Материалы, применяемые в электрических аппаратах

КУРС ЛЕКЦИЙ

по дисциплине Коммутационные аппараты систем электроснабжения

по направлению: 140400 – ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА

для студентов по программе бакалавров, модуль «Электроснабжение»

Рассмотрено           

на заседании кафедры               

протокол № 1 от « 30 » 08       2013 г.

 зав. кафедрой            Л. С. Зимин

САМАРА 2013

ЛЕКЦИЯ №1

РАЗДЕЛ 1 Теоретические основы физических явлений в элементах коммутационных аппаратов

Тема 1.1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.1 Цели и задачи курса. Основные понятия: аппарат, электрический аппарат, электронный аппарат, коммуникационный аппарат.

1.1.2 Классификация электрических аппаратов.

1.1.3 Основные требования, предъявляемые к электрическим аппаратам.

1.1.4 Материалы, применяемые в электрических аппаратах.

1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ [1,2,6]

Цели и задачи курса. Основные понятия: аппарат,

Электрический аппарат, электронный аппарат,

Коммутационный аппарат

Основными целями и задачами курса является изучение принципов действия, физических явлений, основных соотношений и зависимостей наиболее распространенных общепромышленных типов электрических аппаратов в системах электроснабжения и электротехнологических установках, а также освоение и получение навыков применения, выбора и расчетов, связанных с выбором электрических аппаратов. Изучение назначения и применения в конкретных схемных решениях.

Итак – принцип действия, назначение, конструктивное исполнение, расчет и выбор, применение.

Аппарат – это прибор, техническое устройство, приспособление (энциклопедический словарь).

Электрический аппарат – это электротехническое устройство, предназначенное для коммутации, стабилизации или регулирования электрических, механических или иных нагрузок, для управления электрическими или неэлектрическими объектами, а также для их защиты от ненормальных режимов работы. Это понятие широкое – бытовые приборы и т.д., а также приборы для контроля, измерения.

Коммутация, в переводе с латинского, означает «изменение». Изменение может быть ступенчатым и плавным. Наиболее характерными для коммутационного аппарата является включение и отключение, то есть коммутация электрических цепей (ступенчатое изменение).

Электронный аппарат выполняет те же функции что и электрический аппарат, выполнен на основе полупроводниковых приборов, осуществляет бесконтактную коммутацию и регулирование, имеет в своём составе блок питания.

Классификация электрических аппаратов

Классификация электрических аппаратов из–за большого их разнообразия производится по ряду признаков: по назначению, области применения, принципу действия, роду тока, конструктивным особенностям, напряжению, исполнению защиты от воздействий окружающей среды и т. д.

Классификация по назначению.

1) Коммутационные аппараты распределения электрической энергии – служат для включения и отключения электрических цепей (относительно редкая коммутация). Это рубильники, разъединители, автоматические (автоматы) и неавтоматические выключатели, отделители, короткозамыкатели и др.

2) Защитные аппараты служат для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания и перегрузок. Это предохранители, электротепловые реле, автоматы, реле тока и др.

3) Пускорегулирующие аппараты служат для управления электроприводами и другими потребителями электроэнергии (аппараты управления). К ним относятся контакторы, пускатели, контроллеры, реостаты и др. аппараты.

4) Ограничивающие аппараты служат для ограничения токов короткого замыкания – реакторы и перенапряжений – разрядники и полупроводниковые ограничители перенапряжений.

5) Аппараты автоматики и управления (токи до 1,0А):

а) контролирующие используются для контроля заданных

электрических и неэлектрических параметров – это различные реле, датчики;

б) регулирующие аппараты применяются для стабилизации и регулирования заданного параметра электрической цепи – это регуляторы напряжения, температуры и др. параметров.

Классификация по напряжению:

1) аппараты низкого напряжения – до 1000,0В;

2) высокого напряжения – выше 1000,0В.

Классификация по роду тока:

1) постоянного тока;

2) переменного тока 50Гц;

3) переменного тока повышенной частоты.

Классификация по принципу действия – электромагнитные, индукционные, магнитоэлектрические, магнитодинамические и др.

