Общая характеристика и классификация электрических аппаратов.

Общая характеристика и классификация электрических аппаратов.

Электрический аппарат – это электротехническое устройство, которое используется для включения и отключения электрических цепей, контроля, измерения, защиты, управления и регулирования установок, предназначенных для передачи, преобразования, распределения и потребления электроэнергии.

В этом случае они могут быть подразделены на следующие группы:

1. – Коммутационные – предназначены для включения и отключения

электрической цепи. (К ним можно отнести – разъединители, выключатели высокого и низкого напряжения, рубильники, переключатели и т.д.).

2. – Аппараты защиты – для защиты электрических цепей от ненормальных

режимов работы (к.з., перегрузка). Сюда относятся предохранители высокого и низкого напряжения, различного рода реле.

3. – Пускорегулирующие аппараты – для управления электроприводами и

другими промышленными потребителями электроэнергии (двигатели – пуск, остановка, регулирование скорости вращения). Это контакторы, пускатели, реостаты и т.д.

4. – Ограничивающие аппараты – для ограничения токов к.з. (реакторы) и

перенапряжений (разрядники).

5. – Контролирующие аппараты – для контроля заданных электрических и

неэлектрических параметров. Сюда о тносятся различного рода реле и датчики.

6. – Регулирующие аппараты – для автоматической и непрерывной

стабилизации и регулирования заданных параметров. Это различные стабилизаторы и регуляторы.

7. – Измерительные аппараты – для изоляции цепей первичной коммутации от цепей измерительных приборов и релейной защиты. (Измерительные трансформаторы тока и напряжения).

8. – Аппараты, предназначенные для выполнения механической работы – подъемные и удерживающие электромагниты, электромагнитные тормоза, муфты.

 

2. 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).

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.

5. Аппараты должны иметь высокую надежность и точность, необходимое быстродействие, минимум массы, малые габариты, дешевизну, удобство в эксплуатации.

 

Нагрев электрических аппаратов.

ИСТОЧНИКИ НАГРЕВА:

1. Джоулево тело, выделяющееся в обмотках аппарата. (Это количество тепла, выделяемое в приемнике, которое пропорционально его R, t и I², Вт*с=Дж).

2. Нагрев магнитопровода за счет потерь на перемагничивание и гистерезис.

3. Диэлектрические потери в изоляционных материалах.

НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ЯВЛЕНИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТАХ

 

Расширение тел при нагреве - (биметалические тепловые реле – электроутюг).

Создание неблагоприятных тепловых условий в одном аппарате, его разрушение и в результате защита других аппаратов (плавкие предохранители).

Преобразование электрической энергии отключаемой цепи в тепловую энергию и рассеивание этого тепла с помощью дугогасительного устройства в окружающую среду.

Электромагниты. Магнитные цепи.

Магнитной цепью называются совокупность деталей и воздушных зазоров, через которые замыкается магнитный поток.

Различают разветвленные и неразветвленные магнитные цепи.

НЕРАЗВЕТВЛЕННАЯ МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ:

11 - сердечник

22 - катушка электромагнита

33 - якорь

44-5 - воздушный зазор

66 возвратная пружина

РАЗВЕТВЛЕННАЯ МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ

Воздушный зазор изменяется при перемещении якоря.

ФФ_d-рабочий поток

ФФ_s-поток рассеяния

Магнитные потери.

Переменный магнитный поток приводит к нагреву магнитопровода из-за магнитных потерь в стали, которые вызываются перемагничиванием сердечника (гистерезисные потери) и вихревыми токами в сердечнике (вихревые потери).

В каждом поперечном сечении толщи магнитопровода создается переменная Э.Д.С. () по линиям концентрических окружностей.

 

Под действием Э.Д.С. возникают по тем же окружностям вихревые переменные токи i, нагревающие сердечник.

Для снижения гистерезисных потерь применяют электротехнические стали или сплавы с узкой петлей гистерезиса.

