Диссертация (1144049), страница 13
Текст из файла (страница 13)
длины, град. СТокопроводящЭкранБроняая жилаМЭКМЭКМЭКElcutElcutElcut602876028760287Фаза A22.7423.617.4116.305.610(сверху)Фаза B22.7723.617.4316.305.640(слева)Фаза C22.7723.617.4316.285.630(справа)В таблице 9 потери в экране, вычисленные по МЭК 60287, следует пониматькак сумму потерь в экране и броне, что демонстрирует хорошее совпадение срезультатами моделирования поля.В этом варианте расчета различие результатов по уровню потерь составляетпримерно 4%, вследствие чего рассчитанная температура элементов кабеляоказывается ниже, чем в расчете согласно МЭК 60287 приблизительно на 7градусов.
Учитывая практически точное совпадение тепловых сопротивлений иотносительно слабое различие в уровне потерь, для объяснения этой заметнойразницы температур пока недостаточно данных.Общий вывод, который можно сделать из четырех приведенных вышерасчетов простых кабельных линий, состоит в том, что конечно-элементный расчетс описанными выше модельными допущениями и граничными условиями вполнедает результаты по температуре элементов кабеля практически идентичные тем,77что вычислены по стандарту МЭК в его наиболее полной версии, реализованной впрограмме CymCap.
Учитывая, что теоретической и методической базой для этихрасчетов являются совершенно различные предположения и методики, естьоснования полагать, что для более сложных конфигураций расчет по методуконечных элементов даст достоверные результаты.2.1.8 Взаимное влияние нескольких кабельных линий при совместнойпрокладкеПри проектировании заходов кабельных линий на подстанцию 110/330 кВ«Василеостровская», расположенной в центральной части Санкт-Петербургавыяснилось, что одна из возможностей состоит в организации захода десяти линийв одном потоке под проезжей частью существующей улицы. Задача состоит в том,чтобы в условиях дефицита места и развитой сети действующих инженерныхкоммуникаций обеспечить подключение восьми кабельных линий 110 кВ и, вперспективе, двух системообразующих кабельных линий 330 кВ.
Особенностьпроекта также в том, что подключаемые линии имеют разных владельцев, и ихпроектирование заказано разным проектным организациям.Технически в этом месте возможно сооружение кабельного туннеля илибетонного кабельного блока [87]. На момент написания текста еще не былоизвестно, какой вариант будет выбран для строительства. Мы использовали одиниз проектных вариантов кабельного блока и сведения о составе и нагрузкекабельных линий в нем для сопоставления расчета стационарного теплового поляпо МЭК 60287 (с помощью программы CymCap) и с использованием двумерногополевого моделирования методом конечных элементов.Приведенные ниже конкретные конструктивные данные кабельного блока ипараметры отдельных линий не следует рассматривать как реальное проектноерешение. Для целей сопоставления подходит любой реалистичный вариантисходных данных, включающий в себя сведения о габаритах и конструкции блока,78конструкции и сечения отдельных кабельных линий и один из вариантовстационарного рабочего режима по токам нагрузки.Конструкция кабельного блокаОбсуждаемый бетонный кабельный блок (рис.
3.11) шириной 1750 мм ивысотой 4250 мм содержит 10 рядов каналов с шагом 400 мм по вертикали игоризонтали. Каждая кабельная линия занимает один ряд из трех соседних каналов,четвертый канал в ряду остается в резерве. Канал представляет собой трубу изполиэтилена низкого давления внешним диаметром 225 мм и толщиной стенки 20.5мм. Верхняя плоскость кабельного блока расположена на глубине 4.5 м, чтообусловленонеобходимостьюинженерными коммуникациями.развязкисдействующимиподземными79Рис.
2.11 Эскиз бетонного кабельного блокаДанные по стационарному нагрузочному режиму и выбранным сечениямкабелей представлены в таблице 10.Таблица 2.10 - Сечения и номинальные токовые нагрузки цепей кабельногоблокаНомер НаправлениеСечениеКлассНоминальныйцепицепиТПЖ, мм2 напряжения,ток, АкВ12345ПС Намыв-2ПС Крестовская,цепь 1ПС Крестовская,цепь 1ПС Петровская,цепь 1ПС Петровская,цепь 214001200110110232366120011036680011028680011028680678910ПС 13Резерв, цепь 1Резерв, цепь 2ПС 104, цепь 1ПС 104, цепь 22000250025001400140011033033011011035110001000446446Данные по нагрузке и сечению линий 330 кВ "Резерв, цепь 1" и "Резерв цепь2" являются предварительными.Для всех линий применяется кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена,толщиной 16 мм на 110 кВ и 27 мм на 330 Кв.
Сечение экранов из медных проволоки выравнивающих медных лент для всех кабелей 110 кВ принято равным 185 мм2,а для кабелей 330 кВ – 240 мм2. Все кабели имеют полиэтиленовую оболочкутолщиной3.4 мм.Другиеконструктивныеособенностикабелядляэлектромагнитного и теплового расчета являются несущественными.В расчете использованы следующие тепловые свойства материалов:Поз.нарис.9134, 67Таблица 2.11: Тепловые свойства материаловНазвание Материа Тепловое Теплопро Удельнаялсопротив водность теплоемколениеλ Вт/(м·К)стьСρДж/(кг·К)(К·м)/ВтТело блокаТокопроводящая жилакабеляЭкран кабеляИзоляциякабеляОболочкакабеляТрубаВоздух втрубеЗасыпкаблокаОкружающийгрунтНаружныйвоздухПлотностькг/м3БетонМедь1.00.00261.0383100038022008900МедьсшитыйполиэтиленПолиэтиленПолиэтилен0.00263.53830.29380230089009503.50.2523009503.50.292300950100.110001.292.860.35150011001.200.833840200038.460.02610001.29СухойпесокУтрамбованная земляОтметим, что размещение кабелей в полиэтиленовой трубе приводит к тому,что теплообмен между внешней поверхностью кабеля и внутренней поверхностью81трубыимеетпреимущественноконвективныйхарактер.Полныйучетконвективного теплообмена в трубе потребовал бы включения в температурнуюмодель уравнений газовой динамики, как показано в работе [59], что существенноусложняет вычисления и требует более дорогого программного обеспечения.Другой, упрощенный подход к моделированию теплообмена между кабелем итрубой, показанный в [88], состоит в замене всех механизмов теплообмена нарадиационный.
Обоснованность такой замены, по меньшей мере, нуждается вдополнительных доказательствах.Мы использовали традиционное в таких случаях упрощение, сводящееконвективный теплообмен со специальном выбором теплопроводности материала,заполняющего внутренность трубы.При расчете считается, что для всех цепей принято заземление экранов содной стороны. На самом деле используется сочетание одностороннего заземленияс одним циклом транспозиции [87], что примерно эквивалентно с расчетной точкизрения.Для расчета стационарного температурного режима кабельного блока призаданныхноминальныхтоковыхнагрузкахпостандартуМЭК 60287использовалась программа CymCap.
Эскиз расчетной области в CymCap ирезультат расчета температуры по заданным токовым нагрузкам показан на рис. 10и в таблице 12.82Рис. 2.12 Расчет температурного режима по МЭК 60287Параллельно с расчетом по МЭК 60287 та же задача была решена методомконечных элементов по методике, описанной выше.Магнитное и температурное поле, созданное токами всех кабелей, показанона рис. 3.1283а)Магнитное полеб)температурное полеРис. 2.12 Картина магнитного и температурного поля кабельного блокаТаблица 2.12: Значения температур токопроводящих жил кабелей по МЭК(CymCap) и методом конечных элементов (FEM)CymCapFEM№ЛинияТок ABCABC1Намыв1 232 77.4 78.1 77.4 79.8 80.9 79.72 Крест_ц_1 366 84.3 85.2 84.3 90.3 92.2 90.33 Крест_ц_2 366 89.1 90.3 89.1 97.4 99.8 97.54 Петр_ц_1 286 93.5 94.9 93.5 103.8 106.5 104.05 Петр_ц_2 286 98.3 100.0 98.3 111.0 114.4 111.26ПС_13А351 102.8 105.1 102.8 118.2 123.0 118.57Резерв_1 1000 118.0 121.2 118.0 140.5 148.5 140.88Резерв_2 1000 118.4 121.7 118.4 140.2 148.4 140.49 П104_ц_1 446 105.6 108.0 105.6 119.1 124.0 119.210 П104_ц_2 446 99.6 101.2 99.6 107.5 110.3 107.4Значения температуры токопроводящих жил всех 30-ти кабелей приведены втаблице 3.12: слева - значения, рассчитанные по МЭК 60287, справа - по полевойметодике.
Для удобства сравнения ячейки таблицы окрашены в соответствии созначениями. Ясно, что характер распределения температур по кабельным каналам84в обоих расчетах одинаков, но уровни температур отличаются. Для болеедетального сопоставления разница температур между результатом расчетов пополевой методике и по МЭК показана в таблице 13:Таблица 2.13: Разница температур жил кабелей FEM – CymCapРазница, Fem - CymCap№ЛинияТокABC2.82.31Намыв1 232 2.47.06.02 Крест_ц_1 366 6.09.58.43 Крест_ц_2 366 8.311.610.54 Петр_ц_1 286 10.314.412.95 Петр_ц_2 286 12.717.915.76ПС_13А351 15.427.322.87Резерв_1 1000 22.526.722.08Резерв_2 1000 21.816.013.69 П104_ц_1 446 13.59.17.810 П104_ц_2 446 7.9Из таблицы 3.13 видно, что полевой расчет для всех кабелей показываеттемпературу, более высокую, чем расчет по МЭК, и разница тем больше, чем вышеабсолютная температура токопроводящей жилы кабеля.Сравнение потерь в токопроводящих жилахПричинауказанноговышерасхождениявуровнетемпературтокопроводящих жил состоит в разнице потерь на вихревые токи, то есть в учетеповерхностного эффекта и эффекта близости.
Сравним потери в токопроводящихкабелях, вычисленные по обеим методикам.85Таблица 2.14: Потери на 1 м длины в жилах кабелей по МЭК (CymCap) иМКЭ (FEM).CymCapFEM№ЛинияТок ABCABC1 Намыв1 232 0.90 0.90 0.90 1.09 1.13 1.092 Крест_ц_1 366 2.64 2.65 2.64 3.05 3.14 3.053 Крест_ц_2 366 2.68 2.69 2.68 3.10 3.21 3.104 Петр_ц_1 286 2.37 2.38 2.37 2.63 2.71 2.635 Петр_ц_2 286 2.41 2.42 2.41 2.68 2.77 2.686ПС_13А351 1.62 1.63 1.62 2.25 2.56 2.257 Резерв_1 1000 11.22 11.30 11.22 15.72 16.64 15.728 Резерв_2 1000 11.23 11.31 11.23 15.71 16.65 15.719 П104_ц_1 446 3.61 3.63 3.61 4.36 4.64 4.3610 П104_ц_2 446 3.55 3.56 3.55 4.22 4.35 4.22Из таблицы 3.14 видно, что качественно оба метода дают одинаковыйхарактер распределения потерь по кабелям. Видно также, что для кабелей,расположенных по краям блока, степень совпадения двух методов высокая, а дляцентральных кабелей, наиболее нагруженных вихревыми токами, полевой расчетпоказывает существенно большую – до 50% - плотность потерь.
Более детальнопотерь между двумя методами в процентах показана в таблице 3.15:Таблица 2.15: Отношение потерь в ТПЖ по МКЭ (FEM) к потерям по МЭК(CymCap) (в процентах).№12345678910ЛинияТокНамыв1 232Крест_ц_1 366Крест_ц_2 366Петр_ц_1 286Петр_ц_2 286ПС_13А351Резерв_1 1000Резерв_2 1000П104_ц_1 446П104_ц_2 446ABCВ некоторой степени уровень потерь в конечно-элементной моделиоказывается более высоким потому, что пока не найден теоретически86обоснованный способ учета сегментации жилы большого сечения по Милликену.По-видимому, до тех пор, как такой способ отсутствует, целесообразнопользоваться эмпирическими коэффициентами ks и kp для сегментированных жил,которые приведены в стандарте МЭК.Сравнение потерь в экранахДля принятой схемы заземления влияние потерь в экранах на температурноеполе невелико.
Отметим, однако, расхождение в потерях в экранах между двумярасчетными методиками для кабельного блока оказывается более значимым, чемдля одиночной кабельной линии. Отличаются не только значения, но и паттерныраспределения потерь по отдельным линиям блока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
