Электрические аппараты которые относятся к аппаратам с электромагнитным приводом контактной группы

Назначение и классификация электрических аппаратов

Электрические аппараты высокого напряжения используются в электроэнергетических системах (объединенных и автономных) для осуществления всех необходимых изменений схем выдачи мощности и электроснабжения потребителей в нормальном эксплуатационном режиме и в аварийных условиях, обеспечения непрерывного контроля за состоянием систем высокого напряжения, ограничения возникающих в процессе эксплуатации перенапряжений и токов короткого замыкания (КЗ), а также для компенсации избыточной зарядной мощности линий в нормальных и аварийных режимах. Иными словами с помощью электрических аппаратов высокого напряжения осуществляется управление энергетическими системами в самом широком смысле этого понятия.
По функциональному признаку аппараты высокого напряжения подразделяются на следующие виды:
коммутационные аппараты (выключатели, выключатели нагрузки, разъединители, короткозамыкатели, отделители); измерительные аппараты (трансформаторы тока и напряжения, делители напряжения);
ограничивающие аппараты (предохранители, реакторы, разрядники, нелинейные ограничители перенапряжений); компенсирующие аппараты (управляемые и неуправляемые шунтирующие реакторы).
Коммутационные аппараты используются для формирования необходимых схем выдачи мощности от электростанций, ее передачи на расстояние и схем электроснабжения потребителей.

Выключатели предназначены для включения и отключения токоведущих элементов электроэнергетических систем в нормальных (отключение рабочего тока) и аварийных (отключение тока КЗ) режимах и тем самым для предотвращения развития аварий в электроэнергетических системах. В связи с такой ответственной ролью выключателей к ним предъявляются весьма жесткие требования. Они должны обеспечивать многократно (тысячи раз) коммутацию (включение и отключение) токоведущих цепей при номинальном токе (либо при меньших токах). Во включенном положении выключатели должны выдерживать в течение срока службы (25 лет) воздействие рабочих напряжения и тока. При возникновении КЗ выключатель должен выдержать воздействие тока КЗ и обеспечить отключение поврежденного участка сети в течение нескольких полупериодов промышленной частоты.
Из сказанного следует, что выключатель должен иметь очень высокий коэффициент готовности: при малой продолжительности процессов коммутации (несколько минут в году) постоянно должна быть обеспечена готовность к осуществлению коммутаций.
В эксплуатации используются различные типы выключателей. Наиболее распространены масляные выключатели, в которых дугогасительной средой является минеральное масло. Они изготавливаются для распределительных устройств (РУ) напряжением до 220 кВ включительно.
Для РУ напряжением 110 кВ и выше (вплоть до 1150 кВ) наиболее широко используются воздушные выключатели, где гашение дуги осуществляется потоком сжатого воздуха. Однако в последнее время они вытесняются элегазовыми выключателями, в которых в качестве дугогасящей среды используется электроотрицательный газ — шестифтористая сера (элегаз). Такие выключатели создаются для герметичных распределительных устройств (ГРУ), а также для наружной установки. Использование элегаза в качестве дугогасящей среды обусловлено его высокими изоляционными и дугогасящими свойствами. Это позволяет создать более совершенные выключатели с меньшим числом дугогасительных разрывов, с меньшими габаритами и более надежные в эксплуатации.
В последнее время интенсивно развиваются конструкции вакуумных выключателей, в которых контактная система помещена в вакуумную камеру. Такие выключатели изготавливаются на напряжение до 35 кВ включительно. Их отличительная особенность — погасание дуги при первом же переходе тока Через ноль (после расхождения контактов) и в связи с этим чрезвычайно большой ресурс — до тысяч операций и более.
На напряжение 6 и 10 кВ наиболее распространены электромагнитные выключатели, в которых дуга горит в воздухе при атмосферном давлении и в результате воздействия сильного магнитного поля удлиняется настолько, что отдача тепла от ствола дуги (усиленная специальными мерами) превосходит его поступление и дуга распадается.
Выключатели нагрузки применяются, как правило, в цепи генераторного напряжения на очень большие номинальные токи 20 — 30 кА, когда отключение токов КЗ осуществляется выключателями высокого напряжения за повышающими трансформаторами. В этом случае ток электродинамической стойкости достигает сотен тысяч ампер. Кроме того, выключатели нагрузки применяются на тупиковых подстанциях небольшой мощности, в кольцевых линиях, когда применение выключателей оказывается неэкономичным.
Существенно меньшие токи, отключаемые выключателями нагрузки, определяют значительное упрощение их конструкции и снижение массогабаритных показателей по сравнению с выключателями.

Разъединители применяются для коммутации обесточенных с помощью выключателей участков токоведущих систем, для переключения присоединений распределительных устройств с одной ветви на другую без перерыва тока и для коммутации очень малых токов ненагруженных силовых трансформаторов и коротких линий.
Например, при подготовке выключателя к ремонту он должен быть отделен от смежных элементов токоведущих систем, находящихся под напряжением, с помощью разъединителей. При этом разъединители отключают небольшой ток, определяемый напряжением сети и емкостью токоведущих элементов выключателя и подводящей ошиновки. Разъединители открытой установки создают видимые разрывы токоведущей системы, обеспечивающие безопасность выполнения работ на выключателе.

Отделитель служит для отключения обесточенной цепи высокого напряжения за малое время (не более 0,1 с). Он похож на разъединитель, но снабжен быстродействующим приводом.

Короткозамыкатель служит для создания КЗ в цепи высокого напряжения. По конструкции он сходен с заземляющим устройством разъединителя, но снабжен быстродействующим приводом.
Короткозамыкатели и отделители устанавливаются на стороне высшего напряжения РУ мало ответственных потребителей, когда с целью экономии площади и стоимости выключатели предусмотрены только на стороне низшего напряжения. При повреждении в РУ и токе КЗ, недостаточном для работы защиты на отправном конце питающей линии, короткозамыкатель заземляет линию. При этом увеличивается ток КЗ, что обеспечивает надежное срабатывание защиты и отключение линии с отправного конца выключателем. После этого отключаются выключатель поврежденной трансформаторной группы на стороне низшего напряжения и затем отделитель этой же группы на стороне высшего напряжения. Таким образом поврежденная трансформаторная группа оказывается изолированной от сети, что обеспечивает возможность повторного включения выключателя на отправном конце питающей линии и восстановление питания потребителей поврежденной трансформаторной группы в результате их подключения междушинным выключателем к неповрежденной трансформаторной группе.
Короткозамыкатели и отделители обладают большим быстродействием для ограничения длительности аварийного режима в системе.

Измерительные — трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН) применяются для осуществления непрерывного контроля за этими параметрами электрической цепи в качестве датчиков сигнала ее состояния, воспринимаемого устройствами защиты и автоматики. Применяются ТТ и ТН при высоких напряжениях и больших токах, когда непосредственное включение в первичные цепи контрольно-измерительных приборов, реле и приборов автоматики технически невозможно или недопустимо по условиям безопасности обслуживающего персонала. Измерительные трансформаторы устанавливаются в открытых (ОРУ), закрытых (ЗРУ) и герметичных (ГРУ) распределительных устройствах и связываются контрольными кабелями с приборами устройств вторичной коммутации, которые размещаются на панелях щитов и пультов и на стенах в помещениях щитов управления, машинного зала и РУ. Основное требование к трансформаторам тока — обеспечение передачи информации со стороны высокого потенциала на потенциал земли с минимально возможными искажениями.
Наиболее распространенными в настоящее время являются электромагнитные ТТ и ТН, содержащие магнитопровод, первичную обмотку, включаемую непосредственно в цепь высокого напряжения последовательно (ТТ) либо параллельно (ТН), и одну или несколько вторичных обмоток. Номинальный ток вторичных обмоток ТТ составляет обычно 5 А. иногда 1 А, номинальное напряжение вторичных обмоток ТН составляет обычно 100 В.
Эти трансформаторы имеют очень небольшие погрешности в установившемся режиме: от долей процента до нескольких процентов в зависимости от класса точности. Однако в переходных режимах, связанных, например, с возникновением КЗ, погрешности измерения тока и напряжения могут достигать 10% и более прежде всего из-за насыщения стали сердечника.
В связи с этим в последнее время вместо электромагнитных ТН применяются емкостные делители, а вместо электромагнитных ТТ — оптико-электронные, в которых передача сигнала со стороны высокого потенциала на землю осуществляется по оптическому каналу с помощью волоконных световодов (ОЭТТ). Такие ТТ передают сигнал на устройства защиты и управления практически без искажения.
Однако, мощность передаваемого по оптическому каналу сигнала недостаточна для использования в обычных устройствах релейной защиты и автоматики. Поэтому использование ОЭТТ необходимо сочетать с применением микроэлектронных устройств и ЭВМ.
Ограничивающие аппараты подразделяются на аппараты ограничения тока и напряжения.
К токоограничивающим аппаратам относятся высоковольтные предохранители и реакторы. Плавкие предохранители высокого напряжения предназначены для защиты силовых трансформаторов, воздушных и кабельных линий; конденсаторов, электродвигателей и трансформаторов напряжения.
Токоограничивающие предохранители с мелкозернистым наполнителем применяются на напряжение 3 — 35 кВ и номинальные токи 2 — 1000 А, с током отключения 2,5 — 63 кА. Выхлопные предохранители переменного тока, где гашение дуги происходит при переходе тока через нуль, применяются на напряжение 6 — 220 кВ и номинальные токи 2 — 200 А.
Токоограничивающие реакторы представляют собой катушку индуктивности без сердечника, включаемую последовательно в токоведущую цепь. Реактор выбирается из условия ограничения тока КЗ в цепях 6 — 10 кВ до уровня, при котором обеспечиваются динамическая и термическая стойкость коммутационных аппаратов (когда их параметры недостаточны для работы без реакторов), а также термическая стойкость защищаемых кабелей. Менее распространены токоограничивающие реакторы в сетях 110 — 220 кВ. При малых токах (вплоть до номинального) падение напряжения на реакторе обычно не превосходит 3 — 10% номинального напряжения. При КЗ на фидере, защищаемом реактором, напряжение на соседнем фидере не должно уменьшаться более чем на 25 %.
Наиболее распространенным средством ограничения грозовых и внутренних перенапряжений являются разрядники. Эти аппараты состоят из нелинейных резисторов (варисторов) и искровых промежутков, автоматически подключающих блок варисторов к токоведущей цепи при превышении заданного уровня напряжения.
В настоящее время производятся варисторы с такой высокой степенью нелинейности вольт-амперной характеристики, что они могут быть подключены к токоведущим элементам без искровых промежутков. Протекающий по ним ток при номинальном напряжении составляет миллиамперы, а при повышениях напряжения возрастает до тысяч ампер. Отсутствие искровых промежутков существенно упрощает конструкцию ограничителей перенапряжений, но порождает ряд новых проблем, связанных с необходимостью обеспечения падежной работы аппарата при рабочем напряжении.

Компенсирующие аппараты.

В сетях сверхвысокого напряжения широкое распространение получили реакторы, включаемые между токоведущими элементами и землей (шунтирующие реакторы). Они предназначены для компенсации избыточной зарядной емкости линий в режиме малых нагрузок (когда по линии передается мощность меньше натуральной). Поэтому при номинальной нагрузке линии реакторы отключены, а по мере уменьшения нагрузки они подключаются выключателями высокого напряжения.
Регулируемые реакторы обеспечивают возможность быстрого и плавного изменения потребляемой ими реактивной мощности без их отключения от линии. Такие реакторы в настоящее время находятся в стадии разработки. Регулирование тока в обмотке управления с помощью тиристоров позволяет плавно изменять ток в обмотке, подключенной к электрической сети (сетевой обмотке). В зависимости от применяемой системы управления может быть обеспечено различное быстродействие реактора. В частности, при управлении реактором по принципу трансформатора время изменения тока от минимального (холостой ход) до максимального (номинальный ток) составляет 0,01 с.

Комплектные РУ

Комплектные РУ составляются из полностью или частично закрытых шкафов или блоков с встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, поставляемых в собранном или полностью подготовленном для сборки виде. Комплектные РУ выпускаются для внутренней (КРУ) и для наружной (КРУН) установки. Комплектные РУ 6 — 20 кВ в наибольшей степени отвечают требованиям индустриализации энергетического строительства. Поэтому они становятся самой распространенной формой исполнения РУ.
В последние годы получает широкое распространение новый тип комплектных РУ — герметичных, в которых все токоведущие элементы и аппараты (сборные шины, выключатели, разъединители, трансформаторы тока и напряжения) расположены внутри герметичной оболочки, заполненной сжатым высокопрочным газом (элегазом). Такие РУ полностью изготавливаются на заводе в виде отдельных ячеек, набор которых может изменяться в зависимости от схемы подстанции.
В настоящее время в России освоен серийный выпуск ячеек ГРУ на напряжение 110 и 220 кВ и серийный выпуск ГРУ на напряжение 330, 500, 750 и 1150 кВ.
Герметичные РУ предполагается использовать прежде всего в крупных городах с целью экономии площади и объема. Так, ГРУ 110 и 220 кВ могут быть размещены в подвальных помещениях жилых зданий. Целесообразно использование ГРУ на гидроэлектростанциях, где, как правило, недостаточно места для размещения ОРУ, а также в районах со сложными климатическими, метеорологическими и сейсмическими условиями и в районах с сильным загрязнением атмосферы.
Прогрессивное направление развития аппаратостроения — создание комплексов аппаратов — получило развитие и при создании аппаратных комплексов на генераторное напряжение. В единый комплекс объединяются все три аппарата, включаемые в рассечку токопровода от генератора до трансформатора: выключатель, разъединитель и ТТ. Такое объединение аппаратов приводит к существенному уменьшению объема, занимаемого аппаратами, повышает их технико-экономические характеристики, в том числе надежность их работы.

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:

1. коммутация (включение — отключение) электрического тока и связанных с ним параметров;
2. автоматическое и неавтоматическое регулирование, стабилизация, изменение по заданному закону электрического тока и связанным с ним параметров;
3. распределение тока (электроэнергии) по объектам и потребителям;
4. защита электрического оборудования от аварийных режимов (короткого замыкания, перегрузки, изменения частоты тока, направления потоков энергии и др.);
5. контроль параметров электрического тока для подачи информации на входные органы автоматических регуляторов или аппаратов защиты;
6. преобразование параметров тока (его вида, формы кривой, частоты и др.) для создания быстродействующих, высокочувствительных, высокоэффективных, и надежных ЭА и систем управления.

