Лекция 2. Физические процессы в электро­энергетическом оборудовании. Режимы работы электроэнергетического оборудования

ЛЕКЦИЯ 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРО­ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ОБОРУДОВАНИИ. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

2. 1. Нагрев токоведущих частей электроэнергетического оборудования

Фактическая температура нагрева токоведущих частей оборудования, которая не должна превышать допустимую температуру, определяется для установившегося состояния из уравнения баланса мощностей. Мощность P_подв (Вт), выделяемая током I_н (А) в элементарном проводнике длиной l (м) и поперечным сечением S (м²) равна

 ,                                                   (2. 1)

где r₀(Ом× м) – удельное сопротивление проводника постоянному току при Т = 0 °C (для меди r₀ = 1, 58 мкОм× см); a (°С^–1) – температурный коэффициент сопротивления, (для меди a = 4, 3× 10^-3 °С^–1).

В простейшем случае мощность, отводимая с боковой поверхности S_бок однородного проводника, расположенного в воздухе и нагретого до температуры Т, определяется по формуле Ньютона

 ,                                                                 (2. 2)

где k_T – коэффициент теплоотдачи, (для воздуха k_T @ 10-3 Вт/(см2× °C); Т_окр – температура окружающей среды (для наиболее тяжелых условий около 40°С).

Для отрезка провода S_бок представляет собой произведение периметра p на его длину l, тогда из уравнений (2. 1) и (2. 2)

 .                                                                 (2. 3)

Допустимая плотность номинального тока для круглых медных проводников обычно принимается от 2-х (большие токи) до 6-и (малые токи) А/мм². Рост тока ведет к увеличению сечения проводника, что затрудняет отвод тепла. Поэтому при возрастании тока допустимую плотность тока снижают.

2. 2 Режимы работы электроэнергетического оборудования

В зависимости от времени работы режимы делятся на:

S1 – длительный;

S2 – кратковременный;

S3 – повторно-кратковременный.

Режим работы электроаппарата характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ), выраженной в процентах

 ,                                                                   (2. 4)

где t_н и t_п – время нагрузки и паузы тока соответственно.

Три основных режима работы аппарата характеризуется определенным изменением во времени t тока нагрузки I_н и превышением температуры нагрева t (разность между температурами нагрева и окружающей среды).

Длительный режим – в этом режиме достигается установившееся превышение температуры t_м.

ПВ%=100%

Рисунок 2. 1 – Изменение тока и температуры при длительном режиме работы.

 

Длительный режим работы характерен для непрерывных производственных процессов: станочно-обрабатывающее оборудование, конвейерное оборудование, нагнетательное оборудование и др.

 

Повторно-кратковременный режим – температура электро­оборудования за время нагрузки не успевает достичь предельно допустимого значения, а за время паузы не успевает снизиться до температуры окружающей среды. Стандартные значения ПВ: 15, 25, 40, 60%.

Рисунок 2. 2 – Изменение тока и температуры при повторно-кратковременном режиме работы.

 

Кратковременный режим – температура электро­оборудования за время нагрузки не успевает достичь предельно допустимого значения, а за время паузы электрооборудование охлаждается до температуры окружающей среды с разницей, обычно, в 2.. 3°С.

Рисунок 2. 3 – Изменение тока и температуры нагрева при кратковременном режиме работы.

 

Тепловая постоянная времени (q₀)– характеризует скорость изменения температуры токоведущей части

 ,                                                                               (2. 5)

где с – удельная теплоемкость, Дж/(кг× К); G – масса проводника, кг; k_T – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²× K); S₀ – общая поверхность охлаждения м².

Касательная к кривой t(t) отсекает на линии установившейся температуры отрезок q₀ (рис. 2. 3).

Для длинного проводника с равномерными условиями нагрева и теплоотдачи масса и площадь будут соответственно

G = g S l,                         (2. 6)   S₀ = p l,                            (2. 7)

где g – плотность материала проводника (кг/м³); S – поперечное сечение проводника (м²); p – периметр проводника (м).

Тогда

.                                                                                     (2. 8)

Допустимое превышение температуры – tд. При расчетах температуры в разных режимах обычно вычисляется эквивалентный ток, который при длительном протекании по проводнику вызывает такой же нагрев, как и реальный ток, изменяющийся во времени, в соответствии с режимом работы.

Эквивалентный ток в повторно-кратковременном режиме работы

 .                                                           (2. 9)

Из выражения (2. 4)

 .                                                                              (2. 10)

Подстановка (2. 10) в (2. 9) дает

 .                                                         (2. 11)

При кратковременном режиме работы ПВ% @ 0, следовательно, эквивалентный длительный ток равен:

.                                                                  (2. 12)

Для длительного режима I_э = I_н.

Размеры поперечного сечения проводника для повторно-кратковременного и кратковременного режимов можно рассчитывать по формуле (2. 3), если вместо тока нагрузки подставлять значение соответствующего эквивалентного тока.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: