книги / Электрические аппараты

Рис. 2.11. Отношение /д,//р при изменении ПВ0/о и tp/T

Повторно-кратковременный режим характеризуется про­ должительностью включения ПВ или ПВо/о:

ки по току р и ток /р зависят от отношения tp/T. Эта зави­ симость показана на рис. 2.11. Например при ПВ°/0 =10 % и tp/T = 0,04 отношение / ДЛ//Р = 0,34, а коэффициент пере­ грузки р = 2,94. Если tp/T = 0,4, то отношение / дл//р возра­ стает до 0,57, а коэффициент р падает до 1,75. Таким об­ разом, при возрастании отношения tp/T тепловая нагрузка аппарата увеличивается, а коэффициент перегрузки по току уменьшается.

В электрических аппаратах токи КЗ могут в 10—20 раз превышать токи длительного режима. Для уменьшения температуры проводников длительность прохождения то­ ков КЗ ограничивается защитными средствами до 4—5 с. С учетом этой длительности допустимая температура про­ водников при КЗ значительно выше, чем в длительном ре­ жиме. Так, для медных проводников с изоляцией класса А эта температура равна 250°С. Поскольку длительность КЗ существенно меньше постоянной времени нагрева токове­ дущей цепи, составляющей минуты, можно считать про­ цесс нагрева адиабатическим и что все тепло расходуется

Температура проводников при КЗ может достигать больших значений (300 °С). Поэтому необходимо учитывать изменение как сопротивления проводника R, так и удель­ ной его теплоемкости с от температуры. С достаточной сте­ пенью точности изменение сопротивления проводника от температуры описывается линейным уравнением

ро — его удельное сопротивление при 0 °С; q u i — сечение и длина проводника.

где tK— длительность КЗ; /к — действующее значение тока КЗ; ©ном — температура проводника при длительном но­ минальном токе до начала КЗ; ©к — температура провод­ ника при КЗ к моменту времени /к.

Примем, что действующее значение I неизменно во вре­ мени. В дальнейшем будет показано, что полученные фор­ мулы могут быть использованы и при изменяющемся дей­

проводника q, либо при известных t и q найти допустимый ток КЗ. Если известен допустимый ток КЗ Д при времени /кь то допустимый ток при времени iK2

Уравнение (2.56) не учитывает теплоотдачу в окружаю­ щую среду и поэтому справедливо при длительности КЗ не более 10 с.

Рис. 2.13. К определению фиктивного времени <ф пер для периодической составляющей тока КЗ

Если для материала проводника нет кривых, аналогич­ ных рис. 2.12, то при расчет производят по уравне­ нию

Физические свойства применяемых в аппаратах провод­ никовых материалов описаны в [8.1].

При КЗ непосредственно вблизи генераторов из-за пере­ ходных процессов ток КЗ, протекающий через аппарат, ме­ няется. В этом случае расчет ведется по установившемуся значению тока КЗ 1Х. Время прохождения этого тока при­ нимается равным фиктивному времени /ф> при котором ко­ личество тепла, выделяющегося при прохождении тока /<», равно количеству тепла, выделяющегося при прохождении реального тока за действительное время его протекания.

Фиктивное время для периодической составляющей тока КЗ ^Ф.пер находится гю кривым на рис. 2.13. Для данного гене­

2.7. ДОПУСТИМАЯ ТЕМПЕРАТУРА РАЗЛИЧНЫХ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ.

ТЕРМИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ

Предельные температуры элементов аппаратов опреде­ ляются свойствами примененных проводниковых, изоля­ ционных и конструктивных материалов, длительностью тем­ пературных воздействий и назначением аппарата. В прило­ жении 1 приведена нагревостойкость изоляционных мате­ риалов по ГОСТ 8865—87.

В большинстве случае аппараты рассчитываются для работы на высоте не более 1000 м над уровнем моря. С ро­ стом высоты падает плотность воздуха, в связи с чем ухуд­ шаются условия охлаждения. На высоте 3000 м токовая на­ грузка аппаратов снижается на 4, а при высоте 6000 м — на 10 %.

Температура любого элемента аппарата в длительном режиме складывается из температуры окружающей среды

тура окружающей среды принята 40 °С.

Если @о>40°С, то токовая нагрузка аппарата должна быть снижена таким образом, чтобы предельные темпера­ туры находились в соответствии с ГОСТ. Это достигается уменьшением значения превышения температуры т. Допу­ стимый ток при ви#40 °С

Если 0о<4О°С, то токовая нагрузка аппарата может быть увеличена в соответствии с (2.59) так, чтобы пре­ дельные температуры были в соответствии с ГОСТ. Допу­ стимые предельные значения температуры различных эле­ ментов аппаратов приведены в приложении 2 и 3.

Длительность и частота появлений КЗ достаточно малы. Поэтому допустимые температуры при КЗ в 2—4 раза вы­ ше, чем при длительном режиме. Согласно ГОСТ 687-78 предельные значения температуры при КЗ не должны пре­ вышать 200 °С для алюминиевых проводников, 250 СС для проводников из меди и ее сплавов, соприкасающихся с ор­ ганической изоляцией или маслом, и 300°С для проводни­ ков из меди и ее сплавов, не соприкасающихся с органиче­ ской изоляцией или маслом. Способность аппарата выдер­ живать кратковременное тепловое действие тока КЗ без повреждений, препятствующих дальнейшей исправной ра­ боте, называется термической стойкостью.

