التأثير الحراري لتيارات الدائرة القصيرة. ماس كهربائى في أنظمة طاقة التيار المتردد التأثيرات الحرارية والديناميكية لتيارات الدائرة القصيرة

في وضع الدائرة القصيرة، العناصر الحاملة للتيار في التركيبات الكهربائية (قضبان التوصيل، والكابلات، وما إلى ذلك) لفترة قصيرة من الدائرة القصيرة ر(ثواني أو أجزاء من الثانية) يتم تسخينها بواسطة تيار ماس كهربائى. من بعض درجات الحرارة الأولية θ n إلى درجة الحرارة θ كحد أقصى. تيارات الدائرة القصيرة أعلى بعدة مرات من تيارات الوضع العادي، لذلك، على الرغم من قصر مدة الدائرة القصيرة، تزداد درجة حرارة الموصلات بشكل حاد وتصبح θ max أكبر بكثير من θ N (الشكل 6.1). تحديد درجة الحرارة θ max ومقارنتها مع الحد الأقصى المسموح به على المدى القصير θ max الإضافي هي مهمة الحسابات الحرارية لوضع الدائرة القصيرة

الشكل 6.1 تسخين الموصل في وضع الدائرة القصيرة

القليل من الوقت رتتيح لك ماس كهربائى إجراء حسابات حرارية أثناء ماس كهربائى. دون الأخذ في الاعتبار انتقال الحرارة إلى البيئة خلال هذا الوقت. دعونا نفكر في تسخين الموصل بواسطة المكون الدوري لتيار الدائرة القصيرة، تاركين جانبًا الآن التسخين الإضافي للمكون غير الدوري لتيار الدائرة القصيرة. مثل هذا النظر المنفصل لمكوني تيار الدائرة القصيرة. من الممكن أن يتبع ذلك مباشرة التعبير عن تيار الدائرة القصيرة الفعال I ماس كهربائى. :

I 2 k.z = I 2 p t + I 2 عند (6.1)

حيث I at هي قيمة المكون غير الدوري، و I p t – المكون الدوري.

يتم التعبير عن الطاقة المستهلكة في تسخين الموصل بالتيار t p t بواسطة قانون لينز. ثم يبدو التعبير الأولي لتسخين الموصل كما يلي:

أنا 2 ن تي R np t = C م θ (6.2)

حيث R np هي مقاومة الموصل، C هي السعة الحرارية المحددة لمادة الموصل، m هو وزن الموصل.

يرجع ذلك إلى حقيقة أن التيار يتغير خلال فترة الدائرة القصيرة. والسعة الحرارية والمقاومة للموصل هي دالة لدرجة الحرارة، ومعادلة التسخين الأصلية هي تفاضلية:

i 2 p t ρ o (1+ αθ) dt = s lγc س(1+ β θ) د θ (6.3)

حيث i p t هي القيمة اللحظية للمكون الدوري للدائرة القصيرة.

ρ o (1+ αθ) - مقاومة الموصل عند درجة حرارة θ o C، أوم

ج س(1+ β θ) - السعة الحرارية النوعية لمادة الموصل عند θ o C الثلاثاء. ق / ص ج

ρ س و ج س– مقاومة محددة وسعة حرارية عند 0 درجة مئوية

معاملات درجة الحرارة α و β للتغير ρ و ج

س ل –حجم الموصل، سم 3؛ γ - يهزم وزن المادة الموصلة جم/سم3

وبعد فصل المتغيرات وإعادة ترتيب المعاملات، نعيد كتابة المعادلة على النحو التالي:

د = لد θ (6.4)

أين ل = γ

خلال زمن الدائرة القصيرة t، ترتفع درجة حرارة الموصل من القيمة الأولية θ n إلى θ max للقيمة النهائية، لذلك يجب دمج طرفي المعادلة ضمن الحدود المحددة:

قانون التغيير في قيمة i p t مع مرور الوقت معقد للغاية، وبالتالي يتم تنفيذ تكامل هذه الوظيفة عن طريق استبدال المناطق (التكاملات). الشكل 6.2. يوضح هذه الطريقة.∞

الشكل 6.2 رسم بياني لتحديد الوقت الوهمي للمكون الدوري.

على الرسم البياني في الشكل 6.2، مساحة OABC المقابلة لوقت الدائرة القصيرة. ر يساوي الحرارة من تيار الدائرة القصيرة. خلال ر، أولئك.

منطقة OABC = dt

يمكن توليد نفس الكمية من الحرارة عن طريق تيار دائرة قصر ثابت (ثابت). أنا 2 ∞ ولكن لوقت مختلف ر fp. يمكن العثور على هذه المرة عن طريق بناء مستطيل ODEF بمساحة متساوية. لتحديد ر FP في وقت معروف ر وفقا لمنحنيات تيار الدائرة القصيرة المحسوبة. بنيت التبعية ر fп =f () (الشكل 6.3)، و  = I” / I∞. وبالتالي يمكن حساب التكامل على النحو التالي:

ر إطارًا (6.6)

الشكل 6.3 منحنيات لتحديد الوقت الوهمي

الحرارة الناتجة عن المكون غير الدوري لتيار الدائرة القصيرة. يتم تحديد i وt بواسطة معادلة مشابهة للمعادلة 6.6:

ر.أ. (6.7)

حيث ر.أ. - الوقت الذي يكون فيه تيار الدائرة القصيرة ثابتًا سوف يطلق نفس كمية الحرارة التي يطلقها المكون غير الدوري لتيار الدائرة القصيرة. خلال ماس كهربائى ر.

يتحلل المكون غير الدوري مع الثابت الزمني للدائرة حتى نقطة الدائرة القصيرة. تي أ: أنا تي =√2 أنا "أو ه - ر / تا (6.8)

أين أنا "س -القيمة الفعالة المعروفة (المعادلة 5.9) للمكون الفرعي لتيار الدائرة القصيرة. في وقت يساوي 0. يتم دمج هذه الوظيفة بسهولة ونتيجة لذلك يتم الحصول على قيمة الوقت الوهمي للمكون غير الدوري:

t f.a = T a lect 2, (6.9)

حيث ε = أنا"س/

وقت وهمي كامل ر و = ر fp + t f.a

يعد دمج الجانب الأيمن من المعادلة 6.5 أمرًا معقدًا ويؤدي إلى تعبير مرهق لتحديد درجة الحرارة المطلوبة θ max. بناءً على هذا التعبير، تم إنشاء المنحنيات المحسوبة على افتراض أن درجة الحرارة الأولية للموصل θ n = 0. الترتيب الذي يتم به استخدام المنحنيات يتبع من بنائها. أولاً، ابحث عن درجة الحرارة الأولية للموصل في لحظة حدوث ماس كهربائى. θ ن. :

θ n = θ البيئة + (θ إضافية - θ البيئة) أنا 2 العبد / أنا 2 إضافية (6.10)

حيث θ للوسط هي درجة الحرارة المحسوبة للوسط

θ إضافية – درجة الحرارة المسموح بها على المدى الطويل للموصل

أنا عبد– تيار التشغيل من خلال الموصل

أنا إضافية- التيار المسموح به من خلال الموصل

وترد قيم θ الإضافية في الجداول المرجعية لاختيار الحافلات والكابلات. تعتبر البيئة θ هي الحد الأقصى الممكن أثناء التشغيل (على سبيل المثال +40 درجة مئوية). بعد تحديد درجة الحرارة الأولية، أوجد من المنحنيات (الشكل 6.4) قيمة الإحداثي الإحداثي المقابل a n. ثم يتم حساب t f وتحديد الإحداثي المحوري: a k = a n + t f. يتم تحديد قيمة θ max بقيمة k، وبعد ذلك تتم مقارنة قيمة θ max مع θ max. لنوع معين من المواد الموصلة.

الشكل 6.4 منحنيات لتحديد درجة حرارة تسخين الموصلات أثناء الدوائر القصيرة.

نظرًا لأن مدة الدائرة القصيرة قصيرة (لا تتجاوز بضع ثوانٍ)، فإن درجات الحرارة الأعلى بكثير من درجات الحرارة المسموح بها أثناء التسخين المطول تعتبر θ maxdop. يؤخذ في الاعتبار أن عزل الموصلات قادر على تحمل الحد الأقصى دون المساس بالمزيد من العمل.

بالنسبة للموصلات العارية (قضبان التوصيل)، يتم أخذ θ maxdop من ظروف القوة الميكانيكية للمادة. على سبيل المثال، بالنسبة لقضبان التوصيل النحاسية العارية، θ maxdop = 300 o C.

لا يلزم فحص الموصلات المحمية بالصمامات للتأكد من ثباتها الحراري، وكذلك الموصلات المحمية بمفاتيح تحديد التيار وقواطع الدائرة، دون تأخير زمني تم تقديمه خصيصًا عند تشغيلها.

يتم فحص قواطع الدائرة الانتقائية (آلات الدائرة ذات تأخير زمني قابل للتعديل عند إيقاف تشغيل دائرة كهربائية قصيرة) للتأكد من مقاومتها الحرارية وفقًا للشروط التالية:

أنا 2 ¥ ر و< (I 2 t) доп. ,

حيث أنا ¥ - تيار الدائرة القصيرة المستقر ؛ t f - زمن الدائرة القصيرة الوهمي؛

(ط2ت) إضافة. – الثبات الحراري حسب المواصفات الفنية (بيانات مرجعية).

التأثير الكهروديناميكي للتيار K، W،

عندما يتدفق التيار أنافي الدائرة الأخيرة تنشأ قوة كهروديناميكية Fتميل إلى تشويه الكفاف (الشكل 6.5). عند القيمة الحالية الثابتة، الزيادة في طاقة المجال دبليوعندما يتشوه الكفاف في الاتجاه Xيساوي الشغل الذي تبذله القوة الكهرومغناطيسية Fخلال نفس الفترة الزمنية.

دو = فدكس(6.11)

أين X- إحداثية اتجاه القوة .

المعادلة 6.11 تسمى معادلة ماكسويل.

أرز. 6.5 عمل القوى الكهروديناميكية على دائرة حاملة للتيار.

الطاقة المغناطيسية دبليوفي دائرة مع الحث لوالصدمة الكهربائية أنايتم تحديده من خلال التعبير المعروف:

F = (6.13)

مع دائرتين مع الحث ل 1 و ل 2 وحسب التيارات أنا 1 و ط 2والحث المتبادل مطاقة المجال المغناطيسي دبليويتم تحديده بواسطة التعبير:

ث= ل 1 ط 2 1 + ل 2 ط 2 2 + م ط 1 ط 2(6.14)

القوة الكهروديناميكية تميل إلى تغيير الوضع النسبي للدوائر الصلبة ( ل 1 =مقدار ثابت؛ ل 2 = const) يساوي:

و = ط 1 ط 2 (6.15)

الحث المتبادل (H) لموصلين متوازيين يقعان في نفس المستوى على مسافة أقل بكثير من طولهما.

م= 2ل(ln - 1)10 -7 هان (6.16)

dM/dx = dM/da = (2l/a) 10 -7 (6.17)

و F = (2i 1 i 2 لتر / أ) 10 -7 ن (6.18)

تستخدم هذه الصيغة لتحديد قوة التفاعل بين قضبان التوصيل الخاصة بأجهزة التوزيع أثناء مرور تيارات الدائرة القصيرة.

