Вопрос 23 Нагрев проводников и аппаратов токами КЗ

Продолжительность КЗ составляет обычно доли секунды и, как исключение, может достигнуть нескольких секунд. В течение этого короткого промежутка времени выделение тепла настолько велико, что температура проводников и аппаратов выходит за пределы, установленные для нормального режима. Процесс нагревания прекращается в момент автоматического отключения повреждённого участка системы, после чего происходит относительно медленное остывание.

Даже кратковременное повыш. тем-ры проводников при КЗ может привести к размягчению и плавлению металла, выжиганию изоляции, разрушению контактов и другим повреждениям. Для надежной работы электрической системы необходимо исключить такие повреждения, что достигается выбором соответствующих размеров токоведущих частей и по возможности быстрым автоматическим отключением повреждённых цепей. Свойство аппарата и проводника противостоять кратковременному тепловому действию тока КЗ без повреждений, препятствующих дальнейшей исправной работе, называется термической стойкостью. Критерием термич. стойкости явл. конечная тем-ра, кот. ограничивается механич. прочностью Ме, деформациями частей аппаратов и проводников, установленная на осн. опыта. Они выше доп. тем-р при норм. работе, т.к. изменение механич. св-в Ме и износ изоляции опред. не только тем-рой, но также продолжительностью нагревания, которая в рассматриваемых условиях мала. Как видно доп. конечные тем-ры при КЗ лежат в пределах от 12 до 300 ⁰С, в то время как доп. тем-ры при нормальной работе, как правило, не превышает 60-80 ⁰С. Для неизолированных медных проводников установлена максимальная температура 300 С, а для алюминиевых 200 ⁰С. Допустимая температура для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией до 10 кВ принята равной 200 ⁰С независимо от материала жил. Она ограничивается нагревостойкостью изоляции.

При протекании тока КЗ температура проводника повышается. Длительность процесса КЗ обычно мала (в пределах нескольких секунд), поэтому тепло, выделяющееся в проводнике, не успевает передаться в окружающую среду и практически целиком идёт 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.п.

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 величин.

При КЗ за время dt в проводнике выделяется определенное количество тепла

Где I_кt – действующее значение полного тока КЗ в момент t КЗ; r_ϑ - активное сопротивление проводника при данной его температуре ϑ:

Здесь ρ₀ – удельное активное сопротивление проводника при ϑ= 0градусов; l – длина проводника; q – его сечение; α – температурный коэффициент сопротивления.

Практически все тепло идёт на нагрев проводника

Где G – масса проводника; с_ϑ - удельная теплоемкость материала проводника при температуре ϑ.

Известно, что где γ - плотность материала проводника, и где с₀ – теплоемкость проводника при ϑ=0 ⁰С; β – температурный коэффициент теплоемкости.

Таким образом, процесс нагрева при КЗ определится уравнением

Вопрос 25