Файл: 1. Приемники электрической энергии Введение.pdf

138 пыли. Разновидностью машинки такого типа является дельташлифовальная, изображенная на рис. 96б. Ее подошва в форме утюга позволяет шлифовать поверхности в углах и других труднодоступных местах.
Эксцентриковая шлифмашинка (рис. 96в), которую иногда называют орбитальной, имеет круглую подошву с закрепленной на ней шкуркой. Как и в предыдущем варианте, имеются отверстия для удаления пыли. Шлифовка поверхности происходит за счет того, что двигатель вращает эксцентрик, который создает вибрации по кругу с малым радиусом.
Штроборез
В соответствии с современными строительными правилами, электропроводку в зданиях располагают внутри стен. Иногда подобным образом располагаются и некоторые трубы. С этой целью в стене делается специальная канавка, которая называется штроба́. Ее ширина и глубина для проводки достигает 30 мм, а для труб может быть еще больше.
Штробу́ можно сделать обычной болгаркой или перфоратором с соответствующей насадкой, но она получится неровной, и образуется много пыли. Такой подход уместен при домашнем ремонте, но профессионалам требуется специальный инструмент.
Рис. 97. Штроборез

139
Штроборез изображен на рис. 97 и по своему устройству напоминает болгарку. В нем имеется такая же электрическая часть, но вместо одного диска устанавливаются два, расстояние между которыми регулируется набором прокладок. Для регулирования глубины резки используется механический ограничитель. После прохода в стене остаются две щели от дисков. Материал стены между этими щелями удаляется с помощью перфоратора или зубила.
Как правило, штроборез используется совместно с пылесосом, для подключения шланга которого имеется специальный патрубок. Как и болгарка, штроборез считается травмоопасным инструментом и требует осторожности при работе.
Технический фен
Рис. 98. Технический фен
Технический фен, изображенный на рис. 98, как и бытовой, создает струю горячего воздуха, но температура этой струи достигает 500 градусов, а в некоторых моделях превышает 600. Корпус имеет цилиндрическую форму с рукояткой. В нем установлен электродвигатель, прогоняющий с помощью вентилятора воздух через спиральные или керамические нагреватели.
Выходное отверстие из соображений безопасности защищено решеткой.
Часто в комплект фена входят насадки для изменения формы потока воздуха.

140
Приборы разных моделей могут иметь регулировки скорости воздушного потока и температуры его нагрева. Чаще всего эти регулировки носят ступенчатый характер, но может быть и автоматическое поддержание установленной температуры по сигналу термодатчика.
Технический фен применяется для удаления старой краски, размягчения клея, изгиба пластмассовых деталей, при оттаивании замерзших труб. Высокотемпературные фены используются для пайки. Для этого на подготовленную поверхность наносят паяльную пасту, устанавливают детали и прогревают феном. Такой способ пайки обеспечивает лучшее качество, чем традиционный.
Паяльники и паяльные станции
Рис. 99. Паяльная станция
Пайка представляет собой один из видов неразъемного соединения металлов, при котором в качестве связующего материала используется припо́й – сплав с температурой плавления меньше, чем у соединяемых деталей. Технология пайки может быть разной, но суть ее всегда заключается в том, что очищенные от загрязнений и окислов поверхности смачиваются расплавленным припоем и выдерживаются в неподвижности до его затвердения. Наиболее распространенные припои состоят из свинца и олова в разных пропорциях и плавятся при температуре от 190 ˚С до 280 ˚С. Они широко используется в электронике, потому что полупроводники не переносят сильного нагрева. Иногда даже используют галлиевые и

141 висмутовые припои с температурой плавления меньше 100 ˚С.
Высокотемпературные припои – медно-серебряные и медно-цинковые – имеют температуру плавления около 800 ˚С и распространены гораздо меньше.
Оборудование для низкотемпературной пайки включает паяльники как отдельные устройства, а также паяльные станции – по сути тоже паяльники, но с различными приборами управления температурой жала и другими функциями. Вариант паяльной станции показан на рис. 99. Технология пайки состоит в следующем. Очищенные поверхности покрывают флюсом – реактивом, растворяющим оксидные пленки. Наиболее популярным среди них является сосновая канифоль. Затем добавляют небольшое количество припоя и прогревают соединяемые детали паяльником до расплавления припоя и смачивания им поверхностей. Важно во время остывания сохранять неподвижность соединения, иначе пайка получится недостаточно прочной.
При промышленном изготовлении электронных схем используется автоматика. Сначала устройство, похожее на плоттер, наносит на плату паяльную пасту, затем вакуумный пинцет, управляемый микропроцессором, размещает детали, после чего происходит локальный нагрев в местах пайки.
Обычно это достигается мощным потоком инфракрасного излучения через металлическую пластину с отверстиями.
Высокотемпературные припои расплавляются газовой горелкой или токами высокой частоты. В остальном процесс пайки идентичен вышерассмотренному.
Электрические пилы

142
Рис. 100. Электрические пилы: цепная, циркулярная и лобзик
Электрические пилы подразделяются на цепные, циркулярные и лобзики. Они изображены на рис. 100. Циркулярные используют в основном для резки дерева. Их рабочая часть имеет вид диска с зубьями и приводится в действие электродвигателем. В стационарных вариантах в виде стола часто циркулярная пила совмещается с рубанком в виде цилиндра с лезвиями, размещенного на одной оси с диском. Такая конструкция позволяет не только нарезать доски и бруски, но и строгать их. Считается очень травмоопасным инструментом. Ручные циркулярные пилы появились сравнительно недавно и быстро завоевали популярность у сельских жителей и дачников. Их диск закрыт защитным кожухом, который сдвигается при пилении и возвращается в исходное положение по его окончании. Это более безопасный инструмент.
Рубанок в таких конструкциях отсутствует. Он выпускается как самостоятельное изделие.
Цепные пилы с бензиновым двигателем известны давно, а с электрическим приводом появились лишь в конце 20-го века. Специальная цепь, снабженная зубцами, приводится в действие коллекторным двигателем и позволяет пилить доски, бруски и небольшие деревья. Значительно проще в эксплуатации, чем бензиновая, но обладает меньшей мощностью и на лесоповале применения не нашла.
Электрические лобзики очень популярны у населения. Представляют собой небольшие устройства, снабженные небольшой пилкой, совершающей

143 возвратно-поступательные движения. В зависимости от типа пилки, лобзик может применяться для работ не только по дереву, но и по металлу.
3. Основы электроснабжения жилых и промышленных объектов
3.1. Общие вопросы электроснабжения
Чем крупнее город, тем выше плотность его электрических нагрузок, которая в их центре нередко превышает 30 МВА/км
2
. В ходе технического прогресса постоянно растет доля потребителей первой категории надежности электроснабжения. Для них, как вы знаете, перерыв в электроснабжении допускается лишь на время срабатывания автоматики, то есть практически близок к нулю. Не вызывает сомнения и устойчивая тенденция роста энергопотребления и, соответственно, уязвимости городов перед авариями в системе энергоснабжения. Увеличение количества благ цивилизации делает людей беззащитными в случае пропадания электроэнергии. Если в деревенском доме с печным отоплением и удобствами во дворе проблема в основном сводится к обеспечению освещения, в городе все будет гораздо хуже. Остановятся лифты, прекратятся подача воды и работа канализации, остановится транспорт, закроются магазины и другие объекты социально- бытовой сферы.
Экономические потери от аварий в энергосистеме огромны. Так, например, московская авария в мае 2005 года обошлась столичной казне как минимум в 2 миллиарда рублей. При этом еще были затронуты предприятия ближайших областей – Рязанской, Тульской, Калужской. В развитых западных странах, в которых уровень автоматизации и компьютеризации быта значительно выше, последствия сбоев в энергообеспечении еще серьезнее. Таким образом, системы электроснабжения городов должны рассматриваться как особо ответственные объекты их инфраструктуры.
Обеспечение требуемой надежности электроснабжения городов обеспечивается рациональным сочетанием собственной генерации

144 электроэнергии с ее получением из ЕЭС России. Поэтому обеспечение каждого города электроэнергией всегда осуществляется как от собственных электростанций, так и от других региональных энергетических систем.
Использование собственных электростанций, особенно
ТЭЦ, целесообразно не только по экономическим причинам, но и из-за холодного климата, предполагающего совмещение обеспечения электроэнергией с обеспечением теплом. Однако, как правило, собственной генерации для полноценного энергообеспечения города оказывается недостаточно.
Большую часть энергии приходится получать от понижающих подстанций
ЕЭС России.
В системе энергопотребления жилого сектора основными напряжениями являются трехфазное 380 В и однофазное 220 В. Разумеется, вы помните, что 380 В – это напряжение между двумя любыми фазами, а 220
В – между фазой и нулем, то есть при наличии трехфазного напряжения 380
В всегда можно получить однофазное 220 В. К жилым домам подводится от трансформаторной подстанции трехфазное напряжение 380 В, а в квартиры приходит однофазное 220 В. Заметим, что генерирующие установки напряжением до 1000 В и комплектные трансформаторные подстанции выдают напряжения 400 и 230 В, то есть примерно на 5 % завышенные. Это связано с падением до привычных значений под воздействием нагрузки.
Также в сетях низкого напряжения некоторых промышленных предприятий используется напряжение 660 В. Есть мнение, что оно может найти применение в электроснабжении перспективных крупных многоэтажных строений. Такое решение вполне логично, поскольку повышение напряжения позволяет уменьшить ток и, соответственно, сечение проводов. Однако на переходном этапе придется использовать трансформаторы 660/380 В для обеспечения работы традиционного электрооборудования.
Указанные выше напряжения имеют место на конечном участке пути обеспечения электроэнергией.
Во всей остальной части

