Лекция 7

2.4. Нагрев электрических аппаратов

2.4.1.Общие сведения.

2.4.2. Активные потери энергии в аппаратах.

2.4.3. Способы передачи тепла внутри нагретых тел и с их поверхности.

2.4.4. Установившийся режим нагрева.

2.4.5. Нагрев аппаратов в переходных режимах.

2.4.6. Нагрев аппаратов при коротком замыкании.

2.4.7. Допустимая температура различных частей электрических аппаратов.

2.4.8. Термическая стойкость электрических аппаратов.

2.4.1. Общие сведения

При работе аппарата в его токоведущей цепи, изоляции и деталях конструкции возникают потери электрической энергии, которые превращаются в тепло. Тепловая энергия частично расходуется на повышение температуры аппарата и частично отдается в окружающую среду.

Работа контактных соединений также сильно зависит от температуры.

Нагрев токоведущих частей и изоляции аппарата в значительной степени определяет его надёжность. Поэтому во всех возможных режимах работы температура частей аппарата не должна превосходить таких значений, при которых обеспечивается его длительная надёжная работа.

2.4.2. Активные потери энергии в аппаратах

а) Потери в токоведущих частях. В аппаратах постоянного тока нагрев происходит только за счет потерь в активном сопротивлении токоведущей цепи.

Энергия, выделяющаяся в проводнике

,

где:

W - энергия;

i - ток в цепи;

R – активное сопротивление;

t - длительность протекания тока.

При переменном токе активное сопротивление проводника отличается от сопротивления при постоянном токе из-за возникновения поверхностного эффекта и эффекта близости. Сопротивление при переменном токе

,

где:

R - сопротивление при постоянном токе;

- коэффициент добавочных потерь, вызванных эффектом поверхностным и эффектом близости,

- коэффициент добавочных потерь от поверхностного эффекта рассчитывается по специальным кривым;

;

- коэффициент эффекта близости;

- активное сопротивление проводника, находящегося в магнитном поле других проводников;

- сопротивление уединённого проводника.

б) Потери в нетоковедущих ферромагнитных частях. При переменном токе, кроме активных потерь в токоведущей цепи, появляются активные потери в ферромагнитных деталях аппаратов, расположенных в переменном магнитном поле.

В этих деталях появляются э.д.с. и вихревые токи таких направлений, при которых создаваемые ими потоки противодействуют изменению основного потока. Из-за размагничивающего действия этих потоков магнитный поток по сечению распределяется неравномерно. Толщина слоя, на протяжении которого индукция постоянна, называется глубиной проникновения потока. Эффект этот аналогичен поверхностному эффекту у проводников.

где:

а - глубина проникновения;

ρ - удельное сопротивление;

ω - круговая частота;

- абсолютная проницаемость материала.

От вихревых токов возникают дополнительные потери на перемагничивание за счет гистерезиса.

Полные потери в магнитопроводе

где:

- максимальное значение индукции;

- частота;

и - коэффициенты потерь от гистерезиса и вихревых токов;

- масса магнитопровода.

В аппаратах переменного тока ВН, помимо потерь в проводниковых и ферромагнитных материалах, необходимо учитывать потери, возникающие в изоляции

,

где - частота;

С - емкость изоляции;

U - действующее значение напряжения на изоляции;

- тангенс угла диэлектрических потерь.

Изоляция аппарата нагревается за счёт как этих потерь, так и потерь в токоведущей цепи.