 |
1.4. Обще требования к электрическим аппаратам
|
|
|
|
1. 4. Обще требования к электрическим аппаратам
Требования к электрическим аппаратам весьма разнообразны и зависят от назначения, условий эксплуатации, необходимой надежности и т. д. Однако можно сформулировать требования, которые являются общими для всех электрических аппаратов.
1. Температура токоведущих элементов аппарата при номинальном режиме работы не должна превосходить значений, рекомендуемых соответствующим ГОСТ или другим нормативным документом. При коротком замыкании (КЗ) токоведущие элементы аппарата подвергаются значительным термическим и динамическим нагрузкам, вызываемым большим током. Эти нагрузки не должны вызывать остаточных явлений, нарушающих работоспособность аппарата после устранения КЗ.
2. Аппараты, предназначенные для частого включения и отключения, должны иметь высокую износостойкость.
3. Контакты аппаратов, предназначенных для отключений токов КЗ, должны быть рассчитаны на этот режим.
4. Изоляция электрических аппаратов должна выдерживать перенапряжения, которые имеют место в эксплуатации, и обладать определенным запасом, учитывающим ухудшение свойств изоляции с течением времени и вследствие осаждения пыли, грязи и влаги.
5. К каждому аппарату предъявляется ряд специфических требований, обусловленных его назначением Так, например, выключатель высокого напряжения должен отключать ток КЗ за малое время (0, 04…0, 06 с). Трансформатор тока должен давать токовую и угловую погрешности, не превышающие определенного значения.
6. В связи с широкой автоматизацией производственных процессов, применением сложных схем автоматики увеличивается число аппаратов, участвующих в работе. Возможность отказа в работе электрических аппаратов требует их резервирования и создания специальной системы поиска неисправностей. В связи с этим электрические аппараты должны обладать высокой надежностью. Выход из строя аппаратов высокого напряжения приводит к большим разрушениям и материальным потерям.
|
|
|
7. Масса, габаритные размеры, стоимость и время, необходимые для установки и обслуживания электрических аппаратов, должны быть минимальными. Отвечающие современным требованиям электрические аппараты за срок службы 25 лет не должны нуждаться в ремонте и сложной ревизии. Конструкция электрических аппаратов должна обеспечивать возможность автоматизации в процессе их изготовления и эксплуатации.
1. 5. Общие сведения по техническим параметрам и характеристикам электрических аппаратов
Аппарат изготавливается на номинальные технические параметры – номинальное напряжение и номинальный ток. Наиболее распространены следующие значения номинальных напряжений:
- переменный ток – 24, 36, 127, 220, 380 В;
- постоянный ток – 12, 24, 48, 110, 220, 440 В.
Характерные значения номинальных токов: 0. 1, 0. 2, 0. 5, 1, 3, 6, 10, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000 А.
При длительном режиме работы электрический аппарат находится под номинальным током сравнительно долго. При этом происходит нагрев его токоведущих частей, что приводит и к нагреву прилегающей к ним изоляции. Поэтому допустимая температура нагрева токоведущих частей определяется минимальной величиной – допустимой температурой нагрева смежной с ними изоляцией, которая ниже допустимой температуры металлических частей.
По нагревостойкости изоляционные материалы делятся на классы в соответствии с ГОСТом:
- наименее стойкие материалы относятся к классу «Y» с допустимой температурой нагрева - 90°C, к ним относятся непропитанные или не погруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы и шелка;
|
|
|
- наиболее термостойкие материалы – класс «C» – температура нагрева может превышать 180°C, это такие материалы, как слюда, керамика, стекло, кварц.
Температура частей электрических аппаратов обтекаемых током также оговаривается ГОСТом, и подразделяются на классы.
На рис. 1. 1 показан пример использования электрических аппаратов в схеме защиты силовой электрической цепи.
Рис. 1. 1. Электрические аппараты в схеме защиты
2. 4 Термическая устойчивость электрических аппаратов
Термическая устойчивость – способность аппарата противостоять термическому воздействию токов короткого замыкания. Она определяется значением тока термической устойчивости Iт. у, который в течение времени термической устойчивости tт. у. нагревает токоведущую часть до температуры, которая превышает допустимую температуру (Тк) в номинальном режиме.
Допустимые температуры нагрева токоведущих частей в режиме короткого замыкания для некоторых случаев приведены в табл. 2. 2:
Таблица 2. 2. Допустимые температуры нагрева
| Токоведущие части | Тк, °С | ||
| медь | алюминий | сталь | |
| Неизолированные | |||
| Изолированные с изоляцией класса: | |||
| Y | |||
| A | |||
| B и C | |||
Кратковременный нагрев проводника током короткого замыкания допустимо рассматривать адиабатическим, т. е. происходящим без отдачи тепла в окружающую среду. Для такого процесса уравнение баланса энергии при нагреве проводника на температуру dT за время dt записывается следующим образом
. (2. 14)
Левая часть уравнения (2. 14) представляет собой выражение тепловой энергии, выделившейся в проводнике, правая – энергию, запасенную в теплоемкости проводника. После деления переменных в (2. 14) и интегрирования в пределах (t = 0 ¸ tт. у) и (T = Tнач. ¸ Tкон. ) получим выражение для определения термической устойчивости токоведущих частей
. (2. 15)
Для данной токоведущей части
,
поэтому
.
Здесь току I′ т. у соответствует время термической устойчивости t′ т. у, а току I′ ′ т. у – время t′ ′ т. у.
За начальную температуру нагрева Tнач обычно принимается температура нагрева частей при номинальном токе.
|
|
|
При расчетах пользуются временем термической устойчивости tт. у = 10; 5; 1; 0, 5 с. Допустимая плотность тока термической устойчивости значительно больше плотности номинального тока. Для меди приблизительные значения Iт. у от tт. у приведены в таблице 2. 3.
Таблица 2. 3. Допустимая плотность тока при коротком замыкании для меди
| Iт. у, А/мм2 | tт. у, с |
| 0. 01 |
|
|
|
