Сети для установок повышенной частоты, страница 2

Для более крупных сечений и более высоких частот необходимо применять специальные конструкции кабелей виде бифилярной концентрической системы (рис. 6-53). Толщина внутренней жилы определяется выражением pZ₀ и наружной — по эквивалентному сечению внутренней жилы. В таком концентрическом кабеле весь металл будет нести ток, и потери энергии будут минимальными. Дополнительное достоинство концентрических кабелей состоит в малом индуктивном сопротивлении, которое возрастает пропорционально частоте. Для канализации больших токов следует применять несколько таких кабелей, включенных параллельно.

Рис. 6-53. Концентрический кобель

для повышения частоты

В трехфазных сетях должны применяться такие же кабели, включаемые по схеме спаренных фаз с любым расположением кабелей, поскольку все магнитное поле будет находиться внутри кабелей между жилами. Попытки создать трехжильный концентрический кабель не оправдались, так как в результате неодинакового переноса мощности по фазам симметрия токов и напряжений искажается.

Допустимые токи некоторых проводников при повы­шенной частоте приведены в приложении и П-III.

При больших токах применяются прямоугольные шины, сближенные широкими сторонами. При таком сближении шин с противоположным направлением тока весь ток сосредоточивается под действием эффекта близости на внутренних гранях и рабочее сечение шины получа­ется равным произведению высоты шины на глубину проникновения (рис. 6-54). Если начать раздвигать шины, то ток постепенно будет переходить с широкой стороны на торцевые; при достаточном удалении (3 м и более) ток пойдет только по торцевым граням, как отмечалось выше. Исследования Вильямсона показали, что при расстоянии между шинами, равном 1/4 высоты шины, сопротивление переменному току повышенной частоты и К_д получаются минимальными, что соответствует прохождению тока по трем граням — боковой и двум торцевым, с максимальным рабочим сечением. Такое расположение шин вызывает значительное магнитное поле между шинами и большую вели­чину индуктивного сопротивления, практически недопустимую. Поэтому шины ставятся возможно ближе друг к другу на расстояние, допустимое по условиям напряжения: минимальный воздушный зазор 10 мм до 400 В, 20 мм при 800 В и 30 мм до 1600 В.

Рис. 6-54. Бифилярная проводка двумя шинами

при повышенной частоте

а – сближенные шины; б – шины

на расстоянии ¼ высоты шины

Рис. 6-55. Схемы расположения шин в многополосных

шинопроводах повышенной частоты

а – нешихтованные шины;

б – шихтованные шины

Толщина прямоугольных шин при повышенной частоте по соображениям механической прочности берется равной 6 мм, хотя глубина проникновения получается значительно меньше. При шихтованном расположении шин с прямыми и обратными направлениями токов крайние шины работают только одной гранью — внутренней, так как наружная грань тока не несет (рис. 6-55). Внутренние шины работают обеими гранями.

Для трехфазных шинопроводов повышенной частоты оптимальным остается расположение шин по схеме спарен­ных фаз с соответствующим снижением допустимой нагрузки за счет глубины проникновения. Так, если шинопровод ШМА при 50 Гц допускает 1600 А, то при 400 Гц  1140 А.

Практически сети повышенной частоты встречаются только при частотах до 10 000 Гц в установках индукционного нагрева.

При открытой совместной прокладке проводов без экранирующей металлической оболочки, по которым проходят токи различных частот (50 и 400 Гц), для уменьшения наводимой ЭДС расстояние между ними должно быть не менее 80—100 мм. Кабели сечением 150 мм² и более применять не рекомендуется, так как они имеют повышенные добавочные потери мощности.

При выполнении сети повышенной частоты открыты­ми шинопроводами они должны прокладываться так, чтобы на расстоянии менее 200 мм отсутствовали метал­лические конструкции.

Проверка проводников сетей повышенной частоты по потерям напряжения производится так же, как и для сетей промышленной частоты. Потери напряжения в сети однофазного тока повышенной частоты определяются по формуле

∆U=k_пот ∙l∙I

где       k_пот — относительные потери напряжения на 1 м длины линии;

l—длина линии; I—ток линии.

Значение  k_пот можно выразить

где r, x — активное и индуктивное сопротивления провод­ника переменному току на данной частоте; cos φ — коэф­фициент мощности нагрузки; U_н—номинальное напря­жение.

Установки с частотой 50 кГц и выше работают, как правило, блоками генератор—индуктор при индукционном нагреве или генератор—конденсатор при диэлектрическом нагреве; участки сети высокой частоты получаются короткими и выполняются трубчатыми медными или алюминиевыми шинами с внутренним охлаждением водой, подводимой через изолирующие резиновые шланги. Водяное охлаждение применяется иногда для обычных кабелей, прокладываемых в резиновых, наполненных проточной водой шлангах, что дает возможность повысить нагрузку на них и использовать при высоких частотах.

Коммутационные аппараты на повышенную частоту также выполняются с водяным охлаждением главных неподвижных, а иногда и подвижных контактов в зависимости от частоты, с повышением которой увеличивается мощность потерь. При токах контактора

до 400 А       – искус­ственного охлаждения не требуется.

400—800 А при 8000 Гц и до 1200 А при 2500 Гц – водой охлаждаются только неподвижные главные контакты контактора.

Имеются конструкции высокочастотных рубильников и переключателей на 1000—1500 А с водяным охлаждением неподвижных и подвижных контактов.