عند حساب القوة الميكانيكية لقضبان التوصيل في وضع الدائرة القصيرة، ننطلق من افتراض أن قضيب التوصيل في كل مرحلة عبارة عن حزمة متعددة الامتدادات، مستلقية بحرية على دعامات صلبة وتحت تأثير حمل موزع بشكل موحد. قضبان التوصيل الخاصة بلوحة التوزيع. تلبية متطلبات الاستقرار الكهروديناميكي إذا كانت قيمة الجهد التصميمي الأقصى في الناقل أقل من أو تساوي الحد الأقصى للجهد المسموح به، أي. σ احسب. σ إضافة.

أ) تقليل حجم تيار الدائرة القصيرة؛

ب) زيادة المسافة بين محاور الإطارات؛

ج) تقليل طول الامتداد بين العوازل الداعمة؛

د) التغيرات في حجم قسم الإطارات.

يتم تحديد الحد الأقصى للجهد في الحافلة عندما تكون الإطارات مسطحة من خلال النسب:

عندما يكون عدد الامتدادات أكثر من اثنين

σ احسب. = (1.06 K f i 2 r L 2 / a h 2 b) * 10 -10، كيلو باسكال (6.19.)

مع عدد من الامتدادات يساوي اثنين

σ احسب. = (1.33 K f i 2 r L 2 / a h 2 b) * 10 -10، كيلو باسكال (6.20)

عندما تكون الإطارات في مكانها وفقًا للشكل 6.6 أ. الحد الأقصى للجهد

في الحافلة يساوي : .

σ احسب. = (1.06 K f i 2 r L 2 / a h b 2) * 10 -10، كيلو باسكال (6.21)

مع عدد من الامتدادات يساوي اثنين ،

σ احسب. = (1.33 K f i 2 r L 2 / a h b 2) * 10 -10، كيلو باسكال (6.22)

حيث i r هو إجمالي تيار صدمة الدائرة القصيرة؛

أ - المسافة بين محاور الطور سم عادة أ = 6......7 سم

L - طول الامتداد، سم، عادة L = 60 سم؛

ح - ارتفاع الإطارات، سم؛

ب - سمك الإطارات، سم؛

Kf - معامل شكل الإطار، ويتم تحديده من المنحنيات الموضحة في الشكل 6.7

أرز. 6.6 ترتيب الحافلات ذات الامتداد الواحد

أرز. 6.7 اعتماد عامل شكل الإطار على الموضع والتكوين النسبيين.

يتم فحص قواطع الدائرة للتأكد من الاستقرار الكهروديناميكي ضد تيار صدمة الدائرة القصيرة. حتى ينطفئ المفتاح. بالإضافة إلى المقاومة الديناميكية، يتم أيضًا اختبار قواطع الدائرة الانتقائية (المولدة) للتأكد من قدرتها القصوى على القطع.

يتم تحديد الحد الأقصى لقدرة القطع من خلال القيمة الحالية المسموح بها في لحظة تباعد جهات الاتصال. حالة اختبار المقاومة الديناميكية:

أنا يدق احسب.< i уд. доп. ;

لكسر القدرة:

أنا لا أحسب.< I t доп,

حيث تغلبت. احسب. - تيار صدمة الدائرة القصيرة المحسوبة. للنقطة المختارة لغرض فحص الآلة؛ أنا يدق يضيف. - القيمة المسموح بها لتيار صدمة الدائرة القصيرة. آلة؛ لقد تم حسابها - القيمة الفعالة المحسوبة لتيار الدائرة القصيرة. في لحظة انحراف اتصالات إطفاء القوس (الموافق لضبط الوقت) ؛ بالإضافة إلى ذلك، هي القيمة الفعالة المسموح بها لتيار قاطع الدائرة في لحظة انحراف ملامسات إطفاء القوس.

القوة الكهروديناميكية للتفاعل بين موصلين متوازيين (الشكل 1) للمقطع العرضي التعسفي والتيارات المتدفقة أنا 1 و أنا 2، تحددها الصيغة

و = 2.04 ك F أنا 1 أنا 2 · ل / أ 10 -8, كلغ ,

أين أنا 1 و أنا 2 – القيم اللحظية للتيارات في الموصلات، أ ; ل- طول الموصلات المتوازية، سم; أ- المسافة بين محاور الموصلات، سم; كو - معامل الشكل.

يتم توزيع قوة التفاعل بين موصلين متوازيين بالتساوي على طولهما. في الحسابات العملية، يتم استبدال هذه القوة الموزعة بشكل موحد بالقوة الناتجة F، يتم تطبيقه على الموصلات في منتصف طولها.

عندما يكون اتجاه التيارات في الموصلات هو نفسه، فإنها تتجاذب، وعندما تكون في اتجاهات مختلفة، فإنها تتنافر.

عامل الشكل كيعتمد f على الشكل المقطعي للموصلات وموقعها النسبي. للموصلات المستديرة والأنبوبية كو =1؛ للموصلات ذات الأشكال المستعرضة الأخرى: ك f=1 في الحالات التي يكون فيها المقطع العرضي للموصلات صغيراً وطولها كبير مقارنة بالمسافة بينها ويمكن افتراض أن التيار بأكمله يتركز في محور الموصل. نعم يقبلون ك f = 1 عند تحديد قوى التفاعل بين مراحل m/y لهياكل قضبان التوصيل الخاصة بمجموعة المفاتيح الكهربائية، بغض النظر عن شكل المقطع العرضي لأشرطة التوصيل، لأن المسافة بين قضبان التوصيل ذات المراحل المختلفة في المفاتيح الكهربائية كبيرة جدًا وتبلغ عدة مئات من المليمترات أو أكثر.

إذا كانت المسافة بين الموصلات (الحافلات) ذات المقاطع المستطيلة والمربعة وغيرها صغيرة كو ≠1.

يتم تحديد القوة المؤثرة على موصل يحمل تيارًا نتيجة تفاعله مع التيارات الموجودة في موصلات الطورين الآخرين، بينما يكون موصل الطور الأوسط في أشد الظروف. يمكن تحديد أكبر قوة محددة على موصل الطور الأوسط من التعبير، N/m،

و=√3·10 -7 ·كو · أنا 2 م/أ،

حيث I m هي سعة التيار في الطور A؛ أ – المسافة بين المراحل المجاورة م.

معامل في الرياضيات او درجة √3 يأخذ في الاعتبار إزاحة الطور للتيارات في الموصلات.

يزداد تفاعل الموصلات بشكل كبير في وضع الدائرة القصيرة، عندما يصل إجمالي تيار الدائرة القصيرة إلى أعلى قيمة له - الصدمة. عند تقييم تفاعل الطور، من الضروري النظر في دوائر قصيرة ذات مرحلتين وثلاث مراحل.

لتحديد القوة المحددة خلال دائرة قصر ثلاثية الطور في نظام الموصلات، استخدم التعبير

و (3) =√3·10 -7 ·ك F · أنا ( 3)2 ص / أ,

أين ط (3) ذ- تيار الصدمة لدائرة قصر ثلاثية الطور، A.

في حالة وجود ماس كهربائي على مرحلتين، يكون تأثير المرحلة الثالثة (غير التالفة) ضئيلاً، مع الأخذ في الاعتبار أن ‌ ׀ط 1׀=‌ ׀ط2 ‌|=|i (2)2 ص |.لذلك،

و (2) =2·10 -7 ·ك F · أنا ( 2)2 ص / أ,

أين أنا ( 2) ذ – تيار الصدمة لدائرة قصر على مرحلتين، أ.

مع الأخذ في الاعتبار أن قوة الطور البيني مع دارة قصيرة ثلاثية الطور أكبر من قوة الطور المزدوج. ولذلك، فإن نوع تصميم الدائرة القصيرة عند تقييم القوى الكهروديناميكية يعتبر ثلاث مراحل.

لمنع حدوث أضرار ميكانيكية تحت تأثير القوى الناشئة في الموصلات عندما تتدفق تيارات الدائرة القصيرة من خلالها، يجب أن تتمتع جميع عناصر الهيكل الحامل للتيار بمقاومة كهروديناميكية كافية.

تُفهم المقاومة الكهروديناميكية عادةً على أنها قدرة الأجهزة أو الموصلات على تحمل القوى الميكانيكية الناشئة عن تدفق تيارات الدائرة القصيرة، دون تشوه يمنع تشغيلها بشكل طبيعي.

التأثير الحراري لتيارات الدائرة القصيرة. عندما يتدفق تيار ماس كهربائى، ترتفع درجة حرارة الموصل. عادة ما تكون مدة عملية الدائرة القصيرة قصيرة (في غضون بضع ثوان)، وبالتالي فإن الحرارة المنبعثة في الموصل ليس لديها وقت لنقلها إلى البيئة وتستخدم بالكامل تقريبًا لتسخين الموصل. يجب اعتبار الموصل أو الجهاز مقاومًا للحرارة إذا كانت درجة حرارته أثناء دائرة كهربائية قصيرة لا تتجاوز القيم المسموح بها.

يمكن تحديد درجة حرارة تسخين الموصل أثناء ماس كهربائى بالطريقة التالية. خلال ماس كهربائى في الوقت المناسب dtيتم إطلاق كمية معينة من الحرارة في الموصل

dQ=I 2 k , t r θ dt,

أين إيك، ر- القيمة الفعالة لإجمالي تيار الدائرة القصيرة في الوقت الحالي ركز؛ صθ- المقاومة النشطة للموصل عند درجة حرارة معينة θ :

صθ=ρ 0 (1+αθ)ل/ف،

هنا ρ 0 هي المقاومة النشطة المحددة للموصل عند θ=0 0; ل- طول الموصل؛ س- مقطعها العرضي؛ α - معامل درجة الحرارة للمقاومة.

تذهب كل الحرارة تقريبًا إلى تسخين الموصل

dQ=Gc θ dθ،

أين ز –كتلة الموصل ج θ- السعة الحرارية النوعية للمادة الموصلة عند درجة الحرارة θ.

يتم تحديد عملية التسخين أثناء ماس كهربائى بواسطة المعادلة

أنا 2 ك , تي ص θ dt= Gc θ dθ.

عند اختيار الأجهزة الكهربائية، ليس من الضروري عادةً تحديد درجة حرارة الأجزاء الحية، حيث أن الشركة المصنعة، بناءً على اختبارات وحسابات خاصة، تضمن الوقت وقيمة جذر متوسط التربيع للمقاومة الحرارية. بمعنى آخر، توفر الكتالوجات قيمة النبض المضمون لتيار الدائرة القصيرة rms، والذي يمكن للجهاز تحمله دون حدوث ضرر يمنع المزيد من التشغيل العادي. شرط اختبار المقاومة الحرارية في هذه الحالة هو كما يلي:

ب إلى ≥I 2ثالثا رثالثا،

أين ب ل- النبضة المحسوبة لتيار الدائرة القصيرة التربيعية، المحددة بالطريقة المبينة أعلاه؛ أناثالثا و رثالثا – على التوالي، جذر متوسط مربع التيار للمقاومة الحرارية ووقت تدفقه (القيمة الاسمية).

يتم فحص تأثيرات تيارات الدائرة القصيرة

1) للاستقرار الديناميكي - الأجهزة والموصلات المحمية بصمامات مع إدخالات للتيارات المقدرة حتى 60 أمبير شاملة؛ يجب فحص المعدات الكهربائية المحمية بصمامات الحد الحالي للتيارات ذات التصنيف العالي للتأكد من الاستقرار الديناميكي بناءً على أعلى قيمة لحظية لتيار الدائرة القصيرة الذي يمر عبر المصهر.

لتحقيق الاستقرار الحراري - الأجهزة والموصلات المحمية بواسطة الصمامات لأي تيارات مصنفة،

2) الموصلات في الدوائر لأجهزة الاستقبال الكهربائية الفردية، بما في ذلك محولات الورشة بقدرة إجمالية تصل إلى 1000 كيلو فولت أمبير وبجهد أولي يصل إلى 20 كيلو فولت شاملاً، إذا تم توفير التكرار اللازم في الجزء الكهربائي، حيث يتم فصل التيار الكهربائي لا تتسبب أجهزة الاستقبال هذه في تعطيل عملية الإنتاج إذا كان تلف الموصلات لا يمكن أن يسبب انفجارًا حتى لو تم استبدال الموصلات التالفة دون صعوبة كبيرة.

3) الموصلات في دوائر أجهزة الاستقبال الكهربائية الفردية ونقاط توزيع التبييض للأغراض غير الأساسية، بشرط ألا يؤدي تلفها أثناء ماس كهربائي إلى حدوث انفجار؛

عندما يتدفق تيار ماس كهربائى، تزيد درجة حرارة الموصلات والأجزاء الحية من الأجهزة الكهربائية. وبما أن تيار الدائرة القصيرة يتجاوز تيار التشغيل بشكل كبير، فإن التسخين يمكن أن يصل إلى قيم خطيرة تتجاوز أعلى درجات الحرارة المسموح بها. معيار المقاومة الحرارية للموصلات هو درجة الحرارة المسموح بها لتسخينها بواسطة تيارات الدائرة القصيرة.

يتم إنتاج درجة التأثير الحراري لتيار الدائرة القصيرة على الموصلات والأجهزة الكهربائية باستخدام تكامل جول:

أين أنا ل- تيار الدائرة القصيرة عند نقطة زمنية تعسفية ر، أ؛ ر ل- مدة الدائرة القصيرة المقدرة، s.

تيار الدائرة القصيرة المكافئ حرارياً ثالثا- تيار ثابت السعة (الجيبية)، والذي، خلال فترة زمنية تساوي مدة الدائرة القصيرة المقدرة، يكون له نفس التأثير الحراري على الموصل أو الجهاز الكهربائي مثل تيار الدائرة القصيرة الحقيقي خلال نفس الوقت. يرتبط هذا التيار بتكامل الجول بالعلاقة: .

يتم تحديد درجة حرارة تسخين الموصلات في وقت إيقاف تشغيل الدائرة القصيرة باستخدام منحنيات اعتمادًا على درجة حرارة تسخين الموصلات θ من الحجم أ(ثابت التكامل).

الإجراء لتحديد درجة حرارة تسخين الموصل هو كما يلي:

- بناءً على درجة الحرارة الأولية للموصل θ نأوجد قيمة الكمية من المنحنى نعند درجة الحرارة هذه؛

- تحديد قيمة تكامل الجول VCتحت ظروف تصميم ماس كهربائى.

- أوجد قيمة A k المقابلة لدرجة حرارة التسخين النهائية للموصل: ، ولأسلاك الفولاذ والألومنيوم س- مساحة المقطع العرضي للجزء الألومنيوم من السلك؛

- حسب القيمة الموجودة للكمية أ لباستخدام المنحنى، يتم تحديد درجة حرارة تسخين الموصل في لحظة إيقاف تشغيل الدائرة القصيرة θ ل . .

التأثير الكهروديناميكي لتيارات الدائرة القصيرة

موصلان مع التيارات ط 1و ط 2تجربة التأثير الميكانيكي من بعضها البعض. ويتم التعبير عنها في انجذاب الموصلات لبعضها البعض أو في تنافرها من بعضها البعض. يتم تفسير هذه الظاهرة من خلال تفاعل المجالات المغناطيسية الناشئة حول الموصلات مع التيارات.

إذا كانت الموصلات متوازية على مسافة أمن بعضها البعض، والمسافة لالتي تعمل بالتوازي مع بعضها البعض، أكبر بكثير من المسافة بين الموصلات أثم الحث المغناطيسي ب 1، تم إنشاؤها بواسطة التيار ط 1عند النقاط التي يوجد بها الموصل الثاني: ،أين μ - النفاذية المغناطيسية النسبية للهواء؛ μ 0 – النفاذية المغناطيسية للفراغ H/m.

القوة بين الموصلات هي: .

عندما تقع الأطوار في نفس المستوى، تكون موصلات الأطوار الخارجية والمتوسطة في ظروف مختلفة. لتحديد أكبر قوة تؤثر على مرحلة معينة من النظام قيد النظر، من الضروري مقارنة القوى المؤثرة على المرحلتين القصوى والمتوسطة. المرحلة الوسطى هي في أشد الظروف قسوة، والتي ينبغي أن تكون مرحلة التصميم عند اختبار المقاومة الكهروديناميكية للأنظمة ثلاثية الطور.

يتم تحديد قوى التفاعل بين موصلات مراحل نظام ثلاثي الطور بواسطة المعادلات:

;

بالنسبة للدوائر القصيرة عن بعد، فإن نسبة التيارات الخاطئة ثنائية الطور وثلاثية الطور ستكون:

لذلك، فإن قوة التفاعل بين الموصلات خلال دارة قصيرة ثنائية الطور تكون أقل من القوى المؤثرة على الموصلات خلال دارة قصيرة ثلاثية الطور. وبالتالي، فإن نوع الدائرة القصيرة المحسوب عند اختبار الموصلات والأجهزة الكهربائية للمقاومة الكهروديناميكية هو دائرة قصر ثلاثية الطور.

عادة ما يكون تفاعل الموصلات مع تيارات التشغيل غير مهم. خلال ماس كهربائى أعظم القوى الكهروديناميكية Fتحدده قيمة تيار صدمة الدائرة القصيرة.

في أجهزة الفحص بالنسبة للمقاومة الحرارية والكهروديناميكية، يتم إعداد جدول لمقارنة بيانات جواز السفر مع القيم المحسوبة لعملية الدائرة القصيرة المحتملة.

مثال على اختيار قاطع الدائرة 10 كيلو فولت

مؤشرات جودة الطاقة.

يعتمد تكوين مبادئ تنظيم الأوضاع على متطلبات معينة لجودة الطاقة الكهربائية. تمت صياغة هذه المتطلبات في المعيار المشترك بين الولايات غوست 13109-97.

تتميز جودة الطاقة بجودة تردد جهد التيار المتردد وجودة الجهد.

لتقييم جودة التردد، تم إنشاء مؤشر واحد - انحراف التردد، والتي تُفهم على أنها تغيرات سلسة بطيئة في التردد (أقل من واحد بالمائة في الثانية) مقارنة بقيمتها الاسمية: Δf = و - و اسم

سبب انحراف التردد هو خلل في الطاقة النشطة المولدة والمستهلكة في نظام الطاقة الكهربائية. ويحدد المعيار قيم انحراف التردد المسموح به والحد الأقصى المسموح به على التوالي δ القواعد= ±0.2 هرتز و δف قبل= ±0.4 هرتز.

يتم تقييم جودة الجهد من خلال عدة مؤشرات، ويتميز معظمها أيضًا بقيم مقبولة.

مؤشر جودة الجهد	معايير جودة الجهد
طبيعي	حد
انحراف جهد الحالة المستقرة δU y، %	±5	±10
نطاق تغيير الجهد δU t،	–	اعتمادا على تكرار التكرار
معامل التشوه الجيبي للجهد k U،٪، عند U nom، kV، 0.38 6-20 110-330
معامل في الرياضيات او درجة نالمكون التوافقي للجهد k U (n)،٪	اعتمادا على الجهد والرقم التوافقي	1.5 كيلو يو (ن) عادي
معامل عدم تناسق الجهد التسلسلي السلبي k 2 U،٪
معامل عدم تناسق الجهد التسلسلي الصفري k 0 U، %
مدة انخفاض الجهد عند الفولتية حتى 20 كيلو فولت شاملة، Δt p، s	–

انحراف الجهد: .

يتم تقييم تقلبات الجهد نطاق تغيير الجهد: ,

أين يو آي، يو آي +1- القيم التالية واحدة تلو الأخرى من قيم جهد السعة المغلف.

الجهد غير الجيبيةيتميز باختلاف شكل منحنى الجهد عن الشكل الجيبي. يتم قياسها عامل التشوه لمنحنى الجهد الجيبي: ,

أين الأمم المتحدة)ط - قيمة الجهد الفعال نالتوافقي ل أناالملاحظة.

عدم تناسق الجهدتتميز باختلاف قيم الجهد في مراحل مختلفة. وينتج عن التوصيل غير المتكافئ للمستقبلات الكهربائية أحادية الطور على مراحل. معاملات عدم تناسق الجهد للتسلسلات السلبية والصفرية

; ,

أين يو 2(1) i هي القيمة الفعالة من الطور إلى الطور لجهد التسلسل السلبي للتردد الأساسي لنظام الجهد ثلاثي الطور في الملاحظة i؛ يو0(1)ط - القيمة الفعالة للجهد التسلسلي الصفري للتردد الأساسي؛ اسمك- الجهد المقنن من الطور إلى الطور.

تنظيم الجهد

يتم تحديد القدرة على تنظيم وتغيير الجهد من خلال أجهزة تبديل الصنبور عند التحميل (تنظيم التحميل) وتبديل التفريغ (التبديل غير المتحمس). المحولات مع PBBويتم حالياً تصنيع جهد 10/0.4 ك.ف. بفرع رئيسي وأربعة فروع إضافية.

يتم تحديد خصائص المحولات القابلة للتعديل في شكل الحد الأقصى لعدد الفروع القابلة للتعديل الموجبة والسالبة بالنسبة للطرف الرئيسي للملف ذو الجهد العالي، مما يشير إلى خطوة نسبة التحويل Δك تفي الشكل ± ن×Δك ر. على سبيل المثال، لمغير الصنبور عند التحميل: ±6×1.5%، ±8×1.5%، ±10×1.5%، ±9×1.78%، ±12×1%؛ لـ PBB: ±2×2.5%.

يتم تغيير نسبة التحويل عن طريق تغيير عدد الصنابير (المنعطفات) على إحدى اللفات. بالنسبة للمحولات ذات تنظيم الجهد، وخاصة مبدلات الصنبور عند التحميل، يجب أن تتوافق نسبة التحويل مع الموضع الفعلي للمفتاح لفرعه n:

يتم التحكم في نسب تحويل المحولات من أجل ضمان وتنظيم ظروف الجهد المحددة. إذا تم تصنيع المحولات بدون مبدلات تحميل (وهذا هو الحال عادةً في شبكات 6-20 كيلو فولت وفي عدد من محطات الطاقة)، فعادةً ما يتم تنظيم نسب التحويل الخاصة بها بشكل موسمي. إذا كان هناك مبدل صنبور على المحولات، يتم إجراء التنظيم، إذا لزم الأمر، يوميًا، اعتمادًا على التغيرات في الحمل.

