Тема 2. Термическая стойкость аппаратов

[1], c. 58-59, 69-70, 76-86

Расчет сопротивления в переменном токе с учетом поверхностного эффекта и эффекта близости. Способы передачи тепла: теплопроводность, конвекция и лучеиспускание. Формула Ньютона и обобщенный коэффициент теплоотдачи. Расчет сечения проводника по длительному режиму. Нагрев катушек. Переходный процесс при нагреве. Режим работы электрических аппаратов: длительный, кратковременный, перемежающийся, повторно-кратковременный и режим КЗ. Допустимые температуры для различных частей электрических аппаратов при длительном режиме и при коротком замыкании. Термическая стойкость.

Методические указания

Студент должен понимать физическую сущность различных видов потерь и по формулам, указанным в рекомендуемой литературе, уметь их рассчитать. Особое внимание следует обратить на формулу Ньютона, по которой делаются многие приближенные тепловые расчеты аппаратов. Необходимо уметь рассчитать сечение проводника по длительному режиму. Следует уметь изображать кривые изменения превышения температуры тела при нагреве его электрическим током в зависимости от времени для всех тепловых режимов работы электрических аппаратов.

Надо хорошо представлять себе отличие этих режимов друг от друга, уметь рассчитать коэффициенты кратности при кратковременном и повторно-кратковременном режимах. Для повторно-кратковременного режима уметь пользоваться кривыми на рисунке ([1], c. 83). Термическую стойкость студент должен уметь рассчитать с учетом изменения удельной теплоемкости и удельного сопротивления от температуры по формуле.

Вопросы для самопроверки и примеры

1. Рассчитайте коэффициент поверхностного эффекта (при частоте 50 Гц) для медного проводника круглого сечения с диаметром 2 см и для медного проводника трубчатого сечения с наружным диаметром 2 см и толщиной стенки 2 мм. Определите эти величины также при частоте 400 Гц ([1], c. 61).

2. Рассчитайте коэффициент близости для двух медных проводников круглого сечения. Расстояние между осями проводников 3 см. Диаметр проводников 2 см, частота 50 Гц ([1], c. 61).

3. Определите во сколько раз на переменном токе с частотой 400 Гц сопротивление будет больше, чем на постоянном токе у 100-метрового медного провода круглого сечения с диаметром 5 мм, расположенного на расстоянии (по осям) 10 мм от такого же провода ([1], c. 61-62).

4. Приведите формулы для раздельного определения передачи тепла путем теплопроводности, конвекции и лучеиспускания. Приведите единицы измерения и названия всех входящих в эти формулы величин ([1], c. 64, 66, 68).

5. Определите ток, который можно длительно пропускать через медную шину 15х3 мм. Температура, допустимая для изоляции провода 90⁰С. Коэффициент теплоотдачи можно принять равным 10 Вт/(м²К). Определить установившуюся температуру, постоянную времени нагрева и построить кривую нагрева и охлаждения (по нескольким точкам) для медной шины 15х3 мм при включении ее на постоянный ток 100 А и отключении от цепи с тем же током. ([1], c. 70, 75-77).

6. Перечислить классы изоляции. Привести примеры обмоточных проводов по классам изоляции ([1], c. 692, 693). Во сколько раз можно уменьшить сечение провода, если вместо провода с изоляцией по классу Е применить провод с изоляцией по классу Н?

7. Определить во сколько раз большой ток можно пропустить через медный круглый провод диаметром 5 мм в кратковременном режиме при времени включения 10 с по сравнению с длительным режимом. Допустимая температура 90⁰С, Коэффициент теплоотдачи 10 Вт/(м²К) ([1], c. 78).

8. Рассчитать во сколько раз больший ток можно пропустить через медный провод прямоугольного сечения 2х10 мм в повторно-кратковременном режиме, чем в длительном ([1], c. 80-81). Время включения 15 с, время цикла 30 с. Допустимая температура 90⁰С, Коэффициент теплоотдачи 10 Вт/(м²К).

9. Определить ток короткого замыкания, который в течение 1 с можно пропускать через медный провод диаметром 1 мм (т.е. ток односекундной термической устойчивости). До начала короткого замыкания через провод протекал ток, нагревший его до температуры 100⁰С. В конце короткого замыкания допускается температура 220⁰С ([1], c. 82-83).

10. Объяснить понятие термической стойкости. Во сколько раз больший ток короткого замыкания можно пропустить через токоведущие части в течение 1 с, чем в 10 с? Объяснить по формулам ([1], c. 82-83).