Что значит коммутационная аппаратура

Тепловые расчеты токоведущих частей электрических аппаратов

При прохождении тока по проводнику, происходит выделение мощности Р, которая вычисляется по формуле: P=I2R, где R – активное сопротивление проводника длиной l и поперечным сечением S: R=pl/S.

Удельное сопротивление p находится в прямой зависимости от температуры Т и рассчитывается по следующей формуле: p=p(1+aT), где p – удельное сопротивление материала проводника при температуре равной 0С, aT – температурный коэффициент расширения.

Рассмотрим понятие поверхностного эффекта и эффекта близости. Поверхностный эффект представляет собой неравномерное распределение плотности переменного электрического тока по всей площади поперечного сечения проводника.

Эффект близости сводится к неравномерному распределению плотности переменного тока в связи с тем, что два проводника находятся на близком расстоянии друг от друга. Такое явление является причиной значительных потерь мощности.

Аппараты защиты электрических сетей

Для обеспечения соответствующего уровня безопасности токопроводящей линии и исключения негативных последствий из-за короткого замыкания или перегрузки сети, применяют разнообразные аппараты защиты электрических сетей.

Самым распространенным устройством, обеспечивающим такую защиту, служит предохранительное устройство, выполненное в виде плавких предохранителей или автоматических выключателей. Составные элементы плавкого предохранителя: корпус, плавкое вещество и контактная часть.

Принцип действия такого устройства основан на выделении большого количества тепла проводником с плавким веществом, в случае прохождения через него большого значения силы тока. Такой эффект приводит к разрыву проводящего элемента предохранителя и цепи.

Следующим видом защитных устройств является автоматический выключатель. Такой аппарат состоит из крышки, корпуса, дугогасительной камеры и механизма свободного расцепления.

Последний элемент устройства может быть электромагнитным или же тепловым.

Автоматические выключатели, которые снабжены механизмом электромагнитного расцепления, предназначены для защиты от короткого замыкания.

Если же в аппарате установлен механизм теплового расцепления, то предназначение такого устройства – защита от перегрузок сети.

Производители и поставщики электрических аппаратов

Среди наиболее популярных отечественных и зарубежных производителей и поставщиков электрических аппаратов можно выделить следующие компании:

• «Электромонтаж»;
• «КЭАЗ»;
• «Престиж»;
• «Электроконтактор»;
• «Электродруг»;
• «Электроцентр»;
• «Legrand»;
• «Schneider Electric».

Ассортимент современных предприятий включает весь спектр электрических аппаратов разного назначения.

Больше о классификации, режимах работы, расчётах электрических аппаратов можно узнать на выставке «Электро».

Высоковольтные электрические аппаратыВысоковольтные аппаратыНизковольтные электрические аппараты

Конструкция и особенности работы

Выключатели для защиты электродвигателей оснащены комбинированными расцепителями, которые могут быть нескольких типов:

• термомагнитные расцепители за счет наличия фиксированной токовой установки защищают оборудование от замыканий;
• тепловые расцепители предотвращают перегрузки электрических двигателей за счет компенсации колебания температур окружающей среды.

Автоматические выключатели можно дополнительно оснастить независимым расцепителем. В таком случае можно будет осуществлять их дистанционное отключение. На лицевой панели выключателей обычно имеется регулировочный диск, с помощью которого можно задать номинальный ток двигателя. Надежный корпус и качественная изоляция выводов обеспечивает безопасную работу людей с устройством: защищает от негативного влияния токоведущих контактов прибора. Большинство современных автоматов для защиты электродвигателей могут быть запущены в ручном режиме, если произойдет аварийное размыкание сети при скачках напряжения. Независимо от типа исполнения устройства (открытого или закрытого), находящиеся в выключенном положении автоматы можно будет заблокировать. Кроме того, их можно оградить от несанкционированного включения, отключения или изменения режима. Монтаж автоматических выключателей для защиты электродвигателей можно производить при помощи винтов, стандартной шины или рейки.

Коммутационные электрические аппараты

Коммутационные электрические аппараты получили широкое распространение в различных отраслях промышленности. Трудно себе представить, как бы выполнялись различные задачи по эксплуатации и выполнению операций, связанных с электрическим оборудованием, без этого функционального устройства.

Коммутационный электрический аппарат служит для разъединения и замыкания электрической цепи при помощи контактной группы. Проще говоря, такое устройство можно назвать выключателем.

К основным видам представленного устройства относятся: рубильники, выключатели, контакторы, реле. Несмотря на то, что в этих приборах заложен практически один и тот же принцип работы, все они имеют ряд отличий друг от друга.

Рассмотрим каждый вид аппаратов в отдельности.

Рубильник относится к наиболее простому коммутационному аппарату. Аппарат приводится в действие вручную с помощью рукоятки. Такой вид устройств рассчитан на большие значения силы тока.

Выключатели имеют разные модификации. В промышленном применении, к наиболее распространенным видам таких устройств относятся масляные выключатели. Такие выключатели рассчитаны на напряжение до 220кВ.

Масло, в данном случае, служит для подавления/гашения, проходящей через него дуги электрического тока. Особого внимания заслуживают воздушные и электрогазовые выключатели.

Гашение дуги, то есть прекращение подачи электрического тока, происходит за счет подачи струи сжатого воздуха или электроотрицательного газа.

Кардинально новый способ размыкания токопроводящей линии воплощен в электромагнитных выключателях.

Принцип действия такого устройства заключается в следующем: электрическая дуга горит в нормальных условиях при атмосферном давлении – цепь включена.

Как только потребуется разомкнуть цепь, по направлению к дуге подается сильное магнитное поле. За счет воздействия магнитного поля, дуга начинает растягиваться и, в конечном итоге, расщепляется, размыкая тем самым токопроводящую линию.

Реле предназначено для размыкания и замыкания электрической цепи. Основным характерным свойством данного коммутационного аппарата является принципиально новый способ работы контактной пары.

Электромагнитное реле, как и в контакторе, под воздействием электрического тока, приводит в движение сердечник электромагнита с установленными на нем контактами, что приводит к замыканию цепи. Способ воздействия на контактную пару реле может быть не только электрическим, но также тепловым или акустическим.

Контакторы представляют собой разновидность электромагнитного реле. Основное назначение – включение и выключение токопроводящей линии силовых электрических цепей.

Контакторы могут применяться как в цепи переменного, так и постоянного электрического тока. Принцип работы контактора основан на электромагнитном эффекте.

Сердечник электромагнита контактора под действием электрического тока увлекает за собой подвижный контакт, который, вследствие такого перемещения, прижимается к неподвижному контакту и цепь замыкается.

Как только подача тока прекращается, сердечник возвращается в свое первоначальное положение и контакты размыкаются.

Электрические аппараты до 1000 вольт

Электрические аппараты до 1000 вольт принято называть аппаратами электрического тока низкого напряжения.

Оборудование разделяется на три категории. Первая – это устройства по управлению и защите электрических цепей (контакторы, реле, пускатели, предохранители, рубильники).

Следующий вид – аппараты с функцией автоматизированной настройки параметров электрической линии (стабилизаторы, регуляторы). И, наконец, аппараты автоматики (датчики, реле, усилители).

Электрические аппараты до 1000 вольт выполняют определенные функции по контролю, усилению и преобразованию электрического сигнала.

Шкафы и блоки, применяемые для управления электродвигателями

Управление электродвигателем может осуществляться с помощью различных устройств: шкафов, щитов, пускателей, блоков и так далее.

Шкафы управления служат для обеспечения ручного и автоматического управления различными исполнительными устройствами. Они состоят из силовых коммутационных аппаратов, устройств защиты, преобразователя частоты. С помощью электрического шкафа можно осуществлять управление электродвигателем в соответствии с поставленной задачей.

Шкаф управления электродвигателями обеспечивает непрерывный контроль изменений параметров системы для обеспечения оптимального режима работы устройства.

Ящики (шкафы) управления серии Я5000 (рис. 1) обеспечивают управление (местное, дистанционное и автоматическое) электродвигателями асинхронными (мощностью до 75 кВт). При этом поддерживаются различные режимы работы (продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный). Шкафы данного типа могут различаться по ряду технических характеристик, в том числе:

• наличию реверса у двигателя;
• числу управляемых двигателей;
• наличию переключателя на автоматический режим;
• способу питания цепи управления.

Корпус ящика управления Я5000 выполнен в виде сварной конструкции. Дверь, фиксируемая замком и укрепленная на петлях, обеспечивает надежную степень защиты (IP 31, IP 54). Аппаратура размещена частично на внутренней стороне двери и монтажной панели.

К основным преимуществам данного оборудования можно отнести:

• усовершенствованную конструкцию корпуса, обеспечивающую рациональное использование рабочего объема;
• высокую технологичность и простоту сборки;
• высокую степень электробезопасности.