و = 2.04 ك F أنا 1 أنا 2 · ل / أ 10 -8, كلغ ,

عندما يكون اتجاه التيارات في الموصلات هو نفسه، فإنها تتجاذب، وعندما تكون في اتجاهات مختلفة، فإنها تتنافر.

إذا كانت المسافة بين الموصلات (الحافلات) ذات المقاطع المستطيلة والمربعة وغيرها صغيرة كو ≠1.

و=√3·10 -7 ·كو · أنا 2 م/أ،

حيث I m هي سعة التيار في الطور A؛ أ – المسافة بين المراحل المجاورة م.

معامل في الرياضيات او درجة √3 يأخذ في الاعتبار إزاحة الطور للتيارات في الموصلات.

لتحديد القوة المحددة خلال دائرة قصر ثلاثية الطور في نظام الموصلات، استخدم التعبير

و (3) =√3·10 -7 ·ك F · أنا ( 3)2 ص / أ,

أين ط (3) ذ- تيار الصدمة لدائرة قصر ثلاثية الطور، A.

و (2) =2·10 -7 ·ك F · أنا ( 2)2 ص / أ,

أين أنا ( 2) ذ – تيار الصدمة لدائرة قصر على مرحلتين، أ.

dQ=I 2 k , t r θ dt,

صθ=ρ 0 (1+αθ)ل/ف،

تذهب كل الحرارة تقريبًا إلى تسخين الموصل

dQ=Gc θ dθ،

أين ز –كتلة الموصل ج θ- السعة الحرارية النوعية للمادة الموصلة عند درجة الحرارة θ.

يتم تحديد عملية التسخين أثناء ماس كهربائى بواسطة المعادلة

أنا 2 ك , تي ص θ dt= Gc θ dθ.

ب إلى ≥I 2ثالثا رثالثا،

يتم فحص تأثيرات تيارات الدائرة القصيرة

لتحقيق الاستقرار الحراري - الأجهزة والموصلات المحمية بواسطة الصمامات لأي تيارات مصنفة،

التأثير الكهروديناميكي لتيارات الدائرة القصيرة.

أثناء الدوائر القصيرة، نتيجة لحدوث تيار صدمة الدائرة القصيرة في أشرطة التوصيل وغيرها من هياكل المفاتيح الكهربائية، تنشأ قوى كهروديناميكية، والتي بدورها تخلق لحظة انحناء وضغطًا ميكانيكيًا في المعدن. يجب أن يكون الأخير أقل من الحد الأقصى المسموح به من الضغوط لمعدن معين

وفقا للأدبيات، فإن الإجهاد التصميمي المسموح به للألمنيوم هو 80 ميجا باسكال.

يتم تحديد القوة الكهروديناميكية لتيار الصدمة لدائرة كهربائية قصيرة في دائرة كهربائية ثلاثية الطور بواسطة قوة التفاعل بين الموصلات عندما يتدفق تيار الصدمة من خلالها.

أين هو تيار الصدمة عند النقاط K1، K2، kA،

المسافة بين العوازل ذات الطور الواحد مم،

المسافة بين موصلات المراحل المجاورة، مم

لكاميرات KSO-366: مم؛ مم

لنحسب قوة التفاعل بين أشرطة التوصيل AT 15x3 على الجانب 10 كيلو فولت باستخدام الصيغة (62):

لنعتبر الإطار كعارضة محملة بشكل موحد ونحسب لحظة الانحناء الناتجة عن تيار الصدمة

أين قوة التفاعل N؟

المسافة بين الإطارات، م

لحظة الانحناء

لتحديد الإجهاد الميكانيكي في المعدن، من الضروري حساب لحظة المقاومة، مع الأخذ بعين الاعتبار موقع الإطارات. يمكن وضع الإطارات بشكل مسطح أو على الحافة.

الشكل 2.5.1.1. وضع الإطارات بشكل مسطح

الشكل 2.5.1.2 ترتيب الإطارات على الحافة

في مشروع الدورة التدريبية الخاص بي، يتم وضع الإطارات بشكل مسطح. في هذه الحالة، يتم تحديد لحظة المقاومة من خلال الصيغة

أين هي لحظة المقاومة

عرض الإطارات، سم،

سمك الإطارات، سم

دعونا نحدد الجهد التصميمي في الإطارات:

من الشروط نرى أن إطارات العلامة التجارية AT (15x3) يتم اختبارها من حيث المقاومة الكهروديناميكية. وبالمثل، سوف نقوم بفحص الحافلات المستطيلة من ماركة AT (15x3) على الجانب 0.4 كيلو فولت.

دعونا نحسب قوة التفاعل بين أشرطة التوصيل AT (15x3) على الجانب 0.4 كيلو فولت، (63)

لنحسب لحظة الانحناء الناتجة عن تيار الصدمة (64):

دعونا نحدد الجهد التصميمي في الإطارات (62):

من الاختبار نرى أن إطارات العلامة التجارية AT (15x3) تم اختبارها من حيث المقاومة الكهروديناميكية.

التأثير الحراري لتيارات الدائرة القصيرة

أثناء حدوث دوائر قصيرة، يمكن أن ترتفع حرارة الأجزاء الحية، بما في ذلك الكابلات، إلى درجة حرارة أعلى بكثير مما كانت عليه أثناء التشغيل العادي.

