Задача 1 Определение продолжительно допустимых токов окрашенных трубчатых шин

Определить продолжительно допустимые токи окрашенных трубчатых шин, выполненных из алюминия марки АДО, а также из алюминиевых сплавов АД31Т1 и 1915Т и расположенных в закрытых распределительных устройствах. Наружный диаметр шин D = 100 мм, толщина стенки t = 5 мм. При 20 °С удельное электрическое сопротивление шин из алюминия марки АДО ρ=0,029·10^-6, из сплавов АД31Т1 и 1915Т – соответственно 0,0325·10^-6 и 0,0517·10^-6 Ом·м.

Решение

Внутренний диаметр шины d =D – 2t =100 – 2·5 =90 мм.

Площадь поперечного сечения шины:

s =0,25π (D ² – d²) =0,25π (100² – 90²) =1491,5 мм².

Для шин из алюминия марки АДО сопротивление постоянному току при продолжительно допустимой температуре 70 ºС и длине 1м в соответствии с (1.8) составляет:

Ом.

Для шин из сплавов марок АД31Т1 и 1915Т получаем r₌ равными соответственно 26,15·10^-6 и 41,6·10^-6 Ом. Параметр на 1000 м длины шины составляет: из сплава АДО = ; из сплаваАД31Т1 – 42,72; из сплава 1915Т – 34,7.

Отношение толщины стенки к внешнему диаметру шины t / D = 0,05. При данных значениях t /D и параметра коэффициенты поверхностного эффекта k_п. [2, рисунок 5.2] для этих шин практически равны 1. Поэтому активные сопротивления шин r примерно равны сопротивлениям постоянному току r₌.

Вычислим удельный тепловой поток конвекцией. Предварительно (см. таблицу 1.1) определяем характерный размер шины L=D=0,1м. Для трубчатых шин в ЗРУ находим (см. таблицу 1.2) параметр С =152 Вт·м^-1,75. Затем по (1.17) вычисляем удельный тепловой поток конвекцией:

Q_к.= 152/ (0,1)^1/4 =270 Вт/м².

Находим удельный тепловой поток излучением. Коэффициент излучения ε для алюминиевых окрашенных шин (см. таблицу 1.3) примерно равен 0,9. Термодинамические температуры шины и воздуха соответственно

Т=273 + 70=343 К;

Т_в. =273 + 25=298 К.

Тогда согласно (1.18) удельный тепловой поток излучением составит:

q_л. = 0,9·5,67·10^-8(343⁴ –298⁴) = 303,9² Вт/м².

Поверхность шины, участвующая в конвективном теплообмене,

(F_K ) совпадает с излучающей поверхностью (F_л ) и на единицу длины шины составляет:

F_к.=F_л.=π D l = π ·0,1·1=0,314 м².

Полный тепловой поток с поверхности шины, отнесенный к единице длины, найдем согласно (1.11) и (1.12):

Q=Q_к.+Q_л.=0,314(270 + 303,9 )=180,2 Вт.

Тепловой поток от солнечной радиации Q_c. для шин ЗРУ равен нулю.

По формуле (1.20) определяем допустимый ток продолжительного режима. Для шины из алюминия марки АДО

Продолжительно допустимый ток окрашенных алюминиевых шин трубчатого сечения диаметром 100/90 мм в соответствии с ПУЭ равен 2840 А. Следовательно, расчетное значение I_{прод. доп.} отличается от экспериментального (приведенного в ПУЭ) всего на 2 %. Расчетные значения допустимых токов шин из алюминиевых сплавов марок АД31Т1 и 1915Т соответственно составляют 2625 и 2081 А. Таким образом, I_{прод. доп.} шин из алюминиевых сплавов могут отличаться от I_{прод. доп.} шин из алюминия на 8–25 %.

Задача 2

Определение допустимого тока продолжительного режима

трубчатых шин

Определить допустимый ток продолжительного режима трубчатых шин, неокрашенных и окрашенных белой, а также желтой, зеленой и красной красками в ОРУ с учетом и без учета солнечной радиации. Шины изготовлены из алюминиевого сплава 1915Т. Диаметр и толщина стенки шины, так же как в задаче 1, равны соответственно 100 и 5 мм. Принять согласно рекомендациям ПУЭ =70 ºC.

Решение

Активное сопротивление шины определено в задаче 1 и на 1 м длины и составляет 41,6·10^-6 Ом. Параметр С =227 Вт·м^-1,75 по таблице 1.2 (при

= 25 °С и = 70 ºС ).

Удельный и полный тепловые потоки конвекцией в соответствии с (1.11) и (1.17) запишем в виде:

q_к.=227/(0,1)^1/4 =403,9 Вт/м²; Q_к.=0,314·403,9=126,9 Вт.

Коэффициент излучения для неокрашенных шин ε =0,15, окрашенных белой краской – 0,88, а желтой, зеленой и красной – 0,9 (см. таблицу 1.3). Удельная (1.18) и полная (1.12) теплоотдачи излучением неокрашенных шин

q_уд. =0,15·5,67·10^-8(343⁴-298⁴) =50,6 Вт/м²; q_п. =50,6∙0,314 =15,9 Вт.

Теплоотдача излучением шин, окрашенных белой краской, составляет 93,2, цветными – 95,4 Вт.

Коэффициент поглощения неокрашенных шин а_с. = 0,4, окрашенных белой и красной краской соответственно – 0,3 и 0,65. Тепловой поток, поглощаемый, например, неокрашенными шинами при солнечной радиации

Q_c. =0,4·0,1·850 =34 Вт.

Допустимый рабочий ток для этих шин с учетом солнечной радиации

. (1.20)

Допустимый ток продолжительного режима неокрашенных шин без учета солнечной радиации, а также допустимые токи окрашенных шин приведены в таблице 1.4.

Выводы

Солнечная радиация примерно на 15 % снижает продолжительно допустимый ток трубчатых шин.

Окраска шин позволяет на 25...35 % увеличить I_{прод. доп.}. Цвет краски практически не влияет на эффективность теплообмена во внутренних электроустановках. Однако в наружных установках для снижения теплового потока, поглощаемого при солнечной радиации, целесообразно окрашивать шины белой краской. При этом, в соответствии с рекомендациями ПУЭ, необходимое цветовое обозначение фаз может выполняться только в месте подключения шин к аппаратам. В ОРУ продолжительно допустимый ток бе-лых шин почти на 8 % выше, чем шин красного цветами; на 25 % – неокра-шенных.