Echipamente Electrice

1. PROCESE TERMICE ÎN ECHIPAMENTELE

ELECTRICE

În aparatele electrice (dar si în motoarele electrice sau orice alt dispozitiv ce

foloseste energia electrica) se dezvolta necontenit caldura datorita transformarii

unei parCi din energia electromagnetica în energie termica.

Principalele surse de caldura dintr-un parat electricsunt: conductoarele parcurse

de curentul electric, miezurile de fier strabatute de fluxuri magnetice variabile

în timp, arcul electric (dintre piesele de contact deschise), pierderile de putere

activa din izolaCii si ciocnirile mecanice. Celelalte elemente ale aparatului, care nu

sunt surse de caldura, pot fi puternic solicitate termic prin propagarea caldurii de la

un corp la altul prin conducCie termica.

Caldura ce se dezvoltata în aparatele electrice face ca temperaturile diferitelor

parCi ale acestora sa creasca în timp, pâna la o valoare staCionara (corespunzatoare

regimului staCionar), când întreaga caldura produsa în aparat se cedeaza mediului

ambiant prin convecCie. Pentru a se asigura o funcCionare sigura si de durata

a aparatelor elctrice (din punctul de vedere al solicitarilor termice), standardele impun

(ca în funcCie de materialele utilizate si condiCiile de exploatare ale aparatului

electric) anumite limite maxim admisibile pentru temperaturile din regimul staCionar.

1.1. Câmpul termic

Temperatura, ca marime de stare ce caracterizeaza energia interna a unui

corp, este principalul factor ce influenCeaza durata de viaCa si stabilitatea în funcCionare

a unui aparat electric. Rezulta ca este necesara cunoasterea variaCiei în timp si

a repartiCiei spaCiale a temperaturii.

RepartiCia temperaturilor într-un corp este o funcCie de spaCiu si timp, adica:

q = q(x, y, z, t) [°C] (1.1)

Pentru un câmp termic staCionar (invariabil în timp) se obCine o repartiCie

doar spaCiala a temperaturii care se exprima astfel:

q = q(x, y, z) [°C] (1.2)

Deoarece temperatura este o marime care poate fi caracterizata, într-un sistem

de masura dat, printr-un singur numar, nefiind legata de noCiunea de direcCie si

sens, câmpul de temperaturi este un câmp scalar.

4

Definim supratemperatura sau încalzirea (t) ca diferenCa dintre temperatura

corpului (q) si temperatura mediului ambiant (qa):

t = q – qa = T – Ta [°C], [K], (1.3)

în care: temperaturile q si qa se masoara în grade Celsius, iar temperaturile absolute

T si Ta în Kelvin. Încalzirea fiind o diferenCa de temperaturi se masoara în grade

Celsius [°C] sau Kelvin.

În regim staCionar relaCia (1.3.) devine:

ts = qs– qa (1.4)

unde ts si qs sunt încalzirea si respectiv temperatura în regim staCionar.

Supratemperatura staCionara la care ajung diferitele parCi ale aparatului depinde

de regimul de funcCionare a acestuia si de temperatura mediului ambiant.

Valorile temperaturii mediului ambiant sunt stabilite prin standarde pentru diferite

zone climatice. Valorile temperaturilor maxim admisibile pentru diversele subansamble

care compun aparatul, în regimul de funcCionare normal sau de avarie depind

de materialele folosite la construcCia sa si sunt date în standarde. Deoarece

puterea aparatului este determinata de supratemperaturile maxim admisibile în diferitele

lui parCi, rezulta ca încalzirea admisa pentru un anumit element al aparatului

trebuie aleasa în asa fel încât sa asigure o putere maxima la o durata de funcCionare

prestabilita (prin standarde sau de beneficiari). Verificarea supratemperaturii

maxime admise se va face asupra celor mai sensibile parCi ale aparatului: cailor de

curent, izolaCiile electrice, elementelor elastice, lipituri, si contacte.

Pentru ca încalzirea nici unui punct din aparat sa nu depaseasca limitele admise

de standarde, este necesar ca disiparea caldurii catre mediul ambiant sa fie cât

mai activa. CondiCiile de disipare a caldurii dintr-un aparat electric catre mediul

ambiant reprezinta unul din criteriile fundamentale de dimensionare a aparatelor

electrice, si de aceea este necesara cunoasterea surselor de încalzire si transferul de

caldura în aparat si spre mediul ambiant. Prin studiul solicitarilor termice ale aparatelor

electrice se urmareste determinarea prin calcul a încalzirii diferitelor parCi ale

aparatului, la un anumit regim de funcCionare si în în comndiCii bine determinate.

Totalitatea punctelor cu aceiasi temperatura dintr-un câmp termic formeaza

o suprafaCa izoterma sau suprafaCa de nivel. Pentru a ajunge de la o izoterma la o

alta izoterma pe drumul cel mai scurt se utilizeaza vectorul gradient (grad q)

definit astfel: