Глава 2токоведущие части

2.1. ПРОВОДА И КАТУШКИ

Силовые цепи
Вспомогательные цепи	2,5
Цепи управлени	1,5
» отопления
Заземления разрядников
» других аппаратов
Блоки электронных аппаратов	0,35

Провода и шины. В состав токоведущих частей аппаратов вхо­дят проводники различных видов, являющиеся как частью аппа­рата, так и используемые для соединения его с другими элемента­ми оборудования.

Провода э.п.с. работают в особых условиях и поэтому отличаются от проводов для стационарного оборудования. В ка­честве основных соединительных применяют специальные одно­жильные провода повышенной гибкости с медными жилами, уси­ленной резиновой изоляцией и усиленной противогнилостной оп­леткой марки ПС или в резиновых шлангах марки ПСШ на напря­жения 1, 2, 3 и 4 кВ. Провода ПС прокладывают в кузове пучками или в кондуитах — тонкостенных стальных трубах, провода ПСШ — без дополнительной защиты на открытом воздухе. Для цепей управления предназначены провода на напряжения 1 и 2 кВ. В поездных цепях управления используют 16- и 37-жильные про­вода (площадь сечения жилы 2,5 мм³) в общей усиленной оплетке марки ПСЭО (ППСРМО) или в резиновом шланге марки ПСЭШ (КПСРМ-660) на напряжения 1 и 2 кВ.

Провода других марок, применяемые в промышленном оборудовании, используют только для внутренних соединений аппаратов, если устранено воздействие на них вибраций и других возмущений. Попытки применить на э. п. с. гибкие провода с алюминиевыми жи­лами не увенчались успехом вследствие их недостаточной гибкос­ти и низкой усталостной прочности.

Исходя из механической прочности и электрических нагрузок устанавливают минимальную площадь сечения, мм², проводов раз­личных цепей э. п. с.:

Для силовых цепей применяют медные, алюминиевые или сталь­ные (расположены на крыше) шины, изоляционные крепления ко­торых должны быть устойчивыми к тряске. При установке и монтаж

Провода соединяют зажимными контактами, обязательно предусматривая меры, предотвращащие саморазвинчивание.

Рис. 2.1. Принципиальная схема (а) и фактическое исполнение (б) раз­ветвления в системах электрообору­дования э.п.с.

Жесткие шины соединяют с аппаратами и машинами гибки­ми проводами.

Из-за недостаточ­ной устойчивости к тряске вне аппаратов нельзя наращивать провода пайкой, исключая мало­ответственные ответвления, например к осветительной арматуре. Все соединения производят на зажимах аппаратов; на каждый зажим можно устанавливать два-три наконечника проводов 1—3 (рис. 2.1).

Все разборные электрические соединения осуществляют, толь­ко применяя наконечники или соединительные шины. Не допуска­ется использовать кольца, скрутки, открытые наконечники или зажимы, из которых провод может выскользнуть при ослаблении крепления. Устанавливать зажимы для гибких проводов без наконечников можно только у выводов резисторов и в других слу­чаях, когда температура проводника может превышать допустимую для припоя.

Для силовых и вспомогательных цепей наиболее практичны и надежны наконечники, показанные в пп. 1 и 2 табл. 2.1. Припаивае­мые наконечники с обжимными кольцами для механической раз­грузки жил (пп. 4 и 5) применяют для проводов с малой площадью сечения, преимущественно проводов цепей управления. Для та­ких проводов перспективно применение наконечников обжимного типа (п. 6), не требующих пайки, которые широко используют в за­рубежной практике и на отечественных заводах.

Площадь поперечного сечения жил проводов определяют по ус­ловиям теплового баланса при допустимом превышении температу­ры

(2.1)

где — удельное сопротивление проводника; а_то — коэффициент теплорассеяния, П — периметр проводника.

Вводят понятие коэффициента формы сечения проводника, от которого зависит интенсивность теплорассеяния: учетом

(2.2)

Значения коэффициентов формы зависят от сечения проводника (табл. 2.1)

Приведенные соотношения от­носятся к проводникам без изоля­ции ИЛИ с тонким изоляционным слоем. Для проводников с толстым изоляционным слоем нагрузки вы­бирают в зависимости от допусти­мого превышения температуры их изоляции . При этом допустимое превышение температуры провод­ника

Рис. 2.2. Номинальный ток для проводов с резиновой изоляцией в зависимости от S

Перепад температуры в изоля­ции

где , — соответственно мощность установившихся потерь и поверхность теплоотдачи на 1 м длины проводника; ,толщина изоляции; , — коэффициент теплопроводности изоляции.

Номинальный ток зависит от площади сечения (рис. 2.2) прово­дов. При непостоянных нагрузках расчет ведут на эффективный ток

где i — текущее значение тока в продолжении рассматриваемого цикля работы продолжительностью Т.

При повторно-кратковременных (ПВ) режимах с током I и про­должительностью включения t_nB в абсолютных цифрах

I_эф =I

Площади сечения проводов нормированы, в условиях э.п. с. для них нормированы допустимые нагрузки при различных значениях ПВ (табл. 2.3).

Таблица (2.3)

Площадь Сечения,	Допустимый ток, А, при	Площадь Сечения,	Допустимый ток, А, при
	0,40	0,25		0,40	0,25
1,5
2,5

Таблица(2.4)

Площадь Сечения,	Диаметр Проволоки, мм	Размеры Провода, мм		Площадь Сечения,	Диаметр Проволоки, мм	Размеры Провода, мм
1,5	0,08	2,3			0,13	6,7
2,5	0,10	2,6			0,08	2,5x10
	0,13				0,10	4x14
	0,13	5,4			0,10	4x20

Приведенные в табл. 2.3 данные соответствуют температуре окружающего воздуха 40°С и обычным условиям охлаждения. При ухудшении этих условий (например, для пучков с большим числом проводов) допустимые нормы токов снижают. В случае параллель­ного включения нескольких проводов из-за неточного распределе­ния нагрузки между ними площади сечения принимают с запасом 10-15%.

Шины прямоугольного сечения целесообразно устанавливать на узкое ребро и окрашивать в черный цвет. Необходимая площадь сечения шин при этих условиях определяется плотностью тока в них j=I/s.

Для нормально охлаждаемых шин из меди, установленных на узкое ребро, принимают j= 4 6 А/мм². Большие значения отно­сятся к шинам, имеющим небольшие площадь сечения и толщину, меньшие — к шинам, рассчитанным на большие токи и имеющим большую толщину. При неокрашенных и особенно полированных шинах плотность тока снижают до 0,72—0,85 от приведенных значений. Площадь сечения алюминиевых шин принимают исходя из допустимой плотности тока, равной 0,6—0,62 плотности для ана­логичных медных шин.

Гибкие шунты соединяют подвижные токоведущие час­ти с неподвижными. При сравнительно небольших изгибах и для токов более 300—400 А применяют гибкие шунты, набранные из полос мягкой медной ленты (фольги), толщиной не более 0,01 мм. Если перемещение подвижных частей значительно или происходит в нескольких плоскостях, применяют гибкие шунты, сплетенные из высокогибкого провода марки ПЩ. При токах более 100 А, ког­да площадь сечения превышает 10 мм², шунту придают прямоуголь­ное сечение, сплетая его из круглых проводов ПЩ (табл. 2.4).

Для больших токов шунты составляют из нескольких шунтов меньшей площади сечения, соединяя их в общих наконечниках (см. табл. 2.1, рис. з). Для сохранения гибкости составного шунта, имеющего несколько слоев, надо выбирать длины составляющих шунтов исходя из рис. 2.3:

(2.4)

где — длины прямых участков, мм; —полная длина слоя п, мм; — угол выкружки рад.; R — радиус внутренней выкружки шунта, мм; а — толщина слоя шунта, мм.

Аналогично выбирают длины медных полос для фольговых шун­тов. Зазор между полосами принимают примерно равным толщине полосы, при этом уравнение (2.4) примет вид

+ . (2.5)

Катушки тяговых аппаратов. В исполнительных системах ка­тушки используют для создания м. д. с. в их приводах и дугога­сительных устройствах, в распорядительных системах — в качест­ве чувствительных элементов, воспринимающих различную инфор­мацию о токах, напряжениях и других величинах. Катушки — ос­новная часть реакторов различного назначения.

По конструкции катушки обычно подразделяют на проволоч­ные, изготовляемые из изолированного провода обычно круглого сечения, и шинные, изготовляемые из шинных проводников, как изолированных заранее, так и изолируемых в процессе намотки. Шинные катушки, например дугогасительные, часто выполняют без витковой изоляции, при этом междувитковой изоляцией служит воз­дух.

Проволочные катушки получили наибольшее рас­пространение; их обычно изготовляют из круглого обмоточного про­вода диаметром до 3—4 мм. Конструкции таких катушек зависит преимущественно от напряжения, на которое они рассчитаны. Низ­ковольтные катушки (рис. 2.4) обычно включают в цепи управления напряжением 50—110 В. Испытательное напряжение для них 1,5 кВ.

Намотка катушки рядовая, через каждый слой обмотки проло­жена телефонная бумага. Концы обмотки скручивают втрое, изо­лируют электротехническим чул­ком и припаивают к выводам.

Рис.2.3 К расчету дины многослойных гибких шунтов

Для низковольтных катушек такая изоляция внутреннего вы­вода вполне достаточна. Под вы­водами укладывают дополни­тельные изолирующие проклад­ки, которые закрепляют на ка­тушке однослойным бандажом из

кордной нити. Снаружи ка­тушку изолируют стеклолентой, внутрь катушки плотно уста­навливают стальную втулку, предотвращающую механические повреждения. Такие бескаркас- ные катушки наиболее просты в. изготовлении, но из-за недостаточной изоляции внутреннего вывода мало пригодны для вы­соких напряжений. Проволочная катушка (рис. 2.5) применена, например, в реле боксования; она рассчитана на рабочее напряже­ние 110—220 В, но может выдерживать напряжение до 1500 В. Ка­тушка разделена изоляционной шайбой по высоте на две равные части; обмотка на обеих частях / и II выполнена раздельно, как это представлено в схеме а. Это рядовая обмотка, в ней телефонная бу­мага проложена через каждые два слоя. Внутренние концы обеих обмоток соединяют в нижнем слое (возможна даже обмотка без соединения пайкой или сваркой), оба вывода отходят от внешних витков. Выводы сделаны из провода ПС-1000.

Подобную катушку можно выполнить только каркасного типа. В рассматриваемой конструкции использован сборный каркас, со­стоящий из двух пластмассовых фланцев 8, связанных металличес­ким каркасом 9. Между фланцами и каркасом в качестве изоля­ции проложено несколько слоев стеклоткани и стеклоленты. Такая конструкция позволяет использовать одинаковые фланцы, изоляци­онные шайбы, металлические каркасы для катушек различных раз­меров. По сравнению с катушкой, показанной на рис. 2.4, здесь существенно усилена внешняя изоляция. Обмотка покрыта стеклолентой и, кроме того, защищена от механических повреждений электрокартоном 6.

Таблица 2.5

Класс изоляции	Превышение температуры, катушек, ℃	Класс изоляции	Превышение температуры, катушек, ℃
многовитковых	реактора	многовитковых	реактора
A			F
E
H
B

Рис. 2.4. Низковольтная проволочная катушка реле:

1-лента ЛЭС 0,2мм; 2-нить хордная; 3- провод АЭТВ 0,47мм; 4,6- прокладки; 5- стеклоткань; 7- бумага телефонная; 8-скоба; 9- шайба пружинная; 10- винт;11- вывод; 12-втулка стальная.

Рис. 2.5, Схема (а) и конструкция (б) катушки реле боксования:

1-провод ПЭВ или ПЭТВ 1мм; 2-шайба;3-стеклоткань;4-провод ПС-1000,11,5м ; 5-стеклолента, 0,16мм;6-электрокартон, 0,5мм; 7-нить хордная;8-фланец;9-каркас;10,11-стеклоткань.

Рис.2.6 к расчету проволочных котушек

Анализ конструкции аппаратов показывает, что основные раз­меры применяемых в них проволочных катушек (рис. 2.6) связа­ны определенными соотношения­ми, которые обусловлены рацио­нальным исполнением аппаратов:

где D_H, D_B — соответственно на­ружный и внутренний диаметр катушки; H— ее высота.

Размеры проволочных катушек зависят от большого числа факто­ров и прежде всего от их допусти­мых превышений температуры т_д. В табл. 2.5 приведены значения т_д для катушек тяговых аппаратов

Рис. 2.7 Рис. 2.8

Рис. 2.7. Коэффициент заполнения обмоток проволочных катушек в зависимо­сти от диаметра d провода:

I -эмалированные провода ПЭЛ, ПЭВ, ПЭВА, ПЭТВ и др.; 2 — то же с однослойной волокнистой изоляцией: ПЭЛШО, ПЭЛВО и др.; 3 — то же с двухслойной волокнистой изоляцией ПБД, АПБД, ПСД, АПБС, ПСКД и Др.

Рис. 2.8. Распределение превышения температуры продолжительного режима но радиусу R проволочной катушки при Н=120 мм, =60 мм

при температуре окружающего воздуха до +40 °С по ГОСТ 9219—88.

Нагревание катушки зависит от потерь в ее обмотке. Мощность потерь

(2.7)

Сопротивление обмотки

= D_cw/( s), (2.8)

где w — число витков катушки; — удельная проводимость проводника обмотки; D_c — средний диаметр проводника обмотки:

D_c = 0,5 (D_H + Dв) =0.5 (1 + r) D_H. (2.9).

Уравнения (2.8) и (2.9) выявляют зависимость мощности по­терь от размеров катушки. Эта зависимость еще более очевидна, если рассмотреть связь между размерами катушки и числом ее витков:

(2.10)

где s — площадь сечения проводника, см²; Q — объем обмоточного про­странства, см³; — коэффициент заполнения обмоточного пространства Q медью, зависящий от формы проводника, изоляции катушки, способа на­мотки, точности изготовления катушки.

