Расчёт токоведущих частей в режиме КЗ или предельных токах

При работе электрического аппарата возможны случаи, когда по его токоведущей цепи проходит ток КЗ или предельный ток. В этом случае аппарат не должен разрушаться в течении некоторого времени. Способность аппарата выдерживать кратковременное тепловое действие токов КЗ или предельных токов называется термической устойчивостью аппарата. Эта способность характеризуется током термической устойчивости при определённом времени устойчивости.

Допустимая температура токоведущих частей аппарата при действии токов КЗ или предельных токов может быть значительно большая, чем при нормальных режимах. Например, для меди и латуни предельная температура может достигать 300^оС, для алюминия – 200^оС. Это обстоятельство в дальнейшем учитывается в расчётах. Уравнение теплового баланса для этого режима имеет следующий вид:

,

где: – энергия, которая выделяется в токоведущем контуре при протекании тока КЗ или предельного тока;

– энергия, которая расходуется на нагрев проводника.

Примерная энергия, которая отдаётся в окружающую среду , в этом случае незначительна, составляет 3-5 % от общей энергии, ею можно просто пренебречь.

Процесс нагрева адиабатический – отсутствие обмена с окружающей средой.

где: – масса , кг

– объём токоведущей детали, м³

– плотность, удельный вес

Уравнение теплового баланса

 ,  и – температурные коэффициенты

 (1)

где:  и – значения интеграла правой части при соответственно верхнем  и  значениях температур.

В литературе приводятся кривые зависимости температуры от , рассчитанные по формуле (1).

Рисунок 1.13 – Зависимость

Используя эти кривые можно определить ток термической устойчивости при заданном времени термической устойчивости или наоборот. Решение задачи сводится к следующему: если задано t_кз, то находится І_кз. и наоборот.

Для аппаратов низкого напряжения, как правило, определяется время термической стойкости на основании известного тока и сечения токоведущей детали I_кз и S_m. На основании известных данных А_кз и А_н определяем время термической стойкости. Для аппаратов высокого напряжения, как правило, регламентируется время термической стойкости, которое в соответствии с формулой (1) позволяет определить предельный ток К_з. Из выражения (1) видно, что  для одного и того же материала при одинаковых нагрузочных условиях величина постоянная, т.е. .

Используя это свойство можно легко определять значения тока термической стойкости при другом времени термической стойкости или наоборот.

Полученное время термической устойчивости для аппаратов низкого напряжения необходимо сопоставить с временем действия возможной тепловой защиты, при этом должно выполняться условие: время срабатывания защиты должно быть меньше времени термической устойчивости аппарата, чтобы был запас.