Коммутационные аппараты до 1000 вольт

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московской области «Международный университет природы, общества и человека «Дубна»

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по дисциплине

Электроэнергетика

Коммутационные аппараты до 1000 вольт

 

 

 

 

Выполнил: студент

группы 3081

Отряскин Р.А. ______________

Проверил:

к.т.н., доцент

Морозов В.П. _______________

 

 

 

 

 

 

Дубна, 2015

Содержание

 

 

Введение

 

Коммутационные аппараты – особые механизмы, которые применяются в электрических цепях с целью включения, переключения или отключения тока при помощи разъединяемых контактов.

Главная функция коммутационных аппаратов до 1000 вольт – это переключение электрических цепей в нормальном и аварийном состоянии. Они специализируются на одно-, двух- и трехфазных сетях, при этом номинальное напряжение должно составлять 110, 220, 380 и 660 В, а частота переменного тока – 50 Гц. Аппараты могут иметь от одного до четырёх полюсов. В подавляющем большинстве аппараты имеют лишь два положения – «включено» и «отключено» без каких-либо промежуточных.

 
Основные понятия о коммутационных аппаратах изложены в ГОСТ 17703. Условные графические обозначения (УГО) на коммутационные устройства и контактные соединения регламентируются ГОСТ 2.755.

 

Классификация коммутационных аппаратов до 1000 вольт

• Контактные – в таких аппаратах переключение осуществляется за счет перемещения деталей контакта по отношению к друг другу

• Бесконтактные – переключение осуществляется без перемещения (и без разрушения) его деталей. Чаще всего, представляют собой газоразрядные или полупроводниковые приборы с датчиками звука либо приближения, основанные на явлении индуктивности (в области чувствительной поверхности образуется изменяющееся магнитное поле, наводящее во внесенном в чувствительную зону материале вихревые токи, которые приводят к изменению амплитуды колебаний генератора, вызывая срабатывание датчика)

Рис.1. Бесконтактные выключатели с датчиком приближения.

1. Выключатели

 Выключатель (он же ключ, он же переключатель) – коммутационный аппарат, служащий для включения и отключения цепей под нагрузкой и при коротких замыканиях.

Частный пример выключателя - бытовой выключатель — это двухпозиционный коммутационный аппарат с нормально-разомкнутыми контактами, не предназначенный для отключения токов короткого замыкания, без специальных устройств дугогашения, местного управления, с ручным приводом. Остальные характеристики этого выключателя, такие как рабочий ток, степень влаго-/пылезащищённости, климатическое исполнение, способ установки, материал контактов — определяются производителем. В основном применяются для включения и выключения освещения.

 

 

2. Рубильники

Рубильник - выключатель ручного привода, с его помощью можно коммутировать электрический ток не более той силы, которая указана на аппарате. Рубильник применяют при выводе оборудования в ремонт для создания видимого разрыва, отделяющего выведенное из работы оборудование от токопроводящих частей, находящихся под напряжением.

Рубильники бывают:

• разъединителями (аппараты без дугогасительной камеры, имеют изоляционное расстояние между контактами, служат для прерывания снабжения цепи с несущественными токами - для ремонта электрической системы)

• переключателями (аппараты, переводящие течение электрической энергии из одной системы в другую)

Может применяться объединение понятий, например, выключатель-разъединитель – рубильник с дугогасительной камерой (он же выключатель нагрузки) на одно направление или на два направления.

Разъединитель можно отключать под нагрузкой только несущественными токами. Под несущественными токами понимаются:

• токи цепей измерения

• токи утечки

• ёмкостные токи выводных шин

• токи холостого тока трансформаторов

Рубильники и переключатели выпускают в одно-, двух- и трехполюсном исполнении с центральным или рычажным приводом для переднего или заднего присоединения проводов. Рубильники с центральной рукояткой служат в качестве разъединителя, т. е. отключают предварительно обесточенные электрические цепи, а с боковой рукояткой и рычажными приводами — отключают цепи под нагрузкой.

Рис.2. Рубильники.

Буквенные обозначения рубильников: Р - рубильник; П - переключатель; вторая буква - П - переднее присоединение проводов; Б - с боковой рукояткой; Ц - с центральным рычажным механизмом. Цифры обозначают: первая (1, 2 и 3) - число полюсов, вторая - номинальный ток (1 - 100 А, 2 - 250 А, 4 - 400 А и 6 - 600 А).

