3.3. Порядок расчета термической стойкости сборных шин жесткой конструкции

Расчет термической стойкости сборных шин проводится в следующей последовательности [1, 5]:

3.3.1. По заданному длительному току нагрузки ( ) необходимо принять сечение прямоугольных сборных шин S, мм².

Допустимые токовые нагрузки на голые шины стандартных сечений приведены в табл. I–IV прил. 1 при температуре окружающей среды +25 °С. При отклонении температуры окружающей среды от нормативной +25 °С необходимо произвести перерасчет допустимого тока , А, для шин стандартного сечения по формуле:

, (3.2)

где – допустимый ток на шину при температуре окружающей сре- ды = 25 °С. При расположении шин поперечного сечения «плашмя» то- ки , приведенные в табл. I прил. 1, должны быть уменьшены на 5 % для шин с шириной полос до 60 мм и на 8 % – для шин шириной полос более 60 мм; – действительная температура окружающей среды; – длительно допустимая температура нагрева шин [7, 9].

Длительно допустимые и предельно допустимые температуры нагрева различных проводников приведены в табл. VII прил. 1.

По найденному длительно допустимому току определяются размеры шинной конструкции.

3.3.2. Определяется тепловой импульс (интеграл Джоуля), А²·с, для шинной конструкции по формуле:

, (3.3)

где t_к – расчетная продолжительность КЗ, с, определяемая по формуле

, (3.4)

где – полное время отключения выключателя, с; – время срабатывания основной защиты, с.

Бывают случаи, когда по условию задачи время отключения выключателя не дается, тогда необходимо расчетную продолжительность КЗ приравнять к времени срабатывания защиты.

3.3.3. По кривым, характеризующим зависимость температуры нагрева проводника, в режиме короткого замыкания ( ) от теплового параметра (рис. 3.1) необходимо найти нагрев принятого сечения сборных шин [2] в режиме КЗ, используя формулу:

, (3.5)

где – сечение прямоугольных шин принятое по длительному току нагрузки, мм²; – тепловой параметр, А²с/мм⁴.

Параметр необходимо принимать по кривым рис. 3.1 для длительно допустимой температуры нагрева проводника перед моментом возникновения короткого замыкания ( ).

Рис. 3.1. Кривые для определения нагрева токоведущих частей электрических аппаратов

Температуру, до которой нагрета шина перед моментом КЗ ( ), необходимо найти по формуле [4]:

, (3.6)

где – начальная температура проводника в момент возникновения режима КЗ, °С (рис. 3.2); – температура окружающей среды, °С; – допустимая температура нагрева проводника максимальным рабочим током, °С; – рабочий ток, протекающий по проводнику перед возникновением КЗ, кА; – максимально допустимый ток рабочего режима, кА.

Рис. 3.2. Диаграмма изменения температуры проводника при нагреве его током КЗ

Из диаграммы (рис. 3.2) следует, что надежная работа проводников электроустановки в нормальном режиме может быть обеспечена только при условии , т. е. при .

После найденного значения по рис. 3.1 определяется параметр .

Формула (3.5) позволяет найти конечное значение теплового параметра ( ) для шинной конструкции, выполненной из известного материала.

Следующим шагом является обратная операция определения температуры по известному тепловому параметру (см. рис. 3.1), а также сравнение предельно допустимой температуры нагрева проводника с температурой, определенной в ходе расчетов.

При невыполнении условия необходимо увеличить принятое сечение до значения, удовлетворяющего указанному выше условию, для чего необходимо воспользоваться упрощенной методикой определения сечения проводника и произвести расчет в следующей последовательности:

• определить минимально допустимое по условию термической устойчивости при коротком замыкании сечение шины, мм², по следующей формуле [5]:

, (3.7)

где параметр С (А·с^1/2/мм²) принимать для заданного материала шин по исходным данным и по табл. VIII прил. 1;

• с учетом расчетного параметра принимается ближайшее бóльшее стандартное сечение шины , мм², и допустимый ток для этого сечения , А;

• для принятого сечения находится начальная, перед коротким замыканием, температура нагрева шины по формуле (3.6);

• по формуле (3.5) и графику (рис. 3.1) для начальной температуры нагрева шины сечением и находится температура нагрева вновь принятого сечения шины током короткого замыкания, которая затем сравнивается с допустимой .