Расчет цеховой электрической сети: Методические указания к выполнению курсовой работы, страница 23

При протекании тока КЗ проводники и аппараты дополнительно нагреваются сверх нормальной рабочей температуры. Длительность процесса КЗ обычно мала (в пределах нескольких секунд), поэтому тепло, выделяющееся в проводнике, не успевает передаться в окружающую среду и практически целиком идет на нагрев проводника.

Поскольку ток КЗ значительно превышает ток рабочего режима, нагрев проводника может достигать опасных значений, приводя к плавлению или обугливанию изоляции,  к деформации и плавлению токоведущих частей и т. д.

Критерием термической стойкости проводника является допустимая температура его нагрева токами КЗ. Поэтому проводник или аппарат следует считать термически стойким если его температура в процессе КЗ не превышает допустимых значений. Значения допустимых температур нагрева проводников определены из соображений сохранения механической прочности металла для неизолированных проводников и стойкости изоляции к нагреву для изолированных.

В курсовой работе по условию термической стойкости проверяют следующие электрические аппараты и токоведущие части: шинный мост, рубильники QS1 и QS3, автоматические выключатели QF1, QF4, QF6, кабельную линию W3.

Шинный мост

Проверка шинного моста на термическую стойкость состоит в определении температуры нагрева  его полос во время короткого замыкания и сравнении ее с кратковременно допустимой температурой при КЗ. В связи с этим рекомендуется следующий порядок расчета температур нагрева шин моста.

1. 

Определяют начальное значение удельного теплового импульса тока рабочего режима, которому подвергаются шины моста к началу возникновения короткого замыкания, где      А_нач – начальное значение удельного теплового импульса рабочего тока, A²·c/мм⁴;

с – удельная теплоемкость материала шин, зависящая от температуры. При температурах от 20º до 300ºС у алюминиевых и медных проводников ее изменения не превышают 10% значения, определенного при температуре 100 ºС. По этому для алюминия можно принять с=940 Дж/кг·Кº.

γ – плотность материала шин (для алюминия – 2,7·10³ кг/м³);

α – температурный коэффициент сопротивления материала шин при 20ºС (для алюминия – 4,9·10^-3 К^-1);

ρ₂₀ – удельное сопротивление материала шин при 20ºС (для алюминия 2,8·10^-8 Ом·м);

           θ_нач – начальная температура шин моста перед возникновением короткого замыкания, ºС, где      θ_окр – температура окружающей среды, ºС,

θ_дл.доп – длительно допустимая температура шин моста (70ºС для алюминия);

θ_окр.н – нормированная температура окружающей среды, ºС;

I_р – расчетный ток шинного моста, А;

I_доп – длительно допустимый ток при фактических условиях прокладки, А. 

2.  Находят тепловой импульс тока КЗ, значение которого пропорционально количеству тепловой энергии,  выделяемой током КЗ в проводнике,

где      B_к – тепловой импульс тока КЗ, A²·c;

I_п.о – начальное значение периодической составляющей тока КЗ, А;

t_ОТКЛ – время отключения тока КЗ, с;

T_а – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, c.

3. 

Определяют значение удельного теплового импульса, соответствующее конечному тепловому состоянию шин моста при коротком замыкании, где      А_кон – конечное значение удельного теплового импульса тока КЗ, A²·c/мм⁴;

F – площадь поперечного сечения шин моста, мм².

4.  Температура θ_кон нагрева шин моста по окончании КЗ и величина А_кон также связаны зависимостью вида (8), с помощью которой определяют искомую температуру нагрева шин моста.

5. 

Шины моста считают термически стойкими к протеканию токов КЗ, если выполняется условие где      θ_кон  - конечная температура нагрева шин моста при КЗ, ºС;

θ_к.з.доп – кратковременно допустимая температура нагрева шин моста при протекании токов КЗ (200ºС – для алюминевых шин).