книги из ГПНТБ / Церазов, А. Л. Электрическая часть тепловых электростанций учебник

ладают точечные и линейные контакты, так как их про­ водимость оказывается удовлетсорительной при неболь­ ших контактных давлениях. При этом увеличивается число контактных точек и частично разрушается слой

окислов [Л. 19].

Наибольшая допустимая температура контактных соединений токоведущих шин и большинства аппаратов при длительных нагрузках составляет 70—75 °С, так как при более высоких температурах величина сопротивле­ ния контакта весьма неустойчива и может достигать значений, при которых возможны разрушение и свари­ вание контактных поверхностей.

При к. з. контактные соединения кратковременно подвергаются значительным термическим и электроди­ намическим воздействиям, которым они должны проти­ востоять.

Неразмыкаемые контактные соединения выполняют в виде болтовых соединений, винтовых зажимов, холод­ ной сварки (прессования). Их применяют для соедине­ ния медных и алюминиевых шин, проводов, присоедине­ ний аппаратов. В неразмыкаемых болтовых контактных соединениях термическое действие вследствие теплового расширения создает дополнительное напряжение в ма­ териале болтов, которое, складываясь с напряжением затяжки болта, может привести к остаточным деформа­ циям и ослаблению контактного соединения. Поэтому контактные соединения такого типа проверяют на допу­ стимость упомянутых дополнительных напряжений и в каждом случае регламентируют затяжку болтовых соединений.

Размыкающие контактные соединения должны на­ дежно работать в замкнутом состоянии, и поэтому на них распространяются общие требования, предъявляе­ мые к контактам при длительных нагрузках и при ко­ ротких замыканиях. Они должны дополнительно обла­ дать дугостойкостью (способностью выдерживать воздей­ ствие дуги во время размыкания и замыкания) и способностью включать на к. з. (без приваривания кон­ тактов). Кроме того, все размыкающие контакты долж­ ны выдерживать определенное число операций включе­ ния и отключения без механических повреждений.

При рабочих токах 1 000—1 500 А и более трудно вы­ полнить размыкающие контакты, которые удовлетвори­ ли бы всем требованиям. Поэтому выключатели конст-

110

руируют с двумя системами контактов — рабочими й дугогасительными, включенными электрически парал­ лельно. При включении прежде замыкаются дугогаси­ тельные контакты, затем рабочие, а при отключении на­ оборот— сначала размыкаются рабочие.

Рис. 5-2. Размыкающие контакты.

связь; 7 болт.

На рис. 5-2 представлены наиболее распространен­ ные конструкции размыкающих контактов, применяе­ мых в коммутационных электрических аппаратах.

Для изготовления контактных соединений применя­ ют различные материалы в зависимости от назначения

(без покрытия и с антикоррозионным покрытием кон­ тактных поверхностей, серебрением, лужением, кадми­ рованием) и для размыкаемых контактов при кратко­

111

с серебрением, омеднением, армировкой медью) приме­

токах средней и большой величины используют в каче­ стве дугогасительных контактов при отключаемых токах до 100 кА и более; м е т а л л о к е р а м и к у — механиче­ скую смесь, получаемую спеканием порошков под дав­ лением (серебро — вольфрам, серебро — молибден, се­ ребро— графит и др.) для дугогасительных контактов на средние и большие отключаемые токи, а также для главных контактов на средние номинальные токи (600 А и более).

5-4. НАГРУЗОЧНАЯ СПОСОБНОСТЬ ТОКОВЕДУЩИХ ПРОВОДНИКОВ И АППАРАТОВ

При работе электроустановок в проводниках, контакт­ ных соединениях, металлоконструкциях (расположенных в переменных магнитных полях), в диэлектриках, в ду­ гогасительных устройствах (при отключениях токов) возникают потери мощности, вследствие чего изоляция, проводники и аппараты нагреваются.

Различают два режима нагрева проводников и аппа­

(проводов воздушных линий электропередачи, шин РУ, кабельных линий) и аппаратов определяется максималь­ ной величиной рабочего тока, при котором в установив­ шемся режиме температура нагрева не превышает до­ пустимую при нормированной температуре окружающей среды.

Допустимая температура нагрева токоведущих про­ водников и аппаратов при длительной работе устанав­ ливается для того, чтобы обеспечить: экономически це­ лесообразный срок службы изоляции; надежную работу контактных соединений; достаточную механическую прочность. Определяющими для нагрузочной способно­ сти являются первые два условия.

112

Выбор сечений проводов, Шин и кабелей производит­ ся по величине экономической плотности тока (/эк Л/мм2), которая определяется продолжительностью использования максимальной нагрузки и конструкцией проводников и задается Правилами устройств электро­ установок [Л. 18]

ние расхода металла и потерь электроэнергии в сети, тем самым обеспечивая наименьшие ежегодные расчет­ ные затраты.

Сечение проводника, выбранное по /эк, должно удо­ влетворять условию допустимого нагрева максимальным током в форсированном режиме работы в соответствии с (5-1).

5-5. СТОЙКОСТЬ ПРОВОДНИКОВ И АППАРАТОВ ПРИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ

Способность аппаратов, проводников и изоляторов про­ тивостоять электродинамическим и термическим воздей­ ствиям, возникающим при прохождении через них наи­

мых напряжений, но последние нормируются по-разно­ му, а именно:

расчетная электродинамическая сила, приложенная в го­

114

изготовителем); гдин.ном — номинальный ток электроди­ намической устойчивости аппарата; гу— ударный ток трехфазного к. з. при повреждении в расчетной точке.

