Електротехніка і спецтехнологія електромонтерів

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

УПРАВЛІННЯ ОСВІТИ І НАУКИ ПОЛТТАВСЬКОЇ

ОБЛДЕРЖАДМІНІСТРАЦІЇ

Професійно – технічне училище №49 села Красногорівка

В – Багачанського району Полтавської області

"ЕЛЕКТРОТЕХНІКА і СПЕЦТЕХНОЛОГІЯ електромонтерів "

2009 р.

План

І. Виробництво і використання електричної енергії

1) Що представляє собою Енергія ? (визначення , способи виробництва)

ІІ. Трифазні трансформатори

1) Трифазні електродвигуни

2) Несправності електродвигунів

3) "Перекинута" фаза

4) Визначення придатності електродвигуна

5) Захист електродвигунів

ІІІ. Заземлення і заземлюючі пристрої сільського електрообладнання

1) Призначення заземлюючих пристроїв

2) Опір заземлюючого пристрою

3) Крокова напруга . Напруга дотику

4) Вирівнювання потенціалів

5) Захисні заходи в мережі з ізольованою нейтраллю

6) Захисні засоби в мережі з глухозаземленою нейтраллю

7) Заземлення опор та обладнання повітряних ліній

8) Обладнання , яке підлягає заземленню або зануленню

1. Виробництво і використання електричної енергії

1) Що представляє собою Енергія ?

З усіх видів енергії найчастіше використовується електромагнітна , яку на практиці називають електричною .

Енергія – це кількісна міра руху і взаємодії всіх форм матерії . Будь – який вид енергії має свого носія . Наприклад , механічною енергією володіє вода , що падає на колесо гідротурбіни , заведена пружина ; тепловою – нагрітий газ , пара , гаряча вода .

Носієм електричної енергії є електромагнітне поле , яке виявляється за силовою дією на позитивно заряджені частинки .

Широке використання електричної енергії зумовлює можливістю ефективного перетворення її в інші види енергії (механічну , теплову , світлову , хімічну) з метою приведення в дію машин і механізмів , одержання тепла та світла , зміни хімічного складу речовин , виробництва та обробки металів тощо .

Перетворення електричної енергії в механічну з допомогою електродвигунів дає змогу зручно , технічно досконало й економічно вигідно приводити в рух різного виду робочі машини та механізми (металорозрізальні верстати , прокатні стани , піднімально – транспортні машини , насоси , вентилятори , швейні та взуттєві машини, зерноочищувальні , мукомельні машини тощо).

За допомогою електродвигунів рухаються поїзди , морські та річкові судна , міський транспорт .

Електрифікація робочих машин дає змогу не тільки механізувати , але й максимально автоматизувати силові процеси , оскільки електродвигун дозволяє в широких діапазонах регулювати потужності і швидкості привода .

У багатьох технологічних процесах використовують перетворення електричної енергії у теплову та хімічну . Наприклад, електронагрівання і електроліз дає змогу одержувати високоякісні спеціальні сталі , кольорові метали тощо . Під час електротермічної обробки металів , гумових виробів , пластмаса , скла , деревини одержують продукцію високої якості .

Електрохімічні процеси , які складають основу гальванотехніки , дають змогу одержувати антикорозійне покриття , ідеальні поверхні для відбивання променів і т.д.

Електроенергія є практично єдиним видом енергії для штучного освітлення , оскільки електричні джерела світла забезпечують його високу якість . Завдяки використанню електричної енергії одержані разючі результати в галузі зв’язку , автоматики , електроніці , керуванні та контролі за технологічними процесами .

У таких галузях як медицина , біологія , астрономія , геологія , математика втілюють спеціалізовані електричні прилади , апарати , установки , які забезпечують їх подальший розвиток .

Величезне значення для розвитку науки і техніки мають комп’ютери , які є поширеним і високоефективним засобом наукових досліджень , економічних розрахунків , у плануванні , керуванні виробничими процесами , діагностиці захворювань . Без них не було б розвитку кібернетики , обчислювальної і космічної техніки .

Єдиним недоліком електричної енергії є неможливість запасати її і зберігати ці запаси тривалий час. Запаси електроенергії в акумуляторах , гальванічних елементах і конденсаторах достатні лише для роботи малопотужних установок , причому термін зберігання цих запасів обмежені . Тому електроенергія повинна бути вироблена в такій кількості , яка потрібна споживачам .

