При длительном режиме работы
ВЭ – 10 – 1250 – 20 – УЗ,
где ВЭ – выключатель электромагнитный;
10 – номинальное напряжение, кВ;
1250 – номинальный ток, А;
20 – ток отключения, кА;
У – исполнение для умеренного климата;
З – эксплуатация в закрытых помещениях.
Условные графические изображения и буквенная кодировка основных электрических аппаратов приведены в приложении.
К электрическим аппаратам предъявляются следующие основные требования:
- При номинальном режиме работы температура токоведущих частей не должна превышать допустимую величину.
- При коротких замыканиях токоведущие элементы подвергаются значительным термическим и динамическим нагрузкам, но они не должны вызывать остаточные явления, нарушающие работу аппарата после устранения причины и последствий КЗ.
- ЭА, предназначенные для частого включения и отключения, должны иметь высокую износостойкость.
- Изоляция ЭА должна выдерживать перенапряжения, которые возникают при эксплуатации, и обладать определенным запасом в связи с ухудшением ее из-за осаждения пыли, влаги и т.д.
- Высокая надежность.
- Масса, габариты, стоимость, время установки и обслуживания должны быть минимальными.
Нагрев электрических аппаратов
при длительном режиме работы
При работе электрических аппаратов имеют место потери электроэнергии в виде тепла, которые расходуются на нагрев электрических аппаратов и рассеиваются в окружающей среде.
В результате нагрева электрических аппаратов происходит их старение. При недопустимых значениях нагрева происходит преждевременный выход из строя не только отдельных элементов, но и аппаратов в целом.
Например, при превышении допустимой температуры лишь на 80С срок службы изоляции сокращается в 2 раза. При увеличении температуры от 100 до 2500С прочность меди снижается на 40%.
Поэтому для того, чтобы электрический аппарат отработал свои нормативные часы, необходимо обеспечить его допустимый тепловой режим работы.
В аппаратах постоянного тока нагрев происходит в основном за счет потерь в активном сопротивлении токоведущей цепи.
Энергия W, Дж, выделяющаяся в проводнике, определяется по формуле
W = 2 , (1.1)
где i – ток, А;
R – сопротивление проводника, Ом;
t – длительность протекания тока, с.
Активное сопротивление проводника различно при постоянном и переменном токе из-за поверхностного эффекта и эффекта близости.
При переменном токе сопротивление проводника R~ определяется зависимостью
, (1.2)
где R = - сопротивление при постоянном токе;
k доб - коэффициент добавочных потерь из-за вышеотмеченных эффектов.
Результатом поверхностного эффекта является неравномерность плотности тока по сечению проводника. Переменный ток, протекая по проводнику, создает переменное магнитное поле, которое пронизывает проводник, наводит в нем ЭДС. Эта ЭДС создает вихревые токи, которые геометрически складываются с основным магнитным потоком. В результате наибольшая плотность будет на поверхности проводника. Коэффициент добавочных потерь, обусловленных поверхностным эффектом, принято обозначать kn, он всегда больше единицы (kn > 1).
Эффект близости заключается во взаимном влиянии магнитных полей проводников на ток, протекающий по этим проводникам. В результате ток по сечению проводников распределяется неравномерно. Отношение активного сопротивления проводника R~, находящегося в магнитном поле других проводников, к сопротивлению уединенного проводника R~уед, называется коэффициентом близости.
= . (1.3)
Как и в случае с поверхностным эффектом коэффициент близости усиливается с частотой тока и электрической проводимостью материала.
k зависит как от формы проводника, так и взаимного расположения и направления токов в них. Коэффициент близости К может быть и меньше единицы.
В трехфазных системах влияние соседних фаз значительно сложнее, чем в однофазных. Однако здесь имеет место минимальное расстояние между фазами, при котором эффект близости практически можно не учитывать. Так, при цилиндрических проводах k = 1, если расстояние между фазами более 6d, где d – диаметр провода. Для прямоугольных шин в трехфазной системе k = 1,0, если расстояние между шинами 3h, где h – наибольший размер поперечного сечения шины.
С учетом (1.2) и (1.3) получим
. (1.3)
Как следует из вышесказанного, поверхностный эффект и эффект близости существенно влияют на сопротивление проводников, а следовательно, и величину потерь в этих проводниках.
Потери в нетоковедущих ферромагнитных деталях аппаратов возникают в аппаратах, работающих в цепях переменного тока.
В цепях переменного тока, где имеются ферромагнитные элементы, имеют место активные потери в нетоковедущих ферромагнитных деталях, т.к. переменный магнитный поток, пересекая ферромагнитные детали, наводит вихревые токи, которые и являются причиной потерь. Направление вихревых токов таково, что создаваемые ими магнитные потоки направлены встречно основному полю. По этой причине магнитный поток по сечению распределяется неравномерно, и магнитная индукция максимальна на поверхности стержня.
Распределение магнитной индукции B и плотности тока Y в ферромагнитном стержне показано на рис. 1.1.
Глубина проникновения a (м) электромагнитной волны в тело стержня и удельная мощность потерь Pуд (Вт/см2) определяются по формулам:
= ;
= 2 , (1.5)
где - удельное электрическое сопротивление материала стержня, Ом·м;
- круговая частота изменения потока с -1;
- абсолютная магнитная проницаемость материала стержня, Гн/м;
- МДС на единицу длины стержня, А/см;
- частота, Гц;
- индукция, Тл.
Рис. 1.1. Распределение магнитной индукции В и плотности тока Y в ферромагнитном стержне
Из (1.5) видно, что чем меньше и выше и , тем сильнее эффект вытеснения потока, следовательно, больше потери.
Полные потери в стальном магнитопроводе определяются по формуле
= , (1.6)
где - максимальное значение магнитной индукции в магнитопроводе, Тл;
и - коэффициенты потерь от гистерезиса и вихревых токов;
- масса магнитопровода, кг;
- частота тока, Гц.
Для применяемых в электрических аппаратах трансформаторных сталей: = 1,9 - 2,6, = 0,4 - 1,2.
Для уменьшения потерь в магнитопроводе электроаппаратов они выполняются шихтованными из тонких изолированных друг от друга листов электротехнической стали толщиной 0,2 - 0,5 мм.
Для уменьшения потерь в массивных ферромагнитных деталях предусматриваются следующие меры:
· увеличивают расстояние от проводника с током до ферромагнитных деталей;
· на пути магнитного потока вводится немагнитный зазор;
· при номинальных токах выше 1000 А конструкционные детали изготавливаются из немагнитных материалов (латунь, немагнитный чугун, алюминиевые сплавы и др.).
Следует отметить, что в аппаратах переменного тока высокого напряжения помимо потерь в проводниках и ферромагнитных материалах учитывают также потери в изоляции проводов и изолирующих деталях
= , (1.7)
где - емкость изоляции, ;
- действующее значение напряжения, ;
- тангенс угла диэлектрических потерь в изоляции.
Изоляция аппарата нагревается как за счет этих потерь, так и потерь в токоведущей цепи.
Дата добавления: 2016-06-29; просмотров: 1840;