При работе электрических аппаратов имеют место потери электроэнергии в виде тепла, которое расходуется на нагрев электрических аппаратов и рассеивается в окружающей среде.

В результате нагрева электрических аппаратов происходит их старение. При недопустимых значениях нагрева происходит преждевременный выход из строя не только отдельных элементов, но и аппаратов в целом.

Например, при возрастании допустимой температуры лишь на 8º С, срок службы изоляции сокращается в 2 раза. При увеличении прочность меди снижается на 40%.

Поэтому для того, чтобы электрический аппарат свои нормативные часы, необходимо обеспечить его допустимый тепловой режим работы.

В аппаратах постоянного тока нагрев происходит в основном за счет потерь в активном сопротивлении токоведущей цепи.

Энергия, выделяющаяся в проводнике

, Дж        ,Дж                               (2.1)

где I – ток, А; R ‑ сопротивление проводника, Ом; T – длительность протекания тока, с.

Активное сопротивление проводника различно при постоянном и переменном токе из-за поверхностного эффекта и эффекта близости.

При переменном токе

        (2.2)

где R- сопротивление при постоянном токе; - коэффициент добавочных потерь из-за вышеотмеченных эффектов.

Поверхностный эффект

Результатом поверхностного эффекта является неравномерность плотности тока по сечению проводника. Переменный ток, протекая по проводнику создает переменное магнитное поле, которое пронизывает проводник, наводит в нем ЭДС. Эта ЭДС создает вихревые токи, которые геометрически складываются с основным магнитным потоком. В результате наибольшая плотность будет на поверхности проводника.

Эффект близости     

Эффект близости заключается во взаимном влиянии магнитных полей проводников на ток, протекающий по этим проводникам.

В результате ток по сечению проводников распределяется неравномерно.

Отношение активного сопротивления проводника, находящегося в магнитном поле других проводников, к сопротивлению уединенного проводника называется коэффициентом близости.

Как и в случае с поверхностным эффектом коэффициент близости усиливается с частотой тока, электрической проводимостью материала.

зависит как от формы, так и взаимного расположения, и направления токов в них.

Коэффициент близости может быть и меньше единицы.

В трехфазных системах влияние соседних фаз значительно сложнее, чем в однофазных. Однако здесь имеет место минимальное расстояние между фазами, при котором эффект близости практически можно не учитывать. Так, при цилиндрических проводах , если расстояние между фазами D≥6d , где d – диаметр провода. Для прямоугольных шин в трехфазной системе , если D≥3h, где h – наибольший размер поперечного сечения шины.

Как следует из вышесказанного поверхностный эффект и эффект близости существенно влияют на сопротивление проводников, а следовательно и величину потерь в этих проводниках.

Потери в нетоковедущих ферромагнитных деталях аппаратов

В цепях переменного тока, где имеются ферромагнитные элементы, имеют место активные потери.

Причина в том, что переменный магнитный поток, пересекая ферромагнитные детали, наводит вихревые токи. Они то и являются причиной потерь. Направление вихревых токов таково, что создаваемые ими магнитные потоки направлены встречно основному полю. По этой причине магнитный поток по сечению распределяется неравномерно и магнитная индукция максимальна на поверхности стержня.

Распределение магнитной индукции В и плотности тока I в ферромагнитном стержне показано на рис. 2.1.

Рис. 2.1 – Распределение магнитной индукции В и плотности тока I в ферромагнитном стержне.

Для уменьшения потерь в магнитопроводе электроаппаратов они выполняются шихтованными из тонких изолированных друг от друга листов электротехнической стали толщиной 0,2÷0,5 мм.

Для уменьшения потерь в массивных ферромагнитных деталях предусматриваются следующие меры:

• увеличивают расстояние от проводника с током до ферромагнитных деталей;

• на пути магнитного потока вводится немагнитный зазор;

• при номинальных токах выше 1000 А конструкционные детали изготавливаются из немагнитных материалов (латунь, немагнитный чугун, алюминиевые сплавы и др.).

Следует отметить, что в аппаратах переменного тока высокого напряжения помимо потерь в проводниках и ферромагнитных материалах учитывают также потери в изоляции проводов и изолирующих деталях