Электрические аппараты защиты и управления

Электрические аппараты защиты и управления

Электрические и электронные аппараты применяются как средства управления режимами работы, защиты и регулирования. параметров системы электроснабжения и управления автоматизированным электроприводом; электромеханические аппараты автоматики, управления, распределительных устройств (РУ) и релейной защиты

1.3.1.Назначение и область применения электрических аппаратов (ЭА)

ЭА-электротехническое устройство, которое используется для включения и отключения электрических цепей, контроля, измерения, защиты, управления и регулирования установок, предназначенных для производства (электростанции), передачи, распределения (электрические сети и подстанции) и потребления (электрический привод) электроэнергии.

ЭА представляют собой средства управления электрическим током, которые заключаются в управлении параметрами, характеризующими ток: электрическим напряжением, электрической мощностью и энергией, частотой электрического тока, его силой, формой импульсного тока (напряжения), магнитным потоком и т.д.

в техническом отношении к функциям управления током относятся:

коммутация (включение — отключение) электрического тока и связанных с ним параметров;

автоматическое и неавтоматическое регулирование, стабилизация, изменение по заданному закону электриче­ского тока и связанным с ним параметров;

распределение тока (электроэнергии) по объектам и потребителям;

защита электрического оборудования от аварийных режимов (короткого замыкания, перегрузки, изменения частоты тока, направления потоков энергии и др.);

контроль параметров электрического тока для подачи информации на входные органы автоматических регуляторов или аппаратов защиты;

преобразование параметров тока (его вида, формы кривой, частоты и др.) для создания быстродействующих, высокочувствительных, высокоэффективных, и надежных ЭА и систем управления.

ЭА являются основными средствами автоматизации и электрификации народного хозяйства. Они нашли широкое применение в энергетике (электрические станции и сети), в различных схемах управления оборудованием, светотехнике, плазменной технике и др., а также в системах автоматики, телемеханики, электросвязи радиотехнике в автоматизированных системах управления. Условия работы ЭА в различных областях техники имеют существенные отличия в технических параметрах и характеристиках, а также в конструктивном исполнении.

Понятие "ЭА" охватывает очень обширный класс всевозможных устройств, применяемых в быту, промышленности и энергетике.

Для выполнения переключения в целях управления ЭА переменного и постоянного тока предназначены аппараты управления (АУ). Из большого разнообразия АУ можно выделить следующие основные группы: контроллеры, командоаппараты и реостаты, контакторы и магнитные пускатели, электромагнитные и тепловые реле, датчики неэлектрических величин.

Аппаратура РУ НН и ВН служит для управления, измерения, защиты и регулирования при генерировании, передачи, распределении и преобразовании электроэнергии. К ним относятся рубильники и переключатели, предохранители, автоматические воздушные выключатели (автоматы), выключатели переменного тока, разъединители, отделители и короткозамыкатели, реакторы разрядники, трансформаторы тока и напряжения, комплектные РУ ВН.

1.3.2. Классификация электрических аппаратов.

Для коммутационных аппаратов общим стандартом является ГОСТ 17703-72 "Аппараты электрические коммутационные. Основные понятия".

Для других групп аппаратов обобщающих стандартов нет, имеются частные стандарты, а также отраслевой каталог ("Электротехника СССР: Отраслевой каталог. Информэлектро 1986")

Классификация ЭА может быть проведена по ряду признаков: назначению (основной выполняемой функции), области применения, принципу действия, роду тока, исполнению защиты от воздействия окружающей среды, конструктивным особенностям и др. Основной является классификация по назначению, которая предусматривает разделение ЭА на следующие группы.

Коммутационные аппараты распределительных устройств, служащие включения и отключения электрических цепей. Согласно ГОСТ 17703-72 к ним относятся рубильники, пакетные выключатели, выключатель нагрузки. Выключатели ВН, разъединители, отделители, короткозамыкатели, автоматические выключатели, предохранители. Для аппаратов этой группы характера сравнительно редкое их включение-отключение.

Токоограничивающие аппараты, предназначенные для ограничения токов короткого замыкания (реакторы) и перенапряжения (разрядники). Режим короткого замыкания и перенапряжения являются аварийными и эти аппараты редко подвергаются наибольшим нагрузкам.

Пускорегулируюшие аппараты, предназначены для пуска, регулирования частоты вращения и тока электрических машин. К этой группе относятся контроллеры, командоконтроллеры, контакторы, пускатели, резисторы и реостаты. Для аппаратов этой группы характерно частые включения и отключения, число которых достигает 3600 в час и более.

