помещениях устанавливают герметические штепсельные розетки.
При использовании облучающих и других подобных установок троллейного питания внутри животноводческих помещений подвеска троллеев должна производиться на высоте не менее 2,5 м от уровня пола.
При высоте подвеса голых проводов меньше 2,5 м обязательно устройство защитных ограждений. Подача напряжения в троллейную сеть допускается только в период работы установок.
Для устройства дополнительного освещения в птичниках используют обычную арматуру для сухих неотапливаемых помещений. Освещение птичника разбивается на две группы по мощности в отношении 1:4. Сначала включается менее мощная группа ламп, а затем более мощная. Выключение света производят в обратном порядке.
Прп эксплуатации электростригальных агрегатов необходимо:
а) передвижную электростанцию устанавливать на расстоянии не менее 15 м от стригального пункта;
б) переносную силовую и осветительную сеть монтируют на специальной доске, которая укрепляется пад столами для стрижки; высота подвески сети должна обеспечивать удобное пользование кнопочными пускателями;
в) все электродвигатели надежно заземляют.
В целях предотвращения появления при неисправности изоляции пли замыкания на корпус опасных электрических потенциалов на металлических трубопроводах автопоилок и доильных установок, механически соединенных с электроустановками (электронасосами, вакуумнасосами, водонагревателями), следует указанные трубопроводы изолировать от электроустановок при помощи изолирующих вставок длиной не менее 0,5 м.
Все нетоконесущие металлические части электроустановок в животноводческих помещениях ежегодно окрашивают. Очистку осветительной арматуры производят один раз в месяц.
326
§ 2. МОНТАЖ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ СТАЦИОНАРНЫХ УСТАНОВОК В ПОЛЕВОДСТВЕ
Электродвигатели, используемые на открытом воздухе, защищают от непосредственного попадания осадков, для чыи их устанавливают под навесами, либо в специальных деревянных будках. Объем будки должен быть не менее 15-кратного объема электродвигателя.
Для работы на открытом воздухе применяют защищенные электродвигатели с противосыростной изоляцией или электродвигатели закрытого исполнения.
При размещении электродвигателя на расстоянии более 5 м от рабочей машины или в случае, когда электродвигатель и рабочая машина размещены в разных помещениях, должна быть предусмотрена возможность остановки электродвигателя кнопкой или иным устройством, расположенными около рабочей машины.
Для присоединения передвижных электродвигателей к полевым сетям низкого напряжения допускается применение накидных контактов с изолированными штангами на голые провода. Накидные контакты не исключают применения для электродвигателя выключателя.
§ 3. МОНТАЖ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ В РЕМОНТНЫХ МАСТЕРСКИХ
В мастерских машинно-тракторных станций рекомендуется устройство раздельных внутренних сетей: силовой, осветительной, местного освещения и специального инструмента.
Светильники местного освещения устанавливают непосредственно на станках и верстаках с питанием этих светильников от групповых понижающих трансформаторов 220/36 в.
Электрический ручной инструмент рекомендуют применять на напряжение 36 в с питанием от сети местного освещения при помощи штепсельных соединений.
Если электроинструмент применяют на напряжение выше 36 в, то он должен быть снабжен зажимом для заземления и кожухом, исключающим возможность прикосновения к токоведущим частям.
Для питания ручных светильников применяют напряжение не выше 36 в. При особо неблагоприятных условиях (работа внутри котлов, баков) питание ручных светильников производится ст напряжения 12 в.
ЧАСТЬ ШЕСТАЯ
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
При хорошем уходе и строгом соблюдении установленных правил эксплуатации электрические установки могут работать безотказно в течение 15—20 и более лет.
Нарушение правил эксплуатации ведет не только к преждевременному изнашиванию, авариям и порче оборудования, во и делает опасной работу обслуживающего персонала.
Статистика несчастных случаев с обслуживающим персоналом электрических установок показывает, что все эти случаи— результат незнания работником правил обслуживания электрических устройств пли нарушения этих правил.
Уход за электрическим оборудованием в сельских условиях затруднительнее, чем в условиях завода или фабрики, где электромонтер всегда может получить совет и помощь специалиста.
Поэтому для сельского электромонтера тем более важно хорошо знать правила эксплуатации и уметь их соблюдать.
Глава I
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Электромонтер должен правильно обслуживать электрические машины, осуществляя необходимый технический уход и текущий ремонт. Он обязан своевременно выявлять неисправности в машине и устранять их, уметь испытать (проверить) машину. Основные правила и приемы выполнения этих работ подробно описаны ниже.
§ 1. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ОБСЛУЖИВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Подготовка к пуску
Прежде чем пускать в ход электрическую машину (генератор или двигатель), необходимо внимательно осмотреть ее и проверить:
328
1) отсутствие на машине или внутри нее посторонних предметов: случайно оставленного инструмента, тряпок, проволоки;
2) наличие смазки в подшипниках;
3) исправность механической пернтачи: соединительной муфты, ремня;
4) надежность контактов подводящих ток проводов (надежность зажатия концов) и контактов заземления или зануления корпуса машины;
5) наличие плавких предохранителей;
6) свободное проворачивание машины от руки, если это позволяет сделать мощность машины и ее привод;
7) правильность положения рукояток реостатов;
8) плотность прилегания щеток.
К обслуживанию электрических установок допускается только специально подготовленный персонал, сдавший соответствующий экзамен. Проверка знаний электротехнического персонала МТС, совхозов и колхозов производится специальной комиссией не реже одного раза в год.
В объем обязательных знаний колхозного электромонтера входит знание следующих материалов:
1. Правила устройства электротехнических установок.
2. Правила технической эксплуатации сельских электроустановок.
3. Правила безопасности при эксплуатации электрических устройств.
4, Технический минимум в объеме настоящего руководства.
Пуск в ход
При пуске в ход электрической машины соблюдается последовательность операций в зависимости от рода и типа машины.
1. Синхронный генератор на электростанции
1. Пускают в ход первичный двигатель, приводящий в действие электрический генератор, и по указателю числа оборотов (тахометру) устанавливают нужный режим работы двигателя.
2. С помощью реостата возбуждения по вольтметру устанавливают номинальное напряжение на зажимах генератора.
Если на станции нет указателя числа оборотов, то ставят ручку реостата возбуждения в положение, которое соответствует номинальному напряжению при холостом ходе генератора (это положение ручки обычно обозначено на щитке чертой), и поднимают число оборотов первичного двигателя до тех пор, пока вольтметр не покажет номинального напряжения.
3. Включают генератор в сеть и последовательным включением отдельных питающих линий постепенно его нагружают.
324
4. После включения нагрузки путем регулирования числа оборотов первичного двигателя и возбуждения генератора устанавливают номинальное напряжение.
II. Асинхронный двигатель с фазным ротором
1. Включают трехполюсный рубильник в сеть.
2. Медленно поворачивают ручку пускового реостата до отказа.
3. Замыкают обмотку ротора накоротко и поднимают щетки.
4. Ручку пускового реостата ставят в начальное (пусковое) положение.
III.Асинхронный двигат ель с короткозамкнутым ротором
Вся операция пуска заключается в замыкании трехполюсного рубильника или магнитного пускателя на сеть.
Изменение направления вращения у двигателя
Чтобы переменить у асинхронного двигателя направление вращения ротора, достаточно, отключив двигатель от сети, переменить местами у зажимов любые два (из трех) конца проводов, идущих от рубильника.
Наблюдение за машиной во время ее работы
Нормальное состояние машины во время ее работы характеризуется следующим:
1) машина в целом и ее части, в частности подшипники, не нагреваются выше установленного предела (80°);
2) в машине нет ненормального шума и гудения;
3) ремень или муфта не бьют;
4) щетки не искрят.
Если замечено нарушение хотя бы одного из указанных условий, машину останавливают, выясняют причину неисправности и устраняют ее.
Остановка машины
При остановке синхронного генератора на станции:
1) останавливают первичный двигатель;
2) снимают возбуждение с генератора поворотом ручки реостата возбуждения;
3) отключают питающие линии и генератор от сети.
При остановке асинхронного двигателя:
330
1) выключают рубильник сети;
2) у асинхронного двигателя с кольцами опускают щетки и размыкают обмотку ротора.
Особенности обслуживания асинхронного генератора
Асинхронные генераторы имеют следующие эксплуатационные особенности, которые необходимо учитывать при обслуживании этих машин.
1. Напряжение на зажимах генератора сильно колеблется при изменении нагрузки. Поэтому целесообразно нагрузку на генераторе поддерживать постоянной.
2. При коротком замыкании в сети асинхронный генератор мгновенно теряет напряжение без каких-либо вредных последствий.
В связи с этим надобность в плавких предохранителях для защиты генератора отпадает.
3. При пуске генератора в работу нагрузка должна быть отключена, иначе генератор не возбудится. Нагрузка присоединяется к генератору после того, как на его зажимах появится напряжение.
4. В том случае, когда генератор не возбуждается вследствие потери остаточного магнетизма в железе машины, необходимо генератор отключить от сети и в любые две фазы обмотки статора дать импульс (толчок) тока от аккумуляторной батареи. После такого намагничивания генератор обычно начпнает возбуждаться.
5. Прп уходе за конденсаторами необходимо помнить, что после их отключения на зажимах у них остается напряжение. Чтобы избежать электрического удара при прикосновении к зажимам, следует предварительно разрядить конденсаторы путем закорачивания их зажимов каким-либо проводником.
Уход за обмотками машин
Наиболее ответственная часть всех электрических машин — изоляция их обмоток.
Чрезмерный нагрев изоляции, механическое повреждение пли химическое разъедание ее какими-либо веществами ведут к разрушению изоляции обмоток, в результате чего машина выходит из строя.
Изолирующие материалы, применяемые в электрических машинах и трансформаторах, согласно союзному стандарту, относятся обычно к классу А и классу В. Для каждого класса изоляции установлена наибольшая допустимая температура нагрева.
Если электрической машине приходится работать в помещении с едкими парами пли газами, то обмотки таких машин должны быть покрыты специальным защитным лаком.
Машины с отсыревшей изоляцией обмоток подвергают сушке.
331
Нельзя допускать накапливания на поверхности изоляции обмоток пыли и грязи; необходимо периодически эту пыль и грязь удалять путем продувки ручными мехами и обтирания выступающих частей обмоток слегка промасленной тряпкой.
Уход за подшипниками
Смазочное масло в подшипнике с течением времени загрязняется, становится густым, а светлое масло темнеет. Смазочные свойства масла в результате этого ухудшаются.
Поэтому масло в подшипниках должно периодически сменяться.
Смену масла в электрических машинах с кольцевой смазкой производят через каждые 200—300 часов работы машины, но не реже одного раза в 3—4 месяца.
Прежде чем заливать в подшипник свежее масло, необходимо выпустить через спускное отверстие старое и промыть подшипник керосином.
Промывку производят следующим образом: подставив под спускную пробку тазик, наливают в подшипник через крышку керосин и при этом проворачивают вал машивы. Промывка считается законченной, если керосин, выливающийся из подшипника, не содержит грязи.
После промывки керосин полностью удаляют из подшипника, так как даже небольшое его количество, растворенное в масле, очень сильно снижает качество смазки.
Масло, применяемое для смазки подшипников, должно быть чистым, без механических частиц, смолы и кислот. Если при работе машины в подшипнике образуется пена, это показывает, что качество масла неудовлетворительно.
Для подшипников скольжения с кольцевой смазкой рекомендуется применять сорта масел (в зависимости от мощности электрической машины и ее быстроходности), указанные в таблице 38.
Таблица 38
Сорта масел для подшипппкоя скольжения влектрических машин с кольцевой смазкой
Число оборотов у машин Мощность машин
до 100 квт от 100 до 1000 квт
Быстроходные (от 1000 об/мин и выше) Со средними скоростями (от 250 до 1000 об/мин) Тихоходные (до 250 об/мин) . . . . Веретенное 3 Машинное Л Машинное Л Веретенное 3 или машинное Л Машинное Л Машинное <1 или моторное М
332
При отсутствии сортов масел, указанных в таблице 38, разрешается применение их заменителей (табл. 39).
При заправке подшипника необходимо следить за тем, чтобы не переполнять маслом его резервуар, тяк как в противном случае масло разбрызгивается и вытекает. Смешиваясь с пылью, масло создает грязь на машине и около нее.
Попадание брызг масла на обмотку электрических машин очень вредно, так как ведет к разрушению изоляции обмоток.
После заполнения подшипника маслом необходимо плотно закрыть все крышки подшипников и проверить плотность закрытия спускных отверстий. Если это не будет выполнено, то через неплотности в крышках в подшипники попадет пыль, грязь и влага,
Таблица 39
Заменители смазочных масел
Масла заменяемые
Масла заменители
Веретенное 3
Машинное Л
Машинное С
Моторное М
1) Смесь; машинное Л (или машинное С) и веретенное 2
2) Смесь: машинное Л (или машинное С) и вазелиновое
3) Смесь: машинное Л и соляровое
4) Машинное Л
1) Смесь: машинное С и веретенное 3
2) Смесь: машинное С и веретенное 2
3) Машинное С
Моторное М
1) Машинное С
2) Машинное СУ
что поведет к быстрому загрязнению масла и к необходимости частой замены его. Через неплотности в спускной пробке масло вытекает из подшипника, вследствие чего ухудшаются условия работы подшипников и требуется частая доливка масла. Кроме того, масло, вытекающее из неплотностей спускной пробки и стекающее по щиту машины, захватывается охлаждающим воздухом п вместе с ним попадает внутрь машины, что вредно для обмоток.
Шариковые и роликовые подшипники требуют несколько иного ухода.
Смену смазки в них производят через 1000—1500 часов работы машины, по не реже одного раза в 6 месяцев.
•Пополнение смазки производят через 300—500 часов работы машины, по не реже одного раза в 3 месяца.
При смене смазки загрязненное масло смывают керосином.
Корпус шарикового пли роликового подшипника заполняют смазкой на 1 2 3 4/3 свободного пространства.
Вал двигателя после набивки подшипника смазкой должен легко вращаться.
Боковая крышка подшипника должна быть всегда плотно закрыта во избежание попадания в подшипник грязи и пыли.
333
Рекомендуемые сорта смазки для шариковых и роликовых подшипников электрических машин (в зависимости от типа этих машин) указаны в таблице 40,
Таблица 40
Сорта смазки для шариковых и роликовых подшипников электрических машин
Область применения Марка смазки Внешний вид смазки
Крупные машины с большими скоростями и нагрузками Средние и малые машины со скоростью от 1500 до 3000 об/мин Средние и малые машины со скоростью ниже 1500 об/мин Смазка для подшипников качения 1) Консталин 2) Солидол жировой Л Солидол жировой М Однородная маслянистая мазь с неволокнпстой структурой. Цвет — от светложелтого до темнокоричневого. В тонком слое — прозрачная Плотная мазь неволокнистой структуры. Цвет от светложелтого до темнокоричневого. При нанесении на стеклянную пластинку не должно быть заметно неоднородности мази и никаких посторонних включений, в том числе и комков мыла
Примечание. В условиях влажной среды применяются только солидолы.
В таблице 41 указано примерное количество смазки, потребное для одной заправки подшипников электрических машин, в зависимости от мощности машин.
Таблица 41
Количество смазки, потребное для одной заправки подшипников в электрической машпне
Мощность машины (в квт) Потребное количество смазки (в кг)
подшипники скольжения шариковые и роликовые подшипники
До 0,5 0,15 0,05
0,5—3 0,15—0,2 0,1—0,15
3—6 0,2—0,25 0,15—0,2
6—10 0,3—0,35 0,2—0,25
10—15 0,35—0,4 0,2—0,25
15—20 0,4—0,5 0,25—0,3
20—30 0,5—0,6 0,3—0,35
30—50 0,9—1,0 0,4—0,5
50—75 1,2—1,"5 0,5—0,7
75—100 1,5-2,0 0,7—0,8
334
Уход за ременной передачей
Натяжение ремня должно быть нормальным, а сшивки ремня исправны. Слишком большое натяжение ремня приводит к быстрому износу подшипника и его чрезмерному нагреванию. Слабое натяжение ведет к тому, что ремень начинает бить, увеличивается его скольжение относительно шкива и в результате возрастают потери в передаточном устройстве.
Ослабленный ремень следует подтянуть (если машина установлена на салазках) или же перешить. Сшивку надо сделать аккуратно, чтобы в месте сшивки ремень не был утолщен и не потерял гибкости.
Основные правила ухода за ремнями заключаются в том, чтобы:
1) оберегать ремни от попадания на них масла с подшипников, удалять масло бензином или бензолом, после чего протирать ремень сухой тряпкой;
2) удалять с ремня затвердевшие загрязнения, соскабливая их деревянной лопаткой илп тупой стороной ножа, или же смывать теплой мыльной водой;
3) содержать в чистоте шкивы.
Ремни с неработающих машин снимают, тщательно очищают от грязи, промазывают и помещают на хранение в сухое складское помещение.
Для придания ремням гибкости и уменьшения скольжения их по шкиву производят смазку ремней. Для смазки применяют исключительно нейтральные (бескислотные) мази, не разрушающие ремни. Кожаные и хлопчатобумажные ремни смазывают говяжьим салом примерно один раз в 6 месяцев. Прорезиненные ремни в смазке пе нуждаются.
Нельзя применять для смазки ремней канифоль и другие смолистые п лппкпе вещества, так как это ведет к быстрому изнашиванию ремня и загрязнению ремня и шкива. Кроме того, пыль от канифоли, попадая в подшипники, сильно ухудшает смазку.
Уход за коллектором п контактными кольцами
Нормальное состояние коллектора и контактных колец характеризуется:
1) гладкой полированной поверхностью;
2) отсутствием почерневших мест;
3) отсутствием биения коллектора и колец при вращении.
Гладкая полированная поверхность достигается хорошим уходом за коллектором и кольцами.
Необходимо один раз в смену после остановки машины протирать коллектор и кольца сухой тряпкой, удаляя металлическую и угольную пыль.
335
Если на поверхности появились царапины и почернения, необходимо прошлифовать поверхность стеклянной бумагой. Для этой цели, подняв щетки, накладывают на коллектор или кольца деревянную колодку со стеклянной бумагой, как показано на рисунке 210. Прижимая колодку и одновременно вращая ротор, производят шлифовку.
Для шлифовки применяют мелкозернистую стеклянную бумагу. Наждачную бумагу применять нельзя, так как наждак является
проводящим материалом и наждачная пыль, забиваясь между коллекторными пластинами, может привести к их закорачиванию.
Пользуясь стеклянной бумагой, следует ее предварительно смазать чистым маслом, чтобы медная пыль
Деревянная нолоВка
Рис. 210. Приспособление для °Ри^авала к бумаге, а не забива-ручной шлифовки коллектора лась в канавки между коллектор-электрической машины. ними пластинами.
Образование на поверхности коллектора и колец почернений и биение коллектора и колец при вращении показывают на наличие в машине неисправностей, которые должны быть обнаружены и устранены.
Уход за щетками
Нормальное состояние щеток характеризуется бесшумной работой и отсутствием искрения. Эти условия обычно достигаются хорошей пришлифовкой щеток, правильной установкой их в щеткодержателях и нормальным нажатием пружин.
Хорошо пришлифованная щетка имеет зеркальную, блестящую поверхность контакта.
При установке новых щеток необходимо прежде всего их пришлифовать.
Прижимание щеток к коллектору и кольцам с помощью пружины не должно быть очень сильным, так как при этом щетки быстро изнашиваются и коллектор сильно нагревается. Однако слишком слабое нажатие щеток ведет к искрению.
Твердые сорта щеток требуют более сильного нажатия, чем мягкие сорта. Нажатие всех щеток, имеющихся на коллекторе, должно быть по возможности одинаковым. Неодинаковый нажим на щетки часто приводит к искрению. Вставленные щетки должны свободно передвигаться в щеткодержателях, но не болтаться.
Медные щетки от времени до времени вынимают из щеткодержателей и прополаскивают в бензине для удаления с них медной ныли.
Износ щетки и необходимость ее замены определяются требованиями нормального нажатия ее на коллектор или кольца.
Для правильного выбора марки щеток можно пользоваться таблицей 42.
336
Выбор марки щеток
Таблица 42
Место установки
Коллектор возбудителя синхронного генератора . . .
Контактные кольца машин переменного тока . . . .
Сварочные генераторы............................
Автомобильные машины............................
Марка щеток
ГЗ, ЭГ2, ЭГ4
ГЗ, ЭГ4, ЭГ83
ЭГ2, ЭГ4, ЭГ8
МГ, МГ6
§ 2. ПЛАНОВО-ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНЫЕ ОСМОТРЫ И РЕВИЗИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Все электрические машины, находящиеся в эксплуатации, через определенный промежуток времени подвергают техническому осмотру и ревизии.
Технический осмотр
Технический осмотр производится без разборки машины с целью не допустить загрязнения машины, обеспечить нормальную смазку подшипников и поддержание в порядке всех механических креплений и электрических контактов.
Перечень работ, производимых при техническом осмотре
Наименование работы Содержание работы
1. Чистка доступных 1. Продувка от пыли машины внутри с помощью
мест без разборки ручных мехов
частей машины 2. Очистка контактных колец и коллектора от
пыли и нагара сухой тряпкой
3. Наружная очистка станины машины от пыли
и брызг масла тряпкой, слегка смоченной
керосином
11. Осмотр подшипни- 1. Проверка смазки
ков 2. Проверка отсутствия заедания смазочных
колец
3. Проверка отсутствия разбрызгивания или
вытекания масла из подшппнпков
III. Проверка механи- 1. Проверка плотности насадки муфты, шкива,
ческого сцепления шестерни проворачиванием их от руки
п передачи 2. Проверка натяжения ремня
IV. Осмотр болтовых 1. Осмотр фундаментных болтов
креплений и под- 2. Осмотр крепления боковых крышек
тяжка гаек 3. Проверка надежности заземления станины
генератора и электрического щита
V. Очистка от пыли 1. Очистка наружной стороны электрического
электрического щита от пыли тряпкой, слегка смоченной
щита керосином
2. Наружная очистка от пыли реостатов
3. Очистка ножей рубильников от нагара
337
Сроки технического осмотра электрических машпп
Наименование машины Место установки Срок технического осмотра
Синхронный генератор Асинхронный двигатель » » Электростанция Закрытое, чистое помещение Закрытое, пыльное помещение Открытая установка (под навесом) Ежедневно 1 раз в неделю 1 раз в 3 дня Ежедневно
Ревизия
Ревизия проводится при более подробном техническом осмотре, с разборкой машины, с целью своевременно обнаружить появившиеся дефекты и устранить их. Этим предупреждается возможность аварии и надобность в капитальном ремонте машины.
Перечень работ, производимых при ревизии
Наименование работы
Содержание работы
I
I. Проверка машины до разборки
И. Чистка машины с
разборкой (разборка заключается в снятии шкива пли муфты, снятии боковых крышек и выемки ротора)
1. Измерение воздушного зазора между статором и ротором с помощью щупа. Зазор проверяется в нескольких точках по окружности и должен быть одинаков
2. Измерение сопротивления изоляции обмотки статора с помощью мегомметра. Сопротивление изоляции обмотки не должно быть меньше 500 000 ом.
1. Продувка от пыли вентиляционных канале в и обмотки ручными мехами
2. Покрытие лаком доступных частей обмотки
3. Промывка керосином подшипников
4. Очистка от грязи и нагара коллектора, колец и щеткодержателей
5. Очистка муфты, шкива, шестерни
6. Очистка щитка зажимов
III. Смена и ремонт поврежденных и изношенных деталей машины
1. Перезаливка или смена вкладышей подшипников (если требуется), смена изношенных шариковых п роликовых подшипников
2. Смена изношенных щеток
3. Ремонт неисправных деталей щеткодержателей, смена ослабевших пружин
4. Ремонт деталей механизма для подъема щеток и закорачивания обмотки ротора
5. Проточка коллектора и колец (в случае надобности)
6. Смева или ремонт неисправных наконечнпкоз кабелей и соединительных проводов
333
Продолжение
Наименование работы
Содержание работы
IV. Сборка машины п выверка ее на фундаменте
V. Регулировка ~ щеткодержателей и щеток
VI. Проверка заземления или зануления
VII. Осмотр, чистка и ремонт реостатов с разборкой (разборка заключается в снятии кожуха)
VIII. Осмотр, чистка и ремонт выключающих аппаратов с разборкой (разборка заключается в снятии кожуха)
1. Проверка правильного положения ротора и зазора между ротором и статором
2. Проверка плотности крепления боковых крышек
3. Проверка плотности посадки муфты, шкива, шестерни
4. Выверка машины на фундаменте
5. Проверка и подтяжка болтовых соединений
1. Притирка новых щеток
2. Регулировка сплы нажатия щеток
Осмотр и ремонт заземляющих или зануляющих шин
1. Очистка воздушного реостата от пыли
2. Смена масла в масляном реостате с предварительной промывкой бака керосином
3. Очистка контактов от грязп и нагара
4. Смена поврежденных элементов сопротивления
5. Проверка после сборки всех креплений реостата
6. Осмотр и ремонт заземленпя или зануления
1. Очистка аппарата от пыли
2. Очпстка ножей и губок рубильника от грязи и нагара
3. Регулировка нажатия контактов и замена пружин в случае их ослабления
4. Проверка всех креплений
5. Проверка соответствия плавких вставок допустимому току
6. Очистка контактов предохранителей от окпси
7. Проверка показаний амперметра на щитке двигателя (сравнением с показаниями контрольного прибора)
Сроки ревизии электрических машин
Наименование машины Место установки Сроки текущего ремонта
Синхронный генератор Асинхронный двигатель 1> » Электростанция Закрытое, чистое помещение Закрытое, пыльное помещение Открытая установка (под навесом) 1 раз в 6 месяцев 1 раз в год 1 раз в б месяцев То же
339
§ 3. НЕИСПРАВНОСТИ И ИХ УСТРАНЕНИЕ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ
Неисправности в электрической машине могут выявиться при пуске ее в ход, при наблюдении за работой и при техническом осмотре машины.
В ряде случаев неисправность проявляется лишь в ненормальной работе машины, без заметных внешних повреждений. В таких случаях электромонтер должен уметь найти неисправность.
Все неисправности по сложности нахождения и устранения разделяются на трп группы:
первая групп а— неисправности, устранение которых производится на место самим электромонтером;
вторая группа — неисправности, устранение которых производится на мосте с помощью специальных приспособлений и особым ремонтным персоналом;
третья группа — неисправности, устранение которых требует отправки машины в специальную мастерскую или на завод.
Основные неисправности, обнаруживаемые при пуске в ход синхронного генератора
Неисправность I. Генератор не возбуждается
(на зажимах генератора нет напряжения по показанию вольтметра переменного тока на щите)
Наиболее часто встречающиеся причины этой неисправности, способы и методы их нахождения и устранения следующие.
1. Неисправен возбудитель и на его зажимах нет напряжения. Если возбудитель исправен, то при вращении машины на его зажимах будет напряжение, которое можно установить вольтметром постоянного тока со шкалой до 50—100 в или электрической лампочкой на 120 в, присоединив их к зажимам на щитке возбудителя, как показано на рисунке 211.
Нормальное напряжение на зажимах возбудителя у синхронных генераторов мощностью до 100 ква обычно составляет от 25 до 50 в. Поэтому при пользовании лампочкой на 120 в необходимо иметь в виду, что при напряжении 25—50 в она будет иметь очень малый накал. Пользоваться лампочкой на 220 в в данном случае нельзя, так как при малом напряжении лампочка совсем но будет иметь накала и в результате можно будет сделать ошибочный вывод о том, что возбудитель неисправен.
Если на электрическом распределительном щите станин и имеется вольтметр постоянного тока, то при исправном состоянии возбудителя он должен показывать напряжение на зажимах этого возбудителя.
340
электромагнитов показана на
Гис. 211. Проверка напряжения на зажимах возбудителя:
Ш) и Ш2 — зажимы концов параллельной обмотки; Я2 и Я2— зажимы концов обмотки якоря.
Напряжение на зажимах возбудителя может отсутствовать по одной из следующих причин:
а) неправильно соединены концы обмоток полюсов и якоря возбудителя;
б) потерян остаточный магнетизм;
в) разрыв в цепи обмоток полюсов возбудителя;
г) разрыв в цепи якоря возбудителя;
д) разрыв в проводах, идущих к шунтовому реостату;
е) разрыв внутри шунтового реостата.
Правильная схема соединения концов и Я2 обмоток якоря и концов ПЦ и Шг обмоток рисунке 211.
Иногда может оказаться, что приведенная на рисунке 211 схема соединения обмоток возбудителя правильна, но для другого направления вращения якоря возбудителя. Тогда следует изменить направление тока в обмотке электромагнитов возбудителя, поменяв местами провода у зажимов Шг и Zff2.
В более редких случаях возбудитель теряет остаточный магнетизм, без которого машина постоянного тока не мо
жет возбудиться. Остаточный магнетизм теряется от толчков и сотрясений (например, при перевозке машины), от короткого замыкания, которому подвергалась машина, от неправильного присоединения обмотки полюсов к зажимам якоря.
Чтобы восстановить в машине остаточный магнетизм, необходимо через обмотку полюсов возбудителя кратковременным включением пропустить постоянный ток, использовав в качестве источника энергии аккумулятор. Толчок тока получится, если, присоединив конец обмотки полюсов, отмеченный знаком плюс, к положительному зажиму аккумулятора, вторым концом обмотки быстро коснуться другого зажима аккумулятора.
Разрыв в цепи обмоток полюсов возбудителя можно установить мегомметром.
От зажимов Шг и Ш2 отъединяют все наружные провода и после этого производят опробование на разрыв. С этой целью с помощью двух проводов присоединяют мегомметр к зажимам Ш i и Ш2 и вращают ручку прибора. Если стрелка прибора будет показывать па бесконечно большое сопротивление (оо), то в цепи имеется разрыв. Если же стрелка мегомметра покажет на нуль, то это значит, что в цепи разрыва нет. При обнаружении разрыва в цепи обмотки полюсов нужно, сняв боковую крышку возбудителя, проверить соединение отдельных катушек на полюсах между собой и с зажи
341
Рис. 212. Определение разрыва в цепп ЯКОрЯ ВОЗбуДПТеЛЯ.
мами па щитке возбудителя. Если такой осмотр не выявит неисправностей, очевидно, что возбудитель нуждается в ремонте .
Разрыв в цепи якоря возбудителя обнаруживается путем присоединения мегомметра к зажимам и Яа, причем предварительно от этих зажимов следует отъединить все наружные провода. Прп отсутствии мегомметра можно воспользоваться автомобильным аккумулятором с лампочкой, присоединив их по схеме, указанной на рисунке 212.
Концы, подводимые от аккумулятора, не нужно' зажимать под гайки, а достаточно лишь прикоснуться ими к точкам Ях и /7„.
Если лампочка загорится — значит цепь исправна; если не загорится — это указывает на разрыв в цепи. Предварительно проверяют исправность лампочки.
Если проба указывает на разрыв в цени якоря, то следует в первую очередь проверить, хорошо ли прилегают щетки к коллектору и нет ли разрыва в проводах, соединяющих щетки с зажимами на щитке возбудителя.
Разрыв в проводах, идущих к шунтовому реостату, который размещается на электрическом распределительном щите станции, проверяется путем наружного осмотра. Если
эти провода недоступны для наружного осмотра, прибегают к мегомметру пли аккумулятору с лампочкой.
С этой целью два конца проводов, идущих от зажимов Ш„ и возбудителя к шунтовому реостату, соединяют вместе, а со стороны двух других концов, отъединенных от шунтового реостата, производят опробование.
Разрыв цепп тока может быть в месте присоединения проводов к зажимам возбудителя и к зажимам реостата вследствие плохого контакта провода с зажимами (окисление пли загрязнение поверхности контактов, слабая затяжка гаек пт. п.) либо где-нибудь вдоль провода вследствие перелома проводника. Плохой контакт устраняется зачисткой поверхности контактов и хорошим зажимом концов под гайкой. Провод с переломом проводника заменяется новым.
Разрыв внутри шунтового реостата устанавливают также при помощи мегомметра или аккумулятора с лампочкой. При этом от зажимов реостата на время опробования должны быть отъединены все провода.
В случае обнаружения разрыва цепи тока внутри реостата необходимо снять с него крышку и тщательно осмотреть все соединения.
В большинстве случаев разрыв цепи внутри реостата получается в результате плохого контакта между сопротивлениями
342
и зажимами па доске реостата или в результате перегорания секции сопротивления.
Плохой контакт можно исправить на месте, а при перегорании секции сопротивления слелует снять реостат со щита п передать в ремонт.
2. В цепи возбуждения генератора имеется разрыв и ток возбуждения отсутствует. Разрыв в цени возбуждения синхронного генератора определяют по отсутствию тока в этой цени при вращении машины, на что указывает амперметр постоянного тока на электрическом распределительном щите станции.
В случае отсутствия амперметра опробование цепи на разрыв производится при остановленной машине мегомметром или аккумулятором с лампочкой.
С этой целью два конца проводов, идущих от зажимов Я^ и Я2 якоря возбудителя к генератору, соединяют вместе, а опробование производят со стороны щеток, -причем на время опробования щетки или поднимают, чтобы они не касались колец, или под щетки подкладывают толстую бумагу.
Проверив одну часть цепи возбуждения (возбудитель — щетки), проверяют затем и другую часть цепи (кольца — обмотка ротора), оставив на месте бумажные подкладки под щетками или поднятые щетки, и производят опробование колец.
При обрыве неисправность следует искать в первую очередь в местах присоединения проводов у возбудителя, у колец и у щеток или вдоль проводов (в результате перелома проводника). Места неисправностей обычно можно обнаружить при тщательном осмотре всей цени возбуждения.
Плохой контакт устраняют зачисткой поверхности контактов и хорошим зажимом концов под гайки. Провод с переломом проводника заменяют новым.
Если неисправности в цепи возбуждения не обнаруживаются даже при тщательном осмотре, то можно заключить, что обрыв находится внутри генератора. Исправление такого обрыва требует разборки генератора.
3. Разрыв цепи тока обмотки статора генератора. Обмотка статора генератора состоит из трех отдельных фаз, соединенных в звезду или треугольник. Обычно на щиток зажимов генератора выведены все шесть концов обмотки.
Неисправность может заключаться:
а) в неправильном соединении зажимов на щитке между собой;
б) в плохом контакте на щитке с наружной или внутренней его стороны;
в) в разрыве обмотки внутри машины.
Установить зажимы, принадлежащие каждой из фаз, можно с помощью мегомметра или аккумулятора с лампочкой. С этой целью от зажимов отъединяют все наружные провода и перемычки и опробывают все зажимы попарно. Показание прибором нулевого
343
сопротивления и загорание лампочки указывают на принадлежность этих двух зажимов к одной и той же фазе.
На рисунке 213 показано правильное соединение фаз генератора в звезду (левая часть рисунка) и в треугольник (правая часть рисунка).
Плохой контакт у зажимов на щитке генератора (на наружной и внутренней сторонах) устраняется очисткой контактной поверхности и лучшим зажатием гаек.
Соединение 6 треугольник
Соединение 6 звезду
Провода к распределительному щиту
Рпс. 213. Положение перемычек на доске зажимов синхронного генератора.
Разрыв внутри какой-либо фазы обмотки статора выявляется при нахождении концов отдельных фаз, как это было описано выше.
Устранение разрыва внутри обмотки статора требует разборки генератора.
4. В цепи вольтметра переменного тока имеется разрыв, и вольтметр не дает показаний. Если при наружном осмотре всех проводов и зажимов в цепи вольтметра переменного тока неисправностей не обнаруживается, производят опробование этой цепи на обрыв методами, описанными выше. При этом опробы-вают отдельно соединительные провода, отъединив их от генератора и от вольтметра, и отдельно вольтметр, присоединяя его к зажимам аккумулятора и замечая, отклоняется ли при этом стрелка.
Плохие контакты исправляют. Поврежденные проводники заменяют новыми. Неисправный вольтметр отдают в ремонт.
Неисправность II. Генератор при холостом ходе и нормальной скорости вращения не развивает полного (номинального)
напряжения
(устанавливается по показанию вольтметра на щите)
1. Вольтметр, присоединенный к обмотке статора, дает неправильное показание. Так как о недостаточной величине напряжения, развиваемого генератором, судят по показаниям вольт
344
метра, прежде всего необходимо убедиться в правильности его показаний.
Вольтметр проверяют в специальной контрольно-измерительной лаборатории или же сравнением его показаний с другим вольтметром переменного тока,который подключается к тем же зажимам, что и проверяемый вольтметр. Второй способ не точен. Он дает лишь возможность сделать примерное заключение о правильности показаний проверяемого вольтметра при условии, что нет сомнений в исправном состоянии второго вольтметра.
2. Возбудитель не развивает необходимого напряжения на своих зажимах. Пониженное напряжение на зажимах возбудителя при нормальной скорости его вращения может быть следствием:
а) неисправности шунтового реостата;
б) закорачивания витков обмотки полюсов возбудителя друг с другом или с корпусом;
в) закорачивание витков обмотки якоря возбудителя друг с другом или с корпусом;
г) неправильного положения щеток на коллекторе.
Неисправность шунтового реостат а может заключаться в сильном пригорании контактов, что препятствует передвижению скользящего контакта относительно неподвижных контактов. В результате этого повернуть ручку реостата в положение, соответствующее нормальному, невозможно, а значит, нельзя и увеличить ток в обмотке возбуждения возбудителя.
Дефект устраняется зачисткой контактов от нагара и выравниванием их поверхности (опиливанием). Сильно поврежденные контакты заменяют новыми.
Соединение витков обмотки друг с другом и с корпусом машины может произойти в результате разрушения изоляции от механического повреждения, от сильного нагрева и т. п.
Наличие соединения между отдельными витками (закорачивание витков) в обмотке полюсов возбудителя можно обнаружить только измерением сопротивления отдельных катушек. Катушка, в которой имеются закороченные витки, будет иметь меньшее сопротивление по сравнению с другими катушками.
Соединение витков обмотки с корпусом выявляют мегомметром или аккумулятором с лампочкой. С этой целью один конец от мегомметра или аккумулятора присоединяют к корпусу машины, а другой — к одному из зажимов обмотки. Нулевое сопротивление по мегомметру или загорание лампочки указывает на замыкание витков обмотки на корпус.
Закорачивание витков обмотки якоря возбудителя друг с другом может произойти внутри паза якоря в результате повреждения изоляции (истирание, разрушение от сильного нагрева или механического действия) или в результате замыкания между собой отдельных пластин коллектора. В отдельных случаях закорачивание витков обмотки происходит в месте, где припаиваются
345
концы обмотки к пластинам коллектора, в результате небрежной припайки или соприкосновения между собой «петушков».
Замыкание пластин коллектора друг с другом обычно происходит в результате накапливания в канавке менаду пластинами проводящей ток угольной или металлической пыли.
Определение места неисправности на коллекторе или в «петушках» производится тщательным наружным осмотром. Угольная или металлическая пыль из канавок коллектора удаляется прочисткой этих канавок острием керна и вытиранием коллектора сухой тряпкой.
Закорачивание витков между собой внутри паза можно выявить специальным испытанием, которое требует источника тока,
Рис. 214. Нахождение закороченных витков обмотки якоря с помощью вольтметра.
например аккумулятора, и вольтметра постоянного тока со шкалой до 5 в. При отсутствии такого вольтметра можно воспользоваться щитовым амперметром, сняв у него шунт.
При испытании аккумулятор присоединяют к противолежащим щеткам, а вольтметр — поочередно к каждым двум рядом лежащим пластинам (рис. 214).
Если при присоединении вольтметра к каким-либо двум смежным пластинам стрелка не даст отклонения пли отклонение будет меньше, чем в других случаях,— значит к этим пластинам присоединены закороченные витки.
Соединение витков обмотки якоря с корпусом чаще всего бывает в мосте выхода обмотки из паза вследствие разрушения изоляции или же сильного отсыревания ее. Во время нормальной работы машины соединение обмотки с корпусом в одном месте ничем не обнаруживается, но как только такое соединение произойдет во втором месте якоря, в замкнутом контуре (корпус — обмотка — корпус) сразу же появятся большие токи, могущие при некоторых условиях сжечь обмотку якоря.
Чтобы найти место замыкания обмотки на корпус, можно воспользоваться следующим способом. Аккумулятор прпсоеди-
346
няют одним концом к обмотке якоря через щетку, а другим — г.-валу машины, как показано на рисунке 215.
Вольтметр постоянного тока со шкалой до 10 в присоединяют концом к той ле щетке, что и аккумулятор, а другим поочередно касаются коллекторных пластин. При касании этим концом той пластины, которая замкнута на корпус, показание вольтметра будет наибольшим и равным напряжению на зажимах аккумулятора.
Чем дальше от места повреждения будет находиться передвигаемый конец провода вольтметра, тем меньшее отклонение будет показывать вольтметр.
Может оказаться, что вольтметр не даст отклонения вообще, в какое бы место ни передвигать свободный конец провода. Это будет в том случае, когда щетка, к которой присоединен одни из зажимов аккумулятора, стоит как раз на пластине коллектора, имеющей замыкание на корпус. В этом случае якорь необходимо немного повернуть или же присоединить аккумулятор к другой щетке.
В случае обнаружения замыкания на корпус в результате отсыревания изоляции необходимо машину просушить. Замыкание обмотки на корпус в результате повреждения изоляции требует передачи машины в ремонт.
Неправильное положение щеток на коллекторе также может быть причиной пониженного напряжения на зажимах возбудителя. Сдвиг щеток с нормального положения может произойти при неправильной сборке машины, от сотрясения прп перевозке и т. п.
Если нельзя найти правильное положение щеток на коллекторе по тем отметкам, которые делают на машине при выпуске ее с завода, то это положение находят опытным путем, плавно передвигая щеткодержатель в одну и в другую стороны и наблюдая при этом за показаниями вольтметра, присоединенного к зажимам якоря возбудителя. Наибольшее отклонение вольтметра будет соответствовать нормальному положению щеток на коллекторе (т. е. положению их на нейтрали).
3. Обмотка ротора не создает достаточной величины магнитного поля. Уменьшение величины магнитного поля, создаваемого обмоткой ротора генератора, бывает в результате следующих причин:
а) одна пли несколько магнитных катушек неправильно включены; северные п южные полюсы неправильно чередуются;
б) между отдельными витками в магнитных катушках имеются замыкания вследствие влажности их изоляции, повреждения изоляции в месте непосредственного соприкосновения витков или же в двух точках соприкосновения витков с корпусом машины.
Неправильное чередование полюсов можно обнаружить с помощью магнитного компаса. Северный конец стрелки компаса будет притягиваться северным полюсом и отталкиваться южным
347
полюсом. Неправильное соединение катушек часто можно обнаружить при тщательном наружном осмотре. Обнаружение замыкания внутри катушек производится методами, описанными выше.
4. В фазах обмотки статора не наводится достаточной величины электродвижущая сила {напряжение). Пониженное напряжение на зажимах генератора может быть следствием:
а) закорачивания между собой отдельных катушек обмотки статора в случаях повреждения или сильного отсырения изоляции;
б) разрыва н соединении отдельных фаз обмотки статора.
Замыкание между собой отдельных катушек обмотки статора обнаруживают измерением сопротивления каждой из трех фаз обмотки. Значительно уменьшенное сопротивление какой-либо фазы обмотки статора по сравнению с сопротивлениями других фаз указывает, что в данной фазе имеются закороченные витки.
Разрыв в соединении фаз обычно бывает на щитке зажимов генератора, и его легко обнаружить прп осмотре этого щитка. При соединении фаз в звезду разрыв следует искать в нулевой точке, где замыкаются все три конца фаз. При соединении фаз н треугольник разрыв бывает в месте соединения конца одной фазы с началом другой. Неисправность обычно легко устраняется на месте.
Основные неисправности, обнаруживаемые при пуске в ход асинхронного двигателя
Неисправность I. Двигатель не пускается в ход
1. Отсутствие {перегорание) плавких предохранителей на щитке управления. Если двигатель не пускается в ход, необходимо прежде всего проверить исправность плавких предохранителей на щитке управления, а если они отсутствуют, — поставить их.
2. Отсутствие напряжения в сети. Наличие или отсутствие напряжения в сети можно проверить с помощью переносного вольтметра переменного тока со шкалой до 500 в, касаясь концами проводов, соединенных с вольтметром, губок рубильника. Вместо вольтметра можно воспользоваться «пробными лампами» (две лампочки по 220 в, последовательно соединенные между собой).
Отсутствие показаний на вольтметре или незагорание лампочек указывает, что в электрической сети нет напряжения (сеть выключена) или что имеется обрыв в проводах, идущих от трансформаторного киоска к двигателю.
Обрыв в подводящих проводах подтверждается, если с помощью того же переносного вольтметра установить наличие напряжения на зажимах питающей линии в распределительном ящике трансформаторного киоска.
348
Обрыв обнаруживается при внешнем осмотре проводов вдоль всей линии.
Провода в месте обрыва соединяют по правилам, которые изложены на страницах z9S—301.
При отсутствии вольтметра напряжение на щитке управления двигателя иногда можно обнаружить по проскакиванию искры между ножами и губками рубильника при его выключении.
3. Неправильное соединение фаз обмотки статора на щитке двигателя. Три фазы обмотки статора могут быть соединены между собой в звезду или треугольник. На щитке двигателя обычно имеются шесть зажимов, соответствующих началам и концам трех фаз обмотки. Нижние три зажима — начало фаз, а верхние три зажима — концы фаз.
При соединении в звезду верхние три зажима с помощью перемычек-пластин соединяются вместе и образуют пулевую общую точку. К трем нижним зажимам подводятся три провода от рубильника.
Прп соединении в треугольник конец первой фазы соединяется с помощью перемычки-пластины с началом второй фазы, конец второй фазы соединяется с началом третьей фазы и конец третьей фазы — с началом первой фазы. При таком соединении перемычки-пластины обычно располагаются на щитке вертикально.
Если на щитке нет отметок, указывающих на принадлежность зажимов к той или иной фазе, и при этом возникает сомнение в правильности расположения зажпмов (когда, например, двигатель вышел из ремонта и еще не работал), то необходимо проверить, какие зажимы к каким фазам принадлежат. Проверка производится с помощью мегомметра или аккумулятора с лампочкой по методу, описанному выше, для синхронных генераторов.
4. Обрыв в проводах, идущих от рубильника к двигателю. Обрыв получается вследствие плохого контакта в местах присоединения проводов к щитку управления или к щитку двигателя, либо в результате перелома проводника в одном из проводов.
Обрыв или плохой контакт у зажимов щитка двигателя может быть на наружной и на внутренней сторонах щитка.
Чтобы устранить неплотность контакта, необходимо очистить наконечники проводов и зажимы от окиси и плотнее зажать концы гайками. Провод с переломом проводника заменяют новым.
5. Обрыв внутри одной из фаз обмотки статора. Обрыв обнаруживается при пробе каждой из фаз обмотки статора в отдельности мегомметром или аккумулятором с лампочкой. Предварительно все зажимы на щитке двигателя освобождают от соединительных перемычек-пластин и подводящих проводов.
При обнаружении обрыва внутри фазы обмотки двигатель передается в ремонт.
349
6. Обмотка ротора неисправна. Двигатель пускается в ход при условии, когда обмотка ротора замкнута. Отпайка стержней обмотки от замыкающих колец, которые располагаются с боков,— серьезная неисправность двигателя.
Устранение этой неисправности требует передачи двигателя в ремонт.
7. Чрезмерная загрузка двигателя при пуске. В момент включения в сеть двигатель развивает определенный крутящий момент, который называется начальным пусковым моментом двигателя.
Обычно этот момент по величине приблизительно равен номинальному моменту, т. е. моменту, развиваемому двигателем при полной нагрузке.
Если начальный пусковой момент рабочей машины, с которой соединен двигатель, равен или больше начального пускового момента двигателя, двигатель не пойдет в ход.
Чтобы устранить этот недостаток, необходимо пускать двигатель в ход вхолостую и затем загружать, переводя ремень с холостого на рабочий шкив.
Если по условиям производства это сделать нельзя или двигатель при нагрузке таким способом останавливается, его необходимо заменить двигателем большей мощности.
8. Чрезмерная потеря напряжения в сети при включении двигателя. При включении двигателя в сеть напряжение на зажимах двигателя оказывается меньше нормального за счет потери некоторой части напряжения в воздушной линии, соединяющей двигатель с источником электрической энергии, и в самом источнике электроэнергии: в генераторе на станции или в трансформаторе на трансформаторной подстанции (киоске).
Эта потеря напряжения получается весьма большой, когда включаемый двигатель имеет значительную мощность, а источник электрической энергии (генератор или трансформатор), питающий сеть, сравнительно небольшой мощности, например в 2—3 раза превышающей мощность двигателя.
Потеря напряжения еще больше увеличивается, когда включаемый двигатель находится не вблизи станции или подстанции и соединительная воздушная линия выполнена из стального провода малого сечения.
Обнаружить чрезмерную потерю напряжения в сети прп включении двигателя можно по переносному вольтметру переменного тока со шкалой до 500 в, присоединяемому к губкам рубильника, или с помощью «пробных ламн». Эти лампы, присоединенные к губкам рубильника, будут гореть до включения двигателя сравнительно ярко, а после включения двигателя сильно снизят яркость.
В случае обнаружения чрезмерной потери напряжения в сети при включении двигателя необходпмо произвести поверочный расчет допустимости включения двигателя с короткозамкнутым ротором в данную электрическую сеть но методу, описанному выше.
350
9, Дополнительные причины неисправности в двигателях с контактными кольцами (неисправность пускового реостата, обрыв в проводах, соединяющих реостат с обмоткой ротора, отсутствие контакта меясду тетками и кольцами). Б случае, когда пускается в ход двигатель с контактными кольцами, неисправность может заключаться в пусковом реостате. Эта неисправность в большинстве случаев происходит от обрыва цепи внутри реостата или от отсутствия контакта между зажимами и ползушкой реостата.
Нарушение контакта между ползушкой и зажимами можно обнаружить с помощью мегомметра пли аккумулятора с лампочкой. С этой целью, отключив предварительно рубильник на щитке управления, ставят ползушку на любой из зажимов реостата п концы от мегомметра или аккумулятора подводят один к пол-зушке, а другой к зажиму. Если мегомметр покажет большое сопротивление или лампочка не будет загораться — значит между ползушкой и зажимом пет контакта. В этом случае для устранения неисправности необходимо очистить поверхность контактов от грязи и окиси и усилить нажим ползушки на зажимы.
Обрыв внутри реостата обнаруживается при проверке мегомметром или аккумулятором с лампочкой каждых двух соседних зажимов реостата, а также начального зажима с одним из зажимов реостата.
При обнаружении обрыва внутри пускового реостата его следует вскрыть, вынуть из масляного бачка п тщательно осмотреть.
Если обнаруженную неисправность нельзя устранить на месте, реостат сдают в ремонт.
Обрыв в проводах, соединяющих пусковой реостат с обмоткой ротора, и отсутствие контакта между щетками и кольцами находят либо наружным осмотром, либо мегомметром или аккумулятором с лампочкой.
Неисправность II. При включении двигателя, в сеть перегорают предохранители
1. Короткое замыкание в цепи обмотки статора. Если предохранители выбраны по сечению правильно и при включении рубильника перегорают мгновенно, значит в цепи обмотки статора двигателя произошло короткое замыкание.
Необходимо в этом случаесначала внешним осмотром убедиться, нет ли короткого замыкания непосредственно на щитке двигателя в результате неправильной установки перемычек-пластин.
Короткое замыкание внутри обмогки статора может быть: а) между витками разных фаз обмотки; это замыкание может произойти непосредственно между обмотками, например в лобовых ее частях, в результате разрушения или очень сильного отсыревания изоляции;
351
б) между витками одной и той же фазы; такое замыкание обычно происходит через корпус двигателя в результате разрушения изоляции или сильного ее отсыревания.
Наличие короткого замыкания внутри обмотки статора между витками разных фаз обнаруживают мегомметром или аккумулятором с лампочкой. Для этого освобождают все зажимы на щитке двигателя от перемычек и подводящих проводов. Один из концов мегомметра или аккумулятора присоединяют к зажиму одной из фаз обмотки, а другим касаются поочередно всех зажимов, принадлежащих другим фазам. Затем первый конец перемещают на зажим другой фазы и производят опробование другим концом всех остальных зажимов других фаз.
Нулевое сопротивление, показываемое мегомметром, или загорание лампочки указывают на короткое замыкание между витками разных фаз.
Замыкание между витками одной и той же фазы через корпус машины обнаруживается тем же методом, если один конец провода от мегомметра или аккумулятора присоединить к корпусу машины, а другим концом поочередно касаться зажимов отдельных фаз обмотки статора.
Неисправность III. Скорость вращения двигателя после пуска значительно ниже нормальной
Установить, что скорость вращения двигателя после его пуска значительно ниже нормальной, можно:
а) с помощью тахометра — измерителя числа оборотов;
б) по пониженному тону звука, сопровождающего вращение машины, если электромонтер помнит тон звука при вращении двигателя с нормальным числом оборотов;
в) по характеру работы производственной машины, соединенной с двигателем.
Если рабочая машина тихоходная, то можно подсчитать число ее оборотов, сделав отметку мелом на шкиве или барабане рабочей машины.
Наиболее часто встречающиеся причины неисправности и способы их нахождения и устранения следующие.
1. Неправильное соединение фаз обмотки статора. Подавляющее большинство асинхронных трехфазных двигателей рассчитано на работу с линейным напряжением 380 в при соединении фаз статора в звезду и с линейным напряжением 220 в при соединении фаз статора в треугольник.
Старые типы электродвигателей были рассчитаны на работу с линейным напряжением 220 в при соединении обмоток звездой и 127 в при соединении обмоток треугольником.
Если фазовые обмотки статора двигателя перед его пуском соединены в звезду, а не в треугольник, как этого требует линейное напряжение в сети, то двигатель после пуска будет работать 352
с понижением напряжения в 1,73 раза по сравнению с нормальным, на которое рассчитан. Вследствие снижения напряжения на зажимах двигателя против нормального резко уменьшатся вращающий момент и полезная moiIlhocit» двигателя, известно, что при снижении напряжения в 1,73 раза полезная мощность двигателя уменьшается в три раза.
Чтобы устранить указанный недостаток, необходимо правильно соединить между собой фазы обмотки статора двигателя.
2. Плохой контакт в цепи статора. Плохой контакт в цепи статора в местах присоединения проводов к щитку двигателя и к щитку управления может проявить себя после пуска двигателя, создав обрыв в обмотке одной из фаз.
Если бы обрыв одной из фаз произошел еще до включения двигателя, то двигатель при включении не пошел бы в ход и при этом было бы слышно сильное гудение в двигателе.
В данном же случае контакт был достаточным, чтобы двигатель после включения пошел в ход, а затем, под действием вибрации вращающейся машины, этот контакт нарушился и произошел обрыв в одной фазе.
Когда обрыв одной фазовой обмотки статора происходит во время вращения двигателя, то двигатель не останавливается, если нагрузка на его валу меньше нормальной, но зато сильно увеличивается ток в обмотках двигателя и снижается число оборотов.
Если оставить работать двигатель в таком состоянии, то двигатель может сгореть. Поэтому iipir обнаружении неисправности двигатель необходимо немедленно отключить от сети и, найдя обрыв в цепи статора, \ страшить его.
3. Механизм замыкания обмотки ротора неисправен (у двигателя с контактными кольцами). В случае двигателя с контактными кольцами после его пуска реостат отключается, обмотка ротора замыкается накоротко и щетки поднимаются. Эти операции производят специальным механизмом.
Может оказаться, что пружинящие ножи и губки, с помощью которых производится замыкание обмотки ротора накоротко, получили механическое повреждение или сильно загрязнились. Тогда, при воздействии па этот механизм в конце пуска, замыкания обмотки ротора накоротко не происходит, и двигатель продолжает работать со включенным сопротивлением в фазы обмотки ротора. Вследствие этого двигатель будет вращаться с пониженным числом оборотов.
Отключив двигатель от сети, следует тщательно осмотреть механизм включения и устранить неисправности.
Перегрузка двигателя. Если нагрузка на валу двигателя превосходит расчетную, то, работая с перегрузкой, двигатель будет развивать пониженное число оборотов.
О перегрузке двигателя можно судить также по повышенному показанию амперметра на щитке управления в сравнении с пока
12 II. А. Сазонов
353
занием при нормальной нагрузке. Снижение нагрузки в этом случае — единственное мероприятие по устранению неисправности.
Основные неисправности, обнаруженные при работе электрических машин
Неисправность I. Машина (генератор или двигатель) при работе чрезмерно нагревается
О степени нагрева машины при ее работе судят по температуре поверхности корпуса машины.
Чрезмерным нагревом электрической машины следует считать такой, при котором температура поверхности корпуса машины, измеренная термометром, выше 70—80°.
Возможные причины этой неисправности.
1. Перегрузка обмоток машины током. Нагрев электрической машины происходит за счет потерь энергии в железе машины и в меди ее обмоток. При работе машины с нагрузкой главное влияние на нагрев машины в целом оказывают потери в обмотках. Эти потери пропорциональны сопротивлению обмотки г, квадрату тока и времени t. Поэтому увеличение тока в два раза повышает потери в обмотках уже в четыре раза. Ток же всегда возрастает прямо пропорционально нагрхзке машины.
Перегрузку машины током можно установить по амиермс!ру, поскольку нормальная величина тока для данной машины всегда известна пз ее паспортной таблички.
Устранение перегрузки снизит температуру нагрева машины до нормальной величины.
2. Ухудшение услосий охлаждения машины. Электрические машины, применяемые в сельском хозяйстве, охлаждаются воздухом, который прогоняется через машину. Движению воздушного потока через машину способствует искусственная вентиляция, создаваемая специальными вентиляторными крылышками, которые устанавливаются на роторе машины. Охлаждающая поверхность машины, обтекаемая воздушным потоком, искусственно увеличивается устройством внутри нее вентиляторных каналов. Воздух, который служит для охлаждения машины, поступает из помещения, где она работает.
Ухудшение условий охлаждения машины может последовать в результате ряда причин.
а) Повреждение вентиляторных крылышек, установленных на роторе. Обнаружение этой неисправности возможно при осмотре ротора после остановки машины. Исправляет вентиляторные приспособления ремонтный персонал.
б) Засорение вентиляционных отверстий и каналов. Неисправность обнаруживается прп тщательном осмотре машины поело ее остановки, а в отдельных случаях и после ее разборки. Устра-354
няют неисправность чисткой всех вентиляционных отверстий и каналов.
в) Значительная неравномерность воздушного зазора между статором и потопом v асинхронного дын йимя.
Воздушный зазор в асинхронном двигателе имеет большое значение и как вентиляционный канал. Уменьшение этого зазора, например внизу, ведет к уменьшению количества воздуха, засасываемого машиной в этом месте, а значит и к ухудшению условий охлаждения данной части машины.
Неравномерность воздушного зазора появляется при изнашивании вкладышей подшипников. Для обнаружения неравномерности воздушного зазора пользуются щупами, которыми измеряют зазор в 3—5 местах по окружности ротора. Устраняется неисправность сменой вкладышей подшипников.
г) Чрезмерный нагрев воздуха, поступающего в машину из помещения. Воздух внутри помещения, где работает машина, нагревается сильно в том случае, когда вентиляция этого помещения или совсем отсутствует или недостаточна.
Все электрические машины рассчитаны на то, чтобы, работая прп полной нагрузке, не нагреваться выше допустимого предела при условии, что температура окружающего воздуха всегда ниже — 35ъ.
Поэтому, как только температура воздуха в помещении поднимается выше +35°, электрическая машина, работающая при полной нагрузке, начнет перегреваться.
Температуру в помещении проверяют термометром. В летнее жаркое время всегда следует в помещении, где работает электрическая машина, создавать усиленную вентиляцию, открывая окна и двери.
3. Наличие внутри машины отдельных очагов сильного нагрева в результате неисправностей. Так как обмотка равномерно расположена по большой площади внутри машины, то выделение тепла в машине прп нормальных условиях имеет относительно равномерный характер. При возникновении внутри обмоток короткого замыкания между витками в результате разрушения изоляции пли при сильном отсыревании ее, в этом месте обмотки из-за больших токов короткого замыкания появляется местный сильный нагрев. Тепло, возникающее в этом месте машины, оказывает влияние на общий нагрев машины в целом. Если машину в таком состоянии оставить работать длительное время, этот местный сильный нагрев приведет к сгоранию обмоток.
Обнаружить очаг сильного нагрева внутри машины обычно удается лишь при осмотре изоляции в данном месте обмотки (трещины, изменение наружного цвета, обугливание). Для устранения указанной неисправности машину отдают в ремонт.
12
355
Неисправность II. Подшипники машины чрезмерно нагреваются.
Чрезмерным нагревом подшипников считается нагрев их корпуса до температуры выше 80°. Измеряют температуру корпуса подшипника термометром. Причины неисправности могут быть следующие.
1. Отсутствие или недостаточное количество .масла с подшипнике. Быстрое уменьшение количества масла в подшипнике может происходить вследствие вытекания масла из спускного отверстия из-за неплотной установки пробки. Следы вытекания масла ил» спускного отверстия могут быть обнаружены на боковом щше машины или на полу. Устранить вытекание масла можно более плотной установкой пробки.
Масло может вытекать также из зазора между подшипником и валом машины вследствие сильной разработки вкладышей или ослабления уплотнительных колец. Если замена уплотнительных колец не устранит вытекания масла, то двигатель необходимо отдать в ремонт.
2. Смазочное кольцо не вращается. Если смазочное кольцо не вращается, то подача масла на вал прекращается, и это ведет к нагреву подшипника. Смазочное кольцо может быть или чересчур легким или слишком тяжелым. Стальное кольцо иногда намагничивается и притягивается к корпусу. Плохую работу кольца обнаруживают прп наблюдении за его работой. В таких случаях кольца заменяют. В случае намагничивания примени!• >: не стальные, а бронзовые кольца.
3. Загрязнение подшипника и масла. Неполадка обычно появляется в результате неплотного закрывания крышки подшипника.
Загрязненное масло следует спустить, подшипник промыть керосином и залить свежим маслом.
Крышку подшипника необходимо исправить, чтобы она плотно закрывала отверстия.
4, Вкладыши, плохо пришабрены Этот недостаток проявляется сразу же после пуска машины (если перед этим подшипники подвергались ремонту). В большинстве случаев указанный недостаток устраняется сам собой после некоторого времени работы машины. В противном случае машину останавливают и подвергают вкладыш подшипника дополнительной шабровке.
5. Чрезмерная натяжка ремня (что вызывает слишком большое давление на подшипник). Причина неисправности легко обнаруживается при внешнем осмотре. Чтобы устранить этот недостаток следует ослабить натяжение ремня, если машина установлена на салазках, или же, сняв ремень, подвергнуть его искусственному вытягиванию. С этой целью один конец ремня надевают на шкив, укрепленный на стене иа необходимой высоте, а к другому концу ремня через шкив, продетый в ремень, подвешивают груз.
356
Величина груза должна быть не более 30 кг на 1 см2 поперечного сечения ремня. Продолжительность вытягивания — от 1 до 3 дней.
6. Искривление вч.т. Если конец вала бьет — значит имеется искривление, и машин)' необходимо отдать в ремонт для проточки вала.
Неисправность Ш. Щетки искрят
Пскрообразоваппе под щетками вызывает: разрушение щеток и их быстрое изнашивание; образование нагара и почернений на поверхности коллектора и контактных колец, что ведет к ухудшению поверхности их и к преждевременному изнашиванию; уменьшение тока возбуждения у синхронных генераторов; чрезмерный нагрев коллектора и колец.
Искрообразование опасно также в пожарном отношении и нри определенных условиях может даже привести к взрыву (при работе на мельнице, элеваторе, в помещении, наполненном горючим газом). Возможны нижеперечисленные причины неисправности.
1. Неправильная установка щеток.
а) Щетки на коллекторе стоят не на нейтрали. Это бывает, когда машину пускают вновь или после разборки. На машине делаются отметки краской о правильном положении щеток. Если такой отметки нет, то следует при работающей машине, ослабив болты щеточной траверзы, передвигать плавно щетки в одну и другую сторону (во вращению и против вращения коллектора) до исчезновения искрообразовапия.
б) Щетки не пришлифованы. Если контактная поверхность щетки не имеет ровного по всей поверхности блестящего вида, то ее необходимо пришлифовать.
в) Щетки слабо прижаты к коллектору или кольцам. В этом случае необходимо усилить прижатие соответствующей регулировкой пружины. Ослабшая пружина заменяется новой.
г) Щетки поставлены неподходящей марки. Щетки заменить па другие.
2. Неисправность коллектора или контактных колеи. Эта неисправность чаще всего заключается в загрязнении, или в шероховатости поверхности, или в том, что коллектор или кольца 61, ют.
Загрязнение поверхности устраняется протиркой ее сухой тряпкой. В отдельных случаях приходится прибегать к протирке тряпкой, слегка смоченной в бензине.
Чтобы устранить шероховатость поверхности, следует прошлифовать коллектор или кольца.
Если между коллекторными пластинами выступает изоляция, то перед шлифовкой необходимо «продброжить» канавки на коллекторе с помощью острия керна.
357
Если коллектор пли кольца бьют (что можно установить наблюдением), их обтачивают.
3. Перегрузка машины. Когда машина постоянного тока перегружена, то ее нормальная коммутация нарушается, и появляется пскрообразование.
Устранить указанный недостаток можно лишь уменьшением нагрузки.
4. Неправильное соединение обмоток возбудителя. При сборке возбудителя может быть нарушена правильная полярность обмотки дополнительных полюсов, в результате чего коммутация резко ухудшается и появляется искрение.
Правильная последовательность полярности у возбудителя синхронного генератора, если обходить полюсы в направлении вращения машины, должна быть следующей:
С —> ю —> Ю —> с —>67 —> ю —>• Ю.
Здесь большими буквами обозначены главные полюсы (С — северный, Ю — южный), а малыми буквами соответственно дополнительные полюсы.
Определить полярность полюса можно с помощью компаса: северный конец стрелки компаса будет притягиваться к северному полюсу.
При отсутствии компаса можно намагнитить одним из полюсов машины небольшой кусочек стали (например, стальное перо,- и, подвесив его к нише, подносить поочередно к полюсам.
Искрение на коллекторе возбудителя может вызываться также коротким замыканием в обмотке дополнительных полюсов, соединением обмотки полюсов с корпусом, плохим контактом между обмоткой якоря и коллектором.
5. Биение ремня. Когда ремень бьет, вал машины и насаженные па него коллектор и контактные кольца испытывают сильные колебания относительно щеток, чем и нарушается между ними электрический контакт. В результате нарушения электрического контакта появляется искрение.
Перешивка ремня устранит этот недостаток.
6. Вибрация машины. Если машина плохо закреплена на фундаменте, либо плохо сбалансированы якорь или шкив, то при работе машины наблюдается вибрация, которая вызывает искрение. Способы обнаружения и устранения этого недостатка указаны ниже.
Неисправность IV. Машина вибрирует (дрожит)
Вибрация машины ведет к постепенному ослаблению всех болтовых соединений и зажимов, что может повлечь за собой: сдвиг машины на фундаменте, разрыв той или другой электрической цепи, разрушение изоляции в обмотках и, как следствие этого, короткое замыкание в обмотке и другие неисправности.
358
Вибрация машины вызывает также искрение под щетками. Причины неисправности следующие.
1. Неточная выверка машины при установке,
2. Неуравновешенность вращающихся частей. Все вращающиеся части электрической машины и других машин, жестко связанных с ней, должны быть точно отбалансированы, причем точность балансировки должна быть тем выше, чем быстроходнее машина.
Балансировка производится на специальном станке и требует от рабочего опытности.
Чтобы выяснить место нахождения неуравновешенности, когда на одном и том же валу закреплено несколько различных вращающихся частей (например, ротор электрической машины, шкив, муфта, барабан рабочей машины), разъединяют все эти части, проверяют отдельно работу электродвигателя вхолостую, без шкива и муфты, затем — со шкивом, с муфтой и, наконец, с рабочей машиной.
3. Недостаточная жесткость фундамента или его неправильная осадка. Если фундамент под машину был выполнен без соблюдения технических требовании и расчета, то он мог оказаться недостаточным для данной машивы или осадка его произошла неправильно. В результате этого машина может вибрировать.
Устранение неисправности требует переделки фундамента или его усиления.
