Диссертация (1144049), страница 21
Текст из файла (страница 21)
3.38-3.39.Рис. 2.38 Карта плотности тока при трехфазной симметричной токовой нагрузке салюминиевыми жиламиРис. 2.39 Карта плотности тока при трехфазной симметричной токовой нагрузке с меднымижилами142Замечания относительно картины поля на рис.
3.38 - 3.39:1. На картине поля изображены силовые линии магнитного поля и картараспределения плотности тока. Следует иметь в виду, что силовые линиипоказаны для некоторого момента времени (значения фазы), и имеют смыслмоментального снимка. Напротив, при помощи цветной карты изображеныдействующие значения плотности тока, которые не изменяются со временем.2. Несимметричное распределение плотности тока по сечениям монолитныхпроводников отдельных кабелей, хорошо заметное на рисунках, вызвано тем,что полная транспозиция проводников, учитывающая, что каждый из нихпоследовательнозанимаетвсевозможныегеометрическиеположения,учитывается в модели не на уровне расчета поля, а на уровне присоединеннойэлектрической цепи.Коэффициент увеличения потерь из-за эффекта близости kP по МЭК 60287усредняет потери от индуцированных токов по всем трем жилам.
Для еговычисления определим по картине поля суммарные омические потери втокопроводящих жилах PA, PB, PC при симметричной токовой нагрузке 800 А,разделим их на утроенные потери уединенного кабеля и вычтем единицу:P50= PA50+ PB50+ PC50(2.38)Для трех уединенных кабелей (с учетом вытеснения, но без учета близости):P0= 3·P0(2.39)Итак, коэффициент увеличения потерь из-за эффекта близости составляет:yP=P50/P0 – 1.(2.40)Численные значения коэффициента увеличения потерь yP, вычисленные поформуле 3.40 приведены в таблице 3.24:143Таблица 2.24 – Коэффициент эффекта близости yp при линейной прокладкефазных кабелей.Сечение МатериалP50 Гц,P0,ypkpТПЖТПЖВт/кмВт/км65679.065388.00.004450.55Алюминий1200 мм243 403.043 107.00.006870.46Медь0.46Алюминий 115 870.0 114 702.0 0.010182000 мм283 307.081 780.00.018670.41МедьТочные значения коэффициента kP, подобранные по графикам на рис.
3.36, даны в3.24. С небольшим запасом для медной и алюминиевых жил сечением 1200 мм2 и2000 мм2 можно принимать kp = 0.5…0.55.Для треугольного расположения фазных кабелей методика численногомоделирования остается такой же, за исключением геометрической формырасчетной области.Рис. 2.40 Распределение плотности тока при расположении кабелей треугольником144Замечания, сделанные к картинам поля рис.
3.38 – 3.39, относятся также и крис. 3.40.Распределение потерь по фазным кабелям практически однородно, что сочевидностью следует из геометрической симметрии 3-фазной линии. Численныезначения коэффициента увеличения потерь yP, вычисленные по формулам 7.1 – 7.3приведены в 0:Таблица 2.25 – Результаты расчета дополнительных потерь из-за эффектаблизости для сечений 1200 мм2 и 2000 мм2 при прокладке сомкнутымтреугольникомСечение МатериалP50 Гц,P0,ypkpТПЖТПЖВт/кмВт/км65 388.00.01290.456Алюминий 66 233.01200 мм244 303.043 107.00.02770.415Медь0.03770.433Алюминий 119 030.0 114 702.02000 мм288 115.081 780.00.07740.684МедьТочные значения коэффициента kp, подобранные по графикам на рис. 3.37,даны в табл 3.25.
Для сечения 1200 мм2 с достаточной для практики точностью длямедной и алюминиевых жил можно принимать kp = 0.45. Такое же значение kpприменимо для алюминиевой жилы 2000 мм2. Для медной жилы сечения 2000 мм2значение эмпирического коэффициента kp оказывается выше: на уровне kp =0.7 (снебольшим запасом).2.3.7 Анализ эффекта близости при отсутствии транспозицииОтметим, что практически нулевое значение коэффициента увеличенияпотерь от эффекта близости вычислено в предположении идеальной транспозициисекторных проводников. Идеальная транспозиция означает, что каждый секторпоследовательно занимает все положения в сечении одинаковой число раз.Для сравнения проведем вычисления, аналогичные тем, что изложены вразделе 3.3.6, но в предположении отсутствия транспозиции.
Расчеты выполненытолько для сечения 1200 мм2. В двумерной модели отсутствие транспозицииозначает параллельное включение всех периферийных сегментов кабельной жилы.145При этом, в силу разного положения сегментов в магнитном поле их индуктивностьразлична, что приводит к образованию контурных токов, увеличивающих потери.Рис.
2.41 Карта плотности тока при отсутствии транспозиции для линейного расположениякабелейРис. 2.42 Карта плотности тока при отсутствии транспозиции для треугольного расположениякабелей146Численные значения коэффициента увеличения потерь yP, вычисленные поформулам 7.1 – 7.3 приведены в 0:Таблица 2.26 – Коэффициент поверхностного эффекта yP при линейнойпрокладке фазных кабелей для гипотетической конструкции кабеля безтранспозиции секторных проволок (сечение 1200 мм2).сечение жилыP50 Гц,P1 Гц,ypkp21200 ммВт/кмВт/км66 171.065 388.00.011970.95Алюминий43 850.043 107.00.017240.77МедьТаблица 2.27 – То же при треугольном расположении фазных кабелейСечение ТПЖP50 Гц,P1 Гц,ypkp21200 ммВт/кмВт/км68131.065388.00.041950.9Алюминий46 019.043 107.00.067550.75МедьC достаточной точностью для такого гипотетического кабеля можноиспользовать значение эмпирического коэффициента kP =1.Любопытно сопоставить расчеты коэффициента потерь из-за эффектаблизости с учетом транспозиции проволок и без нее:Таблица 2.28 Сопоставление потерь из-за эффекта близости при наличии ипри отсутствии транспозицииСечениеP50 Гц,P1 Гц,ypотношение kp2y p без трансп.1200 ммВт/км Вт/кмy p с трансп.ПлоскоерасположениеАлюминий 66171.043Медь850.0Расположение Алюминий 68131.0сомкнутым46Медьтреугольником019.065388.043107.065388.043107.00.011972.690.950.017242.510.770.041953.240.90.067552.430.75Моделирование в предположении отсутствии транспозиции дает значениекоэффициента увеличение потерь от эффекта близости в 2.5…3 раза больше, чемпри наличии транспозиции.
Это соответствует значению эмпирическогокоэффициента kP близкому к единицеСопоставление двух двумерных моделей кабеля с учетом транспозициипроволок и без нее (таблицы 3.24 с таблицей 3.26 и таблицы 3.25 с таблицей 3.27)147показывает вполне ожидаемое уменьшение потерь от эффекта близости приналичии транспозиции. Этот факт свидетельствует о корректности предложеннойсхемы учета транспозиции проволок при помощи электрической цепи,присоединенной к двумерной полевой модели.2.3.9 Выводы по разделу 2.31.
Предложена методика уточнения эмпирических коэффициентов увеличенияпотерь для токопроводящих кабельных жил новой конструкции путемчисленного моделирования электромагнитного поля. Методика опирается наредуцирование трехмерной электромагнитной задачи к двумерной впредположении идеальной транспозиции.2. Идеальная транспозиция приводит к равенству токов во всех периферийныхсегментахкабельнойжилы,чтовмоделиучитываетсяпутемпоследовательного соединения сегментов. Это условие является внешним поотношению к полевой задачи, внося в нее элемент мультифизичности.3.
