Главная страница
Навигация по странице:

  • 2.2. Выбор размеров остова и фарфоровых покрышек ввода

  • 2.3. Выбор допустимых радиальных напряженностей

  • 2.4. Выбор расчетного напряжения для определения радиальных размеров и допустимых радиальных напряженностей

  • 2.5. Определение длин стержня и фланцев

  • 2.6. Выбор конструкции разделки края обкладки и толщины основного слоя изоляции

  • 2.7. Определение радиуса стержня и радиуса фланца

  • 2.8. Определение числа слоев, радиусов и длин конденсаторных обкладок

  • 2.9. Определение длин уступов и их коррекция

  • 2.10. Определение емкостей слоев и напряженности в них

  • ВКР. Расчёт и конструкция бумажномасляной изоляции ввода конденсаторного типа на напряжение 150 кВ и ток 1000 А, утвержденная приказом ректора от 7 апреля 2021 г. 2563


    Скачать 1.34 Mb.
    НазваниеРасчёт и конструкция бумажномасляной изоляции ввода конденсаторного типа на напряжение 150 кВ и ток 1000 А, утвержденная приказом ректора от 7 апреля 2021 г. 2563
    Дата09.06.2022
    Размер1.34 Mb.
    Формат файлаpdf
    Имя файлаВКР.pdf
    ТипПояснительная записка
    #582314
    страница2 из 4
    1   2   3   4
    2 Электрический расчет
    2.1. Выбор расчетных напряжений
    Расчетные напряжения выбираются на основании испытательных напряжений и длительно воздействующего рабочего напряжения в со- ответствии с ГОСТ 1516.3–96. Проектируемый ввод должен быть подвергнут испытанию одноминутным напряжением промышленной частоты U
    исп
    =275 кВ и выдерживать в сухом состоянии плавно поднимаемое напряжение U
    сух
    =275 кВ (ГОСТ 10693–81 Вводы конденсаторные герметичные на номинальные напряжения 150 кВ и выше. Общие технические условия).
    Номинальное напряжение: U
    н
    =150 кВ. Расчетное напряжение для радиальных размеров будет определяться по формуле: раб
    172
    U
    99.304 кВ
    3
    расч r
    U



    Выбор расчетных напряжений для аксиальных напряжений внешней и внутренней изоляции производится в соответствии с ГОСТ 1516.3-96. По таблице 2.1 [1], для изолятора 150 кВ эти напряжения равны:
    U
    расчh
    =U
    исп
    =275 кВ – расчетное напряжение для аксиальных размеров внутренней изоляции;
    U
    расчH
    =U
    сух
    =275 кВ – расчетное напряжение для аксиальных размеров внешней изоляции.
    U
    расчH
    =U
    исп
    ∙ √2 =388,909 кВ – расчетное напряжение для определения высоты верхней части изолятора и длины внутренней части изоляции.

    22
    2.2. Выбор размеров остова и фарфоровых покрышек ввода
    Рисунок 2.1 – Эскиз изолятора конденсаторного типа с бумажно-масляной изоляцией
    Продольные размеры фарфоровых покрышек H
    в и h н
    (рис.1.1) выбираются на основании зависимостей разрядного напряжения от размеров разрядных расстояний по воздуху [1, рис. 2.2] и в масле [1, рис. 2.3] с учётом коэффициента запаса, который составляет 1,1 ÷ 1,15.
    Высота верхней части изолятора определяется по кривой приведенной на рис. 2.2 [1]: H
    в '=1,25 м, с учетом коэффициента запаса k з
    =1,15
    H
    в
    =H
    в '

    k з
    =1,25

    1,15=1,438 м.
    Длина внутренней части изоляции определяется как: h
    в
    =H
    в

    0,75=1,438

    0,75=1,078 м.
    Длина нижней части остова (внутри фарфоровой крышки) выбирается по кривым разрядных напряжений рис. 2.3 [1, кривая 2]: h н ' = 0,49 м, с учетом коэффициента запаса: h
    н
    =h н '

    k з
    =0,49

    1,15=0,563 м.
    Для обеспечения экранирования фланца и нижней головки изолятора длина фарфоровой покрышки в нижней части ввода выбирается так:
    H
    н
    = h н
    /0,75 = 0,563/0,75 = 0,751 м.

