Краткие теоретические сведения. Развитие современной техники невозможно без широкого использования электрических и электронных аппаратов – устройств управления потоками энергии и информации

Развитие современной техники невозможно без широкого использования электрических и электронных аппаратов – устройств управления потоками энергии и информации, осуществляющих:

· включение и отключение электрических цепей объектов, принимающих участие в получении, преобразовании, передаче, распределении и потреблении электроэнергии;

· контроль и измерения параметров указанных объектов;

· защиту их от несанкционированных режимов работы;

· управление технологическими процессами;

· регулирование (поддержания на неизменном уровне или изменение по определенному закону) параметров объектов;

· преобразование неэлектрических величин в электрические.

Электрические аппараты (ЭА) – это электротехнические устройства, применяемые при использовании электрической энергии, начиная от ее производства, передачи, распределения и кончая потреблением.

Одним из основных признаков классификации ЭА является напряжение. По этому признаку различают:

· аппараты низкого (до 1000 В) напряжения (АНН);

· аппараты высокого (свыше 1000 В) напряжения (АВН).

Большинство АНН условно можно разделить на следующие виды:

· аппараты управления и защиты – автоматические выключатели, контакторы, реле, пускатели электродвигателей, переключатели, рубильники, предохранители, кнопки управления и другие аппараты, управляющие режимом работы оборудования и его защитой;

· аппараты автоматического регулирования – стабилизаторы и регуляторы напряжения, тока, мощности и других параметров электрической энергии;

· аппараты автоматики – реле, датчики, усилители, преобразователи и другие аппараты, осуществляющие функции контроля, усиления и преобразования электрических сигналов.

Следует отметить, что АНН иногда классифицируют по величине коммутируемого тока:

· слаботочные (до 10 А);

· сильноточные (свыше 10 А).

При этом нижние пределы коммутируемых современными ЭА токов достигают 10^-9 А, а напряжений – 10^-5 В.

АВН работают в сетях с напряжением до 1150 кВ переменного тока и 750 кВ постоянного тока и также существенно различаются по своим функциям. К АВН обычно относят следующие основные виды аппаратов:

· выключатели высокого напряжения, обеспечивающие включение и отключение электрических цепей в различных режимах работы, включая аварийные;

· токоограничивающие реакторы для ограничивания токов КЗ;

· шунтирующие реакторы для ограничения перенапряжений и компенсации реактивной мощности;

· разъединители и отделители для отключения цепи без тока при ремонте электрооборудования;

· измерительные трансформаторы для высоковольтных цепей.

Электрические аппараты как низкого, так и высокого напряжения обычно являются конструктивно законченными техническими устройствами, реализующими определенные функции и рассчитанными на разные условия эксплуатации.

В основе большинства электромеханических ЭА лежит контактная система с различными типами приводов – ручным, электромагнитным, механическим и др.

К электромеханическим ЭА относятся электромеханические реле, датчики, исполнительные устройства (электромагнитные клапаны, преобразователи, муфты), командная аппаратура (конечные и путевые выключатели).

Электрическое реле – это коммутационное устройство, предназначенное производить скачкообразные изменения в управляемых цепях при заданных значениях воздействующих на него электрических величин.

Электрические реле подразделяются на два класса: электромеханические реле и статические электрические реле.

Электромеханическое реле – электрическое реле, работа которого основана на использовании относительного перемещения его элементов.

Статическое электрическое реле – электрическое реле, принцип работы которого не связан с использованием относительного перемещения его элементов.

Предохранители

Предохранители – это электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания и токов перегрузки.

Основной элемент предохранителя – плавкая вставка постоянного и переменного сечения, которая при токах срабатывания сгорает (плавится с последующим возникновением и гашением электрической дуги), отключая электрическую цепь. По конструктивному исполнению предохранители условно можно разделить на открытые (вставка не защищена патроном или размещена в трубке, открытой с торцов), закрытые (вставка расположена в закрытом патроне) и засыпные (вставка находится в патроне, полностью заполненном мелкозернистым наполнителем, например, кварцевым песком) На рис. 1. показаны различные варианты исполнения плавких вставок.

Рисунок 1 - Варианты исполнения плавких вставок:

а – постоянного сечения; б – переменного сечения на напряжение

220 В; в – переменного сечения на напряжение свыше 380 В; г – для предохранителя с наполнителем

Тепловое реле

Для защиты электрических цепей от длительного протекания токов перегрузки, в 5-7 раз превышающих номинальные токи, широко применяются аппараты тепловой защиты с исполнительными термобиметаллическими механизмами. Термобиметаллический элемент содержит биметаллическую пластину, состоящую из двух материалов с различными температурными коэффициентами линейного расширения, жестко соединенных друг с другом. Если один конец пластины закреплен, то ее свободный конец изгибается в сторону изделия из материала с меньшим значением коэффициента линейного расширения.

Тепловое реле (рис. 2.) состоит из четырех основных элементов: нагревателя 1, включаемого последовательно в защищаемую от перегрузки цепь; биметаллической пластинки 2 из двух спрессованных металлических пластинок с различными коэффициентами линейного расширения; системы 3-7 рычагов и пружин; контактов 8 и 9.

Рисунок 2 - Схема теплового реле.

1 – нагреватель; 2 – биметаллическая пластинка; 3 – регулировочный винт; 4 – защелка; 5 – рычаг; 6 – пружина; 7 – кнопка возврата; 8 – подвижный контакт; 9 – неподвижный контакт; 10 – вывод нагревателя.

Когда через нагревательный элемент 1 проходит ток, превышающий номинальный ток, выделяется такое количество тепла, что незакрепленный (на рисунке левый) конец биметаллической пластинки 2 изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения (то есть опускается), нажимает на регулировочный винт 3 и выводит защелку 4 из зацепления. В этот момент под действием пружины 6 верхний конец рычага 5 поднимется, разомкнет контакты 8 и 9 и разорвет цепь. Кнопка 7 служит для ручного возврата рычага 5 в исходное положение после срабатывания реле.

3.Объекты и средства исследования.

3.1. Схема электрической цепи.

Рисунок 3 - Схема испытания теплового реле

3.2. Описание лабораторной установки.

Объекты исследования – контактор переменного тока, автоматический выключатель, тепловое реле, укрепленные на лабораторном стенде.

Схема испытания аппаратов управления и защиты изображена на рисунках 3.

Регулирование величины напряжения источника синусоидального тока осуществляется автотрансформатором TV₁, подключаемым в розетку, расположенную на лабораторном стенде. Напряжение на нее подается после включения автоматического выключателя QF₁. Подключение схемы испытаний к источнику электрической энергии осуществляется через промежуточное реле K₁, катушка которого при включении тумблера SA₁ подключается к источнику синусоидального напряжения.

Для создания токов до 12А в нагревательном элементе теплового реле и до 120А в катушке электромагнитного расцепителя автоматического выключателя используется промежуточный трансформатор TV₂, укрепленный на лабораторном стенде.

Измерение напряжения источника осуществляется вольтметром, встроенным в корпус автотрансформатора. Время срабатывания аппаратов защиты измеряется электронным таймером, укрепленным на лабораторном стенде.

3.3. Наименование электроизмерительных приборов и их характеристика

Наименование ЭИП	Тип	Система	Род тока	Класс точности	Предел измерений	Цена деления	Конст-рукция