Электрические аппараты (лекция 1)

1. Электрические аппараты

Электрические аппараты – это электротехнические
устройства, предназначенные для коммутации
электрических цепей и их защиты от аварийных
режимов.

2. Виды электрических аппаратов

По принципу действия и элементной базе:
электромеханические, статические и гибридные.
Электромеханические аппараты имеют подвижную
часть - контактную систему, осуществляющую
коммутацию электрической цепи.
Статические аппараты выполняются на основе
электронных компонентов (диоды, транзисторы и
др.), а также управляемых электромагнитных
устройств (магнитные усилители и др.).
Гибридные аппараты – комбинация
электромеханических и статических аппаратов.

3. Классификация электрических аппаратов по напряжению:

Низкого напряжения
(до 1000 В):
Электрические аппараты
управления
Электрические аппараты
автоматики
Электрические аппараты
распределительных
устройств
Высокого напряжения
(выше 1000 В):
Коммутационные аппараты
(выключатели, разъединители)
Измерительные аппараты
(трансформаторы тока и напряжения,
делители напряжения)
Ограничивающие аппараты
(предохранители, реакторы, разрядники,
ограничители перенапряжений)
Компенсирующие аппараты
(шунтирующие реакторы)
Комплектные распределительные
устройства

4. Классификация электрических аппаратов

По значению тока:
Слаботочные
(до 5 А)
Сильноточные
(от 5 А до
сотен тысяч А)
По роду тока:
Постоянного тока
Переменного тока
По частоте источника
питания:
С нормальной частотой
(до 50 Гц)
С повышенной
частотой (от 400 Гц до
10 кГц)

5. Классификация электрических аппаратов

По роду выполняемых функций
По исполнению
коммутирующего органа
коммутирующие
регулирующие
контактные и бесконтактные
контролирующие
гибридные
измеряющие
синхронные и бездуговые
ограничивающие по току
или напряжению
стабилизирующие

6. Основные технические параметры электрических аппаратов

Электрические аппараты изготовляют на номинальные
технические параметры: напряжение и ток.
Наиболее распространенные в установках напряжением
до 1000 В:
на переменном токе: 24, 36, 127, 220, 380 В;
на постоянном токе: 12, 24, 48, 110, 220, 440 В.
В трехфазных установках напряжением выше 1000 В:
3, 6, 10, 15, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500 кВ.
Наиболее распространенные значения номинальных
токов в установках напряжением до 1000 В:
0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 6; 10; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400;
630; 1000 А.

7.

Изоляция электрического аппарата должна выдерживать
перенапряжения, возникающие в условиях
эксплуатации.
Уровень изоляции оценивается величиной
испытательного напряжения, которое превышает
номинальное более чем в 4 раза, и её электрическое
сопротивление (несколько мегаом).
Основные явления, сопровождающие работу
электрических аппаратов: процессы коммутации
электрических цепей, электромагнитные и тепловые
процессы.
Режимы работы: длительный, кратковременный,
повторно-кратковременный.

8. Категории размещения электрических аппаратов

1 категория – размещение на открытом воздухе.
2 категория – под навесом или в помещениях, где
колебания температуры и влажности несущественно
отличаются от их колебаний на открытом воздухе и
имеется сравнительно свободный доступ наружного
воздуха.
3 категория – в закрытых помещениях с естественной
вентиляцией без искусственно регулируемых
климатических условий, где колебания температуры
и влажности воздуха и воздействие песка и пыли
существенно меньше, чем на открытом воздухе.
4 категория – в помещениях с искусственно
регулируемыми климатическими условиями.
5 категория – в помещениях с повышенной
влажностью.

9. Требования, предъявляемые к электрическим аппаратам

1. Каждый электрический аппарат при работе обтекается рабочим током, при
этом в токоведущих частях выделяется определенное количество теплоты и
аппарат нагревается. Температура не должна превосходить некоторого
определенного значения, устанавливаемого для данного аппарата и его
деталей.
2. Ток, протекающий по аппарату в аварийных режимах, существенно (в 50 и
более раз) превышает номинальный. Аппарат должен выдерживать в
течение определенного времени чрезмерно большие термические и
электродинамические воздействия тока без каких-либо деформаций,
препятствующих дальнейшей его работе.
3. Электрическая изоляция аппарата должна обеспечивать надежную работу
аппарата при заданных значениях перенапряжений.
4. Контакты аппаратов должны быть способны включать и отключать все токи
рабочих режимов, а многие аппараты – также и токи аварийных режимов,
которые могут возникнуть в управляемых и защищаемых цепях.
5. К каждому электрическому аппарату предъявляются требования по
надежности и точности работы, а также по быстродействию.
6. Любой электрический аппарат должен, по возможности, иметь наименьшие
габариты, массу и стоимость, быть простым по устройству, удобным в
обслуживании и технологичным в производстве.

