ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ЗАОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ФГБОУ ВО РГАЗУ)
Факультет: Электроэнергетики и технического сервиса
Направление: 35.03.06 Агроинженерия
Отчет по лабораторному практикуму
По дисциплине: «Электроснабжение»
Участвует в сессии: 12.05.2020-01.06.2020
Дата регистрации работы:_____________
Кафедра: Э и ЭС
Курс: 3
Срок обучения: 3 года
Шифр: 7157
Выполнил
Захаров Александр Юрьевич
Г.Балашиха 2020
Содержание
Лабораторная работа №1........................................................................................3
Лабораторная работа №2........................................................................................9
Лабораторная работа №3......................................................................................13
Лабораторная работа №4......................................................................................15
Лабораторная работа №5......................................................................................18
Лабораторная работа №6......................................................................................21
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.
«Изучение и испытание электромагнитных реле тока, напряжения, промежуточных и указательных реле»
Цель работы: изучение конструкции, принципа действия и проведение испытаний электромагнитных реле тока типа РТ-40, реле напряжения типа РН-50, промежуточных реле типа РП-25 и указательных реле типа РУ-21.
Электромагнитные реле тока РТ-40 предназначены для использования в схемах релейной защиты и автоматики. Эти реле реагируют на повышение тока в контролируемой цепи и являются реле косвенного действия. Конструкция реле максимального тока РТ-40 показана ни рис. 1.
Реле состоит из следующих основных элементов: П – образного стального сердечника 1 с установленными на нем катушками тока 2, подвижной системы, состоящей из якоря 3, подвижного контакта 5 и гасителя колебаний (вибрации) 22, алюминиевой стойки 23, упоров левого 6 и правого (на рис. 1, а не показан), изоляционной колодки 9 с расположенными на ней двумя парами неподвижных контактов (рис. 1, б) 7 и 8, регулировочного узла (рис. 1, в), состоящего из пружинодержателя 10, фасонного винта 11 с насаженной на него разрезной шестигранной втулкой 12, противодействующей спиральной пружины 14 и пружинящей шайбы 18, шкалы уставок 13 и указателя уставки 14, контактный узел (рис.1, г), состоящий из неподвижного пружинящего контакта 19, на одном из концов которого приварена серебряная полоска, переднего упора 20 и заднего гибкого упора 21.
Рис. 1. Электромагнитное реле максимального тока серии РТ-40: а - конструкция реле, б - изоляционная колодка с неподвижными контактами, в - регулировочный узел, г - контактный узел.
Реле тока РТ-40 смонтировано в корпусе, состоящем из пластмассового цоколя и кожуха из прозрачного материала. Для снижения потерь в стали, возникающих из-за вихревых токов, сердечник набирается из пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга.
Когда электромагнитная сила реле превышает механическую силу пружины, якорь притягивается к электромагниту. При этом подвижный контактный мост замыкает одну пару неподвижных контактов и размыкает вторую пару.
Реле предназначено для крепления в вертикальной плоскости, отклонение от вертикального положения из-за неуравновешенности подвижной системы реле приводит к дополнительной погрешности.
С осью якоря связан гаситель вибрации 22 (гаситель колебаний) в виде тороида, заполненного кварцевым песком. При любом ускорении якоря и связанной с ним подвижной системы часть кинетической энергии тратится на преодоление сил трения между песчинка ми. С помощью гасителя вибрации уменьшаются вибрации как всей подвижной системы, так и контактов при их включении.
Ток срабатывания регулируется за счет изменения натяга спиральной противодействующей пружины 4, которая прикреплена к якорю с помощью хвостовика 16. Натяг пружины фиксируется указателем 14.
Обмотка реле 2 разбита на две секции, которые при необходимости могут быть соединены последовательно или параллельно.
Установка срабатывания реле серии РТ-40 плавно регулируется натяжением пружины и ступенчато - переключением катушек обмотки с последовательной схемы на параллельную.
При переключении последовательного соединения секций обмоток на параллельное ток срабатывания увеличивается в два раза. Шкала уставок отградуирована для последовательного соединения секций катушек.
Реле выпускаются на токи от 0,1 до 200 А. Пределы уставок токов срабатывания реле при последовательном соединении катушек составляют 0,1 - 100 А, при параллельном соединении — 0,2 - 200 А. Технические характеристики реле тока серии РТ-40 приведены в табл. 1
Время срабатывания не более 0,1 с при токе 1,2 А и не более 0,03 с при 3 А. Время возврата – не более 0,035 с. Масса реле не более 3,5 кг. Потребляемая мощность зависит от исполнения реле.
Контакты реле предназначены для коммутации в цепи постоянного тока мощностью 60 Вт, в цепи переменного тока нагрузки мощностью 300 ВА при напряжении от 24 до 250 В и токе до 2 А.
