Провода силовых цепей

July 19, 2013 by admin Комментировать »

Диапазон токонесущих проводов простирается от тонких проволочек в домашнем электрооборудовании до массивных шин, способных пропускать ток в несколько сот килоампер. Как правило, провода изготовляют из меди, однако и алюминий часто применяют для изготовления шин и обмоток трансформаторов. Площадь поперечного сечения тонких проводов определяется номером AWG^ (American Wire Gauge — Американская система стандартов толщины проводов). Для больших проводников поперечное сечение указывается в круговъюсмилах, D[1], где D — диаметр проводника в тысячных долях дюйма[2]\ Например, провод диаметром х/г дюйма будет иметь площадь 250000 круговых милов. Это может быть записано также как 250 kcm, а в старых таблицах писали 250 mcm. Для некруглых проводов сечение в круговых милах рассчитывается как их сечение в квадратных дюймах, умноженное на (4/л) x 106.

Проводники для больших токов обычно выполняются для лучшего охлаждения в виде нескольких параллельных шин. В обычных условиях грубо оценить токонесущую способность проводов по их сечению можно из соотношения lOOOA/дюйм2 (155А/см2). Соединения между шинами должны быть выполнены так, чтобы избежать проблем, связанных с разным расширением шин и крепежных болтов как из-за нагрева протекающим током, так и из-за изменений внешней температуры. Болты из кремниевой бронзы хорошо совпадают по коэффициенту теплового расширения с медью и достаточно прочные для обеспечения хорошего соединения шин. Однако наиболее надежные соединения шин из меди или алюминия выполняются стальными болтами и мощными тарельчатыми шайбами (Belleville washers) поверх обычных плоских шайб. Соединение затягивают до тех пор, пока тарельчатая шайба не станет плоской. Обычные разрезные шайбы-гроверы использовать не рекомендуется. Если шина подвергается воздействию сильных магнитных полей, то следует для крепежа использовать нержавеющую сталь, хотя магнитное поле, создаваемое током в самой шине, обычно этого не требует. Вместе с тем с учетом внешних условий все же лучше использовать нержавеющую сталь.

Места соединения шин должны быть чистыми. Перед закреплением болтами места соединения шин следует очистить стальной щеткой и покрыть специальным соединительным компаундом. Алюминиевые шины следует очистить от окисла и немедленно, во избежание его образования вновь, покрыть специальным соединительным компаундом для алюминия.

Большинство проводов в цепях управления выполняются из скрученных медных проволок, защищенных изоляцией, на 300 или 600 В, в большинстве случаев из поливинилхлорида. Силовые провода подобны проводам для цепей управления, хотя, конечно, они намного толще. Провода для монтажа в электрических шкафах часто используют толщиной до 250 kcm из-за того, что их приходится изгибать под острым углом, однако твердых правил на этот счет нет. В США обычно эти провода аттестуются в лабораториях по технике безопасности или в Канадской ассоциации стандартовЧ

Большинство стандартов на оборудование требуют наличия в маркировке проводов отметки о сертификации UL или CSA, как и значений сечения провода AWG и максимальной температуры изоляции (см. Рис. 2.2).

Рис. 2.2. Примермаркировки проводов

11 В РФ аттестация электротехнической продукции осуществляется в многочисленных центрах по сертификации на соответствие требованиям безопасности. Головная организация — ВНИИС (Всероссийский научно-исследовательский институт сертификации). — Примеч. пер.

При выборе проводов на тот или иной ток необходимо следовать рекомендациям Национальных правил устройства электроустановок в США1\

В маркировке проводов обычно указывается изготовитель, испольэуемая проволока, ее диаметр, максимальное напряжение, класс огнестойкости, максимальная температура изоляции.

Многожильные провода должны оканчиваться обжимными наконечниками, которые затем крепятся винтами к шине или контактному блоку. Автоматические выключатели и другие силовые приборы часто имеют выводы, удобные для быстрого подсоединения многожильных проводов или для винтового соединения. В этих местах нельзя использовать болтающиеся (ненадежные) соединения. Очень гибкие сварочные провода никогда не должны использоваться со стяжными накладками. Нужно обязательно применять обжимные наконечники.

Проводники среднего напряжения (до 7.5 кВ) бывают и экранированными, и не экранированными, а на более высокие напряжения они должны иметь экран независимо от величины воздушного зазора проводников между собой и землей. Расстояния между проводниками должны отвечать требованиям стандартов.

Экранированные кабели имеют центральный токонесущий проводник, слой изоляции, а затем проводящий слой, покрытый слоем из изолирующего и защитного материала. Экран соединяется с землей. Эта конструкция гарантирует однородность радиального электрического поля в кабеле и отсутствие пустот в изоляции, способных вызвать коронный разряд. Соединение кабелей выполняется с помощью концевых муфт, конусообразных устройств, в которых радиус изоляционного слоя и экрана постепенно увеличивается (Рис. 2.3). Когда достигается радиус, достаточный для снижения напряженности электрического поля до приемлемого уровня, экранирование может быть закончено, и обычный кабельный наконечник можно использовать для соединения с другим проводником. Важно, чтобы в изоляции между центральным проводником и экраном не было пустот. Для этого в некоторых концевых муфтах используется сжимающий бандаж, а в других применяется силиконовая смазка.

Механические силы, возникающие между токонесущими проводниками, пропорциональны квадрату токов, так что при возникновении аварийных ситуаций в оборудовании большой мощности закрепление проводников становится серьезной проблемой. В таких электронных системах, как пускатели электродвигателей, непосредственно подсоединенных к силовой линии, при аварии могут возникнуть особенно большие токи. Автоматическим выключателям для выключения требуется несколько периодов сетевого напряжения, при этом ток они не ограничивают. Обычные npe-

11 В РФ действуют Правила устройства электроустановок (ПУЭ). — Примеч. пер.

Рис. 2.3. Соединение кабеля и концевоймуфты

дохранители также имеют довольно большое время перегорания и помочь в этом случае не могут. Напротив, полупроводниковые предохранители перегорают за долю периода сетевого напряжения и ограничивают аварийный ток, амплитуда которого является функцией максимально выдерживаемого тока этих предохранителей. Сила F (в ньютонах), развиваемая между двумя параллельными круглыми проводниками на один метр их длины при расстоянии между ними d (в сантиметрах), определяется выражением

где /— среднеквадратичное значение тока в амперах. Эта сила зависит от геометрии проводников. Если в обоих проводниках ток течет в одном направлении, то действует сила их отталкивания, а если в противоположном — притяжения.

Когда оборудование питается от внутреннего трансформатора, стационарный ток в случае аварии (короткого замыкания нагрузки) редко увеличивается более чем в 20 раз по сравнению с номинальным током нагрузки. Однако индуктивность цепей создает асимметрию токов короткого замыкания, и теоретически они могут достичь величины, в 2 раза большей, чем пиковое значение в стационарном режиме. В LR-цепях более вероятно, что пиковый ток короткого замыкания окажется примерно в 1.5 раза больше пикового значения в стационарном режиме, но и это способствует возник-

новению механических сил между проводниками, вдвое больших, чем в стационарном режиме, из-за квадратичной зависимости сил от тока. Автоматические выключатели рассчитываются на максимальный пиковый ток, что позволяет с их помощью защищать те или иные механизмы.

Проводники для очень больших токов иногда делают с водяным охлаждением. Для этого, в частности, используются медные трубки, запаиваемые в пазы, выфрезерованные на поверхностях шины. При использовании водяного охлаждения большая часть тепла, выделяющегося в оборудовании, передается в воду, уменьшая тем самым нагрев воздуха в шкафах силового оборудования. Водяное охлаждение также способствует экономии меди.

При больших значениях переменных токов в шинах, особенно с высоким содержанием в них гармоник, в близко расположенных стальных элементах конструкции шкафов могут наводиться вихревые токи, что вызывает нагрев. Одним из решений этой проблемы является замена стальных элементов конструкции на алюминиевые или стеклопластиковые. Другим решением является помещение между шиной и стальными элементами конструкции медных пластин. В них развиваются большие вихревые токи, но малое электрическое сопротивление меди способствует минимизации потерь. При этом вихревые токи в медных пластинах создают магнитное поле, противоположное исходному, и тем самым защищают стальные элементы конструкции.

Источник: Сукер К. Силовая электроника. Руководство разработчика. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХI, 2008. — 252 c.: ил. (Серия «Силовая электроника»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты