- •Политехнический институт Сибирского федерального университета электрические и электронные аппараты
- •Введение
- •1. Основы теории электрических аппаратов
- •1.1.Электрические и электронные аппараты как средства управления режимами работы, защиты и регулирования параметров электротехнических и электроэнергетических систем
- •1.1.1. Назначение и классификация электрических аппаратов
- •1.1.2. Требования, предъявляемые к электрическим аппаратам
- •1.2. Физические явления в электрических аппаратах и основы теории электрических аппаратов
- •1.2.1. Электродинамические силы в электрических аппаратах
- •1.2.2. Методы расчета электродинамических усилий и направления их действия
- •1.2.3. Расчет электродинамических усилий
- •1.2.4. Электродинамические усилия при переменном токе
- •1.2.5. Электродинамическая стойкость аппаратов. Механический резонанс
- •1.2.6. Тепловые процессы в электрических аппаратах
- •1.2.7. Источники теплоты в электрических аппаратах
- •1.2.8. Способы распространения теплоты в электрических аппаратах
- •1.2.9. Задачи теплового расчета
- •1.2.10. Режимы работы электрических аппаратов
- •1.2.11. Нагрев электрических аппаратов при различных режимах работы
- •1.2.12. Нагрев электрических аппаратов при коротком замыкании. Термическая стойкость аппарата
- •1.2.13. Контактные явления и классификация электрических контактов
- •1.2.14. Контактная поверхность и контактное сопротивление
- •1.2.15. Математическая модель электрических контактов
- •1.2.16. Влияние переходного сопротивления контактов на нагрев проводников. Сваривание электрических контактов
- •1.2.17. Износ контактов
- •1.2.18. Материалы для контактных соединений
- •1.2.19. Коммутация электрической цепи
- •1.2.20. Включение электрической цепи
- •1.2.21. Отключение электрической цепи контактными аппаратами
- •1.2.22. Электрическая дуга
- •1.2.23. Статическая вольтамперная характеристика электрической дуги постоянного тока
- •1.2.24. Динамическая вольтамперная характеристика электрической дуги постоянного тока
- •1.2.25. Условия гашения дуги постоянного тока
- •1.2.26. Условия гашения электрической дуги переменного тока
- •1.2.27. Электрическая дуга в магнитном поле
- •1.2.28. Способы воздействия на электрическую дугу в коммутационных аппаратах
- •1.3. Электромагниты
- •1.3.1. Электромагниты и их магнитные цепи
- •1.3.2.Методы расчета электромагнитов
- •1.3.3. Тяговые силы в электромагнитах
- •1.3.4. Согласование тяговой характеристики электромагнита с механической нагрузкой. Коэффициент запаса
- •1.3.5. Сила тяги электромагнита переменного тока
- •1.3.6. Сравнение статических тяговых характеристик электромагнитов постоянного и переменного тока
- •1.3.7. Устранение вибрации якоря электромагнита переменного тока
- •1.3.8. Время срабатывания и отключения электромагнита и способы изменения его быстродействия
- •2. Электромеханические аппараты управления, автоматики, распределения электрической энергии и релейной защиты.
- •2.1.Электромеханические реле
- •2.1.1. Реле управления
- •2.1.2. Электромагнитные реле тока и напряжения
- •2.1.3. Реле времени
- •2.1.4. Поляризованные реле
- •2.1.5. Электромагнитные реле на герконах
- •2.1.6. Тепловые реле
- •2.1.7. Индукционные реле
- •2.2.Электромеханические датчики
- •2.2.1. Электромеханические датчики и требования, предъявляемые к ним
- •2.2.2. Пассивные датчики
- •2.2.3. Активные датчики
- •2.3. Электромеханические исполнительные устройства
- •2.3.1. Электромеханические исполнительные устройства и их характеристики
- •2.3.2. Конструкции исполнительных устройств
- •2.4. Плавкие предохранители
- •2.4.1. Принцип действия и устройство предохранителей
- •2.4.2. Основные параметры предохранителей
- •2.4.3. Время срабатывания и ампер-секундная характеристика предохранителя
- •.2.4.4. Работа предохранителей при номинальном токе и токе короткого замыкания
- •2.4.5. Выбор предохранителей
- •2.5.Контакторы
- •2.5.1. Контакторы и их технические параметры
- •2.5.2. Устройство электромагнитных контакторов
- •2.5.3. Магнитные пускатели
- •2.5.4. Конструкции электромагнитных контакторов постоянного тока
- •2.5.5. Конструкции электромагнитных контакторов переменного тока
- •2.5.6. Жидкометаллические контакторы
- •2.5.7. Герметизированные контакторы
- •2.5.8. Синхронные контакторы
- •2.5.9. Гибридные контакторы
- •2.5.10. Расчет и выбор контакторов и пускателей
- •2.6. Автоматические воздушные выключатели низкого напряжения
- •2.6.1. Общие сведения
- •2.6.2. Принцип действия и основные узлы автоматических выключателей
- •2.6.3. Специальные типы автоматических выключателей
- •2.6.4. Выбор автоматического выключателя
- •2.7. Низковольтные комплектные устройства
- •2.7.1. Общие сведения о низковольтных комплектных устройствах
- •2.7.2. Режимы работы низковольтных комплектных устройств
- •2.7.3. Выбор габаритных размеров низковольтных комплектных устройств и особенности их монтажа
- •3. Аппараты высокого напряжения
- •3.1. Коммутационные аппараты высокого напряжения
- •3.1.1. Классификация аппаратов высокого напряжения и требования, предъявляемые к ним
- •3.1.2. Воздушные выключатели
- •3.1.3. Элегазовые выключатели
- •3.1.4. Масляные выключатели
- •3.1.5. Электромагнитные выключатели высокого напряжения
- •3.1.6. Вакуумные выключатели
- •3.1.7. Разъединители, отделители, короткозамыкатели
- •3.2.Измерительные трансформаторы высокого напряжения
- •3.2.1.Измерительные трансформаторы тока высокого напряжения
- •3.2.2. Трансформаторы напряжения
- •3.2.3. Защитные и токоограничивающие аппараты
- •3.3. Комплектные распределительные устройства высокого напряжения
- •3.3.1. Распределительные устройства закрытого и открытого типов
- •3.3.2. Комплектные распределительные устройства внутренней установки
- •3.3.3. Комплектные распределительные устройства наружной установки
- •3.3.4. Комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией
- •4 Электронные и микропроцессорные аппараты
- •4.1 Общие сведения об электронных ключах и бездуговой коммутации
- •4.1.1 Электронные ключи
- •4.1.2 Статические и динамические режимы работы ключей
- •4.1.3 Область безопасной работы и защита ключей
- •4.2 Основные виды силовых электронных ключей
- •4.2.1 Силовые диоды
- •4.2.2 Защита силовых диодов
- •4.2.3 Основные типы силовых диодов
- •4.2.4 Силовые транзисторы
- •4.2.5 Тиристоры
- •4.2.6 Тиристор в цепи постоянного тока
- •4.2.7 Тиристор в цепи переменного тока
- •4.2.7 Запираемые тиристоры
- •4.2.8 Защита тиристоров
- •4.3 Модули силовых электронных ключей
- •4.3.1 Последовательное и параллельное соединение ключевых элементов
- •4.3.2 Типовые схемы модулей ключей
- •4.3.3 Igbt-модули
- •4.3.4 «Интеллектуальные» силовые интегральные схемы
- •4.3.5 Теплоотвод в силовых электронных приборах
- •4.3.6 Охлаждение силовых электронных ключей
- •4.4 Системы управления силовых электронных аппаратов
- •4.4.1 Общие сведения о системах управления
- •4.4.2 Основные принципы управления импульсными системами
- •4.4.3 Интегральные микросхемы в системах управления
- •4.4.4 Базовые цифровые имс
- •4.4.5 Базовые аналоговые имс
- •4.4.6 Компараторы напряжения
- •4.4.7 Усилители сигналов
- •4.4.8 Генераторы импульсов
- •4.5 Микропроцессоры в электрических аппаратах
- •4.5.1 Определения и особенности микропроцессора, микропроцессорной системы и микроконтроллера
- •4.5.2 Структура типичной микроЭвм
- •4.5.3 Классификация и структура микроконтроллеров
- •4.5.4 Основные особенности микроконтроллеров серии pic. Состав и назначение семейств pic-контроллеров
- •4.5.5 Микроконтроллеры семейств pic16cxxx и pic17cxxx
- •4.5.6 Особенности архитектуры микроконтроллеров семейства pic16cxxx
- •5 Статические коммутационные аппараты и регуляторы
- •5.1 Статические коммутационные аппараты и регуляторы постоянного тока
- •5.1.1 Тиристорные контакторы постоянного тока
- •5.1.2 Регуляторы-стабилизаторы постоянного тока
- •5.1.3 Параметрические стабилизаторы
- •5.1.4 Стабилизаторы непрерывного действия
- •5.1.5 Импульсные регуляторы
- •5.2 Статические коммутационные аппараты и регуляторы переменного тока
- •5.2.1 Тиристорные контакторы переменного тока
- •5.2.2 Регуляторы-стабилизаторы переменного тока
- •Заключение
- •Глоссарий Классификация электрических аппаратов
- •Токоведущие и контактные детали электрических аппаратов
- •Гашение электрической дуги
- •Электрические аппараты ручного управления
- •Электрические аппараты дистанционного управления Магнитная система электрических аппаратов постоянного и переменного тока
- •Устройство и принцип действия электромагнитов
- •Электромагнитные муфты и тормозные устройства
- •Электромагнитные реле, пускатели и контакторы
- •Электрические аппараты защиты
- •Предохранители и тепловые реле
- •Характеристики:
- •Автоматические выключатели и токовые реле
- •Бесконтактные электрические аппараты и датчики Датчики
- •Основная и дополнительная литература Основная литература
- •Дополнительная литература
- •Оглавление
3.3. Комплектные распределительные устройства высокого напряжения
3.3.1. Распределительные устройства закрытого и открытого типов
Распределительное устройство (РУ) – это электроустановка, предназначенная для приема и распределения электрической энергии, содержащая электрические аппараты, шины и вспомогательные устройства. Распределительное устройство, смонтированное из укрупненных узлов (комплектных шкафов), называется сборным.