    23
    2.3. Выбор допустимых радиальных напряженностей
    По установленным значениям h в
    и h н
    можно определить допустимые продольные напряжённости в верхней и нижней части ввода, а также среднюю аксиальную напряжённость по формулам:
    275
    кВ
    255,072 1,078
    м
    расч h

    в
    U
    E
    h



    Аксиальная напряжённость в нижней части ввода
    275
    кВ
    488,021 0,563
    м
    расч h

    н
    U
    E
    h



    Приведённая аксиальная напряжённость
    275
    кВ
    167,517 1,078 0,563
    м
    расч h
    h
    в
    н
    U
    E
    h
    h





    2.4. Выбор расчетного напряжения для определения радиальных
    размеров и допустимых радиальных напряженностей
    Так как заданием определено, что используется конусная разделка краев, то для области слабо неоднородного поля допустимая рабочая напряженность:
    E
    rраб
    =5 кВ/мм, и допустимая испытательная напряженность: E
    rисп
    =18 кВ/мм.
    Расчётное напряжение определяем исходя из соотношения: раб r исп r раб исп
    E
    E
    и
    U
    U
    . (2.1), (2.2)
    Тогда: исп раб
    U
    275кВ
    2,769;
    U
    99,304кВ


    исп r раб r
    18кВ/мм
    3,6.
    E
    5кВ/мм
    E


    Так как исп r исп раб раб r
    U
    U
    E
    E

    , то за расчётное напряжение при выборе радиальных размеров следует принимать U
    раб
    , тогда
    U
    расчr
    = U
    раб
    = 99,304 кВ,

    24 а Е
    расч
    = Е
    rраб
    = 5 кВ/мм.
    Е
    rдоп
    = Е
    rраб
    = 5 кВ/мм.
    2.5. Определение длин стержня и фланцев
    Рисунок 2.2 – Эскиз остова проходного изолятора.
    При условии равенства радиальных напряженностей у токоведущих стержня и у фланца (α = 1) радиальная напряженность в более нагруженных слоях будет наименьшая, если
    𝑟
    ф
    𝑟
    𝑐
    =

    𝑐

    ф
    = 𝑧 = 3,6:
    𝛼 =
    𝐸
    𝑟𝑐
    𝐸
    𝑟ф
    (2.3)
    Длина обкладок у фланца определяется выражением:
    275 0,631 м
    (
    1)
    (3,6 1) 167,517
    расч h
    ф
    h
    U
    h
    z
    E



     
     
    где z = 3,6 определяется по рис. 2.7 [1] при α = 1.
    Длина обкладок у стержня или расчетная длина стержня будет равна:
    3,6 0,631 2, 273 м
    c
    ф
    h
    z h
     



    2.6. Выбор конструкции разделки края обкладки и толщины
    основного слоя изоляции
    Для данного ввода применяется конусная разделка края обкладки. При этом толщина основного слоя изоляции будет равна: Δr = 6 мм.

    25
    2.7. Определение радиуса стержня и радиуса фланца
    При определении радиусов стержня и фланца необходимо выполнять следующее условие: E
    r
    = const. Для обеспечения этого условия необходимо, чтобы длины обкладок удовлетворяли соотношению r

    h = const.
    Радиус стержня можно определить из выражения: расч c
    r доп
    U
    99,304кВ
    r =
    =
    =0,008788 м.
    кВ
    2,26 E
    2,26 5
    мм


    Диаметр стержня соответственно будет равен: d
    c
    = 2 · r c
    = 2 · 0,008788 = 0,018 м.
    По табл.2.2. [1] выбираем стандартный диаметр трубы: внутр d
    =25 мм и внешн d
    =30 мм
    (
    доп
    I
    =830 А
    ,
    2
    S=217 мм
    ).
    Производим проверку сечения по допустимому току: плотность тока в стандартной трубе диаметром 25 мм будет определяться из следующих выражений:
    2
    доп
    830
    I
    =
    = 332 А; S=217 мм ;
    2,5
    доп
    2
    I
    332
    А
    j=
    =
    =1,53
    S
    217
    мм
    , ном
    ,
    830
    I >I
    >750, 332<750.
    2,5
    доп
    Данное условие не выполняется, следовательно, необходимо увеличить сечение трубы (увеличить внешний радиус). Тогда необходимое сечение трубы:
    2
    н треб
    I
    1000
    S
    =
    =
    = 653,61 мм .
    j
    1,53
    Внутренний диаметр трубы:
    2 2
    внутр внешн треб
    30 - 653,61 4
    4
    d
    = d
    -S
    =
    = 8,234 мм
    π
    π


    В действительности наша токоведущая труба имеет сечение:
    2 2
    2 2
    внутр
    2
    внеш d
    d
    3,14 (30 8,234 )
    S
    653,614 мм
    4 4
    4











    26
    Таким образом, выбираем медную трубу d внутр
    /d внеш
    =8,234/30.
    Окончательно примем d c
    =30 мм, следовательно, радиус r c
    =15 мм.
    Посчитаем r ср
    E
    : расч r ср c
    U
    99,304
    кВ
    E
    =
    =
    =2,929 2,26 r
    2,26 15
    мм


    Радиус фланца находится по формуле: ф
    с r =r
    =15 3,6=54 мм.
    z


    Диаметр, соответственно, равен: d
    ф
    = 2·r ф
    = 2 · 54=108 мм.
    2.8. Определение числа слоев, радиусов и длин конденсаторных
    обкладок
    Для данного расчета принимается, что толщины всех слоев одинаковы равны Δr = 6 мм.
    Тогда число слоев определится равенством:
    54 15 6,5 7
    6
    ф
    c
    r
    r
    m
    r







    а радиус k-ой обкладки:
    k
    c
    r
    r
    k
    r
       
    , где k – номер слоя.
    Для первой обкладки:
    1 15 1 6 21 мм
    r
       
    Остальные радиусы сведены в таблицу 1.
    Длины конденсаторных обкладок вычисляются по следующей формуле:
    ф
    ф
    k
    k
    r
    h
    h
    r


    (2.4)
    Для первой обкладки:
    1 54 631 1624 мм
    21
    h



    Остальные длины обкладок сведены в таблице 2.1

    27
    Таблица 2.1 – Радиусы и длины конденсаторных обкладок
    Номер слоя, m
    1 2
    3 4
    5 6
    7
    Радиус обкладки, r k
    , мм
    21 27 33 39 45 51 57
    Длина обкладки, h k
    , мм
    1624 1263 1033 874,238 757,673 668,535 598,163
    2.9. Определение длин уступов и их коррекция
    Суммарные длины соответствующих уступов в верхней и нижней частях ввода будут зависеть от номера слоя k:
    1
    k
    k
    k
    h
    h




    (2.5)
    Длина первого уступа:
    2273 1624 649, 434 мм
    1 1
    h
    h
    c






    Длины остальных уступов сведены в таблице 2.2.
    Таблица 2.2 – Длины уступов
    Номер слоя, m
    1 2
    3 4
    5 6
    7
    Длина уступа, λ
    k,
    мм
    649,434 360,797 229,598 158,952 116,565 89,138 70,372
    Найдем минимальную допустимую приведенную длину уступа у фланца:
    2 2
    m
    мин
    н мин
    h н доп
    U
    E


     
     

    , где (2.6) max
    1,15 3,369
    r
    r ср
    E
    E



    кВ
    10
    см
    h н доп
    E

    – допустимая аксиальная напряженность в масле.
    m
    U

    - наибольшее падение напряжение на слое. max
    1 1
    54
    ln(
    )
    3,369 51 ln(
    )
    9,82 кВ
    51
    ф
    m
    r
    m
    m
    r
    U
    E
    r
    r







     

    Так как в качестве расчетного напряжения для радиальных размеров изолятора принято наибольшее рабочее, то наибольшее падение напряжения на слое приводится к испытательному напряжению:

    28 исп раб
    U
    275
    '
    9,82 27,195 кВ
    U
    99,304
    m
    m
    U
    U

     




    2
    '
    2 27,195 54,389 мм
    1
    m
    мин
    h н доп
    U
    E

     




