Меню Рубрики

Установка постоянного тока и напряжения

Установка постоянного тока и напряжения

Лекция №13. Источники оперативного тока

Содержание лекции:источники оперативного тока на станциях и подстанциях.

Цель лекции:изучение типов источников оперативного тока и их выбор.

На ЭС и ПС устанавливаются аккумуляторные батареи для питания цепей управления, сигнализации, автоматики, аварийного освещения, а также для электроснабжения наиболее ответственных механизмов собственных нужд. Все эти потребители подразделяются на три группы, постоянно, временно и кратковременно включенные.

Основным источником постоянного тока являются свинцово-кислотные аккумуляторы СК, которые имеют большой срок службы и устойчивы в работе. Аккумуляторы типа СК выпускаются в 46 типовых исполнениях от СК-1 до СК-148.

Аккумуляторы СК-1 имеют следующие характеристики:

Режим разряда, ч 7,5
Разрядный ток, А 3,6 4,5 18,5
Номинальная емкость, А∙ч 18,5

На подстанциях получили распространение и аккумуляторы типа СН, которые имеют меньшие размеры и лучшие разрядные характеристики . Достоинством аккумуляторов типа СН является также значительно меньшее выделение паров серной кислоты в процессе работы.

На ЭС и ПС аккумуляторные батареи работают в режиме постоянного подзаряда. Постоянный подзаряд аккумуляторной батареи производится небольшим током (ток для батарей типа СК-0,03N), достаточным для компенсации саморазряда. Саморазрядом называется постоянная потеря химической энергии, запасенной в аккумуляторе, вследствие побочных ре­акций на пластинах. В качестве подзарядных устройств применяются статические преобразователи с кремниевыми вентилями (выпрямительные устройства).

Аккумуляторные батареи имеют устройство для регулирования числа элементов называемое элементным коммутатором 2, как это показано на рисунке 13.1. Переключения осуществляются щетками 3 и 4, скользящими по пластинам, к которым присоединяются отдельные элементы батареи.

Для регулирования напряжения на шинах служит разрядная щетка 4, которая перемещается небольшим электродвигателем, управляемым устройством регулирования напряжения (АРН). Во время заряда батареи используется зарядная щетка 3. В схеме предусмотрены выпрямительное устройство 5 для подзаряда и двигатель-генератор 1 для заряда батареи. Недостатком рассмотренной схемы является инерционность.

I – цепи управления и сигнализации; II – аварийное освещение электродвигателей; III — электромагниты включения. Рисунок 13.1 — Схема аккумуляторной батареи с элементным коммутатором в режиме постоянного подзаряда

Более современный метод поддержания напряжения — применение тиристорных зарядно-подзарядных выпрямительных агрегатов с отказом от элементных коммутаторов. При этом батарея разделена на части, которые находятся в различных условиях в режиме разряда, заряда и нормальной работы.

На тепловых электростанциях с поперечными связями в тепловой ча­сти (ТЭЦ) мощностью до 200 МВт устанавливается одна аккумуляторная батарея, а при мощности более 200 МВт — две аккумуляторные батареи одинаковой емкости. На блочных ТЭС на каждом БЩУ устанавливается одна батарея, для энергоблоков 300 МВт и выше — одна батарея на каждый энергоблок. На АЭС аккумуляторные батареи являются аварийными источниками питания систем безопасности, СУЗ, аварийного освещения, а также источником оперативного тока для устройств управления, автоматики, сигнализации и релейной защиты.

На подстанциях 110-330 кВ с постоянным оперативным током уста­навливается одна аккумуляторная батарея 220 В, на подстанциях 500-750 кВ — две батареи 220 В без элементного коммутатора, работающие в режиме постоянного подзаряда. На ГЭС мощностью да 1000 МВт устанавливается одна, а при мощности более 1000 МВт — две аккумуляторные батареи в главном корпусе и при удаленном размещении ОРУ устанавливаются батареи в зоне ОРУ.

