5.2 Испытания на нагрев номинальными токами

Как известно, одной из функций аппарата (независимо от его конкретного назначения) является проведение электрического тока при номинальном режиме работы электроустановки. Протекание номинального тока в токоведущих частях аппарата вызывает их нагрев, а также нагрев рядом расположенных элементов. Под действием переменных электромагнитных полей токи могут протекать также и в нетоковедущих частях, также вызывая их нагрев. Поскольку тепловые расчеты электрических аппаратов достаточно сложны и к тому же не отличаются достаточной степенью точности, определять на стадии проектирования температуры всех частей сложного аппарата или комплектного устройства с учетом всех факторов практически невозможно. В связи с этим, экспериментальное определение теплового режима аппарата и отдельных его элементов является наиболее объективным и точным, и именно на стадии проектирования испытания на нагрев особенно актуальны и необходимы.

Существуют различные виды испытаний, связанные с проверкой тепловых режимов аппаратов и их элементов. Среди них существенная роль отводится испытаниям при длительном протекании тока. Такие испытания проводятся, как правило, на стадии разработки аппарата и являются исследовательскими. Основными целями данных испытаний являются:

1. Определение номинального тока разрабатываемого аппарата в заданном режиме работы, при температурах токоведущих частей, близких к предельно допустимым;

2. Проверка соответствия нормам нагрева токоведущих частей аппарата при протекании по ним номинального тока.

Испытания на нагрев зачастую являются дополнительными и проводятся после других видов испытаний (коммутационная и механическая износостойкость, отключающая способность, электродинамическая и термическая стойкость и т.п.) для оценки их результатов.

Испытания на нагрев проводятся в рабочем положении, если их несколько, то выбирают наиболее неблагоприятное с точки зрения теплового режима. При испытаниях на нагрев должна быть обеспечена температура окружающей среды, равная максимальной для этого аппарата, однако допускается проводить испытания при меньшей температуре при внесении в результаты испытаний соответствующих поправок.

Контроль температуры окружающей среды обычно осуществляется на расстоянии не менее 1 м от испытуемого аппарата. При проведении испытаний на нагрев должны быть приняты меры, исключающие нагрев аппарата от посторонних источников тепла (батарей отопления, прямых солнечных лучей и т.п.), а также охлаждения аппарата посторонними факторами (поток воздуха от вентилятора, сквозняки и т.п.).

Род тока при испытаниях должен соответствовать роду тока аппарата. Трехфазные аппараты должны испытываться трехфазным током. В качестве источника питания при испытаниях на нагрев обычно используется многоамперный трансформатор, на выходе которого напряжение составляет единицы вольт (при переменном токе), либо генератор с независимым возбуждением (при постоянном токе).

Существенное влияние на тепловой режим токоведущих частей сильноточных аппаратов оказывают параметры токоведущих частей, соединяющих испытуемый аппарат с источником питания. Играет роль, как их поперечное сечение, так и их длина, поэтому они оговариваются нормативно-технической документацией на испытания.

Объектами испытаний на нагрев в электрических аппаратах, наряду с токоведущими частями силовых цепей, являются также обмотки электромагнитных приводов, вспомогательные контакты, обмотки расцепителей выключателей и т.п. Причем, испытания различных элементов должны проводится одновременно, если происходит их взаимное тепловое влияние.

В процессе испытаний аппаратов на нагрев контролируется превышение температуры токоведущих частей и других элементов аппаратов над температурой окружающей среды до достижения ими установившейся температуры (при длительном режиме работы). Измерения проводят через равные промежутки времени, результаты которых заносят в рабочий журнал. По результатам измерений строят графики нагрева токоведущих частей аппарата. Температуру считают установившейся, если в течение часа работы аппарата под нагрузкой изменение температуры токоведущих частей не превышает одного градуса. При испытаниях в повторно-кратковременных режимах процесс считается квазиустановившимся, если разница между двумя последовательными максимумами не превышает 5С. В качестве датчиков температуры при измерениях, наиболее часто используют термопары.

Известно, что время нагрева аппарата до установившейся температуры примерно в 3-5 раз больше его тепловой постоянной времени, которая зачастую составляет десятки минут, а то и часы. Поэтому испытания на нагрев требуют достаточно много времени. Для ускорения испытаний существуют два основных способа:

1. Форсированный нагрев, осуществляемый путем увеличения тока в начале испытания до двух-трехкратной величины, снижая его затем до номинального значения, когда превышение температуры начнет приближаться к установившемуся значению; при этом, естественно, ориентировочно должны быть известны постоянная времени аппарата и установившаяся температура;

2. На основании начального участка кривой нагрева, снятой при прохождении номинального тока, графически определяют установившуюся температуру.

Полученные в результате испытаний установившиеся значения температур сравнивают с допустимыми нормами. При исследовательских испытаниях, как указывалось, зачастую определяют не установившиеся значения температур, а номинальный ток аппарата. Для определения оптимального тока по нагреву аппарата, т.е. номинального тока делается пересчет в соответствии со следующим выражением , где I₁ - ток, протекаемый в аппарате в процессе испытаний; ₁ - полученные при испытаниях установившиеся превышения температур; ₂ - допустимые превышения температур.