    54,389 27,195 мм
    2 2
    мин
    н мин





    Зависимость длины уступа

    k от номера слоя m представлена на рисунке
    1.3.
    Рисунок 2.3 – 1 - длина уступа λ
    k
    , 2 - минимальная длина уступа λ
    min.
    Длины уступов удовлетворяют условию k
    min
    λ >λ
    2.10. Определение емкостей слоев и напряженности в них
    Емкость в k-ом слое определяется по формуле:
    1 2
    ln(
    )
    k
    k
    k
    k
    h
    C
    r
    r
     

      

    , (2.7) где
    12 11 0
    Ф
    8,85 10 3,6 3,186 10
    м
    r
      


      





    29
    Для первого слоя емкость составит:
    11 1
    1 1
    2 2 3,14 3,186 10 1,624 0,9659 нФ
    21
    ln( )
    ln(
    )
    15
    с
    h
    C
    r
    r
     

      







    Напряжение, приходящееся на слой, будет определяться как:
    9 1
    1 1
    , где
    6,762 10 1
    m
    расч r
    k
    m
    i
    i
    k
    i
    i
    U
    U
    C
    C
    C









    (2.8)
    Для первого слоя:
    1 9
    9 1
    1 99,304 15, 204 кВ
    1 0,9659 10 6,762 10
    расч r
    m
    i
    i
    U
    кВ
    U
    C
    C











    Емкости слоев и падения напряжения на слоях представлены в таблице 2.3.
    Таблица 2.3 – Емкости слоев и падение напряжения на слоях
    Номер слоя, m
    1 2
    3 4
    5 6
    7
    Емкость слоя, С
    k
    , нФ
    0,9659 1,006 1,031 1,048 1,06 1,069 1,077
    Падение напряжения на слое, ΔU
    k
    , кВ
    15,204 14,6 14,249 14,019 13,856 13,735 13,642
    Максимальная и минимальная напряженности могут быть определены из следующих соотношений: max min
    1 1
    1
    ln(
    )
    ln(
    )
    k
    k
    k
    k
    k
    k
    k
    k
    k
    k
    U
    U
    E
    E
    r
    r
    r
    r
    r
    r









    (1.9), (1.10)
    Для первого слоя:
    1 1max
    1 1
    1min
    1 1
    15, 204
    кВ
    3,012 21
    мм ln( )
    15 ln(
    )
    15 15, 204
    кВ
    2,152 21
    мм ln( )
    21 ln(
    )
    15
    c
    c
    c
    U
    E
    r
    r
    r
    U
    E
    r
    r
    r












    Остальные величины напряженностей слоев приведены в таблице 2.4.

    30
    Таблица 2.4 – Напряженности слоев
    Номер слоя, m
    1 2
    3 4
    5 6
    7
    Максимальная напряженность, E
    k max
    ·10 6
    ,
    В/м
    3,012 2,766 2,63 2,543 2,483 2,439 2,405
    Минимальная напряженность, E
    k min
    ·10 6
    , В/м
    2,152 2,152 2,152 2,152 2,152 2,152 2,152
    По полученным данным строим график распределения радиальных напряженностей по слоям, по оси абсцисс которого откладывается радиус слоя, а по оси ординат – значение напряженности, соответствующей этому радиусу.
    Рисунок 2.4 – График распределения радиальных напряженностей.
    Из расчета видно, что напряженность в каждом слое не превышает допустимое значение 5 кВ/мм.
    3 Тепловой расчет

    31
    При расчёте тепловой устойчивости проходного изолятора выясняется возможность развития теплового пробоя в проектируемой конструкции при заданном токе, проходящем по токоведущему стержню, и наибольшем допустимом напряжении.
    Так как аксиальные размеры изолятора существенно больше ра- диальных, при проведении теплового расчёта принимают, что тепловое поле изолятора радиально, т.е. вся теплоотдача осуществляется только в радиальном направлении (рис. 3.1).
    T
    и
    1 2
    T
    k r
    2
    r
    1
    r c
    r фл
    P
    с
    P
    к
    P
    отв r
    ф1
    r ф2
    Рисунок 3.1 – Схема для графического расчета тепловой устойчивости изолятора конденсаторного типа:1 – масло, 2 – фарфор.
    Расчёт выполняется для установившегося теплового режима изоляции.
    Исходными данными при расчёте являются ток в стержне изолятора, температура окружающей среды и зависимость tg

