5.4 Тривалі і короткочасні допустимі температури

Із формули (5.8) видно, що при сталому струмі кінцева температура є функцією часу. При цьому:

(5.9)

де – надлишок температури внаслідок короткого замикання;

– стаціонарна температура;

– стала часу, що залежить від властивостей матеріалу і має розмірність часу. Вона також залежить від маси провідника, його геометричних розмірів та теплоємності і коефіцієнта теплообміну.

На протязі часу, рівному 3 – 5 система виходить на стаціонарний режим.

Фізичний зміст :

– це той час, протягом якого провідник нагрівається до стаціонарної температури при повній відсутності тепловіддачі.

На рис. 5.1 показано процеси нагрівання і охолодження провідників в різних режимах, при різних струмових навантаженнях.

При тривалому режимі допустимі навантаження вибираються такі, щоб надлишок температури, що встановився, дорівнював допустимому

При тому ж навантаженні в короткочасному режимі за час надлишок температури складав би , тобто провідник не був би повністю використаний по нагріву. Тому при короткочасному режимі провідник треба навантажити так, щоб в кінці цього режиму (за час ) зміна надлишку температури йшла по кривій 2.

При цьому за час нагрівання в короткочасному режимі

Якби ми продовжували процес при тому самому струмі, то в стаціонарному режимі досягла б величини >T_доп. Коефіцієнт перевантаження по потужності втрат визначається відношенням температур:

Коефіцієнт перевантаження по струму:

(поскільки ~).

Процес охолодження відбувається по тій самій кривій і в короткочасному, і в тривалому режимі.

5.5 Допустимий періодично повторюваний режим нагрівання-охолодження

При цьому режимі апарат може в залежності від тривалості процесу нагрівання (при проходженні струму) і охолодження (паузи проходження струму) по-різному збільшувати свою температуру. Коефіцієнт, який при проходженні струму характеризує цей процес, називається параметром відновлення (ПВ) (коефіцієнт відносної тривалості вмикань).

(5.10)

де – час нагрівання при періодичному процесі;

– пауза, протягом якої відбувається охолодження;

– сумарний час нагрівання + пауза, що разом становлять час циклу.

При періодичному нагріванні – охолодженні можливе встановлення такої тривалості нагрівання і тривалості пауз та їх співвідношення, що температура апарату буде певний час підніматись і, в кінці кінців досягне стаціонарного стану, коли кількість енергії, яка підводиться і відводиться зрівнюється. В цьому випадку будуть відбуватися коливання температури апарату між максимальним і мінімальним значенням. Існують номограми, які по заданому значенню ПВ і відношенню дозволяють знайти коефіцієнт перенавантаження по струму і силу струму пере навантаження.

5.6 Розподіл температури в котушках та приклади допустимих температур провідників із різних матеріалів

При нагріванні котушок струм, що проходить через них, сприяє нерівномірному розподілу температури по їх об’єму і поверхні. В середині котушки температура вища, ніж на поверхні, оскільки там гірша тепловіддача. Характер розподілу температур залежить від конструкції котушок. Внутрішні шари нагріваються менше, якщо котушка монолітна, тому що при цьому збільшується теплопровідність між шарами і відповідно тепловіддача.

Допустима температура провідника при КЗ і при номінальному режимі вибирається в залежності від властивостей і провідників, і їх ізоляції. Температура при КЗ може досягати 300°C .

Аперіодична складова струму при визначенні величини термостійкості, як правило, не враховується.

Приклади допустимих температур для провідників із різних матеріалів:

1. для міді – 300°C (неізольована струмова частина);

2. для алюмінію – 200°C (неізольована струмова частина);

3. для сталі – 400°C (неізольована струмова частина);

4. ізольовані струмоведучі частини:

• клас У – 200°C;

• клас А – мідь 250°C; сталь 250°C; алюміній 200°C;

• клас В і С – мідь 300°C; сталь 400°C; алюміній 200°C.

Числові значення густини допустимого струму для найважливіших провідників, як функція часу, що характеризує їх термічну стійкість, приведена в таблиці 5.1.

Таблиця 5.1

Час нагрівання t	1 с	5 с	10 с
Матеріал	Густина струму
Мідь	152	67	48
Алюміній	89	40	28