Вопрос 1. Сварочные трансформаторы: устройство, вольтамперные характеристики, способы регулирования тока дуги.

Сварка – процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве или нагреве и деформации.

Рис. Принципиальная схема сварочного трансформатора.

Сварочный трансформатор состоит из магнитопровода с зазором , первичной (I), вторичной (II) и обмотки реактивной катушки (IIк).

Регулирование сварочного тока осуществляется изменением величины зазора.

Для вольтамперной характеристики дуги (1) характерны падающий (I), прямолинейный (II) и возрастающий (III) участки.

ВАХ источников питания сварочных дуг в диапазоне падающего и прямолинейного участков ВАХ дуги пологопадающие (2) или крутопадающие (3). При работе в диапазоне токов дуги, соответствующих возрастающему участку ВАХ дуги могут применяться источники питания с жесткой характеристикой (4).

На устойчивость горения электрической дуги значительное влияние оказывает степень ионизации газа, в котором горит дуга. С увеличением температуры степень ионизации газа в дуге увеличивается. В столбе сварочной дуги имеется смесь газов: пары железа, кальция, аргон и другие газы.

Вопрос 2. Способы ограничения токов короткого замыкания.

1. Повышение напряжения питающих сетей.

2. Уменьшение числа ступеней трансформации напряжения.

3. Секционирование сборных шин при разомкнутых секционных выключателях.

4. Применение трансформаторов с расщепленными обмотками и секционных реакторов.

5. Применение линейных реакторов.

1) секционирование электрических се¬тей. Является эффективным средством, которое поз-воляет уменьшить уровни токов к. з. в реальных электрических сетях в 1,5 - 2 раза. Пример секционирования электроустановки с целью ограничения токов к. з. показан на рис. 3-47.Когда выключатель В включен, ток к. з. от генераторов Г1 и Г2 проходит непосредственно к месту повреждения и ограничен лишь сопротивлением генераторов и трансформаторов соответствующих блоков.

Если выключатель В отключен, в цепь к. з. дополнительно включается сопротивление линий. Ток к. з. от генераторов Г1 и Г2 при этом резко снижается по сравнению с преды¬дущим случаем.

В месте секциониро¬вания образуется так называемая точка деле¬ния сети. В мощной энергосистеме с боль¬шими токами к. з. та¬ких точек может быть несколько.

2) установка токоограничивающих реакторов. Реакторы служат для ограничения токов к. з. в мощных электроустановках, а также позволяют поддерживать на шинах опреде¬ленный уровень напряжения при повреждениях за реакторами.

Основная область применения реакторов - электрические сети напряжением 6 - 10 кВ. Иногда токоограничивающие реакторы ис¬пользуются в установках 35 кВ и выше, а также при напряжении ниже 1000 В.

3) исполь¬зование трансформаторов с расщепленными обмотками низшего напряжения

3. Показатели качества напряжения.

Показатели качества напряжения и способы их поддержания в заданных пределах.

Отклонение напряжения:

- установившееся отклонение напряжения

Регулированием напряжения называют процесс изменения уровней напряжения в характерных точках системы электроснабжения с помощью специальных технических средств, который производят автоматически по наперед заданному закону.

Для регулирования напряжения в системах электроснабжения промышленных предприятий могут быть использованы следующие технические средства:

а) генераторы собственных электростанций предприятия;

б) трансформаторы с РПН;

в) линейные регуляторы;

г) управляемые батареи конденсаторов;

д) синхронные двигатели, снабженные автоматическими регуляторами воз­буждения (АРВ);

е) синхронные компенсаторы.

Колебание напряжения: Размах изменения напряжения:

По ГОСТ .

Если размах больше 1% за секунду, то это отклонение напряжения.

Последствия колебаний напряжения – сбой в работе энергосистем.

Способы снижения колебаний напряжения:

- упорядочение технологического цикла;

- уменьшение сопротивления питающей системы;

- подключение резкопеременной нагрузки к отдельным трансформаторам (сварка);

- применение специальных схемных и аппаратных решений.

1. Доза фликера – квадрат размаха изменения напряжения за определённый промежуток времени.

Несинусоидальность напряжения:

Основная причина – наличие нагрузки с нелинейной ВАХ.

Вредные влияиния:

- сбой работы систем РЗ и А, телемеханики, компьютерной сети и т.д.;

- резкое ускорение старения изоляции;

- некоторые частоты могут приводить к поломке двигателей из-за появления обратносинхронного поля;

- гармоники могут быть резонансными частотами к колебательным контурам, образованным индуктивностями потребителей и линий и БК

Способы уменьшения влияния высших гармоник:

- выделение нелинейной нагрузки на свой трансформатор;

- уменьшение сопротивления системы;

- схемные и аппаратные решения;

- применение частотных фильтров.

Общий коэффициент несинусоидальности:

Нормальный режим Максимальный режим Напряжение KНСU ± 8% 12% До 1000 В 5% 8% До 20 кВ 4% 6% До 35 кВ 2% 3% Больше 110 кВ

Несимметрия напряжения:

Последствия несимметрии – ухудшение работы электрооборудования.

Коэффициент обратной последовательности ; .

Коэффициент нулевой последовательности ; .