Для уменьшения вихревых потерь сердечник набирают (шихтуют) из пластин толщиной (0,35 0,5) мм., изолированных друг от друга (лаком, папиросной бумагой и т.д.).

При этом путь для тока в каждой пластине становится уже и длиннее, что (в соответствии с , где - удельное сопротивление проводника, (Ом^*мм²)/м, - его длина, м; - площадь поперечного сечения) ведет к возрастанию сопротивления цепи, по которой идет вихревой ток, т.е. к уменьшению величины тока и потерь на нагрев.

Удельные магнитные потери в ферромагнитных материалах приводятся в каталогах в зависимости от материала, частоты тока и индукции (1…4 Вт/кг)

Итак: ферромагнитные сердечники для магнитных цепей постоянного тока могут быть сплошными, а для магнитных цепей переменного тока набираются (шихтуются) из тонких листов электротехнической стали.

Катушка электромагнита.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К КАТУШКАМ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ

 

1. Надежное включение электромагнита в наихудших условиях, т.е. при пониженном напряжении и повышенной температуре.

2. Температура не должна превышать допустимую для данного класса изоляции при повышенном напряжении.

3. Минимальные габариты и экономичная технология в изготовлении.

4. Механическая прочность.

5. Влагостойкость, в некоторых случаях кислото и маслостойкость.

Конструктивно катушки делятся на: каркасные, бескаркасные, бандажированные, бескаркасные с намоткой на сердечник.

По способу включения: катушки тока (мало витков провода большого сечения), катушки напряжения (много витков провода малого сечения).

Электрические контакты.

Электрический контакт – это место перехода тока из одной контакт детали (токоведущей детали, осуществляющей контакт) в другую. (Слово контакт происходит от латинского слова contactus – прикосновение).

Контакты бывают – 1) неразъемные (болтовое соединение двух шин)

2) скользящие (реостат, ЛАТР)

3) коммутирующие

По форме контакты различают на следующие группы:

1) ТОЧЕЧНЫЕ – т.е. контакт происходит в одной точке. При точечном контакте контактные нажатия небольшие и для уменьшения сопротивления контактов применяют драгоценные металлы, не образующие окиси.

2) ЛИНЕЙНЫЕ – условное контактирование происходит по линии. В этом случае можно создать большую степень нажатия. Эти контакты выполняются так, что цилиндр во время контактирования перемещается по плоскости и окислы стираются. Для этих контактов применяют медь.

6-2

3) ПОВЕРХНОСТНЫЕ – контактирование между двумя поверхностями. Применяются при больших токах, создается высокая степень нажатия, благодаря чему в некоторых местах поверхность очищается от окислов.

Электрическая дуга.

При размыкании электрических цепей с помощью контактов электрических аппаратов (выключателей, автоматов, рубильников, контакторов) обычно на этих контактах возникает дуговой разряд если величины тока и напряжения превосходят некоторые критические значения.

ДУГА – это явление прохождения электрического поля через газ, который под действием различных факторов ионизируется.

Известно четыре основных пути появления в дуговом промежутке электрических зарядов – ударная и термическая ионизация, термо- и автоэлектронная эмиссии.

Ионизация есть процесс появления в дуговых промежутках электрических зарядов – положительных и отрицательных электронов.

1. ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ – это явление испускания электронов из раскаленной поверхности катода.

7-2

После разрыва жидкометаллического мостика на катоде образуется пятно, которое и является основанием дуги. Под действием температуры этого пятна электроны получают энергию для преодоления потенциального барьера и выскакивают с электрона в пространство.

Количество электронов в результате термоэлектронной эмиссии невелико и этот процесс служит для разжигания дуги, т.е. является инициатором возникновения дуги. Но его недостаточно для поддержания горения. Наряду с этим процессом возникает процесс автоэлектронной эмиссии.

2. АВТОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ – это явление испускания электронов из катода под действием сильного электрического поля. (Напряженность электрического поля >100 МВ/см). Этот процесс тоже незначительный, он также может служить только началом развития дугового разряда.

 

7-3

Таким образом, возникновение дугового разряда объясняется наличием термоэлектронной и автоэлектронной эмиссий.

Основные два процесса, которые поддерживают дугу это:

— термическая ионизация – процесс ионизации под воздействием высокой температуры (основной вид ионизации).

Температура ствола дуги достигает 7000 К. Под действием этой высокой температуры возрастает число и скорость движения заряженных частиц. При этом они соударяются, электрон при столкновении с нейтральной частицей может выбить из нее электрон. В результате получается свободный электрон и положительный ион. Вновь полученный электрон может, в свою очередь, ионизировать следующую частицу. Такая ионизация называется – ударной ионизацией.

 

Процессы деионизации.

ПРОЦЕССЫ ДЕИОНИЗАЦИИ (гашение дуги):

1. Рекомбинация – процесс образования нейтральных атомов при соударении разноименно заряженных частиц.

2. Диффузия – это процесс выноса заряженных частиц из дугового промежутка в окружающее пространство, что уменьшает проводимость дуги. (Вынос заряженных частиц с помощью магнитного поля).

ВАХ дуги постоянного тока.

Основной характеристикой электрической дуги является вольтамперная характеристика, т.е. зависимость падения напряжения на дуге от величины тока. При свободном горении дуги ВАХ дуги имеет падающий характер – с увеличением тока в дуге напряжение на ней уменьшается, т.к. сопротивление дуги уменьшается обратно пропорционально квадрату тока.

 

Падение напряжения на дуге зависит не только от величины тока, но также от скорости его изменения. При медленном изменении тока процессы ионизации и деионизации успевают следовать за изменениями тока, вольтамперная характеристика, снятая при таком условии, носит название статической.

При быстром изменении тока дуговой промежуток не успевает прийти в соответствие с величиной тока в цепи и напряжение на дуге будет уже не таким, как при медленном изменении тока. Характеристику дуги для такого случая называют динамической.

 

 

1- статическая характеристика (бывает только одна); 2- динамические характеристики; 3- идеальная динамическая характеристика – при мгновенном изменении тока.

Общая характеристика и классификация электрических аппаратов.

Электрический аппарат – это электротехническое устройство, которое используется для включения и отключения электрических цепей, контроля, измерения, защиты, управления и регулирования установок, предназначенных для передачи, преобразования, распределения и потребления электроэнергии.

В этом случае они могут быть подразделены на следующие группы:

1. – Коммутационные – предназначены для включения и отключения

электрической цепи. (К ним можно отнести – разъединители, выключатели высокого и низкого напряжения, рубильники, переключатели и т.д.).

2. – Аппараты защиты – для защиты электрических цепей от ненормальных

режимов работы (к.з., перегрузка). Сюда относятся предохранители высокого и низкого напряжения, различного рода реле.

3. – Пускорегулирующие аппараты – для управления электроприводами и

другими промышленными потребителями электроэнергии (двигатели – пуск, остановка, регулирование скорости вращения). Это контакторы, пускатели, реостаты и т.д.

4. – Ограничивающие аппараты – для ограничения токов к.з. (реакторы) и

перенапряжений (разрядники).

5. – Контролирующие аппараты – для контроля заданных электрических и

неэлектрических параметров. Сюда о тносятся различного рода реле и датчики.

6. – Регулирующие аппараты – для автоматической и непрерывной

стабилизации и регулирования заданных параметров. Это различные стабилизаторы и регуляторы.

7. – Измерительные аппараты – для изоляции цепей первичной коммутации от цепей измерительных приборов и релейной защиты. (Измерительные трансформаторы тока и напряжения).

8. – Аппараты, предназначенные для выполнения механической работы – подъемные и удерживающие электромагниты, электромагнитные тормоза, муфты.

 

2. 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).

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.

5. Аппараты должны иметь высокую надежность и точность, необходимое быстродействие, минимум массы, малые габариты, дешевизну, удобство в эксплуатации.