4. Короткое замыкание в обмотке статора. Короткое замыкание витков в обмотке статора вызывает магнитную асимметрию машины, которая вызывает вибрацию машины.
Способы обнаружения и устранения короткого замыкания витков в обмотке статора были указаны выше.
Неисправность V. Прикосновение человека ?<• корпусу машины вызывает элект рический увар
Поскольку электрический потенциал земли всегда равен нулю, то человек, стоящий на земле, не находится под напряжением. Если человек прикоснется какой-либо частью тела к проводу, находящемуся под напряжением, он подвергнется электрическому удару, так как между подошвами ног и точкой прикосновения тела к проводнику образуется разность электрических потенциалов.
Корпус машины должен всегда иметь электрический потенциал равным нулю. Это достигается тем, что корпус машины заземляется или зануляется.
Когда проводники обмотки машины, находящиеся во время работы машины всегда под напряжением, хорошо изолированы от корпуса машины (это — одно из главных условий сборки электрической машины), то корпус машины не находится под напряже-
359
нием и прикосновение к нему безопасно даже при отсутствии заземления или зануления.
Но положение резко меняется, если в результате неисправности изоляции проводник обмотки замкнулся с корпусом. Тогда корпус машины попадает под тог же электрический потенциал, под которым находится проводник, и если корпус не заземлен, то между ним и землей создается электрическое напряжение или разность потенциал ов.
Прикосновение человека, стоящего на земле, в этот момент к корпусу машины вызовет электрический удар.
Отсюда следует, что причина неисправности заключается в замыкании обмотки машины на корпус и в отсутствии или разрыве заземления или зануления корпуса машины.
Отсутствие заземления или зануления корпуса или разрыв заземления или зануления обнаруживаются осмотром. Заземление или зануление должно быть немедленно восстановлено.
§ 4. ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Испытания электрических машин проводят с целью:
а) проверить соответствие машины техническим условиям и нормам;
б) выяснить качества машины путем снятия рабочих характеристик;
в) определить номинальные данные машины при онутствии паспортной таблички.
Проверка на отсутствие замыканий внутри машины
Каждую электрическую машину, прежде чем ее монтировать и пускать в ход, проверяют на отсутствие замыканий внутри машины: между обмотками и на корпус.
Проверку ведут с помощью мегомметра или аккумулятора с лампочкой. Присоединяя один конец от мегомметра или аккумулятора к зажиму обмотки одной фазы машины, другим концом прикасаются поочередно к зажимам обмоток других фаз и к корпусу машины. Затем первый конец переносят на зажим другой фазы и повторяют пробу. Нулевое показание на мегомметре или загорание лампочки указывают на замыкание.
Перед испытанием все зажимы на щитке машины освобождают от перемычек и проводов.
Проверка сопротивления изоляции
Прежде чем включать машину в работу после длительной ее стоянки в холодном пли сыром помещении, а также периодически (один раз в 3 месяца) во время ее эксплуатации электрическая машина проверяется на сопротивление изоляции. Нзмере-360
ние сопротивления изоляции рекомендуется проводить при нагретой машине. Выполняется измерение с помощью мегомметра. Для этого, присоединив один конец от мегомметра к зажиму одной обмотки, а другой конец к зажиму друюй ибмогни или к корпусу машины, вращают ручку мегомметра с нормальной скоростью и по шкале мегомметра определяют величину сопротивления изоляции.
Сопротивление изоляции обмоток статора машин и цепи возбуждения у генератора в нагретом состоянии должно быть не ниже 0,5 мегом.
Если сопротивление изоляции машины не удовлетворяет нормам, машину необходимо поставить на сушку.
Измерение сопротивления обмоток машины
Знать сопротивление обмотки в машине бывает необходимо в ряде случаев, например для подбора регулирующего и пускового реостатов, определения величины тока короткого замыкания, определения потерь в меди обмотки и т. п.
Омическое сопротивление параллельной обмотки возбудителя и обмотки возбуждения синхронного генератора измеряют либо по методу амперметра и вольтметра с помощью источника постоянного тока, либо по методу мостика.
Полное сопротивление одной фазы обмотки статора синхронного генератора, статора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, статора и ротора асинхронного двигателя с контактными кольцами измеряют переменным током от сети по методу амперметра и вольтметра.
Для расчета потерь переменного тока в меди обмотки следует брать не полное сопротивление, измеренное по методу, указанному выше, а активное сопротивление обмотки.
Измерение активного сопротивления в обмотках переменного тока производят с помощью источника постоянного тока по методу амперметра и вольтметра или с помощью мостика.
Если при измерении сопротивления обмотки ротора с контактными кольцами нулевая точка недоступна, то, пользуясь двумя внешними зажимами обмотки, измеряют сразу суммарное сопротивление двух последовательно соединенных фаз обмотки.
Испытание машин на нагревание
Испытанием машины на нагревание устанавливают предельно допустимую длительную мощность машины.
К такому испытанию приходится прибегать в тех случаях, когда номинальная мощность машины неизвестна (паспортная табличка отсутствует) или когда при перемотке обмотки ее параметры (сечение, число витков, тип) подверглись изменению.
381
Рис. 216. Кривые нагрева и охлаждения машины.
Испытание машины на нагрев заключается в снятии кривой нагрева машины.
Холодным состоянием машины называют такое ее состояние, когда температура машины практически не отличается от температуры окружающего воздуха.
Нагретым установившимся состоянием машины называют такое ее состояние, когда температура машины повышается за 1 час не более чем на 1°.
Если машину нагрузить током, величина которого все время поддерживается постоянной, то нагретого установившегося состояния машина достигает через несколько часов. Для машин мощностью до 10 квт это время составляет от 1 до 2 часов; для машин мощностью до 100 квт — от 3 до 4 часов. Чем больше мощность машины, тем продолжительнее время нагрева ее до установившегося теплового состояния.
Возрастание температуры машины при испытании ее на нагревание при каком-либо пос гоянном токе нагрузки происходит по кривой, приведенной на рисунке 216 и называемой
кривой нагрева машины. Спадение температуры при отключении машины происходит по кривой, приведенной на том же рисунке и называемой кривой охлаждения машины. По горизонтальной оси отложены равные промежутки времени, например ио 30 минут. По вертикальной оси отложены превышения температуры нагрева машины над температурой окружающего воздуха в градусах. Верхняя горизонтальная линия, к которой приближается кривая нагрева при установившемся тепловом состоянии, отсекает на вертикальной оси температуру, называемую конечным превышением температуры нагрева машины над температурой окружающего воздуха для заданной нагрузки. Эта величина конечного превышения температуры является важной величиной, характеризующей нагрев машины. Цель испытания машины на нагревание и заключается в определении этой величины.
Чтобы определить величину конечного превышения температуры нагрева машины, не обязательно вести опыт так длительно, чтобы построить полную кривую нагрева. Достаточно замерить температуру нагрева машины всего только два раза через равные промежутки времени, но не раньше чем через 30 минут после начала опыта.
362
Если из температур, замеренных при опыте, вычесть температуру окружающего воздуха, то получим превышение температуры для первого отсчета и превышение температуры Т2 для второго отсчета.
Конечное превышение температуры можно тогда вычислить по формуле:
Т’З тко-ЛсчН=27^±1\ (градусов).
Например, при испытании на нагревание асинхронного двигателя мощностью 10 квт он был нагружен током 20 а. Через 30 минут после начала опыта температура его нагрева равнялась 48°, а температура окружающего воздуха в это время составила 18°. Через час после начала опыта температура нагрева машины достигла 05°, а температура окружающего воздуха составляла при этом уже 20°.
Отсюда получаем превышение температуры для первого отсчета, равное:
7^=48 — 18=30°.
Превышение температуры для второго отсчета:
7\=65 —20=45°.
Тогда конечное превышение температуры нагрева машины для данной нагрузки будет равно:
Если бы нагрузили двигатель не на 20, а на 30 а, то конечное превышение температуры было бы больше, например 90°.
Для всех электрических машин, в зависимости от качества изоляции обмотки, существуют предельно допустимые превышения температуры нагрева. Эта предельно допустимая температура нагрева и определяет ту нагрузку для машины, которая может считаться для нее номинальной, причем за температуру окружающего воздуха берется, согласно электротехническим правилам, -)-Зо .
Изоляция обмоток машин мощностью до 100 квт обычно принадлежит к классу А, и поэтому предельно допустимой температурой нагрева обмоток машин, измеренной термометром на поверхности обмотки в наиболее горячем месте, установлена температура 95°. Отсюда предельно допустимое превышение температуры, отнесенное к окружающему воздуху с температурой 4-35°, равно для этих машин (50°.
Если прп испытании на нагревание конечное превышение температуры нагрева машины определилось величиной, меньшей чем 60°, это значит, что нагрузка для машины может быть увеличена.
363
Если, наоборот, конечное превышение температуры нагрева машины оказалось большим, чем 60°, нагрузка, которая может с читаться номинальной для данной машины, должна быть меньше топ. при которой производился опыт на нагревание.
Для испытания машины на нагревание необходимо:
а) нагрузить машину так, чтобы эта нагрузка была в течение опыта приблизительно одинаковой:
б) в цепи статора машины иметь амперметр для измерения нагрузки и для контроля за постоянством нагрузки;
в) иметь два или три стеклянных термометра; один из них — для измерения температуры окружающего воздуха со шкалой до 50', один или два — для измерения температуры машины со шкалой до 100—120°.
Нагрузить синхронный генератор можно непосредственным подключением к нему потребителей, например в вечернее время, когда нагрузка держится приблизительно постоянной.
Другой способ — это искусственная нагрузка генератора па водяной реостат. Водяной реостат представляет собой три стальных листа, хорошо изолированных друг от друга, присоединенных к трем линейным проводам обмотки статора и опускаемых в бак (или бочку) с водой. Размеры стальных листов и бака с водой зависят от мощности машины.
Нагрузка асинхронного двигателя осуществляется соединением двигателя через муфту пли ременную передачу с рабочей машиной. за1 рузьу которой можно поддерживать постоянной.
Другой способ — это искусственная нагрузка двигателя специальной тормозной установкой (которая здесь не описывается).
Если электрическая машина предназначена работать при температуре окружающего воздуха выше 4-35'', то ее номинальная мощность. т. е. допустимая нагрузка, должна быть снижена примерно в следующих размерах.
При температуре окружающего воз,духа:
40° ... па 5% номинальной мощности
§ 5. ДОПУСТИМЫЕ ПЕРЕГРУЗКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Все электрические машины рассчитаны на длительную работу с нагрузкой их током, величина которого не превышает номинального тока, указанного в паспортной табличке машины, при условии, что температура окружающего воздуха не превышает -j-35°.
Перегрузка машины током, превышающим номинальный ток, допускается при этом лишь кратковременно.
Данные о возможной перегрузке током электрического двигателя и о допустимой длительности такой перегрузки при аварийных режимах приведены в таблице 43.
364
Таблица 43
Максимально допустимые перегрузки током электрических машин
О к номи-
нальному току ......... 1,1 1,15 1,2 1,25 1,3 1,4 1,5 2,0
Допустимая длительность перегрузки
(в минутах).................. 60 15 6 5 4 3 2 1
В случаях, когда температура окружающей среды будет ниже 4-35°, можно допускать и длительную перегрузку электрических машин до 10—15 % сверх номинальной мощности.
Глава 2
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Электромонтер должен знать основные правила обслуживания трансформаторов и ухода за ними, уметь своевременно обнаружить в них неисправность, устранить ее и уметь провести наиболее простые испытания трансформатора.
§ 1. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ОБСЛУЖИВАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Электрический трансформатор, подключенный к сети, всегда находится под высоким напряжением, опасным для человека. Поэтому электрические трансформаторы, стоящие на полу, имеют специальное ограждение, запирающееся на замок. Трансформаторы наружной установки на малую и среднюю мощность в практике сельской электрификации размещают на деревянном помосте, укрепленном на деревянных опорах высоко над землей (мачтовые трансформаторные подстанции).
Основное правило обращения с электрическим трансформатором заключается в том, что при всех видах работ с трансформатором электромонтер прежде всего должен отключить трансформатор от сети с обеих сторон (от высокого и низкого напряжений). Лишь убедившись в отключении и приняв меры предосторожности против того, чтобы кто-либо не мог включить трансформатор во время работы с ним, можно приступить к осмотру или ревизии.
Правила безопасности при обслуживании электрических установок требуют, чтобы во всех случаях, когда электромонтеру предстоит иметь дело с электрическим трансформатором, подключенным к сети, он производил всю работу в присутствии второго лица (помощника электромонтера). На обязанности помощника лежит охрана доступе! к аппаратам включения и оказание помощи электромонтеру при несчастных случаях.
365
Подготовка к включению
Перед включением вновь смонтированных трансформаторов пли трансформаторов, длительное время стоявших законсервированными, необходимо проверить их на отсутствие обрыва в обмотках, измерить сопротивление изоляции и подвергнуть тщательному наружному осмотру.
Испытание на отсутствие обрыва производят мегомметром или аккумулятором с лампочкой но методу, описанному выше для электрических машин.
Сопротивление изоляции обмоток трансформатора, в зависимости от его рабочего напряжения и от температуры нагрева обмоток, должно быть не менее значении, указанных в таблице 44.
Таблица 44
Наименьшие допустимые значения сопротивления изоляции обмоток трансформатора
рабочее напряжение г высокой стороны Сопротивление изоляции (в мегомах)
нагретое состояние обмоток । холодное состояние обмигон
!'В п 1И1Жс* !) 1
!• св 1 (1 : ! !л
Зл кв 35 I 350
При наружном осмотре необходимо проверить:
1) наличие масла в баке и ею уровень ио маслоуказательному стеклу;
2) герметичность крышки трансформатора, кранов и спускных пробок (на кожухе трансформатора и на деревянном настиле под трансформатором не должно быть следов подтекания масла; поверхность кожуха необходимо очистить от грязи и пыли);
3) отсутствие механических повреждении на трансформаторе (трещины на изоляторах, вмятины на кожухе, окисление и неисправность зажимов и т. и.);
4) правильность присоединения обмоток к зажимам;
5) наличие пробивного предохранителя на трансформаторе;
6) наличие и надежность присоединения заземляющей шины к специальному болту на кожухе трансформатора;
7) состояние поверхности изоляторов (очистить изоляторы от грязи, пыли, масла, обратить внимание, нет ли подтеков лака на поверхности выводных изоляторов; пеудаленные подтеки могут служить причиной низких показаний сопротивления изоляции при ее измерении).
366
Уход за трансформаторным маслом
Масло, которым заполняется кожух трансформатора., должно удовлетворяв определенным техпачсским условиям.
Чистое, прибывшее с завода, масло имеет светложе.лтый цвет и прозрачно. С течением времени масло, залитое в бак трансформатора; меняет свой цвет, приобретая различную окраску — от желтой до оранжево-коричневой. Перегретое масло имеет темновишневый цвет. С изменением окраски масло теряет п прозрачность. Из-за недостаточной герметичности внутрь бака попадает влага. Кроме того, в масле с течением времени собираются различные механические примеси в виде мельчайших частиц угля, кусочков окиси железа, волокон изоляции .и т. п. Все это ухудшает качество масла.
Поэтому периодически берут пробу масла из трансформатора и подвергают масло испытанию в специально оборудованных лабораториях. При испытании определяют:
а) наличие механических примесей;
б) содержание взвешенного угля;
в) содержание кислот и щелочей;
г) содержание воды:
д) электрическую прочность масла.
Если испытание пробы масла укажет на его неудовлетворительное состояние, то масло, в зависимости от степени его ухудшения, либо сушат, очищают или регенерируют, либо заменяют свежим. Нормы на трансформаторное масло указываются в элект-р отехнич ес к ом с правочнике.
Степень нагрева масла при работе трансформатора зависит от нагрузки трансформатора и температуры окружающего воздуха. Предельно допустимая температура нагрева масла -ф-95°.
Для контроля за температурой масла в крышке трансформатора в специальном кармане устанавливается термометр.
§ 2. ПЛАНОВО-ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНЫЙ ОСМОТР II РЕМОНТ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Все электрические трансформаторы, находящиеся в эксплуатации, через определенные промежутки времени подвергают планово-предупредительному осмотру и ревизии.
Технический осмотр
Технический осмотр производят без разборки трансформатора с целью не допустить загрязнения трансформатора, определить качество масла и состояние всех механических креплений и электрических контактов.
367
Перечень работ, производимых при техническом осмотре трансформатора (после его полного отключения от сети высокого п низкого напряжений)
Наименование работы Содержание работы
1. Очистка доступных без разборки частей трансформатора 1. Протирание сухой тряпкой пзолятор< в па выводах 2. Удаление грязи и пыли с, поверхности всего кожуха трансформатора тряпкой, смоченной керосином 3. Очистка Всех электрических контактов от грязи и окиси
2. Проверка через маслоуказательное стекло уровня и цве та масла 1. Уровень масла должен соответствовать отметке па стекле. Масло должно быть светлым
3. Проверка герметичности крышки, фланцев, пробок и радиаторов 1. Осмотр наружного состояния крышки. Подтеков масла па поверхности кожуха йе должно быть 2. Осмотр всех фланцев и мест сварки радиаторов с баком 3. Проверка герметичности пробок. Следов вытекания масла из них па деревянный помост или на пол не должно быть
4. Осмотр болтовых соединений и подтяжка гаек 1. Осмотр механического крепления трансформатора 2. Осмотр всех болтовых соединений и подтяжка гаек 3. Проверка надежности соединения заземляющей шины с заземляющим болтом на кожухе трансформатора
5. Проверка механической прочности защитных ограждений 1. Проверка прочности оградительных перил на помосте 2. Наружный осмотр распределительною шкафа 3. Осмотр ограждения вокруг трансформаторной подстанции
6. Внутренний осмотр распределительного шкафа 1. Очистка от грязи и ныли внутреннего шкафа 2. Проверка исправности рубильников и очистка ножей и губок от окиси 3. Проверка соответствия сечения плавких предохранителей допустимым значениям тока
368
Сроки технического осмотра электрических трансформаторов
с рабочим напряжением 6 и 10 кв
ТТтнугоыпрйМИР ТраЯ<'-Л*ОП-
Срокл технического
Понижающий трансфор-, матор с рабочим ла-; пряжением 6 и 10 кв .
Понижающий или новы-1 шающпй трансформа- i тор с рабочим напря-1 жепием 6 и 10 кв |
Мачтовая или открытая внутренняя иод1 тап-
ЦИЯ |
Закрытый трансформаторный киоск или камера
1 раз в 3 месяца
1 раз в 6 месяцев
Ревизия
Ревизия имеет целью при более подробном техническом осмотре с выемкой сердечника своевременно обнаружить дефекты и устранить их. Этим предупреждается возможность аварии и надобность в капитальном ремонте.
Перечень работ, проводимых при ревизии
(при полном отключении трансформатора от сети высокого и низкого напряжений)
Наименование работы
Содержание работы
1. Чистка трансформатора без разборки
2. Измерение сопротив-.рчшя изоляции обмоток с помощью мегомметра
3. Взятие пробы масла и его испытание в лаборатории
i
i
4. Сушка масла !
1. Очистка от грязи и ныли изоляторов на выводах
2. Очистка всей наружной поверхности трансформаторной) кожуха от грязи и ныли
3. Очистка bi ех зажимных контактов от грязи и окиси
1. Измерение изоляции обмоток между собой и па корпус. Предварительно все зажимы должны быть освобождены от наружных проводов
1. Перед тем как взять пробу масла, открывают спускную пробку внизу кожуха трансформатора и спускают воду, накопившуюся па дне кожуха, вместе с небольшом количеством масла
2. После этого в заранее заготовленную чистую бутылку берут пробу масла в количестве не менее 0.5 л
3. Если трансформатор после взятия пробы масла должен оставаться в работе, то доливают трансформатор свежим маслом до требуемого уровня
1. Если, по заключению лаборатории, в испытанной пробе масла обнаружены следы воды, то масло сушат без разборки трансформатора
369
Продолжение
Наименование работы
Содержание работы
5. Смена масла
I
6. Осмотр выемной части трансформатора
7. Осмотр, чистка п ремонт (если требуется) ; всей электрической аппаратуры подстанции
8. Осмотр и ремонт (если требуется) всех деревянных и металлических частей и ограждения
9. Проверка состояния заземления подстанции
1. Если, по заключению лаборатории, испытанная ею проба масла показала неудовлетворительное его качество не только в отношении влаги, но и в отношении других примесей, масло должно быть полностью заменено свежим
1. Отвинчивают крышку трансформатора
2. Выемную часть трансформатора вынимают из бака, устанавливают на настил из досок и очищают от осадков, промывая трансформаторным маслом из шприца
3. Производят тщательный осмотр выемной части трансформатора, причем:
а) проверяют все болтовые крепления стального сердечника и в случае необходимости подтягивают их;
б) проверяют запрессовку обмоток;
в) проверяют затяжку всех деревянных (или фибровых) шпилек, стягивающих крепления отводов и переключателей;
г) осматривают места паек и контактные поверхности на переключателях и очищают их от грязп п окпеп:
Л; МСГ0М?Л(.‘ТрОМ Проверяют ИЗОЛЯЦИЮ IIItiИ. 1СК, стягивающих активную стал ь b-j р х него п нижнего ярма:
с) проверяют плотность прокладки под крышкой трансформатора
1. Очистка от грязи п окисп трубчатого предо-храиптеля
2. Очистка от грязи и окисп рубильников в распределительном шкафу и их ремонт (если требуется)
3. Осмотр д проверка допустимого сечения плавких предохранителей
1. Проверка состояния деревянных опор
2. Проверка состояния и ремонт лестницы, привода для включения и отключения разъединителей
3. Осмотр и ремонт всех ограждений па подстанции
1. Осмотр всего заземляющего устройства
2. Осмотр трубчатого разрядника
3. Замер сопротивления заземлителя (производится при наличии соответствующей аппаратуры)
370
Сроки ревизии электрических трансформаторов с рабочий напряжением 6 и 10 кв
Наименование трансфер матера
Понижающий трансформатор с рабочим напряжением би 10 кв
Понижающий пли повышающий трансформатор с рабочим напряжением 6 и 10 кв
Мачтовая или открытая внутренняя подстанция
Закрытый трансформаторный киоск или камера
1 раз в 6 месяцев
1 раз в год
Примечание. Сроки планово-предупредительного осмотра и ревизии трансформаторов с рабочим напряжением 33 кв и выше определяются эксплуатационными инструкциями Министерства электростанций СССР.
§ 3. НЕИСПРАВНОСТИ И ИХ УСТРАНЕНИЕ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТРАНСФОРМАТОРАХ
Неисправности в электрических трансформаторах выявляются при опробовании после монтажа, при наблюдении за их работой и при планово-предупредительном осмотре и ревизии.
В ряде случаев неисправность проявляется лишь в ненормальной работе трансформатора без заметных внешних повреждений. В таких случаях монтер должен уметь найти неисправность.
Все неисправности трансформаторов по сложности нахождения и устранения разделяются на три группы:
первая группа — неисправности, устранимые на месте самим эл ек т р ом он т е ром;
вторая группа — неисправности, устранимые на месте с помощью специальных приспособлений и особым ремонтным персоналом;
третья группа — неисправности, устранение которых требует снятия трансформатора с места установки и отправки его в специальную мастерскую или на завод.
Ниже рассматриваются основные неисправности, возникающие при эксплуатации трансформаторов, и возможные причины появления этих неисправностей. Что же касается нахождения и устранения неисправностей, то здесь рассматриваются более подробно методы нахождения и устранения неисправностей, относящихся лишь к первой группе.
371
Неисправность I. При включении разъединителей перегорают трубчатые, предохрачители на стороне высокого напряжении
В этом случае должна быть уверенность, что предохранители были выбраны по сечению правильно. Характерная особенность неисправности заключается в том, что прп включении разъединителей предохранители перегорают мгновенно. Низковольтные линии при этом все отключены (все рубильники в распределительном шкафу выключены).
Работы по нахождению причины неисправности п ее устранению ведут после выключения разъединителей. Возможные причины неисправности следующие.
1. Короткое замыкание на вводах, трансформатора со стороны высокого или низкого напряжения. Короткое замыкание на вводах обнаруживают при внешнем осмотре вводов трансформатора. Причиной за?,тыкания бывает обычно какой-либо посторонни й предмет (кусок проволоки, гаечный ключ), случайно оставленный монтером, или замыкание по крайней мере двух вводов на корпус трансформатора в результате повреждения изоляции. Замыкание вводов на корпус можно установить мегомметром или аккумулятором с лампочкой.
Для устранения замыкания вводов на корпус необходим ремонт вводов.
2. Короткое замыкание на щитке в распределительном тна'ру Эту неисправность обиару/кивают при внешнем осмотре щитка. Причиной замыкания может быть неправильная схема соединения отдельных концов, идущих от трансформатора, пли замыкание по крайней мере двух концов на землю в результате повреждения изоляции.
Замыкание концов на землю можно установить с помощью мм омметра или аккумулятора с лампочкой.
Для устранения замыкания исправляют схему соединения концов трансформатора или эти концы надежно изолируют от земли.
3. Короткое замыкание внутри трансформатора. Неисправность обнаруживают с помощью мегомметра или аккумулятора с лампочкой.
Неисправность может заключаться: в замыкании между собой отдельных фаз обмотки, в замыкании витков одной и той же фазы, в замыкании по крайней мере двух фаз обмотки на корпус.
Установление места неисправности и ее устранение можно произвести, лишь вынув сердечник трансформатора с обмотками из бака с маслом.
Указанная неисправность по сложности работы относится ко второй, а в отдельных случаях и к третьей группе.
372
Неисправность II. После включения разъединителей напряжение на щитке в распределительном шкафу отсутствует
В данном случае необходимо быть уверенным, что трубчатые предохранители в порядке, отсутствие напряжения на щитке устанавливают переносным вольтметром или пробной лампочкой.
Работу по нахождению причины неисправности и ее устранению можно вестп только после выключения разъединителей.
1. Разрыв в наружной цепи на стороне низкого напряжения. Разрыв в наружной цепи обнаруживают при внешнем осмотре всех проводов и зажимов па стороне низкого напряжения. Разрыв можно также обнаружить мегомметром или аккумулятором с лампочкой. С этой целью замыкают между собой два конца проводов, идущих от вводов трансформатора к распределительному шкафу, и затем со стороны щитка производят их опробование.
Причиной разрыва может быть неплотность зажимов, их сильное окисление или перелом проводников.
Для устранения неисправности необходимо тщательно зачистить все контакты и плотно подтянуть зажимы, а провод с переломленным проводником заменить новым.
2. Разрыв в цепи низкого напряжения внутри трансформатора. Этот разрыв обнаруживают с помощью мегомметра или аккумулятора с лампочкой, производя опробование со стороны низковольтных вводов трансформатора.
Определение места повреждения и его исправление требуют, чтобы сердечник с обмотками был вынут из бака с маслом. По ( ложности работы эта неисправность относится ко второй группе.
Неисправность III. Масло в трансформаторе быстро приходит в негодност ь
Плохое качество трансформаторного масла обнаруживают при испытании пробы масла в лаборатории. Масло считается плохим, если в нем содержатся вода и посторонние примеси.
1. Герметичность трансформаторного бака нарушена и в масло проникают влага и воздух. Герметичность бака проверяют наружным осмотром в местах соединения крышки с баком, в местах установки фланцев, соединяющих расширитель с баком, в месте установки маслоуказательного стекла и в месте установки пробки для заливки масла.
Если плотность прокладки между крышкой и баком при наружном осмотре вызовет сомнение, необходимо открыть трансформатор, приподнять выемную часть и тщательно проверить качество прокладки. Масло, содержащее воду, сушат.
2. Трансформатор подвергался чрезмерному нагреванию. Чрезмерный нагрев трансформатора (нагрев обмоток до температуры выше 100°) может произойти вследствие длительной перегрузки трансформатора током или вследствие наличия в обмотке короткозамкнутых витков, внутри которых наводятся большие токи.
373
Длительная большая перегрузка трансформатора током могла быть, если плавкие предохранители на щитке и в распределительном шкафу имели сечение большее, чем это допускалось по правилам. Правильный выбор сечения плавкой вставки для предохранителя защищает трансформатор от большой перегрузки.
Короткозамкнутые витки в обмотке трансформатора можно определить измеренном сопротивления отдельных фаз.
При внешнем осмотре выемной части трансформатора, если обмотка низкого напряжения доступна для осмотра, короткозамкнутые витки можно обнаружить по темному цвету изоляции этих витков (изоляция обуглилась).
Устранение неисправности возможно только в специально оборудованной мастерской.
Загрязненное масло заменяют свежим,
Пепсправпость IV. З'роесиъ масла в трансформаторе быстро понижается
Иногда уровень масла в трансформаторе быстро понижается. Требуется частая его доливка. Причина этого — утечка масла из бака через неплотности в крышке, спускной пробке, фланцах, в местах сварки радиаторов с баком.
Уточку масла можно обнаружить при тщательном осмотре трансформатора. Обнаруженные неисправности, устраняются в мастерской, после разборки трансформатора, удаления масла и промывки бака.
Неисправность V. Трансформатор при работе, сильно гудит
Причиной сильного гудения трансформатора является ослабление болтов, зажимающих листы стали сердечника. Устранение этой неисправности возможно только в мастерской при разборке трансформатора.
§ 4. ИСПЫТАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА
Испытывают электрические трансформаторы с пелыо проверки соответствия трансформатора техническим условиям и нормам и выяснения рабочих характеристик трансформатора.
Измерение сопротивления обмоток
При вычислении потерь в меди обмоток трансформатора или выяснении наличия замкнутых витков внутри фазы и т. п. необходимо знать сопротивление обмоток.
Измерить активное сопротивление обмоток трансформатора можно с помощью источника постоянного тока по методу амперметра и вольтметра или с помощью мостика.
На стороне низшего напряжения трансформатора обычно имеются четыре ввода: три фазных и нулевая точка. Измерение 374
сопротивления ведется ио каждой фазе отдельно, т. е. между фазным и нулевым зажимами.
На стороне высшего напряжения обычно имеются только три вывода, и поэтому сопротивление, измеряемое между любыми двумя зажимами, будет представлять сопротивление не одной, а двух фаз, соединенных последовательно, когда обмотки фаз соединены в звезду. Чтобы получить сопротивление одной фазы, величину, полученную в данном случае, делят пополам.
Когда обмотки фаз соединены в треугольник, то сопротивление между любыми двумя зажимами будет представлять сопро-' тивление параллельной цепи, в одну ветвь которой входит сопротивление одной фазы, а в другую — сопротивление двух последовательно соединенных фаз.
Для случая, когда сопротивления всех трех фаз принимают равными, сопротивление одной фазы гф будет!
3
ГФ=^Г>
где г — сопротивление, измеренное между любыми двумя зажимами выводов.
Измерение полного сопротивления фазы обмотки трансформатора производят переменным током от сети по методу амперметра и вольтметра.
Испытание трансформатора на нагревание
Испытание трансформатора на нагревание проводят с целью установить предельно допустимую длительную мощность трансформатора.
К такому испытанию прибегают в том случае, когда номинальная мощность трансформатора неизвестна (паспортная табличка отсутствует) или когда при перемотке зрансформатора параметры обмотки (сечение провода, число витков) подверглись изменению.
Трансформатор испытывают на нагревание в собранном виде, и за температуру нагрева трансформатора принимают температуру нагрева масла.
Испытание трансформатора на нагревание заключается в определении конечного повышения температуры масла над температурой окружающего воздуха при заданной нагрузке: для этого снимают кривую повышения температуры нагрева масла. С этой целью, нагрузив трансформатор до какой-либо величины тока и поддерживая эту нагрузку постоянной, измеряют через определенные и равные промежутки времени (например, через каждые 30 минут) температуру масла в трансформаторе и температуру окружающего воздуха. Замеры ведут до тех пор, пока нагрев масла не достигнет установившегося теплового состояния, т. е. пока температура масла будет возрастать не более чем на 1° в течение часа,
375
Отложив на горизонтальной оси графика равные промежутки времени отсчета температуры, а по вертикальной оси — разность температур нагрева масла и окружающего воздуха, на пересечении прямых, проведенных из этих точек, получают точки кривой нагрева, по которым и проводят кривую. Превышение температуры, соответствующее горизонтальной части кривой нагрева, и есть конечное превышение температуры для дайной нагрузки. Существующие нормы допускают превышение температуры нагрева масла трансформатора в верхних слоях до 60°.
Допустимый нагрев трансформаторного масла при температуре окружающего воздуха + 35° составляет 95°.
Если испытание па нагревание дало конечное превышение температуры меньше чем на 60°, то нагрузка трансформатора, при которой производилось испытание, меньше, чем номинальная нагрузка, допускаемая трансформатором.
Длительность опыта зависит от мощности трансформатора и обычно составляет 4—6 часов.
Конечное превышение температуры можно вычислить, пользуясь для этого только двумя замерами нагрева масла через равные промежутки времени, как это было указано выше.
§ 5. ДОПУСТИМЫЕ АВАРИЙНЫЕ ПЕРЕГРУЗКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ
К р а т к о в р е м е и н ы е аварийные перегрузки трансфер, маторов током могут быть допущены в пределах, указанных в таблице 45.
Т а б л и ц а АЗ
Максимально допустимые перегрузки током электрических трансформаторов
Отношение тока перегрузки к номинальному
току Ьдапу ...........................1>3 10 1 75 2 3
*ном
Допустимая длительноеtb перегрузки (в минутах) ....................... ..... 120 45 20 10 1,5
Глава 3
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВОЗДУШНЫХ Л ИНИН
Все воздушные электрические линии, находящиеся в эксплуатации, должны периодически подвергаться планово-предупредительному осмотру и ревизии.
Технический осмотр (линейный обход)
Технический осмотр, или линейный обход, воздушной линии имеет целью проверить состояние линии if выявить неисправности, которые могут угрожать нормальной эксплуатации линии, Техии-
376
ческий осмотр производится линейными электромонтерами без отключения линии.
Замеченные неисправности, в зависимости от условий, устраняют сразу же, если для этого не требуется специальных ремонтных операции.
Перечень осмотров, производимых при линейном обходе
Наименование осмотра
Треоованпя, иредъянтяемыс К СОСТОЯНИЮ .ПИШИ
I. Определить отсутствие обрывов проводов линии
II. Проверить отсутствие па проводе (линии) посторонних предметов (проволока, веревка и т. п.)
III. Определить вертикальное положение опор
IV. Убедиться в отсутствии недопустимо большого провисания проводов
V. Осмотреть целость изоляторов ; на опорах |
VI. Удостовериться в отсутствии соприкасания проводов с деревьями
VII. Не допустить ослабления ме 1 таллического бандажа па оно- i pax с подставками (пасынками) |
Воздушная линия не должна иметь обрывов проводов
На проводах лшпш не должно быть никаких посторонних предметов
Все опоры линии занимают стро1 о вертикальное положение
Самая низшая точка провода липин должна находиться от земли на расстоянии не меньше предусмотренного нормами
Изоляторы на опорах не должны иметь отколотых кусков, трещин и тому подобных повреждений
Провода воздушной линии низкого напряжения должны находиться от деревьев на расстоянии не меньше предусмотренного нормами
Металлические бандажи на опорах с пасынками не должны иметь заметного на глаз ослабления
Сроки линейного обхода воздушных линий высокого и низкого напряжений
Местонахождение участка .пиши
i
Населенные пункты (город, село, усадьба колхоза) I Населенные места, часто посещаемые людьми и транспортом (дороги, огороды, поля)...........
Труднодоступные для человека и транспорта места (крутые склоны, болота).........................
Сроки линейного обхода
Ежедневно
1 раз в неделю
1 раз в 3 месяца
Ревизия
Ревизию воздушной линии производит инженерно-технический персонал с целью более подробного осмотра состояния линии и своевременного обнаружения и устранения неисправностей, чем предупреждается возможность аварии.
377
Сроки ревизии
Наименование линии
Ливии низкого и высокого напряя;еиия 6, 10 и За кв.........................................
Сроки ревизии
1 раз в год
Ревизия производится прп выключенной линии.
В перечень работ, выполняемых при ревизии линии, входят все осмотры, предусмотренные при линейном обходе, и дополнительно следующие работы.
1. Выяснение степени подгнивания деревянных опор. Все деревянные опоры линии в месте соприкосновения дерева с поверхностью земли под влиянием переменной влажности подвергаются ускоренному разрушению (загниванию). Скорость загнивания зависит от породы дерева, грунта, климатических условий и от применения антисептических средств.
В среднем скорость загнивания опор по радиусу в глубину составляет для непрописанных антисептиком:
дуба ................
лиственницы .........
НУНЫ.................
О ТИ.................
бука ................
0,5 см в год 0,5»» » 1,0» » » 1,5 » » -> 2,0»» »
Пропитка антисептиком нижней части опоры замедляет процесс гниения в 2—4 раза, в зависимости ст состава антисептика.
Глубину загнивания опоры измеряют специальным щупом в виде затупленного шила, на металлическом стержне которого нанесены отметки через один сантиметр. Протыкая этим щупом опору по радиусу в 3—4 местах по окружности, отмечают среднюю глубину загнивания. Щуп легко проходит через гнилой слой дерева.
Деревянная опора, подгнившая на глубину 1/4 радиуса, считается уже негодной к дальнейшей эксплуатации и требует замены или «пасынкования».
Выяснить степень подгнивания деревянных опор можно и тогда, когда линия находится под напряжением.
2. Осмотр изоляторов и их очистка. Работа производится прп обязательно выключенной линии и требует подъема на опору.
Прежде чем подниматься па опору, необходимо убедиться в отключении линии и принять меры к тому, чтобы линия не была включена, пока на ней ведутся ремонтные работы.
В целях безопасности провода линии непосредственно в том месте, где ведутся работы, закорачивают и заземляют со стороны, откуда может быть включено напряжение. Закорачивают и заземляют провода с помощью специальных зажимов.
378
Для подъема на опору пользуются специальными «когтями». После подъема приступают к очистке изоляторов от грязи тряпкой, к проверке изоляторов па отсутствие видимых на глаз трешин и других механических пиврёждёний, убеждаются в надежности крепления проводов к изоляторам, определяют надежность соединения концов п отпаек (если они имеются около данной опоры) и проверяют прочность траверз.
Разбитые или треснувшие изоляторы подлежат смене. Неисправности в местах крепления проводов к изоляторам и между собой устраняют установкой нового крепления. Расшатавшиеся траверзы укрепляют, а подгнившие заменяют новыми.
3. Проверка разрядников и заземлений. На опорах, где установлены разрядники, проверяют их состояние, правильность искрового промежутка у роговых разрядников и состояние заземляющего троса и заземлителя.
Заземляющий трос должен иметь хороший контакт с разрядником и заземлителем.
Неисправности на линии и их устранение
1. Устранение обрыва провода производится при отключенной и заземленной линии. *
На нескольких опорах, расположенных по обе стороны от места обрыва, снимают вязки с изоляторов и опускают поврежденный провод на землю. Осматривают провод на отсутствие повреждении в других местах, кроме места обрыва. Если обрыв произошел вследствие уменьшения сечения провода под влиянием коррозии, то тогда весь провод, поврежденный коррозией, нуждается в замене новым. Если обрыв произошел вследствие механического повреждения посторонним предметом пли же в результате случайного дефекта в проводе, производят вырезку провода с обеих сторон от места обрыва на длину, которая определяется качеством провода.
Установив па концах провода вспомогательные натяжные зажимы, стягивают оба конца с помощью полиспаста так, чтобы они не сходились примерно на длину вырезанного участка. Вставляют новый участок провода из того же металла и того же сечения, что и провод линии, и закрепляют его, как было описано на страницах 298—301.
После этого снимают с провода полиспаст и вспомогательные натяжные зажимы, поднимают провод на опоры и с помощью вязки укрепляют его на изоляторах.
2. Устранение чрезмерного провисания проводов. Чрезмерное провисание провода устанавливают измерением расстояния низшей точки провода от земли и сравнением результата замера с допустимыми величинами по нормам.
Устранить чрезмерное провисание провода можно его перетяжкой. Перетяжку производят па протяжении всего пролета
379
между анкерными опорами. Прежде чем приступить к работе, линию отключают и заземляют. Затем па провод устанавливают натяжной зажим и полиспастом соединяют его с одной из стоек анкерной опоры. После этого ослабляют вязки на изоляторах всех промежуточных опор.
Далее с помощью полиспаста производят необходимую натяжку и регулировку провода. Проверив расстояние провода от земли в низшей точке провеса в середине пролета п убедившись, что расстояние удовлетворяет нормам, закрепляют вязки на изоляторах и переходят к перетяжке следующего анкерного пролета.
3. Удаление постороннего предмета с провода. В сети низкого напряжения посторонний предмет с провода удаляют деревянным шестом, без отключения линии. Монтер выполняет эту операцию в резиновых перчатках. Удаление постороннего предмета с проводов липин высокого напряжения требует обязательного предварительного отключения линии. Для удаления постороннего предмета пользуются деревянным шестом с наставкой, укрепленной на изоляторе. Шест держат в руках в резиновых перчатках.
4. Смена штыревого изолятора. Штыревой изолятор с трещиной или с отколотой частью подлежит смене.
Смену изоляторов производят при отключенной и заземленной линии. Последовательность операций следующая: снимают вязку с поврежденного изолятора и провод опускают на крюк или траверзу. Поврежденный изолятор снимают, на его место ставят новый и провод с помощью вязки укрепляют па новом изоляторе.
5. Выправка одинарной, деревянной опоры (свечки). Опора должна занимать всегда строго вертикальное положение.
Вертикальность опоры проверяют отвесом. Выправлять опору следует полиспастом при отключенной и заземленной линии. Для этого к вершине опоры привязывают веревку, конец которой соединяют с полиспастом. Второй конец полиспаста прикрепляют к лому, вбитому в землю иа расстоянии 6—8 м от основания опоры, в сторону, противоположную наклону опоры. Затем ослабляют вязки на всех изоляторах опоры и подрывают землю у основания опоры. После этих приготовлении натягивают полиспаст и выравнивают опору.
Проверив вертикальность, утрамбовывают землю у основания опоры и закрепляют провода на изоляторах.
6. Смена деревянной опоры (свечки). Работу производят при отключенной и заземленной линии. Заготовляют новую опору и роют для нее яму до отключения линии. Новую опору ставят обычно в непосредственной близости от старой, но не вплотную к ней, с тем чтобы была возможность подняться на новую опору с помощью «когтей».
Поместив нижний конец опоры в приготовленную яму, начинают подъем опоры. Одиночные опоры поднимают с помощью багров и ухватов. Ухватами пользуются для подпора вершины поднятой опоры, а багры служат для предохранения от падения
380
опоры в сторону. В подъеме опоры должно участвовать не менее трех рабочих. Чтобы не допустить падения опоры в сторону, рабочие размещаются с разных сторон опоры.
Установив опор*, и« место и проверяв ее вертикальность, я.му засыпают и утрамбовывают землю. Поддержку поднятой опоры ухватами и баграми прекращают только после окончательного и надежного укрепления опоры в земле. После этого отъединяют провода от изоляторов на старой опоре, высверливают на новой опоре гнезда для крюков, переставляют крюки с изоляторами на новую опору и укрепляют провода к изоляторам. Старую опору подпиливают и сваливают.
7. Установка «пасынка» к деревянной одинарной опоре. Установку «пасынков» к одинарным опорам можно производить без отключения линии.
Заготовив «пасынок» и два проволочных бандажа, закрепляют опору с трех сторон ухватами. После этого роют яму под «пасынок» с таким расчетом, чтобы «пасынок» был приставлен к опоре со стороны,'направленной поперек линии. Глубина ямы определяется глубиной закопки опоры. Полная длина «пасынка» обычно берется равной 3,5—4 м. После установки и припасовки «пасынка» его прикрепляют к опоре двумя проволочными бандажами. Затем яму засыпают и землю утрамбовывают. Опору на высоте около 0,5 м выше поверхности земли отпиливают и комель опоры вытаскивают из земли. Образовавшуюся при этом яму засыпают землей и утрамбовывают.
8. Смена плавки.е предохранителей на столбе низковольтной линии около ввода. Плавкие предохранители на столбе низковольтной линии в сухую погоду сменяют без отключения липин. Работать следует обязательно в резиновых перчатках и предохранительных очках, пользуясь плоскогубцами с изолированными ручками. Монтер, стоя на когтях, прикрепляет себя поясом к столбу, чтобы руки были свободными для работы. Предохранительные очки защищают глаза в случае перегорания вставки.
Замена предохранителен на столбах в дождливую погоду требует обязательного предварительного отключения линии.
Глава 4
МОНТАЖНОЕ И РЕМОНТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Каждый электромонтер должен иметь личный монтерский инструмент и обязательные приспособления, обеспечивающие безопасность работы.
Электромонтер, самостоятельно ведущий электрохозяйство колхоза, совхоза, МТС, должен иметь набор инструментов, приспособлений и измерительных приборов, которые требуются при ревизии и текущем ремонте электрического оборудования и необходимое количество электротехнических материалов и запасных частей.
381
§ 1. ЛИЧНЫЙ МОНТЕРСКИЙ ИНСТРУМЕНТ И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
В комплект личного монтерского инструмента п приспособлений, постоянно требующихся монтеру, входят:
1) плоскогубцы, комбинированные с бокорезами (пассатижи)
Рис. 217. Плоскогубцы, комбинированные с бокорезами (пассатижи).
(рис. 217); 2) разводной гаечный ключ; 3) отвертки разные (желательно с изолированными ручками); 4) нож монтерский складной; 5) метр складной; 6) резиновые перчатки; 7) предохранительные очки.
