Общие условия выбора электроаппарата для системы управления

При выборе электроаппарата нужно:

● иметь необходимые сведения о той системе (электроустановке), в которой должен функционировать аппарат, в том числе и об элементах системы (см. п. 1.1), с которыми он должен взаимодействовать при выполнении своей функции управления передачей энергии и информации, в том числе:

- об источниках энергии и информации (например, человек-оператор, силовая электрическая сеть, электродвигатель и т. п.);

- о приемниках энергии и информации (например, электродвигатель, другой электроаппарат, электронное устройство системы управления, рабочий орган производственного механизма и т. п.);

- о каналах передачи энергии и информации (электрические цепи, кинематические цепи);

● определить и учесть требования, предъявляемые к аппарату, и цель, в соответствии с которой он должен функционировать (например, включить и отключить электродвигатель или другой аппарат в эксплуатационных режимах работы, отключить объект от электропитания при возникновении короткого замыкания или перегрузки, получить информацию о каком-либо параметре электрической или кинематической цепи и т. п.);

● располагать сведениями о производимых промышленностью аппаратах, особенностях их функционирования, характеристиках и областях применения; ограничить номенклатуру аппаратов, удовлетворяющих исходным требованиям; провести технико-экономический анализ для принятия решения о выборе конкретного аппарата;

● учесть:

- коммутируемые аппаратом токи, напряжения и мощности;

- напряжения и токи цепей управления;

- напряжение катушки аппарата;

- число коммутируемых цепей;

- параметры и характер нагрузки – активная, индуктивная, емкостная, низкого или высокого напряжения и др.;

- режим работы аппарата – кратковременный, длительный, повторно-кратковременный;

- удобство сопряжения и электромагнитную совместимость с другими аппаратами и устройствами;

- динамические показатели (например, собственное время включения, собственное время отключения, постоянная времени и др.);

- погрешности преобразования входных сигналов управления в сигналы на выходе (для измерительных преобразователей и датчиков);

- стойкость к электрическим, механическим и термическим перегрузкам;

- условия работы аппарата – температура, влажность, давление, наличие вибрации и др.;

- способы крепления аппарата;

- экономические и массогабаритные показатели;

- климатическое исполнение и категория размещения;

- степени защиты IP;

- требования техники безопасности и др.

Аппарат выбирают по номинальному напряжению так, чтобы выполнялось условие

U_{уст ном} U_{ап. ном},

где U_{уст.ном} - номинальное напряжение электроустановки;

U_ап.ном - номинальное напряжение аппарата (указывается на его щитке).

При выборе аппарата следует сопоставлять наибольшее рабочее напряжение электрической установки U_{раб.макс} с наибольшим допустимым напряжением аппарата U_{доп.макс}. Однако, как правило, U_{раб.макс} = =(1,1…1,15) U_{уст.ном}, а U_{доп.макс} = (1,1…1,15) U_ап.ном и, следовательно, при выборе достаточно сопоставить номинальные напряжения установки и аппарата, чтобы гарантировать длительную работу без повреждений его изоляции.

Аппарат выбирают по номинальному току из условия

I_{н. макс} I_{ап ном},

где I_{н. макс} - максимальный длительный ток нагрузки цепи;

I_ап.ном - номинальный ток аппарата, т.е. ток, который аппарат может выдержать длительное время, если температура окружающей среды не превышает расчетную температуру.

Если длительный ток нагрузки превысит номинальный ток аппарата, то температура его отдельных частей и контактов превысит допустимую температуру, что сократит срок службы аппарата, так как механические и электрические свойства материала частей аппарата с повышением температуры ухудшаются.

Аппарат может работать и при температуре окружающей среды большей чем расчетная температура t^о_расч, но при этом наибольший допускаемый ток на аппарат I_раб должен быть меньше номинального тока. Обычно I_раб при температуре среды t^о_среды > t^о_расч определяют по приближенной формуле

I_раб = I_{ап. ном} [(t^о_доп - t^о_среды) / (t^о_доп - t^о_расч)] ^1/2,

где t^о_доп - длительно допускаемая температура нагрева наиболее чувствительных к изменению температуры частей или узлов аппарата (например, контактов у выключателей).

Если режим работы аппарата повторно-кратковременный, то в расчетах и при выборе аппарата учитывается относительная продолжительность включения (ПВ).

Аппарат выбирают по конструктивному исполнению так, чтобы он мог надежно работать в специфических условиях электроустановки, а также, чтобы был простым в эксплуатации и дешевым.

Выбранные аппараты проверяют по предельной коммутационной способности, термической и электродинамической стойкости на способность противостоять перегрузкам.

Предельной коммутационной способностью электрического аппарата называют максимальный ток короткого замыкания, который он способен отключить несколько раз, оставаясь исправным.

Термическая стойкость (устойчивость) характеризуется допустимым количеством тепла, которое может быть выделено в аппарате за время действия тока короткого замыкания. Под термической устойчивостью аппарата понимают его способность, не перегреваясь, противостоять токам короткого замыкания, проходящим через аппарат. Она обычно характеризуется током постоянной величины I_t, который за время t, равное одной, пяти или десяти секундам (время t указывается заводом-изготовителем аппарата), нагревает аппарат так, что температура любой его части не превзойдет допустимую температуру.

Электродинамическая стойкость (устойчивость) характеризуется амплитудой ударного тока короткого замыкания, который способен пропустить аппарат без своего повреждения. Под электродинамической устойчивостью аппарата понимают способность токопроводов, изоляции, контактной системы и других частей аппарата нормально работать после прохождения по нему сквозного максимального тока короткого замыкания.

Аппарат проверяют на термическую устойчивость, сопоставляя количество тепла Q_к.з., выделяемое в аппарате током короткого замыкания за время короткого замыкания, с количеством тепла Q_доп, допустимым для аппарата.

Количество выделяемого тепла прямо пропорционально произведению квадрата силы тока короткого замыкания на время его действия. Поэтому проверка на термическую устойчивость сводится к проверке неравенства

I²_к.з.^.t_к.з. I²_t^. t,

где I_к.з., t_к.з. - расчетные значения тока и времени короткого замыкания; I_t – ток термической устойчивости при указанном заводом-изготовителем одной, пяти или десяти секундах времени его действия t.

Аппараты, защищенные токоограничивающими предохранителями, проверять на термическую устойчивость нет необходимости.

Аппарат проверяют на электродинамическую устойчивость по условию

I*_к.з. I_д.у,

где I*_к.з. - расчетное ударное (при переменном токе) или наибольшее мгновенное (при постоянном токе) значение тока короткого замыкания,

I_д.у - ток электродинамической устойчивости, т.е. мгновенное значение максимально допустимого тока через аппарат.

Аппараты, защищенные токоограничивающими предохранителями, проверять на электродинамическую устойчивость нет необходимости.

Специфические условия выбора электроаппаратов определенного назначения приведены далее в соответствующих разделах.