Повсюдне використання електроенергії при концентрації природних енергетичних ресурсів в окремих географічних районах зумовило необхідність передачі її на великі відстані , розподіл між електроприймачами у великому діапазоні потужностей .

Електрична енергія легко розподіляється по приймачах довільної потужності. В автоматичній та вимірювальній техніці використовуються пристрої малої потужності (одиниці та частки вата). Водночас є електричні пристрої (двигуни , нагрівальні установи) потужністю в тисячі та десятки тисяч кіловат .

Для передачі та розподілу електричної енергії використовують повітряні лінії електропередачі , кабельні лінії , у цехах промислових підприємств – шинопроводи та електропроводки , які виконують металевими проводами з алюмінію , сталі та міді . У проводах установлюються електромагнітне поле , яке несе енергію .

За наявністю проводів поле досягає великої концентрації , тому передача здійснюється з високим коефіцієнтом корисної дії .

При дуже високій напрузі між проводами починається коронний розряд , що призводить до втрати енергії . Допустима напруга повинна бути такою , щоб при заданому поперечному перерізу провода втрати енергії внаслідок коронного розряду були незначними.

Електричні станції областей нашої країни об’єднані високовольтними лініями передач і утворюють загальну електричну мережу , до якої приєднані споживачі . Таке об’єднання називається енергосистемою , яка дає змогу згладити "пікові" навантаження у ранкові та вечірні години і безперебійно подавати енергію споживачам незалежно від місця їх розташування та оперативно перекидати енергію в ту зону , де споживання енергії в даний момент максимальне .

Безперечно , що без електричної енергії неможливе нормальне життя сучасної цивілізації . Тому надзвичайно важливим є забезпечення високої надійності постачання електроенергії , раціональне її використання , тобто максимальне скорочення втрат в процесі її виробництва , передачі та розподілу .

Для уникнення людством "енергетичного голоду" та усунення шкідливого впливу на навколишнє середовище вчені шукають нові шляхи одержання електричної енергії , збільшенням її потужності та підвищенням коефіцієнта корисної дії установок для перетворення теплової , хімічної , сонячної енергії в електричну . Рівень розвитку продуктивних сил суспільства , здатність виробляти матеріальні блага і створювати кращі матеріальні умови для життя визначається рівнем виробництва і споживання електричної енергії .

Електрична енергія має дві чудові властивості : вона може передаватись на великі відстані з порівняно малими втратами і може легко перетворюватись в інші види енергії .

Зростання масштабів споживання електричної енергії , загострюється проблема охорони навколишнього середовища значно активізували пошуки більш екологічно чистіших способів одержання електричної енергії . У всьому світі проводяться дослідження способів освоєння термоядерної енергії , прямо без машинного перетворення внутрішньої і хімічної енергії в електричну : магнітогідродинамічні , термоелектричні й термоелектронні генератори , паливні елементи тощо .

Трансформатор для невеликої потужностей (десятки ват), які застосовують переважно в лабораторіях і для побутових цілей , мають дуже невеликі розміри . А потужні трансформатори , що перетворюють сотні й тисячі кіловат , є величезними спорудами . Звичайно потужні трансформатори вміщують в сталевий бак , заповнений спеціальним мінеральним маслом . Це поліпшує умови охолодження трансформатора , і, крім того , масло відіграє важливу роль як ізолюючий матеріал . Кінці обмоток трансформатора виводять через прохідні ізолятори, укріплені на верхній кришці бака.

Трансформатор винайшов у 1876 році П. Яблочков , який застосував його для живлення своїх "свічок" , що потребували різної напруги . Трохи пізніше самостійно дійшов думки про створення трансформатора І. Усагін , який демонстрував свій прилад і його застосування в 1882 р.

У 70 – х роках ХХ століття були в основному розроблені конструкції генераторів електричного струму . Це дало змогу перетворити теплову енергію парових машин або падаючої води на електричну .

Проте необхідність в добуванні великих кількостей електричної енергії відразу ж поставила перед технікою інше дуже важливе і принципово цілком нове завдання , а саме транспортування енергії , передавання її з одного місця в інше . До винайдення електричних генераторів це завдання здавалось зовсім нерозв’язним . Справді , якщо ми маємо водяний чи вітровий двигун або парову машину , то ми можемо передати їх механічну енергію тільки верстатові , що розміщений в безпосередній близькості до двигуна . Ця передача з допомогою валів , зубчастих коліс , пасових трансмісій тощо порівняно легко здійснюється на відстань до кількох десятків або , в крайньому разі , сотень метрів , але не можна уявити собі , щоб з допомогою таких пристроїв можна було передавати енергію на відстані кількох кілометрів або десятків кілометрів .

Енергію електричного струму можна передавати по проводах на відстані кількох тисяч кілометрів . Тому , як тільки були створені перші задовільні моделі електричних генераторів , постала проблема централізованого виробництва енергії та її передачі по проводах на значну відстань . Така постановка завдання – виробництва енергії в одному місці і споживання її в іншому – є однією з принципових важливих особливостей енергетики , яка ґрунтується на використанні електричної енергії .

Переважна частина електричної енергії , що добувається в Україні та яка є енергетичною базою всієї промисловості , виробляється на великих електропідстанціях . Потужність цих станцій вимірюється сотнями тисяч і мільйонами кіловат . Розміщуються вони там , де є великі запаси водної енергії (на Дніпрі, та інших повноводних річках), або там , де є великі запаси дешевого палива . Енергія цих станцій розподіляється по дротяних мережах на величезні відстані та споживається часто в місцях , віддалених від станцій на сотні й тисячі кілометрів .При цьому значна кількість потужних станцій об’єднуються в одну енергетичну систему (наприклад Укренерго),яка постачає енергію споживачам величезного району . Надзвичайно важливим кроком у розв’язанні цього фундаментального електротехнічного завдання стало з’ясування як значно зменшити втрати , підвищуючи напругу , під якою передається струм . Цього висновку вперше дійшов російський електротехнік Д. Лачинов , який опублікував своє дослідження в 1880 р. Приблизно через рік до таких самих висновків дійшов французький дослідник Депре , який здійснив першу передачу електроенергії значної потужності телеграфними проводами на відстань 57 км (у 1882р.).

Збільшити напругу в 10 раз ,ми зменшимо некорисні втрати в 100 раз. У сьому полягає причина того , що в сучасній електротехніці енергію , яка добувається на електростанціях , намагаються передавати у віддалені місця під якнайвищою напругою .

Звичайно , знизити некорисні втрати можна було б , зменшивши R , тобто опір проводів . Але для цього довелося б їх робити дуже товстими , бо довжина проводів задається відстанню до місця споживання . Зрозуміло , що значне збільшення перерізу проводів пов’язане з їх подорожчанням і , отже, воно нераціональне . Навпаки , застосування високих напруг дає змогу користуватися тонкими проводами , тобто проводами з великим опором , але зате набагато дешевшими .

Проте будувати генератори напругою в сотні тисяч вольт дуже важко хоча б тому , що ізоляція машин не витримує таких напруг . Крім того , не можна такі високі напруги подавати безпосередньо споживачеві .

Єдиний можливий вихід полягає в тому , щоб на електричній станції підвищувати напругу , яку дає генератор , передавати енергію під цією високою напругою в місце споживання і тут знову знижувати напругу до потрібних меж . Здійснити таке перетворення напруг для постійного струму надзвичайно важко . Навпаки , для змінного струму таке перетворення можна провести з допомогою трансформатора легко і з дуже малими втратами енергії.

Потужні електричні станції виробляють величезні кількості електричної енергії при змінній напрузі в 6 – 20 тисяч вольт і частоті 50Гц. Ця енергія подається в підвищувальні трансформатори і потрапляє в лінії передачі під напругою в 110 – 220 тисяч вольт . По лініях передачі енергії подається до місця споживання .Тут струм приймається насамперед на головну знижувальну підстанцію , де з допомогою трансформатора напруга його підвищується звичайно до 35 тисяч вольт .Під цією напругою струм потрапляє в проводи районної розподільної мережі , яка сполучає головну знижувальну підстанцію з порівняно близькими місцями споживання . У кожному такому місці встановлюють вторинні знижувальні підстанції, тобто трансформатори , які знижують напругу до 3 , 6 або до 10 тисячі вольт .Звідси по проводах місцевої розподільної мережі струм потрапляє в численні трансформаторні пункти , які є на окремих заводах або обслуговують невелику групу будинків , а іноді й один великий будинок . Тут напруга знижується до 127 , 220 або 380В і під цією низькою напругою енергія подається в окремі квартири , до верстатів тощо , по так званій внутрішній мережі .