    от температуры для применяемой изоляции.
    Расчёт производится методом «шаг за шагом». Для проведения расчёта задаются рядом значений температуры стержня Т
    с1
    , Т
    с2
    , …, Т
    сn
    . Эти значения произвольны, но должны быть близки к возможной искомой температуре стержня Т
    с при данных условиях. Практически для изоляторов высокого напряжения удобно принять значения Т
    с равными 40, 60, 80 и 100

    С.

    32
    Найдем тепловые сопротивления масляного зазора, фарфоровой покрышки, окружающей среды. Тепловое сопротивление масляного зазора:
    1 1
    ln(
    )
    2



     
    ф
    ТМ
    М
    фл
    r
    R
    к
    r
    (3.1) где
    0
    Вт
    =0,13
    м С
    М
    к

    - коэффициент теплопроводности масла.
    Принимаем толщину зазора Δ
    з
    = 20 мм, а толщину фарфоровой стенки изолятора – Δ
    ф
    = 40 мм, тогда:
    1 0,054 0,02 0,074 м
    ф
    фл
    з
    r
    r

      


    2 1
    0,074 0,04 0,114 м
    ф
    ф
    ф
    r
    r

      


    0 1
    1 1
    0,074
    м С
    ln(
    )
    ln(
    )
    0,386 2
    2 3,14 0,13 0,054
    Вт
    ф
    ТМ
    М
    фл
    r
    R
    к
    r







     


    Тепловое сопротивление фарфоровой покрышки:
    2 1
    0 0
    1
    ln(
    )
    2
    Вт
    1
    м С
    1 0,114м м С
    ln(
    )
    0,069 2 3,14 1 0,074м
    Вт
    ф
    ТФ
    Ф
    ф
    Ф
    ТФ
    r
    R
    к
    r
    к
    R



     








    (3.2), (3.3)
    Для расчёта теплоотдачи ввода в окружающую среду принимается коэффициент теплоотдачи с поверхности фарфора

    в
    = 16 Вт/(м
    2
    
    С), тогда:
    0 2
    1 1
    м С
    0,087 2
    2 3,14 0,114 16
    Вт
    ТО
    ф
    в
    R
    r






     




    Определим полный тепловой поток изолятора и соответствующей ему температуру внешней поверхности изолятора. Найдем потери в токоведущем стержне:
    2 0
    0
    [1
    (
    20
    )]



     


    c
    T
    c
    P
    I
    R
    T
    С
    , где (3.4)
    0 1
    0,0039
    С
    T


    - температурный коэффициент сопротивления медного стержня;

    33 2
    Ом мм
    0,0175
    м
    v



    - удельное объемное сопротивление медного стержня;
    2 5
    0 2
    Ом мм
    0,0175
    Ом м
    2,677 10 653,614м м
    v
    ст
    R
    S







    - активное сопротивление стержня;
    2 653,614м
    т
    S

    - сечение трубы.
    Для теплового расчета изолятора требуется значение tg δ в диапазоне температур от 40 до 100 о
    С. Для данного ввода применяется масло ГК и кабельная бумага КВМСУ 120. Произведем аппроксимацию зависимости tg δ = f(T) зависимостью вида: tg δ = A·exp(B·T).
    Определим тангенс угла диэлектрических потерь комбинированной изоляции.
    Для бумажно-масляной изоляции tg δ и ε
    r рассчитываются по формулам:
    1 2
    1 2
    1 2
    1 2
    1 2
    1 2
    1 2
    1 2
    r
    r
    r
    r
    r
    r
    r
    d
    d
    tg
    tg
    d
    d
    tg
    и
    d
    d
    d
    d


















    , (3.5), (3.6)
    1
    r1 1
    tgδ
    ,
    ε
    ,
    d
    – соответственно толщина, относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь бумаги;
    2
    r2 2
    tgδ
    ,
    ε
    ,
    d
    – соответственно толщина, относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь масла.
    Для бумаги и масла можно принять

    r1
    = 6,

    r2
    = 2,2.
    Предполагая, что бумага пористая и все поры бумаги заполнены пропитывающим составом, имеем:
    3 1
    3 2
    1
    кг
    1000
    м
    6мм
    3,871мм кг
    1550
    м
    6мм
    3,871мм 2,129мм
    б
    из
    к
    из
    d
    d
    d
    d
    d












    где

    б
    ,

    к
    – плотность бумаги и клетчатки соответственно,

    34 d
    из
    – полная толщина изоляции.
    При температуре 20

    С тангенс угла диэлектрических потерь для бумаги
    (индекс 1) и масла (индекс 2) равны соответственно
    1 20 C 0,34%
    tg

     
    и
    2 20 C
    0,2%
    tg

     
    , тогда тангенс угла диэлектрических потерь комбинированного диэлектрика при 20

    С будет равен:
    20 3,871мм
    2,129мм
    0,34 0, 2 6
    2, 2 0, 256%
    3,871мм
    2,129мм
    6 2.2
    tg







    При температуре 90

    С тангенс угла диэлектрических потерь для бумаги и масла
    1 90 C
    0,9%
    tg

     
    ,
    2 90 C
    0,5%
    tg

     
    . Тогда тангенс угла диэлектрических потерь комбинированного диэлектрика при 90

    С будет равен:
    90 3,871мм
    2,129мм
    0,9 0,5 6
    2, 2 0,66%
    3,871мм
    2,129мм
    6 2, 2
    tg







    Определим

    r комбинированного диэлектрика:
    3,871мм
    2,129мм
    3,72 3,871мм
    2,129мм
    6 2, 2
    r





    Аппроксимируем зависимость tg𝛿 = f(T) зависимостью вида tg
    𝛿 = A

    exp(B

    T). Зная значения tg(
    𝛿)и T для двух точек зависимости можно определить коэффициенты A и B:
    20 1
    A exp(B T )
    tg

     

    ,
    90 2
    A exp(B T )
    tg

     

    , тогда:
    90 0
    0 0
    2 1
    20 1
    1 0,66 1
    ln(
    )
    ln(
    )
    0,014 90 20 0, 256
    tg
    B
    T
    T
    tg
    С
    С
    С









    0 1
    0 20 1
    0,014 20 0, 256 0,195
    B T
    С
    С
    tg
    A
    e
    e






    Исходя из полученных данных зависимость примет вид:
    0 1
    0,014
    ( )
    0,195
    T
    B T
    С
    tg
    T
    A e
    e



     


    Ниже приведен график данной зависимости.

    35
    Рисунок 3.2 – Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от температуры.
    Исходными данными для теплового расчёта являются номинальный ток
    I
    н
    = 1000 А, температура окружающей среды T
    0
    = 35

    C, а также результаты электрического расчёта.
    На первом шаге задаёмся температурой стержня изолятора
    T
    c
    = 40,60,80,100

    C.
    Тогда электрические потери в стержне составят:
    2 0
    2 5
    0 0
    0 40 28,863 60 30,951
    Ом
    1
    Вт
    [1
    (
    20
    )] 1000 2,677 10
    [1 0,0039
    (
    20
    )]
    80 33,039
    м
    С
    м
    100 35,128
    c
    н
    T
    c
    P
    I
    R
    T
    С
    A
    С
    С
















     





     















    1-й слой
    Диэлектрические потери в изоляции первого слоя:
    6 6
    2 3 2 10 1
    1 1
    6 6
    0,15 10 0,336 0, 44 0,196 10
    Ф
    Вт
    ( )
    (15, 204 10 )
    314,159 6,148 10 0,576
    м м
    0, 257 10 0,756 0,337 10
    Д
    с
    P
    U
    С tg T





















     
      






     







     







    36 где
    11 10 1
    1 12 11 0
    Ф
    2 3,14 3, 292 10 2
    Ф
    м
    6,148 10
    ,
    21
    м ln( )
    ln(
    )
    15
    Ф
    Ф
    8,85 10 3,72 3, 292 10
    м м
    с
    r
    С
    r
    r
     
