Файл: Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник.pdf

постъ четырехжилыгого кабеля при однофазной нагрузке. Этот кабель включается по перекрестной схеме для максимального снижения реактивного сопротивления (рис. 6-50). В одной паре жил, состоящей из двух жил полного и половинного сечения, можно пропустить ток, равный 1,5 допустимого по ПУЭ тока для трехжильных кабелей.

Например, для кабеля марки ААБГ(3 X 50 + 1 X 25) допу­ стимый ток при трехфазной нагрузке составляет 110 А. Для кабеля' марки ААБГ (3 X 50) допустимый ток 120 А (за счет отсутствия тепловых потерь четвертой жилы). При работе в однофазном режиме нагрузка четырехжилыгого кабеля 120 А в фазной жиле и 60 А в ну­ левой — всего 180 А. Две другие жилы фазіюго сечения будут нести ток до 90 А; их недогрузка не может быть использована, так как пропускная способность кабеля в этом случае будет опреде­ ляться нагревом фазной жилы, работающей в паре с нулевой. Последняя также будет недогружена, напри­ мер, в нашем случае ток по сечению 25 мм2 будет 60 А, в то время как допустимый ток трехжильного кабеля марки ААБГ сечением

(3 X 25) составляет 80 А.

Таким образом, четырехжильный кабель с сечением нулевой жилы, равным половине сечения фазной жилы, имеет пропускную

на большие токи и малые напряжения, например для сварочных клещей или пистолетов. Для

этих целей применяется специальный шестижильный ка­ бель с прямыми и обратными жилами с малым индуктив­ ным сопротивлением, показанный на рис. 6-51. При мощ­ ностях сварочных клещей 340—400 кВ • А со сварочным током до 40 кА и вылете клещей до 1,5 м специальные кабели дают недопустимую потерю напряжения,поскольку само рабочее напряжение составляет всего 16—18 В;

вэтом случае применяются шарнирные медные шины с посеребренными контактами.

Для мелких сварочных токоприемников, применяемых

вбольшом количестве, например при дуговой сварке в цехах металлоконструкций, судоверфях, важно присое­

229

динение их с равномерной разбивкой по фазам. Это должно контролироваться, так как в эксплуатации наблюдались случаи подключения сварочной нагрузки на две фазы.

6-12. СЕТИ ДЛЯ УСТАНОВОК ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТЫ

При повышении частоты переменного тока резко уве­ личиваются описанные выше эффекты, в частности поверх­ ностный эффект; вследствие вытеснения тока к наруж­ ным частям проводников рабочая часть сечения ограни­ чивается глубиной проникновения электромагнитной вол­ ны в металл, при которой амплитуда ее уменьшается в е раз. Для волны, падающей на плоскую поверхность ме­ талла, глубина проникновения

< м >

где со — 2л/ — угловая частота; / — частота, Гц; ц — магнитная проницаемость материала проводника (для меди

При повышении частоты использование сечения алю­ миния получается более высоким, чем медного. При круг­ лом сечении проводника фронт электромагнитной волны по мере прохождения вглубь сужается, благодаря чему глубина проникновения Z0 увеличивается. Оптимальное сечение уединенного проводника, полностью заполненного током и не подверженного действию эффекта близости, получается диаметром nZ0, что при частоте 50 Гц соот­ ветствует: для меди 33 и для алюминия 42 мм.

В установках повышенной частоты сопротивление ча­ сто подсчитывается, исходя из реально используемого сечения, ограниченного глубиной проникновения Z0, од­ нако этот метод применим только для уединенного провод­ ника с круглым сечением. В этом случае реальное сечение, пропускающее ток повышенной частоты, действительно будет равно площади кольца, толщиной Z0, с наружным диаметром, равным диаметру провода. При прямоуголь­

230

ном сечении одиночного проводника ток пойдет не по периметру (как это часто ошибочно излагается в техни­ ческой литературе), а будет вытесняться к торцевым ча­ стям, и в средней части ток проходить не будет. Кривая плотности тока при повышенной частоте показана на рис. 6-52. Если такую шину сложить пополам, то ток опять пойдет только по крайним граням шины, как указано на рис. 6-52, б; заставить его проходить по боковым граням можно только путем использования эффекта близости.

При частотах до 1000 Гц сечения проводников разме­ ром до 16 мм2имеют диаметр не более 5,1 мм, т. е. не более 2 Z0, благодаря чему их активное сопротивление при

Рис. 6-52. Эпюры плотности тока для уединенной шины прямоугольного сечения при высоких ча­ стотах.

