Лекция 7 нагрев электрических аппаратов
План:
Общие сведения.
Активные потери энергии в аппаратах.
Способы передачи тепла внутри нагретых тел и с их поверхности.
Установившийся режим нагрева.
Нагрев аппаратов в переходных режимах.
Нагрев аппаратов при коротком замыкании.
Допустимая температура различных частей электрических аппаратов.
Термическая стойкость электрических аппаратов.
7.1 Общие сведения
При работе аппарата в его токоведущей цепи, изоляции и деталях конструкции возникают потери электрической энергии, которые превращаются в тепло. Тепловая энергия частично расходуется на повышение температуры аппарата и частично отдается в окружающую среду.
Работа контактных соединений также сильно зависит от температуры.
Нагрев токоведущих частей и изоляции аппарата в значительной степени определяет его надёжность. Поэтому во всех возможных режимах работы температура частей аппарата не должна превосходить таких значений, при которых обеспечивается его длительная надёжная работа.
7.2 Активные потери энергии в аппаратах
Потери в токоведущих частях. В аппаратах постоянного тока нагрев происходит только за счет потерь в активном сопротивлении токоведущей цепи.
Энергия, выделяющаяся в проводнике
,
где: W - энергия; i - ток в цепи; R – активное сопротивление; t - длительность протекания тока.
При переменном токе активное сопротивление проводника отличается от сопротивления при постоянном токе из-за возникновения поверхностного эффекта и эффекта близости. Сопротивление при переменном токе
,
где:
R
-
сопротивление при постоянном токе;
- коэффициент добавочных потерь, вызванных
эффектом поверхностным и эффектом
близости,
- коэффициент
добавочных потерь от поверхностного
эффекта рассчитывается по специальным
кривым;
;
- коэффициент
эффекта близости;
-
активное
сопротивление проводника, находящегося
в магнитном поле других проводников;
-
сопротивление
уединённого проводника.
Потери в нетоковедущих ферромагнитных частях. При переменном токе, кроме активных потерь в токоведущей цепи, появляются активные потери в ферромагнитных деталях аппаратов, расположенных в переменном магнитном поле.
В этих деталях появляются э.д.с. и вихревые токи таких направлений, при которых создаваемые ими потоки противодействуют изменению основного потока. Из-за размагничивающего действия этих потоков магнитный поток по сечению распределяется неравномерно. Толщина слоя, на протяжении которого индукция постоянна, называется глубиной проникновения потока. Эффект этот аналогичен поверхностному эффекту у проводников.
где:
а
- глубина
проникновения; ρ
-
удельное сопротивление; ω
-
круговая частота;
-
абсолютная проницаемость материала.
От вихревых токов возникают дополнительные потери на перемагничивание за счет гистерезиса.
Полные потери в магнитопроводе
где:
-максимальное
значение индукции;
- частота;
и
-
коэффициенты
потерь от гистерезиса и вихревых токов;
-масса
магнитопровода.
В аппаратах переменного тока ВН, помимо потерь в проводниковых и ферромагнитных материалах, необходимо учитывать потери, возникающие в изоляции
,
где
- частота;С
- емкость
изоляции; U
-
действующее значение напряжения на
изоляции;
-тангенс
угла диэлектрических потерь.
Изоляция аппарата нагревается за счёт как этих потерь, так и потерь в токоведущей цепи.