Дается краткая характеристика каждого издания с рекомендациями по использованию. 11 страница

расположенный в прямоугольном пазу ферромагнитного тела

 

В реальном аппарате картина зна­чительно усложняется, поскольку по мере продвижения дуги вверх растет поток в цепи и наступает насыщение верхней части пластин решетки. Если опытным путем, с помощью измерительной катушки получить зависи­мость Ф_x= f(х), заменив дугу про­водником, то величина силы, действующей на дугу, может быть достаточно точно рассчитана с учетом сопротивления стали по следующей формуле:

,                                        (6.18)

где  находится графическим дифференцированием опытной кривой . Для клиновидной щели (рис. 6.5) сила, действующая на дугу, может быть также рассчитана по уравнению (6.16), если принять те же допущения, что и для прямоугольной щели:

	(6.19)   (6.20)

 здесь  воздушный зазор на расстоянии х от начала решетки.

Подставив  в уравнение для силы, получим

.                   (6.21)

 

Рис. 6.5. К расчету сил, действующих на проводник,

расположенный в суживающемся пазу ферромагнитного тела

 

В отличие от предыдущего случая по мере роста х₁величина силы увеличивается и достигает бесконечной величины при х₁ = h. В действительности, по мере уменьшения  будет возрастать па­дение магнитного потенциала в стали. В этом случае мы не имеем права пользоваться уравнением. При х₁ = h вся намагни­чивающая сила проводника становится равной падению магнит­ного потенциала в стали. Уравнением можно пользоваться только тогда, когда падение магнитного потенциала в стали не­велико (не более 10% от общей намагничивающей силы).

Сила, действующая на дугу, может значительно искажаться ее формой. После расхождения контактов дуга имеет форму не прямолинейного проводника, а скорее форму части окружности. Это при­водит к тому, что сначала в решетку входит средняя часть дуги, а потом ее крайние части. Кроме того, дуга может не располагаться точно по оси паза, что также затрудняет расчет. Формулы могут быть использованы только для ориентировочных расчетов. Для более точных расчетов рекомендуется опытным пу­тем снимать зависимость  и пользоваться графическим дифференцированием.

Аналогичные силы возникают между проводником и ферромагнитным телом, поскольку при приближении проводника к телу обязательно возрастает поток и, следовательно, увеличивается электромагнитная энергия системы.

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ АППАРАТОВ

Электродинамические силы, возникающие в токоведущих ча­стях аппаратов, стремятся деформировать как сами проводники, так и изоляторы, с помощью которых эти проводники прикреплены к заземленным частям аппарата.

Ранее было показано, что э.д.у. меняются как во времени, так и по направлению. Известно, что прочность материала зависит не только от величины силы, но и от направления, длительности ее воздействия и от крутизны нарастания. К сожалению, в настоящее время сведения о работе проводниковых и изоляционных материа­лов в динамическом режиме крайне ограничены. Поэтому расчет прочности конструкции, как правило, ведется исходя из макси­мально возможных сил, хотя действуют эти силы кратковременно.

Электродинамической устойчивостью аппарата называется его способность противостоять силам, возникающим при протекании токов короткого замыкания.

Эта устойчивость может выражаться либо непосредственно амплитудным значением тока , при кото­ром механические напряжения в деталях аппарата не выходят за пределы допустимых величин, либо кратностью этого тока отно­сительно амплитуды номинального тока

.                                    (6.22)

Иногда динамическая устойчивость оценивается действующим значением ударного тока за период после начала короткого замы­кания.

В однофазных установках расчет э.д.у. ведется по ударному току короткого замыкания

.                                    (6.23)

Если короткое замыкание произошло вблизи генератора, то за расчетную величину I _т берется амплитуда сверхпереходного тока короткого замыкания.

Для трехфазного аппарата за расчетный ток принимается

,                               (6.24)

где ток I _тз – амплитуда симметричной составляющей 3-фазного замыкания. Расчет устойчивости проводится для средней фазы, дающей наибольшее значение сил.

