Технические науки/ Энергетика

Д.т.н. Грачева Е.И., к.т.н. Наумов О.В.

Казанский государственный энергетический университет, Россия

Технические и конструктивные особенности низковольтных коммутационных аппаратов

Распределение электроэнергии в цеховых сетях между приемниками и управление работой источников энергии, линий электропередачи и приемников осуществляется посредством электрических аппаратов. Хотя электрические аппараты и не выполняют непосредственно рабочих функций агрегата, но, тем не менее, являются чрезвычайно важными и неотъемлемыми частями данного устройства, от которых в большой степени зависит правильная, точная и надежная работа исполнительной части устройства. Поэтому отделять электрический аппарат от всего устройства, представлять его как самостоятельную единицу можно только условно.

Многообразие аппаратов и выполняемых ими функций, совмещение в одном аппарате нескольких функций не позволяет строго классифицировать их по одному какому-то признаку. Классификация может быть проведена по целому ряду признаков: назначению, области применения, принципу действия, используемому в аппарате, роду тока, исполнению защиты от воздействия окружающей среды, конструктивным особенностям и др.

Актуальность данной темы обусловлена тем, что ни одно производство, ни один завод, ни одно предприятие не может работать без использования низковольтной аппаратуры. От качественной и надежной работы коммутационной аппаратуры зависят и безопасность производства, эффективность функционирования систем внутрицехового электроснабжения, бесперебойность технологических процессов, качество производства, и работоспособность установок и механизмов. Применение производственных систем без коммутационной аппаратуры в данном случае оказывается нецелесообразным, они становятся ненадежными.

Исходя из назначений электрического аппарата, к нему предъявляются следующие основные требования:

- надежность, точность, стабильность и четкость в работе;

- достаточная термическая и электродинамическая стойкость;

- достаточный уровень изоляции частей, находящихся под напряжением;

- наименьшие габариты и масса, наименьшие расход энергии для своей работы и стоимость.

По своему назначению электрические аппараты можно подразделить на коммутационные, токоограничивающие, регулирующие и пускорегулирующие, измерительные, контролирующие и защиты.

По расположению в электрической схеме конкретной установки электрические аппараты можно подразделить на аппараты: главной (силовой) цепи, цепи управления, вспомогательной цепи, сигнальной цепи.

Детали и узлы электрического аппарата, в свою очередь, в соответствии с их назначением можно подразделить на:

- активные, несущие, помимо механической, еще электрические или магнитные нагрузки, подразделяться на токоведущие (шины, провода, обмотки), в том числе контактные и токоведущие крепежные, магнитные, изоляционные, дугогасительные устройства, электрические сопротивления;

- конструктивные, несущие только механическую нагрузку (к ним относятся и крепежные детали), подразделяться на корпусные (основания, рамы, каркасы, оболочки и др.), детали механизмов, пружины, крепеж.

Приведенная классификация частей электрического аппарата является в какой-то степени условной, так как нередко одна и та же деталь выполняет несколько функций и может относиться одновременно как к нескольким подгруппам, так и к обеим группам.

По принципу действия различают электрические аппараты контактные и бесконтактные. Контактные аппараты имеют подвижные коммутирующие контакты и воздействуют на управляемую цепь замыканием или размыканием этих контактов. Бесконтактные аппараты не имеют коммутирующих контактов и воздействуют на управляемую цепь изменением электрических параметров (индуктивности, емкости, сопротивления).

Контактные аппараты могут быть автоматические (действуют от заданного режима работы цепи или машины) и неавтоматические – с помощью оператора дистанционно или непосредственно.

По результатам экспериментальных исследований предлагаются следующие электрические схемы и схемы замещения силовых цепей низковольтных аппаратов (рис.1-7).

Рис.1 Электрическая схема (а) и схема замещения (б) силовой цепи контактора с одним контактом и дугогашением:

R₁=R₄ – сопротивление болтовых присоединений контактора; R₂ – сопротивление дугогасящей катушки; R₃ – сопротивление силовых контактов в замкнутом состоянии

Рис.2 Электрическая схема (а) и схема замещения (б) силовой цепи контактора с мостиковыми контактами:

R₁=R₃ – сопротивление болтовых присоединений; R₂ – сопротивление мостикового контакта в замкнутом состоянии

Рис.3 Электрическая схема (а) и схема замещения (б) силовой цепи магнитного

пускателя:

R₁=R₄ – сопротивление болтовых присоединений; R₂ – сопротивление мостикового контакта в замкнутом состоянии; R₃ – сопротивление элемента теплового реле

Рис.4 Электрическая схема (а) и схема замещения (б) силовой цепи

автоматического выключателя:

R₁=R₅ – сопротивление болтовых присоединений; R₂ – сопротивление силового контакта в замкнутом состоянии; R₃ – сопротивление отключающей катушки; R₄ – сопротивление элемента теплового реле

Рис.5 Электрическая схема (а) и схема замещения (б) силовой цепи плавкого

предохранителя:

R₁=R₅ – сопротивление болтовых присоединений; R₂=R₄ – сопротивление между губками и ножами предохранителя; R₃ – сопротивление плавкой вставки с ее подсоединениями к ножам

Рис.6 Электрическая схема (а) и схема замещения (б) силовой цепи рубильника:

R₁=R₅ – сопротивление болтовых присоединений;

R₂=R₄ – сопротивление переходов между губками и ножом рубильника;

R₃ – сопротивление ножа рубильника

Рис.7 Электрическая схема (а) и схема замещения (б) силовой цепи пакетного

выключателя:

R₁=R₃ – сопротивление болтовых присоединений; R₂ – сопротивление двух контактов и среднего ножа; R₃ – сопротивление ножа рубильника

Таким образом, исследования конструктивных и эксплуатационных особенностей низковольтных коммутационных аппаратов, применяемых в цеховых сетях промышленного электроснабжения, показали, по конструктивным особенностям аппараты можно разделить на следующие 3 группы:

- аппараты, имеющие кроме силовых контактов в силовой цепи добавочные элементы (датчики тепловых реле, катушки максимальных реле) – такие, как автоматические выключатели, магнитные пускатели, контакторы;

- аппараты, имеющие относительно большое сопротивление силовой цепи – предохранители;

- аппараты, имеющие только переходное сопротивление контактов – такие, как рубильники, пакетные выключатели.

Полученные данные могут быть полезны специалистам для оценки надежности и технических параметров тех или иным аппаратов, для усовершенствования надежностных и эксплуатационных характеристик аппаратов, для проведения экспериментальных исследований, а также для совершенствования технологических принципов проектирования, производства и эксплуатации оборудования цеховых сетей.

Литература:

1. Розанов Ю.К. Электрические и электронные аппараты: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1998. 752 с.

2. Шевченко В.В., Грачева Е.И. Определение сопротивления контактных соединений низковольтных коммутационных аппаратов// Промышленная энергетика, 2002, №1. С. 42-43.