1.3.2 Классификация электрических аппаратов

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.

1. по номинальному напряжению на две группы: аппараты низкого напряжения(с номинальным напряжением до 1000 В) и высокого напряжения (с номинальным напряжением свыше 1000 В);
2. по роду тока — постоянного тока: переменного тока промышленной частоты, переменного тока повышенной частоты;
3. по роду защиты от окружающей среды — в исполнении открытом, защищенном, брызгозащищенном, воздухозащищенном, герметичном, взрывобезопасном и т.д.:
4. по способу действия — электромагнитные, магнитоэлектрические, индуктивные, тепловые и т. д.;
5. по ряду других факторов (быстродействие, способы гашения дуги и т. п.).

Электрические аппараты – назначение, классификация, применение

На всех этапах производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии практически во всех отраслях народного хозяйства важную роль играют электрические аппараты.

Электрические аппараты (контакторы, пускатели, реле, электромагниты) входят в состав автоматических, полуавтоматических и ручных систем управления электроэнергетическими установками, электроприводами, устройствами электрического освещения, электротехнологическими установками и т. д. Их применяют для управления пуском, регулирования частоты вращения и осуществления электрического торможения электродвигателей. С помощью электрических аппаратов производится регулирование токов и напряжений генераторов. Они осуществляют функции контроля и защиты установок, потребляющих электроэнергию.

Таким образом, использование электромеханических устройств позволяет управлять по заданной программе работой электрических и неэлектрических объектов, а также защищать эти объекты от нежелательных режимов — перегрузок, перенапряжений, недопустимо больших токов и т. д.

Многие электрические аппараты предназначаются для выполнения какой-либо одной функции в системе управления или защиты, однако имеются и многофункциональные аппараты.
Работа электромеханических устройств в системах автоматики основывается на ряде физических явлений: взаимодействии ферромагнитных тел в магнитном поле, силовом взаимодействии проводника с током и магнитного поля, возникновении ЭДС в катушках и вихревых токов в массивных телах из электропроводящего материала при появлении переменного магнитного поля, тепловом действии электрического тока и др.

Основными частями электрических аппаратов являются

• электрические контакты (неподвижные и подвижные, главные и вспомогательные),
• механический или электромагнитный привод контактной группы (приведение в соприкосновение и прижатие подвижных и неподвижных контактов),
• рукоятки (кнопки) управления и рабочие обмотки.
  Электрический аппарат срабатывает, т. е. осуществляет замыкание и размыкание контактов или соединение подвижной и неподвижной частей электромагнитного механизма, под воздействием:

1) обслуживающего персонала, нажимающего на рукоятки (кнопки) управления; в этом случае аппарат называют ручным или полуавтоматическим ;
2) электрических величин, характеризующих работу контролируемого (управляемого) объекта, изменяющих ток или напряжение на рабочих обмотках; в этом случае аппарат называют автоматическим.

В зависимости от функций, которые должен обеспечить аппарат, к нему могут предъявляться различные требования, но главными требованиями являются надежность и точность работы: надежность соединения контактов, малое электрическое сопротивление в месте соединения контактов, точность зависимости момента срабатывания от значения управляющего тока или напряжения.

По назначению различают следующие электрические аппараты

1) коммутационые (разъединители, выключатели, переключатели);
2) защитные, основным назначением которых является защита электрических цепей от недопустимо больших токов, перенапряжений, снижения напряжения и х д. (предохранители, реле защиты);
3) пускорегулирующие, предназначенные для управления электроприводами и другими промышленными потребителями электроэнергии (контакторы, пускатели, реле управления);
4) контролирующие и регулирующие, предназначенные для контроля и поддержания в заданном диапазоне основных параметров процесса (датчики и реле);
5) электромагниты (силовые), служащие для удерживания или
перемещения объектов в производственном либо управленческом
процессе.

В данной главе рассматриваются электрические аппараты (реле, пускатели, контакторы и электромагниты) и некоторые схемы управления и регулирования, использующие электромеханические устройства.

Прежде всего, рассмотрим особенности работы электрических контактов и работу электромагнитного механизма — привода контактной группы электрических аппаратов.

Электрические аппараты управления. Классификация электрических аппаратов

Электрические аппараты
управления. Классификация
электрических аппаратов
Электрический аппарат — это устройство, управляющее
электропотребителями и источниками питания, а также
использующее электрическую энергию для управления
неэлектрическими процессами.

2.

Классификация электрических
аппаратов
• Электрические аппараты общепромышленного назначения,
электробытовые аппараты и устройства делятся по напряжению
до 1 кВ и выше 1 кВ (высоковольтные). Аппараты до 1 кВ, в свою
очередь, 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;

3.

Классификация электрических
аппаратов
• 4. роду тока – постоянный, переменный, высокочастотный;
• 5. величине тока – слаботочные (до 5 А) и сильноточные;
• 6. величине напряжения (до 1 кВ и свыше):
• 7. исполнению;
• 8. степени защиты (IP);
• 9. по конструкции.

4.

5.

Классификация 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.

6.

Классификация электрических аппаратов
• К ним относятся электрические аппараты ручного управления пакетные выключатели и переключатели, рубильники, универсальные переключатели, контролеры и командоконтроллеры,
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. К ним относятся плавкие предохранители,
тепловые реле, токовые реле, автоматические выключатели и др.

7.

Классификация электрических
аппаратов
• 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.

8.

Классификация электрических
аппаратов
• 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, . ).

9.

Классификация электрических
аппаратов
• 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:

10.

Основные требования, предъявляемые к
электрическим аппаратам
• 1. аппараты, работающие длительно;
• 2. предназначенные для кратковременного режима работы;
• 3. работающие в условиях повторно-кратковременной нагрузки.
• Основные требования, предъявляемые к электрическим
аппаратам:
• 1. При нормальном режиме работы температура токоведущих
частей (элементов) не должна превышать допустимую (значений,
рекомендуемых
соответствующим
ГОСТ
или
другими
нормативными документами).

11.

Основные требования, предъявляемые к
электрическим аппаратам
• 2. Аппараты должны выдерживать в течении определенного
времени термическое воздействие токов К.З. без каких-либо
деформаций, препятствующих их дальнейшему использованию
(высокая износостойкость).
• 3. Изоляция аппарата должна быть рассчитана с учетом
возможных перенапряжений, возникающих в процессе
эксплуатации, с некоторым запасом, учитывающим её
«старение».
• 4. Контакты электрических аппаратов должны быть способны
многократно включать и отключать токи рабочих режимов.

12.

Контактные и бесконтактные аппараты.
Контактные узлы коммутационных аппаратов
• Аппараты должны иметь высокую надежность и точность,
необходимое быстродействие, минимум массы, малые габариты,
дешевизну, удобство в эксплуатации.
• Контактные и бесконтактные аппараты. Контактные узлы
коммутационных аппаратов.
• Важнейшей частью электрических аппаратов является коммутирующий узел, который характеризуется переходным сопротивлением: состояние «замкнуто» — RЭА ≤ Rприёмника , состояние
«разомкнуто» — RЭА ≥Rприёмника .

13.

Контактные и бесконтактные аппараты.
Контактные узлы коммутационных аппаратов
• Процессы коммутации сопровождаются импульсами тока, напряжения и появлением электромагнитных полей, которые могут
быть опасными для людей и мешать работе других электротехнических и электронных устройств. Отсюда возникает необходимость решения проблемы электромагнитной совместимости
электрических машин и электрической безопасности. По
типу
коммутирующего
узла
различают
контактные,
бесконтактные и гибридные электрические аппараты
управления.

14.

Контактные и бесконтактные аппараты.
Контактные узлы коммутационных аппаратов
• В контактных электрических аппаратах есть электрические контакты, которые замыкаются или размыкаются под действием механической силы, создаваемой приводом. Привод может быть
электромагнитный, пневматический, механический и др.
• Достоинства: большая надёжность, высокая перегрузочная
способность, большие номинальные значения токов и
напряжений в коммутаторной цепи.
• Недостатки: узость контактных поверхностей, невысокая частота
коммутаций, «дребезг» контактов.

15.

Контактные и бесконтактные аппараты.
Контактные узлы коммутационных аппаратов
• В бесконтактном электрическом аппарате коммутация достигается изменением сопротивления нелинейного элемента
(транзисторы, тиристоры и др.).
• Достоинства: нет подвижных частей, малые габариты, большой
срок службы, низкий уровень мощности управляющего сигнала.
• Недостатки: большое сопротивление в состоянии «замкнуто» и
малое – в состоянии «разомкнуто»; низкая перегрузочная
способность.

16.

Нагрев электрических аппаратов
• При протекании электрического тока по токоведущим частям
коммутационного аппарата в них и конструкционных деталях
возникают потери электрической энергии (потери на активном
сопротивлении, потери на вихревые токи, потери на гистерезис
ферромагнитных материалов), которые превращаются в
тепловую энергию. Тепло частично расходуется на повышение
температуры аппарата и частично отдается в окружающую среду.
При нагревании аппарата происходит ускорение старения
изоляции. Нагрев контактных соединений снижает надежность их
работы. Поэтому температура частей аппарата во всех возможных
режимах работы не должна превышать экономически
оправданных значений, которые устанавливаются стандартами.

17.

Электрическая дуга. Способы гашения
электрической дуги
• При размыкании электрической цепи возникает электрический
разряд в виде электрической дуги. Для появления электрической
дуги достаточно, чтобы напряжение на контактах было выше 10 В
при токе в цепи порядка 0,1А и более. При значительных
напряжениях и токах температура внутри дуги может достигать 3
— 15 тыс. °С, в результате чего плавятся контакты и токоведущие
части.
• При напряжениях 110 кВ и выше длина дуги может достигать
нескольких метров. Поэтому электрическая дуга, особенно в
мощных силовых цепях, на напряжение выше 1 кВ представляет
собой большую опасность, хотя серьезные последствия могут
быть и в установках на напряжение ниже 1 кВ. Вследствии этого

18.