Пусковая аппаратура для управления электродвигателем — неотъемлемая часть электропривода. Данная аппаратура предназначена для запуска, регулирования скорости, торможения, реверсирования и остановки электродвигателей. Правильная эксплуатация электропривода возможна только при использовании соответствующей электрической аппаратуры.

В настоящее время существует немало различных способов пуска электродвигателей. Это обусловлено тем, что современным энергоэффективным двигателям, отличающимся более высокими пусковыми токами, необходимо обеспечить плавный пуск.

Аппаратура прямого пуска осуществляет пуск, защиту от перегрузок и отключение электродвигателей. Данный способ используется в случае стабильного питания двигателя, который жестко связан с приводом, например, насоса.

Пусковая система «звезда–треугольник» служит для понижения пускового тока. Необходимость переключения со «звезды» на «треугольник» существует для мощных трехфазных асинхронных двигателей мощностью от 30–50 кВт и высокооборотных (около 3000 об/мин). На обмотку двигателя, соединенного в «звезду», подается 220 В, затем, после полного набора оборотов, двигатель переключается на «треугольник» и подается 380 В.

Подключение двигателя зависит от расположения перемычек на клеммной колодке (рис. 2). Автоматическое переключение осуществляется путем использования контактов магнитных пускателей (рис. 3).

Для изменения направления вращения асинхронного двигателя нужно поменять местами две фазы. Эту замену можно осуществить с помощью магнитного пускателя реверсивного типа (рис. 4).

Таким образом, ящик управления электродвигателем выполняет ряд важных функций. Он может быть использован для управления как обычными, так и реверсивными двигателями. Они пригодны к эксплуатации в условиях, когда имеется повышенная влажность и запыленность, в широком диапазоне температур окружающего воздуха (от –40 °С до +45 °С).

Испытание электрических машин, аппаратов и приборов

Для подтверждения полного соответствия заявленным требованиям и стандартам, электрические машины подвергаются разного рода испытаниям, которые проводятся на разных этапах производства и эксплуатации оборудования.

Испытания могут быть:

• приемочные – таким испытаниям подвергают опытные образцы, для того чтобы в дальнейшем запустить оборудование в серию;
• приемо-сдаточные – проводится с каждой единицей оборудования с целью установления оптимальных технических и эксплуатационных параметров;
• периодические – проводятся в определенное время и призваны выявить соответствие технических характеристик оборудования заявленным требованиям и стандартам предприятия;
• типовые – необходимы при внесении определенных изменений в конструкцию устройства;
• аттестационные – направлены на установление стандартов качества выпускаемой продукции;
• эксплуатационные – осуществляют в процессе работы оборудования. Такие испытания нацелены на выявление возможных неисправностей и сбоев в работе устройств.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РЕЛЕ

Это вид коммутационных устройств, функция которых включения — выключения электрической цепи, под действием управляющего сигнала, либо наступления определенных условий. Применяются повсеместно — от бытовой домашней сети до авиастроения, энергоснабжения, во всех сферах электротехники.

В большинстве случаев, имеют комбинацию выходов с нормально замкнутыми, разомкнутыми, переключающими контактами, но могут выполняться и с одним типом коммутации.

Промышленность производит реле реагирующие на различные физические величины — ток, напряжение, мощность, частота, сдвиг фаз, температура, излучение, звуковые колебания, время, положение в пространстве.

По типу их подразделяют на:

• первичные — выходы управления включаются непосредственно в «рабочую» сеть;
• вторичные — сигнал на коммутацию приходит с какого либо измерительного элемента, либо трансформатора;
• промежуточные — являющиеся частью системы, усиливающие управляющий сигнал.

По внутреннему устройству и принципу действия реле можно классифицировать как — электромагнитные, магнитоэлектрические, индукционные, полупроводниковые, сегнетоэлектрические, пьезо, фото, тепловые.

Электромагнитные устройства представляют собой катушку индуктивности с подвижным якорем. Под воздействием магнитного поля, последний коммутирует контакты реле. Со снятием управляющего сигнала, сердечник возвращается пружинами в исходное положение. Наиболее дешевый и распространенный вид.

Магнитоэлектрические реле — система из подвижной рамки с обмоткой подключенной к выходам «сигнальной» цепи, поворачивающейся в поле постоянного магнита и воздействующей на контакты. Обладают высокой чувствительностью, но быстродействие не превышает десятой доли секунды.

Индукционные — конструктивно состоят из двух неподвижных переменных магнитов и якоря. Сигнал управления, проходящий через обмотки, наводит напряжение в подвижном элементе. Возникающая электродвижущая сила поворачивает якорь осуществляя коммутацию. Для генерации ЭДС необходимо различие фаз тока подаваемого на выходы контроля, что позволяет использовать устройство в качестве реле фаз.

Тепловые — элементы основанные на свойстве твердых тел менять объем в зависимости от температуры. Биметаллическая пластина (как правило латунь со сталью) при нагревании изгибается осуществляя коммутацию цепи. Применяется в автоматах защиты от перегрузки и сверх токов короткого замыкания.

Полупроводниковые — бесконтактные устройства, твердотельные реле выполненные на тиристорах, IGBT транзисторах. Могут изготавливаться для коммутации значительных мощностей, под токи в сотни ампер, независимо от величины сигнала управления. Высокое быстродействие (микросекунды) и надежность, за счет отсутствия движущихся частей. Недостаток — высокая стоимость.

Сегнетоэлектрические реле — коммутационные устройства основанные на свойстве некоторых материалов изменять направление поляризации под воздействием электрического поля. Причем зависимость имеет нелинейный характер.

Подобный принциписпользуют пьезо, фото элементы, скачкообразно увеличивающие — уменьшающие сопротивление исходя от величины механической деформации или мощности светового излучения. Применяются в микроэлектронике, приборах сигнализации, измерения, хранения информации.

Выбор того или иного вида реле зависит от требуемых параметров:

• назначение, рабочая схема, количество коммутируемых контактов, модель;
• вид, величина тока, напряжения коммутируемой цепи, управляющего сигнала;
• скорость, количество срабатываний, точность;
• температурный режим работы, класс пожаровзрывобезопасности.

Аппаратура управления и защиты

Определение 1 Аппаратура управления и защиты – это совокупность устройств, используемых для управления электрическими сетями и их защиты.

К устройствам защиты и управления можно отнести:

1. Предохранитель с плавкой вставкой. Данное устройство используется для защиты электрической цепи от сверхтоков перегрузки и коротких замыканий. Его конструкция достаточно проста. В корпусе устройства находится проволока из металла, обладающего низкой температурой плавления и маленьким удельным сопротивлением. При возникновении сверхтоков, температура возрастает, что приводит к расплавлению вставки и электропитание отключается.
2. Автоматический выключатель. Данное устройство используется для защиты проводки от сверхтоков.
3. Реле максимального тока. Данное устройство используется для того же, что и предохранитель с плавкой вставкой. Это устройство реагирует на увеличение тока в защищаемой электрической цепи, с его помощью можно создать максимальную защиту от токов перегрузки и короткого замыкания.
4. Контактор. Данное устройство используется для дистанционного отключения или включения электрических цепей, мощность которых не превышает 1000 Вольт.
5. Пускатель. Данное устройство используется для безопасного дистанционного (при помощи кнопки) включения или отключения электропитания установок. Он применяют в сетях переменного тока. Основным рабочим узлом пускателя является электромагнит. В состав устройства, кроме основной контактной группы входит вспомогательная.
6. Реле задержки. Данное устройство используется для создания временной задержки при срабатывании других элементов (аппаратов) цепи. Бывают цифровые, полупроводниковые и электромагнитные реле задержки.
7. Тепловое реле. Данное устройство используется для защиты электрического оборудования от перегрева в случае незначительных перегрузок асинхронного двигателя.
8. Тиристорный регулятор напряжения. Данное устройство используется для управления током нагрузки посредством управления углом отпирания тиристоров.
9. Магнитный усилитель. Данное устройство используется для увеличения мощности нагрузки малыми мощностями управления.

Готовые работы на аналогичную тему

• Курсовая работа Выбор аппаратуры управления и защиты электрооборудования объектов электроснабжения 450 руб.
• Реферат Выбор аппаратуры управления и защиты электрооборудования объектов электроснабжения 280 руб.
• Контрольная работа Выбор аппаратуры управления и защиты электрооборудования объектов электроснабжения 200 руб.

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

Определение 2

Тиристор – это полупроводниковый прибор, который изготовлен на основе монокристалла проводника с тремя и более р-n-переходами, а также имеющий два устойчивых состояния: закрытое (низкая проводимость) и открытое (высокая проводимость).

Классификация электрических аппаратов

В большинстве своём работа электрических аппаратных устройств не ограничивается выполнением какой-то одной конкретной функции, а, напротив, связана с реализацией целого набора действий. В связи с этим возникает определенная трудность в разделении таких устройств на конкретные виды и группы.