Предложено новое решение по эффективному разделению потерь от эффектавытеснения тока и от эффекта близости, исключающее вычитание большихблизких величин. Предварительные оценки показали, что без применениятакого разделения невозможно получить надежные результаты по оценкепотерь от эффекта близости.4. Даны рекомендации производителю кабельной продукции нового типа(заводТатКабель)понормированиюконструктивныхфакторов,учитывающих дополнительные потери от эффекта вытеснения тока и отэффекта близости для 4-х конструкций кабеля, отличающихся материаломтокопроводящей жилы и площадью ее сечения.
Конструктивный фактор дляэффекта вытеснения ks=1.0, для эффекта близости: kp=0.4…0.7 в зависимостиотматериаламоделированияисечения.такиеэкспериментальным путем.Безиспользованиярезультатыможномультифизическогополучитьтолько1485. Результат применения предложенной методики учета транспозицииверифицирован при помощи параллельного расчета с моделями, неучитывающими транспозицию.2.4 Способы сглаживания электрического поля в кабельных муфтах2.4.1 Постановка задачиЭксплуатационные и технико-экономические свойства силовых кабельныхлиний, в первую очередь надежность и стоимость, во многом определяются нетолько кабелями, но также кабельной арматурой.
Важнейшим видом кабельнойарматуры являются кабельные муфты – соединительные и концевые. С моментаперехода с бумажно-масляной изоляции на пластмассовую изоляцию, из сшитогополиэтилена, российские предприятия успешно освоили серийный выпуск кабелейклассов напряжения 110, 220 и 330 кВ, близится промышленный выпуск кабелей500 кВ, однако освоение производства соединительных и концевых муфтсоответствующих классов напряжения сильно затянулось. Большинство кабельныхлиний высокого напряжения до настоящего времени комплектуются импортнымимуфтами.Для соединения высоковольтных кабелей с экструдированной изоляциейнаибольшее применение имеют муфты холодной усадки на базе силиконовойрезины, которые собираются и испытываются на заводе и в ходе установки нетребуют обматывания токоведущих элементов лентами или мастиками сповышеннойдиэлектрическойпроницаемостью.Качественныйконтактвнутренней поверхностей муфты с подготовленными наружными поверхностямисоединяемых кабелей обеспечивается за счет упругости предварительнонапряженной резиновой части муфты.
Для кабелей среднего напряженияиспользуютсятакжетермоусаживаемыемуфты,вкоторыхбеззазорноепримыкание диэлектрика и полупроводящих слоев муфты к поверхностямсоединяемых кабелей обеспечивается термической усадкой муфты при нагреве впроцессе монтажа. Конструкция соединения двух фрагментов кабеля или149присоединения кабеля к трансформатору предусматривает срез внешней оболочкикабеля и экрана по изоляции. Место среза экструдированного полупроводящегослоя по изоляции отдалено от среза экрана в продольном направлении на несколькодесятков миллиметров. Вокруг среза полупроводящего слоя возникает скачокнапряженности электрического поля, который оказывается недопустимо большимс точки зрения электрической прочности изоляции, если не приниматьспециальных мер по сглаживанию электрического поля.Рис.
2.43 Общий вид разделки кабеля при вводе в муфтуВысоковольтная соединительная муфта холодной усадки производствакомпании Prysmian показана на рис. 2.43. Система сглаживания электрическогополя состоит из стресс-конуса (позиция 5), надетого поверх среза полупроводящегослоя по изоляции, и полупроводящего экранирующего электрода (позиция 4). Этитщательноспрофилированныеполупроводящиеэлементысовместнос150изолирующим телом кабельной муфты (позиция 3) образуют правильный профильэлектрического поля при условии, что форма экранирующих элементов рассчитанаоптимальным образом, и при монтаже муфта правильно позиционирована впродольном направлении относительно среза полупроводящего слоя кабеля.С точки зрения управления конфигурацией электрического поля ключевымэлементом таких муфт является узел выравнивания электрического поля – стрессконусилитрубка-регулятор.Узелвыравниванияполяявляетсявысокотехнологичным элементом конструкции кабельной муфты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
