Материалы всероссийской научно-технической конференции Автоматизир

Наземный блок состоит из двух частей: процессорного блока и платы сопряжения. Основная функция процессорного блока - функция управления. Также процессорный блок реализует протокол связи, восстанавливает принятую последовательность, реализует ме­ ню, контролирует состояние системы (напряжение, температура, объем реагента, оценка состояния погружного блока). Связь с внеш­ ними устройствами осуществляется через RS-485, Bluetooth, GSM.

Функциями платы сопряжения являются: питание собственной платы (платы сопряжения) и процессорного блока, передача и прием данных, контроль сопротивления изоляций, измерение напряжения сети питания.

Структурная схема погружного блока изображена на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема погружного блока

Погружной блок телеметрии состоит из двух частей: процессор­ ного блока и блока сопряжения. Функциями погружного блока явля­ ются: измерение температуры обмоток двигателя, измерение давле­ ния окружающей среды, измерение вибрации по осям X и Y и измере­ ние температуры внутри устройства. Погружной блок также управля­ ет клапанами ступеней с реагентом, принимает команды от наземно­ го блока и передает результаты.

Выбор оптимального канала связи был произведен путем обзо­ ра существующих технологий, их анализа и выбора наилучшего варианта. Для удобства проанализированные варианты были сведе­ ны в таблицу.

Анализ каналов связи

По результатам анализа существующих каналов связи был выбран электропроводной канал, так как он обеспечивает высокую достовер­ ность передаваемых данных в обоих направлениях, при высокой ско­ рости относительно других видов каналов связи, а также позволяет совмещать питание аппаратуры с передачей информации.

Библиографический список

1.Закрытое акционерное общество «ЭЛЕКТОН» [Электронный ресурс]. - URL: http://www.elekton.ru/articlel.shtml (дата обращения: 08.04.2015).

2.Рогачев О.К., Лышенко А.А. По-русски - телеметрия, поанглийски - MWD [Электронный ресурс]. - URL: http://www.sovmash.com/node/62 (дата обращения: 10.04.2015).

РАСЧЕТ ТОКОВЫХ НАГРУЗОК СИЛОВЫХ КАБЕЛЕЙ

С БУМАЖНОЙ ПРОПИТАННОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ НА НАПРЯЖЕНИЕ 1 кВ

Студент гр. КТЭИ-11-16 А.П. Балюра

Научный руководитель - д-р техн. наук, профессор А.Г Щербинин Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Суть и актуальность. Суть данной работы заключается в расче­ те токовых нагрузок в кабеле.

Актуальность данной работы заключается в том, что, рассчитав токовые нагрузки, можно определить, насколько благоприятны опре­ деленные условия прокладки для разных видов кабелей. Это очень важно, потому как именно условия прокладки определяют темпера­ турный режим эксплуатации кабеля.

Любая изоляция силовых кабелей имеет одну важнейшую харак­ теристику - допустимую температуру нагрева. Это значение макси­ мальной температуры, при котором изоляционный материал сохраня­ ет свои свойства в течение эксплуатации кабеля. Данный показатель напрямую связывает величины токов нагрузки, которые допускается пропускать через конкретный силовой кабель [1].

Более универсальный и точный подход по определению токовых нагрузок базируется на использовании законов сохранения массы, количества движения и энергии, с помощью которых строятся мате­ матические модели теплообмена кабелей с окружающей средой. На­ стоящий уровень развития вычислительной техники и наличие со­ временных пакетов вычислительных программ позволяют сущест­ венно повысить универсальность и точность решений различного круга задач, в том числе и рассмотренных в данной работе.

Одним из наиболее мощных и универсальных программных продуктов этого класса является ANSYS, в основу которого положен метод конечных элементов. Посредством данной программной среды был проведен один из опытов расчета величины тока нагрузки.

Постановка задачи. Для исследования были выбраны силовые ка­ бели с бумажной пропитанной изоляцией на напряжение 1 кВ. В данной работе рассматривается расчет токовых нагрузок четырехжильного ка­ беля СП2л, проложенного в земле, на примере сечения 95 мм“. На рис. 1 представлена конструкция данного кабеля в виде поперечного сечения с описанием каждого конструктивного элемента [2,3].

Рис. 1. Конструкция кабеля СП2л на напряжение 1 кВ:

1 - медная токопроводящая жила 2-го класса гибкости; 2 - фазная бумажная изоляция, пропитанная вязким изоляционным пропиточным составом; 3 - заполнение

из бумажных жгутов; 4 - поясная бумажная изоляция, пропитанная вязким изоляционным пропиточным составом; 5 - свинцовая оболочка; 6 - подушка: битум,

пленка ПВХ, крепированная бумага, кабельная пряжа; 7 - броня из стальных

оцинкованных проволок; 8 - наружный покров: кабельная пряжа, мел

Токовые нагрузки кабеля, проложенного в земле на глубине 0,7 м, рассчитывались по ГОСТ Р МЭК 60287 и в среде моделирования ANSYS. Подробно рассмотрим метод моделирования. При построении математической модели решаемой задачи были сделаны следующие допущения. Полуограниченный массив земли заменяется цилиндриче­ ской стенкой (рис. 2) наружным диаметром d, термическое сопротивле­ ние которой соответствует термическому сопротивлению земли. Кроме того, термическое сопротивление теплоотдачи с поверхности земли учи­ тывается дополнительным эквивалентным слоем 5 = 0,1 м. Задача дву­ мерная, стационарная. Теплофизические характеристики земли постоян­ ны. Изменения температуры вдоль кабеля не происходит.

Наружный диаметр эквивалентной области [4] d = 4-L, где L -

а

где X - коэффициент теплопроводности земли, X = 0,97.

Рис. 2. Эквивалентная модель расчетной области

Таким образом, диаметр цилиндрической стенки с учетом до­ полнительного слоя

С учетом сделанных допущений определяющая система диффе­ ренциальных уравнений примет следующий вид [4]:

- уравнение теплопроводности для кабеля

(4)

- уравнение теплопроводности для массива земли

(5)

где л:, у - декартовы координаты, м; t - температура, °С; qv- мощ­ ность внутреннего источника тепла, Вт/м3; X - коэффициент тепло­ проводности, Вт/(м,0С).

На границах расчетной области задавались граничные условия 1-го рода: Т = 15 °С - температура среды (земля).

На границе раздела сред задавалось равенство тепловых потоков. Поставленная задача решалась численно в среде расчетов Fluent, а для построения геометрической модели и разбиения ее на конечные

элементы использовался препроцессор ICEM CFD. На рис. 3 представлена сетка конечных элементов после разбиения расчетной области треугольниками.

В таблице приведены результаты расчетов токовых нагрузок кабе­ ля, вычисленные по ГОСТ Р МЭК 60287 и с помощью пакета ANSYS, а также величина токовой нагрузки, прописанная в ТУ 16.К09-143.

Сравнение результатов значения токовой нагрузки

Заключение. Расхождение между значениями токовых нагрузок, полученных разными способами, относительно значения, прописан­ ного в ТУ 16. К09-143, не превышает ±15 %, поэтому более универ­ сальным является метод решения данной задачи с помощью про­ граммного комплекса ANSYS, так как в этом случае можно заклады­ вать геометрию кабелей практически любой сложности и учитывать различные условия эксплуатации кабельных линий.

Библиографический список

1.Кабель. РФ всегда рядом [Электронный ресурс] // Изоляция силовых кабелей. - URL: http://cable.ru/poleznoe/id-1276.php (дата обращения: 10.05.2015).

2.Белоруссов Н.И., Саакян А.Е., Яковлева А.И. Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник / под ред. Н.И. Белоруссова. - 5 изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 536 с.

3.Описание кабеля [Электронный ресурс]. - URL: http://vkk.su/cabel/kabeli-silovye-s-bumazhnoi-izolyatsiei/sp21.php (дата

обращения: 10.05.2015).

4.Ковригин Л.А. Основы кабельной техники: учеб, пособие. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2006. - 94 с.

5.Технические условия ТУ 16.К09-143-2004. Кабели силовые с пропитанной бумажной изоляцией на напряжение 1 кВ.