Диссертация (1144049), страница 12
Текст из файла (страница 12)
часть компании Cooper Power Systems), и с использование метода конечныхэлементов в программе ELCUT [7].В качестве объекта расчета выбрана кабельная линия 110 кВ из треходнофазныхкабелейсизоляциейизсшитогополиэтиленасечениемтокопроводящей жилы 630 мм2. Каждый кабель снабжен концентрическимэкраном из медных проволок сечением 210 мм2 и броню из алюминиевых лент,расчетной толщиной 3.3 мм (сечение 640 мм2). Поскольку изучаемая конструкцияявляется одной из самых простых и детально изученных, ожидается хорошеесовпадение результатов моделирования двумя принципиально различнымиспособами. Цель сравнения – изучить и настроить методические особенности67конечно-элементного моделирования кабельной линии для того, чтобы с успехомприменять его для расчета более сложных конструкций, например, кабельныхблоков с несколькими линиями, электромагнитное и термическое взаимодействиекоторых существенно влияет на температуру отдельных кабелей.Геометрические модели кабеля в программах CymCap и Elcut идентичны:Рис.
2.5 Эскиз кабеля в программе CymCapРис. 2.6 Дискретная модель кабеля в программе ElcutВ методических целях рассмотрим четыре конфигурации:В методических целях рассмотрим четыре конфигурации:Линейное расположение сзазоромЗаземление содной стороныВариант 1Расположение треугольником скасаниемВариант 368Заземление с двухсторонВариант 2Вариант 4Для каждого из вариантов сравнение выполняется следующим образом:1.
Проводится оптимизационный расчет нагрузочной способности в программеCymCap . Результатом расчета является значение максимально допустимогодлительного тока линии Iном при симметричной постоянной нагрузке.2. Ток Iном, полученный на шаге 1, задается в качестве источника в конечноэлементную модель для расчета электромагнитных потерь и температурногополя кабельной линии.3.
На базе конечно-элементного решения вычислялись параметры тепловой схемы– потери в жиле, броне и оболочке, термические сопротивления T1, …, T4 длясопоставления с расчетом CymCap по МЭК 60287.Вариант 1 – линейная формация с односторонним заземлением.Простейший вариант для расчета электромагнитных потерь – схемазаземления экранов кабелей с одной стороны линии (участка линии). При этом вэкране отсутствуют циркуляционные токи и сведены к минимум вихревые токи.Недостатком одностороннего заземления является напряжение, индуцируемое вэкране, которое достигает максимума на свободном незаземленном конце экрана[83].
Это напряжение должно быть вычислено, чтобы оценить осуществимостьодностороннего заземления с точки зрения требований к безопасности персонала.Расчет CymCap показывает, что в цепи с заземлением экранов с однойстороны максимальная температура 90 °С достигается при симметричной токовойнагрузке Iном = 986 А.Результаты расчета потерь показаны в таблице 3.1, а температуры – в таблице3.2.Таблица 2.1 – Температура элементов кабелей, град. СТокопроводящаЭкранБроняя жила69Фаза A(слева)Фаза B (вцентре)Фаза C(справа)ElcutМЭК60287ElcutМЭК60287ElcutМЭК6028782.686.371.8Нет66.7Нет86.990.975.9Нет70.5Нет82.686.371.8Нет66.7НетТаблица 2.2 – Потери в элементах кабелей на 1 м, град.
СТокопроводящаЭкранБроняя жилаМЭКМЭКМЭКElcutElcutElcut602876028760287Фаза A36.5737.470.823.601.010(слева)Фаза B (в37.2937.471.573.602.600центре)Фаза C36.5937.470.853.601.080(справа)Итак, мы видим, что конечно-элементный расчет дает потери и температурына 5% ниже, чем стандарт МЭК 60287. Мы полагаем, что это небольшое различиеобусловлено более точной моделью электромагнитного взаимодействия в полевоймодели по сравнению со стандартом, которая более детально учитывает влияниеповерхностного эффекта и эффекта близости.Сравнение тепловых сопротивлений по МЭК 60287 и по данным численногорасчета температурного поля приведено в таблице 3.70Таблица 2.3 – Тепловые сопротивленияT1,CymCapФаза A0.298(слева)Фаза B(в0.298центре)Фаза C(справ 0.298а)T2T3T4СуммарноеCy ElcutmCapElcutCym Elcut Cym Elcut Cym ElcutCapCapCap0.3060.0760.0760.0610.0641.1801.1891.615 1.6330.3050.0760.0780.0610.0671.2711.1931.706 1.6410.3060.0760.0770.0610.0641.1801.1861.615 1.630Сопоставление тепловых сопротивлений, вычисленных по стандарту иизмеренных по результатам расчета конечно-элементной модели, показываетпочти стопроцентное совпадение.
Увеличенное значение теплового сопротивлениямежду средним кабелем группы и окружающей средой (сопротивление Т4 для фазыB) вызвано искусственным приемом в стандарте МЭК 60287 [42] для учетаподогрева среднего кабеля от двух соседних. Полевой расчет учитывает взаимноетепловое (и электромагнитное) влияние кабелей друг на друга естественным путем,не прибегая к искусственной корректировке тепловых сопротивление.Вариант 2 –линейная формация с двусторонним заземлениемПри заземлении экранов кабелей на обоих концах участка кабельной линииэкраны и броня образуют замкнутые контуры, через которые проникаетпеременный магнитный поток, индуцированный как током своей жилы, так итоками жил соседних фаз.
Переменный магнитный поток индуцирует в замкнутомконтуре ЭДС, которая вызывает вихревые и циркуляционные токи во всехтокопроводящих элементах кабелей [81][83]. Аналитические формулы для расчетапотерь от вихревых и циркуляционных токов по методике Нейера-Макграфавыведены для однослойной оболочки (только экран или металлическая броня). Ихраспространение для двуслойной оболочки носит приблизительный характер.71Моделирование двумерного переменногоэлектромагнитного поля впоперечном сечении кабельной линии позволяет дать детальную оценку характерараспределения плотности тока и потерь только при условии сочетания в единоймодели уравнений поля с уравнениями Кирхгофа для заземляющей цепи.Рис.
2.7 Схема соединений заземляющего контураПри линейном расположении кабелей, как известно, наибольшие потериразвиваются в боковом кабеле с отстающей фазой. Распределение плотностипотерь по сечению показано на рис. 2.6:72Рис. 2.8 Плотность мощности омических потерь в наиболее нагруженном кабеле придвустороннем заземленииРасчет CymCap при двустороннем заземлении показывает, что в цепи сдвусторонним заземлением максимальная температура 90 °С достигается присимметричной токовой нагрузке Iном = 791 А.Результаты расчета потерь показаны в таблице 2.4, а температуры – в таблице2.5.73Таблица 2.4 – Температура элементов кабелей, град. СТокопроводящаяЭкранБроняжилаМЭКМЭКМЭКElcutElcutElcut602876028760287Фаза A(слева)Фаза B (вцентре)Фаза C(справа)89.2989.682.2582.479.3078.890.6390.083.5682.880.8979.585.6083.478.6376.276.0773.0Таблица 2.5 – Потери в элементах кабелей на 1 м., град. СТокопроводящаяЭкранБроняжилаМЭКElcu МЭКМЭКElcutElcut60287t6028760287Фаза A23.9224.1314.8322.4713.590(слева)Фаза B (в23.4124.1311.0319.189.000центре)Фаза C23.6924.139.8617.809.000(справа)В таблице 2.5 потери в экране, вычисленные по МЭК в экране следуетпонимать как суммарные потери в экране и броне.
Сопоставление показывает, чтополевой расчет дает несколько большую величину потерь на вихревые ициркуляционные токи в экране и броне, что, однако, при подстановке в задачурасчета температурного поля дает примерно те же значения температуры. Следуетотметить, что расчет потерь полевым методом опирается на значениясопротивлений заземляющего контура, которые могут быт неизвестны на этапепроектирования с достаточной точностью.Вариант 3 –треугольная формация с односторонним заземлениемРасчет CymCap показывает, что при расположении фазных кабелей втреугольник без зазоров в цепи с заземлением экранов с одной стороны,максимальная температура 90 °С достигается при симметричной токовой нагрузкеIном = 899 А.74Карта распределения плотности потерь и температуры показаны на рис.
3.9,а температурное поле вблизи кабелей – на рис. 3.10.Рис. 2.9 Плотность потерь в токопроводящих элементах кабельной системыРис. 2.10 Температурное поле вблизи кабелейРезультаты расчета потерь показаны в таблице 2.7, а температуры – в таблице2.6.75Таблица 2.6 – Температура элементов кабелей, град.
СТокопроводящЭкранБроняая жилаМЭКМЭК Elcu МЭКElcutElcut6028760287t60287Фаза A(сверху)Фаза B(слева)Фаза C(справа)88.1990.078.94Нет76.37Нет88.6190.079.35Нет76.77Нет88.6089.579.34Нет76.77НетТаблица 2.7 – Потери в элементах кабелей на 1 м. длины, град. СТокопроводящЭкранБроняая жилаМЭКМЭКElcu МЭКElcutElcut6028760287t60287Фаза A31.4631.892.226.434.210(сверху)Фаза B31.5031.892.236.434.230(слева)Фаза C31.5031.892.236.434.230(справа)В таблице 2.7 потери в экране, вычисленные по МЭК 60287, следуетпонимать как сумму потерь в экране и броне, что демонстрирует хорошеесовпадение с результатами моделирования поля.Вариант 4 –треугольная формация с двусторонним заземлениемПостановка задачи в данном варианте отличается от предыдущего толькопринятой схемой заземления, которая существенно влияет на величину потерь вэкранах и броне.
Расчет CymCap показывает, что при расположении фазныхкабелей в треугольник без зазоров в цепи с заземлением экранов с обоих концовучастка линии, максимальная температура 90 °С достигается при симметричнойтоковой нагрузке Iном = 774 А.Результаты расчета потерь показаны в таблице 2.8, а температуры – в таблице2.9.76Таблица 2.8 – Температура элементов кабелей, град. СТокопроводящЭкранБроняая жилаМЭКМЭКМЭКElcutElcutElcut602876028760287Фаза A(сверху)Фаза B(слева)Фаза C(справа)82.2390.075.54Нет73.24Нет82.6290.075.93Нет73.62Нет82.6189.475.92Нет73.62НетТаблица 2.9 – Потери в элементах кабелей на 1 м.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
