3.2. Общие технические характеристики электрических аппаратов

Аппарат изготавливается на номинальные технические параметры – номинальное напряжение и номинальный ток. Наиболее распространены следующие значения номинальных напряжений:

• переменный ток – 24; 36; 127; 220; 380 В;

• постоянный ток – 12; 24; 48; 110; 220; 440 В.

Характерные значения номинальных токов: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 6; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000 А.

Электрический аппарат должен обладать определенным уровнем электрической изоляции, термической и электродинамической устойчивостью к токам короткого замыкания.

На рис. 3.1 показан пример использования электрических аппаратов в схеме защиты силовой электрической цепи.

Рис. 3.1. Электрические аппараты в схеме защиты

На рис. 3.1 обозначено: ТрТ – измерительный трансформатор тока; В – выключатель; КЗ – короткое замыкание; ТрН – измерительный трансформатор напряжения; РТ – реле тока; ОК – отключающая катушка; РН – реле напряжения; РВ – реле времени; РП – реле промежуточное; ВН – шины высокого напряжения.

На рисунке показана ситуация возникновения однофазного короткого замыкания. В этом случае трансформатором ТрТ вырабатывается сигнал на вторичной обмотке достаточный для срабатывания токового реле, которое запускает реле времени РВ. Если превышение тока длится дольше времени уставки РВ, то реле времени срабатывает и подает питание на промежуточное реле РП. РП подает питание на отключающую катушку, сердечник которой приводит в движение выключатель и цепь размыкается. Другой группой контактов РП подключает к питающему устройству собственных нужд сигнальное устройство, обозначенное на рисунке «Сигнал».

Аналогично работает цепь контроля напряжения. При выходе значения уровня напряжения из зоны номинального значения, например превышение, сигнал с трансформатора напряжения ТрН вызывает срабатывание реле напряжения, которое подает питание на РП. Далее работа схема аналогична, за исключением того, что выдержка времени не вводится.

3.3. Физические процессы в электрических аппаратах

3.3.1. Нагрев токоведущих частей электрического аппарата

Фактическая температура нагрева токоведущих частей аппарата, которая не должна превышать допустимую температуру, определяется для установившегося состояния из уравнения баланса мощностей. Мощность P_подв [Вт], выделяемая током I_н [А] в элементарном проводнике длиной l [м] и поперечным сечением S [м²]

, (3.1)

где ₀ [Омм] – удельное сопротивление проводника постоянному току при Т = 0 C (для меди ₀ = 1,610^–8 Омм);  [С^–1] – температурный коэффициент сопротивления, (для меди  = 4,2610^-3 С^–1)

В простейшем случае мощность, отводимая с боковой поверхности S_бок однородного проводника, расположенного в воздухе и нагретого до температуры T, определяется по формуле Ньютона

, (3.2)

где k_T – коэффициент теплоотдачи (для воздуха k_T  10 Вт/(м²C); Т_окр – температура окружающей среды (для наиболее тяжелых условий около 40 С).

Для отрезка провода S_бок представляет собой произведение периметра p на его длину l, тогда из уравнений (3.1) и (3.2)

. (3.3)

Допустимая плотность номинального тока для круглых медных проводников обычно принимается от 2-х (большие токи) до 6-и (малые токи) А/мм². Рост тока ведет к увеличению сечения проводника, что затрудняет отвод тепла. Поэтому при возрастании тока допустимую плотность тока снижают.