по ГОСТ 687-70 нормируется предельный сквозной ток, определяемый начальным эффективным действующим значением его периодической составляющей /по-

Для расчета электродинамической стойкости шин не­ обходимо прежде всего найти величины и выяснить ха­ рактер действующих сил.

Если два параллельных тонких и прямолинейных проводника 1 и 2 длиной L расположены в одной плос­ кости на расстоянии а друг от друга при L ^ a и обте­ каются токами t'i, 12, то результирующая сила, действую­ щая на участке проводника 1 длиной / (например, меж­ ду опорными изоляторами), будет равна:

± 2- 10“7/,г2 — , Н 12 а 9

ИЛИ

F = ± 1 , 0 2 - 1 0 ~ 8v 2 - ^ - , к г с ,

где плюс берется при одинаковом направлении токов и,

Впоследнем выражении появился сомножитель

1^3/2, обусловленный фазовым сдвигом между взаимо­ действующими токами, и коэффициент формы, учиты­ вающий распределение тока по сечениям проводников. Его величина может быть больше или меньше единицы

в зависимости от формы поперечного сечения шин и их взаимного расположения [Л. 19].

Если считать шину многопролетной балкой, лежащей на жестких опорах и подвергающейся воздействию рав­

(кгс-см), действующий на шину, определяют по фор­ муле

перпендикулярной к направлению действия силы, см3. Сила, действующая на шины от начала к. з. до его отключения, переменна. Вместе с тем конструкция шин является механически упругой системой, обладающей собственной частотой колебаний. Если частота вынуж­ дающей силы и собственная частота колебаний упругой системы будут близки или совпадут, то возникнут усло­ вия для механического резонанса, в результате которо­ го напряжения в материале шин увеличатся, и возмож­

но разрушение конструкции.

Расчет частоты собственных колебаний шин и вели­ чины напряжений в материале шин с учетом колебаний

116

уравнение (5-11) можно представить в более полном виде

где p0 и Cq удельные сопротивление и теплоемкость проводника при начальной температуре '0Н=0°С; а и (3 температурные коэффициенты сопротивления и теп­ лоемкости; s, I, у — площадь поперечного сечения, дли-

Рис. 5-3. Кривые для определения температуры на­ грева токоведущих частей при коротком замыкании.

на и плотность проводника. Разделяя переменные и ин­ тегрируя в требуемых пределах, получаем уравнение

которое позволяет определить конечную температуру проводника Фк при нагреве его током к. з. от начальной температуры ”&н- Однако аналитическое решение этого уравнения сложно и поэтому для распространенных про­ водниковых материалов построены зависимости значений второго интеграла от конечной температуры (при ■0'н = =0), которые представлены на рис. 5-3.

Первый интеграл, зависящий от тока короткого за­ мыкания и времени отключения /0ткл, получил название

117

теплового импульса к. з. — Вк. Его приближенное значе­ ние может быть выражено через действующие значения полного тока и его составляющих [Л. 19]

апериодической (Вк.а) составляющих.

Тепловой импульс от периодической составляющей можно определить графоаналитическим методом путем замены плавной кривой ступенчатой с ординатами, соот­ ветствующими средним значениям квадратов действую­ щих значений токов /2срп для каждого интервала вре­ мени Atn:

п= \

Втех случаях, когда место замыкания удалено от генераторов или требуется грубо (с завышением) оце­ нить величину теплового импульса от периодической составляющей, можно принять, что периодическая со­ ставляющая не затухает, т. е. /пг~/по—const, и

Тепловой импульс от апериодической составляющей тока к. з. равен:

118

При'70ТКЛ > 7а, находим:

Уравнение (5-13) перепишем в виде

5 К— Лк Аа.

На рис. 5-3 откладываем по оси ординат тЭн и по со­ ответствующей кривой находим Аи. Прибавляя к Ан (на оси абсцисс) величину BK/sz, получим Ак и отвечающую ей температуру проводника '0К.

Конечная температура при к. з. не должна быть вы­ ше допускаемой по условию сохранения изоляции или по условию механической прочности (для голых проводни­ ков)

— условие термической стойкости проводника. Термическую стойкость аппаратов принято характе­

ризовать номинальным током термической стойкости / ТЛ1 при определенной длительности его прохождения, назы­ ваемой номинальным временем термической устойчиво­ сти tт.н. Для проверки аппарата на термическую стой­ кость сопоставляют нормированное заводом-изготовите- лем значение теплового импульса с расчетным. Условие термической стойкости аппарата формулируется в виде

к. (5-20)

5-6. ДУГОВОЙ РАЗРЯД И ГАШЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ

Размыкание электрической цепи при наличии в ней тока обычно сопровождается электрическим разрядом между расходящимися контактами. Если в отключаемой цепи ток и напряжение между контактами больше, чем крити­ ческие для данных условий, то между контактами воз­ никает дуга, продолжительность горения которой зави­ сит от параметров цепи и условий деионизации дугово­ го промежутка. Образование дуги при размыкании мед­ ных контактов возможно уже при токе 0,4—0,5 А и на­ пряжении 15 В.

В дуге одновременно происходят два процесса: про­ цесс ионизации (образование свободных электронов и ионов или противоположно заряженных частиц газа) и процесс деионизации (воссоединение заряженных частиц

119