Классификация по принципу воздействия на последующую цепь – контактные и бесконтактные, не имеющие подвижных систем.

Классификация по ряду других факторов – например, по быстродействию.

Классификация по роду защиты от воздействия окружающей среды

ГОСТ 14254–80 – защитные свойства исполнений обозначаются IPХХ, где первая цифра показывает защиту от проникновения внутрь оболочки аппарата твёрдых частиц, а вторая цифра показывает степень защиты от проникновения воды.

Первая цифра – 0 – защиты нет, 1 – от проникновения предмета размером ≤50,0 мм, 2 – размером ≤12,0 мм, 3 – размером ≤2,5 мм,

4 – размером ≤1,0 мм, 5 – защита от пыли (допускается пыль без нарушения работы), 6 – полная защита от пыли.

Вторая цифра – 0 – защиты нет, 1 – от вертикально падающих капель, 2 – от капель воды, падающих под углом 15⁰, 3 – от брызг под углом 60⁰ к вертикали, 4 – от брызг под любым углом, 5 – от водяных струй, 6 – от мощных водяных струй, 7 – от временного погружения в воду, 8 – от продолжительного погружения в воду.

В ряде случаев степень защиты имеет определённые названия, например, IP00 – открытое исполнение, IP60 – пылезащищенное исполнение, IP66 – пылеводонепроницаемое исполнение (морское исполнение), IP67 – герметическое исполнение.

Климатические исполнения

(N) У – с умеренным климатом;

(NF) УХЛ – с умеренным и холодным климатом;

(TH) ТВ – с влажным тропическим климатом;

(TA) ТС – с сухим тропическим климатом;

(T) Т – с сухим и влажным тропическим климатом;

(U) О – общеклиматическое исполнение (для всех районной на суше и на море).

Категории размещения

1 – на открытом воздухе;

2 – под навесом;

3 – в закрытых помещениях с естественной вентиляцией;

4 – в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями;

5 – в помещениях с повышенной влажностью (шахты, подвалы).

Основные требования, предъявляемые к электрическим

Аппаратам

1) Температура не должна превосходить определенное значение при рабочем токе (номинальный режим).

2) Способность выдерживать термические и динамические воздействия при ненормальных режимах (без деформаций, готовность к дальнейшей работе).

3) Надежная работа при допустимых перенапряжениях.

4) Способность включать и отключать токи рабочих режимов, а также многие аппараты должны коммутировать токи допустимых

перегрузок и токи аварийных режимов.

5) Специфические требования – быстродействие, погрешности, износостойкость контактов.

6) Надежность работы.

7) Минимальные стоимость, габариты, масса.

8) Простота устройства и обслуживания.

Материалы, применяемые в электрических аппаратах

1) Проводниковые – медь, алюминий, сталь, латунь и др.

2) Магнитные – сплавы на основе железа и никеля, электротехнические стали для магнитопроводов.

3) Изоляционные – лаки, шелк, целлюлоза, хлорвинил, асбест, слюда и др. стекло, карболит, текстолит и т. д., пластмассы.

4) Дугостойкие изоляционные материалы для дугогасительных камер – асбест, керамика, пластмассы.

5) Сплавы с высоким удельным сопротивлением – нихром, константан, манганин и др.

6) Контактные материалы – серебро, медь, металлокерамика, сплавы.

7) Биметаллы – инвар (никель–сталь), сталь, латунь.

8) Конструкционные материалы – металлы, пластмассы и др. для придания аппаратам определенной формы.

ЛЕКЦИЯ №2

Тема 1.2 Нагрев электрических аппаратов

1.2.1 Потери в проводниках и деталях электрических аппаратов, поверхностный эффект и эффект близости.

1.2.2 Отдача теплоты нагретым телом, коэффициент теплообмена.

1.2.3 Нагрев и охлаждение однородного проводника по времени: уравнение теплового баланса, нагрев и расчет сечения при длительном режиме с постоянной нагрузкой, выбор сечения по таблицам ПУЭ.

1.2.4 Нагрев с начала включения, режимы нагрева.

2 НАГРЕВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ [1,2,3,4,6]