Для проводниковых материалов рекомендуется не превышать следующих значений механических напряжений:

Медь (МТ) – 1400 кГ/см²; 1 кГ/см² =  Н/м².

Алюминий (AT) – 700 кГ/см².

ДОПУСТИМЫЕ МАКСИМАЛЬНЫЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ В НОРМАЛЬНОМ
РЕЖИМЕ И ПРИ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ

ИЗОЛИРОВАННЫЕ ПРОВОДНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
В НОРМАЛЬНОМ РЕЖИМЕ

Как показывают наблюдения, чем выше температура, воздейст­вию которой подвергаются изоляционные материалы, входящие в конструкции аппаратов, тем быстрее ухудшаются их механические и электрические качества: уменьшаются механическая и электри­ческая прочность, эластичность; при переменном токе увеличи­ваются диэлектрические потери, что, в свою очередь, вызывает дальнейшее повышение температуры изоляции и ее быстрое старе­ние. Ухудшение электрических и механических свойств изоляцион­ных материалов приводит к нарушению нормальной работы аппа­рата. С другой стороны, при прочих равных условиях, чем большие температуры допускаются в аппарате, тем требуется меньший расход проводниковых материалов, следовательно, снижаются вес и стоимость аппарата. Оптимальное решение вопроса о допустимых температурах достигается в результате длительных лабораторных исследований и эксплуатации электрических аппаратов с разными изоляционными материалами при различных температурах и ре­жимах работы (длительном, повторно-кратковременном, кратко­временном).

Естественно, что изоляционные материалы обладают разной стойкостью в отношении воздействия температур. Кроме того, в различных условиях степень воздействия температуры на изоля­ционные материалы меняется. Так, например, воздействие темпе­ратуры на изоляцию проводников катушек, пропитанных лаком, значительно слабее, чем непропитанных, и старение изоляции в них соответственно будет протекать медленнее.

В настоящее время в соответствии с ГОСТ 8865-58 и нормами МЭК (Международная электротехническая комиссия) изоляционные материалы разбиты по нагревостойкости на семь классов Y, А, Е, В, F, Н, С, длительно допустимые тем­пературы для этих классов приведены в табл. 6.1. В ГОСТах наряду с допустимой температурой часто указывается допустимое превышение температуры аппарата над температурой окружающего воздуха, определяемое как разность допустимой температуры и температуры окружающего воздуха. При этом температура окружающего воздуха чаще всего принимается 35 или 40 °С.

Дело в том, что в некоторых пределах изменения температур окружающего воздуха для данного режима работы превышение температуры аппарата практически не зависит от температуры окружающего воздуха, и, таким образом, результаты испытаний на нагрев электрических аппаратов, проведенные при разных температурах окружающего воздуха, становятся сравнимыми. Однако следует помнить, что срок службы аппарата опре­деляется не превышением температуры, а температурой на­грева, и вследствие этого превышения могут быть допущены разные температуры в зависимости от температуры окружающего воздуха.

В настоящее время во многих ГОСТах на электрические аппа­раты приведенная классификация изоляционных материалов пока не нашла отражения. Так, например, в ГОСТ 8024-56 «Аппараты переменного тока высокого напряжения» в зависимости от нагрева при длительной работе все изоляционные материалы разделяются на классы О, А, В, C снаибольшей температурой нагрева только 110 °С.

Для трансформаторного масла согласно ГОСТ 8024-56 допу­скается превышение температуры 40 °С, если масло используется в качестве дугогасящей среды, и 55 °С – для случаев, когда масло используется только как изолирующая среда.

Применительно к аппаратам низкого напряжения (до 1000 В)разработан ГОСТ 12434-66, в котором электрические аппараты разделяются на аппараты распределения энергии и аппараты управления приемниками энергии.

К аппаратам распределения энергии относятся автоматические выключатели, переключатели, плавкие предохранители, контакт­ные разъемы.

К аппаратам управления – приемникам энергии относятся контакторы, реле управления и промышленной автоматики, командоконтроллеры, кнопки управления, конечные и путевые выклю­чатели, резисторы, реостаты, электромагниты, контроллеры, руч­ные и электромагнитные пускатели.

