1.2. Определение допустимого тока для изолированной шины.

Допустимым длительным током для шины называют рабочий ток, соответствующий допускаемому превышению температуры шины над температурой воздуха при нормированной температуре воздуха.

Для шины распределительных устройств ПУЭ установлено допустимое превышение температуры над температурой окружающей среды равное С, стандартная температура окружающей среды

В уравнение нагрева подставим

Теперь можно определить величину длительно допустимого тока

При уточненных расчетах учитываются отдельные виды теплоотдачи.

Количество тепла, отдаваемое с поверхности проводника путем излучения определяют по формуле Стефана и Больцмана:

где - температура поверхности нагретой шины и температура окружающей среды,;

- постоянная теплоизлучения, зависящая от состояния поверхности нагретого тела. Для полированной меди .

Количество тепла, отдаваемого путем свободной конвекции для полосовых шин, установленных на ребро в горизонтальной плоскости определяется по формуле.

где - температура поверхности шины и температура окружающего воздуха,

Тогда уравнение для определения допустимого тока запишется:

Если температура окружающей среды отличается от стандартной, то рабочий ток проводника или аппарата может быть увеличен или уменьшен в сравнении с номинальным.

Где

Это равенство вытекает из предположения, что теплоотдача шины пропорциональна превышению температуры шины над температурой воздуха. Величина рабочего тока в этом случае определяется из выражения

Где - действительная температура среды.

- стандартная температура среды.

Вопросы для самопроверки.

1. По какому закону можно определить количество тепла, выделенного в проводнике при протекании электрического тока?

2. От чего зависит количество тепла, выделяемого в проводнике?

3. Какую форму имеет кривая нагрева проводника?

4. Каков физический смысл постоянной времени нагрева?

5. Как определить постоянную времени нагрева графически по кривой нагрева?

6. Какую форму имеет кривая охлаждения проводника?

7. Как, зная постоянную времени нагрева, определить длительность нагрева до установившейся температуры?

8. Приведите значения постоянных времени нагрева для электродвигателей, силовых трансформаторов и генераторов.

9. Для какой цели необходим расчет длительности нагрева аппарата установившейся температуры?

10. Если до подачи тока проводник имел температуру выше окружающей среды, то как это учитывается в расчетах?

2. Нагрев аппаратов и проводников при коротком замыкании (кз)

2.1. Тепловой импульс

Продолжительность КЗ составляет доли секунды или несколько секунд. Этого промежутка времени бывает достаточно для автоматического отключения релейной защитой поврежденного участка.

Токи КЗ в десять и более раз могут превышать токи нагрузки и выделение тепла за столь короткий промежуток времени настолько велико, что повышение температуры может привести к плавлению металла, разрушению контактов, выжиганию изоляции и другим повреждениям.

Способность аппарата и проводника противостоять кратковременному тепловому действию тока КЗ без повреждений называется термической стойкостью.

Степень термического воздействия тока КЗ на проводники и электрические аппараты определяется значением интеграла Джоуля.

где - ток КЗ в произвольный момент времениt, A;

- расчетная предположительность КЗ в электроустановке, С.

Тепловое действие тока КЗ носит импульсный характер и поэтому величину, его характеризующую, часто называют тепловым импульсом. При этом теплоотдача не успевает вступить в действие и все тепло, выделяемое в проводнике, идет на нагрев самого проводника. В этом состоит принципиальная разница воздействия токов КЗ от воздействия токов нагрузки.

Необходимый для проверки проводников и электрических аппаратов на термическую стойкость при КЗ интеграл Джоуля допускается определять приближенно как сумму интегралов от периодической и апериодической составляющей тока КЗ, т.е.

Расчетным видом КЗ в курсовом проекте следует считать трехфазное.

В качестве расчетной точки КЗ принимается такая точка в схеме, при КЗ в которой проводник или электрический аппарат подвергается наибольшему термическому воздействию.

Расчетную продолжительность КЗ следует принимать путем сложения времени действия основной релейной защиты и полного времени отключения соответствующего выключателя.

Методика расчета интеграла Джоуля зависит от степени удаления расчетной точки КЗ от генераторов [2].

Если отношение действующего значения периодической составляющей тока любого генератора в начальный момент (Iпог) к его номинальному току менее двух, то все источники электрической энергии путем преобразования схемы должны быть заменены одним эквивалентным источником, ЭДС которого принимают низменной по амплитуде, а индуктивное сопротивление равным результирующему сопротивлению элементов расчетной схемы.

1. Если КЗ удалена от источника

Рис. 3

2. Если отношение , то схема преобразуется в многолучевую звезду

Рис. 4

3.Если расчетная схема содержит несколько удаленных источников и не удаленный, например у которого , то все удаленные источники эквивалентируются в одну ветвь и ЭДС в этой ветви следует считать неизменной по амплитуде, а генератор в другую

Рис. 5

Для удаленных КЗ интеграл Джоуля следует определять по формуле ,

где - начальное значение периодической составляющей тока КЗ от удаленного источника (источников)

Если , интеграл Джоулядопустимо определять по формуле

Для неудаленного КЗ, если исходная схема содержит один или несколько однотипных источников, следует определять по формуле

,

где - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока генератора, С.

- относительный интеграл Джоуля определяется по формуле

где - действующее значение периодической составляющей тока КЗ от генератора в произвольный момент времени, А.

Значения относительного интеграла Джоуля , учитывающего удаленность КЗ и разные системы возбуждения генераторов, могут быть определены по кривым [1]

Рис. 6 – Кривые для определения В_{т ер.r} от Рис. 7 –Кривые для определения

Синхронных генераторов с тиристорной или В_{т ер.r} от синхронных генераторов с

Высокочастотной системой возбуждения тиристороной системой самовозбуждения

и с последовательными трансформаторами

Если исходная схема содержит удаленные и неудаленные КЗ, то интеграл Джоуля следует определять по формуле

(3)

где - начальное значение периодической составляющей тока КЗ от удаленных источников энергии, А;

Значения относительного интеграла при разных системах возбуждения генераторов и разных удаленностях КЗ могут быть определены по кривым на рис. 5-8 [1].

При определении интеграла Джоуля от апериодической составляющей тока КЗ необходимо учитывать, что численные значения постоянных времени затухания апериодических составляющих токов от генератора (Та.г) в секундах и от удаленных источников энергии (Та.эк) в секундах обычно значительно отличаются друг от друга. Поэтому интеграл Джоуля следует определять по выражению

В случаях, когда допускается интеграл Джоуля определять упрощенно по формулам:

Значение находят с помощью формулы (3).

Если расчетная схема содержит удаленные от точки КЗ источники энергии и группу электродвигателей (КЗ на секции собственных нужд), то для упрощения расчета группу электродвигателей (ЭД) допустимо заменить одним эквивалентным ЭД, мощность которого равна сумме номинальных мощностей отдельных ЭД. При этом методика расчета остается прежней и формулы те же, только вместо генератора в них вводят соответствующие составляющие тока и функции электродвигателя, значение которых определяют по кривым (рис. 9-10 для СД, рис. 11-13 для АД). [1].

Термическая стойкость электрических аппаратов при КЗ характеризуется их нормированным током термической стойкости () в амперах и допустимым временем воздействия этого тока () в секундах.

Условие термической стойкости электрических аппаратов:

Если то условием термической стойкости является: