Материал: Пособие Теория электрических аппаратов
уд |
|
|
= пр |
|
|
|
− |
|
= пр 1+ |
|
= |
уд пр |
, (2.32) |
|
|
|
|||||||||||
где |
|
уд = 1+ |
|
– ударный коэффициент. |
|
|
|
|
|||||
|
Ударный коэффициент зависит от постоянной времени |
: чем выше |
|||||||||||
, тем больше ударный коэффициент. В свою очередь величина |
зави- |
||||||||||||
сит от свойств контура КЗ, включающего в себя трансформаторы, генераторы, линии электропередач. С ростом мощности генераторов и трансформаторов активное сопротивление в контуре снижается, а индуктивность и ударный коэффициент увеличиваются. В высоковольтных уста-
новках |
принимают равным 0,05с, а |
уд |
=1,8; в низковольтных установ- |
||||
ках |
уд |
=1,1..1,3. |
|
|
|
|
|
|
Максимальное значение ЭДУ при КЗ можно определить следующим |
||||||
образом: |
|
|
|
||||
|
ЭДУ = ( уд√ |
|
) = 3,24 2 |
= 6,28 |
; (при уд=1,8). (2.33) |
||
|
2 |
||||||
2.6. Электродинамическая стойкость аппаратов
Механическая прочность элементов конструкции электрических аппаратов зависит от значения ЭДУ, его направления, длительности действия и крутизны нарастания. К настоящему времени особенности работы проводников и изоляционных материалов в динамическом режиме изучены недостаточно. Поэтому расчёты прочности конструкции ведутся по максимальному значению ЭДУ, хотя действует оно кратковременно.
Под электродинамической стойкостью понимают способность аппарата выдерживать механические усилия, возникающие при протекании токов КЗ без последствий для его дальнейшей работы. В паспортных данных электрических аппаратов заводом-изготовителем указывается максимальное значение мгновенного тока КЗ, который может выдержать аппарат без последствий, препятствующих его дальнейшей эксплуатации. Данное значение называется током динамической стойкости ( дин[КА]). Для того, чтобы электрический аппарат смог выдержать дин(сети), необходимо выполнение следующего условия: дин ≥ уд.
Для некоторых аппаратов, например для трансформаторов тока, вместо дин указывается максимальная кратность тока, как отношение дин к амплитудному значению номинального тока первичной обмотки:
20
|
|
|
|
дин = |
дин |
|
= |
|
|
дин |
, |
(2.34) |
|
|
|
|
|
|
2 |
||||||
|
|
|
|
ном |
|
|
ном |
|
||||
Для проверки трансформатора |
тока |
на |
|
используют следующее |
||||||||
|
√ |
|
|
уд |
||||||||
выражение: |
дин√ |
|
ном ≥ уд |
. |
|
|
|
|
|
|
||
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
некоторых случаях, например при проверке токоведущих частей, |
|||||||||||
шин, выполняется расчёт ЭДУ, возникающих в этих проводниках, с последующим сравнением полученных значений с допустимыми:
ЭДУ допустимое ≥ ЭДУ расчётное. |
(2.35) |
Контрольные вопросы
1.Что понимается под электродинамическими усилиями, и какими методами можно определить направление ЭДУ?
2.Определение ЭДУ между двумя параллельными проводниками.
3.Определение ЭДУ в проводнике переменного сечения.
4.Определение ЭДУ между проводником и ферромагнитной стенкой.
5.Определение ЭДУ, действующего на перемычку токоведущего контура.
6.Определение ЭДУ в витке и катушке.
7.Электродинамические усилия при однофазном и трёхфазном переменном токе.
8.Сделайте сравнение ЭДУ при постоянном и переменном токе.
9.Что понимается под электродинамической стойкостью электрических аппаратов, и как она оценивается?
21
3.НАГРЕВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Втоковедущих частях, изолирующих и конструктивных деталях электрических аппаратов имеют место потери электроэнергии в виде тепла. Тепловая энергия частично расходуется на повышение температуры аппарата и частично рассеивается в окружающей среде.
Повышение температуры электрического аппарата негативным образом сказывается на его работе:
1.Происходит ускоренное старение изоляции проводников (при возрастании длительной температуры на 8 С выше номинальной, срок службы аппарата сокращается в 2 раза).
2.Уменьшение механической прочности токоведущих частей
(например, при увеличении температуры от 100 С до 250 С механическая прочность меди снижается на 40%, что при возникновении короткого замыкания может привести к механическому разрушению элементов аппарата).
Поэтому во всех режимах работы электрического аппарата температура не должна превышать заданного параметра.
3.1. Допускаемые режимы работы и температуры нагрева электрических аппаратов
Зависимость температуры нагрева аппарата от времени нагрева θ (t) представлена на рис.3.1.
Период времени t0-t1: аппарат выведен из работы, температура токоведущих частей равна температуре окружающей среды (θос).
Период времени t1-t2: имеет место неустановившийсярежимнагрева.
Период времени t2-∞: имеет место установившийся режим нагрева, температура токоведущих частей равна.
уст
Рис. 3.1.Переходный процесс нагрева электрического аппарата
22
Процесс нагрева считается установившимся, если с течением времени температура частей аппарата не изменяется. Температура электрического аппарата может считаться установившейся, если за 1 час нагрева она изменяется не более чем на 1С . В установившемся режиме все выделяющееся тепло отдается в окружающее пространство. В противном случае часть тепла идет на нагрев аппарата и его температура изменяется.
Разность между установившейся температурой уст и температурой окружающей среды ос - это установившееся превышение температуры
τуст: |
|
|
|
|
|
τуст |
уст |
|
ос |
|
(3.1) |
В зависимости от характера |
изменения температуры различают сле- |
||||
= θ |
−θ |
|
, |
|
|
дующие режимы работы электрических аппаратов:
1. Продолжительный режим работы - режим, при котором период нагрузки аппарата длится сколь угодно долго, но не меньше времени,
необходимого для достижения установившейся температуры уст |
(см. |
рис.3.1). |
|
2. Прерывисто-продолжительный режим работы – режим, при кото- |
|
ром за период нагрузки электрический аппарат успевает достигнуть |
уст, |
при этом время включения не превышает время установленное заводом изготовителем.
3. Кратковременный режим работы – режим, при котором за период включения электрический аппарат не успевает нагреться до уст, а за время паузы успевает остыть до ос (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Кратковременные режим работы электрического аппарата.
4. Повторно-кратковременный режим – такой режим работы, при котором электрический аппарат за время включения не успевает нагреть-
23
ся до уст, а за время паузы не успевает остыть до температуры окружающей среды ос (рис.3.3).
Через несколько циклов работы, max и min соседних циклов станут одинаковыми, и наступит, так называемый, квази-стационарный температурный режим. Повторно-кратковременный режим характеризуется продолжительностью включения:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПВ |
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
(3.2) |
|||
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ц |
|
|
|
||||||||
где tр – время работы, с; |
= р ∙ %, |
|
|
|
|||||||||||||||||||
tц – время цикла, с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
, 25 , |
|||||||||||
% |
Стандартные значения продолжительности включения: |
||||||||||||||||||||||
% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
% |
% |
||||
40 |
, 60 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.3. Повторно-кратковременный режим работы электрического аппарата.
5. Режим протекания тока короткого замыкания – такой режим, при котором температура токоведущих частей может значительно превысить допустимое значение доп= уст.
В ПУЭ (Правила устройства θэлектроустановок) оговаривается предельное значение температуры токоведущих частей при протекании токов короткого замыкания:
1.200°C - для проводников из алюминия.
2.250°C - для токоведущих частей из меди в месте (точке) соприкосновения с органической изоляцией или маслом.
3.300°C - для токоведущих частей из меди не соприкасающихся с органической изоляцией или маслом.
24