Кнопки управления служит для коммутации низковольтных электрических цепей. Они бывают одноцепные и двухцепные с замыкающими и размыкающими контактами. В большинстве случаев кнопки делаются с самовозвратом, т.е. при снятии механического давления их контакты возвращаются в исходное положение. На рис. 28 показана конструкция кнопки с двумя парами контактов: замыкающими и размыкающими.

Рис.28. Кнопка управления

Предохранители - это коммутационные аппараты, предназначенные для автоматического однократного отключения защищаемой цепи при КЗ или перегрузке. Отключение цепи осуществляется путем расплавления плавкой вставки, включенной в рассечку защищаемой цепи под действием тока, превышающего определенную величину.

Плавкие предохранители характеризуются следующими параметрами.

Номинальное напряжениеU н.пр. - напряжение, указанное на предохранителе и соответствующее наибольшему напряжению сетей, в которых разрешается установка данного предохранителя.

Номинальный ток предохранителяI н.пр. - при котором токоведущие и контактные части предохранителя нагреваются до допустимой температуры. Номинальный ток предохранителя всегда должен быть больше или равен номинальному току плавкой вставки, т.е. I н.пр. ≥ I н.вст.

Номинальный ток плавкой вставки I н.вст - ток, выдерживаемый плавкой ставкой неограниченно долго.

Предельный ток отключения при данном напряжении I пр.пр - наибольшее значение тока КЗ сети, при котором гарантируется надежная работа предохранителей, т. е. дуга гасится без каких-либо повреждений корпуса.

Защитная (время-токовая) характеристика предохранителя- это зависимость времени полного отключения τ откл от отношения ожидаемого тока в цепи (тока КЗ или перегрузки) к номинальному току плавкой вставки

Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка , включаемая в рассечку защищаемой цепи, и дугогасительное устройство , гасящее дугу, возникающую после плавления вставки.

Процесс срабатывания предохранителя делится на несколько стадий: нагревание вставки до температуры плавления, плавление и испарение вставки, возникновение и гашение электрической дуги с восстановлением изоляционных свойств образующегося изоляционного промежутка.

Наиболее распространенные материалы плавких вставок – медь, цинк, алюминий, свинец и серебро. Вставки из цинка и свинца имеют низкую температуру плавления (419 о С и 327 о С), поэтому температура нагрева всего предохранителя при длительном прохождении номинального тока также не может быть большой. При плавлении на внешней поверхности цинка образуются прочные пленки окисла, внутри которых может находиться жидкий металл. В этих условиях после плавления вставки цепь тока не прерывается, и значение пограничного тока может оказаться неопределенным. Цинк имеет относительно высокий потенциал ионизации (9,4 электрон-вольт), что способствует гашению дуги. Цинк устойчив против коррозии, поэтому сечение плавких вставок из цинка в эксплуатации не изменяется, и их защитные характеристики остаются стабильными. Так как цинк и свинец имеют сравнительно высокое удельное электрическое сопротивление, поперечное сечение вставок из этих металлов оказывается значительным.

Медные вставки подвержены окислению, их сечение со временем уменьшается, токи и время срабатывания изменяются и перестают соответствовать заданным значениям. Покрытие медных вставок слоем олова (лужение) позволяет сохранить стабильность их сечения и характеристик. Серебряные вставки не окисляются и их характеристики наиболее стабильны. Но серебро дорого, поэтому его применяют лишь в особо ответственных случаях. Если необходимо получить большую выдержку времени предохранителя при нагрузках, следует применять плавкие вставки из цинка и свинца. Вставки из серебра и меди дают меньшие выдержки времени.

Алюминиевые плавкие вставки применяются в предохранителях в связи с острым дефицитом традиционных цветных металлов. Высокое сопротивление оксидных пленок на алюминии затрудняет осуществление надежного разъемного контакта. Толстая оксидная пленка образует тугоплавкую оболочку на поверхности вставки и затрудняет ее разрушение при плавлении токами короткого замыкания (жидкий металл удерживается в «трубке» из пленки). Но эти недостатки устранены и алюминиевые вставки нашли применение в предохранителях разработки последних лет.

По принципу устройства предохранители можно разделить на следующие виды: с открытой плавкой вставкой в воздухе; закрытые предохранители с наполнителем (засыпные); жидкометаллические и инерционные.

В закрытых предохранителях, выполненных в виде фибровой трубки, закрытой с концов латунными колпаками, гашение дуги осуществляется в результате повышения давления внутри трубки из-за разложения фибры. В засыпных предохранителях возникшая при плавлении вставок электрическая дуга тесно соприкасается с мелкими зернами наполнителя (кварцевый песок), интенсивно охлаждается, деионизируется и поэтому быстро гаснет.

Независимо от конструкции, работа предохранителя характеризуется так называемой защитной или время-токовой характеристикой, которая представляет собой зависимость времени плавления плавкой вставки от величины протекающего через нее тока. Общий вид такой характеристики представлен на рис. 29.

Рис.29. Согласование характеристик предохранителя и защищаемого объекта.

Предохранитель будет защищать лишь в том случае, если его защитная характеристика (кривая 1) располагается несколько ниже характеристики защищаемого объекта (кривая 2) при любом значении тока в цепи (рисунок 9). Однако реальная характеристика предохранителя (кривая 3) пересекает кривую 2. В области больших перегрузок (область Б) предохранитель защищает объект. В области А предохранитель объект не защищает.

При небольших перегрузках (1,5-2)I н нагрев предохранителя протекает медленно. Большая часть тепла отдается окружающей среде. Для защиты от небольших перегрузок необходимо использовать другие устройства.