- линейное напряжение; - фазное напряжение.

Способы ограничения несимметрии:

1. равномерное распределение электрической нагрузки по фазам

2. применение преобразователей фазности (сварочный преобразователь)

3. применение симметрирующих устройств

Отклонение частоты:

±0,2 Гц в нормальном режиме и ±0,4 Гц в максимальном режиме

fном = 50 Гц при Pген = Pпотр + ΔP

f↑ при Pген > Pпотр + ΔP (легко устраняется уменьшением мощности генератора)

f↓ при Pген < Pпотр + ΔP (устраняется либо увеличением мощности генератора, либо снижением потребляемой мощности автоматикой АЧР путём отключения наименее ответственных потребителей)

Отклонение напряжения — отличие фактического напряжения в установившемся режиме работы системы электроснабжения от его номинального значения.

Отклонение напряжения в той или иной точке сети происходит под воздействием изменения нагрузки в соответствии с её графиком.

Влияние отклонения напряжения на работу электрооборудования:

 Технологические установки:

 При снижении напряжения существенно ухудшается технологический процесс, увеличивается его длительность. Следовательно, увеличивается себестоимость производства.

 При повышении напряжения снижается срок службы оборудования, повышается вероятность аварий.

 При значительных отклонениях напряжения происходит срыв технологического процесса.

 Освещение:

 Снижается срок службы ламп освещения, так при величине напряжения 1,1·U_ном срок службы ламп накаливания снижается в 4 раза.

 При величине напряжения 0,9·U_ном снижается световой поток ламп накаливания на 40 % и люминесцентных ламп на 15 %.

 При величине напряжения менее 0,9·U_ном люминесцентные лампы мерцают, а при 0,8·U_ном просто не загораются.

 Электропривод:

 При снижении напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя на 15 % момент снижается на 25 %. Двигатель может не запуститься или остановиться.

 При снижении напряжения увеличивается потребляемый от сети ток, что влечёт разогрев обмоток и снижение срока службы двигателя. При длительной работе на напряжении 0,9·U_ном срок службы двигателя снижается вдвое.

 При повышении напряжения на 1 % потребляемая двигателем реактивная мощность увеличивается на 3...7 %. Снижается эффективность работы привода и сети.

Обобщённый узел нагрузки электрических сетей (нагрузка в среднем) составляет: —   10 % специфической нагрузки (например, в Москве это метро —   ~ 11 %); —   30 % освещение и прочее; —   60 % асинхронные электродвигатели.

Поэтому, ГОСТ 13109-97 устанавливает нормально и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на зажимах электроприёмников в пределах соответственно  δUy_нор= ± 5 % и  δUy_пред= ± 10 % номинального напряжения сети.

Обеспечить эти требования можно двумя способами: снижением потерь напряжения и регулированием напряжения.

ΔU = (P·R + Q·X) / U_{ЦП (ТП)}

Снижение потерь напряжения (ΔU) достигается:

 Выбором сечения проводников линий электропередач (≡ R) по условиям потерь напряжения.

 Применением продольной емкостной компенсации реактивного сопротивления линии (X). Однако, это опасно повышением токов короткого замыкания при X→0.

 Компенсацией реактивной мощности (Q) для снижения ее передачи по электросетям, с помощью конденсаторных установок и синхронных электродвигателей, работающих в режиме перевозбуждения.

Кроме снижения потерь напряжения, компенсация реактивной мощности является эффективным мероприятием энергосбережения, обеспечивающим снижение потерь электроэнергии в электрических сетях.

Регулирование напряжения U:

 В центре питания регулирование напряжения (U_ЦП) осуществляется с помощью трансформаторов, оснащённых устройством автоматического регулирования коэффициента трансформации в зависимости от величины нагрузки — регулирование под нагрузкой (РПН). Такими устройствами оснащены ~ 10 % трансформаторов. Диапазон регулирования ± 16 % с дискретностью 1,78 %.

 Напряжение может регулироваться на промежуточных трансформаторных подстанциях (U_ТП) с помощью трансформаторов, оснащённых устройством переключения отпаек на обмотках с различными коэффициентами трансформации  — переключение без возбуждения (ПБВ), т.е. с отключением от сети. Диапазон регулирования  ± 5 % с дискретностью 2,5 %.

Ответственность за поддержание напряжения в пределах, установленных ГОСТ 13109-97, возлагается на энергоснабжающую организацию.

Действительно, первый (R) и второй (X) способы выбираются при проектировании сети и не могут изменяться в дальнейшем. Третий (Q) и пятый (U_ТП) способы хороши для регулирования при сезонном изменении нагрузки сети, но руководить режимами работы компенсирующего оборудования потребителей, необходимо централизовано, в зависимости от режима работы всей сети, то есть энергоснабжающей организации. Четвёртый способ — регулирование напряжения в центре питания (U_ЦП), позволяет энергоснабжающей организации перативно регулировать напряжение в соответствии с графиком нагрузки сети.

ГОСТ 13109-97 устанавливает допустимые значения установившегося отклонения напряжения на зажимах электроприёмника. А пределы изменения напряжения в точке присоединения потребителя должны рассчитываться с учетом падения напряжения от этой точки до электроприёмника и указываться в договоре энергоснабжения.