Для хранения и ношения инструмента служит специальная монтер-
ская сумка,
§ 2. НАБОР СПЕЦИАЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА И ПРИСПОСОБЛЕНИЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА РЕВИЗИЙ
При проведении ревизий и текущего ремонта электрических установок требуются, кроме личного монтерского комплекта, различные специальные инструменты и приспособления, в зависимости от рода установки.
Ниже указываются типовые наборы инструментов и приспособлений: а) общий набор, необходимый для работ, независимо от рода \ становии: б) набор для работы на воздушных электрических линиях; в) набор для работы с электрическими машинами и трансформаторами.
Общий набор
1) Пробная лампа; 2) аккумулятор автомобильного типа с электрической лампочкой, рассчитанной на напряжение аккумулятора; 3) рулетка полотняная на 10 или 20 м; 4) молоток слесарный весом 0,4 кг; 5) паяльная керосиновая лампа емкостью 1 л; 6) паяльник ручной медный; 7) фонарь «летучая мышь»; 8) электрический карманный фонарик; 9) тряпки и концы.
Набор для работы на электрических линиях
1) Отвес для проверки вертикальности опор; 2) щуп-шило с делениями через 1 см для измерения глубины подгнивания опоры; 3) шест деревянный, составной, с промежуточным изолятором; 4) когти монтерские; 5) предохранительный пояс; 6) приспособления для закорачивания проводов линии и заземления их в виде гибких медных канатиков с зажимами; 7) ломик стальной длиной 0,5 м для заземления и для скручивания проволочного бандажа на опорах; 8) вспомогательные натяжные зажимы, надеваемые на провода при натяжении их; 9) полиспаст двух- или трех-ролпковый грузоподъемностью 0,5 —1,0 т, с хлопчатобумажной
382
веревкой толщиной 15—20 мм, длиной 20 м; 10) концы веревки толщиной 15—20 мм и длиной по 10 м; 11) топор плотничный; 12) лопата железная; 13) один-два ухвата с длиной ручки до 3 м; 14) два-три багра с длиной ручки до 3 м: 1л) трамбовка: 16) коловорот с набором перок для сверления отверстий на опоре под крюки изоляторов; 17) пила поперечная; 18) шлямбур; 19) бур стальной.
Набор для работы с электрическими машинами и трансформаторами
1) Меха ручные; 2) щуп пластинчатый для измерения зазоров; 3) уровень для проверки горизонтальности; 4) ключи гаечные под размер гаек от т/, до 2"; 5) скобы для стягивания шкивов; 6) деревянная лестница-стремянка; 7) таль грузоподъемностью 2—3 т; 8) стеклянные бутылки для отбирания проб трансформаторного масла; 9) керн для очистки канавок па коллекторах машин.
§ 3. КОМПЛЕКТ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
1) Мегомметр на 500 в; 2) вольтметр переменного и постоянного тока, переносный, с пределами измерения 15, 150 и 500 в; 3) амперметр переменного и постоянного тока, переносный, с пределамп измерения 5, 50 и 100 а; 4) тахометр для измерения скорости вращения до 3000 об/мин; 5) термометры для измерения температуры до 50 и 150°; 6) микрометр для измерения диаметра проводников, толщины пластин и т. п. до 25 мм; 7) компас для измерения полярности полюсов электрических машин.
§ 4. ОБОРУДОВАНИЕ II ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ РЕМОНТНОЙ МАСТЕРСКОЙ
1) Верстак слесарный; 2) тиски слесарные, параллельные, с длиной губок 100—150 мм; 3) сверлильный станок, ручной или с приводом от электродвигателя; 4) дрель ручная; 5) набор напильников драчовых и личных, разной формы (плоские, трехгранные, круглые) и различных размеров; 6) набор сверл и разверток; 7) зубила различных размеров; 8) крейцмейсели; 9) ножовка ручная по железу с набором полотен; 10) ножовка ручная по дереву; И) ножницы ручные для резки листового материала; 12) шаберы; 13) наждачный точильный круг, ручной или с приводом от электродвигателя сверлильного станка; 14) кувалда весом 3— 5 кг; 15) метчики и клуппы для нарезки резьбы; 16) шкурки стеклянные различных номеров; 17) измерительная металлическая линейка; 18) угольник металлический; 19) кронциркуль; 20) нутромер; 21) ведра железные и противни; 22) весы; 23) шкафчик аптечный; 24) электроплитка для расплавления баббита.
383
§ 5. НЕОБХОДИМЫЕ ЗАПАСЫ МАТЕРИАЛОВ, ЧАСТЕЙ И ДЕТАЛЕЙ
На складе электромонтера должен находиться постоянный запас различных материалов, в частности материалов, необходимых для срочного ремонта и ликвидации аварий, а также запас наиболее употребительных частей и деталей электрических установок для быстрой замены износившихся пли поврежденных деталей и частей. В таблице 46 дается примерный перечень таких материалов, частей и деталей из расчета потребности на небольшую электрическую установку колхозного тина. Запас материалов, частей и деталей па складе не должен превышать годичной потребности.
Т а б л и п а 46
Примерные запасы необходимых материалов, частей и деталей
Наименование i Количество
i
Провод голый....................................I <000 м
Провод изолированный ...........................; 1000 »
Шнур электрический .............................i 500 »
Проволока для бандажей .........................i 200 »
Проволока для вязки проводов к изоляторам . . . . ' 200 »
• Проволока для плавких вставок (предохранителей) 5(> .>
- Резиновые трубки ... ........................ д<> »
Лента изоляционная .............................; I кг
Шины медные.....................................I 2 м
Трубы газовые * *4— !1 : 20 ч
Щетки для электрических машин, применительно! 2 комплекта на
к имеющимся...................................i машину
Щеткодержатели .................................i 1 комплект
Ремни приводны^ наиболее употребительных размерна j Д'» м
Реостат для возбуждения.........................| 1 шт
Рубильники трехполки-нып ................................ 3 »
Пробочные предохранители................................ 30 »
Плавкие трубчатые предохранители................' 5 »
Изоляторы штыревые,............................., 50 »
Ролики для внутренней проводки..................' 1''0 »
Патроны ........................................! 30 »
Выключатели комнатные...........................1 20 »
Штепсельные розетки..................................... 20 »
Штепсельные вилки.............................. ! ,дО >>
Втулки фарфоровые ...................................... 50 »
• Лампочки электрические ............................... 50 »
Крючья для штыревых изоляторов..................I 30 »
Шкивы различных размеров........................! 5 »
Баббит .........................................i 2 кг
. Припои мягкие и тиноль ........................! 1 »
. Травленая соляная кислота.......................( 2 »
. Олово...........................................' 0.5 >>
Цемент .........................................5 50 »
I
I
384
П родолжение
Количество
Алебастр Пакля 15 кг
2 »
Олифа 5 »
Сурик 2 »
Лак изолировочный для покрытия обмоток 5 »
Лак асфальтовый черный для маркировки опор . . . 5 »
Канифоль 0,5 »
Масло для подшипников 20 »
Паста (мазь) для шариковых подшипников 2 »
Масло трансформаторное 50 »
Керосин 20 »
Бензин 10 »
Болты и гайки разные Набор наиболее
употребительных
размеров
Винты по дереву (шурупы) 3 кг
Когти монтерские 1 пара
Резиновые перчатки 1 »
Резиновые боты или калоши 1 »
Глава 5
ДОКУМЕНТАЦИЯ У СЕЛЬСКОГО ЭЛЕКТРОМОНТЕРА
§ 1. ДОКУМЕНТЫ, ХРАНЯЩИЕСЯ У ЭЛЕКТРОМОНТЕРА
Электромонтер, ведущий электрическое хозяйство колхоза, совхоза, МТС и т. и., должен хранить у себя в надлежащем порядке следующие документы:
1) проект электрической станции (строительные чертежи, схемы, пояснительная записка, смета на строительство); 2) проект электрификации колхоза, совхоза, МТС (чертежи, схемы, пояснительная записка, смета); 3) план помещения электростанции; 4) схему электрической коммутации станции (всех внутренних электрических соединений на станции); 5) схему электрической сети, находящейся в ведении электромонтера; 6) приходо-расходную эксплуатационную смету на текущий год; 7) инструкции; 8) список всех потребителей электрической энергии с указанием приемников и их мощности; 9) папку с перепиской; 10) папку с актами аварий.
Каждую аварию, происходящую в электрохозяйстве с оборудованием, и каждый несчастный случай с людьми, вызванный электрическим током, электромонтер тщательно расследует вместе с представителями правления колхоза, дирекции совхоза, MTG и т. и., и в каждом случае составляется акт.
13 Н. А. Сазонов 385
§ 2. ЖУРНАЛЫ, КОТОРЫЕ ВЕДЕТ ЭЛЕКТРОМОНТЕР
Щитовой журнал на станции
С целью контроля за работой электростанции, а также для подсчета выработки электроэнергии при отсутствии на станции электрического счетчика дежурный по станции ведет запись показаний электроизмерительных приборов на щите станции (ваттметр, вольтметр переменного тока, амперметры переменного тока).
Запись показаний щитовых приборов должна производиться каждый час в течение работы станции. Записывают также время пуска и время остановки станции.
Все упомянутые выше записи делают в одной тетради, называемой щитовым журналом.
Форма щитового журнала
Дата (месяц, число) | Напряжение Ток Мощность (в квт) Пока- : Примечание
Часы 1 I 1 с. ? и, ц 1г j h зание счетчика
Ремонтный журнал
Все неисправности, замеченные электромонтером при планово-предупредительных осмотрах и ревизиях, регистрируются в ремонтном журнале, с указанием даты обнаружения и местонахождения неисправности и в чем она заключается.
Рядом с этой записью делается отметка об устранении неисправности (ремонте) с указанием даты.
В ремонтных журналах записывают также результаты измерения состояния опор, сопротивления изоляции и сопротивления заземлений.
Форма ремонтного журнала
Дата (месяц и число) Местонахождение неисправности Описание неисправности Когда устранена
386
Приходе расходный журнал на запасные части и материалы
Поступление на склад электромонтера всякого рода запчастей и материалов, а также расходование их записываются в приходо-расходный журнал на запчасти и материалы.
На каждый вид запчастей и материалов в журнале заводится одна страница, разделенная по высоте пополам. В левой половине записываются поступления на склад, с указанием даты, наименования и количества. В правой половине записывается расход, с указанием даты, наименования, количества и куда израсходовано.
Журнал заводится на один год.
Форма приходо-расходного журнала на запасные части и материалы
Поступление Расход
дата наименование количество дата наименование количество куда израсходовано
§ 3. УЧЕТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Количество электроэнергии, выработанной на электростанции или расходуемой потребителями, должно строго учитываться, как учитывается любой другой продукт производства или материалы.
В зависимости от наличия приборов и типа источника электроэнергии учет энергии ведут разными способами.
Подсчет количества энергии, выработанной на электростанции, при наличии счетчика
При наличии на электростанции электрических счетчиков учет электроэнергии осуществляется чрезвычайно просто. Необходимо только один раз в сутки (обычно перед остановкой станции) отметить показания счетчиков. Запись этих показаний делают в щитовом журнале на станции.
Подсчет количества энергии, выработанной на электростанции, при отсутствии счетчика
Случай 1. На щите электростанции имеется киловаттметр, показания которого записываются в щитовой журнал каждый час.
13*
387
Чтобы подсчитать количество электроэнергии (в киловатт-часах), выработанной станцией за сутки, достаточно сложить все часовые показания киловаттметра за сутки.
Случай 2. На щите электростанции имеются только амперметр, показывающий линейный переменный ток в цепи гене ратора, и вольтметр, показывающий линейное напряжение в цепи генератора. Запись показаний приборов ведется в щитовом журнале каждый час.
По показаниям упомянутых приборов можно приближенно подсчитать выработку станцией электроэнергии. Для этого складывают все часовые показания амперметра и делят полученную сумму на число часов работы станции. Величина, полученная от деления, будет представлять среднее значение тока за время работы станции. Таким же путем находят среднее значение напряжения за время работы станции.
Среднее значение мощности станции в киловольт-амперах будет равно:
n 1,73-17./
^ква— 1000 КВа’
где: U — сроднее значение линейного напряжения (в вольтах);
I — среднее значение линейного тока (в амперах).
Если станция работает только на осветительную и бытовую нагрузку (плитки, утюги и т. п.). то средняя мощность станции, выраженная в киловольт-амперах, будет приблизительно равна средней мощности станции, выраженной в киловаттах.
Если станция работает па осветительную и моторную нагрузки вместе, то среднюю мощность станции в киловаттах получим, помножив среднюю мощность станции, выраженную в киловольт-амперах, на средний коэффициент мощности (cos и), равный примерно 0,8—0,9, когда станция работает в сутки не более 8 часов, и 0,7— 0,8, когда станция работает более 8 часов в сутки.
Зная, таким образом, среднюю мощность станции в киловаттах и помножив ее на число часов работы станции, получим суточную выработку электроэнергии в киловатт часах.
Учет энергии на потребительской трансформаторной подстанции
Если колхоз, совхоз, МТС не имеют собственной электростанции и питаются электроэнергией от трансформаторной подстанции, то электромонтер ведет учет энергии, потребляемой всеми приемниками, подключенными к этой подстанции, по электрическому счетчику. Электрический счетчик обычно устанавливают в распределительном шкафу мачтовой трансформаторной подстанции.
Показания счетчика снимают один раз в месяц, в определенно:) число (например, 30 числа каждого месяца). Записывают показания в отдельный журнал по учету электроэнергии. Расход электроэнергии подсчитывается как разность показаний счетчика.
388
Форма журнала по учету электроэнергии
Год, месяц, [ ! Плназания счетчика Расход электроэнергии Примечание
/т> ППФ.П 1
t
Подсчет электроэнергии, потребляемой колхозом, совхозом, МТС, при отсутствии электроизмерительных приборов
Если на потребительской трансформаторной подстанции в колхозе, совхозе, МТС отсутствуют электроизмерительные приборы, то подсчет электроэнергии, потребляемой за месяц всеми потребителями, присоединенными к этой трансформаторной подстанции, можно сделать лишь приближенно.
Для этого составляют список всех отдельных потребителей электроэнергии, присоединенных к подстанции, и указывают фактическую мощность в киловаттах каждого потребителя. Под фактической мощностью следует понимать не установленную мощность, а среднюю мощность, которую потребитель берет из сети.
Н а п р и м е р, в доме правления колхоза установлено 5 электроламп по 100 ватт каждая, но горят одновременно в среднем 3 лампы. Отсюда следует, что хотя установленная мощность освещения в правлении колхоза равна 0,5 квт, фактическая мощность равна 0,3 квт.
Другой пример. На колхозной мельнице установлен электродвигатель с номинальной мощностью (по паспортной табличке), равной 20 квт. При работе на жерновой постав двигатель загружается только на 50%. Отсюда фактическая средняя мощность двигателя на мельнице будет равна 10 квт.
Таким путем определяют для каждого потребителя его среднюю фактическую мощность.
Далее устанавливают число часов работы в месяц каждого потребителя в отдельности, исходя из наблюдений, накопившихся у электромонтера за время его работы в данном электрохозяйстве.
Положим, что электродвигатель на мельнице работает в сутки в среднем по 8 часов. Мельница в течение месяца работает 25 дней. Отсюда число часов работы двигателя в месяц будет равно:
8 х 25 =200 часов.
Зная фактическую среднюю мощность (в киловаттах) каждого потребителя и число часов его работы в месяц, легко подсчитать потребляемую нм за месяц электроэнергию (в киловатт-часах). Для этого фактическая мощность умножается на число часов
389
работы потребителя. Заполнив таким образом таблицу, суммируют все киловатт-часы. Полученная величина в киловатт-часах и будет представлять количество электроэнергии, потребляемой в месяц.
Форма для подсчета потребляемой электроэнергии от трансформаторной подстанции
№ п п Наименование потребителей Установленная МОЩНОСТЬ (в квт) Фактическая средняя мощность (в квт) Число часов работы в месяц Количество потребляемой энергии (в квт-ч)
§ 4. СЧЕТОВОДСТВО
Если электростанция ведет самостоятельные денежные расчеты с отдельными потребителями электроэнергии, в штате работников станции предусматривается должность счетовода.
Счетоводство на электростанции ведется общепринятым порядком.
Расчеты за пользование электроэнергией внутри колхоза, совхоза, МТС ведутся бухгалтерией колхоза, совхоза, МТС. Обязанность электромонтера сводится при этом к представлению в бухгалтерию необходимых для расчетов сведений.
Глава 6
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
Обращение с электрическими установками требует от монтера особой осторожности.
Несчастный случай с человеком на электрической установке может произойти не только в результате действия движущейся или вращающейся части установки, как во всяких механических устройствах, но и в результате простого прикосновения человека к той пли иной части или детали электрического устройства. Несчастные случаи в электрических установках часто имеют смертельный исход.
Знание техники безопасности в электрических установках является для каждого электромонтера обязательным условием допущения его к работе.
§ 1. ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ЧЕЛОВЕКА
Электрический ток, проходя через тело человека, вызывает сокращение мышц (судороги) и ожоги. Длительное сокращение мышц ведет к остановке дыхания и сердечной деятельности.
390
Степень поражения человека электрическим током зависит от величины тока, проходящего через его тело. Электрический юк, величина которого превосходит 0,02 а, уже опасен для человека, а ток в 0,1 а и выше смертелен для него.
§ 2. ПРИЧИНЫ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ
Тело человека является проводником электрического тока. Хотя по сравнению с металлом тело человека и труднее пропускает электрический ток, но по сравнению с любым изолятором оно представляет для тока меньшее сопротивление.
Величина сопротивления тела человека электрическому току зависит от многих причин (состояния кожи в месте прикосновения, длины и места пути тока в теле, нервного состояния). Кроме того, сопротивление человека в момент поражения током включает в себя не только сопротивление самого тела, но и сопротивлениз слоя одежды, обуви, подстилки под ногами. Поэтому электрическое сопротивление человека в рабочем положении колеблется в широких пределах, от 600 до 100 000 ом.
Причинами, которые вызывают прохождение тока через тело человека, служат:
1) непосредственное прикосновение человека к токоведущим частям или деталям электрического устройства, постоянно находящимся под напряжением;
2) непосредственное прикосновение человека к частям или деталям электрического устройства, которые обычно не находятся под напряжением, но становятся опасными в момент электрической аварии на установке;
3) нахождение вблизи от токоведущих частей или деталей электрического устройства, находящихся постоянно под высоким напряжением или оказывающихся под высоким напряжением в момент электрической аварии.
Во всех этих случаях тело человека какими-то двумя точками оказывается под электрическим напряжением или, другими словами, между какими-то двумя точками тела человека появляется разность электрических потенциалов.
Известно, что если к концам проводника подвести электрическое напряжение или создать на концах проводника разность электрических потенциалов, то через проводник потечет электрический ток.
Величина электрического тока, по закону Ома, будет зависеть от величины электрического напряжения (или разности электрических потенциалов) и от величины электрического сопротивления.
Человек, стоящий на земле вдали от электрического устройства, во всех точках своего тела имеет электрический потенциал, равный нулю, так как электрический потенциал земли всегда
391
равен нулю. Но стоит только человеку приблизиться к электрическому устройству, находящемуся под электрическим напряжением (например, к проводу линии электропередачи высокого напряжения), как человек попадает в зону электрического поли, которое всегда существует около частей или деталей электрических установок, находящихся под напряжением.
Точка тела человека, наиболее близкая к проводнику, который находится под напряжением, приобретает электрический потенциал, больший нуля, в то время как ноги, соприкасающиеся с землей, продолжают иметь электрический потенциал, равный нулю.
При этих условиях между точками на теле человека, имеющими разный электрический потенциал, возникнет электрический ток.
Чем ближе будет находиться человек от предмета с электрическим напряжением, тем больше будет разность электрических потенциалов между отдельными точками его тела, и тем больше будет ток, протекающий через него.
Когда человек прикоснется к предмету, находящемуся под электрическим напряжением, то разность потенциалов между точкой прикосновения тела и подошвами ног, соприкасающимися с землей, будет самой большой и равной электрическому напряжению предмета по отношению к земле.
Неправильно думать, что опасным для человека может быть соприкосновение только с предметом, находящимся под высоким напряжением. В обычной осветительной проводке в комнате один из двух проводов всегда имеет электрическое напряжение но отношению к земле, равное 120 или 220 в. Если взять возможный, наиболее неблагоприятный случай, когда электрическое сопротивление человека равно, например, 600 ом, то прикосновение человека к проводу напряжением 120 или 220 в вызовет протекание через тело электрического тока, равного 0,2 а или 0,367 а,— тока, в обоих случаях смертельного для человека.
Статистика несчастных случаев, вызванных поражением человека электрическим током, показывает, что более 80% всех случаев приходится на электрические установки низкого напряжения.
§ 3. СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ
Чтобы сделать электрические установки безопасными для человека, применяют различные способы и средства защиты.
Все существующие средства защиты от поражения электрическим током, разделяются на средства общие и специальные.
Общие средства предназначены для защиты населения, пользующегося электрической энергией, и всех людей, по характеру своей работы соприкасающихся с электрическими установками, но не имеющих специальных знаний по электротехнике. К общим 392
средствам относятся изоляция, заземление и зануление, ограждения и предупредительные плакаты.
Специальные средства используются лишь лицами, ведущими монтаж, ремонт и эксплуатацию электрических установок.
Изоляция
Все металлические части электрических устройств, по которым течет ток или которые находятся под напряжением, в местах, легкодоступных для человека, должны иметь изоляционное покрытие, предохраняющее от случайного соприкосновения с проводником. Примерами могут служить: внутренняя электрическая проводка изолированным проводом, крышки из изоляционного материала на штепсельных розетках и комнатных выключателях, деревянные ручки на рубильниках.
Открытые или голые металлические проводники применяют только в местах, где они недоступны для случайного прикосновения человека. Примеры: электрические воздушные линии, располагаемые высоко над землей, зажимы па щитке электродвигателя, закрытые специальной крышкой.
Заземление и зануление
Все металлические части электроустановок и оборудования, которые могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции, должны быть надежно заземлены.
Смысл заземления заключается в том, что если металлическая часть электроустановки, не находящаяся под напряжением и доступная для прикосновения человеку, соединится вследствие той или иной неисправности с токоведущей частью устройства, то благодаря заземлению эта металлическая часть ни при каких условиях не окажется под напряжением по отношению к земле и тем самым не станет опасной для человека, если он ее коснется.
Токоведущая часть устройства при этих условиях замыкается на землю.
Заземлению подлежат:
а) металлические станины и кожухи электрических машин, трансформаторов, выключателей и других аппаратов;
б) металлические приводы электрических аппаратов;
в) металлические каркасы распределительных щитов и щитов управления;
г) металлические конструкции открытых подстанций в распределительных устройств, корпусы кабельных муфт, металлические оболочки кабелей;
д) разрядники и защитные промежутки.
Заземлению не подлежат:
а) арматура подвесных н штыри опорных изоляторов при установке их на деревянных опорах линий электропередачи и на деревянных конструкциях открытых подстанций;
393
б) корпусы измерительных приборов, реле и аппаратов, установленные на щитах, в шкафах и на стенах камер распределительных устройств.