      







     




      




    Определим тепловое сопротивление первого слоя на единицу длины при коэффициенте теплопроводности бумажно-масляной изоляции, равном k б
    =
    0,23 Вт/м·
    о
    С:
    0 1
    1 0
    1 1
    21
    м С
    ln( )
    ln(
    )
    0, 233
    Вт
    2 15
    Вт
    2 3,14 0, 23
    м С
    T
    б
    с
    r
    R
    k
    r







     



    Перепад температуры в первом слое составит:
    6 6
    0 1
    1 1
    6 6
    0,15 10 28,863 6,738 30,951 0,196 10 7, 229
    Вт
    Вт м С
    (
    0,5
    )
    (
    0,5
    ) 0, 233
    С
    33,039 7,723
    м м
    Вт
    0, 257 10 35,128 8, 218 0,337 10
    c
    Д
    T
    v
    P
    P
    R
























































    Найдем тепловой поток, проходящий через изоляцию первого слоя:
    6 6
    1 1
    6 6
    0,15 10 28,863 28,937 30,951 0,196 10 31,049
    Вт
    Вт
    Вт
    0,5 0,5 33,039 33,168
    м м
    м
    0, 257 10 35,128 35, 296 0,337 10
    c
    Д
    P
    P
    P





















































    Температура первой обкладки будет равна:
    1 1
    40 6,738 33, 262 60 7, 229 52,771 80 7,723 72, 277 100 8, 218 91,782
    c
    T
    T
    v
    С
    С
    С


















      




















    2-й слой
    Диэлектрические потери в изоляции второго слоя:


    5 5
    2 2
    3 10 2
    2 2
    1 5
    5 0,169 10 0,306 0,399 0, 22 10
    Ф
    Вт
    ( )
    14,6 10 314,159 8, 231 10 0,519
    м м
    0, 286 10 0,676 0,373 10
    Д
    P
    U
    С tg T





















     
     







     







     






    где

    37 11 10 2
    2 1
    Ф
    2 3,14 3, 292 10 2
    Ф
    м
    8, 231 10
    ,
    27
    м ln( )
    ln(
    )
    21
    С
    r
    r
     





     




    Определим тепловое сопротивление второго слоя на единицу длины при коэффициенте теплопроводности бумажно-масляной изоляции, равном k б
    =
    0,23 Вт/м·
    о
    С:
    0 2
    2 1
    0 1
    1 27
    м С
    ln( )
    ln(
    )
    0,174
    Вт
    2 21
    Вт
    2 3,14 0, 23
    м С
    T
    б
    r
    R
    k
    r







     



    Перепад температуры во втором слое составит:
    5 5
    0 0
    2 1
    2 2
    5 5
    0,169 10 28,937 5,047 31,049 0, 22 10 5, 419
    Вт
    Вт м С
    (
    0,5
    )
    (
    0,5
    ) 0,174
    С
    33,168 5,793
    м м
    Вт
    0, 286 10 35, 296 6,171 0,373 10
    Д
    T
    v
    P
    P
    R
























































    Найдем тепловой поток, проходящий через изоляцию второго слоя:
    6 5
    6 5
    2 1
    2 6
    5 6
    5 0,15 10 0,169 10 28,863 29,097 30,951 0,196 10 0, 22 10 31, 257
    Вт
    Вт
    Вт
    0,5 0,5 33,039 33, 44
    м м
    м
    0, 257 10 0, 286 10 35,128 35,651 0,337 10 0,373 10
    с
    Д
    Д
    P
    P
    P
    P


































































    Вт м











    Температура второй обкладки будет равна:
    0 0
    2 1
    2 33, 262 5,047 28, 215 52,771 5, 419 47,352
    С
    72, 277 5,793 66, 484 91,782 6,171 85,611
    T
    T
    v
    С
    С


















      




















