Кляйн Р.Я. Физические явления в электрических аппаратах

ВВЕДЕНИЕ

В1. Определение. 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.

Под электрическим аппаратом понимается широкий круг всевозможных устройств, применяемых в быту, промышленности и энергетике.

Таким образом, учитывая многофункциональное назначение электрических аппаратов объективно можно определить, что электрические аппараты - это средства для управления потоком электрической энергии.

В2. Функции электрических аппаратов.

Функции управления током включают в себя следующие разновидности: коммутацию, стабилизацию, регулирование, преобразование, контроль и защита.

Коммутация (от латинского commutatio - изменение) может быть дискретной (ступенчатой) или плавной (непрерывной) (рис.1). Пример дискретной коммутации - включение или отключение электрической цепи контактами аппарата. Такую коммутацию осуществляют, например, выключатели, контакторы, реле и др. Плавную коммутацию тока в цепи осуществляют, например, различные усилители, работающие в усилительном режиме: плавные изменения входного параметра вызывают плавные изменения выходного параметра.

Стабилизация (от латинского stabilis - устойчивый) приведение какого-либо параметра или нагрузки работающего оборудования в устойчивое состояние. Эту функцию выполняют такие аппараты как стабилизаторы (феррорезонансные или полупроводниковые).

Регулирование (от латинского regulare) автоматическое поддержание заданного режима работы какой-либо установки или автоматическое поддержание на определенном уровне того или иного технического параметра работающего оборудования (электрическое напряжение, частота вращения, температура и т.п.).

Преобразование - изменение величины какого либо параметра, например, напряжения одного уровня в напряжение другого уровня, частоты, мощности, температуры и т.д. Эту функцию выполняют трансформаторы, преобразователи и др.

Контроль - наблюдение за изменением какого-либо параметра, его измерение, выдача информации о состоянии контролируемой величины. Эту функцию выполняют датчики.

За щ и т а электротехнического оборудования от аварийных режимов (короткого замыкания, перегрузки, изменения частоты тока, перенапряжения, изменения направления потоков электроэнергии и др.).

В3. Классификация электрических аппаратов. Классификация электрических аппаратов может быть проведена по ряду признаков: назначению, области применения, принципу действия, роду тока, исполнению защиты от воздействий окружающей среды, конструктивным особенностям и др.

В3.1. По назначению: Коммутационные аппараты распределительных устройств, служащие для включения и отключения электрических цепей. К этой группе относятся рубильники, пакетные выключатели, выключатели нагрузки, выключатели высокого напряжения, разъединители, отделители, короткозамыкатели, автоматические выключатели, предохранители. Для аппаратов этой группы характерно относительно редкое их включение и отключение.

Ограничивающие аппараты, предназначенные для ограничения токов короткого замыкания (реакторы) и перенапряжений (разрядники). Режимы короткого замыкания и перенапряжений являются аварийными, и эти аппараты редко подвергаются наибольшим перегрузкам.

Пускорегулирующие аппараты, предназначенные для пуска, регулирования частоты вращения, напряжения и тока электрических машин или каких-либо других потребителей электрической энергии. К этой группе относятся контроллеры, командоконтроллеры, контакторы, пускатели, резисторы и реостаты. Для аппаратов этой группы характерны частые включения и отключения, число которых достигает 3600 в час и более.

Аппараты для контроля заданных электрических или неэлектрических параметров. К этой группе относятся реле и датчики. Для реле характерно плавное изменение входной (контролируемой) величины, вызывающее скачкообразное изменение выходного сигнала. Выходной сигнал обычно воздействует на схему автоматики. В датчиках непрерывное изменение входной величины преобразуется в изменение какой-либо электрической величины, являющейся выходной. Это изменение выходной величины может бить как плавным (измерительные датчики), так и скачкообразным (реле-датчики). С помощью датчиков могут контролироваться как электрические, так и неэлектрические величины.

Аппараты для измерений. С помощью этих аппаратов цепи первичной коммутации (главного тока) изолируются от цепей измерительных и защитных приборов, а измеряемая величина приобретает стандартное значение, удобное для измерений. К ним относятся трансформаторы тока, напряжения, емкостные делители напряжения.

Электрические регуляторы. Предназначены для регулирования заданного параметра по определенному закону. В частности, такие аппараты служат для поддержания на неизменном уровне напряжения, тока, частоты вращения и других величин.

В3.2. По областям применения: Аппараты электрических систем и электроснабжения. Сюда относятся в основном электрические аппараты распределительных устройств низкого и высокого напряжений и ограничивающие аппараты.

Аппараты управления. К этой группе относятся в основном пускорегулирующие аппараты.

Аппараты автоматики. Группа включает в себя аппараты контролирующих функций.

В3.3. По номинальному напряжению: Электрические аппараты разделяются на аппараты низкого напряжения (с номинальным напряжением до 1000 В) и высокого напряжения (с номинальным напряжением более 1000 В).

В3.4. По исполнению защиты электрические аппараты разделяются на аппараты открытого исполнения, защищенного исполнения, герметичного исполнения и взрывобезопасного исполнения.