10. Материалы, применяемые в электрических аппаратах делятся на следующие группы:

1) проводниковые – медь, сталь, алюминий, латунь и др.;
2) магнитные – различного рода стали и сплавы - для магнитопроводов;
3) изоляционные – для электрической изоляции токоведущих частей
друг от друга и от заземленных частей;
4) дугостойкие изоляционные – асбест, керамика, пластмассы – для
дугогасительных камер;
5) сплавы, обладающие высоким удельным сопротивлением для
изготовления различных резисторов;
6) контактные – серебро, медь, металлокерамика – для обеспечения
высокой электрической износостойкости контактов;
7) биметаллы – применяются в автоматических аппаратах,
использующих линейное удлинение различных металлов при
нагревании током;
8) конструкционные – металлы, пластмассы, изоляционные материалы
– для придания аппаратам и их деталям тех или иных форм и для
изготовления деталей, преимущественным назначением которых
являются передача и восприятие механических усилий.

11. Тепловые процессы в электрических аппаратах

При работе электрических аппаратов часть
потребляемой ими энергии расходуется
бесполезно, рассеиваясь в виде теплоты.
Мощность, характеризующую потерянную
энергию, называют потерями мощности, или
просто потерями.

12.

Потери в электрических аппаратах
подразделяются на основные и добавочные.
Основные потери возникают в результате
электромагнитных и механических процессов,
происходящих в аппаратуре, а добавочные
потери обусловлены явлениями рассеяния,
нагрева и т. д.
Основные потери подразделяются на
электрические, механические и магнитные
(последние называют еще потерями в стали).

13.

Механические потери Рмех состоят из потерь в
движущихся частях и вентиляционных потерь,
связанных с вентиляцией электрических аппаратов.
В ряде случаев электрическая аппаратура охлаждается
не воздухом, а более вязкой средой, и
соответствующие потери также относят к
вентиляционным.
Потери на вентиляцию Рвент зависят от конструкции
аппарата и рода вентиляции.
Если вентиляция осуществляется не встроенным в
аппарат, а отдельно стоящим вентилятором, то потери
на вентиляцию включают в себя потребляемую
приводом вентилятора мощность.

14.

Магнитные потери Рмг включают в себя потери
на гистерезис, вызванные перемагничиванием
сердечников активной стали, и потери на
вихревые токи. К магнитным относят также
потери, которые зависят от основного потока
(потока полюсов) и вызваны зубчатым
строением сердечников.
К электрическим потерям Рэл относятся потери в
обмотках (называемые также потерями в
меди), в регулировочных реостатах и в
переходном сопротивлении подвижных
контактов.

15.

Потери энергии вызывают выделение теплоты и
нагревание частей электрических аппаратов.
Передача теплоты от более нагретых частей к
менее нагретым и в окружающую среду
происходит путем теплопроводности,
лучеиспускания и конвекции.
Теплопередача путем теплопроводности в
электрических аппаратах происходит главным
образом внутри твердых тел (медь, сталь,
изоляция), в то время как в газах (воздух,
водород) и жидкостях (масло, вода) главное
значение имеет передача теплоты конвекцией.

16. Режимы работы электрических аппаратов

Аппараты могут работать с полной нагрузкой
как длительное время (например,
трансформаторы на электрических станциях),
так в течение относительно короткого
промежутка времени (реле, контакторы).
В современных установках электрические
аппараты весьма часто имеют циклический
режим работы. Во многих случаях они
работают с переменной нагрузкой.

17.

Согласно государственным стандартам
электрические аппараты изготовляют для трех
основных номинальных режимов работы:
продолжительного, кратковременного и
повторно-кратковременного.
Большинство электрических аппаратов
изготовляются для продолжительного режима
работы.
В целях обеспечения нормальных
(предусмотренных изготовителем) сроков
службы электрических аппаратов температуры
их отдельных частей, особенно температура
изоляции обмоток, должны быть ограничены.

18.

Способность электрических машин и аппаратов
выдерживать без повреждений,
препятствующих дальнейшей работе,
термическое воздействие протекающих по
токоведущим частям токов заданной
длительности называется термической
стойкостью.
Ее количественной характеристикой является ток
термической стойкости, протекающий в
течение определенного промежутка времени.