Електричні апарати (стр. 1 из 31)

Вступ

В даному конспекті лекцій стисло розглядаються основи теорії, принципи роботи, конструкції вузлів апаратів та режими їх роботи і експлуатаційні характеристики, а також рекомендації по вибору електричних апаратів і розрахунку їх окремих вузлів. Конспект написано у відповідності до робочої програми курсу „Електричні апарати” для напрямку підготовки 6.0906 „Електротехніка” спеціальності 7.000008 „ Енергетичний менеджмент”, що розрахована на 48 год. Лекцій і 32 години лабораторного практикуму на протязі одного семестру. Автор намагався викласти матеріал таким чином, щоб при відносно невеликому об’ємі посібника акцентувати увагу на розумінні фізичних процесів і явищ, що відбуваються в електричних апаратах, та основах роботи найбільш широко вживаних електричних апаратів в номінальному режимі, режимі перевантаження та режимі короткого замикання.

Рекомендована література

1. А.А.Чунихин „Электрические аппараты», М. Энергоатомиздат 1988.

2. Буркевич.Г.В. Деттярь В.Г., Славинская А.Г. Задачник по электрическим аппаратам. М. Высшая школа, 1987.

3. Л.А.Родштейн « Электрические аппараты», Л. Энергоиздат., 1981.

4. Н.С.Таев «Электрические аппараты управления» М. Энергоатомиздат 1997; 1984 (В.Ш.).

5. «Проектирование электрических аппаратов» (под ред. Г.Н.Александрова). Л. Энергоиздат.1985.

6. Р.С.Кузнецов Аппараты распределения электрической энергии на напряжение до 1000В. М. Энергия 1970.

1.Призначення курсу. Основні вимоги до електричних апаратів

1.1 Предмет курсу, його роль і місце серед інших дисциплін

Беззаперечним і усіма усвідомленим є факт, що рівень розвитку суспільства визначається рівнем його енергозабезпечення. Разом з електричними машинами електричні апарати є фундаментальними засобами, що забезпечують прогрес в області електрифікації, автоматизації і комп’ютеризації і сучасний їх стан. Саме тому дисципліна електричні апарати – одна із базових дисциплін для майбутніх спеціалістів енергетиків, в тому числі з енергетичного менеджменту.

Електричні апарати – це пристрої, що служать для керування потоком електроенергії від генератора (джерела) до споживача. Більш детальне визначення таке:

Електричні апарати – це пристрої електротехніки, що використовуються для вмикання, вимикання електрокіл, контролю, захисту, керування, регулювання роботою установок, що призначені для передачі, перерозподілу та споживання енергії.

Предмет курсу „Електричні апарати” полягає у вивченні основ функціонування електричних апаратів, їх конструкцій, та їх експлуатаційних характеристик і в першу чергу тих електричних апаратів, що використовують в енергетичних та технічних системах і при автоматизації різних технологічних і виробничих процесів.

В результаті вивчення курсу студент повинен знати:

- основні фізичні принципи роботи;

- розрахунки окремих елементів і вузлів апаратів;

- методи вибору провідників та апаратів і області їх застосування;

- Основні технічні вимоги до апаратів.

Вміти:

- виконувати розрахунки для правильного вибору автоматичних вимикачів, рубильників, пускачів і контакторів;

- визначати розрахункові умови короткого замикання;

- виконувати вмикання електричних апаратів, вимикання при короткому замиканні.

Дисципліна „Електричні апарати” базується на знаннях вищої математики, фізики, ТОЕ, елементів теорії електричних машин.

Електричні апарати застосовуються практично всюди, де необхідно керувати потоками електроенергії – починаючи від АЕС і закінчуючи побутовими приладами, наприклад, таких як пральна машина, електропраска, сучасна електролампа.

- одна із базових дисциплін для майбутніх спеціалістів енергетиків, в тому числі з енергетичного менеджменту.

1.2 Класифікація електричних апаратів

Класифікація електричних апаратів може проводитись по-різному. Це зв’язано з різноманітністю апаратів та функцій, які вони виконують, із суміщенням в одному апараті декількох функцій. По одній ознаці їх класифікувати дуже важко, бо ознак по яких можна розділяти або об’єднати апарати є багато: габарити, призначення, допустимі струми і напруги, температурні режими експлуатації, кліматичні умови та багато інших. Найбільш прийнятною є класифікація електричних апаратів по призначенню, що передбачає їх поділ на наступні великі групи:

1) комутаційні апарати – призначені для вмикання, вимикання та перемикання електричних кіл. Це рубильники, пакетні вимикачі, вимикачі навантаження, автоматичні вимикачі, перемикачі, роз’єднувачі.

2) захисні – для захисту електричних кіл від короткого замикання (запобіжники високої та низької напруги);

3) обмежуючі – для обмеження струмів короткого замикання (реактори) і перенапруги (розрядники);

4) пускорегулюючі – для пуску, регулювання частоти обертання, струму, напруги електричних машин та інших споживачів електроенергії (контактори, пускачі, силові і командні контролери, реостати);

5) контролюючі – це апарати для контролю заданих електричних і неелектричних параметрів ( реле, датчики);

6) електричні апарати для вимірювань шляхом ізолювання первинних кіл від вторинних (трансформатори струму і напруги);

7) регулюючі електричні апарати – для автоматичного неперервного регулювання заданого параметра електричної сітки або автоматичного підтримування неперервної стабілізації.

- В границях однієї групи апарати поділяються на апарати низької напруги, як правило 660 В, і високої ( вище 1000 В або 3000 В).

- По виду струму розрізняють апарати:

· змінного струму;

· постійного струму;

· промислової частоти;

· високої частоти( відбійні молотки).

- По роду захисту від оточуючого середовища апарати ділять на ті, що працюють у відкритому середовищі, закритому, водозахисному, вибухонебезпечному, на повітрі.

- По способу дії ( електромагнітні, магнітоелектричні, електродинамічні, індукційні, теплові і т.п.).

- По принципу роботи апарати розділяють на контактні і безконтактні. Контактні мають рухомі контакти; безконтактні діють на принципі зміни їх параметрів: індуктивності, ємності, електричного опору.

- Апарати можна поділити на автоматичні, що діють в залежності від заданого режиму, і ручного перемикання, що працюють від волі оператора.

1.3 Вимоги до електричних апаратів

1.3.1 Загальні поняття про вимоги до електричних апаратів

В залежності від призначення, умов експлуатації, необхідної надійності і т.д. вимоги до електричних апаратів дуже різноманітні. Однак можна сформулювати загальні вимоги до всіх апаратів:

1. При номінальному режимі роботи температура струмоведучих елементів апарата не повинна перевищувати значень, що відповідають Державному стандарту України (ДСТУ) або іншим нормативним документам. Номінальний режим – це той режим, при якому електричний апарат функціонує у відповідності до його паспортних даних.

2. В кожному електричному колі може бути ненормальний (перевантаження) або аварійний (коротке замикання) режим. В цих випадках струм в 50 і більше раз перевищує номінальний.

3. Апарат при цьому на протязі певного часу знаходиться під великим термічним та електродинамічним навантаженням. Однак ці навантаження не повинні викликати остаточних явищ, що порушують працездатність апарату після усунення перевантажень, або короткого замикання.

4. Ізоляція електричних апаратів повинна витримувати перенапруги і мати запас, що враховує погіршення властивостей ізоляції внаслідок старіння, осадження, пилу, бруду, вологи.

5. Контакти апаратів, призначених для відключення, повинні бути розраховані на струми короткого замикання.

6. До кожного апарату пред’являються специфічні вимоги, обумовлені його призначенням.

1.3.2. Основні вимоги до електричних апаратів

Розглянемо конкретніше основні вимоги до електричних апаратів. Ці вимоги визначаються державними стандартами, або поки апарат знаходиться в стадії проектування і не накопичено достатньо інформації про його можливості, технічними умовами (ТУ).

ТУ діють тоді, коли ще не накопичено достатнього досвіду проектування, експлуатації апарату і його виготовлення.

Кожен апарат повинен мати незмінні технічні параметри.

Електричні апарати оцінюються за:

1. Величиною номінальної напруги. Вона відрізняється для змінного (36 В, 127 В, 220 В, 380 В, 660 В) і постійного струму (24 В, 48 В, 110 В, 220 В, 440 В, 780 В);

2. Режимом роботи – тривалий або короткочасний. При тривалому режимі роботи струм повинен протікати не менше часу, необхідного для досягнення сталої температури всіма частинами апарату при незмінних нормальних умовах охолодження.

3. Електричною та механічною зносостійкістю. Вони визначають кількість спрацювань апарату, поки він не стане непридатним.

Електрична зносостійкість визначається тим, як зношуються контакти внаслідок вигоряння під дією електричної дуги або стирання внаслідок спрацювання.

Механічна зносостійкість – це зносостійкість, що обумовлюється зношуванням деталей під час їх обертового і поступального руху поверхонь, коли контакти вдаряються або труться.

Електрична зносостійкість, як правило, менше механічної, відповідно електрична зносостійкість менша механічної.

Комутаційна здатність – здатність відключати струми (менші струми відключаються гірше, чим великі).

Ізоляційна стійкість як в холодному, так і в нагрітому стані (при струмі 1.05

) повинна витримувати випробувальну напругу струму з =50 Гц на протязі 1-ї хвилини (випробувальні напруги залежать від номінальних і становлять від 500 В (при =24 В) до 3 кВ (при =750 В)) і мати запас, що враховує погіршення ізоляції внаслідок старіння матеріалу або осадження пилу, бруду, вологи.