Электроаппарат: виды и назначение¶

Электроаппарат — обобщённое название электрических аппаратов, то есть устройств, предназначенных для включения, отключения, переключения, защиты и регулирования электрических цепей и режимов работы электрооборудования. К электроаппаратам относят коммутационные, защитные, пускорегулирующие и контролирующие устройства, работающие при напряжениях от единиц вольт до сотен киловольт и токах от миллиампер до десятков килоампер.

¶Общее понятие

Под электроаппаратом понимают изделие, с помощью которого производят управляющие воздействия на электрическую цепь: замыкание и размыкание, изменение параметров, защиту от аварийных режимов. Термин близок к понятию «электрический аппарат», принятому в электротехнике; в быту и в промышленной практике «электроаппаратом» нередко называют также бытовой электроприбор — например, нагревательный или осветительный.

Основой классификации служат назначение, принцип действия, род тока, уровень напряжения и способ управления.

¶Классификация

По назначению выделяют:

• Коммутационные аппараты — выключатели, рубильники, разъединители, контакторы, автоматические выключатели. Служат для включения и отключения цепей.
• Защитные аппараты — предохранители, реле защиты, устройства защитного отключения. Отключают цепь при перегрузке, коротком замыкании, утечке тока.
• Пускорегулирующие аппараты — пускатели, реостаты, регуляторы напряжения и частоты.
• Контролирующие и измерительные — датчики тока и напряжения, трансформаторы тока, реле контроля.
• Ограничивающие — реакторы, разрядники, ограничители перенапряжений.

По роду тока различают аппараты постоянного и переменного тока, по напряжению — низковольтные (до 1000 В) и высоковольтные. По способу управления — аппараты ручного действия (рубильники, пакетные выключатели) и автоматические, срабатывающие по сигналу датчика или команде.

¶Устройство и принцип действия

Типовой коммутационный аппарат содержит контактную систему, дугогасительное устройство, привод и корпус с изоляцией. При размыкании цепи между контактами возникает электрическая дуга; для её гашения применяют дугогасительные камеры, магнитное дутьё, вакуумные или элегазовые среды.

В автоматических выключателях совмещены два вида расцепления: тепловое (биметаллическая пластина, реагирующая на перегрузку) и электромагнитное (срабатывает мгновенно при коротком замыкании). В контакторах и пускателях управление ведётся электромагнитом, что позволяет дистанционно коммутировать силовые цепи слаботочными сигналами.

Полупроводниковые аппараты — тиристорные, транзисторные, на силовых диодах — не имеют механических контактов и переключают цепь электронным способом, что повышает быстродействие и ресурс, но требует отвода тепла.

¶История развития

Первые коммутационные устройства появились вместе с телеграфом и электрическим освещением в XIX веке: рубильники, простейшие предохранители, электромагнитные реле. В конце XIX — начале XX века с развитием электрических станций и сетей потребовались высоковольтные выключатели и масляные аппараты. В 1920–1930-е годы в СССР и за рубежом создаются воздушные и масляные выключатели, автоматические выключатели низкого напряжения. Во второй половине XX века распространяются вакуумные и элегазовые аппараты, а также устройства на полупроводниковых элементах. В России разработкой и выпуском электроаппаратов занимались предприятия электротехнической отрасли, в том числе в Москве, Санкт-Петербурге, Чебоксарах, Ульяновске.

¶Применение

Электроаппараты применяются практически во всех сферах, где используется электрическая энергия:

• в промышленности — для управления электродвигателями, станками, технологическими линиями;
• в энергетике — на подстанциях, в распределительных устройствах, для защиты линий электропередачи;
• в жилых и общественных зданиях — вводные автоматы, УЗО, розетки и выключатели;
• на транспорте — в тяговых сетях, системах управления подвижным составом;
• в бытовой технике — пусковые реле, терморегуляторы, блоки питания.

От надёжности электроаппаратов зависит бесперебойность электроснабжения, пожарная и электробезопасность. Отказ аппарата защиты может привести к возгоранию проводки или выходу из строя оборудования.

¶Технические характеристики

К основным параметрам относят:

Важны также время срабатывания, износостойкость контактов, климатическое исполнение и категория размещения.

¶Критика и проблемы

Основные сложности связаны с износом контактов, нагревом, образованием дуги и ложными срабатываниями. Дешёвые аппараты защиты нередко имеют завышенные характеристики, что снижает безопасность. Полупроводниковые решения чувствительны к перегрузкам и требуют охлаждения. Отдельная проблема — утилизация аппаратов, содержащих элегаз и другие вещества, влияющие на окружающую среду.

¶Интересные факты

• Элегаз (шестифтористая сера) обладает диэлектрической прочностью, в несколько раз превышающей прочность воздуха, что позволило резко уменьшить габариты высоковольтных аппаратов.
• Вакуумный выключатель способен отключать ток за считаные миллисекунды и выдерживать десятки тысяч циклов.
• Устройство защитного отключения срабатывает при утечке тока порядка 10–30 миллиампер, защищая человека от поражения электрическим током.

Источники: учебные пособия по электрическим аппаратам, справочники по электрооборудованию, нормативные документы по электробезопасности.