Для того чтобы провести классификацию электрических аппаратов, важно выделить главные функциональные особенности конкретных типов электрического оборудования:

1. Коммутационные устройства. Такое оборудование служит для размыкания и замыкания цепей электрического тока. К таким устройствам относятся различные рубильники, выключатели, разъединители.
2. Устройства защиты. Аппараты предохраняют проводящие элементы электрических цепей от перепадов напряжения, повышенной нагрузки сети и замыканий. Представленные функции защиты могут быть реализованы в различных видах предохранителей и реле.
3. Аппараты, регулирующие запуск электрических машин. Устройства подобного рода предназначены для обеспечения плавного пуска и остановки промышленных потребителей электрического тока. Аппараты регулируют скорость вращения якоря двигателя. К подобным устройствам можно отнести пускатели, реостаты, контакторы.
4. Ограничивающие аппараты. Подобные устройства называют реакторами и разрядниками, они обладают функцией ограничения токов короткого замыкания и перенапряжения.
5. Аппараты, обеспечивающие контроль различных параметров электрических цепей. Самые распространенные виды таких устройств – датчики и реле.
6. Аппараты, позволяющие проводить корректировку и изменение различных параметров электрического оборудования. К таким аппаратам относятся регуляторы и стабилизаторы.
7. Измерительные аппараты. Функция данного оборудования сводится к тому, чтобы обеспечить изоляцию линии первичной коммутации от цепей измерительных приборов и приборов защиты.
8. Устройства для проведения работ механического характера. Основным элементом таких устройств является электромагнит, призванный выполнять конкретные функции: подъемный электромагнит, электромагнитный тормоз.

Каждое электрическое устройство имеет в своем составе три основных элемента:

• воспринимающий;
• преобразующий;
• исполнительный элемент.

Если исходить из принципа действия воспринимающего элемента устройства, то электрические аппараты подразделяются на электромагнитные, индукционные, полупроводниковые, магнитные.

В зависимости от принципа действия исполнительного элемента, электрические устройства подразделяются на контактные и бесконтактные аппараты.

Существует еще ряд принципиальных различий, связанных с особенностями эксплуатации рассматриваемого оборудования, которые позволяют провести разделение электрических устройств на определенные группы. Электрические аппараты могут быть рассчитаны на высокое или низкое напряжение. По продолжительности работы, такие устройства могут работать в режиме кратковременной или продолжительной эксплуатации.

Если принимать во внимание принцип управления, то можно выделить два основных вида устройств: с автоматическим и ручным управлением

Электродинамические усилия в электрических аппаратах

Если эксплуатация электрического аппарата протекает в оптимальном режиме, электродинамические силы очень малы и не создают никаких трудностей для бесперебойной работы оборудования.

При возникновении короткого замыкания, такие силы могут привести к серьезным поломкам электрических устройств.

Для того чтобы избежать таких ситуаций, необходимо провести расчет аппарата или же отдельных его узлов, на электродинамическую устойчивость.

Потребность в таком расчете вызвана еще одной причиной. Дело в том, что реализация новых технических решений по минимизации элементов оборудования приводит к тому, что токопроводящие линии находятся в непосредственной близости друг от друга, что повышает риск возникновения короткого замыкания.

ПРОИЗВОДИТЕЛИ И БРЕНДЫ

Согласно аналитическим выводам журнала «Новости энергетики», львиную долю российского рынка коммутационного оборудования представляют зарубежные компании — АВВ, Legrand. Их товар можно встретить на полках любого специализированного магазина.

АВВ — швейцарская корпорация представленная более чем в сотне стран мира, одна из ведущих производителей электротехнической продукции. По отзывам пользователей коммутационные автоматы этого бренда отличаются качеством и долговечностью.

Второе место по объему продаж занимает французская компания Legrand, с более чем 150 летней историей, половину которой агломерат производит электрические коммутационные устройства.

Отечественная промышленность представлена десятками торговых марок.

Лидирующие позиции занимают:

• КЭАЗ — Курский электроаппаратный завод. Известен силовыми АВ, предохранителями, ПМЛ;
• IEK — российский бренд, группа компаний. Выпускает светотехническое оборудование, средства автоматики, коммутационные устройства.

Эти фирмы популярны среди специалистов, конкурируют с АВВ, Legrand. Отечественные коммутационные аппараты стоят на 30 — 40% дешевле западных аналогов, но могут уступать им по ряду параметров.