источник

ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Постоянное напряжение применяют для испытаний реже, чем переменное. Это связано с меньшей распространенностью электропередач и электрооборудования постоянного тока. Кроме того, переменное напряжение может быть в ряде случаев применено как эквивалент импульсных воздействий, чего нельзя сказать о напряжении постоянного тока. Однако постоянное напряжение все же достаточно часто используется при приемо-сдаточных или профилактических испытаниях, в особенности для изоляции конденсаторов, кабелей и вращающихся машин. Применительно к этим видам изоляции выявление крупных дефектов эффективно именно на постоянном напряжении, при котором отсутствует опасность появления мощных частичных разрядов и практически исключается разрушающее действие на бездефектную изоляцию. Кроме того, во время испытаний на постоянном напряжении можно измерять ток утечки и тем самым получать дополнительную информацию о состоянии изоляции. При использовании переменного напряжения необходимы мощные трансформаторы, что связано с наличием емкостных токов через испытуемую изоляцию. Преимуществом испытаний на постоянном напряжении является возможность использования компактных испытательных установок относительно небольшой мощности, рассчитанных лишь на малые токи утечки. С другой стороны, при испытаниях изоляции оборудования переменного тока на установке постоянного тока напряжение распределяется вдоль толщины изоляции по сопротивлениям утечки, а не обратно пропорционально емкостям, как это имеет место при переменном напряжении или перенапряжениях. По этой причине отношения испытательных напряженностей к рабочим в разных слоях испытуемой изоляции могут существенно различаться.

Для получения высоких напряжений постоянного тока применяют, в основном, различные выпрямительные установки. Самая простая схема однополупериодного выпрямления, графики напряжений и тока через вентиль приведены на рис. 4.8. Заметим, что эта схема и все высоковольтные схемы, приведенные ниже, левее точек а — б должны содержать все элементы, как в схеме, приведенной на рис. 1.1. Через вентиль VD проходит ток в течение промежутков времени tt2, ?з — U, h — к, положительных полупериодов переменного тока, когда мгновенное значение напряжения U,„ превышает напряжение на конденсаторе U= (рис. 4.8, в). При этом происходит зарядка конденсатора С. В промежутки времени t2к, Uк вентиль VD заперт, и конденсатор С разряжается на сопротивление нагрузки /?„. Падение напряжения AU в элементах схемы и пульсация напряжения 8U, обусловленная разрядом конденсатора С (см. рис. 4.8, б), определяются током нагрузки, и при 1 = 0 (/?„ —> °°) значения AU и SU будут также равны нулю. Конденсатор С в этом случае будет заряжен до напряжения, равного амплитуде вторичного напряжения U= = max-

Читайте также:  Установка крестиков при укладке плитки

При R,,^ оо в установившемся режиме на нагрузке значение напряжения U= будет всегда меньше t/2max на величину AU + SU, причем пульсация 5U по нормам МЭК не должна превышать 5 % от выпрямленного напряжения U=.

Рис. 4.8. Принципиальная схема выпрямительной установки (а); графики: напряжений (б); тока (в)

Для получения выпрямленного напряжения большего, чем напряжение трансформатора, применяют схемы удвоения напряжения.

На рис. 4.9 приведена схема с симметричным выводом напряжения. Конденсатор С1 заряжается через вентиль VD1 в полупериоды одной полярности, а конденсатор С2 — через вентиль VD2 в полупериоды противоположной полярности. Каждый из конденсаторов С1 и С2 может быть заряжен до напряжения, близкого к амплитуде Um. Напряжение на выходе схемы симметрично относительно земли и равно сумме напряжений конденсаторов С1 и С2, т. е. близко к двойному амплитудному значению 2U,„. Поэтому схема и называется схемой удвоения напряжения.

Рис. 4.9. Схема удвоения напряжения с симметричным выводом

Рис. 4.10. Схема выпрямителя с удвоением напряжения по отношению к земле

В другом варианте схемы удвоения (рис. 4.10) конденсатор С1 заряжается примерно до амплитудного значения в те полупериоды, когда вентиль VD2 открыт. В полупериоды противоположной полярности открывается вентиль VD 1 и конденсатор С2 оказывается включенным на сумму напряжений Um трансформатора Т и Um уже заряженного конденсатора С1. На выходе схемы получают несимметричное относительно земли напряжение, по величине близкое к удвоенной амплитуде Um. При выборе вентилей нужно иметь в виду, что во всех рассмотренных схемах напряжение на них в непроводящую часть периода равно 2

Для получения постоянного напряжения свыше 200 кВ применяют схемы умножения, которые позволяют резко уменьшить габариты и массу установки по сравнению с однокаскадными схемами выпрямления. Одна из таких схем, в которой использован принцип выпрямления, представленный на рис. 4.10, показана на рис. 4.11. Емкости конденсаторов Cl — С6 для упрощения конструкции, как правило, выбираются одинаковыми. При числе ступеней п и сопротивлении нагрузки RH = ос ?/вых = n2Um.

Рис. 4.11. Схема умножения

Рис. 4.12. Пульсации напряжения на выходе схемы умножения

При наличии нагрузки напряжение на выходе не достигает этого значения из-за падения напряжения на элементах схемы. Кроме того, наблюдаются пульсации выходного напряжения. Кривая напряжения на выходе схемы умножения (рис. 4.12) в установившемся режиме имеет участок а с резким подъемом напряжения, соответствующий зарядке конденсаторов правой части схемы, участок плавного спада б, вызванный стеканием заряда с конденсаторов схемы через нагрузку, и участок резкого уменьшения напряжения в, связанный с подзарядкой конденсаторов левой части схемы от конденсаторов правой части. Переходный процесс установления напряжений в точках 2, 3, 5, 7 150

схемы (рис. 4.11), рассчитанный с помощью Micro-Cap V для емкости каждого конденсатора 0,03 мкФ, R„ = 30 МОм и включении напряжения толчком, показан на рис. 4.13.

Рис. 4.13. Графики установления напряжений в точках 3,5 и 7 схемы, приведенной на рис. 4.11, при включении питания толчком

Падение напряжения ДU и пульсация SU могут быть рассчитаны по выражениям:

где /ср — среднее значение тока нагрузки, A; / — частота питающего напряжения, Гц; п — число ступеней; С — емкость ступени, Ф. Из уравнений (4.1) видно, что с увеличением тока нагрузки и числа ступеней быстро растут как падение напряжения ДU, так и пульсации SU . Поэтому каскадные схемы применяют при сравнительно небольших токах нагрузки, а число ступеней редко превышает три.

При заданном числе ступеней п снижение ДU и SU возможно путем увеличения частоты питающего напряжения, увеличения емкостей конденсаторов, а также параллельного соединения двух одинаковых схем при их питании от трансформатора с двумя последовательными высоковольтными обмотками, имеющими заземленную среднюю точку.

Рис.4.14. Двухполупериодная схема умножения напряжения

Схема умножения напряжения с питанием от трансформатора с заземленной средней точкой показана на рис. 4.14. Подзарядка конденсаторов С2, С5, С8 происходит в оба полупериода напряжения питания, в один — от конденсаторов С1, С4, С7, в другой, следующий за ним — от СЗ, С6, С9. Переходный процесс установления напряжений на конденсаторах С2, С5, С8 при таких же значениях емкостей конденсаторов и сопротивлении нагрузки, как в схеме на рис. 4.11, показан на рис. 4.15. Видно, что падение напряжения AU и пульсации SU в этом случае существенно меньше, чем на рис. 4.13.

Рис. 4.15. Графики установления напряжений в точках 1, 2 и 3 схемы, приведенной на рис. 4.14, при включении питания толчком

Падение напряжения AU и пульсация §11 для схемы (рис. 4.14) могут быть оценены по выражениям:

Сравнение формул (4.1) и (4.2) при заданном значении числа ступеней (например, при п = 3) показывает, что значения AU и SU в схеме (рис. 4.14) уменьшаются примерно в 8 раз при увеличении числа конденсаторов в 1,5 раза и числа вентилей — в 2 раза. Еще большие уменьшения AU и SU могут быть получены в установках, в которых используется параллельное соединение трех схем (рис. 4.11) при питании их от трехфазной сети.

Читайте также:  Установка анкера грифа гитары

Испытательные установки постоянного тока можно питать переменным напряжением любой формы, в том числе и знакопеременными импульсами. Это, в частности, позволяет для изменения выходного напряжения вместо автотрансформатора (рис. 4.1) применить электронный фазовый регулятор, обеспечивающий питание высоковольтного трансформатора фрагментами синусоиды. Промышленные регуляторы с фазовым управлением широко применяются в установках большой мощности. В маломощных установках их применение не всегда оправданно.

На рис. 4.16 приведена одна из многочисленных схем простого, маломощного регулятора с фазовым управлением, который легко может быть изготовлен в лабораторных условиях.

Рис. 4.16. Схема регулятора напряжения с фазовым управлением

В рассечку питающего провода включен вентильный мост VD1 с тиристором VS. Когда тиристор заперт, ток через мост не проходит, и напряжение на трансформатор не подается. При отпирании тиристора V5 на трансформатор подаются знакопеременные импульсы напряжения 1 (рис. 4.17, а). Изменение угла включения тиристора Р от 0 до я регулирует выходное напряжение от 0 до 220 В. Для повышения плавности регулирования напряжения перед пускателем КМ2 полезно включить полосовой Г-образный фильтр L1 — СЗ, L2 — С4, настроенный на частоту 50 Гц. Форма кривой напряжения 2 после фильтра показана на рис. 4.17, а.

Регулятор напряжения работает следующим образом. От катодной шины диодного моста (рис. 4.16) полуволны выпрямленной синусоиды (рис. 4.17, б) подаются через резистор /?1 на делитель напряжения, состоящий из стабилитронов VD2, VD3, VD4. На входе делителя формируется напряжение 4 (рис. 4.17, б).

Рис. 4.17. Диаграммы напряжений

От этого напряжения через резисторы R2 и R3 заряжается конденсатор С1 (рис. 4.17, б, кривая 5). К конденсатору С1 подключен электронный ключ, состоящий из транзисторов VT2 и VT3 с порогом включения U,„ равным падению напряжения на стабилитронах VD3 и VD4.

4.17, б) на эмиттере VT2 достигает порога срабатывания U„, ключ срабатывает, и конденсатор С1 разряжается через резистор R4 на управляющий электрод тиристора VS. Тиристор включается, и на полосовой Г-образный

фильтр L1 — СЗ, L2С4 (рис. 4.16) подается фрагмент синусоиды. Так происходит на каждой полуволне питающего напряжения. Уменьшение величины R3 приводит к более быстрому заряду конденсатора С1, следовательно, более раннему достижению порога срабатывания электронного ключа VT2 ,VT3, увеличению угла опережения (3 и увеличению выходного напряжения.

Если ток, протекающий через тиристор VS, превысит заданное значение, падение напряжения на шунте R5 станет больше, чем напряжение на стабилитроне VD5. При этом через диод VD6 и резистор R6 откроется транзистор VT1. Его коллекторный ток, протекая через резистор R2, уменьшает напряжение на конденсаторе С1. Это приводит к тому, что уменьшаются угол опережения (В, выходное напряжение и ток нагрузки до заданного в схеме значения, определяемого напряжением на стабилитроне VD5 и сопротивлением резистора R5.

Лампа накаливания EL с напряжением 40-60 В служит для облегчения условий включения транзистора при индуктивной нагрузке. Холодная вольфрамовая нить лампы имеет сопротивление в 20 раз меньше, чем горячая, и поэтому лампа существенно эффективнее линейного резистора и, кроме того, может служить в первом приближении индикатором режима зарядки.

Одним из элементов высоковольтного выпрямителя является полупроводниковый вентиль. Наиболее часто вентиль должен выдерживать обратное напряжение 100-300 кВ. Так, например, если выпрямитель (рис. 4.8, а) питается от стандартного трансформатора ИОМ-ЮО, то конденсатор С в пределе может быть заряжен до 140 кВ. Следовательно, обратное напряжение, прикладываемое к вентилю в непроводящий полупериод, будет составлять 280 кВ. Вентили на такое обратное напряжения промышленность не выпускает. Разработаны и выпускались серийно вентили типа СДЛ на обратное напряжение 80, 100, 125 кВ с током 400 мА. Они предназначены только для работы в масле, т. е. для стационарных аппаратов, например, рентгеновских, когда вентиль находится в том же баке, что и обмотки высоковольтного трансформатора. Но такие тяжелые и громоздкие агрегаты неудобны для испытательных установок, когда требуется получение напряжений больших, чем 125 кВ, изменение полярности выходного напряжения и неприменимы при создании установок постоянного тока, основанных на использовании схем умножения. Поэтому возникает необходимость изготовления вентилей в лабораторных условиях из выпускаемых промышленностью кремниевых выпрямительных столбов, приведенных в табл. 4.2.

Столбы выпрямительные для высоковольтных вентилей

источник

УСТАНОВКИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Фиг. 26. Схема питания дуги от сети.’ постоянного напряжения.

До настоящего времени сварка дугой постоянного тока сохра­нила серьёзное практическое значение. В Советском Союзе пример­но 75% постов дуговой сварки питается переменным током, а 25% —• постоянным током. Постоянный ток почти незаменим при’ сварке угольной дугой, сварке тонкого металла толщиной до 1 мм,. сварке цветных металлов, наплавке некоторых твёрдых сплавов.. Сварка на постоянном токе обыч­но экономически выгоднее при работе в полевых условиях, где отсутствуют электрические стан­ции или силовые сети, например, при сооружении нефте — и газопро­водов, строительных работах, ра­ботах на железнодорожных пу­тях, восстановительных работах и т. п.

Читайте также:  Установка данных манхеттена the division

Простейшая схема питания сварочной дуги постоянным то­ком, которой пользовались ещё Бенардос и Славянов, показана на фиг. 26. Сварка производится от сети постоянного тока постоян­ного напряжения через реостат, включённый последовательно с дугой и называемый балластным’ или регулировочным реостатом. При разомкнутой цепи и отсутствии дуги напряжение на электродах дуги равно полному напряжению* сети U. При замыкании цепи и горении дуги часть напряжения ге­нератора теряется на балластном реостате, эта потеря напряжения выражается следующим образом:

где R — сопротивление балластного реостата.

При коротком замыкании, когда электродный стержень касается изделия, можно считать, что потеря напряжения на балластном реостате (пренебрегая потерями напряжения в подводящих проводах и электродах) равняется напряжению сети AU=IKRj = U.

При горении дуги напряжение дуги Па, напряжение сети U и по­теря напряжения на реостате A U связаны следующими соотноше­ниями: U=Ud + MJ=Ud + IR — Ud=U—&U=U — IR, т. е. характеристика источника тока, отнесённая к электродам дуги (Jo =/(!), изобразится прямой линией.

Регулирование сварочного тока производится изменением сопро­тивления реостата. Величина сварочного тока может быть вычи­слена следующим образом:

Рассмотренная система при подходящих параметрах генератора •обеспечивает вполне устойчивое горение дуги и безотказное её за­жигание. К недостаткам системы нужно отнести низкий к. п. д. и повышенную опасность поражения током,. Коэффициент полез­ного действия системы может быть выражен приближённо сле­дующим образом:

т. е. равняется отношению напряжения дуги к напряжению сети.

Стандартные напряжения генераторов постоянного тока начи­наются со 115 в. Принимая напряжение дуги равным 20 в, можно найти, что к. п. д. будет составлять около 17%; при напряжении генератора 230 в к. п. д. будет около 9%.

При действующих в Советском Союзе строгих правилах охраны труда и техники безопасности сварка по рассмотренной схеме без специальных защитных устройств может быть допущена лишь при напряжении сети не свыше 115 6 и то лишь в отдельных случаях, как временная мера. При более высоких напряжениях сети сварка может быть допущена при наличии специальных автоматических защитных устройств, уменьшающих опасность поражения электри­ческим током. Схема может применяться для случайных работ ре­монтного характера, например при авариях и т. п. на судах, мел­ких предприятиях, имеющих собственную электростанцию постоян­ного тока, и т. д. Могут быть применены балластные реостаты за­водского изготовления или собираемые на месте; в этом случае простейшим устройством является жидкостный реостат.

Рассмотренная система получила дальнейшее развитие и имеет практическое применение на заводах и в настоящее время в не­сколько изменённой форме. Эта модернизированная система обычно применяется для одновременного питания нескольких сварочных постов и называется многопостовой системой или системой посто­янного напряжения. Как видно, главным недостатком сварки от

стандартных генераторов постоянного тока являются низкий к. п. д. и повышенная опасность поражения электрическим током. Если же взять нестандартное пониженное напряжение генератора, то можно свести к минимуму опасность поражения электрическим током и получить более удовлетворительный к. п. д. Схема подобной уста­новки показана на фиг. 27.

К питающей силовой сети 3-фазного тока присоединяется спе­циальный мотор-генераторный агрегат. Агрегат состоит из стандарт­ного мотора 3-фазного тока и непосредственно с ним соединённого генератора постоян­ного тока с понижен­ным напряжением.

Фиг. 28. Балластный реостат.

Обычно применяется компаундный генера­тор с небольшой по­следовательной под — магничивающей об­моткой, компенси­рующей падение напряжения при увеличении нагрузки и обеспе­чивающей постоянство напряжения на зажимах генератора при изменениях нагрузки. От генератора делается проводка достаточ­ного сечения по сварочному цеху и к этой вспомогательной сети постоянного тока по­ниженного напряжения присоединяются от­дельные сварочные посты через балластные реостаты.

Для многопостовых систем обычно при­нимают напряжение постоянного тока 60 в, которое обеспечивает безотказное зажигание дуги, достаточно устойчивое её горение, по­чти полную безопасность от поражения элек­трическим током при работе в нормальных условиях и даёт приемлемый к. п. д.

Многопостовые агрегаты выпускаются нашей промышленностью на силу тока от 500 до 2500 а для одновременного пита­ния от 3 до 20 сварочных постов. Нормаль­ные балластные реостаты выпускаются промышленностью на ток до 250 а. Для больших токов можно соединять реостаты параллель­но. Для возможности регулирования сварочного тока реостаты сек­ционируются и концы секций выводятся к переключающим ру­бильникам. На фиг. 28 показан балластный реостат для мно­гопостовой системы, выпускаемый нашей промышленностью. Общий к. п. д. многопостовой системы при достаточно пол­ной загрузке и напряжении генератора 60 в можно принять, около 25%.

Многопостовая система применима при достаточном количестве одновременно работающих и регулярно загруженных сварочных постов, расположенных на небольшой площади. В подобном случае
многопостовая система имеет следующие преимущества. Умень­шается стоимость оборудования и занимаемая им площадь, сокра­щаются расходы по обслуживанию и ремонту оборудования по сравнению с однопостовой системой.

Главным недостатком многопостовой системы является низкий к. п. д. и обусловленный этим повышенный расход электроэнергии.

В среднем можно принять, что многопостовая система расходует 10—11 квт-час на каждый килограмм наплавленного металла при ручной сварке. Многопосговые агрегаты могут быть рациональны при наличии дешёвой электроэнергии. В Советском Союзе примене­ние многопостовых агрегатов в промышленности незначительно. Для наших условий в большинстве случаев при сварке дугой постоян­ного тока целесообразнее однопостовые агрегаты.

источник