Рис. 2. Схемы соединения обмоток реле
В тех случаях, когда через реле может длительно протекать ток, многократно превышающий уставку срабатывания, применяют реле РТ-40/1Д, в котором обмотка реле включается в контролируемую цепь через промежуточный трансформатор и выпрями тельный мост, смонтированные в общем корпусе. При опасных по термической стойкости токах сердечник трансформатора насыщается. Вследствие этого ток в обмотке реле остается неизменным, хотя в первичной обмотке трансформатора ток может продолжать расти.
В качестве органа, реагирующего на повышение тока в контролируемой цепи сверх допустимой величины при отстройке от внешних гармоник тока применяют реле РТ-40Ф. В практике отклонение формы кривой переменного тока от синусоидальной может происходить как из-за искажения формы кривой э.д.с. генераторов, так и из-за наличия в цепях переменного тока нелинейных элементов. В реле РТ-40Ф содержится специальный фильтр, не пропускающий в обмотку реле ток третьей и кратных ей гармоник. Фильтр подключен к вторичной обмотке промежуточного транс форматора.
На базе реле серии РТ40 выпускаются реле напряжения серии РН-50. Конструктивно реле напряжения серии РН-50 отличается от реле тока РТ-40 тем, что в их конструкции отсутствует гаситель вибрации и другая схема включения обмоток. Сечение витков обмотки реле напряжения РН-50 меньше чем у РТ-40, т.к. реле РН-50 включается параллельно контролируемой цепи и постоянно находится под напряжением, а реле тока - последовательно. Число витков одной катушки реле тока находится в пределах от единиц до сотен, а реле напряжения - от тысяч до нескольких тысяч.
Промежуточное реле РП-25 широко применяется в качестве защитного элемента в телемеханике и автоматике. Оно предназначено для размножения контактов реле и коммутирования цепей с большим количеством мощных потребителей. Сеть должна работать от переменного тока с частотой 50 Гц или 60 Гц.
Работает изделие по электромагнитному принципу, может присоединяться передней и задней стороной с помощью шпильки или винта к внешнему проводнику. При монтаже контакты реле могут быть переподключены по-разному.
В конструкцию реле входят следующие составляющие: 1) сердечник по типу шихт; 2) обмотка, которая представляет собой катушку индуктивности; 3) короткозамкнутый виток, вибропоглащающий (от якоря); 4) якорь; 5) болтики; 6) пружина, которая позволяет зафиксировать положения; 7) скобка; 8) хвостовик; 9) колодка, состоящая из контактов, способных перемещаться.
Составляющими клапанного электрического магнита являются такие элементы, как сердечник типа шихт (1), индуктивная катушка (2) и якорь (4), которые смонтированы на скобке (7). На полюсе сердечника расположен к.з. виток (3), который позволяет снизить вибрацию на якоре. Сердечник (1) прикреплён к скобке метизами (5), отверстия для который имеют значительный диаметр, что дает возможность регулировать расположение сердечника и якоря относительно друг друга. Якорь скреплён с хвостовиком (8), который передает усилие электрического магнита на колодку (9). Между скобкой (7) и хвостовиком (8), расположена ось на которой вращается якорь. С помощью П-образной пружинки (6), в которой сделаны углубления, фиксирующие расположение пружинки, удерживается ось от выпадания.
Электрический магнит передает подвижную системе контактов большие ускорения при подключении изделия к сети переменного тока, чем к сети постоянного (реле РП-23). Переподключение контактов приводит к более сложным условиям работы реле. Это обусловлено отсутствием ограничителя пружины внизу, т.е. при срабатывании передается большое динамическое воздействие на нижний упор. Специалисты рекомендуют применять изделие при наличии лишь двух размыкающих контактов. Переподключение осуществляется посредством переворачивания контактных угольников на пружине и болтах, и удаления одного из контактных мостиков.
Схема внутренних соединений реле РП-25
В состав реле РП-25 входят 4 замыкающих и 1 размыкающий контакт. При повороте контактных угольников можно выделить и другие комбинации, но при этом следует ограничить количество нормально-закрытых контактов двумя единицами. Переподключение дает возможность создать следующие комбинации:
· два н.з. и три н.о. контакта;
· три н.з. и два н.о. контакта;
· четыре н.з. и один н.о. контакт.
Примечание. н.з. — нормально-закрытые, н.о. — нормально-открытые.
Указательное реле типа РУ-21 предназначено для информирования о причинах блокировки или обесточивания схем оперативного управления, в случае выхода параметров за определенные пределы.
К примеру, внезапный бросок тока или напряжения вызывает срабатывание изделия, которое сигнализирует о случившемся, с дальнейшей разборкой оперативной схемы или выводом предупреждения на световое табло оператора. Это нужно для того, чтобы обслуживающий персонал смог оперативно отреагировать на внештатную ситуацию и устранил причины.
Механизм устройства представлен защелкой с пружинной, которая принудительно взводится и фиксируется до тех пор, пока не сработает электромагнит. Он, в свою очередь, освободит защелку с пружиной, замыкая или размыкая контакты и визуально сигнализируя персоналу о факте срабатывания.
Указательный тип реле применяется для сигнализации аварийных состояний в сетях переменного и постоянного тока. Также сигнализация используется в цепях измерения изоляции, номинального тока, дифференциального тока и прочих параметров.
Схема внутреннего соединения реле РУ-21
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
«Изучение и испытания комбинированных токовых реле типа РТ-80 и реле времени типа ЭВ-200»
Цель работы: изучение конструкции, принципа действия и проведение испытания реле серии РТ-80 и реле времени ЭВ-200.
Устройство и принцип действия реле РТ-80. Основной элемент реле – катушка с устройством регулировки тока срабатывания 21. Катушка имеет сердечник электромагнита 1, в зазоре которого проходит край алюминиевого диска. Полюсы электромагнита расщеплены на две части, на одну из которых нанизаны короткозамкнутые витки 2, расположенные напротив друг друга с обеих сторон диска. Алюминиевый диск 3, насаженный вместе с червяком 4 на ось, укрепленную в подвижной рамке 8, начинает вращаться при токах, равных 20-30 % тока срабатывания реле. Реле при этом не срабатывает, так как пружина 9 удерживает рамку, имеющую свою неподвижную ось вращения, в оттянутом положении и червяк на оси диска не зацеплен с зубчатым сектором 5.
На рамку действуют две силы: F1 и F2. Сила F1 создаётся электромагнитом 1, сила F2 – пружиной 9, противодействующим движению рамки. При возрастании тока в реле до величины тока срабатывания равнодействующая сил F1 и F2 преодолевает натяжение пружины и поворачивает вокруг оси рамку 8, производя сцепление червячка 4 с зубчатым сектором 5. Сектор начинает подниматься, и через определенное время его рычаг 6 достигает коромысла якоря отсечки 16.
При дальнейшем подъеме по мере вращения диска сектор 5 поднимает коромысло 16, уменьшая тем самым зазор между правой стороной коромысла и сердечником электромагнита 1.
Как только зазор уменьшится до величины, соответствующей срабатыванию при данном значении тока в реле, якорь 15 притягивается к сердечнику электромагнита 1 и изоляционный упор 17, укрепленный на коромысле якоря 15, замкнет (или разомкнет, если контакты размыкающиеся) главные контакты реле 18. Одновременно коромысло вытолкнет механический указатель срабатывания реле (на рис. 1 не показан).
Для предотвращения ослабления сцепления червячной передачи под действием тяжести коромысла (с момента начала его подъема рычагом сектора) имеется стальная скобка 14, укрепленная на рамке 8. Она притягивается к электромагниту 1 за счет потоков рассеяния и обеспечивает дополнительное усилие, действующие в сторону сцепления червячной передачи. Коромысло совместно с электромагнитом 1 образует электромагнитный элемент реле (отсечка) с притягиваемым якорем.
В случае, если ток в реле превышает ток срабатывания отсечки, якорь отсечки сразу притягивается к электромагниту. При этом реле действует мгновенно.
Для устранения вибрации якоря, вызывающей неустойчивое замыкание контактов 18, на правом его конце насажен короткозамкнутый виток 26.
Схематический вид реле серии РТ – 80.
1 – электромагнит; 2 – короткозамкнутые витки; 3 – алюминиевый диск; 4 – червяк на оси диска; 5 – зубчатый сектор; 6 – рычаг зубчатого сектора (на реле типов РТ – 83, РТ – 84,
РТ – 86 рычаг ускорен); 7 – постоянный магнит; 8 – подвижная рамка; 9 – пружина оттягивающая рамку; 10 – плоская пружина; 11, 12 – регулировочные винты; 13 – упорный винт рамки; 14 – стальная скобка; 15 – якорь отсечки; 16 – коромысло якоря; 17 –изоляционный упор; 18 – главные контакты; 19 – сигнальные контакты (только на реле типов РТ – 83, РТ – 84, РТ – 86); 20 – устройство регулировки времени действия; 21 – устройство регулировки тока срабатывания; 22 – регулировочная головка элемента отсечки; 23 – шкала отсечки; 24 – упорная пластинка; 25 – скоба подвижной рамки; 26 – короткозамкнутый виток якоря отсечки.
Схема внутренних соединений реле РТ-80.
Реле времени типа ЭВ-200
Реле времени предназначены для замедления действия релейной защиты, т. е. для создания выдержки времени. В нашей стране получили широкое распространение и изготовляются промышленностью реле времени с часовыми механизмами для работы на постоянном (реле серии ЭВ-100) и переменном (реле серии ЭВ-200) оперативном токе.
Основными элементами этих реле являются электромагнит и специальный часовой механизм, с помощью которого создается требуемая выдержка времени. При отсутствии тока в обмотке катушки 1, якорь 3, под действием возвратной пружины 4, поднимает заводной рычаг 9 часового механизма вверх до упора. При этом зубчатый сектор 10 покачивает шестерню 11 и устанавливает подвижный контакт 12 в начальное положение, одновременно растягивается рабочая пружина 15-часового механизма.
При прохождении тока в обмотке якорь 3 втягивается, освобождает рычаг 9, и под действием рабочей пружины 15, выходной вал часового механизма вместе с подвижным контактом 12, начинает поворачиваться до замыкания неподвижного контакта 13. Последним производится изменение уставки выдержки времени, закрепляя его на шкале на разном расстоянии от подвижного контакта. Реле имеют также проскальзывающие контакты 5, 6 и замыкающиеся мгновенно.
Схема внутреннего соединения реле времени ЭВ-200
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
«Максимальные токовые защиты и токовые отсечки на переменном оперативном токе»
Цель работы: изучите назначение и принцип работы максимальных токовых защит (МТЗ) и токовых отсечек (ТО), а также методы расчета основных параметров.
МТЗ применяется для защиты электрооборудования и электросети от токов короткого замыкания и токов перегрузки.
Принцип действия МТЗ
Между узлом задержки и токовым реле существует зависимая связь, благодаря которой отключение происходит не на начальной стадии возрастания тока, а спустя некоторое время после возникновения нештатной ситуации. Данный промежуток времени слишком короткий для того, чтобы величина тока достигла критического уровня, способного навредить защищаемой цепи. Но этого хватает для предотвращения возможных ложных срабатываний защитных устройств.
Принцип действия систем МТЗ напоминает защиту токовой отсечки. Но разница в том, что токовая отсечка мгновенно разрывает цепь, а МТЗ делает это спустя некоторое, наперёд заданное время. Этот промежуток, от момента аварийного возрастания тока до его отсечения, называется выдержкой времени. В зависимости от целей и характера защиты каждая отдельная ступень времени задаётся на основании расчётов.
Наименьшая выдержка времени задаётся на самых удалённых участках линий. По мере приближения МТЗ к источнику тока, временные задержки увеличиваются. Эти величины определяются временем, необходимым для срабатывания защиты и именуются ступенями селективности. Сети, построенные по указанному принципу, образуют зоны действия ступеней селективности.
Такой подход обеспечивает защиту поврежденного участка, но не отключает линию полностью, так как ступени селективности увеличиваются по мере удаления МТЗ от места аварии. Разница величин ступеней позволяет защитным устройствам, находящимся на смежных участках, оставаться в состоянии ожидания до момента восстановления параметров тока. Так как напряжение приходит в норму практически сразу после отсечения зоны с коротким замыканием, то авария не влияет на работу смежных участков.
ТО - разновидность МТЗ, обеспечивает быстрое отключение места КЗ. Отличается от МТЗ отсутствием органа замедления и способом выбора тока срабатывания защиты.
При протекании в сети электрического тока ее элементы начинают нагреваться. Это так называемая рабочая температура, позволяющая функционировать в течение длительного времени в обычном режиме. При коротком замыкании в сети происходит значительное возрастание силы тока. Как правило, это приводит к возгораниям, разрушениям и прочим негативным последствиям. Элементы, способные долго выдерживать действие короткого замыкания, экономически невыгодно производить.
Человек просто не успевает отреагировать на короткое замыкание в связи с высокой скоростью возрастания тока. Эту функцию берет на себя автоматика, в том числе и токовая отсечка. С помощью нее осуществляется контроль величины тока на участке цепи. Если сила тока возрастает и начинает превышать установленное значение, происходит срабатывание защиты и отключение участка. Величина тока, вызывающая срабатывание защиты, носит название уставки. Ее значение должно обеспечивать отключение цепи до того момента, когда начнутся разрушения. Для создания токовой отсечки существуют различные способы. Чаще всего эта процедура проводится с использованием электромагнитных реле. Замыкание контактов в этих устройствах происходит под влиянием электромагнитной силы. Таким образом, прибор подает сигнал, отключающий защищаемый элемент. Этот же принцип применяется в различных конструкциях автоматических выключателей.
Эффективным средством защиты являются предохранители. Здесь ведущую роль играет температура, возрастающая под действием тока и оказывающая свое воздействие. Когда ее значение достигает определенного предела, происходит разрушение плавкой вставки предохранителя и разрыв электрической цепи.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4