    Аналогично расчет ведется для остальных слоев изоляции.
    Далее определяем полный тепловой поток Р
    и
    , проходящий через бумажно-масляную изоляцию и остальные элементы цилиндрической системы изолятора, а также температуру внешней поверхности изоляции Т
    и
    :
    5 5
    m и
    c дk
    4
    k 1 4
    1, 444 10 28,863 30, 306 30, 951 1,863 10 32,814
    Вт
    P
    P
    P
    33, 039 35, 442
    м
    2, 403 10 35,128 38, 227 3, 099 10

























     



























    38 m
    и c
    k k 1 40 27, 059 12, 941 60 29,106 30,894
    T
    T
    ν
    80 31,189 48,811 100 33, 317 66, 683
    С


     
     


     
     


     
     








     
     


     
     


     
     


    По такой же методике «шаг за шагом» просчитываются аналогичные параметры при Т
    с
    = 60, 80 и 100

    С. Результаты теплового расчета сведены в табл. 5.
    По полученным данным строится зависимость Р
    и
    = f(Т
    и
    ), а затем зависимость количества тепла, отводимого в единицу времени от наружной поверхности бумажно-масляной изоляции в окружающую среду, от температуры наружной поверхности Т
    и
    Эта зависимость определяется соотношением то тф тм
    0
    и отв
    R
    R
    R
    T
    T
    P




    , (2.7) для температуры 40,60,80,100

    С: и
    0
    отв тм тф то
    12,941 30,894 35 40,716 48,811 7,579 66,683
    T
    T
    Вт
    P
    25, 493
    R
    R
    R
    0,386 0,069 0,087
    м
    58, 48





     




























    P
    отв аналогично рассчитывается для Т
    с
    = 40, 60, 80 и 100

    С.
    Полученные зависимости приведены на рисунке 3.3.

    39
    Таблица 3.1 – Результаты теплового расчета
    № слоя
    Тепловое сопротивление
    R
    Тк
    Погонная емкость слоя,
    С
    к
    ·10
    -9
    Ф/м
    Температура слоя, Т
    к
    ,
    0
    С при Т
    с
    :
    Перепад температуры в слоях,
    υ
    к
    ,
    0
    С при Т
    с
    :
    Диэлектрические потери слоя,
    Р
    дк
    ·10
    -5
    , Вт/м при Т
    с
    :
    40 60 80 100 40 60 80 100 40 60 80 100 1
    0,233 0,6148 33,262 52,771 72,277 91,782 6,738 7,229 7,723 8,218 0,15 0,196 0,257 0,337 2
    0,174 0,8231 28,215 47,352 66,484 85,611 5,047 5,419 5,793 6,171 0,169 0,22 0,286 0,373 3
    0,139 1,031 24,162 42,995 61,819 80,632 4,053 4,357 4,665 4,979 0,188 0,244 0,316 0,409 4
    0,116 1,238 20,766 39,339 57,899 76,44 3,396 3,655 3,92 4,192 0,207 0,267 0,345 0,444 5
    0,099 1,446 17,836 36,182 54,507 72,805 2,93 3,158 3,392 3,635 0,226 0,29 0,373 0,479 6
    0,087 1,653 15,254 33,395 51,507 69,585 2,582 2,787 2,999 3,221 0,244 0,312 0,4 0,512 7
    0,077 1,86 12,941 30,894 48,811 66,683 2,313 2,501 2,696 2,901 0,261 0,334 0,426 0,544

    40
    Таблица 3.2 – Результаты теплового расчета
    Температура стержня, Т
    с
    ,
    0
    С
    Полный тепловой поток в изоляторе на единицу длины стержня, Р
    и
    , Вт/м
    Потери мощности в токоведущем стержне,
    Р
    с
    , Вт/м
    Температура внешней поверхности изолятора,
    Т
    и
    ,
    0
    С
    Отводимая мощность,
    Р
    отв
    , Вт/м
    40 30,306 28,863 12,941
    -
    60 32,814 30,951 30,894
    -
    80 35,442 33,039 48,811 25,493 100 38,227 35,128 66,683 58,48

    41
    Зависимость тепловыделения и теплоотдачи от температуры внешней поверхности изолятора представлена на рисунке 3.3.
    Рисунок 3.3 – Зависимость полного теплового потока через изолятор и отводимой мощности от температуры наружной поверхности.

    42
    1   2   3   4


    написать администратору сайта