Рубильники и переключатели с боковой рукояткой и с рычажным приводом выпускают как с дугогасительными камерами, так и без них. Рубильники с центральной рукояткой выпускают без дугогасительных камер с искрогасительными контактами. Плотность прилегания контактных поверхностей ножа и губок обеспечивается за счет пружинящих свойств материала губок (у рубильников до 100 А) и за счет стальных пружин (у рубильников более 200 А).

Для предохранения ножей от оплавления дугой при отключении рубильники на большие токи выполняют с искрогасительными или дугогасительными контактами. Искрогасительные контакты, которыми снабжены ножи, при отключении отходят от губок под действием своих пружин независимо от скорости движения рукоятки и привода рубильника.

Дугогасительные контакты рубильников расположены открыто или внутри дугогасительных камер. Они служат для обеспечения быстрого гашения электрической дуги и исключения переброса ее на соседние токопроводящие или заземленные конструкции распределительного устройства. Переключатели перекидные имеют такое же конструктивное устройство, что и рубильники, и служат для коммутации электрических цепей.

В некоторых конструкциях рубильники совмещают с предохранителями или используют предохранители в качестве ножей. Такая конструкция, позволяющая выполнять функции коммутации и защиты, называют блоком предохранитель-выключатель (БПВ).

В целях безопасности рубильники заключаются в металлический защитный кожух.

Выключатели-разъединители ВР

Выключатели-разъединители предназначены для включения, пропускания и отключения переменного тока номинальным напряжением до 660 В номинальной частоты 50 и 60 Гц и постоянного тока номинальным напряжением до 440В в устройствах распределения электрической энергии.

Рубильник ВР-32 на одно направление трехполюсный с боковой рукояткой

Рубильник ВР-32 на два направления трехполюсный с боковой смещенной рукояткой

  

Рис.3. Выключатели-разъединители.

Классификация выключателей-разъединителей:

По виду рукоятки ручного привода: без рукоятки; боковая рукоятка; передняя смещенная рукоятка; боковая смещенная рукоятка.

По степени защиты рукоятки: без защиты (IР00), с защитой от повреждения инструментами и капель воды (IР32).

По расположению плоскости присоединения внешних зажимов контактных выводов: 1 — параллельно плоскости монтажа; 2 — перпендикулярно плоскости монтажа; 3 — комбинированное: ввод параллельно, вывод перпендикулярно плоскости монтажа; 4 — комбинированное: ввод перпендикулярно, вывод параллельно плоскости монтажа.

По числу полюсов и числу направлений: однополюсный выключатель-разъединитель на одно направление; двухполюсный выключатель-разъединитель на одно направление; трехполюсный выключатель-разъединитель на одно направление; однополюсный выключатель-разъединитель на два направления; двухполюсный выключатель-разъединитель на два направления; трехполюсный выключатель-разъединитель на два направления.

Основные технические характеристики рубильников ВР-32:

Номинальные рабочие напряжения для главной цепи
переменного тока:	380, 660 В
постоянного тока:	220, 440 В
условный тепловой ток на открытом воздухе (Jт)	100, 250, 400 и 630 А
условный тепловой ток в оболочке (Jт)	80, 200, 315 и 500 А
номинальная частота переменного тока	50 и 60 Гц
Механическая износостойкость
на токи 100 и 250 А:	25000 циклов "ВО"
на токи 400 и 630 А:	16000 циклов "ВО"
Мощность, потребляемая аппаратом на один полюс
ВР32-31	3 Вт
ВР32-35	15 Вт
ВР32-37	35 Вт
ВР32-39	60 Вт

Для уменьшения габаритных размеров распредустройства выпускаются блоки предохранитель-выключатель (БПВ), обеспечивающие отключение номинальных токов и защиту цепей от токовых перегрузок и коротких замыканий. В БВП при вращении рукоятки траверса перемещается вместе с установленным на ней предохранителем, и контакты аппарата размыкаются.

Наличие двух разрывов на полюс обеспечивает отключение номинальных токов до 350 А при переменном напряжении до 550 В. Для отключения номинального постоянного тока 350 А при напряжении до 440 В разрывы снабжаются дугогасительными решетками.

Съём патрона с перегоревшей вставкой возможен только в отключенном положении БПВ после освобождения специальной защёлки. Электрическая износостойкость аппарата в среднем 2500 циклов, механическая - 500 циклов.