Звичайно електрична енергія передається майже виключно у вигляді змінного струму високої напруги . Але розрахунок показує , що передавати її у вигляді постійного струму високої напруги набагато вигідніше , бо це потребувало б проводів з перерізом , а отже , й вагою в 1,5 рази меншими , а при далеких відстанях передачі (на тисячі кілометрів) це дуже істотний момент . Використання постійного струму замість змінного гальмується тим , що досі не знайдено способу добування потужних постійних струмів високої. напруги і не існує способів трансформації напруги постійного струму Це одне з дуже важливих завдань , які стоять перед електротехнікою.

У наш час електричні вимірювання й електричні прилади посідають одне з чільних місць у житті цивілізованого людства . За частотою застосувань електричні вимірювання поступаються хіба що лише вимірюванням довжини , маси та температури . Електричні вимірювання застосовуються не лише для вимірювань власне електричних величин (напруги, струму, потужності, енергії, опору, частоти, зсуву фаз, ємності та ряду магнітних величин), а й при використанні перетворювачів для вимірювання багатьох неелектричних величин (тиску, температури, швидкості, параметрів вібрації, рівня рідин та сипучих матеріалів, витрати рідин та газоподібних речовин, величин потужних деформацій , відстаней тощо).

Найбільшого розмаїття електровимірювальних приладів досягнуло в енергетиці . Без застосування електровимірювальних приладів була б неможливою робота сучасних електричних станцій , де нормальна дія кожного енергоблоку може підтримуватись персоналом лише на основі аналізу інформації , що находять від багатьох десятків (а іноді й сотень)приладів , які контролюють безліч параметрів енергоблоку. При цьому чи не найбільша частина цих електричних приладів контролює неелектричні величини .

В енергетиці електровимірювальні прилади використовують не тільки для поточного контролю роботи енергообладнання, а й для пошуку його пошкоджень. Причому саме за допомогою електричних вимірювань візуально недосяжні пошкодження обладнання знаходять найвище й найточніше. Потенціальні можливості промисловості , що виробляє електровимірювальні прилади , в Україні надзвичайно великі й значною мірою перевищують потреби країни у цих приладах .

Важко уявити нашу працю і побут без електрики . Її широко використовують у промисловості , на транспорті , у зв’язку , в медицині й мистецтві . Електрика дозволила створити нові технології виробництва і матеріали , яких немає в природі.

ІІ. Трифазні трансформатори

1) Трифазні електродвигуни

Основним недоліком двигунів з короткозамкненим ротором є трудність регулювання частоти обертання ротора , а значить і пуску навантаженого електродвигуна .

Змінити частоту обертання можна зміною кількості пар полюсів або частоти . Перший спосіб застосовують для зменшення частоти обертання , а другий – для збільшення .

У деяких двигунах кількість обмоток (а отже ,й частота обертання) зміна , але плавно не регулюється . Двигуни мають не великий пусковий момент і значну кратність пускової сили струму .

Однією із найважливіших характеристик двигуна є ККД . Він обернено пропорціонально залежить від зазору між магніто проводами статора й ротора .

Електродвигун вибирають за потужністю , частотою обертання , режимом роботи та конструктивним виконанням .

Режим роботи – тривалий , короткочасний та повторно – короткочасний , позначають відповідно S1 , S2 , S3 .

У тривалому режимі працюють двигуни вентиляторов, водяних насосів тощо.

На паспорті двигуна короткочасного режиму надпису S2 немає , а вказана тривалість періоду навантаження : 10 , 30 , 60 або 90 хв.

У двигунів повторно – короткочасного режиму вказують тривалість вмиканнях в процентах : ПВ 15, 25 , 40 чи 60 %

Для всіх режимів недопустиме перевантаження двигуна , тому що при перегріванні він виходить із ладу .

Кожний клас нагрівостійкості ізоляції має допустиму температуру нагрівання : А – 105 °С (волокнисті матеріали , папір , емаль , лаки , деякі полімери) ; Е – 120 °С (деякі синтетичні матеріали) ; В – 130 – (на основі слюди , азбесту чи скловолокна з органічними просочувальними сумішами ); С – понад 180 °С (слюда, кварц , скло , фарфор ) .

Під впливом теплоти , вібрації та інших факторів ізоляція старіє , тобто втрачає електроізоляцію та механічні властивості , а надмірна напруга її прибиває .

Температуру нагрівання електродвигуна визначають рукою . Якщо її можна втримати , то перегрівання не має .

Якщо двигун при тривалій роботі залишається холодним або трохи теплим , то це певна ознака недовантаження . Його слід повністю завантажити або замінити двигуном меншої потужності .

При виборі двигуна звертають увагу на виконання за ступенем захисту . У захищених двигунах обмотка закрита лише від дощу , а сторонні предмети різної величини можуть потрапити всередину. Це двигуни серії 4А з ступенем захисту ІР23 . Закриті обдувні двигуни захищені від потраплянням предметів , розміри яких більші 1 мм. Їх ступінь захисту ІР44 .

Іноді має значення з якого матеріалу виготовлений корпус та інші деталі двигуна . Літерою Х позначають алюмінієвою станину і чавунні щити .

Перед пробним пуском двигуна перевіряють правильність підключення (згідно схеми) двигуна , приладів, апаратів . Мегомметром вимірюють опір ізоляції між проводами та кожним проводом і землею при відключеному приймачі і апаратах . Він неповинний бути меншим 0,5 МОм . Ротор прокручують рукою . Перевіряють справність робочої машини , прокручують рукою всі її частини .

Перед пуску двигуна слід відійти від нього , щоб не бути травмованим у випадки несправності .

Перший раз вимикають двигун на одну мить . Зразу ж після натискання кнопки "Пуск" натискають на кнопку "Стоп". При справності двигуна , апаратури і електричного кола та при наявності струму він встигне зробити кілька оборотів . Це буде доказом справності електроустановки і покаже напрямок обертання ротора .

Якщо ротор обертається в інший бік і не реверсується , міняють місцями будь – які два проводи на клемах двигуна або пусковому обладнанні .

У випадку ,якщо напрямок обертання двигуна візуально визначити не можна ,стежать за показами приладів . Наприклад , заглибний двигун знаходиться на глибині 20 м. На його роботу і напрямок обертання вкаже амперметр .

2) Несправності електродвигунів

Якщо двигун не працює , індикатором перевіряють наявність напруги на запобіжниках , пусковій апаратурі , а потім на затискачах двигуна . Операції можна виконувати і в зворотній послідовності . Відсутність напруги на всіх трьох фазах може бути у випадках : якщо струм не надходить від джерела або не проходить через пускові апарати .

Відсутність напруги на двох або на одній фазах може виникнути внаслідок перегоряння запобіжника , поганого контакту , обриву проводу . Поганий контакт визначають вольтметром , заміривши напругу на ньому при працюючому двигуні . За показами амперметра і вольтметра обчислюють опір у контакті і усувають чи зменшують його зачищенням і затягуванням .

3) "Перекинута" фаза

Початки виводів трифазних двигунів позначають С1, С2 і С3 , а кінці -С4, С5 і С6 . При розбиранні та складанні двигунів бирки іноді гублять , а кінці плутають з початками .

Оскільки фаза "перекинута" (обмотка залишилась на місці) , то струм іде у зворотному напрямку . Отже , ця обмотка не тільки не допомагає двом іншим , а й гальмує їх роботу (двигун не розвиває оберти , втрачає потужність). Виникає потреба перевірити чи правильно взято кінці і початки фаз . Найзручніше це зробити так . Провонюють всі обмотки , щоб з’ясувати , який кінець якій обмотці належить . На обидва кінці однієї обмотки надівають шматочки ізоляційної трубки з надписами А1 та А2 , другої – В1 та В2 , третьої – С1 та С2 (рис. 66).

До виводів А1 та А2 приєднують міліамперметр для постійного струму , а кінцями С1 і С2 на одну мить доторкаються до джерела постійного струму (сухий елемент або акумулятор). Стрілка приладу повертається вправо або вліво. Тепер доторкаємося виводом В1 до мінуса , а В2 до плюса , стрілка повинна відхилитися в той же бік , що і в попередньому випадку . Якщо вона відхиляється в протилежний , то трубка з надписами В1 та В2 міняють місцями .

Повторюємо дослід , приєднавши міліамперметр до виводів фази В . Якщо тепер відхилення не збіглися , то трубки міняють місцями на фазі А . Для більшої впевненості експеримент можна повторити .

Тепер використовують стандартні позначення .

Якщо стрілки не відхиляються , значить джерело струму слабке . У цьому випадку прилад переключають на чутливі ший діапазон .

Визначити , у якій з фаз виникло коротке замикання , можна так . На виводи С1 і С2 подають на кількість секунд зміну напруг і замірюють індуковану напругу на виводах А1 і А2 ,а потім на В1 і В2. Якщо , напруга на В1 і В2 буде меншою , значить частина витків там замкнута , а якщо однакова – випробування повторюють, подаючи напругу на А1 і А2 і замірюючи напругу на В1 і В2 та С1 і С2. Джерелом змінного струму може бути лампа , ввімкнута в штепсельне розняття (рис. 67).

Пошук міжвиткового короткого замикання ускладнюється , якщо виведено лише три кінці обмотки і нуль не поданий на масу . Це означатиме , що фазні обмотки з’єднано в трикутник , а прикладена напруга (до точок А і В , рис.68) викликатиме струм не лише в обмотці АВ , а й в двох інших . Зрозуміло , що струм в одній обмотці буде більший струму в двох інших . Зрозуміло , що струм в одній обмотці , де немає короткого замикання .

4) Визначення придатності електродвигуна

Якщо у вас є двигун , що не працює , то не відправляйте його зразу ж на перемотування . Він , можливо , його не потребує . На нього , як правило , немає паспорта , або відсутні виводи обмоток . При наявності виводів вимірюють опір обмоток . Якщо якась з них обірвана , то опір буде безмежним .

Що вказує на пошкодження ізоляції . У цьому випадку двигун розбирають . Його слід розбирати і при наявності люфта в підшипниках або якщо ротор туго прокручується в підшипниках .

У невеликого двигуна викручують гвинти кріплення одного підшипникового щита до корпуса і легким ударом торцем вала об тверду підставку (дошку , колоду) , зсовують корпус двигуна з ротора . Верхній підшипниковий щит (гвинти якого вкручені) залишиться із своїм підшипником на постійному місці , а нижній – разом з гвинтами кріплення під дією сили інерції корпуса зміститься вниз на підставку . Нижній підшипник залишиться на валу або зміститься з нього разом із своїм щитом . Виконують цю операцію обережно , щоб не пошкодити ізоляцію обмоток ,а також поверхню статора та ротора .

Спочатку оглядають обмотку статора . Потемніння ізоляції хоча б на невеликій площі вказує на її непридатність . Відшукавши виводи обмоток , якщо кінці відірвані , обережно розрізують бандажі , вимірюють опір обмоток . Може статися , що припаюванні виводів ремонт закінчиться . Але здебільшого доводиться перемонтувати обмотки статора .

Замінивши мастило у підшипниках , а при наявності люфта й самі підшипники , двигун складають та випробовують , визначаючи при цьому й частоту обертання за допомогою тахометра .

Захист електродвигунів від короткого замикання здійснюються запобіжниками , а також автоматичними вимикачами . Плавкі вставки для двигунів з короткозамкненим ротором вибирають за номінальною силою струму двигуна . Автоматичні вимикачі повинні захищати двигуни від коротких замикань .

ІІІ. Заземлення і заземлюючі пристрої сільського електрообладнання

1. Призначення заземлюючих пристроїв

Основним заходом захисту людей від ураження струмом при доторканні до металевих конструкцій і корпусів електрообладнання , які опинилися під напругою внаслідок пошкодження ізоляції , є влаштування захисних заземлень .

Захисне заземлення – це з’єднання з землею металевих частин електричних установок , які можуть в будь – який час опинитися під напругою в результаті пошкодження ізоляції мереж чи приймачів електричної енергії .

З’єднують металеві конструкції електричних установок і корпуси електроприймачів з землею заземлюючими захисними провідниками приєднують їх до розміщеного у землі металевого електрода або груп електродів , з’єднаних паралельно (труби ,