Классификация низковольтных коммутационных аппаратов по техническим и конструктивным особенностям

УДК 621.311

КЛАССИФИКАЦИЯ НИЗКОВОЛЬТНЫХ КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ ПО ТЕХНИЧЕСКИМ И КОНСТРУКТИВНЫМ ОСОБЕННОСТЯМ

А.И. ФЕДОТОВ, Е.И. ГРАЧЕВА, О.В. НАУМОВ Казанский государственный энергетический университет

В представленной статье предлагается анализ исследования конструктивных особенностей низковольтных коммутационных аппаратов и их классификация.

Ключевые слова: цеховые электрические сети низкого напряжения, низковольтные электрические аппараты, работоспособность.

Введение

Общеизвестно, что распределение электроэнергии в цеховых сетях между приемниками и управление работой источников энергии, линий электропередачи и приемников осуществляется посредством электрических аппаратов. Хотя электрические аппараты и не выполняют непосредственно рабочих функций агрегата, но, тем не менее, являются чрезвычайно важными и неотъемлемыми частями данного устройства, от которых в большой степени зависит правильная, точная и надежная работа исполнительной части устройства. Поэтому отделять электрический аппарат от всего устройства, представлять его как самостоятельную единицу можно только условно.

Многообразие аппаратов и выполняемых ими функций, совмещение в одном аппарате нескольких функций не позволяет строго классифицировать их по одному какому-то признаку. Классификация может быть проведена по целому ряду признаков: назначению (основной функции, выполняемой аппаратом); области применения; принципу действия, используемому в аппарате; роду тока; исполнению защиты от воздействия окружающей среды; конструктивным особенностям и др.

Исходя из назначений электрического аппарата, к нему предъявляются следующие основные требования:

1) надежность, точность, стабильность и четкость в работе - аппарат в течение определенного срока службы не должен давать отказов, не должен менять своих параметров и регулировки, должен с достаточной быстротой реагировать на внешние сигналы;

2) достаточная термическая и электродинамическая стойкость - аппарат должен без повреждений переносить кратковременные токовые перегрузки аварийных режимов;

3) достаточный уровень изоляции частей, находящихся под напряжением, -аппарат должен без повреждений переносить возникающие при работе устройства перенапряжения, несмотря на возможное загрязнение изоляции и ее старение;

4) наименьшие габариты и масса, наименьшие расход энергии для своей работы и стоимость.

По своему назначению электрические аппараты можно подразделить на коммутационные, токоограничивающие, регулирующие и пускорегулирующие, измерительные, контролирующие и защиты:

коммутационные - предназначены для включения и отключения электрических цепей. К ним относят рубильники, пакетные выключатели, автоматические

© А.И. Федотов, Е.И. Грачева, О.В.Наумов Проблемы энергетики, 2013, № 7-8

выключатели. Для этой группы аппаратов характерным является относительно редкое их включение и отключение, хотя в некоторых случаях аппарат довольно часто совершает операции;

пускорегулирующие - предназначены для пуска, регулирования частоты вращения, напряжения и тока электрических машин или пуска и регулирования какого-либо другого потребителя электрической энергии (тормоза, печи). К ним относят контакторы, пускатели, силовые и командные контроллеры и др. Характерным признаком для этой группы аппаратов являются частые включения и отключения. В современных приводах число включений достигает 1500 в час;

защитные - предназначены для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания и перегрузок. К ним относят предохранители низкого напряжения;

контролирующие - предназначены для контроля заданных электрических и неэлектрических параметров. К ним относят реле и датчики. При достижении контролируемым параметром определенного значения реле срабатывает и исполнительным органом воздействует на схему автоматики. Например, реле широко используют для защиты при коротких замыканиях. В этом режиме срабатывает реле, реагирующее на силу тока, а исполнительный орган действует на отключающую коммутационную аппаратуру. Датчики служат для измерения неэлектрических величин (перемещения, температуры, давления) и преобразования их в электрические;

регулирующие - предназначены для автоматической непрерывной стабилизации или регулирования заданного параметра электрической цепи либо системы по заранее заданной программе. В частности, регуляторы служат для поддержания на неизменном уровне напряжения, тока, температуры, частоты вращения и других величин.

По расположению в электрической схеме конкретной установки электрические аппараты можно подразделить на аппараты: главной (силовой) цепи, цепи управления, вспомогательной цепи, сигнальной цепи.

Детали и узлы электрического аппарата, в свою очередь, в соответствии с их назначением можно подразделить на

- активные, несущие, помимо механической, еще электрические или магнитные нагрузки;

- конструктивные, несущие только механическую нагрузку (к ним относятся и крепежные детали).

Активные части могут подразделяться на токоведущие (шины, провода, обмотки), в том числе контактные и токоведущие крепежные; магнитные; изоляционные; дугогасительные устройства; электрические сопротивления.

Конструктивные части могут подразделяться на корпусные (основания, рамы, каркасы, оболочки и др.); детали механизмов; пружины; крепеж.

Приведенная классификация частей электрического аппарата является в какой-то степени условной, так как нередко одна и та же деталь выполняет несколько функций и может относиться одновременно как к нескольким подгруппам, так и к обеим группам.

По принципу действия различают электрические аппараты контактные и бесконтактные. Контактные аппараты имеют подвижные коммутирующие контакты и воздействуют на управляемую цепь замыканием или размыканием этих контактов. Бесконтактные аппараты не имеют коммутирующих контактов и воздействуют на управляемую цепь изменением электрических параметров (индуктивности, емкости, сопротивления).

Контактные аппараты могут быть автоматические и неавтоматические. Автоматические аппараты действуют от заданного режима работы цепи или машины, а неавтоматические - с помощью оператора, дистанционно или непосредственно.

Актуальность данной темы обусловлена тем, что ни одно производство, ни один завод, ни одно предприятие не может работать без использования низковольтной аппаратуры. От качественной и надежной работы автоматических выключателей, магнитных пускателей, контакторов, предохранителей, рубильников и пакетных выключателей зависят и безопасность производства, эффективность функционирования систем внутрицехового электроснабжения, бесперебойность технологических процессов, качество производства, и работоспособность установок и механизмов. Применение производственных систем без коммутационной аппаратуры в данном случае оказывается нецелесообразным, они становятся ненадежными. Исследование конструктивных и эксплуатационных особенностей низковольтных аппаратов способствует совершенствованию технологических принципов проектирования, производства и эксплуатации оборудования цеховых сетей.

В настоящее время низковольтное аппаратостроение интенсивно развивается, о чем свидетельствует множество фирм и заводов-изготовителей на рынке низковольтных аппаратов. Некоторые отечественные и зарубежные производители низковольтной аппаратуры представлены в табл. 1, табл. 2.

В силу большого многообразия использования низковольтных коммутационных аппаратов возникает задача их систематизации и классификации по конструктивным особенностям.

По результатам экспериментальных исследований [2] предлагаются следующие электрические схемы и схемы замещения силовых цепей низковольтных аппаратов (рис.1-7).

Электрическая схема замещения силовой части контактора может быть представлена в виде, показанном на рис.1 и рис.2.

а)

К

к.

к

к

б)

Рис.1. Электрическая схема (а) и схема замещения (б) силовой цепи контактора с одним контактом и дугогашением: К\=К4 - сопротивление болтовых присоединений контактора; К2 - сопротивление дугогасящей катушки; К3 - сопротивление силовых контактов

в замкнутом состоянии

а)

к.

к

к

-шь-оч

б)

Рис.2. Электрическая схема (а) и схема замещения (б) силовой цепи контактора с мостиковыми контактами: К\=К3 - сопротивление болтовых присоединений; К2 - сопротивление мостикового контакта в замкнутом состоянии

Таблица 1

Преречень автоматических выключателей

Завод-изготовитель Шкала номинальных токов автоматических выключателей, А

25 31,5 40 50 63 100 125 160 250 400 630

Тип выключателя

ОАО «Дивногорский завод низковольтных аппаратов» АЕ2040-10Б ВА57-31 ВА57-35 ВА57-39

ОАО «Октябрьский завод низковольтной аппаратуры» ВА51-26 ВА23-29

ОАО «Новосибирский завод низковольтной аппаратуры» ВА51-25 АЕ2050

ОАО «Завод низковольтной аппаратуры», г.Черкесск АЕ2530, ВА51-25 АЕ2040, ВА19-29, ВА23-29

ЗАО «Тираспольский электроаппаратный завод» АЕ100 АУ2044

ОАО «Курский электроаппаратный завод» ВА13-25 ВА14-26 А63 АК50Б АЕ2040,В А21-29, АП50Б ВА21-29 АЕ2040, АЕ20-50

ОАО «Контактор», г.Ульяновск ВА04-36, ВаОб-Зб ВА04-36, ВаОб-36 ВА04-36 ВА51-39

ОАО «Ангарский электромеханический завод» ВА55-31 ВА57-33 Ва51-35

НПО «Харьковский электромеханический завод» A3700 A3700 А3700 A3700

ОАО «Ново-Вятка», г.Киров ВА52-38

ABB S200 S280 S290

Legrand LR,DX DX-D

Schneider Electric С40а C63N NG125N С121Н

Siemens 3VF2 VL 160X/3VL1 VL 250/3 VL3 VL 400/3VL4 VL 630/3VL5

Таблица 2

Преречень магнитных пускателей

Завод-изготовитель Шкала номинальных токов магнитных пускателей, А

10 16 25 32 40 50 63 80 100 125

Тип пускателя

ОАО «Псковский электротехнический завод» ПМ 12- ОЮ

ОАО «Кашинский завод электро-аппаратуры» ПМ 12- ОЮ ПМ12К-016 ПМЕ-200, ПМ12-025 ПМА-3000, ПМ 12-040 ПМ12-063 ПМ12-125

ОАО «Электромашиностроитель ный завод «Лепсе» ПМ 12- ОЮ

ОАО «Электроаппаратура», Беларусь, г. Гомель ПМ 12- ОЮ,ПМ1 2К-0Ю ПМЛ-2000 ПМ 12-040 ПМ 15-063

ОАО «Новосибирский завод низковольтной аппаратуры» ПМЛ-025, ПМЕ-200 ПМА-3000

ОАО «ЗЭТА», г. Кемерово ПМ 12- ОЮ ПМ12-016 ПМ15-063, ПМА-4000 ПМ12-080

ОАО «Медногорский электротехнический завод «Уралэлектро», г. Медногорск ПМ12-032 ПМ12-100

НПО «Этал», Украина, г. Александрия ПМЛ-1501, ПМЛ-1720 ПМЛ-1160, пмл-1220 ПМЛ-2631, ПМЛ-2720 ПМЛ-ЗЮО, ПМЛ-3620, ПМЛ-3720 ПМЛ-4100, ПМЛ-4220, ПМЛ-4720 ПМЛ-4160ДМ, ПМЛ-4560ДМ ПМЛ 5160Д, ПМЛ-5 5 60ДМ ПМЛ5100, ПМЛ5634, ПМЛ-5620

ОАО «Арзамаский приборостроительный завод» ПМ12- 050

ОАО «Чебоксарский электроаппаратный завод» ПМ 12-040

Электрическая схема и схема замещения силовой цепи магнитного пускателя показаны на рис.3.

К1 К 2 К з К 4

—ПИ-ЕЗ-ЕЛ-ЕИ- б)

Рис.3. Электрическая схема (а) и схема замещения (б) силовой цепи магнитного пускателя: Я1=Я4 -сопротивление болтовых присоединений; Я2 - сопротивление мостикового контакта в замкнутом состоянии; Я3 - сопротивление элемента теплового реле

В общем виде электрическая схема и схема замещения силовой цепи автоматического выключателя показаны на рис.4.

