Лабораторная работа 3

ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

СТАЦИОНАРНЫХ ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ В КАБЕЛЯХ

Цель работы:

изучить численную методику теплового расчета кабелей в стационарном тепловом режиме, провести расчет температурного поля в кабеле с помощью ЭВМ и допустимой токовой нагрузки.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Блок-схема теплового расчета кабелей приведена в приложении. Расчет нагрузочной способности кабеля проводится в два этапа. На первом этапе находится поле температур в кабеле. Вторым этапом решения поставленной задачи является определение допустимой токовой нагрузки. Порядок решения следующий. По найденным узловым температурам наружной поверхности кабеля устанавливаются средние температуры Т_ср со стороны элементов, аппроксимирующих наружную границу кабеля. По средней температуре определяется плотность теплового потока

, i=1, 2, … , .

где i и соответственно номер стороны и количество сторон элементов, примыкающих к границе S.

Линейная плотность теплового потока через наружную поверхность кабеля равна

Где ζ _i – длина i – й стороны элемента, примыкающего к границе S.

На основании закона сохранения энергии можно записать

Q_Σ = Q + Q_S1,

где Q- линейная плотность теплового потока, обусловленного диэлектрическими потерями в изоляции;

Q_S1 - линейная плотность теплового потока, проходящего через половину поверхности контакта жилы и изоляции S₁.

В силу симметрии температурного поля относительно диаметра кабеля, проведенного через центр жилы, линейную плотность теплового потока, проходящего черев всю поверхность контакта жилы и изоляции, можно определить следующим образом:

Q_Σ = 2 Q_S1,

где Q_S1 = Q_Σ - Q

Тогда допустимая токовая нагрузка на кабель находится по формуле

,

где R_T - электрическое сопротивление единицы длины жилы при допустимой температуре нагрева.

ЗАДАНИЕ

1. Ознакомиться с методикой и алгоритмом теплового расчета кабелей.

2. Получить у преподавателя исходные данные для расчета /тип кабеля, геометрические размеры, теплофизические характеристики кабельных материалов/.

3. Ввести в программу численные значения исходных данных.

4. Исследовать зависимость допустимой длительной токо­вой нагрузки от температуры жил.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. По результатам расчета поля температур определить допустимую токовую нагрузку кабеля.

2. Сравнить расчетную допустимую токовую нагрузку с нормативным ее значением по ПУЭ.

3. Построить зависимость допустимой токовой нагрузки от допустимой температуры жил.

СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ

Отчет включает:

формулировку цели работы, основные расчетные соотношения, отпечатку результатов расчета на ЭВМ поля температур в кабеле, построенный график искомой зависимости, вывода по работе.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. В каких случаях целесообразно использовать численную методику теплового расчета кабелей?

2. В чем состоит сущность метода конечных элементов?

3. Как определяется допустимая токовая нагрузка по результатам расчета поля температур?

4. Как учитывается теплообмен между кабелем и окружающей средой при прокладке в воздухе?

5. Каковы особенности теплового расчета кабелей при прокладке в земле?

6. Как зависит допустимая токовая нагрузка кабелей от температуры жил?

Время, отведенное на лабораторную работу

Подготовка к работе ! 1 акад. час

Выполнение работы ! 4 акад. часа

Обработка результатов расчета ! 1 акад. час и оформление отчета !