Аппараты для контроля заданных электрических и неэлектрических параметров. К этой группе относятся реле и датчики. Для реле характерно плавное изменение входной (контролируемой) величины, вызывающее скачкообразное изменение выходного сигнала. Входной сигнал обычно воздействует на схему автоматически. В датчиках непрерывное изменение входного сигнала 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.

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

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

Разделение аппарат по области применения более условно. Аппараты для электрических систем и электроснабжения объединяют в группу аппаратов РУ НН и ВН. Аппараты, применяющиеся в схемах автоматического управления электроприводами и для автоматизации производственных процессов удобно объединить в группу аппаратов управления. Одни и те же аппараты могут быть отнесены как к группе РУ, так и к группе аппаратов управления, например рубильники, пакетные выключатели, контакторы, трансформаторы тока и др.

Читайте также:  Магазин шкивов для электродвигателей

В пределах одной группы или типа аппараты различаются:

по номинальному напряжению на две группы: аппараты низкого напряжения(с номинальным напряжением до 1000 В) и высокого напряжения (с номинальным напряжением свыше 1000 В);

по роду тока — постоянного тока: переменного тока промышленной частоты, переменного тока повышенной частоты;

по роду защиты от окружающей среды — в исполнении открытом, защищенном, брызгозащищенном, воздухозащищенном, герметичном, взрывобезопасном и т.д.:

по способу действия— электромагнитные, магнитоэлектрические, индуктивные, тепловые и т. д.;

по ряду других факторов(быстродействие, способы гашения дуги и т. п.).

Электрический аппарат – это устройство, управляющее электропотребителями и источниками питания, а также использующее электрическую энергию для управления неэлектрическими процессами.

Электрические аппараты общепромышленного назначения, электробытовые аппараты и устройства выпускаются напряжением до 1 кВ, высоковольтные – свыше 1 кВ. До 1 кВ делятся на аппараты ручного, дистанционного управления, аппараты защиты и датчики.

Электрические аппараты классифицируются по ряду признаков:

1. по назначению, т. е. основной функции выполняемой аппаратом,

2. по принципу действия,

3. по характеру работы

5. величине тока

6. величине напряжения (до 1 кВ и свыше)

8. степени защиты (IP)

9. по конструкции

Особенности и области применения электрических аппаратов

Классификация электрических аппаратов в зависимости от назначения:

1. Аппараты управления , предназначены для пуска, реверсирования, торможения, регулирования скорости вращения, напряжения, тока электрических машин, станков, механизмов или для пуска и регулирования параметров других потребителей электроэнергии в системах электроснабжения. Основная функция этих аппаратов это управление электроприводами и другими потребителями электрической энергии. Особенности: частое включение, отключение до 3600 раз в час т.е. 1 раз в секунду.

К ним относятся электрические аппараты ручного управления — пакетные выключатели и переключатели, рубильники, универсальные переключатели, контролеры и командокотролеры, реостаты и др., и электрические аппараты дистанционного управления — электромагнитные реле, пускатели, контакторы и т. д.

2. Аппараты защиты , используются для коммутации электрических цепей, защиты электрооборудования и электрических сетей от сверхтоков, т. е. токов перегрузки, пиковых токов, токов короткого замыкания.

3. Контролирующие аппараты , предназначены для контроля заданных электрических или неэлектрических параметров. К этой группе относятся датчики. Эти аппараты преобразуют электрические или неэлектрические величины в электрические и выдают информацию в виде электрических сигналов. Основная функция этих аппаратов заключается в контроле за заданными электрическими и неэлектрическими параметрами.

К ним относятся датчики тока, давления, температуры, положения, уровня, фотодатчики, а также реле, реализующие функции датчиков, например реле контроля скорости (РКС), реле времени, напряжения, тока.

Классификация электрических аппаратов по принципу действия

По принципу действия электроаппараты разделяются в зависимости от характера воздействующего на них импульса. Исходя из тех физических явлений, на которых основано действие аппаратов, наиболее распространенными являются следующие категории:

1. Коммутационные электрические аппараты для замыкания и размыкания электрических цепей при помощи контактов, соединенных между собой для обеспечения перехода тока из одного контакта в другой или удаленных друг от друга для разрыва электрической цепи (рубильники, переключатели, …)

2. Электромагнитные электрические аппараты , действие которых зависит от электромагнитных усилий, возникающих при работе аппарата (контакторы, реле, …).

3. Индукционные электрические аппараты , действие которых основано на взаимодействии тока и магнитного поля (индукционные реле).

4. Катушки индуктивности (реакторы, дроссели насыщения).

Классификация электрических аппаратов по характеру работы

По характеру работы электрические аппараты различают в зависимости от режима той цепи, в которой они установлены:

1. Аппараты, работающие длительно,

2. предназначенные для кратковременного режима работы,

3. работающие в условиях повторно-кратковременной нагрузки.

Классификация электрических аппаратов по роду тока

По роду тока: постоянного и переменного.

Требования, предъявляемые к электрическим аппаратам

Особенно многообразны конструктивные разновидности современных аппаратов, в связи с этим различны и требования, предъявляемые к ним. Однако существуют и некоторые общие требования вне зависимости от назначения, применения или конструкции аппаратов. Они зависят от назначения, условий эксплуатации, необходимой надежности аппаратов.

Изоляция электрического аппарата должна быть рассчитана в зависимости от условий возможных перенапряжений, которые могут возникнуть в процессе работы электрической установки.

Аппараты, предназначенные для частого включения и отключения номинального тока нагрузки, должны иметь высокую механическую и электрическую износоустойчивость, а температура токоведущих элементов не должна превышать допустимых значений.

При коротких замыканиях токоведущая часть аппарата подвергается значительным термическим и динамическим нагрузкам, которые вызваны большим током. Эти экстремальные нагрузки не должны препятствовать дальнейшей нормальной работе аппарата.

Электрические аппараты в схемах современных электротехнических устройств должны обладать высокой чувствительностью, быстродействием, универсальностью.

Общим требованием по всем видам аппаратов является простота их устройства и обслуживания, а также их экономичность (малогабаритность, наименьший вес аппарата, минимальное количество дорогостоящих материалов для изготовления отдельных частей).

Читайте также:  Как сделать картинку из ниток

Режимы работы электротехнических устройств

Номинальный режим работы — это такой режим, когда элемент электрической цепи работает при значениях тока, напряжениях, мощности указанных в техническом паспорте, что соответствует наивыгоднейшим условиям работы с точки зрения экономичности и надежности (долговечности).

Нормальный режим работы — режим, когда аппарат эксплуатируется при параметрах режима незначительно отличающихся от номинального.

Аварийный режим работы — это такой режим, когда параметры тока, напряжения, мощности превышают номинальный в два и более раз. В этом случае объект должен быть отключен. К аварийным режимам относят прохождение токов короткого замыкания, тока перегрузки, понижение напряжения в сети.

Надежность – безотказная работа аппарата за все время его эксплуатации.

Свойство электрического аппарата выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания и ремонтов, хранения и транспортирования.

Исполнение электрических аппаратов по степени защиты

Степень защиты от проникновения твердых тел и жидкости определяется ГОСТ 14254-80. В соответствии с ГОСТ устанавливается 7 степеней от 0 до 6 от попадания внутрь твердых тел и от 0 до 8 от проникновения жидкости.

Обозначение степеней защиты

Защита от проникновения твердых тел и соприкосновения персонала с токоведущими и вращающимися частями.

Защита от проникновения воды.

Специальная защита отсутствует.

Большого участка человеческого тела, например, руки и твердых тел размером более 50 мм.

Капель, падающих вертикально.

Пальцев или предметов длиной не более 80 мм и твердых тел размером более 12 мм .

Капель при наклоне оболочки до 15 0 в любом направлении относительно нормального положения.

Инструмента, проволоки и твердых тел диаметром более 2,5 мм.

Дождь, падающий на оболочку под углом 60 0 от вертикали.

Проволоки, твердых тел размером более 1 мм.

Брызг, падающих на оболочку в любом направлении.

Пыли в количестве недостаточном для нарушения работы изделия.

Струй, выбрасываемых в любом направлении.

Защита от пыли полная ( пыленепроницаемые).

Волн (вода при волнении не должна попасть внутрь).

При погружении в воду на короткое время .

При длительном погружении в воду.

Для обозначения степени защиты используется аббревиатура «IP». Например: IP54.

Применительно к электрическим аппаратам существуют следующие виды исполнения:

1. Защищенные IP21, IP22 (не ниже).

2. Брызгозащищенные, каплезащищенные IP23, IP24

3. Водозащищеные IP55, IP56

4. Пылезащищеные IP65, IP66

5. Закрытое IP44 – IP54, у этих аппаратов внутренние пространство изолированно от внешней среды

6. Герметичное IP67, IP68. Эти аппараты выполнены с особо плотной изоляцией от окружающей среды.

Климатическое исполнение электрических аппаратов определяется ГОСТ 15150-69. В соответствии с климатическими условиями обозначается следующими буквами: У (N) – умеренный климат, ХЛ (NF) – холодный климат, ТВ (TH) – тропический влажный климат, ТС (ТА) – тропический сухой климат, О (U) – все климатические районы, на суше, реках и озерах, М – умеренный морской климат, ОМ – все районы моря, В – все макроклиматические районы на суше и на море.

Категории размещения электрических аппаратов :

1. На открытом воздухе,

2. Помещения, где колебания температуры и влажности не существенно отличаются от колебаний на открытом воздухе,

3. Закрытые помещения с естественной вентиляцией без искусственного регулирования климатических условий. Отсутствуют воздействия песка и пыли, солнца и воды (дождь),

4. Помещения с искусственным регулированием климатических условий. Отсутствуют воздействия песка и пыли, солнца и воды (дождь), наружного воздуха,

5. Помещения с повышенной влажностью (длительное наличие воды или конденсированной влаги)

Климатическое исполнение и категория размещения вводится в условное обозначение типа электротехнического изделия.

Выбор электрических аппаратов

Выбор электрических аппаратов представляет собой задачу, при решении которой должны учитываться:

  • коммутируемые электрическим аппаратом токи, напряжения и мощности;
  • параметры и характер нагрузки — активная, индуктивная, емкостная, низкого или высокого сопротивления и др.;
  • число коммутируемых цепей;
  • напряжения и токи цепей управления;
  • напряжение катушки электрического аппарата;
  • режим работы аппарата — кратковременный, длительный, повторно-кратковременный;
  • условия работы аппарата — температура, влажность, давление, наличие вибрации и др.;
  • способы крепления аппарата;
  • экономические и массогабаритные показатели;
  • удобство сопряжения и электромагнитная совместимость с другими устройствами и аппаратами;
  • стойкость к электрическим, механическим и термическим перегрузкам;
  • климатическое исполнение и категория размещения;
  • степени зашиты IP,
  • требования техники безопасности;
  • высота над уровнем моря;

Вступление

Электрические аппараты защиты используются в силовых электрических цепях для защиты и управления.

электрические аппараты защиты

К устройствам защиты можно отнести устройства плавного пуска электродвигателей. Они предназначены для плавного запуска асинхронных короткозамкнутых электродвигателей методом постепенного повышения напряжения на статоре двигателя. Посмотреть устройства плавного пуска можно на сайте https://instart-info.ru/.

Предохранитель с плавкой вставкой

Данный вид электрического аппарата, относится к самым простым. Назначение плавкого предохранителя в защите электрической цепи от сверхтоков коротких замыканий и перегрузки.

Конструкция предохранителя очень проста. В корпусе предохранителя есть проволока их металла с маленьким удельным сопротивлением и низкой температурой плавления.

Читайте также:  Подарки на новый год канзаши

В рабочем режиме ток свободно протекает через плавкую вставку. При возникновении сверхтоков в цепи, температура проводника увеличивается и вставка расплавляется. Расплавление вставки приводит к отключению электропитания, и цепь переходит в безопасный режим.

При сверхтоках, в месте разрыва цепи, обычно, появляется электрическая дуга. Чтобы дугу погасить, вокруг плавкой вставки создается специальная камера, называемая, дугогасительной. В предохранителях больших токов, эту камеру наполняют кварцевым песком. В цепях малых токов песка в камере нет, а гашение дуги производится давлением газа.

Для подбора плавкого предохранителя используют следующие расчёты:

  • Расчёт по напряжению цепи. Ном. напряжение предохранителя должно быть равным ном. напряжению цепи.
  • Вычисляют длительный расчётный ток цепи. Ток предохранителя должен быть равен или больше тока цепи;
  • Особый расчёт по условиям запуска асинхронного двигателя. Асинхронный двигатель это электродвигатель с коротко замкнутым ротором.

Автомат

Этот электрический аппарат правильно называть автоматический выключатель или автомат защиты. Он, также, защищает электрическую проводку цепи от сверхтоков.

Конструкция автоматов защиты более сложная и об неё лучше почитать отдельные статьи:

Реле максимального тока

Альтернативой плавким предохранителям является реле максимального тока. Это электрический аппарат, реагирующий на увеличение тока защищаемой электроцепи. С помощью РМТ можно создать максимальную защиту по току от сверхтоков перегрузки и короткого замыкания.

Контакторы

Название контактор, происходит от простого слова контакт. Контакторы предназначены для частого (!) дистанционного отключения/включение силовых электроцепей напряжением до 1000 Вольт.

В зависимости от привода различают следующие типы контакторов:

  • электро-магнитные контакторы. Контакты отключений приводит в действие электрический магнит;
  • пневматические, работают от сжатого воздуха;
  • гидравлические, работают от давления жидкости.

