Вопрос 12

Нагрев токоведущих конструкций электроустановок токами нагрузки

В проводниках и аппаратах имеют место следующие виды потерь мощности:

1. Потери от протекания переменного тока, пропорциональные квадрату тока

2. Потери диэлектриков, пропорциональные квадрату напряжения

3. Потери в ферромагнитных частях от намагничивания и гистерезиса (потери в магнитопроводах)

4. Потери в ферромагнитных массиных деталяхот индуцированных токов (Фукко)

В результате потерь происходит повышение температуры тепа, часть которого идет на нагрев, а часть- в окружающую среду.

Наиб. допустим.температура нагрева ограничивается:

-мех.прочностью материала проводника (она снижается при нагреве, заметное снижение прочности наблюдается при 200-300С и выше, т.е. при КЗ)

- условиями работы контактов и контактных соединений (при нагреве окисляются, повыш.перех.сопротивл. и повыш.температура; наблюдается при темпер 70С и выше)

Поэтому ПУЭ для токовед частей регаментируется 70С

-теплостойкостью изоляции, соприкас. с проводником и токовед. частями аппаратов: с повыш.темп. ухудшаются изоляц.св-ва, снижается ее срок службы и может произойти еее механическое разрушение)

Электроизоляционные материалы делятся на 7 классов:

Класс	Доп.t, °С	Основные группы электроизоляц.материалов
У	90	Фибра, древесина, электрокартон
А	105	Те же материалы, пропитанные маслом
Е	120	Синтетич. и органич. мат-лы (эмали,эпоксидные смолы, компаунды и др)
В	130	Слоистые пленки и ткани на основе асбеста, стекловолокно
F	155	Те же материалы, пропитанные специальным маслом
H	180	Кремнийорганические смолы, каучук
С	Свыше 180	Фарфор, стекло, кварц, слюда и различные комбинации с органич. или кремнийорганич. составами.

Сущ. влияние на Т проводников, оказывает Т окруж.среды:

Т.е.

ПУЭ нормируется температура окружающей среды:

- для эл.машин, тр-ров и др.аппаратов: V0(воздух)=35С

- для токовед.частей: 25С

- Если провода в земле, то V0(земли)=15С

- Если провода располагаются в воде V0(воды)=15С

На основании принятых норм на допустимые температуры и номин. темп. окруж. среды, установлены номинальные мощности для эл.машин и тр-ров, ном. токи для эл. аппаратов и допустимые токи нагрева для проводников.

Вопрос 13

Нагрев токоведущих конструкций электроустановок токами короткого замыкания

Продолжительность КЗ составляет обычно доли секунды и, как исключение, может достигнуть нескольких секунд. В течение этого короткого промежутка времени выделение тепла настолько велико, что температура проводников и аппаратов выходит за пределы, установленные для нормального режима. Процесс нагревания прекращается в момент автоматического отключения повреждённого участка системы, после чего происходит относительно медленное остывание.

Даже кратковременное повыш. тем-ры проводников при КЗ может привести к размягчению и плавлению металла, выжиганию изоляции, разрушению контактов и другим повреждениям. Для надежной работы электрической системы необходимо исключить такие повреждения, что достигается выбором соответствующих размеров токоведущих частей и по возможности быстрым автоматическим отключением повреждённых цепей. Свойство аппарата и проводника противостоять кратковременному тепловому действию тока КЗ без повреждений, препятствующих дальнейшей исправной работе, называется термической стойкостью . Критерием термич. стойкости явл. конечная тем-ра, кот. ограничивается механич. прочностью Ме, деформациями частей аппаратов и проводников, установленная на осн. опыта. Они выше доп. тем-р при норм. работе, т.к. изменение механич. св-в Ме и износ изоляции опред. не только тем-рой, но также продолжительностью нагревания, которая в рассматриваемых условиях мала. Как видно доп. конечные тем-ры при КЗ лежат в пределах от 12 до 300 ⁰С, в то время как доп. тем-ры при нормальной работе, как правило, не превышает 60-80 ⁰С. Для неизолированных медных проводников установлена максимальная температура 300 С, а для алюминиевых 200 ⁰С. Допустимая температура для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией до 10 кВ принята равной 200 ⁰С независимо от материала жил. Она ограничивается нагревостойкостью изоляции.

При протекании тока КЗ температура проводника повышается. Длительность процесса КЗ обычно мала ( в пределах нескольких секунд), поэтому тепло, выделяющееся в проводнике, не успевает передаться в окружающую среду и практически целиком идёт на нагрев проводника.

Поскольку ток КЗ значительно превышает ток рабочего режима, нагрев проводника может достигать опасных значений, приводя к плавлению или обугливанию изоляции, к деформации и плавлению токоведущих частей и т.п.

Критерием термической стойкости проводника является допустимая температура его нагрева токами КЗ. Поэтому проводник или аппарат следует считать термически стойким, если его температура в процессе КЗ не превышает допустимых величин.

При КЗ за время dt в проводнике выделяется определенное количество тепла

Где I_кt– действующее значение полного тока КЗ в момент t КЗ ; r_ϑ - активное сопротивление проводника при данной его температуре ϑ:

Здесь ρ₀ – удельное активное сопротивление проводника при ϑ= 0градусов ;l– длина проводника ; q – его сечение ; α – температурный коэффициент сопротивления.

Практически все тепло идёт на нагрев проводника

Где G – масса проводника ;с_ϑ- удельная теплоемкость материала проводника при температуреϑ.

Известно, что где γ - плотность материала проводника, и где с₀ – теплоемкость проводника при ϑ=0 ⁰С ;β – температурный коэффициент теплоемкости.

Таким образом, процесс нагрева при КЗ определится уравнением