К1 К2 К3 К 4 К 5

—ПЗ-СЗ-СЗ-ЕИ-СИ— б)

Рис.4. Электрическая схема (а) и схема замещения (б) силовой цепи автоматического выключателя: Я\=Я5 - сопротивление болтовых присоединений; Я2 - сопротивление силового контакта в замкнутом состоянии; Я3 - сопротивление отключающей катушки; Я4 - сопротивление элемента теплового реле

Электрическая схема и схема замещения силовой цепи плавкого предохранителя будут иметь вид, представленный на рис.5.

О -----Х | |-"----Х-в а)

К1 К 2 К 3 К4 К 5

-ооооо б)

Рис.5. Электрическая схема (а) и схема замещения (б) силовой цепи плавкого предохранителя:

Я1=Я5 - сопротивление болтовых присоединений; Я2=Я4 - сопротивление между губками и ножами предохранителя; Я3 - сопротивление плавкой вставки с ее подсоединениями к ножам

На рис.6 показаны электрическая схема и схема замещения силовой цепи рубильника.

а)

я,

я*

я

ял

я<

б)

Рис.6. Электрическая схема (а) и схема замещения (б) силовой цепи рубильника: ЯрЯ5 - сопротивление болтовых присоединений; Я2=Я4 - сопротивление переходов между губками и ножом рубильника; Я3 - сопротивление ножа рубильника

На рис.7 показаны электрическая схема и схема замещения силовой цепи пакетного выключателя.

Рис.7. Электрическая схема (а) и схема замещения (б) силовой цепи пакетного выключателя:

Я1=Я3 - сопротивление болтовых присоединений; Я2 - сопротивление двух контактов и среднего ножа; Я3 - сопротивление ножа рубильника

Таким образом, результаты экспериментальных исследований [2] низковольтных коммутационных аппаратов, применяемых в цеховых сетях промышленного электроснабжения, показали, что по конструктивным особенностям аппараты можно разделить на следующие 3 группы:

- аппараты, имеющие кроме силовых контактов в силовой цепи добавочные элементы (датчики тепловых реле, катушки максимальных реле), - такие как автоматические выключатели, магнитные пускатели, контакторы;

- аппараты, имеющие относительно большое сопротивление силовой цепи, -предохранители;

- аппараты, имеющие только переходное сопротивление контактов, - такие как рубильники, пакетные выключатели.

Полученные данные могут быть полезны специалистам по проектированию, производству и эксплуатации низковольтной аппаратуры, для оценки надежности и технических параметров тех или иных аппаратов, для усовершенствования надежностных и эксплуатационных характеристик аппаратов, для проведения экспериментальных исследований, а также для выбора, оценки эффективности работы конкретных аппаратов.

Summary

In presented article the analysis of research of design features of low-voltage switching devices and their classification is offered.

Keywords: shop electric networks of a low-voltage, low-voltage electric devices, serviceability

Список литературы

1. Розанов Ю.К. Электрические и электронные аппараты: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1998. 752 с.

2. Шевченко В.В., Грачева Е.И. Определение сопротивления контактных соединений низковольтных коммутационных аппаратов // Промышленная энергетика. 2002. №1. С. 42-43.

Поступила в редакцию 04 июля 2013 г.

Федотов Александр Иванович - д-р техн. наук, профессор кафедры «Электроэнергетические системы и сети» (ЭСиС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 543-97-60.

Грачева Елена Ивановна - канд. техн. наук, доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» (ЭПП) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 543-86-13.

Наумов Олег Витальевич - канд. техн. наук, ст. преподаватель кафедры «Электроэнергетические системы и сети» (ЭСиС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 543-97-60; 8 (917) 3979681. E-mail. o_naumov@list.ru.