частоте до 1 000 Гц мало отличается от активного сопро­ тивления при частоте 50 Гц. Поэтому для проводов и ка­ белей сечением до 16 мм2 включительно допустимые на­ грузки при частоте до 1000 Гц могут быть приближенно приняты такими же, как и при частоте 50 Гц. Для провод­ ников и кабелей сечением 25 мм2 и выше при повышении частоты допустимые токи будут уменьшаться в соответ­ ствии с величиной рабочей части сечения проводников. Эта величина определяется глубиной проникновения в условиях эффекта близости, заставляющего ток прохо­ дить по граням, смежным с другими несущими ток обрат­ ного направления проводниками.

В трехфазных сетях повышенной частоты резко увели­ чивается эффектпереноса мощности, и проводники в них должны располагаться только симметрично по вершинам треугольника. Величина Кд возрастает с увеличением размеров проводника и частоты, например, при сечении

231

алюминиевого кабеля 3 X 240 мм2 и частоте 8 000 Гц Кя = 7. Это означает, что допустимый ток в таком случае

должен быть снижен примерно в ]/7 = 2,68 раз, что сви­ детельствует о весьма неэкономичном использовании ме­ талла проводника. Принимая условно в первом при­ ближении допустимым увеличение ІГДдо двух, т. е. умень­

шение допустимого тока в У 2 = 1,41 раза, приходим к пределу рационального использования существующих конструкций кабелей с алюминиевой жилой при повы­ шенных частотах до 1 000 Гц — в однофазных сетях сече­ нием 2 X 95 и в трехфазных 3 X 95 мм2 [Л. 6-10].

Для более крупных сечений и более высоких частот необходимо применять специальные конструкции кабелей

параллельно.

В трехфазных сетях доляшы 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 оправ­ дались, так Как в результате неодинакового переноса мощности йо фазам симметрия токов и напряжений ис­ кажается.

Допустимые токи некоторых проводников при повы­ шенной частоте приведены в приложении и П-Ш.

При больших токах применяются прямоугольные ши­ ны, сближенные широкими сторонами. При таком сбли­ жении шин с противоположным направлением тока весь ток сосредоточивается под действием эффекта близости на внутренних гранях и рабочее сечение шины получа­ ется равным произведению высоты шины на глубину

232

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 1СД 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 вели­ чину индуктивного сопротив­ ления, практически недопусти-

мую. Поэтому шины ставятся возможно ближе друг к другу на расстояние, допустимое по условиям напря­ жения: минимальный воздушный зазор 10 мм до 400 В, , 20 мм при 800 В и 30 мм до 1 600 В.

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 рабо­ тают только одной гранью — внутренней, так как наруж­ ная грань тока не несет (рис. 6-55). Внутренние шины работают обеими гранями.

Для трехфазных шинопроводов повышенной частоты оптимальным остается расположение шин по схеме спарен­ ных фаз с соответствующим снижением допустимой нагруз­

233

ки за счет глубины проникновения. Так, если шинопровод ШМА при 50 Гц допускает 1 600 А, то при 400 Гц 1 140 А.

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

Установки с частотой 50 кГц и выше работают, как правило, блоками генератор—:индуктор при индукционном нагреве или генератор—конденсатор при диэлектриче­ ском нагреве; участки сети высокой частоты получаются короткими и выполняются трубчатыми медными или алюминиевыми шинами с внутренним охлаждением водой, подводимой через изолирующие резиновые шланги. Плот­ ность тока при этом может быть повышена до нескольких ампер на 1 мм2. Могут быть применены прямоугольные шины с приваренной или припаянной трубкой для охлаж­ дения, как упоминалось выше. Водяное охлаяэдение при­ меняется иногда для обычных кабелей, прокладываемых в резиновых, наполненных проточной водой шлангах, что дает возможность повысить нагрузку на них и исполь­ зовать при высоких частотах.

Коммутационные аппараты на повышенную частоту также выполняются с водяным охлаждением главных неподвижных, а иногда и подвижных контактов в зависи­ мости от частоты, с повышением которой увеличивается мощность потерь. При токах контактора до 400 А искус­ ственного охлаждения не требуется. При токах 400—800 А при 8000 Гц и до 1200 А при 2 500 Гц водой охлаждаются только неподвижные главные контакты контактора. При токе 1200 А и частоте 8000 Гц приходится охлаждать и подвижный мостик контактора. Имеются конструкции высокочастотных рубильников и переключателей на 1000—1500 А с водяным охлаждением неподвижных и подвижных контактов.

Г Л А В А С Е Д Ь М А Я

РАСЧЕТ И ЗАЩИТА СЕТЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 000 В

7-1. РАСЧЕТ СЕТЕЙ

Согласно ПУЭ расчет сетей напряжением до 1000 В по экономической плотности тока производится для пред­ приятий, имеющих число часов использования максимума

234