Расчет температуры нагрева проводника при коротком замыкании
Теоретические положения расчета температуры нагрева проводников при коротком замыкании. Выбор стандартного сечения провода. Выбор допустимой температуры нагрева. Определение свойств применённых проводников, изоляционных и конструктивных материалов.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 22.01.2019 |
| Размер файла | 412,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
Задание на расчетно - графическую работу
Введение
1. Исходные данные
2. Теоретические положения расчета температуры нагрева проводников при коротком замыкании
3. Выбор экономической плотности тока в соответствии с заданным материалом проводника и типом кабеля, исходя из заданного номинального тока, определить сечение провода
4. Выбор стандартного сечения провода
5. Выбор допустимой температуры нагрева Идоп
6. Определение величины допустимого тока нагрузки
7. Определение температуры нагрева проводника перед к.з.
8. Определение величины fн
9. Определяем интеграл Джоуля
10. Определение функции fк
Вывод
Задание на расчетно - графическую работу
Заданием данной расчетно - графической работы является - расчет температуры нагрева проводника при коротком замыкании с применением прикладной математической программы «Mathcad».
Введение
Способность аппаратов, проводников и изоляторов противостоять электродинамическим и термическим воздействиям, возникающим при прохождении через них наибольших токов короткого замыкания, называют соответственно электродинамической и термической стойкостью.
При протекании по проводникам электрического тока проводники нагреваются. При нагреве проводника током нагрузки часть выделенной теплоты рассеивается в окружающую среду, причем степень рассеивания в окружающую среду зависит от условий охлаждения.
При протекании тока короткого замыкания (КЗ) температура проводников значительно возрастает, т.к. токи при КЗ резко увеличиваются, а длительность КЗ мала, поэтому теплота, выделяющаяся в проводнике, не успевает передаться в окружающую среду и практически вся идет на нагрев проводника. Нагрев проводника при КЗ может достичь опасных значений, приводя к плавлению или обугливанию изоляции, к деформации и плавлению токоведущих частей.
1. Исходные данные
Из вариантов заданий, приведенных в Приложении П3 таблица П3-1, выбираем 19 вариант:
Таблица 1
|
Участок энергосистемы |
Sн МВА |
Uн КВ |
Iн А |
Imax А |
Iпо А |
?С |
Материал проводника |
tк сек |
|
|
Воздушные линии |
300 |
220 |
788 |
867 |
3152 |
15 |
Алюминий |
3 |
2. Теоретические положения расчета температуры нагрева проводников при коротком замыкании
Ток короткого замыкания (к.з.) в 10-20 раз превышает номинальный. Длительность к.з. мала, поэтому тепло, выделяющееся в проводнике, не успевает отдаваться в окружающую среду и практически полностью идет на его нагрев. При к.з. энергетический баланс проводника с сопротивлением R и массой М выражается уравнением:
(1)
где: - ток короткого замыкания;
c - удельная теплоемкость проводника;
- температура нагрева;
t - время действия тока к.з.
Температура проводника при к.з. может достигать больших значений (300 0С). Поэтому необходимо учитывать не только изменение R, но и его удельную теплоемкости с от температуры. Массу можно выразить через плотность, сечение и длину проводника. После соответствующих подстановок и интегрирования в пределах изменения температуры проводника при к.з. получим формулу:
(2)
Для левой части введём обозначение:
(3)
где: - импульс квадратичного тока, пропорциональный количеству тепла, выделенного в проводнике при к.з.- называют интегралом Джоуля, и мы рассматриваем удалённое к.з.,
для которого
(4)
Tа определяется исходя из мощности линий электропередач различного напряжения и мощности по таблицам.
Значение правой части при обозначим , при
(5)
где к - коэффициент, учитывающий удельное сопротивление и эффективную теплоемкость.
Получим величину (сложная функция температуры проводника), характеризующую тепловое состояние проводника к концу к.з.
(6)
Найдём значение fн, характеризующее тепловое состояние проводника к моменту начала к.з. Для этого: температура проводника перед к.з. определяется по выражению:
(7)
где: - температура окружающей среды;
- длительно допустимая температура проводника (справочная величина);
= 25С - номинальная температура окружающей среды;
- максимальный ток нагрузки;
- длительно допустимый ток нагрузки.
Если (наибольшая температура окружающей среды) то допустимый ток определяется по выражению:
(8)
Зная по кривой =ц(f) определяется , характеризующее тепловое состояние проводника к моменту начала к.з., по выражению
(9)
получим .
По кривой =ц(f), зная , определяется конечное значение температуры проводника в конце к.з. . Если она превышает допустимую температуру, определенную ГОСТ, то необходимо увеличить сечение проводника.
3. Выбор экономической плотности тока в соответствии с заданным материалом проводника и типом кабеля, исходя из заданного номинального тока, определить сечение провода
Выбор экономической плотности тока осуществляется по типу проводника.
Таблица №2
|
Тип проводника |
Экономическая Плотность тока, А/ммІ |
|
|
Неизолированные провода алюминиевые |
1,3 |
Определяем сечение провода по формуле:
(10)
Подставим значения, согласно заданного варианта
4. Выбор стандартного сечения провода
Выбор стандартного сечения провода осуществляется по таблице П3-2 «Стандартные сечения неизолированных проводов (шин) и кабелей (мм2).
Расчетное сечение провода составляет 606,154 мм2. По таблице стандартных сечений можно выбрать либо стандартное сечение 700 мм2, либо 2 проводника на одну фазу с сечение 330 мм2, при этом суммарное сечение составит .
Для данной работы выбираю - стандартное сечение 700 мм2.
5. Выбор допустимой температуры нагрева Идоп
Выбор допустимой температуры осуществляется по типу кабеля и условиям прокладки из таблицы П3-4.
Таблица №3
|
Тип кабеля и условия прокладки |
Допустимая температура нагрева С |
|
|
Воздушные линии электропередач |
80 |
6. Определение величины допустимого тока нагрузки
температура нагрев замыкание проводник
Величина допустимого тока нагрузки определяется по следующей формуле:
(11)
(А)
7. Определение температуры нагрева проводника перед к.з.
Температура нагрева проводника перед к.з. определяется по следующей формуле:
(12)
(°С)
8. Определение величины fн
Для построения кривой для алюминия запишем интеграл:
далее вычислим вышеприведенный интеграл с помощью программного обеспечения «MathCad»
Присвоим функции Аal(И1) полученное выражение
Подставим в вышеприведенное выражение следующие данные:
ѕ коэффициент добавочных потерь в проводнике - kдоб1 =1,01;
ѕ удельное сопротивление алюминия при 0°С - с1 =0,0289;
ѕ температурный коэффициент теплоемкости - в =24*106;
ѕ температурный коэффициент сопротивления - бR1 =0.005;
ѕ удельная теплоемкость - C01 =1082;
ѕ плотность - г=2703
Получаем следующее преобразование
Значение Аal(И1) при Ином обозначим fн/k.
Значение Аal(И1) при Ик обозначим fк/k.
Коэффициент k выбираем по таблице П3-6
Таблица №4
|
Проводник |
К, С/(АІ ):10І |
|
|
Алюминиевые шины, голые алюминиевые провода, кабели с алюминиевыми жилами и бумажной и резиновой изоляцией. |
1.054 |
Подставляем данный коэффициент в вышеприведенное выражение для определения величины fн:
В результате расчета получаем следующие величины:
При температуре Ином=55,973 °С в начале короткого замыкания fн=52,152.
Рисунок 1. - Определение fн в начале короткого замыкания
По таблице П3-7 выбираем постоянную времени Та
Таблица №5
|
4 |
Воздушные линии напряжением кВ 220….330 |
0,03….0,04 |
Присвоим Та значение 0,035
9. Определяем интеграл Джоуля
Интеграл Джоуля определяем согласно следующей формулы:
(13)
(А2·°С)
10. Определение функции fк
Функцию fк определяем по следующей формуле:
(14)
Построим график для определения температуры проводника к концу к.з. и по графику определим температуру проводника к концу к.з.
Рисунок 2. - Определение Ик в конце короткого замыкания.
Исходя из графика, приведенного на рис. 2, температура Ик в конце короткого к.з. равняется 56,702.
Вывод
Предельная температура элементов электрических аппаратов определяется свойствами применённых проводников, изоляционных и конструктивных материалов, длительностью температурных воздействий и назначением аппарата. В данной работе была рассчитана температура в начале и конце короткого замыкания для воздушной линии электропередач с алюминиевым проводом. Допустимая температура нагрева 80 градусов. Сечение проводника выбрано больше расчётного, так как в задании температура окружающей среды 15 градусов и в случае увеличения её до летней или максимальной (40градусов) произойдёт перегрев. Проводник соответствует требованиям термической стойкости при к.з. за заданное время не нагревается до 80 градусов. Ин =55,973 єС, за 3 сек короткого замыкания Ик =56,702 єС. Температура увеличилась на 0,7єС.
Повышение температуры влияет на изоляцию, вызывая её ускоренное старение и уменьшает механическую прочность токоведущих частей аппаратов.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчет токов при трехфазном коротком замыкании. Исследование схемы замещения. Определение величины ударного тока при однофазном и двухфазном коротком замыкании на землю. Векторные диаграммы напряжений и токов. Нахождение коэффициентов токораспределения.
курсовая работа [881,3 K], добавлен 27.11.2021Расчет основных электрических величин и размеров трансформатора. Определение потерь и напряжения короткого замыкания. Определение механических сил в обмотках и нагрева при коротком замыкании. Расчет магнитной системы и тепловой расчет трансформатора.
курсовая работа [469,2 K], добавлен 17.06.2012Определение начального сверхпереходного тока при трехфазном коротком замыкании. Расчет периодической слагающей тока. Определение сопротивления прямой последовательности при коротком замыкании и действующих значений периодической составляющей тока.
курсовая работа [1005,0 K], добавлен 14.04.2015Порядок проведения аналитического расчета токов сверхпереходного и установившегося режимов в аварийной цепи при трехфазном коротком замыкании, а также методика определения по расчетным кривым токов при симметричном и несимметричном коротком замыкании.
курсовая работа [878,0 K], добавлен 21.05.2012Определение электрических величин масляного трансформатора ТМ-100/10. Расчёт основных размеров трансформатора, определение его обмоток, параметров короткого замыкания. Вычисление механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании.
курсовая работа [278,9 K], добавлен 18.06.2010Проведение экспериментального исследования по определению зависимости изменения сопротивления медного проводника от повышения температуры. Построение графической зависимости этих величин. Табличные значения термических коэффициентов других проводников.
презентация [257,5 K], добавлен 18.09.2013Расчет токов сверхпереходного и установившегося режимов в аварийной цепи при трехфазном коротком замыкании. Расчет по расчетным кривым токов сверхпереходного и установившегося режимов в аварийной цепи при симметричном и несимметричном коротком замыкании.
курсовая работа [3,3 M], добавлен 25.10.2013Выбор сечения проводников по нагреву расчетным током. Выбор сечений жил кабеля по нагреву током короткого замыкания. Выбор сечения проводников по потере напряжения. Особенности расчета сетей осветительных электроустановок. Изменение уровня напряжения.
контрольная работа [210,7 K], добавлен 13.07.2013Расчет горения топлива. Объёмы компонентов продуктов сгорания, истинная энтальпия. Время нагрева металла в печи с плоскопламенными горелками. Расчет основных размеров печи. Определение расхода топлива. Выбор горелок для нагрева круглых труб в пакетах.
контрольная работа [364,2 K], добавлен 07.08.2013Определение электрических величин трансформатора. Расчет тока 3-х фазного короткого замыкания и механических усилий в обмотках при коротком замыкании, потерь и КПД. Выбор типа конструкции обмоток. Определение размеров магнитной системы. Тепловой расчет.
курсовая работа [292,2 K], добавлен 21.12.2011Рациональная компоновка парового котла, оценка размеров топки и поверхностей нагрева. Выполнение расчета на прочность, выбор материала поверхностей нагрева, выполнение гидравлических и аэродинамических расчетов и выбор вспомогательного оборудования.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 09.08.2012Литературный и патентный обзор по теме работы. Расчет полного горения топлива. Расчет нагрева металла в печи и основных размеров печи. Тепловой баланс и выбор горелок. Определение высоты кирпичной трубы. Расчёт сечения борова. Тип и размер футеровки.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 23.05.2010Выбор марки и толщины листов стали и типа изоляции пластин. Определение испытательных напряжений обмоток. Расчет механических сил в обмотках при коротком замыкании. Определение размеров пакетов и активных сечений стержней и ярм, параметров холостого хода.
курсовая работа [675,4 K], добавлен 13.01.2016Расчет основных электрических величин трансформатора. Определение размеров главной изоляции обмоток. Выбор материала магнитной системы. Расчет обмоток трансформатора. Проверка обмоток трансформатора на механическую прочность при коротком замыкании.
курсовая работа [5,8 M], добавлен 17.06.2012Виды жидкометаллических самовосстанавливающихся предохранителей. Математическая модель коммутационного процесса в ограничителях тока с составной плавкой вставкой из разных материалов при коротком замыкании. Факторы повышения сечения кабельных линий.
отчет по практике [833,1 K], добавлен 14.06.2022Определение линейного теплового потока методом последовательных приближений. Определение температуры стенки со стороны воды и температуры между слоями. График изменения температуры при теплопередаче. Число Рейнольдса и Нусельта для газов и воды.
контрольная работа [397,9 K], добавлен 18.03.2013Расчет параметров потоков продуктов сгорания и пароводяной среды, геометрических характеристик поверхностей нагрева, тепловой изоляции экономайзера. Проверка значений газодинамических сопротивлений. Определение изменения температуры по высоте стенки.
курсовая работа [124,3 K], добавлен 25.12.2013Исходные данные для расчета трансформаторов связи, собственных нужд и линий электропередач. Реактор сопротивлений и начальное значение периодической составляющей тока при трехфазном коротком замыкании, расчет комплексной схемы замещения и сопротивления.
контрольная работа [242,0 K], добавлен 03.06.2012Выполнение теплового расчета стационарного парового котла. Описание котельного агрегата и горелочных устройств, обоснование температуры уходящих газов. Тепловой баланс котла, расчет теплообмена в топочной камере и конвективной поверхности нагрева.
курсовая работа [986,1 K], добавлен 30.07.2019Конструкция коммутационного аппарата, учет тепловыделения в контактных областях. Особенности расчета температуры электродов вакуумной дугогасительной камеры. Нестационарный нагрев несимметричных контактов, влияние типов теплообмена на процесс нагрева.
диссертация [4,7 M], добавлен 07.01.2016
