Ответы на экзаменационные вопросы № 1-30 дисциплины "Электрические станции и подстанции" (Электроэнергетика Республики Беларусь. Состояние и перспективы развития. Главная схема электрических соединений мощной КЭС)

действующее значение тока, А; Ra — активное сопротивление, Ом; Р—мощность потерь, переходящих в тепло, Вт.

Энергия, идущая на нагрев проводника, равна:

где G — вес проводника, кг; с — удельная теплоемкость материала проводника, Вm•сек/кг•град; Θ— превышение температуры проводника по отношению к окружающей среде: .

Энергия, отводимая в окружающую среду с поверхности проводника : , где К – общий коэффициент теплоотдачи, Вm/см² °С; F — поверхность охлаждения проводника, см²,

Уравнение теплового баланса:  или

где А — постоянная интегрирования, зависящая от начальных условий.

Тогда для t = 0 получаем , а при Θ = 0, получаем

Подставляя значение постоянной интегрирования А, получаем

 – основное уравнение нагрева проводника.

Из этого уравнения следует, что нагрев токоведущего проводника происходят по экспоненциальной кривой. Установившаяся температура будет через (3÷4) Т

, где

Если до включения тока проводник обладал начальным перегревом Q_н, то уравнение нагрева проводника следует решать при Q₀=Q_Н.

Конечное основное уравнение нагрева у четом начального перегрева будет иметь вид:

А1.7 Определение номинального тока токоведущих цепей и тепловой расчёт неизолированных проводников при длительном протекании тока

В этом тепловом расчёте проводники принимаются однородными. Тепловыделение и теплоотдача по длине проводника одинаковы.

При составлении уравнения теплового баланса учитываются 3 вида энергии:

1)  dQ = I²×R_a×dt (I – действительны ток, R_a – сопротивление с учётом поверхностного эффекта);

R_av = R_a×(1+α_v×(υ_доп –20)) (α_v – температурный коэффициент)

Энергия потерь расходуется на нагрев проводника, а другая часть отводится в окружающую среду.

2)  dQ=G×C×dθ (G – вес проводника, С – теплоёмкость)

3)  dQ=К×F×θ×dt (К-коэффициент теплоотдачи, F- поверхность охлаждения проводника)

С учётом указанных видов теплоотдачи составим уравнение теплового баланса для неустановившегося режима:

I²×R_a×dt=G×C×dθ +K×F× θ ×dt

Решение этого уравнения имеет вид:

θ₀=0 при t=0: 0=A + .

T= – постоянная времени нагрева.

*место для рисунка 1*

T – определяется параметрами проводника, размерами поверхности и является справочной величиной. Если в момент предшествующий измерениям , то  определяется по формуле:

*место для рисунка 2*

Рисунок 1

Рисунок 2

При отключении тока в проводнике: I²×R×dt = 0 и выражение для определения t: 

При установившемся тепловом режиме проводника всё тепло, которое выделяется в проводнике, отводится в окружающую среду.

Цель теплового расчёта: 1) определение допустимого тока нагрева для проводника заданного сечения. 2) определение температуры нагрева проводника при заданном токе нагрузки:

На основании этой формулы получены доп. токи нагрева для различных проводников, которые приводятся в нормативной документации. Расчёты по формулам дополняются тепловыми испытаниями, которые производятся в центральных сертификационных лабораториях. Для проведения теплового расчёта в процессе проектирования достаточно определить длит. max ток нагрузки и затем по справочным таблицам для известной конструкции проводника, условий его прокладки, нормируемой температуры окружающей среды находится ближайшее большее значение доп. тока.

Задачей теплового расчёта является уточнение допустимого тока нагрева, который приводится в таблицах для стандартной температуры окружающей среды, при других температурах.

В указанных задачах решается:

А1.8 Инженерный расчет термической стойкости проводников

При проектировании схемы станции ил ПС стоит задача определения не конечной t^o нагрева проводника при КЗ, а его минимального сечения q_min, соответствующего условию термической стойкости, и в этом случае условие термической стойкости будет иметь вид:

(1)

 – сечение проводника, выбранное по условию длительного нагрева

 – минимальное сечение проводника по условию термической стойкости

Дополнительное условие термической стойкости