Термическая устойчивость, электродинамическая устойчивость аппаратов

Термическая стойкость электрических проводников и аппаратов лимитируется предельно допустимой кратковременной температурой кр.доп частей проводников и аппаратов при КЗ, приведенной ниже, которая зависит от степени снижения механической прочности материала проводников и аппаратов при кратковременных нагревах токами КЗ:

 


 

 

Для электрических аппаратов устанавливается ток термической стойкости

IТЕР.НОРМ и нормированное допустимое время его протекания tтер.норм.

Термическая стойкость электрических аппаратов в общем случае проверяется по выражению

BТЕР.НОРМ = tтер.норм BК (2.15.1)

Или

BТЕР = tк > BК,

 

где Вк — интеграл Джоуля для условий КЗ.

Если время КЗ tК отличается от tНОРМ, то для определения тока термической стойкости в этих условиях можно согласно ГОСТ 687—78 Е использовать следующие выражения:

при tК = tОТКЛ > tТЕР.НОРМ

IТЕР = IТЕР.НОРМ , (2.15.2)

 

BТЕР = BТЕР.НОРМ;

 

при tК < tТЕР.НОРМ

IТЕР = IТЕР.НОРМ,

 

BТЕР = tК.

 

Интеграл Джоуля допускается определять по выражению

 

BК = + = BК.П + BК.А (2.15.3)

 

где Вкп — интеграл Джоуля от периодической составляющей тока КЗ; Вк.а — интеграл Джоуля от апериодической составляющей тока КЗ.

При наличии в сети нескольких источников

 

BК , (2.15.4)

 

где Iп0 — начальное значение периодической составляющей тока КЗ; Та.эк — эквивалентная постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ от нескольких источников.

Если 2tОТКЛ > > Та.эк, то

BК . (2.15.5)


 

 

Методика расчёта интеграла Джоуля в частных производных изложена в специальной литературе по данному вопросу.

Термическая стойкость проводников проверяется по условию

 

, (2.15.6)

 

где — конечная температура нагрева проводника при КЗ.

Определение температуры производится следующим образом.

Уравнение теплового баланса при КЗ

 

(2.15.7)

 

преобразуется к виду

 

 

 

и после интегрирования в соответствующих пределах

 

 

 

даёт решение в следующем виде

 

, (2.15.8)

 

где — удельное сопротивление материала проводника, — активное сопротивление проводника при температуре ; — удельная теплоемкость проводника при температуре ; G — масса проводника; — температурный коэффициент изменения удельного сопротивления; s — сечение проводника; l — длина проводника; с0 — удельная теплоемкость материала проводника; — температурный коэффициент изменения удельной теплоемкости; — плотность материала проводника; н — начальная температура проводника до КЗ; КН — конечная температура проводника во время КЗ; Акн — значение интеграла при верхнем пределе; Ан — значение интеграла при нижнем пределе.

Зная H, по кривым рис. 2.15.1 для проводника с соответствующим материалом находят АH и по выражению (3.41) — Aкн:

 

Aкн = Ан + .


 

 

Далее вновь по рис. 3.22 при известном значении Акн находят температуру K.H и составляют ее по (3.39) с кратковременно допустимой температурой проводника при КЗ.

Если принять, что до КЗ проводник был полностью загружен и его температура была ДЛ.ДОП, а при КЗ он нагрелся до температуры Kp.доп, то очевидно,

 

, (2.15.9)

где СТ — коэффициент, значения которого приведены ниже:

 

 

 

Рис. 2.15.1. Кривые для определении конечной температуры нагрева проводников из различных

материалов при КЗ:

1 — ММ; 2 — МТ; 3 — AM; 4 — AT; 5 — АДО, ACT; 6 — АД31Т1; 7 — АД31Т; 8 — Ст.З

 

 


 

Реальное сечение проводника должно удовлетворять условию

 

ssТЕР.min (2.15.10)

 

На практике обычно решается одна из следующих задач:

а) при известных параметрах проводника цепи проверяется его термическая стойкость при К3 по выражению ;

б) при известных значениях тока КЗ в цепи и температуры нагрева проводника определяется его термически стойкое сечение по выражению.

 

Электродинамическая стойкость электрических аппаратов проверяется по

выражениям

iпр.скв = iдин iуд.расч

iпр.скв iпо

 

где iпр.скв - предельный сквозной ток аппарата, допустимый при КЗ; iдин

нормированный ток электродинамической стойкости аппарата; iуд.расч —

расчетное (наибольшее) значение ударного тока КЗ в цепи данного аппарата; iп0 — периодическая составляющая тока КЗ в начальный момент.