Конструкция контакторов включает следующие элементы:

  • Основная группа контактов. Служит для включения выключения электрической цепи;
  • Дуго-гасительная камора. Гасит электродугу при работе контактов;
  • Электрический магнит. Обеспечивают движение контактов;
  • Вспомогательные клеммы. Для подключения других электрических аппаратов.

В нормальном положении основные контакты могут быть:

  • Замкнуты;
  • Разомкнуты;
  • Находиться в смешанном положении.

Под нормальным положением, понимают положение основных контактов, при котором на втягивающую электромагнитную катушку не подается напряжение, а все механические защелки аппарата свободны.

Работа контакторов

Работу контакторов можно описать так:

  • Напряжение подается на обмотку электрического магнита контактора, от чего якорь притягивается;
  • Якорь приводит в движение основные контакты, которые либо замыкают, либо размыкают цепь;
  • Дугогасительная камора гасит дугу замыкания/размыкания;
  • К вспомогательным контактам подключаются другие электрические аппараты.

Пускатели

Это вид контактора, который используется в сетях переменного тока. С его помощью, дистанционно, через кнопки управления, можно безопасно включать/отключать электропитание установок.

Рабочим узлом пускателя служит электромагнит. Он приводит в действие, обычно, 3-х полюсную контактную группу. Кроме основной контактной группы пускатели оборудованы группой вспомогательных контактов.

Выбор магнитных пускателей осуществляется по:

  • Ном. напряжению цепи;
  • Ном. току нагрузки;
  • Мощности асинхронного двигателя;
  • Режиму работы;
  • Количеству включений в единицу времени;
  • Времени срабатывания.

Реле задержки

Это электрические аппараты для создания временной задержки в срабатывании других электрических аппаратов цепи.

Это очень полезные электрические аппараты, которые обеспечивают временную выдержку для срабатывания 2-х и более аппаратов, а также, при необходимости, обеспечения их очерёдности срабатывания.

Реле задержки бывают:

Электромагнитные. Очень практичный тип реле, который не боятся ударов, вибраций, имеют отличную износоустойчивость. Они могут обеспечить 600-650 включений в час, с погрешностью задержки не более 10 %. Однако, на них можно установить задержку не более 10 секунд.

Полупроводниковые. Очень популярные реле из-за возможности выставить задержки срабатывания от 0,1 секунды до 100 часов.

Цифровые.

Тепловое реле

Этот электрический аппарат, защищает электрическое оборудование от перегрева из-за длительных, но незначительных перегрузках механики асинхронного двигателя.

Рабочий элемент аппарата биметаллическая пластина, состоящая из 2-х металлов с различными коэффициентами линейного расширения.

Ток, протекая через биметаллическую платину, нагревает её. В нормальном режиме этот нагрев не значителен. Повышение тока приводит к дополнительному нагреву пластины. Один металл пластины расширяется сильнее второго металла. Это приводит к резкому прогибу пластины. Прогиб пластины «щелкает» по контактной группе рели и ТР размыкает электрическую цепь.

В ТР могут использоваться дополнительные нагреватели биметаллической пластины.

Тиристорный регулятор напряжений

ТРН сложный электрический аппарат, предназначенный для управления значением напряжения нагрузки, как следствие управление тока нагрузки за счёт управления углом отпирания тиристоров схемы аппарата.

Магнитный усилитель

Очень простой электрический аппарат для увеличения мощности нагрузки для повышения мощности нагрузки малыми мощностями управлений. Эти аппараты отличает высокая надёжность, высокая прочность, большой срок эксплуатации.

Не используется в силовых сетях, только в автоматике, вычислительной техники, бортовых устройствах.

Вывод про электрические аппараты защиты

В этой статье я показал основные электрические аппараты защиты и управления силовых электрических цепей, используемые в быту и промышленности, в жилых и офисных помещениях.

Ссылка на основную публикацию
Экран под ванну мдф 170
Выбирая ванну 170 см шириной — Вы найдете множество вариантов экранов из МДФ под нее, а также других элементов сантехники,...
Штукатурка старых стен своими руками видео
Отделка кирпичной кладки дома или квартиры штукатуркой самый распространенный вариант. При должном уходе прослужит штукатурка не менее 20 лет. Но...
Штукатурка стен по маякам расценка в смете
Вернемся еще раз к сборнику ТЕР(ФЕР)15 "Отделочные работы": Например, нам необходимо выполнить штукатурку стены толщиной 50 мм каким-то раствором. (для...
Экструдер для полиэтиленовых труб
Компания «Европолимер-Рециклинг» предлагает купить оборудование для производства полипропиленовой, полиэтиленовой трубы разных типов – профильной, круглой и т. д. Мы спроектируем,...
Adblock detector