 

3. Контакторы

 Контактор – аппарат, имеющий электрический привод, предназначен для частого выключения и включения цепи с рабочим током или немного большим. Замыкание или размыкание контактов контактора осуществляется чаще всего с помощью электромагнитного привода.

Рис.4. Контактор.

Контактор предназначен для работы с той электрической цепью, которая ведет к мощному электрическому двигателю. Он может быть использован для коммутации абсолютно любой силовой цепи переменного тока, однако сферой применения контакторов является электротранспорт: трамваи, троллейбусы и электровозы. Помимо этого контакторы используются на кранах и лифтах и во всех других устройствах, имеющих мощный электродвигатель. Этот коммутационный аппарат не может защитить оборудование от тока короткого замыкания, для этого с ним дополнительно устанавливается плавкий предохранитель или рубильник.

 

Контактор состоит из: главных контактов, дугогасительной системы, электромагнитной системы и вспомогательных контактов.

Рис.5. Принципиальная схема конструкции трёхфазного контактора: 1 — Катушка, 2 — Пружина, 3 — Подвижная часть, 4 — Замыкающиеся контакты

 

Главные контакты осуществляю замыкание и размыкание силовой цепи. Они должны быть рассчитаны на длительное проведение номинального тока и на производство большого числа включений и отключений при большой их частоте. Нормальным считают положение контактов, когда втягивающая катушка контактора не обтекается током и освобождены все имеющиеся механические защелки. Главные контакты могут выполняться рычажного и мостикового типа. Рычажные контакты предполагают поворотную подвижную систему, мостиковые – прямоходовую.

Дугогасительные камеры контакторов постоянного тока построены на принципе гашения электрической дуги поперечным магнитным полем в камерах с продольными щелями. Магнитное поле в подавляюще большинстве конструкций возбуждается последовательно включенной с контактами дугогасительной катушкой.

Дугогасительная система обеспечивает гашение электрической дуги, которая возникает при размыкании главных контактов. Способы гашения дуги и конструкции дугогасительных систем определяются родом тока главной цепи и режимом работы контактора.

Электромагнитная система контактора обеспечивает дистанционное управление контактором, т. е. включение и отключение. Конструкция системы определяется родом тока и цепи управления контактора и его кинематической схемой. Электромагнитная система состоит из сердечника, якоря, катушки и крепежных деталей.

Электромагнитная система контактора может рассчитываться на включение якоря и удержание его в замкнутом положении или только на включение якоря. Удержание же его в замкнутом положении в этом случае осуществляется защелкой.

Отключение контактора происходит после обесточивания катушки под действием отключающей пружины, или собственного веса подвижной системы, но чаще пружины.

 

 

4. Электромагнитные пускатели

Как и контакторы применяются для коммутации силовых цепей. В отличии от контакторов пускатели имеют компактные размеры, но в то же время у контактов пускателей отсутствуют дугогасящие камеры. Основная цель использования пускателей - запуск асинхронных трехфазных двигателей переменного тока и управление вращением ротора.

Магнитные пускатели имеют магнитную систему, состоящую из якоря и сердечника и заключенную в пластмассовый корпус. На сердечнике помещена втягивающая катушка. По направляющим верхней части пускателя скользит траверса, на которой собраны якорь магнитной системы и мостики главных и блокировочных контактов с пружинами.

Принцип работы пускателя прост: при подаче напряжения на катушку якорь притягивается к сердечнику, нормально-открытые контакты замыкаются, нормально-закрытые размыкаются. При отключении пускателя происходит обратная картина: под действием возвратных пружин подвижные части возвращаются в исходное положение, при этом главные контакты и нормально-открытые блокконтакты размыкаются, нормально-закрытые блокконтакты замыкаются.

Реверсивные магнитные пускатели представляют собой два обычных пускателя, укрепленных на общем основании (панели) и имеющем электрические соединения, обеспечивающие электрическую блокировку через нормально-замкнутые блокировочные контакты обоих пускателей, которая предотвращает включение одного магнитного пускателя при включенном другом.

 

 

5. Электрические реле

 Электрическое реле – аппарат для размыкания электрической сети при запланированных параметрах.

Рис.6. Устройство реле: 1 – электромагнит (обмотка с ферромагнитным сердечником), 2 – подвижный якорь, 3 – контактная система (переключатель)

Принцип работы реле - малым током (например сигналом кнопки) включать цепи с большим током. Например, если при заведении двигателя не использовать реле, тогда кнопка не выдержит большого тока и расплавится, так же, как и не предназначенная для больших токов проводка. Поэтому, между кнопкой и стартером устанавливают реле, которое по импульсу малого тока кнопки внутри себя замыкает мощные контакты, тем самым включая стартер. При пропускании электрического тока через обмотку катушки возникающее магнитное поле притягивает якорь к сердечнику катушки, который через толкатель смещает и тем самым переключает контакты.

