ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МОЛДОВЫ
Кафедра электроэнергетики
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Рабочая программа, методические указания и контрольное задание
для студентов энергетического факультета заочного обучения
Кишинэу ТУМ 2007
Методическая разработка включает в себя рабочую программу курса Электрические аппараты низкого напряжения для студентов заочного отделения специальности Электроэнергетика. Программа снабжена методическими указаниями по изучению конкретных разделов дисциплины с указанием литературы и страниц учебников, перечнем вопросов для подготовки к экзамену.
Контрольное задание включает в себя задачи по конкретным разделам изучаемой дисциплины.
- Рабочая программа
Введение . Общая характеристика содержания дисциплины Электрические аппараты низкого напряжения.
Определение понятия «Электрический аппарат». Классификация аппаратов по назначению, области применения, принципу действия, роду тока, номинальному напряжению, исполнению защиты от воздействия окружающей среды, категориям размещения и климатическому исполнению.
Требования к электрическим аппаратам.
Электродинамические усилия в элементах аппаратов
Причины появления электродинамических усилий (ЭДУ) в токоведущих частях электрических аппаратов. Методы расчета ЭДУ. Электродинамические усилия между параллельными проводниками бесконечной и конечной длины, между взаимно перпендикулярными проводниками.
ЭДУ в витке, в месте изменения сечения проводника. Определение направления действия электродинамического усилия.
ЭДУ в цепях однофазного и трехфазного переменного тока. Влияние апериодической составляющей тока к.з. на величину динамических усилий при отключении цепи, со смешанной нагрузкой - активной и индуктивной.
Электродинамическая стойкость аппаратов.
Литература [1, c.5-11; 31-36; 38-40; 42-43; 46-54];
[2, c.3-19; 22-30].
- Методические указания
В начале изучении курса целесообразно ознакомиться с его структурой и усвоить основные определения.
В процессе эксплуатации электрические аппараты подвергаются воздействию окружающей среды (пыль, влага) и это воздействие зависит от исполнения защиты оболочки аппаратов, категории размещения. Поэтому следует усвоить, что при выборе аппаратов следует указывать не только номинальные электрические параметры (напряжение, ток), но и степень защиты оболочки по международной системе IP, категорию размещения и климатическое исполнение.
Важнейшим условием надежной работы электрических аппаратов является их электродинамическая стойкость. При протекании токов к.з. аппарат должен надежно отключить защищаемую цепь и, что очень важно, не разрушиться под воздействием мощных электродинамических усилий, возникающих при отключении т.к.з. Поэтому выбранный по вышеуказанным параметрам аппарат должен быть обязательно проверен на электродинамическую стойкость при отключении т.к.з. в месте его установки.
В связи с этим представляется необходимым умение рассчитывать величину ЭДУ и сопоставлять полученные значения с параметрами, указанными заводами-изготовителями для данного типа аппарата.
Электрические контакты
Классификация контактов по назначению. Требования к электрическим контактам. Переходное сопротивление контактов электрическому току и его составляющие. Сопротивление стягивания контакта и его зависимость от механических характеристик материала, температуры контакта, площади касания. Сопротивление оксидной пленки. R(U) характеристика контакта. Напряжение размягчения и плавления металла. Режимы работы контактов при их включении и размыкании. Вибрация контактов. Мостиковая и дуговая эрозия контактов и их влияние на износ материала. Способы уменьшения эрозии.
Материалы контактов, требования к ним. Металлокерамические контакты, суть метода «порошковой металлургии».
Литература: [1, c.88-92; 94-110]; [2, c. 31-59].
- Методические указания
Основная особенность контактной поверхности - ее шероховатость и, как следствие, лишь в отдельных точках соприкасаются выступы контактирующих участков. Сечение проводника, через которое проходит ток, уменьшается, и вызывает увеличение сопротивления. Увеличение силы контактного нажатия приводит к росту таких переходов. Следует отметить в связи с этим влияние механических характеристик материала контакта, таких как временное сопротивление на смятие материала контактов, характер соприкасаемых поверхностей (точка, плоскость, линия), температура размягчения и плавления металла.
На поверхности контактов образуются пленки под воздействием кислорода воздуха, озона, окислов азота и др. химических реагентов, которые появляются при горении дуги в процессе размыкания контактов. Следует обратить внимание на величину и скорость нарастания толщины пленок на контактах в разных условиях.
Процессы замыкания и размыкания контактов сопровождаются вибрацией, появлением дуги между ними, что в общем случае увеличивает износ и в связи с этим необходимо понимание действий, сводящих к минимуму негативные последствия этих явлений.
Четко представляя себе требования к материалам, из которых выполняются контакты, важно понимание того, что практически ни один из металлов не отвечает этим требованиям. Поэтому в зависимости от конкретных условий работы аппаратов применяются чистые металлы, сплавы, металлокерамические материалы, получаемые на основе порошковой металлургии. Этот метод позволяет получать материалы с заранее заданными характеристиками в зависимости от соотношения входящих в материалы исходных компонентов, степени их измельчения.
Отключение электрических цепей
Стадии электрического разряда в газе, характеристики стадий.
Характерные области дугового разряда и распределение в них напряжения, напряженности электрического поля, температуры. Статическая вольт-амперная характеристика дуги. Графическая интерпретация условия гашения дуги постоянного тока.
Перенапряжение на контактах аппарата при гашении дуги постоянного тока. Энергия, выделяемая в дуге в процессе ее гашения.
Динамическая вольт-амперная характеристика дуги. Характеристика дуги переменного тока. Характер процесса при отключении цепи переменного тока с активной и индуктивной нагрузкой.
Восстанавливающаяся электрическая прочность межконтактного промежутка. Восстанавливающееся напряжение на контактах аппарата.
Принципы гашения дуги постоянного и переменного тока. Технические средства гашения дуги: дугогасительные камеры, решетки, катушки магнитного дутья.
Бесконтактные и бездуговые коммутационные аппараты. Гибридные аппараты.
Литература: [1, с.123-142; 157-166;173-178];
[2, с. 60-85; 89-92; 103-114].
- Методические указания
При отключении электрической цепи между двумя крайними состояниями - состоянием металлического проводника тока (контакты замкнуты) и состоянием диэлектрика (контакты разомкнуты) межконтактный промежуток проходит несколько стадий газового разряда. Каждая из этих стадий характеризуется величиной тока через промежуток и доминирование той или иной стадии зависит от расстояния между электродами, давления газа, мощности источника питания. В наиболее характерной стадии (дуговой разряд) имеют место 3 зоны: анодная, катодная области и область дугового столба, которые характеризуются собственными падениями напряжения, напряженностью, температурой.
Чрезвычайно важно уяснить, что, меняя численные параметры этих величин, можно обеспечить быстрое и надежное гашение дуги и из этого принимаются технические решения, обеспечивающие это гашение.
Однако следует понимать, почему быстрая ликвидация дуги приводит, как правило, к перенапряжениям, опасным для изоляции элементов сети.
Необходимо разобраться, в чем различаются принципы гашения дуги постоянного и переменного токов.
Следует уяснить также такие определения, как восстанавливающаяся прочность промежутка и восстанавливающееся напряжение, от чего зависят эти величины, как они влияют на процесс гашения дуги и к каким цепям применимы эти определения.
Важнейшей проблемой является обеспечение условий для успешного гашения дуги и в этой связи следует понимать, какие технические средства могут обеспечить с наибольшим эффектом решение этой проблемы.
Давая характеристику контактным электрическим аппаратам следует оценивать как их достоинства, так и недостатки и, как решение проблемы бездуговой коммутации, уметь видеть перспективу применения полупроводниковых приборов, гибридных отключающих устройств, синхронных выключателей.
Электромагниты
Определение электромагнита, его назначение, область применения. Магнитные цепи электромагнита, основные закономерности, характеризующие магнитную цепь. Магнитная цепь электромагнитов переменного тока. Сила тяги электромагнитов постоянного и переменного тока.
Устранение вибрации якоря в электромагнитах переменного тока. Методы ускорения и замедления срабатывания электромагнита.
Литература: [1,c.183-187;199-201;213-215;219-225;228-231 ];
[2, c. 117-120; 123-134; 139-145].
- Методические указания
Электромагнит предназначается для создания механической силы притяжения между стальными полюсами за счет магнитного потока, создаваемого протекающим по обмотке током. Электромагниты используются как приводные элементы электрических аппаратов, осуществляющих замыкание или размыкание электрических контактов.
Важным является понимание, в какой части электромагнита магнитные силовые линии развивают тяговое усилие и от каких параметров зависит это усилие. Знание основных закономерностей распределения и свойств магнитного поля дает студенту возможность по внешним конструктивным особенностям Различать электромагниты переменного и постоянного тока. Важнейшим конструктивным элементом электромагнита является наличие короткозамкнутого витка на расщепленном полюсе. Следует иметь четкое понимание его необходимости, какой при этом достигается эффект и почему.
Магнитные усилители
Основные элементы магнитного усилителя. Принцип работы дроссельного магнитного усилителя, однополупериодного и двухполупериодного усилителя с самоподмагничиванием. Область применения МУ.
Литература: [1, с.245-251]; [2, с.146-159].
- Методические указания
Магнитный усилитель относится к бесконтактным электрическим аппаратам, в котором функцию коммутирующего органа выполняет элемент с нелинейным электрическим сопротивлением, величина которого изменяется в широких пределах.
Студент должен четко представлять себе, какие материалы применяются для изготовления сердечников, и каковы их магнитные характеристики.
Следует знать область применения МУС, в частности, в таких устройствах, как измерительные трансформаторы постоянного тока, напряжения, в других элементах.
Контакторы и магнитные пускатели
Назначение, основные конструктивные узлы контакторов, магнитных пускателей. Режимы работы контакторов при коммутации цепей постоянного и переменного тока. Основные технические параметры контакторов. Контактная система контакторов. Коэффициент возврата.
Магнитные пускатели, их использование для управления асинхронными двигателями.
Литература: [1, c.308-324; 326-337]; [2, с.160-180].
- Методические указания
Контакторы и пускатели - оперативные аппараты, коммутирующие электрические нагрузки при нормальных режимах работы электрооборудования.
Контактор это двухпозиционный аппарат для частых коммутаций токов, не превышающих номинальные токи нагрузки.
Магнитный пускатель это коммутационный аппарат, предназначенный для пуска, остановки и защиты электродвигателей. Защиту электродвигателей от токов перегрузки осуществляет тепловое реле, встраиваемое в пускатель.
Студент должен усвоить, что при соответствующем выборе параметров названные аппараты могут осуществлять функции защиты электрооборудования от понижения напряжения. Следует уметь различать электрическую и механическую износостойкость аппаратов, знать, какого порядка эти величины.
Важнейшим является умение оценивать условия отключения коммутируемых цепей постоянного и переменного токов, знать, какие параметры цепей являются определяющими при оценке этих условий.
Следует знать, каковы основные конструктивные узлы контакторов, пускателей, какие дугогасительные средства применяются в них.
Реле
Классификация, характеристики реле. Электромагнитные реле тока и напряжения. Поляризованные реле с последовательной и параллельной магнитной цепью. Подвижные системы поляризованных реле. Тепловые реле, конструкция, время и ток срабатывания. Герконы. Поляризованные герконы. Ферриды.
Литература: [1, с. 337-349; 351-360; 377-381; 386-387; 393394; 397-398];; [2, с. 181-211].
- Методические указания
Реле - слаботочные аппараты. Токи, коммутируемые их контактами, обычно не превышают 5 А. Классифицируются реле по различным признакам, к числу важнейших характеристик относятся чувствительность, время срабатывания, коэффициент возврата, другие величины. Следует иметь четкое понимание об основных конструктивных особенностях реле различного типа и о влиянии этих особенностей на характеристики реле, области их применения, о стоимостных и технологических параметрах реле.
Реле выпускаются контактными, бесконтактными, с использованием обычных материалов и драгоценных металлов и это обусловлено их функционированием в конкретных условиях. Студент должен уметь грамотно оценивать эти условия с тем, чтобы сделать правильный выбор аппарата.
Автоматические воздушные выключатели (автоматы)
Назначение и классификация выключателей. Токоведущая цепь и дугогасительная система автоматов. Приводы автоматов.
Автоматы гашения магнитного поля. Выбор автоматических выключателей.
Литература: [1, с. 531-541; 545-547; 548-552];[2, с. 212240].
- Методические указания
При изучении данного раздела студент должен иметь четкое представление о принципиальном различии в назначении автоматов от, скажем, контакторов, и каким образом это различие сказывается на конструкции элементов защиты. Следует понимать назначение механизма свободного расцепления, тепловых, электромагнитных расцепителей, расцепителя минимального напряжения.
Работа автоматов при отключении тока к.з. в цепи возбуждения мощных генераторов является наиболее тяжелой и этот фактор предопределяет наличие дополнительных элементов в дугогасительной системе автомата, что облегчает отключение т.к.з. без появления значительных перенапряжений в отключаемой цепи.
Умение правильно выбрать автомат является важнейшим условием надежной и безаварийной работы элементов системы электроснабжения.
Предохранители
Назначение, основные узлы, принцип действия предохранителей. Характеристики предохранителя. Конструкции предохранителей низкого напряжения. Инерционные, быстродействующие предохранители. Выбор предохранителей.
Литература: [1, с. 504-508; 510-515; 518-524];
[2, с. 241-256].
- Методические указания
Как аппарат распределительных устройств предохранители играют важную роль в защите сетей от различных аварийных режимов. Имеется некоторое различие в конструктивном исполнении предохранителей, но принцип работы основных элементов, участвующих в разрыве цепи и гашении дуги, практически неизменен.
Студент должен усвоить основное назначение защитной характеристики предохранителя и правильной ее координации с характеристикой защищаемого элемента, уметь правильно выбрать предохранители для защиты как индивидуальных, так и группы электроприемников.
