Нагрев электрических аппаратов.

Изоляция моделируется следующей схемой замещения:

С - ёмкость изоляции; tg(d) = 0,005 ¸ 0,0001

При появлении дефектов в отдельных местах изоляции возникают местные тепловые выделения, которые способны вызвать тепловой пробой изоляции (изоляция обугливается и становится проводящей).

4) Другие виды источников теплоты в электрических аппаратах:

4.1. Энергия выделяемая в электрических дугах.

4.2. При трении между собой отдельных элементов электрических аппаратов.

Нагрев электрических аппаратов вызывает ускоренное старение изоляции и повышает скорость окисления электрических контактов, что в конечном итоге снижает срок службы электрического аппарата.

Уравнение теплового баланса при нагреве однородного проводника во времени при продолжительном режиме работы.

Тепловая энергия, выделяемая в проводнике с током может быть разделена на две составляющие:

1.Нагрев самого проводника

2.Нагрев окружающей среды.

Уравнение теплового баланса в дифференциальной форме:

(*)

С - удельная теплоемкость [Дж/кг´град]

G - масса проводника [кг]

F - поверхность проводника, т.е. поверхность теплоотдачи [м²]

Кт - коэффициент теплоотдачи [Вт/м² ´град]

Коэффициент теплоотдачи определяет то количество теплоты, которое отдается за 1с всеми видами теплопередачи с 1 м² теплоотдающей поверхности при разности температуры нагретого тела и окружающего пространства в 1°С

Кт = 10 ¸ 16 на воздухе

Кт = 25 ¸ 100 в масле.

t = Q_ПРОВ. - Q_ОКР.СР.

t - это превышение температуры проводника над температурой окружающей среды. Эта величина является переменной (различна для каждого момента времени при нагреве).

dt - приращение данного превышения за время dt.

Разделим каждый член уравнения ( * ) на C ´ G ´ dt

t₀ - превышение температуры проводника над температурой окружающей среды в начале процесса нагрева при t = 0.

t_У - установившееся превышение температуры. Ищется из уравнения теплового баланса, поскольку в установившемся режиме dt = 0. Тогда:

T - постоянная времени нагрева

Т = [ c ]- это время, за которое нагревался бы проводник до значения Q_УСТ (установившееся температура), если бы отдачи тепла в окружающую среду не было.

В установившемся режиме все выделяемое тепло отдается в окружающую среду. В обоих случаях нагрева нагрев до установившейся температуры происходит за одно и то же время, изменяется лишь скорость нагрева.

t = t₀ ´ e^-t/T + t_У ´ ( 1 - e^-t/T)

Т - всегда может быть рассчитана.

Если время нагрева не превышает 0.1*T (t_нагр. < 0.1*T), то потерями в окружающей среде пренебрегают.

Чем больше Т, тем медленнее нагревается проводник.

Охлаждение проводника.

Допустим ток, протекающий по проводнику, прекратился:

Pdt = 0

С ´ G ´ dt + F ´ Kт ´ t ´ dt=0

t=t_O*e^-t/T

При t_O = t_y кривая охлаждения является зеркальным отображением кривой нагревания.

Каждый электрический аппарат имеет какую-то свою допустимую температуру, т.е.

Q_ДОП - Q_ОПР.СР = t_у =

К_Т - коэффициент теплоотдачи

F - поверхность, с которой испускается тепло.

I_ДОП=

I_ДОП - ток, который допустимо пропускать по проводнику, кабелю, электрическому аппарату. При этом температура аппарата (кабеля, провода) не превышает допустимое значение. Такой ток называется длительно допустимым.

Для электрических аппаратов этот ток как правило называется номинальным, т.е. это ток, длительное протекание которого не вызывает нагрева электрического аппарата сверх допустимой температуры.