Рис.7. Внутренности простейшего реле.

6. Автоматические выключатели

Автоматический выключатель – выключатель механического типа, предназначенный для защиты оборудования от короткого замыкания, перегрузки, критических снижений напряжений. Для этого в аппарате встроено электромагнитное реле, с помощью которого, при повышении напряжения выбивается защелка отключающей пружины.

Приводы коммутационных аппаратов служат для их включения, удержания во включенном состоянии и отключения. По способу управления приводы можно разделить на ручные и автоматические. Первые управляются только вручную, а вторые позволяют обеспечить дистанционное и автоматическое управление коммутационными аппаратами. Для создания необходимого усилия, особенно для включения выключателей, используют энергию поднятого груза (в грузовых приводах), энергию заведенных пружин (в пружинных приводах), электромагниты (в электромагнитных приводах), электродвигатели (в моторных приводах), энергию сжатого воздуха (в пневматических приводах).

 

Типы коммутационных аппаратов:

Механические

Механические

Механические ключи служат для непосредственного управления цепью, так как диэлектрический рычаг механического ключа обычно напрямую связан с токоведущими частями ключа. Применяются обычно в случае, когда не требуется отделять управляемую цепь.

• Выключатели освещения

• Пакетные выключатели

• Тумблеры

• Переключатели различных конструкций: галетные, клавишные, движковые и др.

• Кнопки

Электромагнитные

• Реле

• Шаговые искатели

• Контакторы, магнитные пускатели

Электромагнитные ключи служат для дистанционного управления, гальванической развязки между устройством управления и нагрузками, синхронного управления несколькими цепями от одного сигнала.

Для защиты управляющей цепи от импульса самоиндукции, возникающей при снятии напряжения с обмотки, параллельно ей включают диод в направлении, обратном полярности управляющего напряжения. Данный способ неприменим при использовании обмотки, питаемой переменным током.

Электронные

Электронные ключи основаны на работе биполярных транзисторов. Когда на базе транзистора «0» относительно эмиттера, транзистор «закрыт», ток через него не идёт, на коллекторе транзистора всё напряжение питания (сигнал высокого уровня — «1»). Когда на базе транзистора «1», он «открыт», возникает ток коллектор-эмиттер и падение напряжения на сопротивлении коллектора, напряжение на коллекторе, а с ним и напряжение на выходе, уменьшается до низкого уровня «0».

Также возможно использование полевых транзисторов. Принцип их работы схож с принципом работы электронных ключей на биполярных транзисторах. Цифровые ключи на полевых транзисторах потребляют меньший ток управления, однако быстродействие их ниже по сравнению с биполярными.

Неуправляемые

• Диод

Управляемые

• Электронная лампа

• Тиристор

• Симистор

• Транзистор

Транзисторный ключ — токовый ключ, выполненный на одном или нескольких транзисторах, работающих в ключевом режиме. Как и реле, он применяется для коммутации цепи с помощью управляющего сигнала, пропуская ток либо не пропуская его. Изменение электропроводности транзистора, обусловливающее переключение тока в нагрузке, обеспечивается подачей на его базу управляющего напряжения (сигнала) определённой полярности и уровня. Нагрузка, подключённая к транзисторному ключу, оказывается зашунтированной большим или малым сопротивлением транзистора. В ключевом режиме могут работать как обычные (полевые и биполярные) транзисторы, так и транзисторы, специально разработанные для работы в ключевом режиме.

 

Список литературы

1. ГОСТ 17703-73. Аппараты электрические коммутационные. Основные понятия. Термины и определения
2. Ключ (электротехника) [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki//Ключ_(электротехника), свободный.
3. Розанов Ю.К. – Электрические и электронные аппараты. – ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1998, 752 с.
4. Коммутационные аппараты ручного управления. Рубильники. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://electricalschool.info/spravochnik/apparaty/177-kommutacionnye-apparaty-ruchnogo.html, свободный.
5. Повный А.В., журнал «Я электрик!» // «Все, что каждый квалифицированный электрик должен знать про электромагнитные реле, пускатели и контакторы»