Классификация электрических аппаратов

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).

Классификация электрических аппаратов по роду тока: постоянного и переменного.

Назначение электрических аппаратов

1) Коммутационные аппараты.

Основное назначение  -  это включение,  отключение,  переключение электрических цепей.

1. рубильники
2. пакетные переключатели
3. различные переключатели
4. автоматические выключатели
5. предохранитель   

2) Защитные аппараты.

Основное назначение - это защита электрических цепей от токов  короткого замыкания и перегрузок

1. автоматические выключатели
2. предохранитель.   

3) Пускорегулирующие аппараты.

Основная функция  этих аппаратов это управление электроприводами и другими потребителями электрической энергии. Их еще называют аппараты управления (АУ)

1. контакторы
2. пускатели
3. командо-контроллеры
4. реостаты 

4) токоограничивающие аппараты.

Функцию ограничителя  токов  короткого замыкания (ТКЗ)  выполняют реакторы, а функцию перенапряжения (разрядники).

5) Контролирующие аппараты.

Основная функция этих аппаратов заключается в контроле за заданными электрическими и неэлектрическими параметрами

Требования, предъявляемые к электрическим аппаратам

Требования, предъявляемые к электрическим аппаратам

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. 

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).

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. 

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

Выбор аппаратов по исполнению защиты от окружающей среды.

Согласно ГОСТ 14254-96 защитные свойства оболочки обозначаются буквами IP и двумя цифрами. Первая цифра обозначает степень защиты от прикосновения персонала к опасным деталям аппарата, вторая характеризует защиту от попадания внутрь аппарата инородных предметов и жидкостей. 

IP00. Открытое исполнение. Защита персонала от соприкосновения с токоведущими или подвижными частями отсутствует. 

IP20. Защищенное исполнение. Оболочка таких аппаратов предохраняет от случайного прикосновения к токоведущим или подвижным частям или от проникновения внутрь аппарата посторонних предметов. 

IP22. В дополнение к свойствам исполнения IP20 оболочка защищает от вредного воздействия капель жидкости, падающих на стенку оболочки.

 IP23. В дополнение к свойствам исполнения IP20 оболочка защищает от дождя.

IP40. Оболочка защищает аппарат от попадания внутрь него мелких предметов .

IP42. В дополнение к свойствам исполнения IP40 оболочка защищает от воздействия капель жидкости (так же как IP22).

IP44. В дополнение к свойствам исполнения IP40 оболочка защищает от воздействия брызг жидкости, попадающих под любым углом.

IP50. Оболочка аппарата защищает от вредного воздействия пыли (допускается попадание внутрь небольшого количества пыли, не нарушающего нормальной работы аппарата).

IP60. Пылезащищенное исполнение. Оболочка полностью препятствует попаданию пыли.

IP65. Пылеводозащищенное исполнение. В дополнение к свойствам исполнения IP60 оболочка защищает от воздействия струи воды

IP66. Пылеводонепронецаемое исполнение. В дополнение к свойствам исполнения IP60 оболочка обеспечивает полную защиту от попадания воды внутрь аппарата. 

IP67. Герметичное исполнение. В дополнение к свойствам исполнений IP60 оболочка обеспечивает полную герметичность аппарата.

Климатическое исполнение электрических аппаратов

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)

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.;

• 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;

• условия эксплуатации

Токоведущие и контактные детали электрических аппаратов

Электрическое контактное соединение - функциональный узел, с помощью которого соединяются две и более токоведущих детали для перехода тока из одной детали в другую.

Контакт - место, где ток из одной детали переходит в другую

Разборный контакт (контактное соединение) - это конструктивный узел, предназначенный только для проведения электрического тока, но не предназначенный для коммутации

(болтовое соединение “шин”, присоединение проводника к зажиму).

Коммутирующие контакты - это конструктивный узел, предназначенный для коммутации электрической сети (выключатель, контактор рубильник).

Переходное сопротивление – резкое увеличение активного сопротивления в месте перехода  тока из одной детали в другую

Контактное нажатие – усилие воздействия одной контактной поверхности на другую

Начальное контактное нажатие - усилие воздействия одной контактной поверхности на другую при первом соприкосновении контактов

Конечное контактное нажатие - усилие воздействия одной контактной поверхности на другую при полностью включенных контактах

Провал контактов - это расстояние, на которое перемещается подвижная контактная система после касания контактов (расстояние на которое перемещается контактная система, если неподвижную контактную систему мысленно убрать). 

Раствор контактов – наименьшее расстояние контактными поверхностями полностью разомкнутых контактов

Износ - это разрушение рабочей поверхности коммутирующего контакта в процессе работы,приводящее к изменению формы, размера, массы и к уменьшению провала контактов.

Вибрация контактов (дребезг) - это явление периодического отскока и последующего замыкания подвижной контактной системы за счет упругой деформации неподвижной контактной системы (на расстояние 0.01 - 0.1 мм). Процесс этот идет с затуханием (с затухающей амплитудой).

Термическая устойчивость контактов - способность контактов выдерживать в течение определенного времени большие токи, не оплавляясь и не свариваясь

Электродинамическая устойчивость контактов - их способность контактов пропускать большие токи не размыкаться под действием электродинамических усилий не снижая значительного контактного нажатия

Гашение электрической дуги

Ионизация - процесс отделения от нейтрали частиц одного или нескольких электронов и образование в следствии этого электронов и положительно заряженных частиц (ионов).

Термическая ионизация - это процесс ионизации под воздействием высоких температур.

Термоэлектронная эмиссия - явление испускания электронов с поверхности накаливания.

Автоэлектронная эмиссия - это явление испускания электронов под воздействием сильного электрического поля.

Рекомбинация - это процесс образования нейтральных частиц.

Диффузия - это процесс выноса заряженных частиц из межэлектронного промежутка в окружающее пространство. Интенсивность гашения дуги будет определяться интенсивностью этих процессов.

Дугогасительная камера – часть электрическогого аппарата, предназначенная способствовать гашению электрической дуги и ограничивать распространение ионизированных газов и пла­мени. Дугогасительная камера создает условия , способствующие гашению дуги в малом объеме и в наиболее короткое время при малом износе токоведущих частей (контактов и рогов); ограничение звукового и светового эффекта при  гашении дуги, направление потока расплавленных и ионизированных газов в определенное место, где они не могут вызвать перебросов  в результате резкого снижения диэлектрической прочности воздуха. Дугогасительные камеры бывают глухие и открытые. Глухие  представляют  собой замкнутый объем, не имеющий связи с внешним пространством (например, у предохранителей)