При конструктивном расчете реактора необходимо определить следующие его данные:
1) тип и размеры сердечника;
2) количество витков обмотки ω;
3) диаметр провода d в мм;
4) длину воздушного зазора lz в мм.
Заданными величинами (известными из электрического расчета фильтра) при этом являются:
1) индуктивность реактора L в Гн;
2) ток, протекающий через реактор (выпрямленный ток) Id, в А.
Расчет реактора, подобно расчету трансформатора, целесообразно начать с выбора сердечника.
Выбор размеров сердечника реактор следует производить, исходя из заданной величины , которая характеризует магнитную энергию, запасаемую в сердечнике. Чем больше величина , тем больший объем должен иметь сердечник дросселя.
Для определения минимальной величины объема сердечника реактора V можно пользоваться следующей приближенной формулой:
(3.32)
Если объем сердечника взять много меньше величины, найденной из формулы (3.32), то будет иметь место сильное магнитное насыщение сердечника. Это ведет к значительному уменьшению магнитной проницаемости материала сердечника и увеличению расхода провода на изготовление данного реактора. [17]
По справочнику основных габаритов сердечников [18] выбираем тип сердечника, удовлетворяющий выражению (3.32): стержневой ленточный магнитопровод типа ПЛ6,5х12,5х8, для которого Vсм = 2,69 см3; Sсм = 0,73 см2; lср.м = 3,69 см. Далее переходим к расчету обмотки реактора.
Если реактор работает при слабом подмагничивании постоянным током, то зазор в его сердечнике не делается. Если же реактор работает при значительном постоянном токе, когда необходимо делать в его сердечнике зазор, то число витков вычисляем по формуле:
(3.33)
где Sсм – активная площадь сечения магнитопровода;
Vсм – активный объем магнитопровода.
Наивыгоднейшая длина зазора сердечника может быть найдена из следующего приближенного соотношения:
(3.34)
Диаметр провода обмотки реактора находят по заданному выпрямленному току, исходя из допустимой плотности тока. При плотности тока ј = 2,5 А/мм необходимый диаметр проводов находим по формуле:
(3.35)
Определяем полную массу реактора по формуле:
(3.36)
Масса провода определяется по формуле:
(3.37)
где ρ = 8600 кг/м3 – плотность меди;
– площадь сечения провода;
– полная длина провода.
Площадь сечения провода определяем по формуле:
(3.38)
Полная длина провода определяется из соотношения:
(3.39)
где lср.м – средняя длина витка.
Тогда полная масса реактора будет равна:
3.3 Электробезопасность экспериментальной установки
Основные требования к безопасности электрооборудования изложены в ГОСТ 12.2.007.0-75 системы стандартов безопасности труда.
Стандарт устанавливает общие требования безопасности конструкции изделий, т. е. требования безопасности, предотвращающие или уменьшающие до допустимого уровня воздействия на человека: электрического тока, электрической искры и дуги, движущихся частей изделия, частей, нагревающихся до высоких температур, опасных и вредных материалов, используемых в конструкции изделия, а также опасных и вредных веществ, выделяющихся при его эксплуатации, шума, ультразвука и вибрации, электромагнитных полей и теплового, оптического и рентгеновского излучения. [19]
3.3.1 Расчет заземления
При повреждении изоляции электроустановки, ее корпус и другие конструктивные элементы могут оказаться под напряжением. Если человек прикоснется к такому поврежденному оборудованию, через него пройдет ток замыкания на землю, который может быть опасным для жизни.
Для защиты человека при прикосновении к металлическим частям электроустановки, случайно оказавшимся под напряжением, применяют защитное заземление – преднамеренное соединение корпуса или других металлических конструкций установки с землей. Назначение защитного заземления – создание между корпусом электрического устройства и землей электрического соединения с малым сопротивлением.
При прикосновении человека к заземленному оборудованию, оказавшемуся под напряжением, через его тело пройдет ток малой величины, безопасный для организма. Основной ток замыкания на землю пойдет по заземляющему устройству. Заземляющее устройство – совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлитель – металлический проводник, находящийся в непосредственном соприкосновении с землей. Заземляющие проводники соединяют заземляемые части электроустановки с заземлителем. Сопротивление заземляющего устройства в основном определяется сопротивлением растеканию тока с заземлителя в грунт.
Для заземления используют естественные и искусственные заземлители. Естественные заземлители – арматура железобетонных сооружений, фундаменты зданий, трубопроводы и другие металлические конструкции, имеющие надежный контакт с землей. В качестве искусственных заземлителей чаще всего используют вертикально заглубленные стальные трубы, стержни, уголки, соединенные поверху стальной горизонтальной полосой.
Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали трансформаторов либо выводы источников однофазного тока, в любое время годе должно быть не более 4 Ом соответственно при линейном напряжении 380 В источника трехфазного тока.
Сопротивление растеканию тока не должно превышать нормативной величины. Для электроустановок напряжением до 1000 В нормативное значение составляет 4 Ом, а если подсоединенная к сети мощность не превышает 100 кВА – 10 Ом.
Монтажный участок по сборке силового блока привода постоянного тока находится на первом этаже двухэтажного отдельно стоящего кирпичного здания размером 20×10м. Мощность тока, потребляемая участком, превышает 100 кВА и поэтому нормативная величина сопротивления заземлителя Rн не должна превышать 4 Ом. Заземлитель предполагается выполнить из стальных вертикальных стержневых электродов длиной lв = 1,5 м, диаметром d = 0,02 м, верхние концы которых расположены на глубине t0 = 0,8 м. Вертикальные электроды соединены между собой с помощью горизонтального электрода – стальной полосы сечением 4x40 мм, уложенной в земле на глубине t0 = 0,8 м. Вертикальные электроды расположены на расстоянии а = 3м друг от друга. Тип заземлителя выбираем контурный по периметру участка.
Выбираем 3-ю климатическую зону.
Определяем коэффициент сезонности φ для однородной земли: φв =1,2, φг = 2.
Удельное сопротивление однородного грунта (суглинок) ρ0 = 100 Ом·м.
Рассчитываем удельное сопротивление грунта для вертикального электрода:
(3.40)
Удельное сопротивление грунта для горизонтального электрода:
(3.41)
Сопротивление одиночного вертикального заземлителя:
(3.42)
Число вертикальных заземлителей:
(3.43)
Длина горизонтальной полосы:
(3.44)
Сопротивление горизонтального заземлителя:
(3.45)
где b – ширина стальной горизонтальной полосы.
Определяем сопротивление группового заземлителя:
(3.46)
где ηв – коэффициент использования вертикальных заземлителей;
ηг – коэффициент использования горизонтальных заземлителей.
По условиям безопасности заземление должно обладать малым сопротивлением (Rн < 4 Ом), обеспечить которое можно путем увеличения геометрических размеров электродов или увеличив их число, соединенных в контур. Второй путь намного экономичнее по затратам металла и другим условиям. Кроме того, при применении нескольких электродов можно выровнять потенциальную кривую на территории, где они размещены. Поскольку расчетное Rз =4,72 Ом > Rн = 4 Ом, то увеличиваем количество вертикальных электродов до n = 24.
Тогда длина горизонтальной полосы:
(3.47)
Сопротивление горизонтального заземлителя:
(3.48)
Сопротивление группового заземлителя:
(3.49)
где ηв = 0,624; ηг = 0,312.
Так как Rз = 3,6 Ом < Rн = 4 Ом, то этот результат принимаем как окончательный.
Таким образом, проектируемый заземлитель контурный, состоит из 24 вертикальных стержневых электродов длиной 1,5 м, диаметром d = 20мм, заглубленных в землю на 0,8 м и соединенных стальной горизонтальной полосой длиной 75 м, сечением 4х40 мм (рис. 3.4).
Рисунок 3.4 – Схема заземления: 1 – монтажный участок, 2 – вертикальный заземлитель, 3 – горизонтальный заземлитель
3.3.2 Расчет автоматического защитного отключения
Защитным отключением называется система защиты, обеспечивающая автоматическое отключение всех фаз или полюсов аварийного участка сети с напряжением до 1000 В с полным временем отключения с момента возникновения однофазного замыкания не более 0,2 с.
Экспериментальный стенд питается напряжением 220 В, находясь в конце линии 380/220 В и будучи зануленным потребителем энергии. Вследствие удаленности ее от трансформатора возможны случаи отказа зануления. Вместе с тем по условию безопасности требуется безусловное отключение установки при замыкании фазы на корпус, причем напряжение прикосновения Uпр.доп не должно превышать длительно 60В. Для выполнения этих условий снабжаем установку защитно-отключающим устройством, реагирующим на потенциал корпуса. При этом используется реле напряжения, у которого напряжение срабатывания Uср = 30 В, сопротивление обмотки активное Rр = 400 Ом и индуктивное X = 200 Ом.
Принимаем, что при касании к корпусу человек стоит на сырой земле вне зоны растекания тока с заземлителей, т. е. считаем, что α1 = α2 = 1. В этом случае условие безопасности будет:
φз.доп = Uпр.доп , В (3.50)
Следовательно
(3.51)
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
