Электрические аппараты

коммутационные аппараты распределительных устройств, служащие для включения и отключения электрических цепей. К этой группе относятся рубильники, пакетные выключатели, выключатели высокого напряжения, разъединители, отделители, короткозамыкатели, автоматические выключатели, предохранители. Для аппаратов этой группы характерно относительно редкое их включение и выключение;
· ограничивающие аппараты, предназначенные для ограничения токов короткого замыкания (к.з.) (реакторы) и перенапряжений (разрядники). Режимы короткого замыкания и перенапряжений являются аварийными, и эти аппараты редко подвергаются наибольшим нагрузкам;
· пускорегулирующие аппараты, предназначенные для пуска, регулирования частоты вращения, напряжения и тока электрических машин или каких-либо других потребителей электроэнергии. 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 и неэлектрических величин, к которым относятся реле и датчики. Для реле характерно плавное изменение входной (контролируемой) величины, вызывающее скачкообразное изменение выходного сигнала. Выходной сигнал обычно воздействует на систему автоматики. В датчиках непрерывное изменение входной величины преобразуется в изменение какой-либо электрической величины, являющейся выходной. Это изменение выходной величины может быть 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 которых 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, предназначенные для регулирования заданного параметра по определенному закону. В частности, такие аппараты служат для под-держания на неизменном уровне напряжения, тока, температуры, частоты вращения и других величин.
Разделение электрических аппаратов по другим признакам, например, по областям применения, более условно. Аппараты для электрических систем и электроснабжения объединяют в группу аппаратов распределительных устройств низкого и высокого напряжения. Аппараты, применяющиеся в схемах автоматического управления электроприводом и для автоматизации производственных процессов, объединяют в группу аппаратов управления.

Одни и те же аппараты могут быть отнесены как к группе аппаратов распределительных устройств, так и к группе аппаратов управления, например, рубильники, пакетные выключатели, контакторы, трансформаторы тока, реле и другие.
По номинальному напряжению электрические аппараты разделяются на две группы: аппараты низкого напряжения НН (до 1000 В) и высокого напряжения ВН (более 1 кВ).
Требования, предъявляемые к электрическим аппаратам, весьма разнообразны и зависят от назначения, условий эксплуатации, необходимой надежности и т.д. Однако можно сформулировать требования, которые являются общими для всех электрических аппаратов:
1) При номинальном режиме работы температура токоведущих элементов аппарата не должна превосходить значений, рекомендуемых стандартом или другими нормативными документами.
2) При коротком замыкании и других аварийных режимах токоведущие элементы аппарата подвергаются значительным термическим и динамическим воздействиям тока. Эти воздействия не должны вызывать остаточных явлений, нарушающих работоспособность аппарата после устранения короткого замыкания.
3) Изоляция электрических аппаратов должна выдерживать перенапряжения, которые имеют место в эксплуатации, и обладать определенным запасом, учитывающим ухудшение свойств изоляции с течением времени и вследствие осаждения пыли, грязи и влаги.
4) Контакты электрических аппаратов должны быть способны включать и отключать все токи рабочих режимов, а также и токи аварийных режимов, которые могут возникнуть в управляемых и защищаемых цепях.

5) К каждому аппарату предъявляется ряд специфических требований, обусловленных его назначением. Так, например, выключатель ВН должен отключать ток к.з. за малое время (0,04…0,06 с.). Трансформатор тока должен давать токовую и угловую погрешности, не превышающие определенного значения.
6) В связи с широкой автоматизацией производственных процессов, применением сложных схем автоматики увеличивается число аппаратов, участвующих в работе. Возможность отказа в работе аппарата требует их резервирования и создания специальной системы поиска неисправностей. В связи с этим электрические аппараты должны обладать высокой надежностью. Масса, габаритные размеры, стоимость и время, необходимое для установки и обслуживания электрического аппарата должны быть минимальными. Отвечающие современным требованиям электрические аппараты за срок службы 25 лет не должны нуждаться в ремонте и сложной ревизии. Конструкция электрического аппарата должна обеспечивать возможность автоматизации в процессе их изготовления и эксплуатации.
На всех этапах производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии практически во всех отраслях народного хозяйства важную роль играют электрические аппараты. Электрические аппараты (контакторы, пускатели, реле, электромагниты) входят в состав автоматических, полуавтоматических и ручных систем управления электроэнергетическими установками, электроприводами, устройствами электрического освещения, электротехнологическими установками и т. д. Их применяют для управления пуском, регулирования частоты вращения и осуществления электрического торможения электродвигателей. С помощью электрических аппаратов производится регулирование токов и напряжений генераторов. Они осуществляют функции контроля и защиты установок, потребляющих электроэнергию. Таким образом, использование электромеханических устройств позволяет управлять по заданной программе работой электрических и неэлектрических объектов, а также защищать эти объекты от нежелательных режимов — перегрузок, перенапряжений, недопустимо больших токов и т. д. Многие электрические аппараты предназначаются для выполнения какой-либо одной функции в системе управления или защиты, однако имеются и многофункциональные аппараты. Работа электромеханических устройств в системах автоматики основывается на ряде физических явлений: взаимодействии ферромагнитных тел в магнитном поле, силовом взаимодействии проводника с током и магнитного поля, возникновении ЭДС в катушках и вихревых токов в массивных телах из электропроводящего материала при появлении переменного магнитного поля, тепловом действии электрического тока и др.
Основными частями электрических аппаратов являются электрические контакты (неподвижные и подвижные, главные и вспомогательные), механический или электромагнитный привод контактной группы (приведение в соприкосновение и прижатие подвижных и неподвижных контактов), рукоятки (кнопки) управления и рабочие обмотки. Электрический аппарат срабатывает, т. е. осуществляет замыкание и размыкание контактов или соединение подвижной и неподвижной частей электромагнитного механизма, под воздействием: 1) обслуживающего персонала, нажимающего на рукоятки (кнопки) управления; в этом случае аппарат называют ручным или полуавтоматическим ; 2) электрических величин, характеризующих работу контролируемого (управляемого) объекта, изменяющих ток или напряжение на рабочих обмотках; в этом случае аппарат называют автоматическим. В зависимости от функций, которые должен обеспечить аппарат, к нему могут предъявляться различные требования, но главными требованиями являются надежность и точность работы: надежность соединения контактов, малое электрическое сопротивление в месте соединения контактов, точность зависимости момента срабатывания от значения управляющего тока или напряжения. По назначению различают следующие электрические аппараты 1) коммутационые (разъединители, выключатели, переключатели); 2) защитные, основным назначением которых является защита электрических цепей от недопустимо больших токов, перенапряжений, снижения напряжения и х д. (предохранители, реле защиты); 3) пускорегулирующие, предназначенные для управления электроприводами и другими промышленными потребителями электроэнергии (контакторы, пускатели, реле управления); 4) контролирующие и регулирующие, предназначенные для контроля и поддержания в заданном диапазоне основных параметров процесса (датчики и реле); 5) электромагниты (силовые), служащие для удерживания или перемещения объектов в производственном либо управленческом процессе. В данной главе рассматриваются электрические аппараты (реле, пускатели, контакторы и электромагниты) и некоторые схемы управления и регулирования, использующие электромеханические устройства.