Загальні відомості про електричні апарати для оснащення побутових та промислових електричних мереж. Рубильники, вимикачі, перемикачі. Запобіжники. Автоматичні вимикачі. Блоки безперебійного живлення персональних комп'ютерів та комп'ютерних мереж.

Електричні апарати – електротехнічні пристрої, призначені для керування потоками енергії або інформації.

Електричний апарат (англ. electrical apparatus) — електротехнічний пристрій, призначений для зміни, регулювання, вимірювання та контролю електричних і неелектричних показників різних пристроїв, машин, механізмів тощо, а також для їх захисту від надструмів і перенапруг за неприпустимих або аварійних режимів роботи та захисту людей, майна і довкілля під час виробництва, транспортування, перетворення, розподілення та споживання електричної енергії.

Основними завданнями електричних апаратів є комутація, керування, контроль, обмеження та захист технічних об'єктів. Кінцевою дією будь-якого електричного апарата, є вмикання або вимикання струму в електричному колі за допомогою комутаційного елементу, яким може бути контакт, що замикається або розмикається, або напівпровідниковий пристрій, що змінює свій опір під дією зовнішнього впливу.

Електричні апарати використовуються у системах захисту електричних мереж, у пускорегулювальних пристроях, що застосовуються в різних виробничих процесах (особливо швидкоплинних), транспортних засобах, системах автоматики і телемеханіки, зв'язку тощо. Вимоги, що ставляться до електричних апаратів визначаються областю їх застосування, призначенням, режимами роботи та іншими чинниками.

Відповідно до призначення електричні апарати поділяються на класи:

 комутаційні апарати — апарати, що здійснюють комутацію електричних кіл для розподілення електричної енергії, за нормальних режимів роботи, коли дія електричного апарату пов'язана зі зміною режимів роботи кола, подаванням і зняттям напруги, або для відімкнення кола в аварійному режимі. До цього класу належать відносно прості неавтоматичні апарати (наприклад, кнопки керування, рубильники, роз'єднувачі, пакетні вимикачі) і складні автоматичні пристрої (наприклад, високовольтні вимикачі). Частота операцій, що здійснюється електричними апаратами цього класу, відносно невелика — від 1 операції на рік до декількох операцій на добу;

 апарати керування — апарати, що здійснюють керування обладнанням — електричними машинами, технологічними об'єктами і застосовуються під час автоматизації виробничих процесів). Це у першу чергу пускорегулювальні апарати, що служать для запуску, регулювання частоти обертання і зупинки електричних машин, або ж для увімкнення та вимкнення споживачів електроенергії, а також регулювання процесу споживання енергії. До цього класу електричних апаратів відносяться: контактори, контролери, магнітні пускачі, реостати, електричні дроселі та інше. Деякі з них, можуть бути віднесені до комутаційних (наприклад, магнітні пускачі, контролери), але відрізняються від них відносно більшою частотою виконання операцій — до декількох сотень або тисяч операцій на годину;

 апарати захисту — апарати, що забезпечують захист людей, тварин, майна та довкілля від шкідливої дії електричної енергії. До цього класу електричних апаратів відносяться вимикачі, керовані різницевими струмами;

 обмежувальні апарати — апарати, що забезпечують обмеження надструмів та перенапруг у мережах і служать для захисту електричних кіл в аварійних режимах роботи від струмів перевантажень, або для обмеження дійсних значень струмів короткого замикання. До цього класу електричних апаратів відносяться електричні реактори, плавкі запобіжники, розрядники тощо;

 апарати контролю — апарати, що здійснюють дослідження електричних і не електричних параметрів технологічних процесів, та повідомляють про їх стан. До цього класу відносяться реле і давачі. Для реле, характерним є плавна зміна вхідної величини, що викликає стрибкоподібну зміну вихідного електричного сигналу. Використовують для зміни і контролю заданих електричних параметрів і для впливу на кола керування. Вихідний сигнал, зазвичай, робить вплив на систему автоматики. Інформація про зміну параметрів, може надходити від вимірювальних трансформаторів або перетворювачів;

 регулювальні апарати використовуються в електричних колах для регулювання за заданим законом або підтримання на заданому рівні, значень певних параметрів (наприклад, регулятори, що підтримують незмінними струм або напругу — електричні стабілізатори);

 вимірювальні апарати призначено для вимірювання великих струмів і напруг, з використанням стандартних вимірювальних приладів. За допомогою цих апаратів, кола первинної комутації ізолюються від кіл приладів вимірювання та захисту. До вимірювальних апаратів відносяться: трансформатори струму, трансформатори напруги, ємнісні подільники напруги тощо. Застосування вимірювальних електричних апаратів, дозволяє забезпечити надійне гальванічне розділення вторинних кіл (вимірювання і захисту) і первинних високовольтних кіл.

Поділ електричних апаратів на класи згідно їх призначенню, є досить умовним, оскільки багато апаратів мають ознаки, які дозволяють відносити їх до різних груп. Наприклад, вимикачі-роз'єднувачі, комбіновані із запобіжниками, можуть бути віднесені і до комутаційних апаратів, і до апаратів керування, і до апаратів захисту.

Достатньо об'єктивною є класифікація електричних апаратів за їх номінативною напругою, яку встановлює виробник, причому номінативна напруга апарата, повинна відповідати значенню номінальної напруги мережі, у якій має працювати апарат з урахуванням визначених виробником умов.

За цією ознакою апарати поділяють так:

 апарати низької напруги тобто апарати з номінативною напругою до ~1000 В (змінного струму) або до 1500 В (постійного струму);

 апарати середньої напруги — від ~1000 В до 35 кВ (верхня межа, у деяких країнах є вищою — до ~52 кВ) або від 1,5 кВ до 5 кВ;

 апарати високої напруги (вище верхньої межі середніх напруг, причому апарати високої напруги — це переважно апарати змінного струму).

Апарати низької, середньої та високої напруги, суттєво відрізняються за номенклатурою, конструкцією й умовами роботи, тому, хоча будь-який апарат, може мати декілька номінативів (рейтингів) напруги, усі ці значення для даного апарата ніколи не виходять за межі одного діапазону.

Апарати низької напруги умовно поділяють на наступні види:

– апарати керування й захисту – автоматичні вимикачі, контактори, реле, пускачі електродвигунів, перемикачі, рубильники, плавкі запобіжники, кнопки керування й інші апарати, що управляють режимами роботи електроустановок і здійснюють їх захист;

– апарати автоматичного регулювання – стабілізатори і регулятори напруги, струму, потужності та інших параметрів електричної енергії;

– апарати автоматики – реле, датчики, підсилювачі, перетворювачі та інші апарати, що здійснюють функції контролю, посилення й перетворення електричних сигналів. 

Рубильники. Рубильник є найпростішим ручним комутаційним апаратом, призначеним для вмикання і вимикання електричних кіл. Бувають однополюсними, двополюсними, триполюсними і багатополюсними.

Кнопки керування. Кнопки керування застосовуються для дистанційного керування електромагнітними апаратами (контакторами, магнітними пускачами), а також для включення кіл сигналізації.

Універсальні перемикачі. Універсальні перемикачі служать для ручного перемикання кіл керування і силових кіл малої потужності. Установлюються на щитах і пультах керування. Дозволяють одержати будь-яку послідовність переключень для різних умов роботи. 

Пакетні перемикачі. Пакетні перемикачі (вимикачі) використовуються для пуску дрібних двигунів і перемикання кіл керування.

Вимикачі призначені для замикання та розмикання електричних кіл. Вимикачі однополюсні на напругу до 250 В і на струми до 10 А призначені для комутації електричних кіл освітлювальних електроустановок змінного струму, частотою 50 Гц. За способом установки вимикачі поділяють на вироби для відкритої, прихованої та напівприхованої установки, вбудовані в прилад...

Запобіжники і автоматичні вимикачі є апаратами захисту, що автоматично відключають захищуване електричне коло при ненормальних режимах.

