4.2.2. Нагрев токоведущих частей при протекании сквозных токов
короткого замыкания
При протекании токов короткого замыкания в токоведущих частях электрических аппаратов возникают переходные процессы нагревания и охлаждения.
Процесс нагрева токопроводов током короткого замыкания отличается рядом таких характерных особенностей, как:
- большие плотности тока;
- малая длительность протекания процесса, т. к. в электрический схемах отключение тока короткого замыкания производится за короткий промежуток времени с момента его возникновения;
- сложный характер изменения тока во времени;
- значительное изменение температуры нагрева токопровода за короткий промежуток времени.
При сквозных токах к.з. токоведущие элементы нагреваются за малое время, измеряемое десятыми долями секунды. При таких условиях в первом приближении полагают, что количество тепла, передаваемого в окружающую среду, относительно мало. Поэтому при расчёте теплового режима ТВС теплопередачей в окружающую среду конвекцией и излучением можно пренебречь. Выделяемая в проводнике энергия расходуется на его нагрев, что позволяет записать уравнение теплового баланса в виде:
Значительная неравномерность распределения тока при резком проявлении поверхностного эффекта и, особенно, из-за эффекта близости в режиме к.з. может привести к существенной неравномерности в распределении температуры по периметрам сечений ТВС.
Расхождение между средним значением температуры, определяемым по общепринятой методике расчёта, предполагающей адиабатный режим нагрева без учёта фактического распределения тока по периметру сечения, и её максимальным значением при учёте неравномерности в распределении
тока достигает 60-100 %. Полученные результаты свидетельствуют о необходимости расчёта тепловых режимов многоэлементных токоведущих систем при сквозном токе к.з., где определяется не только средняя температура нагрева отдельных элементов сечения токоведущей системы, но и действительное распределение температуры по сечениям всех элементов, входящих в токоведущую систему.
Анализ выполненных конструкций аппаратов на большие токи свидетельствует о существенной неравномерности в распределении тока в токоведущих системах, составленных из параллельно включенных элементов, из-за их взаимного индуктивного влияния и эффекта близости. В связи с этим для повышения термической и электродинамической стойкости при токах к.з. целесообразно снижать допустимую плотность тока и тем существеннее, чем больше номинальный ток аппарата.
Способность аппарата выдерживать тепловое воздействие тока короткого замыкания, согласно установленным нормам, оценивается предельной величиной среднеквадратичного значения тока, отнесённого к некоторому заданному времени протекания тока, при котором температура кратковременного нагрева достигает максимально допустимого значения. Этот ток называется наибольшим током термической устойчивости.
Для выключателей переменного тока высокого напряжения наибольший ток термической устойчивости по величине принимается равным наибольшему симметричному току отключения выключателя, отнесённому к некоторому минимальному времени протекания.
