Содержание

Ведение 4

Лекция №1. Общие сведения. Нагрев электрических

аппаратов при длительном режиме работы 5

Лекция №2. Нагрев аппаратов в переходных режимах 13

Лекция № 3. Электрические контакты, режимы их работы 17

Лекция № 4. Отключение электрических цепей 22

Лекция № 5. Электромагниты 28

Лекция № 6. Влияние короткозамкнутого витка на работу

аппаратов переменного тока. Расчет электромагнитов 34

Лекция № 7. Расчет обмотки электромагнитов переменного тока 39

Лекция № 8. Электромеханические аппараты автоматики 43

Лекция № 9. Электромагнитные реле 50

Лекция № 10. Тепловые реле. Реле времени 62

Лекция № 11. Полупроводниковые реле 71

Лекция № 12. Контакторы и магнитные пускатели 79

Лекция № 13. Предохранители 87

Лекция № 14. Автоматические выключатели 97

Лекция № 15. Аппараты управления 105

Лекция № 16. Применение реле для защиты электроустановок 122

Лекция № 17. Датчики неэлектрических величин 129

Лекция № 18. Электромагнитные муфты управления 140

Лекция № 19. Выключатели переменного тока

высокого напряжения 150

Лекция № 20. Вакуумные и воздушные выключатели 167

Лекция № 21. Трансформаторы тока и напряжения 180

Лекция № 22. Разъединители, отделители,

короткозамыкатели, реакторы 192

Библиографический список 209

Методическое указание по выполнению контрольных работ 210

Контрольная работа №1 211

Контрольная работа №2 231

Приложение 1 258

Приложение 2 259

Приложение 3 260

Приложение 4 261

Приложение 5 262

Приложение 6 264

Приложение 7 285

Вопросы по самопроверке усвоения материала 345

Список использованных источников 347

Введение

Электрический аппарат – это электротехническое устройство, которое используется для включения и отключения электрических цепей, контроля, измерения, защиты, управления и регулирования установок, предназначенных для передачи, преобразования, распределения и потребления электроэнергии.

Развитие полупроводниковой техники и микропроцессорных устройств позволило расширить функциональные возможности и область применения электрических аппаратов и электронных устройств.

Поэтому в настоящее время под электрическими аппаратами понимается широкий круг всевозможных устройств, применяемых в быту, промышленности и энергетике.

В учебном пособии рассмотрены основы теории, конструкция и эксплуатационные характеристики аппаратов, которые используются в электрических системах, схемах электроснабжения промышленных предприятий и при автоматизации производственных процессов и электропривода.

Лекция №1 Общие сведения. Нагрев электрических аппаратов при длительном режиме работы

Электрические аппараты (ЭА) – это электротехнические устройства, применяемые при использовании электрической энергии, начиная от её производства, передачи, распределения и кончая потреблением.

Одним из основных признаков классификации электрических аппаратов является напряжение. По этому признаку различают аппараты низкого напряжения до 1000 В (АНН) и аппараты высокого напряжения свыше 1000 В (АВН).

Аппараты низкого напряжения принято разделять на следующие основные виды:

• Аппараты управления и защиты – автоматические выключатели, контакторы, реле, пускатели электрических двигателей, переключатели, рубильники, предохранители, кнопки управления и другие аппараты, управляющие режимами работы оборудования и его защиты.

• Аппараты автоматического регулирования – стабилизаторы и регуляторы напряжения, тока, мощности и других параметров электрической энергии.

• Аппараты автоматики – реле, датчики, усилители, преобразователи и другие аппараты, осуществляющие функции контроля, усиления и преобразования электрических сигналов.

АНН иногда классифицируют по величине коммутационного тока на слаботочные (до 10 А) и сильноточные (свыше 10 А). При этом нижние пределы коммутационных токов современных электрических аппаратов (ЭА) достигают 10^-9 А, а напряжений – 10^-5 В.

АВН, работающие в сетях с напряжением до 1150 кВ переменного тока и 750 кВ постоянного тока, также существенно различаются по своим функциям. К АВН обычно относят следующие основные виды аппаратов:

• Выключатели высокого напряжения – обеспечивающие включение и отключение электрических цепей в различных режимах работы, в том числе аварийные, например короткое замыкание (КЗ).

• Реакторы: токоограничивающие - для ограничения токов КЗ и шунтирующие - для ограничения перенапряжения и компенсации реактивной мощности.

• Ограничители перенапряжений на основе разрядников и элементов с нелинейной вольтамперной характеристикой (например, оксидно-цинковые ограничители перенапряжения – ОПН).

• Разъединители и отделители - для отключения цепи без тока при ремонте электрооборудования.

• Измерительные трансформаторы – для подключения электроизмерительной аппаратуры в высоковольтных цепях.

В основе большинства электромеханических ЭА лежит контактная система с различными типами приводов – ручным, электромагнитным, механическим, пневматическим и др.

Процессы, происходящие в ЭА, описываются различными и многообразными физическими явлениями, которые изучаются в электродинамике, механике, термодинамике и других фундаментальных науках.

Наличие подвижных механических частей, явления искро- и дугообразования при коммутации, ограниченное быстродействие и другие негативные факторы, присущие электромеханическим ЭА, инициировали работы по созданию статических ЭА на базе полупроводниковых элементов. Ранее в научно-технической литературе данные ЭА назывались бесконтактными, а в последнее время - силовыми электронными аппаратами.

Для предотвращения соприкосновения обслуживающего персонала с токоведущими или подвижными частями, исключения попадания инородных тел внутрь ЭА устанавливаются защитные оболочки. Согласно ГОСТ 14254-80 защитные свойства оболочки обозначаются буквами IP и двумя цифрами. Первая цифра обозначает степень защиты от прикосновения персонала к опасным деталям, а вторая – степень защиты от попадания инородных тел и жидкостей. Например:

IP 00 – открытое исполнение.

IP 20 – защищенное исполнение.

IP 60 – пылезащищенное исполнение.

IP 65 – пылеводозащищенное исполнение.

IP 66 – пылеводонепроницаемое исполнение.

IP 67 – герметичное исполнение.

Воздействия механических и климатических факторов на ЭА регламентируются стандартами (ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543-70).

Под климатическими факторами внешней среды понимаются температура и влажность окружающего воздуха; солнечное излучение; ветер и пыль, снег и т.д.

В технической документации всегда оговариваются значения климатических факторов, в пределах которых обеспечивается нормальная эксплуатация изделия. Эти значения принято называть номинальными.

Различают также рабочие и предельные значения факторов.

Значения климатических факторов, при которых обеспечивается сохранение номинальных параметров и гарантийный срок службы, называются рабочими.

Значения климатических факторов:

а) при которых сохраняется работоспособность аппарата (обеспечиваются допустимые отклонения точности и номинальные параметры);

б) после прекращения действия которых точность и номинальные параметры восстанавливаются

принято называть предельными рабочими.

С точки зрения воздействия климатических факторов поверхность земного шара делится на ряд макроклиматических районов, в зависимости от предназначения работы в которых делается исполнение ЭА:

• с умеренным климатом;

• с умеренным и холодным;

• с влажным тропическим;

• с сухим тропическим;

• с сухим и влажным тропическим.

В зависимости от места размещения ЭА делятся на пять категорий:

• на открытом воздухе;

• под навесом или в открытом помещении;

• в закрытом помещении с естественной вентиляцией;

• в закрытом помещении с полуестественной вентиляцией и своим микроклиматом;

• в помещении с повышенной влажностью.

При заказе аппарата необходимо указать его исполнение, категорию размещения, предельную высоту места установки над уровнем моря, т.к. учитывается снижение номинальной нагрузки каждые 100 или 1000 м над уровнем моря.

Например:

ВЭ – 10 – 1250 – 20 – УЗ,

где ВЭ – выключатель электромагнитный;

10 – номинальное напряжение, кВ;

1250 – номинальный ток, А;

20 – ток отключения, кА;

У – исполнение для умеренного климата;

З – эксплуатация в закрытых помещениях.

Условные графические изображения и буквенная кодировка основных электрических аппаратов приведены в приложении.

К электрическим аппаратам предъявляются следующие основные требования:

• При номинальном режиме работы температура токоведущих частей не должна превышать допустимую величину.

• При коротких замыканиях токоведущие элементы подвергаются значительным термическим и динамическим нагрузкам, но они не должны вызывать остаточные явления, нарушающие работу аппарата после устранения причины и последствий КЗ.

• ЭА, предназначенные для частого включения и отключения, должны иметь высокую износостойкость.

• Изоляция ЭА должна выдерживать перенапряжения, которые возникают при эксплуатации, и обладать определенным запасом в связи с ухудшением ее из-за осаждения пыли, влаги и т.д.

• Высокая надежность.

• Масса, габариты, стоимость, время установки и обслуживания должны быть минимальными.