Токоведущие элементы аппарата, рассчитанные для длительного режима, должны быть проверены на термиче­

к моменту начала КЗ элемент нагрет длительным током до предельно допустимой температуры номинального режима.

Поскольку ток термической стойкости зависит от дли­ тельности его прохождения, то термическая стойкость от­ носится к определенному времени. Ток термической стойко­ сти обычно относят ко времени 1; 3; 5 и 10 с в зависимости от параметров аппарата. Связь между токами термической стойкости для различных времен согласно (2.56) выража­ ется равенством

/М = /з-3 = /i-5 = /ïo-Ю.

Способы экспериментального определения температуры элементов аппаратов рассмотрены в [2.3].

2.8. ПРИМЕР ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ АППАРАТОВ

Определить длительный ток через токоведущий элемент в виде мед­ ного стержня =0,035 м. Наружная изоляция выполнена многослойной из хлопчатобумажной ленты, пропитанной глифталевым лаком (класс изоляции А). Толщина изоляции 10~3 м. Найти также допустимый ток КЗ при длительности его протекания 5 с. Частота тока 50 Гц.

Температура на поверхности стержня (проводника) согласно (2.25)

Поскольку изоляция относится к классу А то температура провода на поверхности 6 Пров = Ю5>°С. Наибольшее значение 0о=4О°С. Коэффи­ циент теплообмена £, = 11=13 Вт/(м2-°С). Удельная теплопроводность пропитанной хлопчатобумажной изоляции >.=0,114 Вт/(м-°С) [5.3].

Коэффициент добавочных потерь £ДОб определим с помощью рис. 2.1. Удельное сопротивление р при температуре 105°С

р = ро(1 + 0) = 1,55-10- 8 (1 + 0,004-105) = 2,2-10-8 Ом-м.

При отсутствии изоляции D=d и допустимый ток равен 1760 А.

Вданном случае отдача тепла с наружной поверхности происходит

восновном за счет излучения и конвекции. Уточним значение допусти­ мого тока для неизолированного провода, учитывая раздельно эти ви­ ды теплоотдачи.

( 1 N0 25

Ф„ = 3,5.10-M— J (0рРОВ — ©I,) ’ 5 =

1Л0 25

=315-10-4^ - ~ | 0 25 (105 — 40)1i2S1100 = 46,3 Вт/ч.

Полная мощность, отдаваемая с единицы длины стержня, I- *доб R = Фпз + Фкоп = 49 + 46,3 = 95,3 Вт/м;

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ 3.1, ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Электрическим контактом называется соединение двух проводников, позволяющее проводить ток между ними. Соприкасающиеся проводники называются контактами или контакт-деталями.

Как ни тщательно обработаны поверхности соприкосно­ вения контактов, электрический ток проходит между ними только в отдельных точках, в которых эти поверхности касаются, так как получить абсолютно гладкую поверхность практически невозможно. Примерная картина сопрокосновения контактов показана на рис. 3.1. Благодаря нажатию Р одного контакта на другой вершины выступов деформи­ руются и образуются площадки действительного касания

контактов. Рассмотрим процесс перехода тока из одного контакта в другой при касании двух цилиндрических кон­ тактов по торцам. Положим, что имеется только одна пло­ щадка касания, имеющая форму круга с радиусом а (рис. 3.2,а). Радиус а при пластической деформации можно найти с помощью формулы

сопротивление на смятие материала контактов, Н/м2.

В результате стягивания линий тока к площадке каса­ ния их длина увеличивается, а сечение проводника, через

ным сопротивлением р. Для двух полубесконечных тел, кон­ тактирующих по одной круглой площадке касания, карти­ на линий тока и электрических потенциалов ср представле­ на на рис. 3.2, б.

Эквипотенциальные поверхности являются полуэллипсоидами вращения, линии тока — гиперболами с общим фокусом. Для такой идеализированной картины переход­ ное сопротивление определяется выражением [1.4]

С точностью до 5 % эта формула справедлива, если диаметр контакта превосходит в 15 и более раз диаметр площадки касания. В большинстве практических случаев последнее условие соблюдается, так как размеры площад­ ки касания обычно не превосходят долей миллиметра.

Таким образом, переходное сопротивление, обусловлен­ ное стягиванием линий тока, пропорционально удельному сопротивлению материала контакта, корню квадратному из временного сопротивления на смятие этого материала о и обратно пропорционально корню квадратному из силы контактного нажатия Рк0нт. С ростом контактного нажатия

Рис. 3.2. Идеализированная картина растекания тока в точечном кон­ такте

переходное сопротивление уменьшается (кривая 1 на рис. 3.3). Следует отметить, что при уменьшении нажатия (кри­ вая 2) зависимость Рст(Рконт) идет ниже из-за наличия остаточных деформаций контактирующих выступов. При многократном замыкании и размыкании контактов кривые 1 и 2 не повторяют друг друга, так как в каждом случае касание происходит в различных точках. Вместо кривых 1 и 2 получается ограниченная ими область.

При упругой деформации контактирующих выступов по­ казатель степени Рк0HT в (3.3) равен 1/3.

Ниже приводятся полученные экспериментально зна­ чения коэффициента ki для одноточечных только что зачи­