Если РУ расположено внутри здания, то оно называется закрытым. Закрытые распределительные устройства (ЗРУ) сооружаются обычно при напряжении 3-20 кВ. При больших напряжениях, как правило, сооружаются открытые распределительные устройства (ОРУ). Однако при ограниченной площади под РУ или при повышенной загрязненности атмосферы, а также в районах Крайнего Севера могут применяться ЗРУ на напряжения 35-220 кВ.
Обслуживание РУ должно быть удобным и безопасным. Размещение оборудования в РУ должно обеспечивать хорошую обозреваемость, удобство ремонтных работ, полную безопасность при ремонтах и осмотрах. Для безопасности соблюдаются минимальные расстояния от токоведущих частей до различных элементов ЗРУ согласно правилам устройства электроустановок.
Неизолированные токоведущие части во избежание случайных прикосновений к ним должны быть помещены в камеры или ограждены. Ограждение может быть сплошным или сетчатым. На сплошной части ограждения могут устанавливаться приводы выключателей и разъединителей, а сетчатая часть ограждения позволяет наблюдать за оборудованием. Высота такого ограждения должна быть не меньше 1,9 м, при этом сетки должны иметь отверстия размером не более 25*25 мм, а ограждения - запираться на замок.
Неизолированные токоведущие части, расположенные над полом на высоте до 2,5 м в установках 3-10 кВ и 2,7 м в установках 20-35 кВ, должны ограждаться сетками, причем высота прохода под сеткой должна быть не менее 1,9 м.
Осмотры оборудования производятся из коридора обслуживания, ширина которого должна быть не меньше 1 м при одностороннем и 1,2 м при двустороннем расположении оборудования. Если в коридоре ЗРУ размещены приводы разъединителей и выключателей, то ширина такого коридора управления должна быть соответственно 1,5 м и 2 м.
При установке в ЗРУ масляных трансформаторов предусматриваются меры для сбора и отвода масла в маслосборную систему. В ЗРУ предусматривается естественная вентиляция помещений трансформаторов и реакторов, а также аварийная вытяжная вентиляция коридоров обслуживания открытых камер с маслонаполненным оборудованием.
3.3.2. Комплектные распределительные устройства внутренней установки
Комплектное распределительное устройство (КРУ) – это распределительное устройство, состоящее из закрытых шкафов со встроенными в них аппаратами, измерительными защитными приборами и вспомогательными устройствами.
Шкафы КРУ изготовляются на заводах, что позволяет добиться тщательной сборки всех узлов и обеспечения надежной работы электрооборудования. Шкафы с полностью собранным и готовым к работе оборудованием поступают на место монтажа, где их устанавливают, соединяют сборные шины на стыках шкафов, подводят силовые и контрольные кабели. Применение КРУ позволяет ускорить монтаж распределительного устройства. КРУ безопасно в обслуживании, так как все части, находящиеся под напряжением, закрыты металлическим кожухом.
В качестве изоляции между токоведущими частями в КРУ могут быть использованы воздух, масло пирален, твердая изоляция, инертные газы. Наша промышленность выпускает КРУ 3-35 кВ с воздушной изоляцией, 110-220 кВ с изоляцией из элегаза, на высокие напряжения 220, 400 и 500 кВ с масляной и газовой изоляцией.
В КРУ могут применяться обычные аппараты или специально предназначенные для них, могут сочетаться и те и другие. Шкаф КРУ несгораемыми перегородками разделен на отсеки: выключателя на выдвижной тележке; сборных шин; линейного ввода; релейного шкафа. Конструкция шкафов КРУ предусматривает возможность установки тележек с выключателем, трансформатором напряжения или с разъединяющими контактами с перемычкой в рабочем, контрольном положении и выкатывание из шкафа для ревизии и ремонта. Шкафы КРУ имеют блокировочные устройства, не позволяющие вкатывать или выкатывать тележку при включенном выключателе, а также включать заземляющий разъединитель при рабочем положении тележки и вкатывать тележку при включенном заземляющем разъединителе. Вторичные цепи релейного шкафа соединяются с вторичными цепями выкатного элемента с помощью штепсельных разъемов и гибких шлангов.