Файл: Вопросы к экзамену по предмету Эиэа нагревание проводников постоянным и переменным током, поверхностный эффект, эффект близости.docx

Уравнение охлаждения имеет вид

τ = τ 0 е – t / Т,

где Т – постоянная времени нагрева

T = Gc / Fk_т



Рисунок 1 – Диаграмма нагрева и охлаждения проводника при продолжительном режиме работы

7. 
   Нагрев и охлаждение однородного проводника при кратковременном и повторно-кратковременном режимах работы.
   

Кратковременным (S2) называется режим работы, когда периоды нагрузки чередуются с периодами отключения, причем периоды нагрузки настолько малы, что проводник не успевает нагреться до установившихся температур, а периоды отключений настолько велики, что проводник успевает охладиться до температуры окружающей среды. Температура нагрева проводника не достигает установившихся значений.

Уравнения нагрева и охлаждения проводника имеют такой же вид, что и при продолжительном режиме работы, диаграмма нагрева существенно отличается и имеет вид показанный на рис. 2


Рисунок 2 – Диаграмма нагрева и охлаждения проводника при кратковременном режиме работы

Повторно-кратковременным (S3) называется режим работы когда периоды нагрузки чередуются с периодами отключения, причем периоды нагрузки настолько малы, что проводник не успевает нагреться до установившихся температур, и периоды отключений также малы, что проводник не успевает охладиться до температуры окружающей среды.

Уравнения нагрева и охлаждения проводника имеют такой же вид, что и при продолжительном режиме работы, диаграмма нагрева существенно отличается и имеет вид:

---

Рисунок 3 – Диаграмма нагрева и охлаждения проводника при повторно-кратковременном режиме работы
t_ц = t_р + t_п

8. 
   Нагрев однородного проводника при коротком замыкании эл.
   

Короткое замыкание характеризуется большим током и малой длительностью (от нескольких тысячных секунды до нескольких секунд). При коротких замыканиях допускается в 2 – 3 раза более высокая температура нагрева проводника, чем при номинальном токе; следовательно, и теплоотдача возрастет максимум в три раза. Потери же в проводнике возрастают в сотни раз. Таким образом, теплоотдача составит только 1 – 3 % от всей выделяемой в проводнике энергии, и можно считать, что вся энергия идет на его нагревание.

Уравнение теплового баланса (3-14) в таком случае примет вид



откуда



где i – мгновенный ток; ρ – удельное сопротивление; γ – плотность материала проводника с – удельная теплоемкость; s – сечение проводника; k_д – коэффициент дополнительных потерь.



Рис. 3-Нагрев однородного проводника при коротком замыкании, АВ – процесс нагревания при номинальном токе; ВС – то же, при коротком замыкании; CD – охлаждение

 

Принципиально ρ и с являются переменными величинами, зависящими от температуры. Переменной величиной во времени является и ток короткого замыкания.

Однако для упрощения расчета можно принять эти величины постоянными. При этом значения ρ и с следует брать для температуры нагретого проводника. Тогда

, (3-36)

где τ_Д – превышение температуры проводника над температурой окружающей среды в момент начала короткого замыкания; – плотность тока.

Нагрев проводника при коротком замыкании происходит практически по закону, показанному прямой на рис. 3. Охлаждение проводника после отключения короткого замыкания происходит по тем же законам, что и при нормальных режимах.

---

9. Термическая стойкость электрических аппаратов.

Для обеспечения надежной работы аппарата в пределах всего срока службы температура его частей не должна превышать некоторого определенного значения, называемого допустимой температурой, устанавливаемой стандартами. При этом различают допустимые температуры при номинальных режимах и режимах короткого замыкания. Так как длительность короткого замыкания мала (не более 5 с), а сами замыкания относительно редки, то допустимые температуры в этом случае в 2-3 раза выше, чем при длительном режиме.

Допустимые температуры изолированных проводов и деталей определяются нагревостойкостью (классом изоляции) по ГОСТ и механической прочностью материала деталей.

Для неизолированных деталей допустимая температура определяется механическими свойствами материалов и свойствами материалов изоляционных деталей с которыми они соприкасаются.

Допустимая температура контактов и контактных соединений определяется температурой, исключающей их интенсивное окисление.

Для нетоковедущих деталей: несущих, крепежных, защитных и других допустимые температуры определяются механической прочностью и условиями безопасной эксплуатации.

Термической стойкостью аппарата называется способность аппарата выдерживать без повреждений и без превышения допустимой при КЗ температуры прохождение токов КЗ.