Ток, при котором плавкая вставка сгорает при достижении ею установившейся температуры, называется плавящим или пограничным током I погр .

Различают нижнее и верхнее значения испытательного тока. Нижнее значение испытательного тока - это максимальный ток, который, протекая в течение 1 ч, не приводит к перегоранию предохранителя. Верхнее значение испытательного тока - это минимальный ток, который, проходя в течение 1 ч, плавит вставку предохранителя. С достаточной точностью можно принять пограничный ток равным среднеарифметическому испытательных токов.

Величина пограничного тока зависит от многих факторов, главнейшие из которых: конфигурация плавкой вставки, конструкция предохранителя. Длительность перегорания плавкой вставки существенным образом зависит от степени перегрузки. Так, при небольших перегрузках большое влияние на длительность перегорания оказывают массивность и степень поджатия контактов, температура и быстрота движения окружающего вставку воздуха, состояние поверхности, химический состав материала вставок.

Роль перечисленных факторов при токах короткого замыкания практически не сказывается на времени перегорания плавкой вставки.

Таким образом, защитная характеристика предохранителя представляет собой сложное явление, зависящее от целого ряда факторов, которые в большинстве случаев не поддаются точному учету. Поэтому единственный путь для получения действительной картины происходящих явлений – это путь эксперимента.

Предохранители серии ПР-2 (рис. 30) имеют закрытые разборные патроны без наполнителя, изготовляются на напряжение 220 В (габарит I) и напряжение 500 В (габарит II). Номинальные токи патронов 15 – 1000 А. Номинальные токи вставок 6 – 1000 А.

Трубчатый патрон предохранителя состоит из фибрового цилиндра 3 , латунных втулок 4, имеющих прорезь для плавкой вставки 1, и латунных колпачков 5.

Плавкая вставка 1 изготовляется из цинка, стойкого против коррозии. Вставка выполняется в виде пластинки с вырезами, уменьшающими ее сечение на отдельных участках (рисунок 30, в). Такая конструкция вставки позволяет снизить время ее перегорания при протекании больших токов и, кроме того, повысить отключающую способность предохранителя в результате снижения количества паров металла в дуге при перегорании вставки (вставка перегорает лишь в суженных местах). В предохранителях с I ном патрона 15 – 60 А латунные колпачки 5 являются контактными частями предохранителя, а у предохранителей с I ном от 100 А и выше контактными частями являются медные ножи 2 (см. рисунок 30, б). Шайба 6, имеющая паз для ножа, предотвращает его поворот.

Рис.31. Предохранитель типа ПН-2.

Фарфоровая трубка 1, квадратная наружи и круглая внутри, имеет по углам четыре резьбовых отверстия в которые ввинчиваются винты, крепящие пластинки 5. К этим пластинкам винтами привинчены диски 4 с приваренными с одной стороны медными плавкими вставками 2 с оловянным растворителем 7, а с другой стороны – ножами 9. Для герметизации патрона под пластины 5 кладется асбестовая прокладка 6, что предохраняет песок от увлажнения. Плавкие вставки 2 имеют прямоугольное сечение с суженными участками 8 (от 1 до 5).

Перегоревшая плавкая вставка заменяется вместе с ножами. Патрон заполняется кварцевым песком 3 с размерами зерен от 0,2 до 0,4 мм. Влажность песка должна быть не более 3 %.

Предохранитель ПНБ-2 (Б - быстродействующий) имеет такую же конструкцию как ПН-2, но вставки у них серебряные и предназначены для защиты германиевых и кремниевых выпрямителей.

Предохранители работают бесшумно, практически без выброса пламени и газов, что позволяет устанавливать их на близком расстояния друг от друга.

Переключатели - это контактные коммутационные аппараты, предназначенные для переключения электрических цепей.

В распределительных устройствах до 1 кВ и в слаботочных цепях автоматики широкое применение получили пакетные переключатели и выключатели. На рис. 32 показан пакетный кулачковый выключатель. На основании выключателя укреплены два пакета /, //, внутри которых расположены по три полюса контактных систем. При повороте рукоятки 9поворачиваются вал 2и кулачок 3. Если шток 5попадает в выемку кулачка, то контакты 7, 8замыкаются под действием пружины 6.Если шток попадает на выступ кулачка, то контакты размыкаются. Возникшая дуга гасится в закрытом объеме герметизированного корпуса 4из изоляционного материала. Внешняя сеть подключается к выводам 1.

Рис. 32. Пакетный кулачковый выключатель

Пакетные переключатели имеют малые габариты, удобны в монтаже, исключается выброс пламени и газов. Контактная система позволяет управлять одновременно большим количеством цепей. Такими переключателями разрешается отключать номинальные токи.

Пакетные выключатели не обеспечивают видимого разрыва цепи, поэтому в некоторых цепях устанавливают рубильники.

Рубильники предназначены для ручного включения и отключения цепей постоянного и переменного тока до 1000 В. По конструкции различают одно-, двух- и трехполюсные рубильники.

На рис. 33 показан рубильник с рычажным приводом. Подвижный контакт-нож 3вращается в шарнирной стойке 4, создавая разрыв с неподвижным контактом 1. Дугогасительная камера 2обеспечивает гашение дуги. Ножи всех полюсов объединены изоляционньм валиком, движение которому передается тягой 5. Рукоятка монтируется на передней стороне шкафа, а контактная часть - внутри шкафа. Таким образом, операции с рубильником безопасны для персонала. Таким рубильником можно отключать номинальный ток в установках 380 В и 50% номинального тока в установках 500В.

Рис. 33. Рубильник с рычажным приводом

Автоматические выключатели предназначены для коммутации цепей при токах КЗ и перегрузке, а также для редких включений и отключений цепей в нормальном режиме.

В установках до 1 кВ применяются разнообразные по конструкции и назначению автоматические выключатели. Наиболее широкое применение получили автоматические выключатели серий ABM, AM, А-3700, Э.

Во всех автоматических выключателях имеются дугогасительные 1 и главные 2 контакты (рис. 34). Главные контакты (медь, серебро) имеют малое переходное сопро­тивление и могут длительно пропускать большие номи­нальные токи. Параллельно главным включены дугогасительные контакты, выполненные из металлокерамики.

Отключающий импульс по механической связи 6 воз­действует на рычаги 5 механизма свободного расщепле­ния, «ломает» их по шарнирному соединению О 2 , и кон­тактный рычаг 3 под действием отключающей пружины 4 поворачивается против часовой стрелки. При этом отклю­чаются сначала главные, а затем дугогасительные контак­ты. Возникшая дуга под действием электродинамических сил втягивается в дугогасительную камеру с деионной решеткой из металлических пластин 9, где разделяется на ряд коротких дуг и гаснет. Включение выключателя осу­ществляется рукояткой 7 или электромагнитным приводом 8.

Рис. 34. Основные узлы автоматического вы­ключателя

В зависимости от типа автоматического выключателя отключающий импульс может создаваться электромагнитным расцепителем, реагирующим на токи КЗ, тепловым расцепителем, реагирующим на перегрузку, расцепителем, реагирующим на снижение напряжения. Возможно ди­станционное отключение от независимого расцепителя.

Автоматические выключатели изготовляются в стацио­нарном и выдвижном исполнении. Более подробно характеристики автоматических выключателей будут рассмотрены при выполнении курсовой работы.

Вопросы для самопроверки:

· Предохранители.

· Переключатели.

· Рубильники.

· Автоматические выключатели.

Страница 1 из 18

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

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.
Понятие «электрический аппарат» охватывает очень большой круг бытовых и промышленных устройств. Многообразие самих аппаратов и выполняемых ими функций, совмещение в одном аппарате нескольких функций не позволяют строго классифицировать их по одному какому-то признаку. Представляется целесообразным рассмотреть их по назначению – основной функции, выполняемой аппаратом.

В этом случае они могут быть подразделены на следующие группы:

• – Коммутационные – предназначены для включения и отключения

электрической цепи. (К ним можно отнести – разъединители, выключатели высокого и низкого напряжения, рубильники, переключатели и т.д.).

• – Аппараты защиты – для защиты электрических цепей от ненормальных

режимов работы (к.з., перегрузка). Сюда относятся предохранители высокого и низкого напряжения, различного рода реле.

• –Пускорегулирующие аппараты – для управления электроприводами и

другими промышленными потребителями электроэнергии (двигатели – пуск, остановка, регулирование скорости вращения). Это контакторы, пускатели, реостаты и т.д.

• – Ограничивающие аппараты – для ограничения токов к.з. (реакторы) и перенапряжений (разрядники).
• – Контролирующие аппараты – для контроля заданных электрических и

неэлектрических параметров. Сюда о тносятся различного рода реле и датчики.

• – Регулирующие аппараты – для автоматической и непрерывной

стабилизации и регулирования заданных параметров. Это различные стабилизаторы и регуляторы.

• – Измерительные аппараты – для изоляции цепей первичной коммутации от цепей измерительных приборов и релейной защиты. (Измерительные трансформаторы тока и напряжения).
• – Аппараты, предназначенные для выполнения механической работы – подъемные и удерживающие электромагниты, электромагнитные тормоза, муфты.

Любой аппарат состоит из трех элементов: воспринимающего, преобразующего и исполнительного.
По принципу действия воспринимающего элемента:
Электромагнитные, магнитоэлектрические, индукционные, электродинамические, поляризованные, полупроводниковые, тепловые, электронные, магнитные и т.д.
По принципу действия исполнительного элемента:

• контактные
• бесконтактные

В пределах одной группы или типа аппараты различаются:

• по напряжению : - высокого напряжения (свыше 1000 В)

Низкого напряжения (до 1000 В)

• по роду тока : - постоянного тока,

Переменного тока промышленной частоты,
- переменного тока повышенной частоты

• по величине тока: - слаботочные (до 5А)

Сильноточные (свыше 5А)

• по режиму работы: - продолжительного

Кратковременного
- повторно-кратковременного

• по времени срабатывания: - безынерционные (до 3 мс) быстродействующие (3-50 мс), нормального исполнения (50-150 мс)

замедленные (150 мс-1 с), реле времени (свыше 1 с)

• по способу управления: - автоматические

Неавтоматические (ручного управления)

• по роду защиты от окружающей среды: в исполнении открытом, защищенном, водозащищенном, взрывозащищенном и т.д

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ АППАРАТАМ

• При нормальном режиме работы температура токоведущих частей (элементов) не должна превышать допустимую (значений, рекомендуемых соответствующим ГОСТ или другими нормативными документами).
• Аппараты должны выдерживать в течении определенного времени термическое воздействие токов К.З. без каких-либо деформаций, препятствующих их дальнейшему использованию (высокая износостойкость ).
• Изоляция аппарата должна быть рассчитана с учетом возможных перенапряжений, возникающих в процессе эксплуатации, с некоторым запасом, учитывающим её «старение».
• Контакты электрических аппаратов должны быть способны многократно включать и отключать токи рабочих режимов.
• Аппараты должны иметь высокую надежность и точность, необходимое быстродействие, минимум массы, малые габариты, дешевизну, удобство в эксплуатации.

НАГРЕВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
ИСТОЧНИКИ НАГРЕВА:

• Джоулево тело, выделяющееся в обмотках аппарата. (Это количество тепла, выделяемое в приемнике, которое пропорционально его R, t и I2, Вт*с=Дж).
• Нагрев магнитопровода за счет потерь на перемагничивание и гистерезис.
• Диэлектрические потери в изоляционных материалах.

НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ЯВЛЕНИЙ В
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТАХ

Расширение тел при нагреве - (биметалические тепловые реле – электроутюг).
Создание неблагоприятных тепловых условий в одном аппарате, его разрушение и в результате защита других аппаратов (плавкие предохранители).
Преобразование электрической энергии отключаемой цепи в тепловую энергию и рассеивание этого тепла с помощью дугогасительного устройства в окружающую среду.

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.

Классификация электрических аппаратов может быть проведена по ряду признаков: назначению, области применения, принципу дей­ствия, роду тока, исполнению защиты от воздействий окру­жающей среды, конструктивным особенностям и др. Ос­новной является классификация по назначению, которая предусматривает разделение электрических аппаратов на следующие большие группы.

1. Коммутационные аппараты распределительных устройств , слу­жащие для включения и отключения электрических цепей. К этой груп­пе относятся рубильники, пакетные выключатели, выключатели нагруз­ки, выключатели высокого напряжения, разъединители, отделители, короткозамыкатели, автоматические выключатели, предохранители. Для аппаратов этой группы характерно относительно редкое их включение и отключение. Могут быть и случаи, когда такие аппараты довольно часто включаются и отключаются (например, выключатели высокого напряжения в цепях питания электрических печей).

2. Ограничивающие аппараты , предназначенные для ограничения токов короткого замыкания (реакторы) и перенапряжений (разрядни­ки). Режимы короткого замыкания и перенапряжений являются аварий­ными, и эти аппараты редко подвергаются наибольшим нагрузкам.

3. Пускорегулирующие аппараты , предназначенные для пуска, регулирования частоты вращения, напряжения и тока электрических машин или каких-либо других потребителей электрической энергии. К этой группе относятся контроллеры, командоконтроллеры, контакторы, пус­катели, резисторы и реостаты. Для аппаратов этой группы характерны частые включения и отключения, число которых достигает 3600 в час и более.

4. Аппараты для контроля заданных электрических или неэлектри­ческих параметров. К этой группе относятся реле и датчики. Для реле характерно плавное изменение входной (контролируемой) величины, вызывающее скачкообразное изменение выходного сигнала. Выходной сигнал обычно воздействует на схему автоматики. В датчиках непрерыв­ное изменение входной величины преобразуется в изменение какой-либо электрической величины, являющейся выходной. Это изменение выход­ной величины может быть как плавным (измерительные датчики), так и скачкообразным (реле-датчики). С помощью датчиков могут контро­лироваться как электрические, так и неэлектрические величины.

5. Аппараты для измерений. С помощью этих аппаратов цепи пер­вичной коммутации (главного тока) изолируются от цепей измеритель­ных и защитных приборов, а измеряемая величина приобретает стан­дартное значение, удобное для измерений. К ним относятся трансфор­маторы тока, напряжения, емкостные делители напряжения.

6. Электрические регуляторы. Предназначены для регулирования заданного параметра по определенному закону. В частности, такие ап­параты служат для поддержания на неизменном уровне напряжения, тока, температуры, частоты вращения и других величин.

Разделение аппаратов по областям применения более условно. Ап­параты для электрических систем и электроснабжения объединяют в группу аппаратов распределительных устройств низкого и высокого напряжения. Аппараты, применяющиеся в схемах автоматического управления электроприводами и для автоматизации производственных процессов.

По номинальному напряжению электрические аппараты разделя­ются на две группы: аппараты низкого напряжения (с номинальным напряжением до 1000 В) и высокого напряжения (с номинальным на­пряжением более 1000 В).

Требования, предъявляемые к электрическим аппаратам:

1. При номинальном режиме работы температура токоведущих элементов аппарата не должна превосходить зна­чений, рекомендуемых соответствующим ГОСТ.

При коротком замыкании (КЗ) токоведущие элементы аппарата подвергаются значительным термическим и ди­намическим нагрузкам, вызываемым большим током. Эти нагрузки не должны вызывать остаточных явлений, нарушающих работоспособность аппарата после устранения КЗ.

2. Аппараты, предназначенные для частого включения и отключения, должны иметь высокую износостойкость.

3. Контакты аппаратов, предназначенных для отклю­чений токов КЗ, должны быть рассчитаны на этот режим.

4. Изоляция электрических аппаратов должна выдер­живать перенапряжения, которые имеют место в эксплуа­тации, и обладать определенным запасом, учитывающим ухудшение свойств изоляции с течением времени и вслед­ствие осаждения пыли, грязи и влаги.

5. К каждому аппарату предъявляется ряд специфиче­ских требований, обусловленных его назначением. Так, на­пример, выключатель высокого напряжения должен отключать ток КЗ за малое время (0,04-0,06 с). Трансфор­матор тока должен давать токовую и угловую погрешно­сти, не превышающие определенного значения.

6. В связи с широкой автоматизацией производствен­ных процессов, применением сложных схем автоматики увеличивается число аппаратов, участвующих в работе. Возможность отказа в работе электрических аппаратов требует их резервирования и создания специальной систе­мы поиска неисправностей. В связи с этим электрические аппараты должны обладать высокой надежностью. Выход из строя аппаратов высокого напряжения приводит к боль­шим разрушениям и материальным потерям.

7. Масса, габаритные размеры, стоимость и время, не­обходимые для установки и обслуживания электрических аппаратов, должны быть минимальными. Отвечающие со­временным требованиям электрические аппараты за срок службы 25 лет не должны нуждаться в ремонте и сложной ревизии.

8. Конструкция электрических аппаратов должна обеспечивать возможность автоматизации в процессе их изготовления и эксплуатации.

Понятие электрический аппарат очень объемное, так как в него входит огромное количество промышленных и бытовых устройств.

Электрический аппарат – электротехническое устройство, служащее для управления не электрическими и электрическими объектами, а также их защиты при возникновении ненормальных режимов работы.

Классификация электрических аппаратов

Классификацию электрических аппаратов выполняют по ряду признаков – области применения, роду тока, принципу работы, назначению (основные функции которые выполняет данный электрический аппарат), конструктивным особенностям, степени защиты от воздействия окружающей среды и другим признакам. Основной является классификация по назначению.

В зависимости от назначения электрические аппараты разделяют на следующие группы:

1. Коммутационные аппараты распределительных устройств – данная группа электрических аппаратов служит для подключения и отключения электрических цепей. К данной группе относятся выключатели нагрузки, рубильники, пакетные выключатели, отделители, коротокозамыкатели, предохранители, . Характерным для этих устройств является относительно редкое включение и отключение, однако бывают случаи, когда электрические аппараты данной группы часто совершают коммутационные процессы (например, выключатель высокого напряжения, который питает электрическую печь).
2. Ограничивающие аппараты – их главным назначением является ограничение токов короткого замыкания (реакторы) и перенапряжений (). В нормально спроектированной режими перенапряжения и короткого замыкания редки, поэтому данные электрические аппараты мало подвергаются максимальным нагрузкам.
3. Пускорегулирующие аппараты – предназначены для пуска, регулирования тока, напряжения, частоты вращения электрических машин или других потребителей электрической энергии. К данной группе относят – командоконтроллеры, контроллеры, контакторы, реостаты и пусковые резисторы. Для этой группы характерны частые включения и отключения.
4. Контролирующие аппараты – главная их функция это контроль заданных не электрических или электрических параметров. К этой группе электрических аппаратов относят датчики и реле. Если при плавном изменении измеряемой (или входной величины) значение аппарата изменяется скачком – мы имеем дело с реле. Выходной сигнал, как правило, . Датчик преобразует непрерывные изменения входной величины в преобразованные значения выходной величины (например, скорость в электрический сигнал). Датчики способны контролировать как электрические величины, так и не электрические величины. Как правило, датчики производят плавное преобразование сигнала, хотя возможны варианты и со скачкообразным преобразованием выходных сигналов при плавном изменении входных (реле-датчики).
5. Аппараты для измерений – данные изделия изолируют цепи первичной коммутации (главного тока) от защитных и измерительных приборов. Они преобразуют измеряемую величину до стандартного значения, удобного для измерения обычными приборами. К ним можно отнести и , конденсаторные делители напряжения.
6. Регулирующие аппараты – они предназначены для регулирования заданного параметра по определенному, ранее заданному закону. Такие регуляторы служат для поддержания на заданном уровне значений напряжения, частоты, температуры, тока и других величин.

По областям разделение электрических аппаратов более условно. Электрические аппараты, которые обслуживают электрические системы и системы электроснабжения, объединяют в группу аппаратов распределительных устройств высокого и низкого напряжения.

Огромную группу электрических аппаратов применяют для обслуживания и промышленной автоматизации, которую удобно объединить в группу аппаратов управления. Однако, одни и те же аппараты могут находиться среди аппаратов управления и распредустройств, например пакетные выключатели, реле, трансформаторы тока и напряжения, рубильники и другие устройства.

По напряжению электрические аппараты разделяют на две группы – электрические аппараты низкого напряжения U П ≤ 1000 B и высокого напряжения U П > 1000 B.

Для защиты работников от прикосновения к подвижным или токоведущим частям, а также от попадания в электрический аппарат инородных тел устанавливаются специальные защитные оболочки.

Защитные свойства оболочки обозначаются буквами IP и двумя цифрами, согласно ГОСТ. Первая цифра обозначает степень защиты от попадания твердых тел и прикосновения персонала к токоведущим частям, а вторая цифра – степень защиты от проникновения влаги и жидкостей.

Электрическими аппаратами называются электротехнические устройства для управления потоками энергии и информации, режимами работы, контроля и защиты технических систем и их компонентов. Электрические аппараты в зависимости от элементной базы и принципа действия разделяются на электромеханические и статические.

К электромеханическим аппаратам относятся технические устройства, в которых электрическая энергия преобразуется в механическую либо механическая энергия в электрическую.

Электромеханические аппараты применяются почти во всех автоматизированных системах. Некоторые системы полностью строятся на электромеханических аппаратах. Например, схемы автоматизации пуска, реверса и торможения в нерегулируемом электроприводе состоят в основном из таких электромеханических устройств, как реле и контакторы. Электромеханические аппараты применяются в качестве датчиков, усилителей, реле, исполнительных органов и т. д. Входные и выходные величины этих устройств могут быть как механическими, так и электрическими. Однако в них должно обязательно осуществляться взаимное преобразование механической энергии в электрическую и наоборот.

Статические аппараты выполняются на основе электронных компонентов (диодов, тиристоров, транзисторов и др.), а также управляемых электромагнитных устройств, в которых связь входа и выхода осуществляется через магнитное поле в ферромагнитном сердечнике. Примерами таких устройств могут служить обычный трансформатор из электротехнической стали и магнитный усилитель.

Основой функционирования большинства видов электрических аппаратов (автоматических выключателей, контакторов, реле, кнопок управления, тумблеров, переключателей, предохранителей и др.) являются процессы коммутации (включение и отключение) электрических цепей.

Другую многочисленную группу электрических аппаратов, предназначенных для управления режимами работы и защиты электромеханических систем и компонентов, составляют регуляторы и стабилизаторы параметров электрической энергии (тока, напряжения, мощности, частоты и др.). Электрические аппараты этой группы функционируют на основе непрерывного или импульсного изменения проводимости электрических цепей.

Рассмотрим некоторые виды электрических аппаратов.

Контактор – это электрический аппарат, предназначенный для коммутации силовых электрических цепей как при номинальных токах, так и при токах перегрузки.

Магнитный пускатель – это электрический аппарат, предназначенный для пуска, остановки, реверсирования и защиты электродвигателей. Его единственное отличие от контактора – наличие устройства защиты (обычно теплового реле) от тепловых перегрузок.

Бесперебойная работа асинхронных двигателей в значительной степени зависит от надежности пускателей. Поэтому к ним предъявляются высокие требования в отношении износостойкости, коммутационной способности, четкости срабатывания, надежности защиты двигателя от перегрузок, минимального потребления мощности.

В крановых механизмах широко применяются контроллеры, которые управляют двигателями малой и средней мощности, и командоконтроллеры (двигатели большой мощности).

Контроллер представляет собой аппарат, с помощью которого осуществляются необходимые переключения в цепях двигателей переменного и постоянного тока. Переключения осуществляются вручную поворотом маховика.

Командоконтроллер по принципу действия не отличается от контроллера, но имеет более легкую контактную систему, предназначенную для переключений в цепях управления.

Реле называется такой электрический аппарат, в котором при плавном изменении управляющей (входной) величины происходит скачкообразное изменение управляемой (выходной) величины.

В различных системах автоматизированного электропривода широкое распространение получили электромагнитные реле. Их используют в качестве датчиков тока и напряжения, датчиков времени, для передачи команд и размножения сигналов в электрических цепях. В качестве исполнительных устройств они применяются в датчиках технологических параметров различных машин и механизмов.

Магнитоуправляемый контакт (геркон) – это контакт, изменяющий состояние электрической цепи посредством механического замыкания или размыкания ее при воздействии управляющего магнитного поля на его элементы. Герконы обладают повышенным быстродействием, а также, вследствие, своих конструктивных особенностей, надежностью работы, поэтому они нашли широкое применение в автоматических системах. На их базе создают реле различного назначения, датчики, кнопки и т. п.

Исполнительное устройство – это устройство, осуществляющее перемещение исполнительного органа или силовое воздействие на этот орган в соответствии с заданными функциями и при подаче соответствующих сигналов на обмотки управления. Наиболее часто электромеханические исполнительные устройства применяются для преобразования электрического сигнала в перемещение подвижной части устройства. Примерами являются электромагнитные клапаны, электромагнитные муфты, электромагнитные защелки, задвижки и т. п.

Все элементы аппаратов имеют установленные графические изображения и названия, часть из которых приведена в табл.

Условные обозначения элементов аппаратов

Наименование	Обозначение
Выключатель кнопочный: с замыкающим контактом
с размыкающим контактом
Выключатель однополюсный
Контакт коммутационного устройства: замыкающий
размыкающий
переключающий
Контакт для коммутации сильноточной цепи: замыкающий
размыкающий
замыкающий дугогасительный
размыкающий дугогасительный
Контакт замыкающий с замедлителем, действующим при срабатывании
Реле электрическое с замыкающим, размыкающим и переключающим контактом

Положение контактов аппаратов, изображаемых на схемах управления, при отсутствии внешнего воздействия соответствует их нормальному состоянию. Контакты аппаратов подразделяют на замыкающие, размыкающие и переключающие. В схемах управления электроприводом различают силовые или главные цепи, по которым подается электрический ток к электродвигателям, а также вспомогательные, к которым относятся цепи управления, защиты и сигнализации.

Электроприводы насосов,

Вентиляторов, компрессоров

В современной технике большой класс составляют машины, предназначенные для подачи жидкостей и газов, которые подразделяются на насосы, вентиляторы и компрессоры. Основными параметрами, характеризующими работу таких машин, являются создаваемые ими подача (производительность), давление и напор, а также энергия, сообщаемая потоку их рабочими органами.

Обычно данные системы электропривода подразделяют на несколько групп:

1) Насосы, вентиляторы, компрессоры центробежного типа, статическая мощность на валу которых меняется пропорционально кубу скорости, если потерями холостого хода можно пренебречь и отсутствует противодавление, т. е. это механизмы с так называемой вентиляторной характеристикой. Это наиболее распространенная группа;

2) Различные насосы и компрессоры поршневого типа, мощность на валу которых изменяется по синусоидальному закону в зависимости от угла поворота кривошипа. У поршневых насосов одинарного действия подача осуществляется только при движении поршня вперед, при обратном ходе подача отсутствует;

3) Различные насосы и компрессоры поршневого типа двойного действия. Подача осуществляется при ходе поршня в обе стороны.

Регулируемый электропривод механизмов с вентиляторным моментом

В установках, требующих плавного и автоматического регулирования подачи, электропривод выполняют регулируемым .

Характеристики механизмов центробежного типа создают благоприятные условия работы регулируемого электропривода как в отношении статических нагрузок, так и требуемого диапазона регулирования скорости. Действительно, при уменьшении скорости, по крайней мере квадратично, снижается и момент сопротивления на валу двигателя. Это облегчает тепловой режим двигателя при работе на пониженной скорости. Из законов пропорциональности вытекает, что требуемый диапазон регулирования скорости при условии отсутствия статического напора не превышает заданный диапазон изменения подачи

Если статический напор не равен нулю, то для изменения подачи от нуля до номинального значения необходим диапазон регулирования скорости

где - напор, развиваемый механизмом при .

В среднем для регулируемых механизмов центробежного типа требуемый диапазон регулирования скорости обычно не превосходит 2:1. Отмеченные особенности данных механизмов и невысокие требования в отношении жесткости механических характеристик позволяют успешно применять для них простые схемы регулируемого асинхронного электропривода.

Для установок небольшой мощности (7…10 кВт) задача решается с помощью системы регулятор напряжения – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. В качестве регуляторов напряжения чаще всего используются тиристорные коммутаторы. Такие системы нашли применение в комплексах вентиляторного оборудования, предназначенных для обеспечения требуемого воздухообмена и создания необходимых температурных условий в животноводческих и птицеводческих помещениях в соответствии с зооветеринарными нормами.

В установках, где по условиям эксплуатации допустимо применение асинхронного двигателя с фазным ротором возможности регулируемого электропривода расширяются. Механические характеристики данного привода обеспечивают устойчивую работу в достаточно большом диапазоне скоростей при разомкнутой системе электропривода.

В ряде случаев применяется регулирование скорости механизмов с приводом их асинхронными или синхронными двигателями. При этом между двигателями и производственным механизмом устанавливается гидромуфта или асинхронная муфта скольжения, позволяющая изменять скорость производственного механизма, не изменяя скорости двигателя.

Для примера рассмотримэлектрическую схему автоматизации вентиляторной установки .

Схема управления асинхронным короткозамкнутым двигателем М вентилятора, расположенного в машинном зале и предназначенного для независимой вентиляции крупных электрических машин показана на рис. 4.13. Управление вентилятором осуществляется со щита с помощью ключа управления К1 , имеющего четыре контакта и рукоятку с самовозвратом. Ключ К2 служит для разрешения или запрещения включения вентилятора на месте установки, когда нет надобности в его работе.

Схема работает следующим образом. Ключ К2 устанавливается в положение Р (разрешено). Включается автомат В2 цепей управления и автомат В1 главных цепей (его контакт в цепи самоблокировки пускателя замыкается). Загорается зеленая лампа Л3 (двигатель отключен). Для пуска двигателя М ключ К1 переводится из нулевого положения 0 в пусковое П . при этом включается магнитный пускатель К , ставится на самопитание и главными контактами включает двигатели в сеть. Зеленая лампа ЛЗ гаснет, красная лампа ЛК загорается - двигатель включен.

Рукоятка ключа К1 отпускается, и ключ возвращается в нулевое положение, на котором контакт 2 ключа замыкается, а контакт 1 остается замкнутым.

В схеме предусмотрено опробование вентилятора на месте его установки с помощью кнопки КнО . Предусмотрена также блокировка (с помощью замыкающего блок-контакта К ), не позволяющая включать вентилируемую машину до пуска вентилятора. Защита при коротких замыканиях или перегрузке двигателя М осуществляется автоматом В1 с комбинированным расцепителем. А нулевая защита - пускателем К (новый пуск двигателя не возможен, пока рукоятка ключа К1 не будет поставлена в пусковое положение П ) . При отключении вентилятора в результате действия защиты включается предупредительный сигнал, так как контакты 3 и 4 ключа К1 при этом замкнуты. При ручном отключении вентилятора путем перевода, а затем отпускании рукоятки ключа К1 в положении С предупредительный сигнал не подается, поскольку разомкнут контакт 4 .

Основы электроснабжения

Электроснабжением называют генерирование, передачу и распределение электрической энергии между потребителями.

Генерирование электрической энергии создается электрическими станциями. Почти все промышленные электрические станции имеют конечным элементом синхронный генератор трехфазного синусоидального напряжения. С увеличением единичной мощности генератора повышается его КПД, поэтому современные станции имеют генераторы очень большой мощности.

Электрические станции можно классифицировать таким образом:

тепловые, гидравлические, атомные, ветровые электростанции, гелиоэлектростанции, геотермальные, приливные и т.д. более других распространены тепловые электростанции , которые сжигают уголь, торф, газ, нефть и др. на этих станциях вырабатывается электрическая энергия с КПД около 40 %. Тепловые станции загрязняют воздух вследствие неполного сжигания горючего и недостаточной фильтрации отработанных газов.

Гидравлические станции используют энергию водного потока. На таких станциях вырабатывается значительно более дешевая электрическая энергия. Гидроэлектростанция большой мощности имеет КПД, приближающийся к 90 %. Гидравлические станции нарушают водный баланс рек и также ухудшают экологию.

Атомные электростанции превращают энергию деления атомного ядра в электрическую энергию. КПД реактора атомной станции 25…35 %. В случае аварии на атомной станции возникает угроза радиационного загрязнения среды.

Эксплуатация любого источника электрической энергии может вызвать экологические нарушения. Поэтому в развитых странах уделяется большое внимание технологии выработки электрической энергии. Применяя современную технологию, некоторые страны безопасно вырабатывают свыше 60 % электроэнергии на атомных станциях.

Начинается применение ветровых и гелиоэлектрических станций. Небольшой мощности электроэнергию выдают геотермальная (на Камчатке) и приливная (на Кольском полуострове) станции.

