Расчёт термической стойкости токоведущих шин.
Режим короткого замыкания рассматривается как кратковременный режим работы, при котором температура частей электрического аппарата может достигать значений, превосходящих предельно допустимую температуру в продолжительном режиме. Продолжительность короткого замыкания небольшая, поэтому не происходит существенного изменения физико-химических свойств изоляции и других элементов аппарата.
Тем не менее, и в этом случае существуют ограничения, которые диктуются температурой рекристаллизации (размягчения) материала токоведущих частей. В электрических аппаратах приняты следующие значения максимальной температуры при кратковременном режиме работы:
неизолированные токоведущие части из меди и её сплавов
– 300 °С;
алюминиевые токоведущие части – 200 °С; токоведущие части (кроме алюминиевых), соприкасающиеся с органической изоляцией или маслом – 250 °С.
В том случае, если токоведущий контур выполнен из разнородных материалов, значение максимальной температуры принимается равным наименьшему значению, характерному для используемых материалов.
Проведя тепловой расчёт применительно к продолжительному режиму, необходимо оценить термическую стойкость аппарата, т.е. его способность выдерживать нагрев токоведущих частей без их термического разрушения протекающим по ним током короткого замыкания в течение времени, называемого временем термической стойкости. Обычно время термической стойкости принимается равным 1, 5 и 10 с. Ток короткого замыкания, который в течение этого времени нагревает аппарат до допустимой в этом режиме температуры, называется током термической стойкости.
Допустимая температура нагрева кз в режиме короткого замыкания принимается равной для Al 150 ÷ 200 ºС, а для Cu - 200 ÷ 300 ºС.
Выполним вычисления теплового импульса Акз (д) с учётом температуры Д в номинальном режиме работы (кз принимаем равным 200 ºС)
.
где
= 2,7·
кг/м3 – плотность материала шины (Таблица
5);
C = 950 Дж/кг×ºС – теплоёмкость материала шины (Таблица 5);
д = 95 ºС – допустимая температура нагрева болтового соединения шин.
Определим
величину тока термической стойкости
Iкз(д)
в зависимости от величины расчётного
времени короткого замыкания 1, 5 или 10
секунд:
Вычислим значения плотности тока jкз (д) для тока термической стой- кости в зависимости от величины расчётного времени короткого замыкания 1, 5 или 10 секунд и с учётом температуры Д:
Значения jкз (д) должны быть меньше допустимых значений, приведённых в Приложениях (Таблица 7).
|
Расчётное время короткого замыкания. |
1 секунда |
5 секунд |
10 секунд |
|
Алюминий |
89 |
40 |
28 |
Выполним аналогичные вычисления теплового импульса Акз (к) , только с учётом температуры к в номинальном режиме работы:
где = 2,7·10-3 кг/м3 – плотность материала шины (Таблица 5);
C = 950 Дж/кг×ºС – теплоёмкость материала шины (Таблица 5); к = 60,096 ºС – температура шин в номинальном режиме работы.
Определим величину тока термической стойкости Iкз (к) в зависимости от величины расчётного времени короткого замыкания 1, 5 или 10 секунд:
Вычислим значения плотности тока jкз(к) для тока термической стойкости в зависимости от величины расчётного времени короткого замыкания 1, 5 или 10 секунд:
Значения jкз (к) не должны превышать допустимых значений, указанных в Приложениях (Таблица 7).