Электроаппаратура: виды и назначение¶

Электроаппаратура — совокупность технических устройств, предназначенных для управления, распределения, преобразования, защиты и контроля потоков электрической энергии и электрических сигналов. К ней относят низковольтные и высоковольтные аппараты, коммутационные изделия, устройства релейной защиты и автоматики, а также элементы систем электроснабжения и управления электроприводами. Электроаппаратура применяется в промышленности, энергетике, на транспорте, в строительстве и в быту.

¶Классификация

Электроаппараты классифицируют по нескольким признакам.

По уровню напряжения:

• низковольтные — до 1000 В;
• высоковольтные — свыше 1000 В.

По назначению:

• коммутационные — включают и отключают цепи (рубильники, выключатели, контакторы, пускатели);
• защитные — предохраняют оборудование от токов короткого замыкания и перегрузок (автоматические выключатели, предохранители, реле);
• регулирующие и управляющие — изменяют параметры цепи (реостаты, регуляторы, контроллеры);
• измерительные и контрольные — датчики, трансформаторы тока и напряжения;
• ограничивающие — разрядники, ограничители перенапряжения.

По принципу действия различают электромеханические, статические (полупроводниковые) и гибридные аппараты. По способу управления — аппараты ручного и автоматического действия.

¶Устройство и принцип работы

Основу большинства электромеханических аппаратов составляют контактная система, дугогасительное устройство и привод.

Контактная система обеспечивает замыкание и размыкание электрической цепи. Контакты выполняют из меди, серебра, вольфрама и их сплавов, поскольку от материала зависит износостойкость и переходное сопротивление.

При размыкании цепи под нагрузкой между контактами возникает электрическая дуга. Для её гашения применяют дугогасительные камеры с продольным или поперечным дутьём, а также вакуумные и элегазовые камеры в высоковольтной аппаратуре.

Привод может быть ручным, электромагнитным, пружинным, двигательным или пневматическим. В автоматических выключателях широко используются тепловые и электромагнитные расцепители, срабатывающие при перегрузке и коротком замыкании.

¶Основные виды аппаратов

Автоматический выключатель — аппарат для автоматического отключения цепи при аномальных режимах и ручного управления. Сочетает функции защиты и коммутации.

Контактор — аппарат дистанционного управления, рассчитанный на частые включения и отключения силовых цепей, часто в составе магнитных пускателей.

Реле — устройство, срабатывающее при заданном значении входного сигнала. Реле тока, напряжения, времени и тепловые реле образуют основу релейной защиты.

Предохранитель — простейший защитный аппарат с плавкой вставкой, разрушающейся при превышении тока.

Разъединитель — высоковольтный аппарат, обеспечивающий видимый разрыв цепи при отсутствии тока нагрузки.

Трансформатор тока и напряжения — измерительные аппараты, понижающие параметры цепи до значений, безопасных для приборов и реле.

¶История развития

Первые коммутационные устройства появились вместе с развитием электрических сетей в конце XIX века. В 1890-х годах начали применяться плавкие предохранители и рубильники. В начале XX века распространились электромагнитные контакторы и реле, что позволило автоматизировать управление электроприводом.

В 1920–1930-е годы в СССР и за рубежом развивалось производство высоковольтных выключателей с масляным, а затем воздушным дугогашением. После Второй мировой войны появились элегазовые и вакуумные выключатели, отличающиеся высокой надёжностью и малым износом контактов.

С 1960-х годов развивается силовая полупроводниковая техника: тиристоры, а затем IGBT-транзисторы позволили создавать статические аппараты без подвижных частей. Современный этап связан с микропроцессорными устройствами защиты и цифровыми терминалами релейной защиты.

¶Применение

Электроаппаратура применяется практически во всех отраслях.

• В энергетике — распределительные устройства подстанций, коммутация линий, защита генераторов и трансформаторов.
• В промышленности — управление электродвигателями станков, конвейеров, насосов и кранов.
• На транспорте — тяговое оборудование электровозов, метрополитена, системы управления подвижным составом.
• В строительстве и быту — вводные автоматы, УЗО, розеточные группы, щиты освещения.
• В автоматике — датчики, реле, контроллеры в системах АСУ ТП.

¶Требования и характеристики

К электроаппаратуре предъявляют требования по надёжности, быстродействию, износостойкости и безопасности. Основные параметры:

В России требования к аппаратам устанавливают государственные стандарты и правила устройства электроустановок (ПУЭ). Испытания проводят на нагрев, коммутационную способность, электрическую прочность изоляции и устойчивость к токам короткого замыкания.

¶Современное состояние

Развитие электроаппаратуры идёт в направлении цифровизации, повышения надёжности и энергоэффективности. Микропроцессорные терминалы релейной защиты обеспечивают селективность и дистанционную диагностику. Распространяются вакуумные и элегазовые выключатели среднего и высокого напряжения, а также гибридные аппараты, сочетающие механические контакты и полупроводниковые элементы. В низковольтной сфере растёт доля модульных устройств с возможностью интеграции в системы умного дома и промышленного интернета вещей.

Источники: учебные пособия по электрическим аппаратам, правила устройства электроустановок (ПУЭ), государственные стандарты серии ГОСТ Р на низковольтную и высоковольтную аппаратуру, технические справочники по релейной защите и автоматике.