double arrow

Аппаратов при коротком замыкании

Режим короткого замыкания – это такой режим, при котором элек­три­че­ские аппараты подвергаются значительным термическим воздействиям за очень ко­роткое время, которое обычно не превосходит время адиабатического на­гре­ва, то есть . Таким образом, режим короткого замыкания можно рас­сматривать как кратковременный режим работы, при котором температура элек­трического аппарата может достигать значений, превосходящих до­пус­ти­мую температуру в длительном режиме.

Поэтому существуют ограничения, которые диктуются в основном тем­пе­ра­турами рекристаллизации материала токоведущих частей. Так, в элек­три­че­ских аппаратах высокого напряжения приняты следующие значения мак­си­маль­ных температур в кратковременном режиме работы:

- для неизолированных токоведущих частей из меди и ее сплавов 300 °С;

- для алюминиевых токоведущих частей 200 °С;

- для токоведущих частей (кроме алюминиевых), соприкасающихся с ор­га­ни­ческой изоляцией или маслом 250 °С.

При адиабатическом нагреве, характерном при коротком замыкании, теп­ло не отдается в окружающую среду и уравнение теплового баланса при рав­но­мер­ном распределении тока по сечению проводника можно записать как

, (1.55)

где ; – плотность тока в проводнике, А/м2; – удельное со­про­тив­ление материала проводника при 0 °С, Ом/м; – удельная массовая теп­ло­ем­кость материала проводника, равная ; – удельная теплоемкость ма­териала проводника, Дж/(кг∙К); – плотность материала проводника, кг/м3.

С учетом изменения удельной теплоемкости от температуры , решение уравнения (1.55) при начальном значении темпера­ту­ры имеет вид:

. (1.56)

Величина носит название квадратичного импульса плотности тока.

Для каждого материала, зная его физические параметры, можно по­стро­ить такие зависимости, которые представляют собой кривые линии, на­зы­вае­мые кривыми адиабатического нагрева. Они строятся при условии, что плот­ность тока в течение времени короткого замыкания не меняется.

На практике при коротком замыкании плотность тока не остается по­сто­ян­ной. В этом случае реальный процесс короткого замыкания можно заменить некоторым фиктивным процессом. В качестве фиктивного процесса выбирается та­кой процесс, при котором в течение короткого замыкания ток не меняется и остается во времени (начиная с до ) равным действующему значению установившегося тока короткого замыкания . При этом должно соблюдаться условие

, (1.57)

которое и определяет фиктивное время . Под фиктивным временем ко­рот­ко­го замыкания понимается такое время, в течение которого протекает не­из­мен­ный ток , и тепловое действие этого тока равно тепловому действию ре­аль­но­го тока в течение времени .

При условии неизменности тока выполняется равенство:

. (1.58)

Таким образом, введя понятие фиктивного времени короткого замыкания, можно легко вычислить квадратичный импульс плотности тока и для расчета вос­пользоваться кривыми адиабатического нагрева так же, как и при по­сто­ян­ной плотности тока.

Так как температура проводников в конце процесса короткого замыкания строго ограничены, то каждый аппарат характеризуется допустимой величиной про­изведения . Но задается не эта величина, а величина тока неизменной си­лы, тепловое действие которого аппарат может выдержать в течение за­дан­но­го времени так, что это не препятствует его дальнейшей работе. Эта величина то­ка называется током термической стойкости.

Расчетные времена коротких замыканий стандартизированы и приняты рав­ными 10, 5 и 1 секундам. В соответствии с этими временами и токи тер­ми­че­ской стойкости носят названия 10-секундный, 5-секундный и 1-секундный ток тер­мической стойкости соответственно.

Так как для разных времен короткого замыкания и плотностей токов су­ще­ствует зависимость

, (1.59)

то легко можно получить формулу пересчета токов термической стойкости:

. (1.60)

Рассмотрим пример определения температуры нагрева проводника током короткого замыкания.

Пример. Найти конечную температуру медного круглого проводника диаметром мм, который в течение 1,5 секунды нагружается током А, если в начальный момент времени проводник находился в спо­кой­ном воздухе при температуре °С, а коэффициент теплоотдачи с его по­верх­ности Вт/(м2∙К).

Решение. Постоянная времени нагрева проводника

с.

Так как , то процесс нагрева можно считать адиа­ба­ти­ческим и температуру проводника определить по кривой адиабатического на­гре­ва меди (см. рис. П.4).

Для данного случая

А2∙с/м4.

По кривым адиабатического нагрева для меди получаем °С.

Тепловой расчет токоведущих частей аппаратов при КЗ приведен в следующем примере.

Пример. Подобрать стандартную алюминиевую шину прямоугольного сечения для распределительного устройства, в котором возможные токи трех­фаз­ного короткого замыкания имеют длительность с. Шина должна вы­дер­живать токи короткого замыкания, установившееся значения которых А, а пиковое значение в начале КЗ А. Расчет про­из­вес­ти для случая, когда шина в результате протекания номинального тока была на­грета до °С.

Решение. Определим фиктивное время КЗ (см. рис. П.8). Поскольку с, то будем считать, что после 5 секунд ток КЗ равен установившемуся то­ку. Тогда полное фиктивное время КЗ , где - фиктивное вре­мя КЗ при с.

Для данной задачи при и с имеем с. Тогда с.

Максимально допустимая температура за время КЗ для алюминия °С. При этой температуре

А2∙с/м4.

Для °С имеем

А2∙с/м4.

Тогда А2∙с/м4.

Требуемое поперечное сечение шины определим из равенства

,

откуда м2.

Этой площади будут соответствовать две шины с поперечными сечениями мм2.

Контрольные вопросы к п.1.3.3:

1. Какой режим работы считается режимом короткого замыкания?

2. Что такое квадратичный импульс тока?

3. Что такое фиктивное время короткого замыкания?

4. Укажите примерные значения допустимых температур при крат­ко­вре­мен­ных режимах работы.

5. Дайте определение тока термической стойкости электрического ап­па­ра­та.

6. Что представляют собой кривые адиабатного нагрева?


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: