Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Омский государственный университет путей сообщения

ОмГУПС (ОмИИТ)

Кафедра « Электроснабжение железнодорожного транспорта »

Самостоятельная работа

по дисциплине: «Тепловые процессы»

Выполнила:

Студентка группы 43 а

С.В. Долженок

Руководитель –

доцент кафедры ЭЖТ

А.Н. Смердин

Омск 2007

Содержание

1. Причины тепловыделения в электроустановках и характеристики тепловыделе-ния в электроустановках ……………………………………………...……….…….. 3

2. Основы расчета теплового состояния трансформатора………….…………………..5

3. Основы расчета теплового состояния выпрямителя…..……………………………..7

4. Основы устройства систем охлаждения трансформатора и выпрямителя...……….9

5. Тепловое действие электрического поля…………………………………………….11

6. Тепловое действие электромагнитного поля ……………………………………….13

Библиографический список………………………….………………………………….15

1. Причины тепловыделения в электроустановках и характеристики тепловыделения в электроустановках

Теплота является универсальной формой энергии, возникающей в результате молекулярно-кинетического (теплового) движения микрочастиц – молекул, атомов, электронов. Универсальность тепловой энергии состоит в том, что любая форма энергии (механическая, химическая, электрическая, ядерная и т.п.) трансформируется в конечном счете либо частично, либо полностью в тепловое движение молекул (теплоту). Различные тела могут обмениваться внутренней энергией в форме теплоты, что количественно выражается первым законом термодинамики.

В электротермии выделяют следующие виды преобразования электрической энергии в тепловую:

1. Нагрев сопротивлением происходящий за счет выделения теплоты в проводящем материале при протекании по нему электрического тока. Этот вид нагрева основан на законе Джоуля – Ленца и применяется в установках прямого и косвенного действия.

В установках прямого действия теплота выделяется непосредственно в нагреваемом изделии, включаемом в цепь.

В установках косвенного действия тепловая энергия выделяется в специальных нагревательных элементах и затем по законам теплопередачи поступает в нагреваемый объект. В обоих случаях нагреваемые объекты могут быть в твердом, жидком или газообразном состоянии.

2. Индукционный нагрев, основанный на преобразовании энергии электромагнитного поля в тепловую посредством наведения в нагреваемом теле вихревых токов и тепловыделения в нем по закону Джоуля-Ленца. Нагрев может осуществляться прямым или косвенным методом.

3. Диэлектрический нагрев помещенных в высокочастотное электрическое поле непроводящих материалов и полупроводников, происходящий за счет сквозных токов проводимости и смещения при поляризации.

4. Дуговой нагрев, при котором материал нагревается за счет теплоты, поступающей в него из опорных пятен дуги, а также вследствие теплообмена с дугой и электродами.

5. Электронно- и ионно-лучевой нагрев, в результате которого тепловая энергия выделяется при столкновении быстродвижущихся электронов или ионов, ускоренных электрическим полем, с поверхностью нагреваемого объекта.

6. Плазменный нагрев, основанный на нагреве газа за счет пропускания его через дуговой разряд или высокочастотное электромагнитное или электрическое поле. Полученная таким образом низкотемпературная плазма используется для нагрева различных сред.

7. Лазерный нагрев, происходящий за счет нагрева поверхности объектов при поглощении ими высококонцентрированных потоков световой энергии, полученных в лазерах – оптических квантовых генераторах.

Среди этих видов основными причинами тепловыделения в электрических установках являются:

• Нагрев сопротивлением

• Индукционный нагрев

• Диэлектрический нагрев

Следовательно, тепловыделение в электрических установках происходит за счет тепловых действий полей электрического и электромагнитного.

Независимо от механизма переноса, тепловой поток всегда направлен от более нагретого к менее нагретому телу, а сам процесс теплообмена, согласно второму закону термодинамики, является необратимым. Теплообмен между телами зависит от их формы и размеров, а также от времени процесса, так как происходит в конкретных пространственно-временных условиях. Другими важными факторами являются физические свойства тел и их агрегатное состояние. В результате перепад температур, геометрия и физические свойства тел, агрегатное состояние и параметры теплоносителя, а также время процесса будут определять интенсивность теплообмена и количество переносимой теплоты.

Передача теплоты (в газах, жидкостях и твердых телах) происходит от молекулы к молекуле. При конвекции передача теплоты происходит в результате взаимодействия масс материальных частиц. При тепловом излучении теплота передается благодаря распространению электромагнитных волн в области инфракрасного спектра. Излучение является видом передачи теплоты, которая может осуществляться, в том числе и в вакууме.

Тепловая энергия, выделяемая на элементах электроустановки при ее работе, может вызвать недопустимое повышение температуры активных и конструктивных элементов электроустановки, снижение электрической и механической прочности изоляции обмоток, уменьшение времени безотказной работы. Поэтому определение тепловых потоков, расчет изменения температуры в пространстве внутреннего объема и на поверхностях охлаждения являются важными разделами проектирования электроустановок и электрических машин. На основе этого расчета оценивается тепловое состояние, выбираются такие тепловые и вентиляционные схемы и способы охлаждения, при которых превышение температуры частей электроустановки и электрической машины не превосходит пределов допускаемых значений, установленных ГОСТ 183-74.

При длительной работе электроустановки влияние на тепловой режим и нагрев ее отдельных частей оказывают изменения напряжения сети, частоты, нагрузки и другие факторы.

Во время работы трансформатора в его активных материалах – металле обмоток и стали магнитной системы – возникают потери энергии, выделяющиеся в виде тепла. Вследствие выделения тепла обмотки и магнитная система трансформатора начинают нагреваться, постепенно повышая свою температуру. Вместе с ростом температуры возникает температурный перепад между обмоткой или магнитной системой и окружающей средой – трансформаторным маслом или воздухом и вследствие этого теплоотдача от активных материалов к окружающей среде. Таким образом, часть тепла, выделяющегося в активных материалах, идет на их нагревание, и вторая часть отводится в окружающую среду.