10. Электрические контакты, металлическое контактирование, площадь контактирования, явление фриттинга, вывод формулы Хольма и переходного сопротивления точечного контакта

Соприкосновение тел, обеспечивающее непрерывность электрической цепи, называется электрическим контактом; деталь, соприкасающаяся с другой деталью при образовании электрического контакта, контакт-деталью, а образование и существование электрического контакта - электрическим контактированием.

Электрическое контактирование весьма сложное явление. Контактные поверхности всегда имеют некоторую шероховатость и, как правило, всегда покрыты пленками, которые образуются под воздействием кислорода воздуха, озона, азота и других химических реагентов. Пленки имеют толщину примерно до 10-6 см и удельное сопротивление ρ = 105 Ом см. Металлическое контактирование осуществляется не по всей поверхности, а лишь в немногих точках. Имеющаяся на поверхности металла пленка может быть в одних случаях продавлена силой, сжимающей контакты, в других случаях пробита под влиянием разности электрических потенциалов. В месте пробоя может образоваться металлический перешеек, проводящий электрический ток.

---

Явление пробоя пленки при некотором напряжении называется фриттингом. Оно заключается в том, что при некотором (пороговом) значении напряжения, зависящем от вида и толщины пленки, сопротивление ее резко падает. В последующих главах при описании устройства различных аппаратов контакты рассматриваются как контакты электрической цепи - части электрической цепи, предназначенные для коммутации и проведения электрического тока.

Электрический пробой пленки, завершающийся образованием в ней тонкого металлического проводника, который может остаться после снятия напряжения.

Сопротивление в области точки касания, обусловленное явлением стягивания линий тока, называется сопротивлением стягивания контакта.

Таким образом, сопротивление контакта представляется как сумма сопротивления стягивания и сопротивления пленки:

 ,

где R_с – сопротивление стягивания вектора плотности тока, зависящее от материала контактов, числа площадок контактирования и силы сжатия; R_пл – сопротивление окисной пленки, меняющееся в процессе работы в очень широких пределах.

Положим, что контакты имеют только одну площадку касания и что эта площадка имеет форму круга с радиусом а. Величину радиуса при пластической деформации можно найти с помощью уравнения:

где F – сила контактного нажатия; σ – временное сопротивление смятия контактного материала.

Для определения R_к одноточечного контакта применяют формулу Хольма:

где r – удельное сопротивление контактного материала.

Для многоточечного контакта:

 ,

где n – число точек контактирования.

С учетом (3.1) переходное сопротивление запишется в виде:

Переходное сопротивление для линейного контакта:

---

 ,

где l – длина контакта по линии, r – радиус кривизны поверхности контакта, Е – модуль упругости материала контакта, F — контактное нажатие.

Если имеет место применение разнородных контактных пар, то величина Е или s выбирается для более мягкого материала.

11. Классификация электрических контактов: рычажные, мостиковы торцевые, роликовые, ламельные.

Электрическим контактом называется соприкосновение двух или более проводников, обеспечивающее переход из одного проводника в другой. Наличие электрического контакта называется контактированием. Электрические контакты являются частью токоведущей системы электрических аппаратов. Детали, участвующие в создании электрического контакта, называются контакт-деталями или контактами.

Совокупность контактных элементов, соединенных между собой любым способом, называется контактным соединением.

Контакты делятся на два вида:

• коммутирующие (размыкающиеся), в которых происходит отделение одной контакт-детали от другой так, что электрическая связь между ними нарушается;

• неразмыкающиеся, в которых одна контакт-деталь перемещается по другой без нарушения электрической связи между ними. Перемещение контакт-деталей может осуществляться скольжением (скользящий контакт) или перекатыванием (катящийся контакт).

Как коммутирующие, так и неразмыкающиеся контакты состоят из двух частей — неподвижного и подвижного контактов.

подвижным является контакт жестко или упруго соединенный с неподвижной частью аппарата. Подвижный контакт — контакт, связанный с подвижными частями аппарата и перемещаемый относительно неподвижного контакта.

Коммутирующие контакты делят по их назначению в проведении тока на главные и дугогасительные. Главные контакты предназначены для проведения номинального тока в продолжительном или в другом режиме, на который рассчитан аппарат, но не предназначены для размыкания электрической дуги. Дугогасительные контакты предназначены для размыкания электрической цепи, в том числе и при наличии электрической дуги. Они замыкаются раньше главных и размыкаются позже их. Во многих аппаратах функции главных и дугогасительных контактов выполняет один контакт.

Электрические аппараты снабжаются контактами, не участвующими в проведении главного тока, выполняющими дополнительные функции. К таким контактам относятся контакты вспомогательных цепей.

---