عند التحقق من المقاومة الحرارية، يتم فحص المقطع العرضي للكابل أو قضبان التوصيل باستخدام الصيغة:

حيث VC هو النبض الحراري،

st - المعامل اعتمادًا على مادة الموصل، المأخوذ وفقًا لـ PUE: st = 85 لموصلات الألومنيوم؛ st = 88 للنوى النحاسية

دعونا أولا تحديد الدافع الحراري:

VK = ·إيقاف، (68)

حيث I pk هو تيار المكون الدوري، I pk = I pk1 = kA = 2350 A

t off - وقت إيقاف التشغيل في حالة حدوث ماس كهربائي،

ر قبالة = ت إيقاف.. + ت تشغيل، (69)

حيث يتم إيقاف تشغيله - تبديل وقت التشغيل؛ الصورة، ر قبالة = 0.2 ثانية،

t z - وقت استجابة الحماية؛ ق، ر ق = 1.1S

ر قبالة = 0.2 + 1.1 = 1.3 ثانية

دعونا نحدد الدفع الحراري للخط العلوي وقضبان التوصيل على الجانب 10 كيلو فولت (68):

الخامس ك1 = 1.3= 7179250

دعونا نحدد الحد الأدنى للمقطع العرضي للعلامة التجارية ASBG CL (3x16) (67):

F دقيقة == 31.52 ملم²

وفقًا لحالة اختبار المقاومة الحرارية، تم اختيار المقطع العرضي للعلامة التجارية CL

يجب أن يكون ASBG (3x16) أكبر من أو يساوي الحد الأدنى للمقطع العرضي للتصميم

F دقيقة S إضافية (70)

31.52 ملم² 16 ملم²

من الحالة التي نرى فيها أن المقطع العرضي المحدد لخط كابل العلامة التجارية ASBG (3x16) لا يمر، فإننا نعيد تحديده إلى مقطع عرضي أكبر من العلامة التجارية ASBG (3x35):

30.72 ملم² 35 ملم²

من الحالة نرى أن القسم المحدد من خط كابل العلامة التجارية ASBG (3x35) يمر

لنحدد الحد الأدنى للمقطع العرضي لإطار AT 15x3 (66):

F دقيقة == 31.52 ملم²

نتحقق من الحالة (70):

31.52 ملم² 45 ملم²

من الحالة نرى أن قضبان التوصيل المستطيلة من جهة 10 كيلو فولت ماركة AT (15x3) تمر

سوف نقوم بإجراء الاختبار على الجانب 0.4 كيلو فولت من خلال مقارنة درجات الحرارة، ولهذا سنقوم برسم جدول 2.5.2.1 معلمات الأجزاء الحاملة للتيار

الجدول 2.5.2.1 معلمات الأجزاء الحية

للتحقق من CL AAB 2 (4x25) للمقاومة الحرارية على الجانب المنخفض، سوف نقوم بتوضيح درجة حرارة التسخين في وضع التشغيل العادي لأنه لا يتزامن تيار التسخين مع التيار المسموح به على المدى الطويل.

ن= 0 +(ن إضافية - 0) · () 2 ; (71)

ن=15+(65-15) () 2 = 15.69ج

دعونا نحدد المكافئ الحراري للتشغيل العادي وفقًا للجدول الموضح في الشكل. 3.13 الأدب

An=0.12 10 4 A 2 S/mmI

دعونا نحدد وقت التدفق الفعلي لتيار الدائرة القصيرة

ر حقيقي = ر في + ر في، (72)

حيث يتم إيقاف تشغيله - تبديل وقت التشغيل؛ مع،

t z - وقت استجابة الحماية؛ مع

الفعل = 0.2+1.1=1.3ث

دعونا نحدد الوقت المخفض للمكون غير الدوري لتيار الدائرة القصيرة

ر pr.a = 0.003 · "، (73)

حيث "=؛ لأن إيبكو = إيبك، يعني “=1

t pr.a = 0.003·1= 0.003 ثانية

دعونا نحدد الوقت المخفض للمكون الدوري لتيار الدائرة القصيرة وفقًا للشكل 3.12 في الأدبيات: t pr.p = 0.85 s

دعونا نحدد إجمالي الوقت المخفض:

تي العلاقات العامة = تي العلاقات العامة + تي العلاقات العامة (74)

تي العلاقات العامة = 0.003+0.85 = 0.853 ثانية

دعونا نحدد المكافئ الحراري لدائرة كهربائية قصيرة:

أ ك = أ ن +، (75)

أ ك = 0.12 · 10 4 += 0.205 · 10 4 أ 2 ث/ممي،

وبالتالي فإن درجة حرارة التدفئة هي 30C

ويجب استيفاء الشرط التالي:

تم استيفاء الشرط، وبالتالي، يمر CL عبر المقاومة الحرارية.

دعونا نفحص الإطارات للتأكد من مقاومتها للحرارة:

لفحص إطار مستطيل ماركة AT (15x3) للمقاومة الحرارية في الجانب المنخفض سنوضح درجة حرارة التسخين في وضع التشغيل العادي لأن لا يتطابق تيار التسخين مع التيار المسموح به على المدى الطويل (71):

ن=25+(88-25) () 2 = 48.69ج

دعونا نحدد المكافئ الحراري للتشغيل العادي وفقًا للجدول الموضح في الشكل. 3.13 الأدب، An=0.38104A2C/mmI

دعونا نحدد المكافئ الحراري لدائرة كهربائية قصيرة (75):

أ ك = 0.38 10 4 += 0.76 10 4 أ 2 ث/ممي،

وبالتالي فإن درجة حرارة التسخين هي 110 درجة مئوية

يجب استيفاء الشرط (76):

تم استيفاء الشرط، وبالتالي فإن إطارات العلامة التجارية AT (15x3) مقاومة للحرارة.