Проявление электрического тока

В тепловом и механическом воздействиях на аппарат

Источники теплоты в электроаппаратах

Каждый ЭА можно рассматривать как физическое тело со многими источниками теплоты и различными условиями его отвода в окружающую или специальную теплоотводящую среду. Если нагрев, которому подвергаются во время работы различные элементы ЭА, превышает определенный предел, то это может вызвать их повреждение, вывести из строя другие элементы конструкции, а также снизить долговечность и надежность аппарата в целом.

Важнейшим источником теплоты в любом ЭА является токоведущая система, включающая в свой состав электрические контакты, электронные ключи, катушки с витками провода и другие токоведущие элементы. Согласно закону Джоуля-Ленца потери электрической энергии при ее преобразовании в тепловую энергию в токоведущем элементе:

,

где I - ток в цепи; R_Э - сопротивление токоведущего элемента; T - длительность прохождения тока. Это уравнение применимо в равной мере как к постоянному, так и к переменному току, если понимать под I действующее значение переменного тока. Часть тепловой энергии ∆W_Трасходуется на нагрев токоведущего элемента, другая часть рассеивается в окружающей среде. Этот токоведущий элемент нагревается, но его температура повышается до тех пор, пока количество выделенной в нем энергии в единицу времени не станет равной количеству рассеянной энергии за то же время.

В магнитных материалах магнитопроводов, находящихся в переменном магнитном поле, возникают потери, обусловленные явлениями гистерезиса и вихревых токов. Эти потери проявляются в нагреве магнитопровода. Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопроводы выполняют шихтованными для переменного магнитного потока, т.е. наборными из электрически изолированных друг от друга пластин толщиной 0,2…0,5 мм. Для снижения потерь на гистерезис применяют легированные стали, которые имеют узкую петлю гистерезиса характеристики намагничивания.

Предельная допускаемая температура нагрева

Максимальную температуру, при которой гарантируется надежная длительная работа ЭА и которую детали ЭА могут длительно выдержать без снижения их электрических и механических свойств, называют предельной допускаемой температурой (ПДТ) [3]. ПДТ для изолированных проводников и деталей определяется свойствами изоляции и механической прочностью самих проводников. Например, ПДТ изоляционных волокнистых материалов из целлюлозы и шелка составляет 90^ОС; ПДТ слюды, кремнийорганических материалов, стекла, кварца более 180^ОС. Допустимая температура при кратковременном нагреве токами короткого замыкания неизолированных токопроводов принимается для меди 300 ^оС, алюминия 200 ^оС и стали 400 ^оС [2].

Термическая устойчивость аппарата

Токоведущие части ЭА, рассчитанные и выбранные по длительному режиму работы, проверяют на термическую устойчивость при коротком замыкании. Под термической устойчивостью аппарата понимают его способность выдерживать без повреждений и нагрева свыше норм тепловое действие тока короткого замыкания определенной длительности.

Термическое действие тока на ЭА зависит от длительности его прохождения по аппарату. Поэтому ток термической устойчивости относят к определенному времени его действия. Обычно термическая устойчивость аппарата нормируется 0,5- , 1- , 5- или 10-секундным током термической устойчивости.

Соотношение между токами термической устойчивости I₁ и I₂ при различных значениях времени воздействия T₁ и T₂ определяется по формуле

.

Аппараты не проверяются на термическую устойчивость, если они защищены быстродействующей защитной аппаратурой (плавкими предохранителями, автоматическими выключателями).