Запобіжники застосовують для захисту електроприймачів, проводів і кабелів від струмів КЗ. Вони також можуть захищати від значного перевантаження, якщо всі елементи мережі, що захищається матимуть пропускну спроможність не менше ніж на 25% вище струму плавкої вставки. Оскільки запобіжники витримують струми на 30. 50% вище номінальних струмів плавких вставок протягом однієї години і більше, то при струмах, що перевищують номінальний струм плавких вставок на 60 - 100%. вони плавляться за час, менше однієї години.

Автоматичні вимикачі (автомати) також застосовуються для захисту від струмів КЗ, проте в порівнянні з запобіжниками є більш досконалими апаратами через готовності до швидких повторним включенням, можливості захисту від перевантажень в широкому діапазоні струмів, захисту електричних ланцюгів при неприпустимих зниженнях напруги, виконання комутаційних операцій ( включення, відключення). Крім того, у деяких автоматів є незалежні роз'єднувачі, що дозволяють здійснити дистанційне відключення електричного кола.

В наш час робота за комп'ютером стала звичайною практикою і життєвою необхідністю, тому ризик втрати важливої ​​інформації або результатів своєї праці більшість з нас старається різними способами звести до мінімуму. Досить часто для вирішення цієї проблеми використовуються пристрої ДБЖ (UPS). Головне завдання джерела безперебійного живлення для пк як раз і полягає в тому, щоб несподіване відключення електроенергії не застало вас зненацька.

Блок безперебійного живлення - пристрій, що виконує функцію вторинного джерела живлення. Крім того, безперебійний блок завжди відстежує стан електромережі і знаходиться в режимі постійної готовності. Тобто якщо напруга в мережі пропадає, даний блок миттєво забезпечує подачу електроенергії на ваш комп'ютер. За цей час ви зможете завершити свою роботу і коректно вимкнути пк. Крім того, якщо напруга виходить за допустимі межі, безперебійний блок задіє вбудований автотрансформатор, який дозволить нормалізувати подачу напруги в 220 В.

Типи ДБЖ

За своїм принципом дії ДБЖ діляться на три основні типи:

Резервні ДБЖ (off-line) – ці ДБЖ служать для резервування джерела основного електропостачання (електромережі) на випадок аварії (відключення або пониження/підвищення напруги вище встановленої величини). Якщо це відбувається, то спрацьовує перемикач і навантаження переходить на резервне живлення від інвертора, що живиться від батарей. У штатному режимі живлення навантаження здійснюється безпосередньо від електромережі, як правило, через перешкодоподавляючий фільтр. Інші назви резервних ДБЖ: stand-by, backup, in-line.

Лінійно-інтерактивні ДБЖ (line-interactive) у штатному режимі забезпечують навантаження напругою від основної електромережі, в деякій мірі регулюючи напругу (автотрансформатор), а при аварії в основній електромережі навантаження синхронно перемикаються на інвертор.

Постійно включені ДБЖ або ДБЖ з подвійним перетворенням (on-line, double-conversion) – забезпечують навантаження електроживленням без втрати фази. Принцип роботи ДБЖ цього класу полягає в тому, що вхідна змінна напруга перетворюється випрямлячем у постійну, а потім інвертором – назад у змінну. Навіть за наявності великих відхилень вхідної напруги ДБЖ продовжує живити навантаження чистою синусоїдальною стабілізованою напругою (як правило, відхилення амплітуди вихідної напруги не перевищують 5% встановлюваного користувачем номінального значення навіть під час роботи з нелінійним навантаженням).

Які електричні апарати ви знаєте, що є у нас в комп'ютерній майстерні? навчальному закладі?

Яке ж основне призначення блоку безперебійного живлення?

Розв’язування задач:

Задача

Трифазна лінія з напругою Uф=220 В живить 16 житлових квартир, в кожній з яких потужність лампочок і побутових приладів 1200 Вт. Визначити розрахунковий струм.

Розрахунок.

Домашня робота: розв’язати задачу

Трифазна лінія напругою Uф=220 В (по фазно) живить 20 житлових квартир, в кожній з яких потужність лампочок і побутових приладів 2000 Вт. Визначити розрахунковий струм.