22

Электрический аппарат.

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

Классификация электрических аппаратов.

Признаки:

1.Назначение (основной признак классификации);

2.Область применения;

3.Принцип действия;

4.Род тока;

5.Исполнение защиты от воздействия окружающей среды.

Разделение электрических аппаратов по назначению:

1.Коммутационные аппараты распределительных устройств служащие для включения и отключения электрических цепей.

- рубильник;

- пакетные выключатели;

- выключатели нагрузки;

- выключатели высокого напряжения;

- разъединители;

- отделители;

- коротко-замыкатели;

- автоматические выключатели;

- предохранители.

2.Ограничивающие аппараты.

- предназначены для ограничения токов Короткого Замыкания и ограничения перенапряжения.

- токоограничивающий реактор (от К.З.)

- разрядник (от перенапряжения).

3.Пуско-регулирующие аппараты.

- предназначены для пуска, регулирования частоты вращения, напряжения и тока электрических машин или каких-либо других потребителей электрической энергии.

- контроллеры;

- командо-контроллеры;

- контакторы;

- пускатели;

- резисторы;

- реостаты.

Для аппаратов этой группы характерны частые включения и отключения, число которых достигает 3600 в час и более.

4.Аппараты для контроля заданных электрических и неэлектрических параметров.

- реле;

- датчики.

Для реле характерно плавное изменение входной (контролируемой) величины вызывающее скачкообразное изменение выходного сигнала, который обычно воздействует на схему автоматики.

В датчиках непрерывное изменение входной величины преобразуется в изменение какой-либо электрической величины, являющейся выходной.

С помощью датчиков могут контролироваться как электрические, так и не электрические величины.

5.Аппараты для измерений.

С помощью этих аппаратов цепи первичной коммутации (главные цепи) изолируются от цепей измерительных и защитных приборов, а измеряемая величина приобретает стандартное значение удобное для измерений.

- трансформаторы тока;

- трансформаторы напряжения;

- емкостные делители напряжения.

6.Электрические регуляторы.

- предназначены для регулирования заданного параметра по определённому закону.

Такие аппараты служат для поддержания на неизменном уровне напряжения, тока, температуры, частоты вращения и других величин.

По номинальному напряжению электрические аппараты разделяются на 2 группы:

1гр: Аппараты низкого напряжения (низковольтные) с номинальным напряжением до 1000Вольт.

2гр: Аппараты высокого напряжения – это более 1000 Вольт.

Защитные оболочки электрических аппаратов.

Для предотвращения соприкосновения обслуживающего персонала с токоведущими или подвижными частями и исключение попадания в аппараты инородных тел.

Обозначения по ГОСТу:

1-я цифра: - степень защиты о прикосновения к опасным деталям аппарата.

2-я цифра: - характеризует защиту от попадания внутрь инородных тел (в аппарат) и жидкостей.

IP00 – открытое исполнение, защита от прикосновения с токоведущими и подвижными частями отсутствует, инородные тела могут попасть внутрь аппарата.

IP20 – Защищённое исполнение, оболочка таких аппаратов защищает от случайного прикосновения к токоведущим и подвижным частям.

IP44 – Оболочка защищает аппарат от попадения внутрь него мелких предметов диаметром более 1-го мм. Оболочка защищает от воздействия брызг жидкостей попадающих под любым углом.

IP54 – Оболочка аппарата защищает от вредного воздействия пыли (допускается попадание внутрь небольшого количества пыли не нарушающего нормальную работу аппарата).

IP65 – Пыле-водо-защищённое исполнение. Оболочка полностью препятствует попаданию пыли, а также зашишает от воздействия струи воды, направленной под любым углом к её поверхности.

IP67 – Герметичное исполнение. Оболочка обеспечивает полную герметичность аппарата от влаги и пыли.

Воздействие механических и климатических факторов

на электро.аппараты.

Под климатическими факторами внешней среды понимаются:

- температура и влажность окружающего аппарат воздуха;

- давление воздуха (высота над уровнем моря);

- солнечное излучение;

- дождь;

- ветер;

- пыль (в т.ч.снежная пыль);

- солевой туман;

- иней;

- гидростатическое давление воздуха;

- плесневые грибки, а также содержание в воздухе коррозионно-активных агентов.

(N) У – для работы в умеренном климате;

(NF) УХЛ – с умеренным и холодным коиматом;

(TH) ТВ – с влажным тропическим климатом;

(TA) ТС – тропический сухой климат;

(Т) Т – тропический климат, сухой и влажный;

(U) О – Электрический аппарат для всех макро-климатических районов на суше кроме района с очень холодным климатом.

УХЛ4. Цифровое обозначение.

Цифра – это категория размещения для эксплуатации:

1 – на открытом воздухе;

2 – под навесом;

3 – в закрытых помещениях с естественной вентиляцией, без искусственно регулируемых климатических условий, где колебание температуры и влажности воздуха и воздействия песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе;

4 – В помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями;

5 – В помещениях с повышенной влажностью ( в шахтах, в подвалах).

Общие требования к электрическим аппаратам.

1.При номинальном режиме работы температура токоведущих элементов аппарата не должна превышать значений рекомендованных соответствующим ГОСТом или другим нормативным документам.

Термические и динамические нагрузки не должны вызывать остаточных явлений, нарушающих работоспособность аппарата после устранения короткого замыкания.

2.Аппараты предназначенные для частого включеиня и отключения должны иметь высокую износоустойчивость.

3.Контакты аппаратов предназначенных для отключения токов К.З.-ия должны быть рассчитаны на этот режим (автоматы в квартире).

4.изоляция электрических аппаратов должна выдерживать перенапряжение, которое имеет место в эксплуатации и обладать определённым запасом, учитывающим ухудшение свойств изоляции с течением времени, и в следствии осаждения пыли, грязи и влаги.

5.К каждому аппарату предъявляется ряд специальных требований, обусловленных его назначением (выключатель высокого напряжения должен отключать ток К.З.-ия за малое время (0,04-0,06 секунды), трансформатор должен давать тепловую и угловую погрешность не превышающие определённого значения).

Электродинамические усилия в электрических аппаратах.

При Коротком Замыкании в сети через токоведущую часть аппарата проходят токи в десятки раз превышающие номинальные. При взаимодействии этих токов с магнитным полем других токоведущих частей аппарата создаются электродинамические усилия. Эти усилия стремятся деформировать, как проводники токоведущих частей, так и изоляторы на которых они крепятся.

Электродинамической стойкостью аппарата называется, его способность противостоять электродинамическим усилиям, возникающим при прохождении токов Короткого Замыкания.

Аппараты управления.

Контроллеры, командо-аппараты и реостаты.

Контроллером называется электрический аппарат с ручным управлением, предназначенный для изменения схем подключения электродвигателя к электричесому питанию.

По конструктивному исполнению контроллеры делятся на:

- барабанные;

- кулачковые;

- плоские.

Барабанный контроллер:

На одном валу устанавливается ряд контактных элементов. Имеется сегментно-держатель который изолирован от вала. Барабанный контроллер имеет подвижный и неподвижный контакты. Сегментно-держатели соседних контактных элементов можно соединить между собой в различных необходимых комбинациях.

Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором с помощью барабанного контроллера:

У барабанного контроллера есть 3 положения: вперёд, стоп, назад.

В цепь обмотки ротора двигателя включены резисторы.

В положении «вперёд» контроллера обмотка статора подключается к напряжению сети, а резисторы в цепях обмотки ротора включены полностью (все подключены).

По мере вращения барабана контроллера эти резисторы выводятся из цепи обмотки ротора.

Вследствие малой износостойкости контактов допустимое число включений контроллера в час не превышает 240.

Кулачковый контроллер:

Контроллеры переменного тока (кулачковые) в виду облегчённого гашения дуги могут не иметь дугогасительных устройств. В них устанавливаются только дугостойкие асбестоцементные перегородки.

Контроллеры постоянного тока имеют дугогасительные устройства, которые гасятдугу путём её дробления на более мелкие.

Плоские контроллеры.

При большом числе контактов габариты и масса кулачковых и барабанных контроллеров резко возрастает. В этом случае, если число операций в час при регулировании и пуске не велико применяются плоские контроллеры.

В плоском контроллере на плите из изолированного материала располагаются неподвижные контакты по которым скользит подвижный контакт. Одновременно соприкасающийся с токосъёмной шиной.

Командо-аппараты.

1.Кнопки управления – предназначены для схем пуска, останова и реверса электродвигателей, путём замыкания и размыкания обмоток контакторов (пускателей), которые коммутируют главные цепи, а также для управления различными схемами автоматики. Для повышения надёжности контакты - из серебра. При переменном токе дуга надёжно гвснет при напряжении до 500В и токе до 3А. При постоянном токе и напряжении равном 440В отключаемый ток не превышает 0,15А.

2.Коммандо-контроллеры – применяются, когда необходимо производить переключение нескольких цепей по определённой программе с большой частотой включений.

Бывают:

- кулачкового типа, регулируемые и нерегулируемые.

В регулируемом командо-контроллереможно установит до 6 контактов. Число коммутирующих частей может меняться от 4 до 12-ти. Вращение вала командо-контроллера может осуществляться специальным исполнительным двигателем, что обеспечивает дистанционное управление.

3.Путевые (позиционные) выключатели и микро-выключатели.

- предназначены для замыкания и размыкания слаботочных цепей в зависимости от пространственного положения рабочего органа управляемого электроприводом.

Ещё называют концевые выключатели (концевики).

Контактные путевые переключатели можно разделить на:

- кнопочные;

- рычажные.

При скорости штока менее 0,4 м/мин необходимо применять выключатели с повышенным быстродействием (более чувствительный).

При большом числе переключаемых цепей и большой точности в качестве путевого переключателя может применяться регулируемый командо-контроллер.

Геркон (магнитно управляемые контакты) пусковой выключатель

Для повышения долговечности и надёжности в пусковых выключателях часто применяются магнито-управляемые контакты – герконы.

С контролируемым рабочим органом жёстко связана пластина из магнитомягкой стали. Пластина входит в узкую щель, с одной стороны которой расположен геркон, а с другой постоянные магниты. При вхождении в щель пластины через неё замыкается поток постоянного магнита. Магнитный поток в герконе исчезает и происходит его переключение. Частота переключения до 6000 в час.

4.Ключи управления. – применяются при большом числе сложных и разнообразных коммутационных операций. Вал переключателя имеет как фиксированные положения, так и нефиксированные из которых он автоматически возвращается в исходное положение после прекращения воздействия оператора.

Резисторы пусковых

и пуско-регулирующих реостатов.

1.В зависимости от назначения резисторы деляться на следующие группы:

а) Пусковые резисторы

- для ограничения тока в момент подключения к сети двигателя и для поддержания тока на определённом уровне в процессе его разгона.

б) Тормозные резисторы

- для ограничения тока двигателя при его торможении.

в) Регулировочные резисторы

- для регулирования тока или напряжения в электрической цепи.

г) Добавочные резисторы

- включаются последовательно в цепь электроаппарата с целью снижения напряжения на нём.

д) Разрядные резисторы

- включаются параллельно обмоткам электромагнитов или индуктивностей с целью ограничения перенапряжений при их отключении или для замедления отпускания реле и контактов.

е) Балластные резисторы

- включаются в цепь последовательно для поглощения части энергии или параллельно источнику с целью предохранения его от перенапряжений при отключении от нагрузки.

ж) Нагрузочные резисторы

- для создания искусственной нагрузки генераторов и других источников питания. Используется при испытаниях электроаппаратов.

з) Нагревательные резисторы

- для нагрева окружающей среды или аппаратов при низких температурах.

и) Заземляющие резисторы

- включаются между землёй и нулевой точкой генератора или трансформатора с целью ограничения токов Короткого Замыкания на землю и возможных перенапряжений при замыканиях на землю.

к) Установочные резисторы

- для установки определённого значения тока или напряжения в приёмниках электроэнергии.

Пусковые, тормозные, разрядные и заземляющие резисторы в основном предназначены для работы в кратковременном режиме и должны иметь большую постоянную времени нагрева. Все остальные резисторы работают в длительном режиме и требуют необходимое поверхности охлаждение.

Контакторы и магнитные пускатели.

Контакторы – это электрический аппарат предназначенный для коммутации в силовых электроцепях. Замыкание и размыкание осуществляется в контакторах чаще всего под под воздействием электромагнтного привода.

Контакторы постоянного тока.

- для коммутации цепей постоянного тока и как правило приводятся в действие электромагнитами постоянного тока.

Контакторы переменного тока.

- для коммутации цепей переменного тока. Электромагниты этих контакторов могут быть как переменного тока так и постоянного тока.

Категории применения контакторов:

1.Контакторы переменного тока (по ГОСТу)

АС-1 - активная и малоиндуктивная нагрузка.

АС-2 - пуск электродвигателей с фазным ротором, торможение-противовключение.

АС-3 - пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором; отключение вращающихся двигателей при номинальной нагрузке.

АС-4 - пуск электродвигателей с короткозамкнутым ротором; отключение неподвижных или медленно вращающихся электродвигателей; торможение противовключение.

2.Контакторы постоянного тока.

ДС-1 - активная мало индуктивная нагрузка.

ДС-2 - пуск электродвигателей постоянного тока с параллельным возбуждением и их отключение при номинальной частте вращения.

ДС-3 - пуск электродвигателей с параллельным возбуждением и их отключение при неподвижном состоянии или медленном вращении ротора.

ДС-4 - пуск электродвигателей с последовательным возбуждением и их отключение при номинальной частоте вращения.

ДС-5 - пуск электродвигателей с последовательным возбуждением и отключение неподвижных или медленно вращающихся электродвигателей; торможение противотоком.

Основные технические данные контакторов.

1.Номинальный ток главных контактов.

2.Предельный отключаемый ток.

3.Номинальное напряжение коммутируемой цепи.

4.Механическая и коммутационная износостойкость.

5.Допустимое число включений в час (сколько может)

6.Собственное время включения и отключения.

Контакторы имеют следующие основные узлы:

1.Контактная система (главная);

2.Дугогасительное устройство;

3.Электромагнит;

4.Система вспомогательных контактов (в системах управления).

Система вспомогательных слаботочных контактов служит для согласования работы контактора с другими устройствами.

Контакторы постоянного тока.

Номинальный ток контакторов расположенных в шкафах понижается примерно на 10% из-за ухудшения охлаждения.

В продолжительном режиме работы, когда длительность нахождения во включенном состоянии превышает 8 часов, допустимый ток контактора снижается, примерно, на 20%-ов, т.е. рассчитывать надо на более меньший ток при эксплуатации.

Дугогасительное устройство

для контакторов постоянного тока.

Чаще всего применяется устройство с электромагнитным дутьём.

Электромагнит.

При включении электромагинта преодолеваются условия возвратной и контактной пружины. Тяговая характеристика электромагнита должна преодолевать во всех точках характеристики пружин при минимально допустимом напряжении на катушек (примерно, 0,85% от номинального напряжения) и нагретом её состоянии.

Важным параметром контактора является - коэффициент возврата (возврата пружины).

Наибольшее напряжение на катушке не должно превышать 110% от номинального, т.к. при этом увеличивается износ контактов из-за усиления ударов якоря и температура катушки может превысить допустимое значение.

Контакторы переменного тока.

Контакторная система.

Контакторы переменного тока выпускаются на номинальный ток от 100 до 1000А при числе главных контактов от 1 до 5.

Электромагнит.

Магнитопровод электромагнита состоит из 2-х сердечников один из которых неподвижен, а другой (якорь) связан через рычаги и контактной системой.

