Основные технические параметры электрических аппаратов управления и защиты

Одним из основных технических параметров большинства аппаратов является номинальное напряжение (Uном). Это напряжение, на которое рассчитан электрический аппарат, как с точки зрения коммутации, управления и регулирования, так и изоляции его токоведущих частей. Согласно ГОСТ 11206—77 шкала напряжений

— для электрических аппаратов переменного тока составляет

36; 127; 220; 380; 660; 1140 В;

— для электрических аппаратов постоянного тока

6; 12; 24; 27; 48; 110; 220; 440; 600; 750 В.

Причем, меньшие значения напряжений относятся к цепям управления. Предусматривается надежная работа электрических аппаратов при повышении напряжения до 1,1Uном, а в цепи управления при его изменении от 0,85 до 1,1Uном.

В цепях высокого напряжения шкала номинальных напряжений имеет вид:

3; 6; 10; 15; 20; 24; 27; 35; 110; 150; 220; 330; 500; 750 кВ.

Другим основным техническим параметром является номинальный ток, длительное протекание которого ( например, в течение 8 ч ) не вызывает нагрев токоведущих частей электрического аппарата выше допустимых значений, определяемых классом изоляции, с которой эти части соприкасаются. ГОСТ 11206—77 определяет следующую шкалу номинальных токов: 1; 3; 6; 10; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000; 6300 А.

В цепях высокого напряжения:

200; 400; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3150; 4000;

5000; 6300; 8000; 10000; 12500; 16000; 20000; 25000; 31500 А.

При описании повторно-кратковременного режима работы аппарата часто пользуются понятием «допустимый эквивалентный ток продолжительного режима» [1].

Номинальный рабочий ток — это ток, который определяет применение аппарата в данных условиях, устанавливаемых предприятием-изготовителем в зависимости от номинального рабочего напряжения, номинального режима работы, категории применения, типоисполнения и условий эксплуатации, т.е. это ток реально существующий в цепи, где эксплуатируется электрический аппарат. Номинальный рабочий ток не может быть больше номинального тока аппарата. А номинальное рабочее напряжение равно напряжению сети, в которой в данных условиях может работать аппарат.

Для аппаратов управления и, в частности, для контакторов и магнитных пускателей важнейшим параметром является категория применения аппарата. Определены четыре основные категории применения контакторов переменного тока и пять категорий применения контакторов постоянного тока. Категория применения определяет область применения электрического аппарата в зависимости от характера нагрузки и условий эксплуатации. В категории применения указываются режимы нормальной (частой) и редких коммутаций (см. табл. 1). Причем в каждом режиме рассматриваются процессы включения и отключения и выделяются четыре показателя, характеризующие каждую категорию применения.

Область применения аппарата (тип коммутируемой нагрузки)

Аппарат в каждой категории применения работает с определенным типом нагрузки. Например, работая в категории применения АС-3 аппарат должен включать пусковые токи асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, а отключать тот же двигатель, работающий в номинальном режиме. Работая в категории применения АС-4, аппарат должен включать пусковые токи асинхронного двигателя и отключать статорную обмотку медленно вращающегося или неподвижного двигателя (заторможенный двигатель). Значительно легче функции аппарата в категории применения АС-1, когда нагрузкой является активная, либо слабоиндуктивная цепь.

Аналогично дифференцирована нагрузка в цепях постоянного тока, когда в наиболее тяжелом режиме аппарат оказывается в категории применения DC-5 ( включение пусковых токов электродвигателей с последовательным возбуждением и отключение неподвижных или медленно вращающихся двигателей).

Коммутируемый ток I0 .

Даются отношения коммутируемого тока к номинальному рабочему току. Этот показатель характеризует коммутационную способность аппарата, его контактно-дугогасительной системы.

Напряжение U, определяемое в соотношении с номинальным рабочим напряжением. В режиме редких коммутаций аппарат должен выдерживать 10%-е превышение напряжения над номинальным.

Характер коммутируемой нагрузки, определяемый коэффициентом мощности cos j коммутируемой цепи (для цепей переменного тока), либо постоянной времени цепи τ ?, мс (для цепей постоянного тока).

Важно определить функциональные возможности аппарата, предназначенного для коммутации данного типа нагрузки. Так при выборе контакторов для управления прямым пуском АД с короткозамкнутым ротором он должен в режиме нормальных коммутаций включать пусковые токи (категории применения АС-3 и АС-4), а в режиме редких коммутаций отключать номинальные токи (категория применения АС-3) или ударные пусковые токи (категория применения АС-4).

Одним из основных технических параметров для аппаратов управления является режим работы аппарата. Контакторы могут работать в одном, нескольких или во всех следующих режимах: в продолжительном, кратковременном, повторно-кратковременном и прерывисто-продолжительном [1]. Режим работы аппарата определяется изменениями температуры нагрева токоведущих частей в процессе его работы.

Особо следует выделить повторно-кратковременный режим работы аппарата, который часто характеризуется относительной продолжительностью включения

где tр и tпз — время работы и время паузы, соответственно.

На практике приняты нормированные значения относительной продолжительности включения ПВ%: 15, 25, 40, 60%.

Частота включений аппарата тесно связана с режимом работы аппарата и определяется числом коммутаций электрического аппарата в час. Нормированные значения частоты включений контакторов в час составляют: 6; 30; 150; 600; 1200; 2400; 3600; 7200.

При выборе контактора или магнитного пускателя необходимо знать условия, в которых они будут работать. Определены 10 типов климатического исполнения изделия, которые подразделяются на две группы: изделия, предназначенные для эксплуатации на суше, реках, и изделия, предназначенные для эксплуатации в районах с морским климатом [1]. Среди них наиболее распространены следующие климатические исполнения аппаратов:

У — с умеренным климатом;

УХЛ — с умеренным и холодным климатом;

Т — с сухим и влажным тропическим климатом;

О —для любых районов, кроме районов с очень холодным климатом.

Кроме того, выделены пять категорий размещения изделий в зависимости от условий, в которых они должны работать:

— рабочее и предельное значение температуры воздуха,

— относительная влажность воздуха,

— нормы наличия пыли,

— характер атмосферы и т. д.

Отмечают следующие категории размещения аппаратов:

1 — на открытом воздухе;

2 — под навесом, но с той же температурой, что и на воздухе;

3 — в закрытых помещениях с естественной вентиляцией;

4 — в помещениях с искусственно регулируемым климатом;

5 — в помещениях с повышенной влажностью (в том числе шахтах, подвалах и др.).

Климатическое исполнение и категория размещения контакторов, магнитных пускателей, автоматических выключателей и других аппаратов указываются в их обозначениях. Например, контактор постоянного тока КП-207-У3 может быть использован в средах с умеренным климатом (У), в закрытых помещениях с естественной вентиляцией (3), с температурой окружающей среды 40° C.

Для предотвращения попадания внутрь аппарата инородных тел и воды и исключения соприкосновения обслуживающего персонала с токоведущими подвижными частями устанавливается защитная оболочка. Степень защиты обозначается буквами IP и двумя цифрами. Первая цифра характеризует степень защиты аппарата от проникновения внутрь инородных тел и от соприкосновения обслуживающего персонала с деталями аппарата (табл. 2). Вторая цифра характеризует защиту аппарата от проникновения воды (табл. 3).

Например, магнитный пускатель, имеющий степень защиты IP54, не защищен полностью от проникновения внутрь оболочки пыли, однако пыль не влияет на нормальную работу самого аппарата. Кроме того, вода, разбрызгиваемая на оболочку в любом направлении, не должна оказывать вредного воздействия на аппарат.

Электрические аппараты устанавливаются в производственных помещениях, где работают различные машины и механизмы, создающие вибрацию и удары. Эти воздействия воспринимаются аппаратами, и может произойти нарушение их нормальной работы. Требование по вибро- и ударостойкости аппаратов регламентируются нормативными документами. Всего имеется 29 групп механических воздействий. Например, в группе эксплуатации М1 (непосредственно на стенах предприятий, фундамента и т.п.) аппарат должен выдерживать вибрационные нагрузки частотой до 35 Гц и ускорением 0,5 м/с2.

Рассмотрим ряд технических параметров, характеризующих технико-экономический уровень аппаратов. Среди них механическая и коммутационная износостойкость. Они определяются количеством коммутаций электрического аппарата до тех пор, пока он станет непригодным для нормальной работы с точки зрения работоспособности его механических частей и коммутирующих контактов, которые подвержены воздействию электрической дуги включения и отключения. Выделяется три категории коммутационной износостойкости (А, Б и В) в зависимости от материала контактных накладок аппарата. Контакты, выполненные с контактными накладками на основе серебра (например, СОК-15) относятся к категории А и имеют повышенную коммутационную износостойкость. Механическая и коммутационная износостойкость аппаратов управления определяют надежность и долговечность их работы в режиме нормальных коммутаций.

Для электрических аппаратов распределительных устройств, например, автоматических выключателей и предохранителей, важным параметром является предельная коммутационная способность (ПКС). Предельная коммутационная способность ­ это способность аппарата отключать (включать) большие токи, оставаясь при этом пригодным для дальнейшей работы, т. е. это наибольшая отключающая и наибольшая включающая способность электрического аппарата.

Наибольшая отключающая способность аппарата определяется действующим значением тока КЗ в цепи, которую способен разомкнуть аппарат и успешно погасить при этом возникающую электрическую дугу. Наибольшая включающая способность аппарата определяется наибольшим амплитудным значением тока короткого замыкания в цепи, который способен включить аппарат без повреждений, в том числе без приваривания контактов.

Часто пользуются понятием одноразовой предельной коммутационной способностью, под которой понимается способность аппарата один раз отключить ударный ток КЗ. После этого он может оказаться непригодным для дальнейшей работы или потребует ремонта.