Термическая стойкость электрических аппаратов

Термической стойкостью электрических аппаратов называется способность их выдерживать без повреждений термическое воздействие проходящих по токоведущим частям токов заданной длительности. Количественной характеристикой термической стойкости является токтермической стойкости.

В режиме короткого замыкания (а это аварийный режим) электрические аппараты подвергаются значительным термическим воздействиям. Поэтому время действия этого режима ограничивается. Для большинства электрических аппаратов это время t =0,1T, т.е. не превышает время нагрева при адиабатном процессе (нагрев без теплообмена с окружающей средой).

Уравнение теплового баланса имеет вид

.

Для единицы объема проводника

,

где j - плотность электрического тока в проводнике.

Можно показать [1], что температурная зависимость при адиабатном процессе в режиме короткого замыкания представляет собой

.

Величина j²t называется квадратичным импульсом плотности тока.

Обычно кривая адиабатического нагрева приведена для температуры = 0. Если ≠ 0 и по заданному значению j²t требуется найти температуру проводника, то прежде по кривой (см. рис. 12) для заданной находим (j²t)_Н. Затем по оси абсцисс от значения (j²t)_Н откладываем отрезок, равный (j²t)_ЗАД , по кривой находим конечную температуру проводника .

На практике вводят понятие “фиктивное время” t_Ф короткого замыкания ‑ это время, в течение которого установившийся ток короткого замыкания оказывает такое же термическое воздействие на токоведущие части, как дей-ствительный ток короткого замыкания за действительное время короткого замыкания.

Справедливо соотношение

,

где j_У - установившееся значение плотности токa короткого замыкания.

Обычно фиктивное время короткого замыкания определяется по кривым t_Ф (β), где , i_П – пиковое значение тока короткого замыкания, I - действующее значение установившегося тока короткого замыкания.

Введя понятие “фиктивное время короткого замыкания”, можно вычислить квадратичный импульс плотности тока и для расчета воспользоваться кривыми адиабатического нагрева.

Зная время короткого замыкания и материал проводника, а также его допустимую температуру кратковременного нагрева, можно по кривым адиабатического нагрева определить плотность тока термической стойкости аппарата. После этого можно решать две задачи: по известному поперечному сечению проводника определить ток термической стойкости или по заданному току термической стойкости найти необходимое поперечное сечение токоведущих частей.

Расчетные времена короткого замыкания стандартизированы и приняты равными 10, 5 и 1 с. В соответствии с этими временами и токи термической стойкости носят названия 10-ти секундный, 5- ти секундный и 1 -секундный.

Так как времена короткого замыкания и плотности тока
взаимосвязаны:

,

легко получить формулы пересчета токов термической стойкости:

.