Пусковой ток электромагнита чаще всего равен 10-тикратному току притянутого состояния. В связи с большим пусковым током недопустима подача напряжения , если якорь по каким-либо причинам удерживается в отпущенном состоянии.(сгорит)

Электромагниты контакторов переменного тока могут работать от сети постоянного тока (наоборот нет) – включается форсировочный резистор т.е. шунт на контакты.

Недостатки:

1.Сложность схемы;

2.Большие габариты;

3.Высокая стоимость.

Тепловое реле.

Тепловое реле служит для защиты от перегрузок и пропадания фазы.

Срабатывает при протекании тока превышающего ток уставки т.е. при высоком токе.

Электомагнитые реле.

Классификация:

Реле – это электрический аппарат в котором при плавном изменении управляющего (входного) сигнала до определённой заданной величины происходит скачкообразное изменение управляемого ( выходного) параметра.

Хотя бы один из параметров ( входной или выходной) должен быть электрическим.

По области применения реле можно разделить:

а) Реле для схем автоматики;

б) Реле для упавления и защиты ЭлектроПривода;

в) Реле для защиты энергосистем.

По принципу действия реле делятся:

а) Электромагнитные;

б) Поляризованные;

в) Тндукционные;

г) Тепловые;

д) Магнито-электрические;

е) Полупроводниковые

и т.д.

В зависимости от входного параметра реле подразделяются:

а) Реле тока;

б) Реле напряжения;

в) Реле мощности;

г) Реле частоты;

д) Реле сопротивления.

Реле может реагировать не только на входной параметр, но и на разность значений (например: дифференциальное реле), также может реагировать на изменение знака, на скорость изменения входного параметра.

Иногда реле имеющие только 1 входной параметр должно воздействовать на несколько независимых цепей. В этом случае это реле воздействует на другое реле (промежуточное реле), которое имеет необходимое число управляемых цепей. Промежуточное реле используется и тогда, когда мощность воздействия основного реле не достаточна для воздействия на управляемую цепь.

По принципу действия на упраляемую цепь реле делятся на:

а) Контактные;

б) Бесконтактные.

Выходным параметром бесконтактных реле является резкое изменение сопротивления, включенного в управляемую цепь.

Разомкнутому состоянию контактов контактного реле соответствует большое сопротивление управляемой цепи бесконтактного реле. Это состояние бесконтактного реле называется – закрытым.

По способу включения реле различаются на:

а) Первичные;

б) Вторичные.

Первичные реле включаются в управляемую цепь непосредственно.

Вторичные – через измерительные трансформаторы.

Основные характеристики реле.

Характеристика управления реле представляющая собой зависимость выходного параметра от входного для реле с замыкающим контактом. У этих реле при отсутствии входного сигнала контакты разомкнуты и ток в управляемой цепи равен нулю.

Значение входного параметра (напряжение, ток и т.д.) при котором происходит срабатывание реле называется - параметром срабатывания.

Значение входного параметра при котором происходит скачкообразное отпускание реле называется - параметром отпускания.

Значение параметров срабатывания или отпускания на которые отрегулированы реле называются - уставкой по входному параметру.

Время с момента подачи команды на срабатывание до момента начала возрастания выходного параметра называется - временем срабатывания. Это время зависит от конструкции реле, схемы его включения и входного параметра.

Важные параметры ряда реле.

1.Коэффициент запаса – это отношение входного параметра к уставке срабатывания. С ростом коэффициента запаса возрастает вибрация контактов электромагнитного реле.

2.Коэффициент возврата – это отношение параметра отпускания к параметру срабатывания.

3.Время отключения – это время с момента подачи команды на отключение до достижения минимального значения выходного параметра.

4.Важным параметром характеризующим усилительные свойства реле является отношение максимальной мощности в управляемой цепи к минимальной мощности входного сигнала при котором происходит срабатывание реле.

Для контактных реле максимальная мощность определяется не длительным током допустимым для данного контакта, а током нагрузки, который может быть многократно отключен.