Значения для круглых обмоточных проводов различных марок можно определить по кривым, приведенным на рис. 2.7,

С учетом уравнения (2.6)

= 0,5 у (1 — z)/s. (2,11)

При расчете тепловых процессов, определяющих параметры электротехнических устройств, часто исходят из гипотезы однород­ного тела, все части которого при установившихся режимах имеют одинаковую температуру. Однако вследствие большой неоднород­ности внутренней структуры проволочных катушек для них такая гипотеза не подходит. Это подтверждает и представленная на рис. 2.8, полученная экспериментально кривая распределения по радиусу R катушки превышения температур. Даже при у — 2, что значительно превышает принимаемое обычно, в установившемся режиме обнаруживаются существенные разницы температур, не­избежно возрастающие при снижении у.

Условия теплорассеяния для проволочных катушек обычно не­благоприятны, так как катушки располагают в стесненном про­странстве, необдуваемом воздухом. Особенно плохо рассеивается тепло с торцовых поверхностей, которые почти всегда закрыты. При расчетах теплорассеяние учитывают только с боковой поверх­ности S катушки

S = D_HH= (2.12)

Удельная мощность теплорассеяния для продолжительного ре­жима, Вт/см²,

= P/S= P/(). (2.13)

Для наиболее часто применяемой изоляции классов А и Е при­нимают расчетные значения 0,09 0,12 Вт/см² при продол­жительных режимах их . Для изоляции класса В при тех же условиях 0,13 0,15 Вт/см². Исходя из выражений (2.6)— (2.13) можно установить зависимость между необходимой м. д. с.

= Iw и наружным диаметром катушки D_H

D_H (2.14)

Полученные зависимости дают возможность уточнять параметры и размеры катушек с учетом всех конструктивных элементов аппа­рата.

Шинные катушки тяговых аппаратов обычно выполняют бескаркасными с намоткой на шаблонах. Их подразделяют преиму­щественно по принципу намотки. Наиболее распространены шинные катушки с намоткой из голой шины на узкое ребро. К ним относится большинство дугогасительных катушек коммутационных аппара­тов. Так как падение напряжения в этих катушках невелико, их выполняют или без изоляции витков, или с однослойной изоляцией из стеклоленты (рис. 2.9).

При намотке на узкое ребро внутренняя часть витков утолща­ется, а наружная утоньшается, что заставляет увеличивать шаг витков. Для устранения этого и уменьшения зазоров между витками применяют шины трапецеидального сечения, так, что после на­мотки сечение витков становится примерно прямоугольным. По­добные катушки часто используют и в токовых реле, где ток зави­сит только от состояния цепи.

Рис. 2.9. Катушка шинная, дугогасительная

Рис.2.10.Катушка заглаживающего реактора СР800

Рис. 2.11. Реле перегрузки РТ-255 (а) и его шина (б);

1 — боковина; 2 — пружина; 3 — шина; 4 - противовес; 5 — кожух; 6 ~ якорь; 7 — клин; 8 — ярмо;.9 —винт; 10 — блок-контакты; 11 — указатель срабатывания (блинкер)

ми применяют шины трапецеидального сечения, так, что после на­мотки сечение витков становится примерно прямоугольным. По­добные катушки часто используют и в токовых реле, где ток зави­сит только от состояния цепи.

В реакторах силовых цепей различного назначения применяют однослойные или многослойные катушки с радиальной (спираль­ной) намоткой, иногда собираемые в комплекты. Рассмотрим одну из двухслойных катушек (рис. 2.10) сглаживающего реактора элект­ропоезда. Для снижения пульсационных потерь каждый виток составляют из трех параллельных проводников, которые транс­понированы с внутренней и наружней сторон обмотки. Проводни­ки обмотки имеют площадь сечения 3x10 мм, изоляцию ПСДК (стекловолокнистая), усиленную дополнительной стеклолентой в местах переходов. Изоляция между катушками выполнена дистан­ционными бобышками 1 из пластмассы, хвостовики которых фикси­рованы между витками катушки и прокладками 2 из стеклотексто­лита.

Выбор типа шинных катушек зависит не только от условий их работы, но и от технологических возможностей. Так, часто шинные катушки сходны по технологии с катушками тяговых машин и их изготовляют не в аппаратном, а в машинном цехе.

При многослойных катушках со спиральной намоткой желательно, чтобы число слоев было четным, что позволяет все выводы делать от внешних витков.

У катушек реле или аппаратов защиты, выполняющих функции чувствительного элемента в цепях с большими токами, для получе­ния необходимых м. д. с. оказывается достаточно иметь один или дробное число витков. В этом случае можно использовать шину, форма которой удобна для конструкции аппарата. Примером могут служить реле перегрузки типов РТ-253—РТ-255 с седлообразными нишами — катушками (рис. 2.11), с числом витков 1/2.

---

Дата добавления: 2015-07-12