Таблица 6.1

Длительно допустимые температуры
для изоляционных материалов различных классов

 

Класс	Y	А	Е	В	F	Н	С
	90	105	120	130	155	180	180

 

Примечание:

Класс Y – непропитанные и непогруженные в жидкий электроизоляционный мате­риал волокнистые материалы из целлюлозы и шелка, а также другие материалы, соответствующие данному классу и другому сочетанию ма­териалов.

Класс А – пропитанные и погруженные в жидкий электроизоляционный состав волокнистые материалы из целлюлозы или шелка, а также соответст­вующие данному классу другие материалы и другие сочетания мате­риалов.

Класс Е – некоторые синтетические и органические пленки, а также соответст­вующие данному классу другие материалы и другие сочетания мате­риалов.

Класс В – материалы на основе слюды (в том числе на органических подложках), асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими связующими и пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.

Класс F – материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими соста­вами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.

Класс Н – материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с кремнийорганическими связующими и пропитывающими составами, кремнийорганические эластомеры, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов.

Класс С – слюда, керамические материалы, стекло, кварц, применяемые без свя­зующих составов или с неорганическими или кремнийорганическими связующими составами, а также соответствующие данному классу дру­гие материалы и другие сочетания материалов.

 ИЗОЛИРОВАННЫЕ И НЕИЗОЛИРОВАННЫЕ
ТОКОВЕДУЩИЕ ЧАСТИ АППАРАТОВ
ПРИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ

Короткое замыкание в электроустановках сопровождается про­теканием по проводникам токов, значительно превышающих токи нормального рабочего режима. Так как длительность протекания токов короткого замыкания измеряется обычно от долей до единиц секунд, то естественно, что и допустимые температуры в конце короткого замыкания могут быть значительно выше температур, допускаемых при длительной нормальной работе.

В настоящее время довольно широко распространено мнение о нецелесообразности ограничения каким-либо ГОСТом темпера­тур при коротких замыканиях, и взамен этого предлагается предъяв­лять требования к аппарату: быть пригодным к даль­нейшей эксплуатации после протекания тока короткого замыкания данной длитель­ности (1 сек, 5 сек и т.д.). Для лучшей ориентировки при проек­тировании электрических аппаратов приведем предельно допустимые температуры в конце короткого замыкания, которые обычно прини­маются за основу при расчете устойчивости электрических аппара­тов при коротких замыканиях:

а) для медных проводников, неизолированных или покрытых изоляцией органического происхождения – 250 °С;

б) для алюминиевых проводников как изолированных, так и не­изолированных – 200 °С;

в) для медных проводников, покрытых изоляцией неорганиче­ского происхождения – 350 °С.

При таких больших температурах слой изоляции, непосредст­венно прилегающий к проводнику, повреждается; однако срок службы аппарата, как показывает опыт, все-таки остается довольно большим и экономически приемлемым.

Следует отметить, что при таких температурах, как 200-350 °С, особое внимание при проектировании электрических аппаратов должно быть уделено уменьшению механической прочности и температурным деформациям частей электрических аппаратов во избежание неудовлетворительной работы последних.

ПРОСТЕЙШИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПРЕВЫШЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

ПОНЯТИЕ О ВИДАХ ТЕПЛООБМЕНА

При наличии разницы температур в теле в нем происходит процесс выравнивания температур из-за потока тепла от мест с более высокой температурой к местам с более низкой температу­рой.

По аналогичной причине происходит выравнивание температур двух тел, имеющих разные температуры и находящихся в непосредственном соприкосновении или разделенных друг от друга какой-либо средой (газом, жидкостью и др.). Процесс переноса тепла называется теплообменом или теплоотдачей. Различают три спо­соба теплообмена: теплопроводность, конвекция, тепловое излучение.

Теплопроводностью называют явление пере­носа тепловой энергии непосредственно от одной части тела к другой (в чистом виде явление теплопроводности имеет место в твердых телах).

Конвекцией называют явление переноса тепловой энер­гии путем перемещения частиц жидкости или газа; явление конвек­ции всегда сопровождается явлением теплопроводности.

Различают естественную (свободную) конвекцию,когда движе­ние частиц окружающей среды у нагретой поверхности обусловлено разностью плотностей нагретых и холодных частиц жидкости или газа, и вынужденную конвекцию,когда движение частиц окру­жающей среды происходит в результате действия вентилятора, насоса или ветра и пр.

Исходя из физических представлений, легко прийти к выводу, что отдача тепла конвекцией в значительной мере будет зависеть от физических свойств среды (теплопроводности, вязкости, тепло­емкости, плотности), от обтекаемости тела, т.е. от его геометриче­ской формы и расположения в пространстве, от скорости движения частиц окружающей среды около нагретой поверхности и от степени шероховатости последней. Далее, поскольку физические свойства среды зависят от температуры, то и отдача тепла конвекцией будет зависеть от температуры среды и превышения температуры нагретой поверхности относительно среды.

Тепловым излучением (лучеиспусканием) называют явление переноса тепловой энергии электромагнитными волнами. Как будет видно из дальнейшего, теплообмен излучением между нагретыми поверхностями зависит от температуры поверх­ностей, от размеров, геометрии, обработки и их взаимного распо­ложения, от физических свойств материала.

Наружная поверхность нагретого тела излучает тепло на окру­жающие поверхности, имеющие меньшую температуру, чем поверх­ность нагретого тела, при этом мы будем предполагать, что газовая среда, например воздух, разделяющая поверхность нагретого тела от поверхностей, воспринимающих тепловые лучи, полностью прозрачна для последних.

При расчетах часто предполагается, что температура окружаю­щего воздуха практически равна температуре поверхностей, вос­принимающих тепловое излучение нагретой поверхности.

Жидкости и твердые тела практически не пропускают тепловых лучей, следовательно, в жидких средах имеет место только кон­вективный теплообмен. Следует подчеркнуть, что физическая природа всех трех способов передачи тепла совершенно различна.

ПРИМЕНЕНИЕ ФОРМУЛЫ НЬЮТОНА ДЛЯ РАСЧЕТА
 ОТДАЧИ ТЕПЛА С НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ (ЖИДКОСТИ, ГАЗУ)

В электротехнической практике весьма часто приходится рассчитывать превышение температуры наружной поверхности относительно температуры жидкой или газообразной среды, омываю­щей нагретую поверхность. В этих случаях оказывается весьма удобной широко известная формула Ньютона

,                                       (6.25)

здесь Р –мощность, отда­ваемая конвекцией и лучеиспусканием окружающей среде, Вт;      

S – нагретая поверх­ность, м²;

 – температура поверхности, °С;

– температура ок­ружающей среды;

– коэффициент теп­лоотдачи, учитывающий в общем случае отдачу тепла конвекцией и лучеиспусканием, вт/м²·град. Коэффициент теплоотдачи k_то численно равен мощности, отдаваемой нагретой поверхностью в 1 м² окружающей среде при разности температур в 1 ^оС между нагретой поверхностью и окружающей средой.

Р= k_то ·1 м² · 1 °С.                                      (6.26)

В соответствии с отмеченными факторами, от которых зависит отдача тепла конвекцией и лучеиспусканием, следует подчеркнуть, что коэффициент теплоотдачи k_то зависит от физических постоянных (удельного веса, теплопроводности, вязкости, теплоемкости), жидкой или газообразной среды, воспринимающей тепло от нагре­того тела, или наоборот, отдающей тепло твердому телу, от формы и расположения тела в жидкой или газообраз­ной среде, от состояния поверхностей и т.д.

Практический интерес представляет расчет нагрева катушек электрических аппаратов. На основе большого количества опытов, проведенных с различными цилиндрическими катушками, можно предложить следующие приблизительные выражения для опреде­ления коэффициента теплоотдачи:

---

Дата добавления: 2021-04-24; просмотров: 50; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!