19.

Электрическая дуга. Способы гашения
электрической дуги
• электрическую дугу необходимо максимально ограничить и
быстро погасить в цепях на напряжение как выше, так и ниже 1
кВ.
• Причины возникновения электрический дуги.
• Процесс образования электрической дуги может быть упрощенно
представлен следующим образом. При расхождении контактов
вначале уменьшается контактное давление и соответственно
контактная
поверхность,
увеличиваются
переходное
сопротивление ( плотность тока и температура — начинаются
местные (на отдельных участках площади контактов) перегревы,
которые в дальнейшем способствуют термоэлектронной эмиссии,

20.

Электрическая дуга. Способы гашения
электрической дуги
• когда под воздействием высокой температуры увеличивается
скорость движения электронов и они вырываются с поверхности
электрода.
• В момент расхождения контактов, то есть разрыва цепи, на
контактном промежутке быстро восстанавливается напряжение.
Поскольку при этом расстояние между контактами мало,
возникает электрическое поле высокой напряженности, под
воздействием которого с поверхности электрода вырываются
электроны. Они разгоняются в электрическом поле и при ударе в
нейтральный атом отдают ему свою кинетическую энергию. Если
этой энергии достаточно, чтобы оторвать хотя бы один электрон с
оболочки нейтрального атома, то происходит процесс ионизации.

21.

Электрическая дуга. Способы гашения
электрической дуги
• Образовавшиеся свободные электроны и ионы составляют
плазму ствола дуги, то есть ионизированного канала, в котором
горит дуга и обеспечивается непрерывное движение частиц. При
этом отрицательно заряженные частицы, в первую очередь
электроны, движутся в одном направлении (к аноду), а атомы и
молекулы газов, лишенные одного или нескольких электронов, —
положительно заряженные частицы — в противоположном
направлении (к катоду).
Проводимость плазмы близка к
проводимости металлов. В стволе дуги проходит большой ток и
создается высокая температура.

22.

Электрическая дуга. Способы гашения
электрической дуги
• Способы гашения дуги в коммутационных электрических
аппаратах
• Для того чтобы отключить элементы электрической цепи и
исключить при этом повреждение коммутационного аппарата,
необходимо не только разомкнуть его контакты, но и погасить
появляющуюся между ними дугу. Процессы гашения дуги, так же
как и горения, при переменном и постоянном токе различны. Это
определяется тем, что в первом случае ток в дуге каждый
полупериод проходит через нуль. В эти моменты выделение
энергии в дуге прекращается и дуга каждый раз самопроизвольно
гаснет, а затем снова загорается.

23.

Электрическая дуга. Способы гашения
электрической дуги
• Практически ток в дуге становится близким нулю несколько
раньше перехода через нуль, так как при снижении тока энергия,
подводимая к дуге, уменьшается, соответственно снижается
температура дуги и прекращается термоионизация. При этом в
дуговом промежутке интенсивно идет процесс деионизации.
Если в данный момент разомкнуть и быстро развести контакты,
то последующий электрический пробой может не произойти и
цепь будет отключена без возникновения дуги. Однако
практически это сделать крайне сложно, и поэтому принимают
специальные меры ускоренного гашения дуги, обеспечивающие
охлаждение дугового пространства и уменьшение числа
заряженных частиц.

24.

Электрическая дуга. Способы гашения
электрической дуги
• Удлинение дуги (удаление контактов на расстояние).
• При расхождении контактов в процессе отключения
электрической цепи возникшая дуга растягивается. При этом
улучшаются условия охлаждения дуги, так как увеличивается ее
поверхность и для горения требуется большее напряжение.
• Деление длинной дуги на ряд коротких дуг.
• Если дугу, образовавшуюся при размыкании контактов, разделить
на n коротких дуг, например затянув ее в металлическую решетку,
то она погаснет. Дуга обычно затягивается в металлическую
решетку под воздействием электромагнитного поля, наводимого
в пластинах решетки вихревыми токами.

25.

26.

27.

Электрическая дуга. Способы гашения
электрической дуги
• Этот способ гашения дуги широко используется в коммутационных аппаратах на напряжение ниже 1 кВ, в частности в автоматических воздушных выключателях.
• Охлаждение дуги в узких щелях (дугогасительные камеры).
• Гашение дуги в малом объеме облегчается. Следовательно
в коммутационных аппаратах широко используют дугогасительные камеры с продольными щелями (ось такой щели совпадает
по направлению с осью ствола дуги). Такая щель обычно образуется в камерах из изоляционных дугостойких материалов.
Благодаря соприкосновению дуги с холодными поверхностями
происходят ее интенсивное охлаждение.

28.

29.

Электрическая дуга. Способы гашения
электрической дуги
• Кроме щелей с плоскопараллельными стенками, применяют
также щели с ребрами, выступами, расширениями (карманами).
Все это приводит к деформации ствола дуги и способствует
увеличению площади соприкосновения ее с холодными стенками
камеры.
• Втягивание дуги в узкие щели обычно происходит под действием
магнитного поля, взаимодействующего с дугой, которая может
рассматриваться как проводник с током.
• Внешнее магнитное поле для перемещения дуги наиболее часто
обеспечивают за счет катушки, включаемой последовательно с
контактами (магнитное дутье), между которыми возникает дуга.

30.

31.

Электрическая дуга. Способы гашения
электрической дуги
• Гашение дуги в узких щелях используют в аппаратах на все
напряжения.
• Гашение дуги высоким давлением.
• При неизменной температуре степень ионизации газа падает с
ростом давления, при этом возрастает теплопроводность газа.
При прочих равных условиях это приводит к усиленному
охлаждению дуги. Гашение дуги при помощи высокого давления,
создаваемого самой же дугой в плотно закрытых камерах,
широко используется в плавких предохранителях и ряде других
аппаратов.

32.

33.

Электрическая дуга. Способы гашения
электрической дуги
• Гашение дуги в масле
• Если контакты выключателя помещены в масло, то возникающая
при их размыкании дуга приводит к интенсивному испарению
масла. В результате вокруг дуги образуется газовый пузырь
(оболочка), состоящий в основном из водорода (70. 80 %), а
также паров масла. Выделяемые газы с большой скоростью
проникают непосредственно в зону ствола дуги, вызывают
перемешивание холодного и горячего газа в пузыре,
обеспечивают интенсивное охлаждение и соответственно
деионизацию
дугового
промежутка.
Кроме
того,
деионизирующую способность газов повышает создаваемое при
быстром разложении масла давление внутри пузыря.

34.

35.

Электрическая дуга. Способы гашения
электрической дуги
• Интенсивность процесса гашения дуги в масле тем выше, чем
ближе соприкасается дуга с маслом и быстрее движется масло по
отношению к дуге. Учитывая это, дуговой разрыв ограничивают
замкнутым изоляционным устройством — дугогасительной
камерой. В этих камерах создается более тесное
соприкосновение масла с дугой, а при помощи изоляционных
пластин и выхлопных отверстий образуются рабочие каналы, по
которым происходит движение масла и газов, обеспечивая
интенсивное обдувание (дутье) дуги.

36.

Электрическая дуга. Способы гашения
электрической дуги
• Другие способы гашения дуги в аппаратах на напряжение до и
выше 1 кВ.
• Кроме указанных выше способов гашения дуги, используют
также: сжатый воздух, потоком которого вдоль или поперек
обдувается дуга, обеспечивая ее интенсивное охлаждение
(вместо воздуха применяются и другие газы, часто получаемые из
твердых газогенерирующих материалов — фибры, винипласта и т.
п. — за счет их разложения самой горящей дугой), элегаз
(шестифтористая
сера),
обладающий
более
высокой
электрической прочностью, чем воздух и водород, в результате
чего дуга, горящая в этом газе, даже при атмосферном давлении
достаточно быстро гасится, высокоразреженный газ (вакуум), при

37.

Вакуумная камера
• размыкании контактов в котором дуга не загорается вновь
(гаснет) после первого прохождения тока через нуль.
• Вакуумная камера. Принцип действия.
• Поскольку разрежённый газ (10−6 …10−8 Н) обладает электрической прочностью, в десятки раз превышающей прочность газа при
атмосферном давлении, то это свойство широко используется в
высоковольтных выключателях: в них при размыкании контактов
в вакууме сразу же после первого прохождения тока в дуге через
ноль изоляция восстанавливается, и дуга вновь не загорается. В
момент размыкания контактов в вакуумном промежутке

38.

39.

Вакуумная камера
• коммутируемый ток инициирует возникновение электрического
разряда — вакуумной дуги, существование которой
поддерживается за счет металла, испаряющегося с поверхности
контактов в вакуумный промежуток. Плазма, образованная
ионизированными парами металла, проводит электрический ток,
поэтому ток протекает между контактами до момента его
перехода через ноль. В момент перехода тока через ноль дуга
гаснет, а оставшиеся пары металла мгновенно (за 7—10
микросекунд) конденсируются на поверхности контактов и на
других
деталях
дугогасящей
камеры,
восстанавливая
электрическую прочность вакуумного промежутка. В то же время

40.

Элегазовая камера
• на разведенных контактах восстанавливается приложенное к ним
напряжение
(см.
иллюстрацию
процесса
отключения
https://youtu.be/zWhQaSsZmmw?list=PL_ynwgT-FX6fo8GInuKusN_NgcqgXJ8n).
• Элегазовые камеры.
• На сегодняшний день, использование элегаза в качестве
дугогасящей среды, более эффективной по сравнению со сжатым
воздухом и маслом, является наиболее перспективным и
быстроразвивающимся направлением развития выключателей
переменного тока высокого и сверхвысокого напряжения.