Синхронные генераторы электрических станций индуцируют трехфазную синусоидальную ЭДС величиной 18 кВ. Для уменьшения потерь в линиях электропередач на повышающих подстанциях напряжение трансформируется до 110 и 330 кВ и подается в Единую Энергетическую Систему. Потери в линиях передач пропорциональны квадрату тока, поэтому электроэнергия транспортируется при повышенном напряжении и уменьшенном токе.

Линии электропередач бывают воздушные и кабельные. Воздушные линии электропередач (ЛЭП) значительно дешевле кабельных (подземных) и поэтому шире применяются. Линии электропередач соединяются с трансформаторами специальными высоковольтными коммутирующими устройствами.

Обычно промышленными предприятиями электрическая энергия потребляется с напряжением 380 В. Поэтому перед потребителем устанавливаются распределительные пункты и трансформаторные подстанции, понижающие напряжение до 6…10 кВ и 380…220 В.

Различают три основные схемы электроснабжения потребителей: радиальную, магистральную, смешанную.

Радиальная схема электроснабжения предусматривает применение трансформаторной подстанции для каждого потребителя. Это очень надежная схема электроснабжения, но требует большого количества подстанций.

Магистральная схема предусматривает лишь несколько подстанций, которые включаются в линию электропередачи. К каждой подстанции подключается много потребителей.

Смешанная схема предусматривает участки с радиальным и магистральным включением. Потребители подключаются дифференцированно. Такая схема применяется чаще.

Схема электроснабжения автономной энергетической единицы может быть довольно оригинальной. Особенности электроснабжения зависят от функциональных задач исполнительных механизмов, условий эксплуатации, особых требований, касающихся массы, габаритов, КПД электрических устройств и т.п.

Электроснабжение промышленных предприятий . Около двух третей всей электроэнергии потребляется промышленностью. Схема электроснабжения промышленных предприятий строится по ступенчатому принципу, число ступеней зависит от мощности предприятия и схемы размещения отдельных потребителей электроэнергии. На первой ступени напряжение энергосистемы подводится к главной подстанции, где оно от 110-220 кВ снижается до 10 -6 кВ. Сети второй ступени подводят это напряжение к цеховым трансформаторным подстанциям, где оно понижается до напряжения потребителей. Третью ступень составляют сети, распределяющие напряжение цеховой подстанции между отдельными потребителями.

На крупных предприятиях с большим потреблением электроэнергии питание потребителей может осуществляться при напряжении 660 В. Большинство предприятий используют трехфазные сети 380/ 220 В. В помещениях с повышенной опасностью допустимое напряжение питания потребителей не должно превышать 36 В. В особо опасных условиях (котлы, металлические резервуары) – 12 В.

По требуемой надежности питания потребители электрической энергии делят на три категории. К первой категории относятся такие потребители, перерыв в снабжении электроэнергией которых связан с опасностью для людей или влечет за собой большой материальный ущерб (доменные цехи, котельные производственного пара, подъемные и вентиляционные установки шахт, аварийное освещение и др.) они должны работать непрерывно. Для потребителей второй категории (самых много численных) допускаются перерывы в питании на ограниченное время. К потребителям третьей категории относятся вспомогательные цехи и другие объекты, для которых допускается перерыв в электроснабжении до одних суток.

Для повышения надежности энергоснабжения предусматривается питание потребителей от двух независимых сетей и автоматически включаемого резервного источника электроэнергии. Различают «горячий» и «холодный» резервные источники. «Горячий» резервный источник обеспечивает немедленное аварийное питание, его используют для безаварийной остановки потребителя.

Дальнейшее улучшение систем электроснабжения промышленных предприятий связано с повышением напряжения питания (с 220 до 380 В, с 6 до 10 кВ и т.д.) при максимально возможном приближении высокого напряжения к потребителям (глубокий ввод) и уменьшении числа ступеней трансформации.

Провода и кабели . Для прокладки воздушных линий используют различные виды голых проводов. Стальные однопроволочные провода изготовляют диаметром не более 5 мм. Наибольшее распространение находят многопроволочные провода, которые имеют высокую прочность и гибкость. Их производят из одинаковых проволок, число которых может достигать 37. диаметр проволок и их число подбирают таким образом, чтобы обеспечить наибольшую плотность упаковки проволок в проводе. Обычно 6, 11, 18 проволок располагают вокруг одной центральной и слабо закручивают. Многопроволочные провода бывают стальными, алюминиевыми, стальалюминиевые и из биметаллических проволок. В стальалюминиевых проводах часть проволок – стальная, часть – алюминиевая. Этим обеспечивается механическая прочность при повышенной электропроводности. Биметалличнские проволоки изготовляют электролитическим способом: стальную жилу покрывают слоем меди или алюминия.

Для электропроводки внутри помещений, как правило, используют изолированные провода из меди или алюминия. Изолированные однопроволочные провода имеют большую жесткость и площадь поперечного сечения не выше 10 мм 2 .

Многопроволочные провода производят из луженых медных или алюминиевых жил. Они удобны при монтаже и эксплуатации.

Для прокладки скрытых безопорных линий, а также для канализации электроэнергии, подводимой к подвижным объектам, служат электрические кабели. В кабеле провода двух или трехфазной линии заключены в прочную герметичную многослойную оболочку, что повышает надежность линий электропередачи. Кабели можно прокладывать под землей и под водой. Подземные кабели – основное средство канализации электроэнергии в крупных городах. Недостаток кабельных линий – их высокая стоимость.

Основы электробезопасности