Режим нагрева элементов электрических установок токами-термическое действие токов короткого замыкания

Различают два основных режима нагрева элементов электроустановок токами: длительный нормальный режим работы и кратковременный режим короткого замыкания.

Температура нагрева проводника в нормальном режиме зависит от величины протекающего по нему рабочего тока /раб и определяется по формуле.

где.

— начальная температура проводника в момент возникновения режима КЗ (рис. 4.5);

— температура окружающей среды;

— допустимая температура нагрева проводника максимальным рабочим током ;

— рабочий ток, протекающий по проводнику перед возникновением КЗ;

— максимальный допустимый ток рабочего режима.

Рис 4.5. Диаграмма изменения температуры проводника при нагреве его током КЗ.

Допустимые температуры нагрева шин и кабелей длительными рабочими и кратковременными токами КЗ Таблица 4.1.

Вид проводника.	С,.
Шины: медные алюминиевые стальные Кабели с бумажной пропитанной изоляцией на напряжение, кВ. 3 6 10 20 и 25 Кабели и изоляционные провода с изоляцией: поливинилхлоридной (ПВХ) и резиновой полиэтиленовой.	+ 70. + 70. + 70. + 80. + 65. + 60. + 50. + 55. + 55.	300 200 300 200 200 200 125 150 120	0,171 0,088 0,06 0,141/0,085 0,141/0,085 0,141/0,085 0,141/0,085 0,114/0,075 0,094/0,065
Примечание: коэффициент С в числителе — для кабелей с медными жилами, в знаменателе — с алюминиевыми.

Надежная работа проводников электроустановки в нормальном режиме может быть обеспечена только при условии, что, т. е.

При коротком замыкании время протекания тока до отключения обычно не превышает нескольких секунд или даже долей секунды, поэтому можно не учитывать отдачу тепла в окружающую среду и считать, что все тепло, выделяемое в проводнике за время КЗ, идет на повышение его температуры (адиабатический процесс нагрева). Так как токи КЗ во много раз превышают рабочие, температура проводников, несмотря на кратковременность, может достигать очень больших значений максимально допустимый нагрев токоведущих частей током КЗ определяется тепловыми свойствами их изоляции и условиями сохранения механической прочности металла проводника. При недопустимо высоких температурах нагрева происходит быстрое старение изоляции проводников и их отжиг.

Проверим на термическую стойкость шины распределительного устройства типа А-30 4 с длительно допустимым током = 365 А, по которым в рабочем режиме протекает ток = 200 А. Ток короткого замыкания = 10 кА отключается после возникновения режима КЗ через время = 1,4 с.

Так как шины расположены на воздухе, то принимаем температуру окружающей среды = +25°С, допустимую температуру берем из табл. 4.1. = +70°С.

Начальная температура шин в режиме КЗ по формуле.

Тепловой импульс Вк по формуле.

По кривым рис. 4.6. определяем, соответствующее = 38,5°С Для алюминиевых шин =.

По формуле определяем :

Если расчет показывает, что при принятом по нормальному режиму работы сечении токоведущих частей температура нагрева при КЗ получится недопустимо большой (), то целесообразно в целях ускорения расчетов определить минимально допустимое сечение токоведущей части по условиям нагрева ее током КЗ. Минимальное сечение определяется по наиболее сложным исходным условиям, когда нагрев проводника перед началом режима КЗ достигает максимально допустимого значения (), а в результате протекания тока КЗ температура нагрева к моменту отключения достигнет максимального значения (). На основе сказанного выражение () можно записать.

Правая часть этого выражения в каждом конкретном случае может быть определена по кривым рис. 4.6, а и для этого расчета могут быть взяты из табл. 4.1.

Из выражения () можно определить минимальное допустимое сечение.

Обозначим, тогда.

Коэффициент С принимается по табл.4.1.

По подбирают ближайшее большое стандартное сечение проводника по соответствующим справочным таблицам.

Если сечение проводника предварительно выбрано по рабочему режиму, то он будет термически стоек, если выполняется условие где.

q — выбранное сечение проводника, мм2.