Презентация по мдк.01.01. на тему «классификация электрических аппаратов до 1000 в» для специальности 13.02.11. техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)

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.

Классификация по назначению

Электрические машины по своему назначению подразделяют на:

Электромашинные генераторы. Они выполняют преобразовании энергии механической (вращение) в электрическую. Они устанавливаются на электрических станциях, автомобилях, самолетах, тепловозах, передвижных электростанциях, кораблях и в других установках. На электростанциях генератор приводят в движение мощные паровые турбины, на автомобилях, тепловозах и прочих транспортных средствах – газовые турбины или двигатели внутреннего сгорания. Генераторы очень часто используют в качестве источников питания в различных установках связи, автоматики и измерительной техники и в других системах.

  •  Электрические двигатели – выполняют функции обратные генератору, а именно, преобразуют электрическую энергию в механическую. Они используются для приведения в движение множества установок в промышленности, сельском хозяйстве, транспорте, в быту, в системах связи. В системах автоматического регулирования их активно используют в качестве регулирующих, программирующих и исполнительных органов.
  • Электромашинные преобразователи – выполняют преобразования электрических величин. Например, могут преобразовывать постоянный ток в переменный и наоборот, изменять частоту, число фаз и другие функции. В связи с активным внедрением полупроводниковых преобразователей электромашинные преобразователи в новых проектах используют крайне редко (практически никогда), а уже установленные электромашинные преобразователи активно модернизируются полупроводниковыми (тиристорными и транзисторными).
  • Электромашинные компенсаторы – осуществляют регулирование коэффициента мощности cos φ, а именно баланса реактивной мощности в сети.
  • Электромашинные усилители – используют для объектов большой мощности. Это, своего рода усилители, они усиливают сигналы большой мощности, при этом управление ведется сигналами малой мощности. Роль этих усилителей, как и электромашинных компенсаторов, в современном мире практически сведена на нет из – за применения полупроводниковых усилителей (транзисторных и тиристорных).
  • Электромеханические преобразователи сигналов – это, как правило, электрические микромашины (например, сельсины), которые довольно широко используют в системах автоматического управления.

Классификация электрических аппаратов

Классификацию электрических аппаратов выполняют по ряду признаков – области применения, роду тока, принципу работы, назначению (основные функции которые выполняет данный электрический аппарат), конструктивным особенностям, степени защиты от воздействия окружающей среды и другим признакам. Основной является классификация по назначению.

В зависимости от назначения электрические аппараты разделяют на следующие группы:

  1. Коммутационные аппараты распределительных устройств – данная группа электрических аппаратов служит для подключения и отключения электрических цепей. К данной группе относятся выключатели нагрузки, рубильники, пакетные выключатели, разъединители, выключатели высокого напряжения, предохранители, отделители, коротокозамыкатели, предохранители, автоматические выключатели. Характерным для этих устройств является относительно редкое включение и отключение, однако бывают случаи, когда электрические аппараты данной группы часто совершают коммутационные процессы (например, выключатель высокого напряжения, который питает электрическую печь).
  2. Ограничивающие аппараты – их главным назначением является ограничение токов короткого замыкания (реакторы) и перенапряжений (разрядники). В нормально спроектированной системе электроснабжения режими перенапряжения и короткого замыкания редки, поэтому данные электрические аппараты мало подвергаются максимальным нагрузкам.
  3. Пускорегулирующие аппараты – предназначены для пуска, регулирования тока, напряжения, частоты вращения электрических машин или других потребителей электрической энергии. К данной группе относят – командоконтроллеры, контроллеры, пускатели, контакторы, реостаты и пусковые резисторы. Для этой группы характерны частые включения и отключения.
  4. Контролирующие аппараты – главная их функция это контроль заданных не электрических или электрических параметров. К этой группе электрических аппаратов относят датчики и реле. Если при плавном изменении измеряемой (или входной величины) значение аппарата изменяется скачком – мы имеем дело с реле. Выходной сигнал, как правило, воздействует на автоматику. Датчик преобразует непрерывные изменения входной величины в преобразованные значения выходной величины (например, скорость в электрический сигнал). Датчики способны контролировать как электрические величины, так и не электрические величины. Как правило, датчики производят плавное преобразование сигнала, хотя возможны варианты и со скачкообразным преобразованием выходных сигналов при плавном изменении входных (реле-датчики).
  5. Аппараты для измерений – данные изделия изолируют цепи первичной коммутации (главного тока) от защитных и измерительных приборов. Они преобразуют измеряемую величину до стандартного значения, удобного для измерения обычными приборами. К ним можно отнести трансформаторы тока и напряжения, конденсаторные делители напряжения.
  6. Регулирующие аппараты – они предназначены для регулирования заданного параметра по определенному, ранее заданному закону. Такие регуляторы служат для поддержания на заданном уровне значений напряжения, частоты, температуры, тока и других величин.

По областям разделение электрических аппаратов более условно. Электрические аппараты, которые обслуживают электрические системы и системы электроснабжения, объединяют в группу аппаратов распределительных устройств высокого и низкого напряжения.

Огромную группу электрических аппаратов применяют для обслуживания систем автоматического управления электроприводами и промышленной автоматизации, которую удобно объединить в группу аппаратов управления. Однако, одни и те же аппараты могут находиться среди аппаратов управления и распредустройств, например пакетные выключатели, реле, трансформаторы тока и напряжения, рубильники и другие устройства.

По напряжению электрические аппараты разделяют на две группы – электрические аппараты низкого напряжения UП ≤ 1000 B и высокого напряжения UП > 1000 B.

Для защиты работников от прикосновения к подвижным или токоведущим частям, а также от попадания в электрический аппарат инородных тел устанавливаются специальные защитные оболочки.

Защитные свойства оболочки обозначаются буквами IP и двумя цифрами, согласно ГОСТ. Первая цифра обозначает степень защиты от попадания твердых тел и прикосновения персонала к токоведущим частям, а вторая цифра – степень защиты от проникновения влаги и жидкостей.

Классификация

Ввиду большого разнообразия электрических аппаратов и возможности выполнения одним аппаратом нескольких различных функций нет возможности провести строгую классификацию их по какому-то признаку. Обычно электрические аппараты разделяют по основной выполняемой ими функции. Таким образом, можно выделить группы:

По назначению

Коммутационные

Основная статья: Коммутационный аппарат

Коммутационные аппараты служат для различного рода коммутаций (включений, отключений). К коммутационным аппаратам относятся разъединители, рубильники, переключатели, силовые выключатели и т. д.

Защитные

Защитные аппараты предназначены для защиты электрических цепей от ненормальных режимов работы, таких как, например, перегрузка или короткое замыкание, нарушение последовательности фаз, обрыв фазы. К защитным аппаратам относятся различного рода автоматы и предохранители, а также защитные реле — например, реле контроля фаз, дифференциальные реле и др.

Ограничивающие

Основное предназначение ограничивающих электрических аппаратов — ограничение токов короткого замыкания и перенапряжений. К этим аппаратам относятся реакторы, разрядники, ограничители перенапряжений.

Пускорегулирующие

Пускорегулирующие аппараты предназначены для управления различного рода электроприводами или для управления промышленными потребителями энергии. К этой группе относятся контакторы, пускатели, реостаты и пр.

Контролирующие

Задача контролирующих аппаратов — контроль заданных параметров (напряжение, ток, температура, давление и пр.). К этой группе относятся реле и датчики.

Регулирующие

Аппараты этой группы служат для регулирования заданного параметра системы. К ним относятся, например, стабилизаторы.

К этим признакам можно отнести исполнения, быстродействие, границы защищаемых или контролируемых участков и пр.

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.

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.

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.

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.

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.

Электрические аппараты автоматики

Для реализации электрических аппаратов автоматики используются разнообразные физические принципы. По назначению они классифицируются следующим образом:

  • первичные преобразователи (датчики);
  • распределители (коммутаторы);
  • сумматоры, логические элементы, регулирующие органы;
  • исполнительные аппараты (электрические реле автоматики, электрогидровентили, электрогидрокраны, электроклапаны, магнитные опоры и подвесы, задвижки, толкатели и др.);
  • электричекие реле автоматики (герметизированные магнитоуправляемые контакты (герконы) и др.).
  • релейные аппараты с механическим управлением (входом) и электрическим выходом (кнопки, ключи, клавиатуры, тумблеры, микровыключатели).

Лит.: Электрические аппараты, Чунихин А. А., -2 изд., -М., 1975; Электротехнический справочник, под общей ред. профессоров МЭИ В. Г. Герасимова и др., -9-изд., стер. -М., Издательство, МЭИ, 2003.

 
 
Ссылка на основную публикацию