Заземление не требуется в электроустановках переменного тока:
а) при поминальном напряжении до 380 в включительно в отапливаемых производственных помещениях, относящихся к категории помещений без повышенной опасности и имеющих деревянный пол;
б) в жилых, конторских и торговых отапливаемых помещениях.
В электроустановках с напряжением 380/220 в обязательно применение нулевого провода, соединенного с заземленной нейтралью генератора или трансформатора, питающих сеть, и имеющего многократные заземления вдоль трассы сети. В этом случае все металлические части электроустановки, подлежащие заземлению, присоединяются к нулевому проводу, т. е. вместо заземления производится зануленпе.
Зануление имеет особое преимущество перед заземлением. Это преимущество заключается в следующем. Если один из фазных проводов, всегда находящийся под напряжением, коснется вследствие какой-либо неисправности металлического корпуса машины или арматуры, которые занулены, то во всей цепи, от генератора или трансформатора до места повреждения, возникнет очень большой ток (ток короткого замыкания).
Ток короткого замыкания вызовет немедленное перегорание плавкого предохранителя, находящегося в этой цепи, и произойдет автоматическое отключение неисправного приемника от источника электрической энергии.
При устройстве заземления широко применяют естественные заземлители, имеющие надежное соединение с землей: металлические конструкции зданий и сооружений, проложенные в земле водопроводные трубы и т. п.
В качестве искусственных заземлителей можно применять:
а) вертикально забитые стальные трубы или стержни числом по менее двух; применяемые обычно для заземлителей стальные трубы имеют диаметр 25—30 мм, толщину стенок не менее 3,5 мм и длину 2,5—3 м;
б) стальные ленты толщиной не менее 4 мм и шириной не менее 12 мм.
Трубы забиваются в землю на такую глубину, чтобы верхний конец забитой трубы находился от поверхности земли на глубине 0,7—0,8 м. Трубы размещаются в ряд на расстоянии 2,5— 3 м друг от друга.
Стальные ленты прокладываются на такой глубине, которая не подвержена промерзанию или высыханию. Верхние концы труб соединяют между собой стальной шиной сечением не менее 100 мм2 (25x4 мм), как показано на рисунке 188. Минимальные сечения заземляющих (или зануляющих) стальных проходов 394
по условиям механической прочности и удобства соединений должны быть следующими:
Форма проводника Внутри здании В наружных установках и в земле
Круглый Прямоугольный Диаметр 5 мм Сечение 25 мм’ Толщина 2 мм Диаметр 6 мм Сечение 48 мм2 Толщина 4 мм
Минимальные сечения медных и алюминиевых заземляющих проводов внутри зданий при напряжении до 380 в включительно:
Тип проводника ; Медь ! Алюминий
Голые провода ............... 4 мм2 I 6 мм2
Изолированные провода........ 1,5 мм2 | 2,5 мм2
I
Заземляющие провода переносных заземлителей выполняют из голых гибких медных проводов сечением не менее 20 мм2.
Присоединение заземляющих проводов к металличсскпм частям электроустановки производят надежным болтовым соединением или сваркой.
Защита от перенапряжений
Для предохранения от опасности поражения людей и животных и возникновения пожаров, вследствие проникновения грозовых перенапряжений в помещения по электрической проводке, осуществляют специальную защиту от перенапряжений согласно существующим «Руководящим указаниям по защите от атмосферных перенапряжений, возникающих в воздушных сетях низкого напряжения».
Защита заключается в том, что на всех опорах, от которых отходят вводы в помещения, или непосредственно на вводах в помещения (где постоянно пли длительное время находятся люди или животные), нулевой провод и крюки или штыри изоляторов присоединяют к специальным заземлениям. Сопротивление каждого из этих заземлений должно быть не более 30 ом. В районах со средней грозопоражаемостью расстояние между заземлениями по линии должно быть не более 200 м, а в районах с повышенной грозопоражаемостью — не более 100 м.
Ограждения и предупредительные плакаты
Если металлические части, находящиеся под напряжением, по условиям работы остаются открытыми и расположены таким образом, что доступны для случайного прикосновения к ним чело
395
века (например, выводы электрического трансформатора, установленного на полу помещения, задняя сторона электрического щита управления па электростанции и т. п.), то такие устройства должны иметь вокруг себя специальные ограждения.
Наименьшее расстояние по горизонтали от токоведущих частей до ограждения должно быть не менее:
при низком напряжении............ 350 мм
» высоком напряжении до 35 кв ... . 600 »
Вход за это ограждение при низком напряжении требует особой осторожности, а при высоком напряжении — обязательного предварительного отключения устройства.
В местах, опасных для человека в отношении возможности поражения электрическим током, должны быть вывешены особые предупредительные плакаты.
Специальные средства защиты
Лица, занятые на работе по монтажу, ремонту и эксплуатации электрических установок и вынужденные прикасаться к отдельным частям и деталям электрических устройств, для защиты от поражения электрическим током пользуются специальными средствами защиты. К числу этих специальных средств относятся:
1) временные, переносные заземлители: 2) гибкие канатики с винтовыми зажимами для закорачивания и заземления фазных проводов; 3) резиновые перчатки; 4) резиновые калоши или резиновые боты: 5) резиновые коврики: 6) покрытие рукояток рабочих инструментов резиновой изоляцией; 7) специальная штанга для отключений; 8) предохранительные очки.
§ 4. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ
1. Не подходить близко к частям электрического устройства, находящимся под напряжением, и не прикасаться к ним, если даже они изолированы.
2. Ни в коем случае не проверять пальцами напряжение между зажимами.
3. При осмотре воздушной линии не прикасаться к проводу, оборванному и лежащему на земле. Подходить к такому проводу ближе чем на 5 м нельзя. При обнаружении оборванного провода необходимо немедленно отключить линию, а до отключения принять меры к охране участка с лежащим на нем проводом от приближения людей.
4. Все ремонтные работы на электрических установках, а также измерение сопротивления изоляции в них производить только после отключения установки.
На воздушных линиях электропередачи разрешается производить следующие работы без отключения линии:
а) замену или приставку «пасынков»;
396
б) выправку покосившихся опор в том случае, когда это не связано с укреплением оттяжек на опоре выше 3 м от уровня земли;
в) проверку степени подгнивания деревянных опор при условии, что основание опоры не будет при этом отрываться на глубину более 0,5 м;
г) ревизию и исправление мелких неисправностей, как то: подсыпка и трамбовка земли около опоры, подтяжка ослабшего бандажа и тому подобные работы, не требующие приближения к проводам на расстояние менее 2 м.
5. Отключив установку для ремонта на ней, необходимо на рукоятке отключения вывесить плакат: «Не включать!».
6. Включать и отключать столбовые разъединители штангой или ручным приводом, пользуясь при этом резиновыми перчатками.
7. Заменять перегоревшие предохранители на опоре линии низкого напряжения в сухую погоду можно и без отключения линии, но обязательно в резиновых перчатках, предохранительных очках, употребляя инструменты с изолированными ручками и стоя на «когтях», прикрепившись поясом к столбу.
8. При работах на воздушной линии, требующих подъема на опору, необходимо:
а) отключить линию;
б) около опоры, на которую предполагается подъем, устроить временное заземление (если нет постоянного), вбивая в землю заземляющий ломик;
в) присоединив к ломику один коней гибкого канатика, другой конец канатика, снабженный грузом в 0,4—0,5 кг, закинуть па провода со стороны, откуда может произойти включение линии (заземление проводов линии преследует цель не допустить появления на проводах напряжения и произвести разрядку линии от имеющегося на ней электрического заряда);
г) проверить прочность столба, осмотреть, не подгнил ли он. Если столб вызывает сомнения в прочности, его необходимо укрепить двумя ухватамп. Если столб подгнил более чем на 2 см по радиусу при диаметре основания 20—25 см, на 3 см при диаметре 25—30 см и на 4 см при диаметре основания столба более 30 см, то такой столб считается опасным для подъема на него. На опасные опоры подниматься нельзя.
9. Поднимаются на опору и работают на ней обязательно на двух «когтях». При подъеме на верх опоры до начала работы необходимо укрепить себя поясом к столбу и закрепить заземляющий канатик более надежно к проводам линии с помощью специальных зажимов.
10. При смене подгнивших столбов развязка проводов производится сверху вниз. Если столб гнилой, то необходимо укрепить его двумя ухватами перпендикулярно проводам линии, а после подъема на столб расчалпть столб и тогда уже приступать к
397
развязке проводов. Гнилой столб сваливается на землю вместе с оттяжками, поддерживающими его вначале от падения.
При снятии вязки с угловой опоры и при срезке проводов на ней необходимо предварительно укрепить провод оттяжкой.
11. Опора, у которой ставится или заменяется «пасынок», должна поддерживаться ухватами или закрепляться оттяжками таким образом, чтобы исключалась возможность падения или смешения опоры.
12. При работах в местах пересечения ремонтируемой линии с другими электрическими линиями (линии связи, осветительные, радиотрансляционные пт. п.) необходимо применять все меры к недопущению соприкасания проводов.
Натяжка проводов под линией высокого напряжения должна производиться только при отключенной высоковольтной линии.
13. Складная лестница па мачтовой трансформаторной подстанции должна быть всегда сложена и заперта на замок.
14. При работе на мачтовой трансформаторной подстанции, требующей подъема на площадку, необходимо предварительно:
а) отключить линию;
б) отключить рубильник низкого напряжения в распределительном шкафу;
в) штангой или ручным приводом отключить разъединители высокого напряжения;
г) подняться па площадку подстанции;
д) вынуть предохранители высокого напряжения и наложить заземление на токоведущие части оборудования подстанции.
15. Наружный осмотр трансформатора и мелкий ремонт на нем можно производить при отключении от линии высокого и низкого напряжения только самой трансформаторной подстанции, без отключения высоковольтной линии.
В этом случае разъединители ремонтировать нельзя и следует соблюдать особые меры предосторожности.
16. Подъем трансформатора с земли на площадку подстанции или опускание его на землю производят при выключенной и заземленной линии. Перед поднятием или опусканием трансформатора следует предварительно проверить прочность деревянных опор, балок и площадки подстанции.
17. Включать воздушную линию и мачтовую подстанцию после ремонта можно только убедившись в отсутствии людей на опорах и площадках и сняв временные заземления.
18. Работа па приставных лестницах или стремянках разрешается только внутри помещений на высоте не более 2,5 м от пола. Работы на высоте более 2,5 м от пола выполняют только с помостов, имеющих прочные барьеры с поручнями на высоте не менее 1 м от настила.
19. Какие бы то ни было работы на электрических установках в темноте запрещаются.
20. При приближении грозы всякие работы на линиях и под
398
станциях прекращают. Во время дождя наружные работы с электрическими устройствами не ведутся.
21. Монтер при производстве работ на электрических установках должен быть в ооуви, в головном упоре и в одежде с рукавами, застегивающимися у запястья.
22. Распоряжения, противоречащие настоящим правилам, выполнять запрещается.
§ 5. ПОДАЧА ПЕРВОЙ ПОМОЩИ
Спасение пораженного электрическим током зависит от скорости подачи ему первой помощи.
Никогда не надо отказываться от помощи пострадавшему и считать его мертвым только на основании того, что у него отсутствуют признаки жизни: дыхание, пульс.
При поражении электрическим током смерть часто бывает лишь кажущейся; только врач может решить вопрос о бесполезности дальнейших усилий по спасению пострадавшего.
Освобождение от тока
Прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением, вызывает в большинстве случаев непроизвольнее судорожное сокращение мышц. Вследствие этого пальцы, в случае если пострадавший держит провод в руках, так сильно сжимаются, что выпустить провод из рук он обычно не может.
Необходимо прежде всего быстро освободить пострадавшего от действия электрического тока. При этом надо помнить, что без надлежащих мер предосторожности прикасаться к человеку, находящемуся под током, опасно для жизнп.
Первым действием должно быть быстрое отключение той части установки, которой касается пострадавший. При этом необходимо учитывать следующее:
1) если пострадавший находится высоко от земли, то отключение установок и освобождение пострадавшего от тока может вызвать его падение; в этом случае должны быть приняты меры, обеспечивающие безопасность падения пострадавшего;
2) при отключении установки может одновременно погаснуть электрический свет, поэтому надо позаботиться о других источниках освещения (фонарь «летучая мышь», факел, свечи, аккумуляторные лампы и т. п.), не задерживая при этом отключения установки и оказания помощи пострадавшему.
Если отключение установки не может быть произведено достаточно быстро, то необходимо принять меры к отделению пострадавшего от токоведущих частей, к которым он прикасается.
При низком напряжении. Для отделения пострадавшего от токоведущих частей следует воспользоваться сухой одеждой, сухим канатом, сухой палкой, доской или каким-нибудь другим сухим непроводником.
399
Нельзя пользоваться в таких случаях металлическими или мокрыми предметами.
Чтобы оторвать пострадавшего от токоведущих частей, можно также взяться за его одежду, если она суха и отстает от тела (например, за полы), избегая при этом прикосновения к окружающим металлическим предметам и к частям тела, не покрытым одеждой. Не следует также оттаскивать пострадавшего за ноги без предварительной хорошей изоляции своих рук, так как обувь может быть сырой, а находящиеся в ней гвозди или крючки для шнуровки являются проводниками тока.
Для изоляции рук, если необходимо коснуться тела пострадавшего, не покрытого одеждой, надо надеть резиновые перчатки, калоши и обмотать руки шарфом, надеть на руку суконную фуражку, спустить на руку рукав и т. п. или накинуть на пострадавшего резину, прорезиненную материю (плащ) или же просто сухую материю. Можно также встать на сухую, не проводящую ток подставку, сверток одежды и т. п.
Рекомендуется действовать по возможности лишь одной рукой.
При низком напряжении, когда ток проходит в землю через человека и он судорожно сжимает в руках один провод, часто проще прервать ток, отделив пострадавшего от земли (например, подсунуть под пострадавшего сухую доску, оттянуть его руку), соблюдая, однако, при этом вышеуказанные меры предосторожности как по отношению к себе, так ппо отношению к пострадавшему.
В случае необходимости надлежит перерубить или перерезать провода низкого напряжения топором с сухой деревянной рукояткой или соответствующим изолированным инструментом. Производить это нужно с должной осторожностью (не касаться проводов, рубить каждый провод в отдельности, надев резиновые перчатки и калоши).
При высоком напряжении. Для отделения пострадавшего от земли или от токоведущих частей следует надеть резиновые перчатки и боты и действовать штангой, рассчитанной на высокое напряжение.
При напряжении до 10 кв, если пострадавший касается одной фазы (ток идет через тело в землю), часто представляется возможным пододвинуть ему под ноги сухую доску или другое изолирующее приспособление.
На линиях электропередачи, когда освобождение пострадавшего от тока одним из указанных выше способов не может быть осуществлено достаточно быстро и безопасно, необходимо прибегнуть к замыканию накоротко (путем наброса) всех проводов линии и к надежному заземлению их.
Набрасываемая проволока не должна касаться ни пострадавшего, ни набрасывающего; если пострадавший находится на высоте, то необходимо предупредить или обезопасить его падение.
Если пострадавший касается одного провода, то часто достаточно заземлить только один этот провод.
400,
Меры первой помощи
При бессознательном состоянии пострадавшего надо уложить удобно, ровно, покойно. Распустить, расстехмуть одежду, создаю приток свежего воздуха.
Давать нюхать нашатырный спирт, обрызгивать водой, растирать и согревать тело.
Если пострадавший плохо дышит, очень редко и судорожно, или у него не прослушивается пульс, отсутствует сердцебиение и дыхание, необходимо немедленно сделать ему искусственное дыхание и массаж сердца.
Имеется несколько способов искусственного дыхания, которые применяются в зависимости от условий несчастного случая.
1-й способ. Нужно положить пострадавшего на спину, подложив под лопатки сверток одежды, чтобы грудь возможно больше расширилась. Один человек захватывает кончик языка пострадавшего, вытягивает язык наружу и держит его все время, пока производится искусственное дыхание. Другой человек встает на колени над головой пострадавшего, захватывает его руки у локтя и прижимает их несильно к боковым сторонам его груди (выдох). Далее, считая «раз, два, три», поднимает руки пострадавшего кверху и закидывает их за его голову (вдох). Затем, считая «четыре, пять, шесть», вновь прижимает руки к груди и т. д.
Если помощь оказывают три человека, движение рук производят двое, стоя на коленях по бокам пострадавшего и действуя согласованно, по счету.
При правильно проводимом искусственном дыхании получается звук (как бы стон) от прохождения воздуха через дыхательное горло пострадавшего, когда грудная клетка сдавливается и отпускается.
Если звуков нет, это указывает обычно, что язык запал и мешает прохождению воздуха. Тогда язык следует вытянуть больше.
При переломе рук этот способ не применяется.
Если оказывающий помощь должен производить искусственное дыхание один, лучше воспользоваться вторым способом.
2-й способ. Пострадавшего кладут спиной кверху, головой па одну руку, лицом в сторону; вторую руку нужно вытянуть вдоль головы. Язык вытягивают так же, как и при первом способе, но держать его не надо. Затем встают на колени над пострадавшим (располагаясь как бы верхом), лицом к его голове так, чтобы бедра пострадавшего были между коленями оказывающею помощь.
Положив свои ладони на спину пострадавшего, на нижние ребра, охватывают их с боков сложенными пальцами. Считая «раз, два, три», наклоняют постепенно свое тело вперед так, чтобы весом тела наваливаться на свои вытянутые руки и, таким образом, нажимать па нижние ребра пострадавшего (выдох).
401
Не удаляя совсем рук от спины пострадавшего, быстро откидываются назад (вдох).
Сосчитав «четыре, пять, шесть», вновь постепенно наваливаются тяжестью своего тела на вытянутые руки, считая «раз, два, три», и т. д.
3-й способ применяется вместо 2-го способа в случае ожогов спины.
Пострадавшего нужно положить на спину, подложив под место ожога чистый носовой платок, какой-нибудь чистый лоскут, руки вытянуть вдоль головы. При переломе рук их не вытягивают, а укладывают вдоль груди. Один человек становится над пострадавшим на колени и так же, как при 2-м способе, надавливает на нижние ребра и отпускает их по счету. Нельзя при этом надавливать на живот. Язык пострадавшего удерживает другой человек.
При всех способах необходимо избегать чрезмерного сдавливания грудной клетки, чтобы не сломать ребер. При 1-м и 3-м способах надо остерегаться также выдавливания из желудка проглоченной пищи, которая может закупорить дыхательные пути.
При 1-м способе нужно избегать резких насильственных движений рук, помня об опасности вывиха пли перелома их.
Во всех случаях поражения током к пострадавшему следует немедленно вызвааь врача.
При ожогах глаз электрической дугой необходимо положить на глаза холодные примочки из бориой кислоты и немедленно направить пострадавшего к врачу.
Приложение 1
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМАХ
Обозначения Наименование Обозначения Наименование
Постоянный ток
Переменный ток
Трехфазная обмотка, соединенная треугольником
Трехфазная обмотка, соединенная звездой
Трехфазная обмотка, соединенная звездой с выводным нулевым проводом
Электрическая станция
Трансформаторная подстанция
Распределительный пункт
Электрическая или кабельная линия
Цепь из двух проводов
Сборные шины
Пересекающиеся, электрически не соединенные провод 1
Пересекающиеся, электрически соединенные провода
Ответвление от провода
Заземление
Конденсатор или емкость
403
Продолжение
Обозначения Н аименование Обозначения Наименование
Приложение 2
ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ СИЛОВЫХ ТРЕХФАЗНЫХ ДВУХОБМОТОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ С ЕСТЕСТВЕННЫМ МАСЛЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
Тип 1 Мощность (в ква) Высшее на- | пряжение | (в кв) TIJj (в %) Ток холостого хода (в %) Потерн Вее
холостого хода (в ВТ) короткого замыкания (В ВТ) выемной части 1 (в кг) 1 1 I (л’1 П) 1 1 ПОЛНЫЙ (в кг)
ТМ 10/6 10 6,3 5,5 10 105 335 125 130 345
ТМ 20/6 20 6,3 5,5 9 180 600 150 125 365
ТМ 20/10 20 10 5 5 10 220 600 250 175 525
ТМ 50/6 50 6,3 5,5 7 350 1325 260 240 640
ТМ 50/10 50 10 J о 8 440 1325 340 265 700
ТМ 100/6 100 6,3 5.5 6,5 600 2400 450 280 890
ТМ 100/10 100 10 j о 7,5 730 2400 475 345 1000
ТМ 100/35 100 35 6,5 8 900 2400 640 600 1500
ТМ 180/6 180 6,3 5,5 6 1000 4000 605 34а 1280
ТМ 180/10 180 10 э С) 7 1200 4100 660 430 1360
ТМ 180/35 180 35 6,5 8 1500 4100 920 790 2100
ТМ 320/6 320 6,3 <) э 6 1600 6070 880 480 1730
ТМ 320/10 320 10 о. о 7 1900 6200 860 520 1780
ТМ 320/35 320 35 6,5 7,5 2300 6200 1230 970 2730
ТМ 560/10 560 10 5,5 6 2500 9400 1460 1000 3040
ТМ 560/35 560 35 6,5 6,5 3350 9400 1900 1310 3930
ТМ 750/10 750 10 5,5 6 4100 11900 2060 1615 4690
ТМ 1000/10 1000 10 5 4900 15000 2380 1680 4980
ТМ 1000/35 1000 35 6,5 5,5 5100 15000 2850 2170 6380
Приложение 3
СИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
"—_ Тип Показатель ~ ~ ~~—-— сг 15/6 СГ 25,'6 сг 35,6 СГ 60,6 С 81 — 1 С 82-4
Мощность (cos = 0,8) в квт . . . 12 20 28 48 12 24
» ква . . . 15 25 35 60 15 30
Скорость вращения (об/мин) . 1000 1000 1000 1000 1500 1500
Ток статора (а) при 230 в 35,7 63 88 150,5 37,5 75,4
» 400 » 21,7 36,5 50,5 87 21,7 44,3
К. п. д. . . . (%) при cos = 1,0 .... 87.1 89,9 90,7 92,5 84,8 88,4
» cos 'f = 0,8 . . . . 83,1 86,5 87,7 89,9 80,5 84
Возбудитель мощность (квт) .... 0,41 0,6 0,88 1,15 0,44 0,67
напряжение (в) .... 24 31 38 52 22 28
ток (а) 17 19,5 23 22 20 24
Отношения короткого замыкания окз 1,13 1,1 0.88 0,84
Маховой момент (кгмг) . . . 3,2 4.2 9,1 14,3 3,2 -4,2
Вес с возбудителем (кг) . . . 280 330 500 600 260 330
405
Приложение 4
ГИДРОГЕНЕРАТОРЫ ДЛЯ СЕЛЬСКИХ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ СЕРИИ ВГС
Тип Мощность (в ква) К. п. д. (в %) Маховой момент (в кгм3) Вес (в т)
300 обмин
4.213/11.20 250 89 3,5 6,4
4.213/15.20 375 89,8 3,8 7,0
4.213/20.20 500 90,8 4,6 7,5
250 об/мин
4.213/11.24 200 88,0 3,0 6,5
4.213/15.24 275 88,5 3,8 7,0
4.213/20.24 375 89,6 4,8 8,0
4.213/24.24 500 90,5 6,5 9,2
3.260/20.24 850 92,0 15 16,5
3.260/24.24 1200 93,0 17 17,5
3.260/29.24 1500 93,2 19,5 18,5
1.325/24.24 2000 93,4 53 37
1.325/29.24 2500 93,8 64 41
1.325/39.24 3200 94,5 80 44
1.325/49.24 4000 96,0 85 48
214 об/мин
4.213.I5.zd 2 88,8 4 7.1
4.213/20.28 325 89,6 5,8 8,2
4.213/24.28 450 90,0 у °,5
3.260/20.28 750 91,8 15 16,5
3.260/24.28 950 92,0 17 17,5
3.26Q/29.28 1250 92,5 20 18,5
1.325/24.28 1650 93,0 53 37
1.325/29.28 2000 93,5 64 41
1.325/39.28 2750 94,5 80 45,5
1.325/49.28 3500 95,0 85 48
187 об/мин
4.213/15.32 200 87,8 4 7,2
4.213/20.32 300 88,6 6 8,5
4.213/24.32 400 89,4 7,3 9,8
3.260/20.32 550 90,6 15 16,5
3.260/24.32 800 91,5 17 17,5
3.260/29.32 1000 92,0 20 18,5
1.325/24.32 1350 92,7 53 37
1.325/29.32 1800 93,2 64 41
1.325/39.32 2300 93,8 80 44
2.325/49.32 3125 94,5 85 47
150 об/мин
3.260/20.40 450 90,0 15 16,5
3.260/24.40 600 90,5 17 17,5
3.260/29.40 750 90,8 20 18,5
1.325/24.40 1050 91,5 53 37
406
Продолжение
Тип Мошность ^В КБ8j рч п q. fn О/ \ '° '°' Мяхояпй момент <W кгм2'| r-ec (в г)
1.325/29.40 1500 93,0 64 41
1.325/39.40 2000 93,5 75 42
1.325/49.40 2500 94,0 85 44
130,5 об/мин
2.325/20.46 375 87,0 28 18
2.325/24.46 500 §8,0 32 19,6
2.325/29.46 625 89,0 36 20,7
2.325/34.46 700 90,0 42 22,2
100 об/мин
2.325/24.60 375 87,5 35 19,6
2.325/29.60 500 88,3 40 21,2
2.325/34.60 600 89,2 47 23
Примечание. Генераторы мощностью до 500 ква включительно выполняются на номинальное напряжение 400 в, остальные — на напряжение 6300 в. Коэффициент мощности (cos <р) номинальный равен 0,8.
ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ ПО ГИДРОТУРБИНАМ, ПРИМЕНЯЕ
Серии турбин Пределы применения по 1 3 0 35 1 42 Диаметры 46
ПрК70-ВО Напору (в м) Мощности (в квт) Скорости вращения (в об/мин) — 3.2—5,0 10—20 750—1000 — Ь, 25—5,0 10—35 500—750
ПрК245-ВО Напору (вы) Мощности (в квт) Скорости вращения (в об/мип) III 1 1 1 I I I
ПрК245-ВБ Напору (в м) Мощности (в квт) Скорости вращения (в об мни) 1 1 1 I I I
фзсо-во Напору (в м) Мощности (в квт) Скорости вращении (в об/мип) 3,0—6,0 10—28 333,3— 428,6 —
ФЗОО-ГО Напору (в м) Мощности (в квт) Скорости вращения (в об/мип) — i.S—6,0 10—20 500 3,0—6,0 10—28 333,3— 428,6 I I I
Ф300-ГФ Напору (в м) Мощности (в квт) Скорости вращения (в об/мип) 'Л— 25 10— 123 600— 1500 4,5—25 10—165 500—1000 4,5—25 13—245 428,6— 1000 I I I
408
Приложение &
МЫМ НА СЕЛЬСКИХ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ
турбин (в см)
50 59 j 71 80 84 j 100 120 140 ! 160
— 1,6—5,0 — 1,5-5,0 1,5—6,0 1,5—6,0 — 1,5—6,0
— 10—58 — 10—105 — 18—220 28—320 — 55—550
I — 375—600 — 250— 428.6 — 214—375 167—300 — 125—250
— — 4,0—10,0 — 4,0— 10,0 4,0—8,0 4,0—8,0 4,0—8,0 4,0—8,0
— — 30—175 — 45— 250 65—250 92—365 130—500 175—660
— — 375—600 — 300— 500 250—375 214—300 187,5— 250 167—214
— — — — — 6,5—20 6,5—20 6,5—20 6,5—20
— — — — —. 133—1025 190—1450 275 —2000 375—2500
— -- — — 333,3— 600 300—500 250— 428.6 214— .333,3
3,0-6,0 3,0—6,0 3,0—6,0 — З.о— 6.0 —
10—40 15—57 21—84 — ЗО- ИЗ -
300— 375 250- 333,3 187,5— 250 167— 214 — •— — —
3,0— 6,0 3,0—6,0 3,0—6,0 — 3,0— 6,0 —
10—40 15-58 21—85 — ЗО- Пэ — —
300— 375 250— 333,3 187,5— 250 — 167— 214 — —
4,5— 25 4,5—25 4,5—25 — 4.5— 25 4,5—25 __ —
19— 350 41—500 57—720 — 86— 1000 120—1250 — — —
375— 750 333,3-600 300—500 250— 428,6 187,5— 375
409
Приложение в
АСИНХРОННЫЕ КОРОТКОЗАМКНУТЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ В ЗАЩИЩЕННОМ ИСПОЛНЕНИИ (А и АЛ)
Тпп электродвигателя Номинальная мощность на валу (в квт) Скорость вращения (в об/мин) К. п. д. (в %) СОЗ Лгусн 7НОМ X] >»1 о е х s ы М макс 2 о Я i Вес двигате-, ля (в иг) типа А Маховой момент ротора (в кгм’)
А и АЛ 31—2 1,0 2850 79,0 0,86 5,5 1,8 2,2 16,5 0,008
А и АЛ 32—2 1,7 2850 81,5 0,87 6,0 2,0 2,4 23,0 0,014
А и АЛ 41—2 2,8 2870 84,0 0,88 5,5 1.6 2,2 33,0 0,024
А и АЛ 42—2 4,5 2870 85,5 0,88 6,0 1,8 2,4 42,0 0,034
А и АЛ Ы—2 7,0 2890 87,0 0,89 6,0 1,5 2,2 71,0 0,11
А и АЛ 52—2 10 2890 87,5 0,89 6,5 1,6 2,4 92,0 0,16
А 61—2 14 2920 87,5 0,89 5,5 1.2 2,5 130 0,27
А 62—2 20 2920 88,5 0,90 6,0 1,3 2,7 143 0,35
А 71—2 28 2930 89,0 0,90 5,0 1,0 2,2 210 0,57
А 72—2 40 2930 90,0 0,91 5,5 1,1 2,4 235 0,73
А 81—2 55 2930 90,5 0,91 5,0 1,0 2,2 370 1,4
А 82—2 75 2930 91,0 0,92 5,5 1,1 2,4 415 1,8
А 91—2 100 2950 91,5 0,92 5,5 1,0 2,2 605 3,3
А 92—2 130 2950 92,0 0,92 5,5 1,0 2,2 685 4,3
А и АЛ 31—4 0,6 1410 74,0 0,77 5,0 1,8 2,0 16,5 0,013
А и АЛ 32—4 1,0 1410 78,5 0,80 5,5 2,0 2,0 23,0 0,019
А и АЛ 41—4 1,7 1420 81,5 0,83 5,5 1,7 2 0 32,5 0,042
А и АЛ 42—4 2.8 1420 83,3 0,83 6.0 1,9 2 2 41,5 0,06
А и АЛ 51—4 4,5 1440 85,5 0,86 6,0 1,4 2,0 69,0 0,17
А и АЛ 52—4 7,0 1440 87,0 0,87 6,5 1,5 2,0 90,5 0,25
А 61—4 10 1450 87,0 0,88 5,0 1,2 2,0 124 0,36
А 62—4 14 1450 88,0 0,88 5,0 1,3 2,0 138 0,48
А 71—4 20 1450 89,0 0,89 5,0 1,1 2,1 205 0,95
А 72—4 28 1450 90,0 0,89 5,5 1,2 2,1 230 1,2
А 81—4 40 1460 90,5 0,90 6,0 1,1 2,3 360 1,9
А 82—4 55 1460 91,0 0,90 6,0 1,2 2,3 4С0 2,5
А 91—4 75 1460 91,5 0,90 5,5 1,0 2,1 590 4,7
А 92-4 100 1460 92,0 0,90 5,0 1,0 2,0 665 6,2
А и АЛ 41-6 1,о 930 77,0 0,72 4,0 1,5 1 9 32,0 0,042
А и АЛ 42—6 1,7 930 79,5 0,75 4,5 1,6 1 9 41,0 0,060
А и АЛ 51—6 2,8 950 82,5 0,78 4,5 1,3 1 9 68,5 0,17
А и АЛ 52—6 4,5 950 84,5 0,80 5,0 1,4 2,0 89,0 0,25
А 61—6 7,0 970 86,0 0,81 4,5 1,2 2,0 124 0,36
А 62—6 10 970 86,5 0,82 4,5 • 1,2 2,0 138 0,48
А 71—6 14 970 87,0 0,84 4,5 1,2 2,0 205 1,5
А 72-6 20 970 88,0 0,85 4,5 1,2 2,0 230 1,9
А 81—6 28 975 89,0 0,86 5,0 1,2 2,3 360 3,2
А 82—6 40 975 90,0 0,87 5,5 1,3 2,4 400 4,1
А 91—6 55 980 91,0 0,88 5,0 1,0 2,0 590 7,0
А 92—6 75 980 92,0 0,89 5,0 1,0 2,0 665 9,2
А 61—8 4,5 730 83,5 0,76 4,5 1,0 2,0 124 0,7
А 62—8 7,0 730 84,5 0,78 4,5 1,0 2,0 138 0,9
А 71—8 10 730 85,0 0,80 4,0 1,2 1,9 205 1,5
А 72—8 14 730 87,0 0,81 4,0 1,2 1,9 230 1,9
А 81—8 20 730 87,5 0,82 4,5 1,3 2,0 360 3,2
А 82—8 28 730 88,5 0,83 4,5 1,3 2,0 400 4,1
А 91—8 40 730 90,0 0,84 4,5 1,1 1,8 590 7,0
А 92—8 55 730 91,0 0,84 4,5 1,1 1,8 665 9,2
410
УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ
Общая характеристика
Кузнецов М. И. Электротехника. Учебник для ремесленных училищ. Трудрезервиздат, 1951.
Ломоносов В. Ю. и П о л и в а н о в К. М. Электротехника. Учебное пособие для электромонтеров. Госэнергоиздат, 1953.
Производство, распределение и применение электрической энергии в сельском хозяйстве
Б у д з к о И. А. Сельские электрические сети. Учебное пособие для техникумов. Сельхозгиз, 1955.
Златковскпй А. П. Электрооборудование сельских электрических установок. Сельхозгиз, 1953.
Климов А. А. Электрификация производственных процессов в животноводстве. Учебное пособие для вузов. Сельхозгиз, 1955.
Листов П. Н. Применение электрической энергии в сельском хозяйстве. Учебное пособие для техникумов. Сельхозгиз, 1950.
Поярков М. Ф. Сельские электрические станции и подстанции. Учебное пособие для техникумов. Сельхозгиз, 1954.
Щуров С. В. Экономическая эффективность электрификации колхозного производства. Сельхозгиз, 1952.
Справочник по механизации животноводства. Сельхозгиз, 1953.
Монтаж и эксплуатация сельских электроустановок
Лобанов В. Н., Сазонов Н.А. и др. Электромеханик сельских электроустановок. Учебное пособие для ремесленных училищ. Трудрезервиздат, 1953.
Лугов с кой М. В. иГлебович А. А. Эксплуатация гидромеханического оборудования сельских гидроэлектростанций. Сельхозгиз, 1951.
Соловьев П. Ф. Монтаж и эксплуатация осветительного и силового электрооборудования. Учебное пособие для ремесленных училищ. Госэнергоиздат, 1953.
Правила устройства электротехнических установок. Госэнергоиздат, 1950.
Правила технической эксплуатации сельских электроустановок. Сель-хозгиз, 1950.
Техника безопасности
Лобанов В. Н. Электробезопасность в сельском хозяйстве. Проф-издат, 1950.
Правила безопасности при эксплуатации электрических устройств. Госэнергоиздат, 1950.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ................................................. 3
Ч а с т ь н е р в а я ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Гласа 1. Основные понятия и законы.......................... 7
§ 1. Физическое представление об электричестве...................... 7
§ 2. Единица измерения количества электричества.................... 10
§ 3. Электрический ток............................................. 10
§ 4. Проводимость и сопротивление................................ 10
§ 5. Электродвижущая сила п электрическое напряжение............. 13
§ 6. Электрическая мощность..................................... 14
§ 7. Электрическая энергия....................................... 15
§ 8. Условные буквенные и сокращенные обозначения................ 16
§ 9. Соотношение между напряжением, током и сопротивлением ... 17
§ 10. Схемы электрических соединений............................. 18
§ 11. Тепловое действие электрического тока...................... 28
§ 12. Химическое действие электрического тока.................... 34
§13. Магнитное действие электрического тока..................... 35
§ 14. Электромагнитная индукция.................................. 43
§ 15. Электрическое поле......................................... 44
Глава 2. Электрические цепи постоянного и переменного токов . . 50
§ 1. Постоянный ток............................................ 50
§ 2. Переменный ток............................................ 50
§ 3. Цепь с активным сопротивлением............................ 56
§ 4. Цепь с индуктивностью..................................... 58
§ 5. Цепь i активным toiipui явлением п индуктивностью........ 60
§ 6. Цепь с емкостью.......................................... 63
§ 7. Цепь с активным сопротивлением и емкостью.............. 64
3 8. Резонанс напряжений в цепи переменного тока............... 66
§ 9. Резонанс токов в цепи переменного тока.................... 68
Глава 3. Однофазный и трехфазнын токи......................... 68
§ 1. Однофазный ток............................................ 68
§ 2. Трехфазный ток............................................ 71
§ 3. Вращающееся магнитное ноле................................ 75
§ 4. Преобразование переменного тока в постоянный.............. 76
Часть вторая
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Глава 1. Материалы, применяемые в электротехнике............... 79
§ 1. Черные металлы............................................ 79
§ 2. Цветные металлы и их сплавы............................... 81
§ 3. Металлические сплавы высокого сопротивления . ............ 83
§ 4. Дерево.................................................... 84
§ 5. Изоляционные материалы.................................... 84
§ 6. Вспомогательные материалы................................. 86
Глава 2. Электрические трансформаторы......................... 88
§ 1. Устройство и принцип действия.............................. 88
§ 2. Типы трансформаторов и область их применения............... 89
§ 3. Нагревание п охлаждение трансформаторов.................... 94
§ 4. Регулирование напряжения................................... 95
§ 5. Параллельная работа трансформаторов........................ 96
§ 6. Перегрузка трансформаторов............................... 97
412
Глава 3. Машины постоянного тока.................................... 100
§ 1. Принцип действия.........................................100
§ 2. Устройство...... 100
§ 3. Системы возбуждения ...... ................................... 102
§ 4. Электрические характеристики генератора постоянного тока . . ЮЗ
§ 5. Электрические характеристики двигателей постоянного тока . . . 106
§ 6. Область применения машин постоянного тока................ 108
Глава 4. Синхронные машины......................................108
§ 1. Устройство и принцип действия..............................108
2. Типы синхронных машин и область пх применения.............. НО
| 3. Обмотки синхронного генератора............................ 112
| 4. Возбуждение синхронного генератора.........................114
| 5. К. п. д. машины п ее нагревание............................115
| 6. Основные характеристики синхронного генератора............ 116
’ 7. Регулирование напряжения...................................118
| 8. Компаундирование возбуждения генератора................... 119
’ 9. Перегрузка генератора......................................121
§ 10. Параллельная работа синхронных генераторов................122
§
Глава 5. Асинхронные машины.....................................123
§ 1. Устройство и принцип действия..............................123
§ 2. Типы и конструкции.........................................126
§ 3. Рабочие характеристики.................................... 128
§ 4. Пуск в ход и регулирование скорости....................... 130
§ 5. К. п. д. и нагрев двигателя............................... 131
§ 6. Универсальный трехфазно-однофазный асинхронный двигатель . , 132
§ 7. Пусковая и защитная аппаратура............................ 133
§ 8. Асинхронный генератор......................................135
Глава 6. Электрическая аппаратура..............................138
§ 1. Рубильники и переключатели................................138
§ 2. Масляные выключатели......................................140
§ 3. Разъединители.............................................142
§ 4. Предохранители............................................145
§ 5. Разрядники................................................146
§ 6. Реакторы..................................................150
§ 7. Изоляторы.................................................150
§ 8. Шппы......................................................152
§ 9. Силовые кабели........................................... 153
Глава 7. Электрические измерительные приборы и электрические измерения ..................................................154
§ 1. Характеристика приборов.................................. 154
§ 2. Устройство приборов.......................................155
§ 3. Измерение тока и напряжения...............................156
§ 4. Измерение мощности........................................158
§ 5. Измерение электрической энергии ......................... 1о9
§ 6. Измерение сопротивлений................................. 160
§ 7. Измерение коэффициента мощности (cos <р)................. 161
§ 8. Измерение частоты переменного тока........................162
Глава 8. Реле и схемы защиты.................................. 162
§ 1. Назначение релейной защиты................................162
§ 2. Требования к релейной защите..............................163
§ 3. Классификация релейной защиты и реле......................164
§ 4. Электромагнитное реле................................... 165
§ 5. Схема максимальной токовой защиты.........................166
413
Глава 9. Гальванические элементы и аккумуляторы................167
§ 1. Гальванические элементы...................................167
§ 2. Электрические кислотные аккумуляторы......................168
§ 3. Щелочные аккумуляторы.....................................172
Часть третья
МЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Глава 1. Гидравлические двигатели..............................174
§ 1. Гидравлическая энергия....................................174
§ 2. Гидротехнические сооружения...............................174
§ .3. Водяные колеса...........................................176
§ 4. Гидротурбины..............................................177
§ 5. К. п. д. гидросиловой установки...........................179
Глава 2. Тепловые двигатели....................................179
§ 1. Коэффициент полезного действия тепловых двигателей........180
§ 2. Локомобили................................................180
§ 3. Автотракторные карбюраторные двигатели....................182
§ 4. Нефтяные двигатели........................................185
| 5. Дизельные двигатели.......................................187
§ 6. Газогенераторные двигатели................................187
Глава 3. Ветряные двигатели...................................188
Глава I. Механическое сопряжение электрической машины е другими машинами......................................................191
§ 1. Соединительные муфты..................................... 191
§ 2. Нлоскоремснпая передача...................................192
§ 3. Клиноремепная передача....................................197
§ 4. Соединение концов ремней..................................201
Часть четвертая
ПРОИЗВОДСТВО, РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Глава 1. Производство электрической энергии....................204
§ 1. Принцип преобразования энергии из одного вида в другой... 204
§ 2. Электрическая станция.................................... 205
§ 3, Передвижные электростанции................................210
§ 4. Выбор мощности станции....................................210
§ 5. Местные электрические системы.............................212
Глава 2. Передача и распределение электрической энергии........213
§ 1. Принцип передачи электрической энергии на расстояние.... 213
§ 2. Трансформаторная подстанция...............................215
§ 3. Линии электропередачи высокого напряжения и низковольтные распределительные сети.........................................218
§ 4. Внутренняя проводка.......................................227
Глава 3. Применение электрической энергии......................228
§ 1. Виды применения электрической энергии................... 228
§ 2. Электрический привод сельскохозяйственных машин и установок 228
§ 3. Электрический нагрев в сельском хозяйстве.................238
§ 4. Электрическое освещение...................................243
Глава 4. Электрификация колхоза................................251
§ 1. Формы электрификации......................................251
§ 2. Характеристика колхоза . . . . '.........................252
411
§ 3. Животноводство..............................................252
§ 4. Растениеводство.............................................253
§ 5. Подсобные предприятия ......................................253
§ 6. Освещение и другие потребители..............................254
§ 7. Суммарное потребление электроэнергии........................254
§ 8. Мощность источника электроснабжения и стоимость электрификации .........................................................254
9. Экономическая эффективность.................................255
Часть пятая
МОНТАЖ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Общие положения ................................................256
Глава 1. Слесарные работы, выполняемые электромонтером......... 256
§ 1. Опиливание металла.........................................257
§ 2. Простейший измерительный инструмент........................25Э
§ 3. Рубка зубилом и крейцмейселем..............................259
§ 4. Распиливание и разрезание металла..........................261
§ 5. Сверление и развертывание отверстий.......................2 >2
§ 6. Нарезание резьбы...........................................265
§ 7. Клепка.....................................................266
§ 8. Изгибание труб........................................... 266
§ 9. Паяние и лужение...........................................267
Глава 2. Монтаж электрических машин.............................272
§ 1. Транспортирование машин....................................272
§ 2. Устройство фундамента......................................272
§ 3. Установка машин............................................275
§ 4. Разборка и сборка машин....................................276
§ 5. Механическое сопряжение машин..............................277
§ 6. Монтаж электрических соединений............................278
§ 7. Сушка машины...............................................282
Глава 3. Монтаж электрических аппаратов и приборов............. 284
§ 1. Щит управления синхронным генератором......................284
§ 2. Аппаратура управления электродвигателем....................284
§ 3. Реостаты...................................................285
§ 4. Измерительные приборы......................................286
§ 5. Выбор плавкой вставки предохранителя.......................287
'Глава 4. Монтаж воздушных электрпческпх линий и трансформаторных подстанций.................................................289
§ 1. Трассировка линии.........................................290
§ 2. Материал для опор..........................................2ЭД
§ 3. Конструкция опор...........................................291
§ 4. Установка опор.............................................294
§ 5. Подвеска проводов..........................................294
§ 6. Совместная подвеска проводов...............................296
§ 7. Натяжка, крепленпе и соединение проводов...................298
j 8. Открытые трансформаторные подстанции.......................301
§ 9. Распределительные пункты...................................306
§ 10. Вводы в помещение....................................... 307
Глава 5. Монтаж внутренней проводки.............................309
§ 1. Провода.................................................. 309
§ 2. Наименьшие допустимые сечения проводов.....................310
§ 3. Области применения и способы прокладки изолированных проводов и шнуров с резиновой и полихлорвиниловой изоляцией . . . 311
| 4. Выполнение проводки . . . . ...........................t . 314
415