41.

Элегазовая камера
• Основные достоинства элегазового оборудования определяются
уникальными физико-химическими свойствами элегаза.
• Элегазовому оборудованию также присущи: компактность; большие межремонтные сроки, вплоть до отсутствия эксплуатационного обслуживания в течение всего срока службы; широкий
диапазон номинальных напряжений (6-1150 кВ); пожаробезопасность и повышенная безопасность обслуживания.
• В элегазовых выключателях применяются различные способы
гашения дуги в зависимости от номинального напряжения, номинального тока отключения и эксплуатационных особенностей в
месте установки. В элегазовых дугогасительных устройствах

42.

43.

Элегазовая камера
• в отличие от воздушных дугогасительных устройств при гашении
дуги прохождение газа через сопло происходит не в атмосферу, а
в замкнутый объем камеры, заполненный элегазом при
относительно небольшом избыточном давлении. По способу
гашения дуги в элегазе различаются следующие элегазовые
выключатели:
• автокомпрессионные с дутьем в элегазе, создаваемым
посредством
компрессионного
устройства
(элегазовые
выключатели с одной ступенью давления);
• в которых гашение дуги в дугогасительных устройствах
обеспечивается вращением её по кольцевым контактам под
действием поперечного магнитного поля, создаваемого
отключаемым током (элегазовые выключатели с электромагнит-

44.

Элегазовая камера
• ным дутьем).
• с дугогасительным устройством продольного дутья, в котором
предварительно сжатый газ поступает из резервуара с
относительно высоким давлением элегаза (элегазовые
выключатели с двумя ступенями давления);
• с дугогасительным устройством продольного дутья, в котором
повышение давления элегаза происходит за счет разогрева
газовой среды дугой отключения в специальной камере
(элегазовые выключатели с автогенерирующим дутьем).

45.

Электромагнитные и
электромеханические системы
• По принципу действия (в зависимости от используемых в них
физических явлений) электрические аппараты классифицируются
на:
• электромагнитные (основаны на явлении электромагнитной
индукции или взаимоиндукции) – электромагнитные контакторы,
реле, пускатели, трансформаторы, электродвигатели и др.;
• тепловые (основаны на нагревании проводника электрическим
током) – тепловые реле, биметаллические механизмы и др.;
• электрические аппараты нелинейной (полупроводниковой)
электротехники – дроссели насыщения, магнитные усилители,
разрядники и др.;

46.

Устройство и принцип действия
контактора
• комбинированные – действие этих аппаратов основано на
использовании нескольких физических явлений.
• Конта́ктор (лат. contāctor «соприкасатель») — двухпозиционный
электромагнитный аппарат, предназначенный для частых
дистанционных включений и выключений силовых электрических
цепей (электродвигателей) в нормальном режиме работы.
Работа контактора основана на принципе электромагнитной
индукции (втягивание якоря контактора катушкой при
прохождении через нее электрического тока и возникновении
вокруг катушки магнитного поля (принцип электромагнита).
• Контакторы, применяемые в слаботочных цепях на токи до 5 А
называются реле, выше 5А (до тысяч ампер) – собственно

47.

Устройство и принцип действия
контактора
• контакторами. Контакторы, имеющие электрические защиты
называются магнитными пускателями.
• Наиболее широко применяются одно- и двухполюсные
контакторы
постоянного
тока
и
трёхполюсные
контакторы переменного тока. К контакторам из-за частых
коммутаций (число торов разной категории изменяется от 30 до
3600 раз в час) предъявляются повышенные требования по
механической и электрической износостойкости. Контакторы как
постоянного, так и переменного тока содержат:
• электромагнитную систему, контактную систему, состоящую из
подвижных и неподвижных контактов, дугогасительные камеры

48.

Нереверсивный контактор
Реверсивный контактор

49.

Устройство и принцип действия
контактора
• контакторами. Контакторы, имеющие электрические защиты
называются магнитными пускателями.
• Наиболее широко применяются одно- и двухполюсные
контакторы постоянного тока и трёхполюсные
контакторы переменного тока. К контакторам из-за частых
коммутаций (число торов разной категории изменяется от 30 до
3600 раз в час) предъявляются повышенные требования по
механической и электрической износостойкости. Контакторы как
постоянного, так и переменного тока содержат:
• электромагнитную систему, контактную систему, состоящую из
подвижных и неподвижных контактов, дугогасительные камеры

50.

Устройство и принцип действия
контактора
• систему блок-контактов (вспомогательные контакты,
переключающие цепи сигнализации и управления при работе
контакторов) и разборный корпус.
• Контакторы бывают нереверсивными и реверсивными
(позволяющими изменять направление вращения
электродвигателя), контактными и безконтактными
(полупроводниковыми).