После нахождения общего решения дифференциального уравнения следует найти постоянные интегрирования, определяемые из начальных условий.

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 2
Оценка:
0.00 из 5.00 — оценок
Скачиваний: 0

Рассмотрим пример анализа переходного процесса при зарядке конденсатора через резистор (рис.16.1).

Рис.16.1. Схема цепи зарядки конденсатора через резистор

 

После замыкания выключателя В в цепи возникает ток и конденсатор заряжается до напряжения источника U.

Уравнение электрического состояния цепи в соответствии со вторым законом Кирхгофа имеет вид

Используя известное соотношение , можно записать

Переходное напряжение на конденсаторе U c пер складывается из суммы установившейся u c уст и свободной u c св составляющих напряжения.

Установившееся напряжение u c уст при зарядке конденсатора следует найти при , когда напряжение на конденсаторе перестает изменяться ( ) и тогда

Выражение для свободной составляющей напряжения u c св определяется решением однородного дифференциального уравнения

или

Решение этого уравнения имеет вид

Значение параметра p находят из решения характеристического уравнения

(корень характеристического уравнения).

Величина характеризует длительность протекания переходного процесса, ее называют постоянной времени. Чем больше , тем дольше продолжается переходный процесс. Переходный процесс можно считать завершенным через , напряжение на конденсаторе становится практически равным установившемуся u c уст = U.

Выражение для u c св можно записать в виде .

Переходное напряжение на конденсаторе можно записать в виде

,

где А - постоянная интегрирования.

Постоянную интегрирования А определяют из начальных условий при t =0 с использованием законов коммутации. В момент, предшествующий коммутации, конденсатор не был заряжен и напряжение на нем было равно нулю . Из второго закона коммутации следует, что в первый момент после замыкания выключателя при t =0 напряжение на конденсаторе не изменится и будет равно 0, то есть .

При t =0 . На основании сказанного можно записать:

0= U + A или .

Следовательно, окончательное выражение для переходного напряжения на конденсаторе будет иметь вид

Ток в цепи во время переходного процесса

 

На основании выражений для переходного напряжения на конденсаторе и тока в цепи строим графики переходных процессов, представленные на рис.16.2.

 

Рис.16.2. Графики изменения напряжения и тока при зарядке конденсатора

 

Подкасательная численно равна постоянной времени и дает представление о длительности протекания переходного процесса.

Ток в рассматриваемой цепи может изменяться скачком, поскольку она не содержит элемента, обладающего индуктивностью.

Если активное сопротивление цепи мало, то ток в момент включения источника напряжения может быть очень большим, превышающим номинальное значение.

Кроме классического метода расчета переходных процессов используется операторный метод, который в данном учебном пособии не рассматривается. При этом методе расчета вместо системы дифференциальных уравнений используется система алгебраических уравнений. В основе метода лежит преобразование Лапласа, и решение из области функций действительного переменного переносится в область комплексного переменного и операции дифференцирования и интегрирования заменяются операциями умножения и деления на оператор Р (оператор Лапласа).

 

17. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

ВО ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОНАХ В НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ (НГП)

 

Классификация взрывоопасных смесей и зон

 

Технологические процессы добычи, подготовки и транспорта нефти и газа связаны с опасностью образования взрывоопасных зон.

Взрывоопасной зоной называют помещение или ограниченное пространство в помещении, в котором имеются или могут образовываться взрывоопасные смеси. Во взрывоопасных зонах должно применяться специальное взрывозащищенное оборудование, а также специальные виды прокладки проводов и кабелей.

Взрывозащищенным называется электрооборудование, в котором предусмотрены конструктивные меры по устранению или затруднению возможности воспламенения окружающей взрывоопасной среды, прошедшее специальные испытания по взрывозащите.

Взрывоопасные смеси горючих газов с воздухом или смеси легковоспламеняющихся жидкостей с воздухам согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ), классифицируются по категориям I, II, IIA, IIB, IIC и группам T1…T6.

Например, ко II категории взрывоопасной смеси относятся промышленные газы и пары, к I категории – рудничный газ.

Безопасный экспериментальный максимальный зазор (БЭМЗ) – это максимальный зазор между фланцами оболочки электрооборудования, через которые не проходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концентрации смеси в воздухе.

Взрывоопасные паро- и газовоздушные смеси классифицируют по группам, исходя из температуры их самовоспламенения на шесть групп Т1…Т6, для которых установлены предельно-допустимые температуры наружных и внутренних частей электрооборудования.

 

Группа взрывоопасной смеси Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Т6
Температура самовоспламенения смеси, С0, выше   450   300-450   200-300   135-200   100-135   85-100

 

Температура самовоспламенения газов – это температура, до которой должна быть равномерно нагрета смесь, чтобы она воспламенялась без воздействия на неё открытого пламени.

Согласно ПУЭ взрывоопасные зоны помещений делятся на 6 классов. Зоны нефтяной и газовой промышленности характеризуются 4 классами: В-1, В-1а, В-1б, В-1г. При определении взрывоопасных зон принимается во внимание то, что взрывоопасная зона занимает весь объем помещения, если объем взрывоопасной смеси превышает 5% свободного объема помещения.

В зону класса В-1 входят помещения, в которых взрывоопасные смеси могут образовываться при нормальных недлительных режимах работы. Например, при загрузке или разгрузке технологических аппаратов, хранении или переливании легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, находящихся в открытых сосудах.

К классу В-1а относятся помещения, в которых образование взрывоопасной смеси возможно лишь при авариях или неисправностях.

 

Конструктивное исполнение электрооборудования в НГП.

 

Конструктивное исполнение электрооборудования в НГП должно соответствовать условиям его эксплуатации. Наличие в воздухе большого количества пыли приводит к быс­трому загрязнению обмоток и ухудшению условий теплоотдачи в окружающую среду. Влага, газы, пары кислот разрушают электроизоляционные материалы. Появление искры может вы­звать взрыв взрывоопасной смеси.

Для надежной и безо­пасной работы электрооборудования и электротехнических из­делий их помещают в корпуса (оболочки), которые характери­зуются определенной степенью защиты. Кроме того, эта защита предохраняет обслуживающий персонал от соприкоснове­ния с движущимися частями, находящимися под напряжением.

Для обозначения степени защиты электрооборудования и электротехнических изделий по ГОСТ 14254-80 приняты бук­вы IP, за которыми следуют две цифры. Буквы IP (International Protection) обозначают соответствие нормам, рекомендуемым Международной электротехнической комиссией (МЭК).Первая цифра (от 0 до 6) указывает на степень защиты персонала от соприкосновения с токоведущими и движущимися частями электрооборудования, находящимися внутри оболочки, а также степень защиты встроенного в оболочку оборудования от попадания твердых тел. Вторая цифра (от 0 до 8) характе­ризует степень защиты электрооборудования, расположенного внутри оболочки, от проникновения жидкости.

Различают следующие виды исполнения электродвигателей (ЭД): защищенное, каплезащищенное, брызгозащищенное, водозащищенное, пылезащищенное, закрытое, герметичное, взрывозащищенное.

Например, герметичное исполнение (IР67 - IP68) характеризуется тем, что электродвигатели выполнены с особой изоляцией от окружающей среды, препятст­вующей сообщению с их внутренним пространством при опре­деленной разности давлений снаружи и внутри двигателя. Та­кие двигатели могут работать под водой (водонепроницаемые). В нефтяной промышленности получили распространение погружные двигатели, предназначенные для длительной работы в жидкости (нефть, нефтепродукты).

Взрывозащищенные электродвигатели, предназначенные для работы в особых условиях, могут работать во взрыво- и пожароопасной среде, так как их конструкция исключает возможность возник­новения взрыва и воспламенения газов в окружающем прост­ранстве. При взрыве газов, накопившихся внутри оболочки, пламя не может проникнуть в окружающую среду.

 

Климатические условия эксплуатации и условия размещения электрооборудования

 

Электрооборудование, предназначенное для эксплуа­тации на суше и реках в районах с умеренным климатом, имеет обозначение У; с холодным климатом - ХЛ; сухим и влажным тропическим климатом – Т. Электрооборудование, предназна­ченное для установки в районах с умеренно холодным морским климатом, имеет обозначение М; с тропическим морским климатом - ТМ.

В зависимости от условий размещения предусматривается различное исполнение электрооборудования, которому также присваивается определенное обозначение.

Электрооборудование, которое может эксплуатироваться на открытом воздухе, имеет обозначение 1; в закрытом помеще­нии, где температура и влажность воздуха несущественно от­личаются от наружного воздуха - 2; в закрытом помещении, где колебание температуры и влажности воздуха, а также воз­действие песка, пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе, - 3; в закрытых отапливаемых помеще­ниях - 4; в помещениях с повышенной влажностью - 5.

Взрывозащищенное электрооборудование

 

Взрывозащищенное электрооборудование различается по уровню взрывозащиты, группам и температурным классам. Установлены следующие уровни взрывозащиты электрооборудования:

1. Электрооборудование повышенной надежности против взрыва (знак уровня 2).

2. Взрывобезопасное электрооборудование (знак уровня 1).

3. Особовзрывобезопасное электрооборудование (знак уровня 0).

Электрооборудование повышенной надежности против взрыва (2) обеспечивает взрывозащиту только в нормальном режиме работы.

Взрывобезопасное электрооборудование (1) обеспечивает взрывозащиту как при нормальных режимах работы, так и при вероятных повреждениях, определяемых условиями эксплуатации, кроме повреждений средств защиты.

Особовзрывобезопасное электрооборудование (0) имеет дополнительные средства защиты.

Вид взрывозащиты определяется установленным набором средств взрывозащиты. Для взрывозащищенного электрооборудования установлены следующие виды взрывозащиты:

1. Взрывонепроницаемая оболочка [d]. Применяется в асинхронных короткозамкнутых двигателях, в коллекторных двигателях, в трансформаторах, коммутационных аппаратах, светильниках и других установках, где возможно появление искры.

2. Заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением защитным газом [p].

3. Масляное заполнение оболочки с токоведущими частями [o]. К ним относятся коммутационные аппараты, трансформаторы и специальные виды электродвигателей.

4. Искробезопасная электрическая цепь [i].

5. Кварцевое заполнение оболочки с токоведущими частями [q].

6. Специальный вид взрывозащиты [s].

7. Защита вида [e].

Взрывозащищенное электрооборудование в зависимости от области его применения подразделяется на две группы:

К I группе относится рудничное электрооборудование, предназначенное для подземных выработок шахт и рудников; ко II группе относится взрывобезопасное электрооборудование для внутренней и наружной установки. Электрооборудование II группы, имеющее виды взрывозащиты “взрывонепроницаемая оболочка” и (или) “искробезопасная цепь” подразделяются на 3 подгруппы II, IIA, IIB, IIC, соответствующие определенным категориям взрывоопасных смесей.

Например, электрооборудование подгруппы II является взрывозащищенным для категорий взрывоопасной смеси IIА, IIВ, IIС.

В маркировку по взрывозащите электрооборудования входят следующие обозначения:

1. Знак уровня взрывозащиты электрооборудования (2, 1, 0).

2. Знак Ех, указывающий на соответствие электрооборудования стандартам на взрывозащищенное электрооборудование.

3. Знак вида взрывозащиты (d, p, o, i, q, s, e).

4. Знак группы или подгруппы электрооборудования (II, IIA, IIB, IIC), каждый из которых соответствует определенной категории взрывоопасности смеси, для которой электрооборудование является взрывозащищенным.

5. Знак температурного класса электрооборудования (Т1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6).

Маркировка по взрывозащите может включать дополнительные знаки и надписи, например, климатическое исполнение или степень защиты персонала, и располагается на видном месте оболочки электрооборудования.

Пример обозначения взрывозащищенного оборудования по ГОСТ 12.2.020-76:

1ЕхdIIAT3 – уровень взрывозащиты электродвигателя (1) – взрывобезопасный, вид взрывозащиты – взрывонепроницаемая оболочка (d), электродвигатель предназначен для взрывоопасной смеси категории IIА и температурных классов T1, Т2, Т3.

Взрывонепроницаемая оболочка (d) электрооборудования характеризуется тем, что внутреннее воспламенение не может распространиться через зазоры и отверстия в окружающую взрывоопасную среду, но полная герметизация оболочки не обеспечивается. Однако продукты взрыва внутри оболочки, выходя наружу через зазоры, охлаждаются настолько, что не могут воспламенить внешнюю среду. Источником воспламенения взрывоопасной смеси внутри оболочки может быть искрение контактов.

В нефтяной и газовой промышленности нашли применение асинхронные короткозамкнутые двигатели серии ВАО, В, АИМ и др. с видом взрывозащиты взрывонепроницаемая оболочка. ЭД серии АИМ постепенно заменят в эксплуатации аналогичные электродвигатели серии ВАО.

Пусковая и пускорегулирующая аппаратура обычно устанавливается за пределами взрывоопасных помещений. Пусковая аппаратура (кнопочные посты), установленная во взрывоопасных помещениях, имеет щелевую защиту (за счет конструкции зазора).

Заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением защитным газом (р) – при этом внутри оболочки создается избыточное давление газа (чистого воздуха или инертного газа) не менее 100 Па, препятствующее проникновению взрывоопасных смесей из окружающей среды. Такой вид взрывозащиты используется, например, в синхронных двигателях серии СТДП электроприводов насосов и компрессоров магистральных нефте- и газопроводов.

Эксплуатация электрооборудования в таком исполнении допустима при наличии специальных блокировок, обеспечивающих подачу напряжения только после того, как вступила в работу система вентиляции. Отработанный воздух не допускается выбрасывать во взрывоопасное помещение.

Искробезопасная электрическая цепь выполняется таким образом, чтобы электрический разряд или ее нагрев не мог воспламенить взрывоопасную среду. Этот вид защиты обеспечивается ограничением напряжения или тока, шунтированием реактивных элементов, накапливающих энергию, гальваническую развязку между искробезопасными цепями. Допустимая нагрузка на полупроводниковые приборы снижается на 1/3 относительно номинальной.

Кварцевое заполнение оболочки создает защитный слой вокруг токоведущих частей в виде сухого кварцевого песка. Этот вид взрывозащиты применяется для электрооборудования, не имеющего подвижных и нормально искрящихся частей.

Масляное заполнение оболочки – все токоведущие части помещены в трансформаторное масло. Данный вид взрывозащиты применяется только для стационарно устанавливаемого оборудования: аппаратуры управления, пусковых реостатов и т. п.

Специальный вид взрывозащиты обеспечивается заключением электрических частей в герметичную оболочку, например, с использованием эпоксидного компаунда.