IV.5. Переходные процессы при кз. Начальное значение периодической составляющей тока кз. Ударный ток кз. Ударный коэффициент кз

Изменение тока при трехфазном КЗ в трехфазной симметричной сети, питаемой от шин неизменного напряжения, при максимальном значении апериодической составляющей тока КЗ показано на рис. IV.4.

Рис. IV.4. Изменение тока КЗ в цепи, питаемой от шин неизменного напряжения при максимальном значении апериодической составляющей

i_К,_t = i_а,_t + i_п,_t – полный ток КЗ.

i_п,_t – вынужденная составляющая тока КЗ обусловлена действием напряжения источника и имеет периодический характер с частотой, равной частоте напряжения источника. Называют эту составляющую периодической составляющей ТКЗ:

i_а,_t – свободная составляющая тока КЗ обусловлена изменением запаса энергии магнитного поля в индуктивности цепи протекания тока КЗ. Она имеет апериодический характер изменения, на основании чего эту составляющую ещё называют апериодической составляющей тока КЗ.

Начальное значение i_п,_t обозначают: I_n_,_m – амплитуда, I_п,0 – действующее значение за первый период.

i_а,_t = i_a_,0е^-^t^/^Ta, где Та – постоянная времени цепи КЗ.

i_п_,t = I_n,m sin (t +  - _К), где

 - фазовый угол напряжения источника в момент времени t = 0,

_К – угол сдвига тока в цепи КЗ относительно источника напряжения той же фазы.

При  = 0, т.е. когда тока и напряжения в цепи до КЗ нет, i_а,0 = I_n_,_m, i_п,_t и i_а,_t имеют максимально возможные значения. Максимально возможное значение полного тока, которое наступает через 0,01 с после КЗ, носит название ударного тока и обозначается i_у.

Тогда для t = 0,01 с:

i_у = I_n,m + I_n,me^-0,01/Ta = I_n,m (1+e^-0,01/Ta) или i_у = К_уI_n,m, где

К_у – ударный коэффициент.

К_у = 1+е^-0,01/Та

V. Основные процессы и явления, определяющие конструкцию аппаратов и проводников

V.1. Нагрев аппаратов (а) и проводников (п) токами длительного режима.

При протекании тока в длительном режиме происходит нагрев А или П. Нагрев может повредить изоляцию и контакты. Допустимый нагрев определяется длительной допустимой температурой нагрева для проводников и аппаратов t_дл.доп. Температура нагрева зависит от протекающего тока и температуры окружающей среды t_о.с., где установлен аппарат (проводник). Так как температуру нагрева П или А в эксплуатации трудно измерить, то допустимость работы А или П в длительном режиме определяется номинальным током А или допустимым током П ( I_ном.,I_доп_.), которые приводятся в справочнике. Номинальный ток I_ном. нормирован для температуры окружающего воздуха (t_о.с.ном = 35^оС), а допустимый ток I_дл.доп_. – 1) если проводник проложен по воздуху для температуры окружающего воздуха (t_о.с.ном = 25^оС); 2) если проводник проложен по земле для температуры земли (t_о.с.ном = 15^оС).

Если действительная температуры окружающей среды отличается от расчетной, следует произвести пересчет длительных номинальных (допустимых) токов по формулам:

; .

V.2 Нагрев п и а токами кз. Термическая стойкость а и п.

Продолжительность КЗ не превышает нескольких секунд. В течение этого времени выделение тепла настолько велико, что температура П и А выходит за пределы, установленные для нормального режима. Даже кратковременное повышение температуры П или А при КЗ может привести к размягчению и плавлению металла, выжиганию изоляции, разрушению контактов и др. Для надежной работы электрической системы необходимо исключить такие повреждения, что достигается выбором соответствующих размеров токоведущих частей и по возможности быстрым автоматическим отключением поврежденной цепи.

Свойство А или П противостоять кратковременному тепловому действию токов КЗ без повреждений, препятствующих дальнейшей исправной работе, называется термической стойкостью.

Критерием термической стойкости является конечная температура, которая ограничивается механической прочностью металла, температурными деформациями частей А, а также теплостойкостью изоляции. Допускаемые конечные температуры для А и П установлены на основании опыта. Они выше температуры при нормальном режиме, поскольку изменение механических свойств металла и износ изоляции определяются не только температурой, но также продолжительностью нагревания, которая в режиме КЗ мала. Так как конечная температура П и А зависит от величины тока КЗ и времени его протекания, то на практике критерием термической стойкости служит так называемый интеграл Джоуля или тепловой импульс. При проверке П и А сравнивают допустимое значение теплового импульса с расчетным .