145 электроэнергетической системы используются более высокие напряжения.
Это обусловлено следующими факторами.
В генераторах электростанций использование низких напряжений и, следовательно, больших токов означает применение обмоточных проводов значительного сечения, что неприемлемо из-за роста габаритов оборудования.
С другой стороны, высоковольтные обмотки требуют более сложной защиты от пробоя изоляции. В настоящее время четко обозначилась тенденция в сторону увеличения выходных напряжений генераторов электростанций.
Считается, что выходное напряжение современных и перспективных электростанций лежит в пределах 11…27 кВ. Впрочем, бензоэлектрические агрегаты и дизельные электростанции, применяемые при отсутствии нормального электроснабжения, выдают необходимые потребителю напряжения – однофазное 230 и трехфазное 400 В.
Получение питания от ЕЭС, то есть через ЛЭП (линий электропередачи) и трансформаторную подстанцию на конечных участках, осуществляется при напряжении 6 или 10 кВ. Такое напряжение еще характерно для многих современных распределительных сетей городских районов, сел и сравнительно небольших промышленных предприятий, а также применяется для питания электродвигателей мощностью от сотен киловатт до единиц мегаватт.
Промышленные предприятия получают электроэнергию от районной энергосистемы через главные понизительные подстанции (ГПП) при напряжении 35–220 кВ. Далее происходит распределение электроэнергии по предприятию на более низких напряжениях – 6 или 10 кВ.
Для питания отдельных объектов предприятия или группы потребителей используются подстанции глубокого ввода (ПГВ). Их первичное напряжение также находится в пределах 35–220 кВ, а ввод высокого напряжения обычно выполнен по упрощенной схеме. Они получают питание от энергосистемы через узловые распределительные подстанции.

146
Влияние электроприемников на электросети
Функционирование систем электроснабжения в значительной степени зависит от количественных и качественных характеристик приемников электроэнергии. Очевидно, что неравномерная нагрузка, содержащая нелинейные элементы, может вызвать недопустимый перекос фаз, высокий уровень гармонических составляющих и другие негативные явления.
Поэтому проектирование или оптимизация электросети начинается с анализа электрических нагрузок объекта.
В общем случае полная мощность S, отдаваемая электросетью потребителю, состоит из активной P и реактивной Q:
???? = ???? + ????.
(2)
Активная мощность – это полезная мощность, например механическая мощность на валу электродвигателя. Реактивная не совершает никакой работы и является вредной, поскольку связана с протеканием тока и, следовательно, потерями на нагрев проводов.
Рис. 101. Взаимосвязь мощностей
S
P
Q
φ

147
На рис. 101 показана взаимосвязь данных величин, из которой легко можно определить способы их вычисления. Из школьной геометрии вы знаете, что длина катета равна произведению длины гипотенузы на косинус прилежащего угла. Таким образом, активная мощность P равна произведению полной мощности S на косинус прилежащего угла φ, который физически является углом сдвига по фазе тока и напряжения вследствие влияния реактивностей.
???? = ???? cos ????
(3)
Величину cos ???? называют коэффициентом мощности. Для чисто активной нагрузки cos ???? = 1, а для чисто реактивной (например, идеального трансформатора в режиме холостого хода) cos ???? = 0.
Реактивную мощность Q можно вычислить через полную или через активную:
???? = ???? ???????????????? = ???? ???????? ????
(4)
В идеале для поставщика электроэнергии реактивной мощности не должно быть вообще. Такое возможно для отдельных электроприемников типа печей сопротивления или ламп накаливания. Более сложные электроприемники, содержащие катушки индуктивности и конденсаторы, обладают реактивной мощностью. Это приводит к фазовому сдвигу между током и напряжением в питающей линии. Важно заметить, что направление этого сдвига в катушках и конденсаторах противоположное. При подключении конденсатора к источнику электроэнергии ток по нему начинает протекать сразу, а напряжение нарастает постепенно, то есть отстает от тока по фазе. В катушке индуктивности, наоборот, приложенное напряжение заставляет носители заряда двигаться лишь через некоторое

148 время. Описанное явление позволяет при избытке индуктивности или емкости в цепи компенсировать ее противоположной реактивностью.
Реально в электротехнике применяется компенсация излишней индуктивности конденсаторами. Так, например, в разрядных лампах имеется дроссель, обладающий существенной индуктивностью. Для ее компенсации параллельно схеме подключается конденсатор. Типовая схема компенсации избыточной индуктивности емкостью представлена на рис. 102.
Рис. 102. Компенсация индуктивности емкостью
С точки зрения электротехники линия электропередачи обладает комплексным сопротивлением. Величины его активной и реактивной составляющих R и X для каждого конкретного участка цепи являются постоянными. Передаваемые активная и реактивная мощности P и Q, напротив, часто изменяются, что и создает потери напряжения
△U, определяемые выражением
△ ???? =
????????+????????
????
ном
. (5)
На
△ ???? оказывают влияния самые различные факторы, прежде всего, зависящие от особенностей нагрузки. Кроме того, линия подвержена воздействию атмосферных и промышленных помех. Если нагрузка меняется медленно, например при включении освещения в домах, то
△ ???? называют отклонением напряжения. Такие изменения легко отследить по графику
ДРЛ
Др
C