МІНІСТЕРСТВО ТРАНСПОРТУ УКРАЇНИ

ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ

Схвалено кафедрою

Електропостачання залізниць

Надійність і діагностика електрообладнання

Завдання на контрольну роботу з методичними вказівками

для студентів V курсу безвідривної форми навчання

Спеціальності

7.090603

«Електротехнічні системи електроспоживання»

Дніпропетровськ - 2003

Вступ

Дисципліна " Надійність і діагностика електрообладнання" визначає шляхи і методи найбільш ефективного керування працездатністю устаткування системи електропостачання залізничного транспорту.

Метою контрольної роботи є розвиток навичок у дослідженні і розрахунку моделей експлуатації і старіння основного устаткування системи електропостачання електричних залізниць для прийняття рішень по підвищенню надійності його роботи.

Контрольна робота складається з 5 задач, з яких у залежності від шифру (табл. I) студент вирішує тільки 3 задачі.

До кожної задачі дається деякий теоретичний матеріал і пояснення до її рішення.

Завдання на контрольну роботу

Задача I. Розрахунок ресурсу трансформатора тягової підстанції

У задачі потрібно:

I. Визначити відносний ступінь зносу трансформатора.

2. Визначити залишковий ресурс трансформатора.

3. Скласти структурну схему пристрою для контролю зносу трансформатора.

Вихідні дані для задачі I:

Потужність трансформатора - табл. 4;

середньогодинні навантаження найбільш завантаженої фази

трансформатора - табл. 2;

середня температура охолодного середовища - табл. 3.

Задача 2. Розрахунок ресурсу конденсаторів в установці подовжньої ємнісної компенсації електрифікованих залізниць змінного струму.

У задачі потрібно:

1. Визначити ресурс конденсаторів при заданих параметрах пристрою поперечно-ємнісної компенсації (УПК).

2. Розрахувати число рівнобіжне з'єднаних конденсаторів для їхнього оптимального терміну служби / = 20 років.

3. Скласти структурну схему апаратури для контролю зносу конденсаторів.

Вихідні дані:

число рівнобіжне з'єднаних конденсаторів в УПК -табл. 4;

середньогодинні навантаження УПК - табл. 2;

середня температура охолодного середовища - табл. 3.

. Задача 3. Визначення терміну капітального ремонту вимикача ВВФ-27,5 фідера контактної мережі 27,5 кВ для заміни вакуумних камер після відпрацьовування ресурсу.

У задачі потрібно:

1. Розрахувати відносний ступінь зносу вакуумних камер для всього діапазону можливих струмів к.з.

2. Розрахувати відносний ступінь зносу камер за рік.

3. Визначити термін служби вакуумних камер.

Вихідні дані:

потужність, параметри й кількість трансформаторів тягової підстанції - табл. 5;

річне число коротких замикань, що відключаються вимикачем, - табл. 6.

Задача 4. Визначення коефіцієнта зворотної послідовності напруг за даними вимірів трьох фаз напруг на ШИНАХ, АЛЕ кВ опорної тягової підстанції перемінного струму

(мал. I)

У задачі потрібно:

1. Побудувати статистичний ряд коефіцієнтів зворотної послідовності за даними вимірів.

2. Побудувати гістограму коефіцієнта зворотної послідовності, визначити його математичне чекання і дисперсію.

3. Порівняти математичне чекання коефіцієнта зворотної послідовності з припустимим значенням і у випадку перевищення запропонувати заходу щодо його зниження.

Вихідні дані - мал. I до табл. 7.

Задача 5. Розрахунок бальної оцінки стану контактної мережі

У задачі потрібно:

1. Для заданої ділянки контактної мережі скласти таблицю відступів параметрів контактної мережі від нормативів із указівкою кількості штрафних балів.

2. Розрахувати кількість штрафних балів, що приходяться в середньому на 1 км перевіреної ділянки, і дати оцінку стану контактної мережі по діючих нормативах.

Вихідні дані:

значення зиґзаґів контактного проводу в крапках фіксації і виносу в середині прольоту кривої ділянки шляхи і висоти табл. 8.

Таблиця I

Номера задач для рішення

№ задачі	Остання цифра шифру
	0	1	2	3	4	5	0	7	8	9
1	+	-	-	-	+	-	+	+	+	-
2	-	+	+	+	-	+	-	-	-	+
3	-	+	-	+	-	+	-	+	-	+
4	+	-	+	-	+	-	+	-	+	-
5	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+

Таблиця 2

Середньо погодинні навантаження (K=I/I_н)*

Навантаження осінньо - зимового періоду	Остання цифра шифру	И н т е р в а л и в и м е р е н ь
			0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12		Передостання цифра шифру	Нагрузка весенне-літнего періоду
		0	0,2	0,4	0,1	0,5	1,3	0	0,1	0,8	1,5	0,3	0,5	0,2	9
		1	0,3	0,5	0,2	0,6	1,4	0,1	0,2	0,4	0,6	1,4	0,4	0,1	8
		2	0,4	0,6	0,3	0,7	1,5	0,2	0,3	0,3	0,5	0,3	1,3	0,2	7
		3	0,5	0,7	0,4	0,6	1,4	0,6	0,2	0,2	0,6	0,4	0,4	1,3	6
		4	0,6	0,8	0,5	0,7	1,5	0,8	0,5	0,4	0,2	0	0,1	0,3	5
		5	0,7	0,9	0,6	0,8	1,5	0,9	0,6	0,5	0,3	0,1	0,2	0,4	4
		6	0,6	0,8	0,5	0,7	1,5	0,8	0,7	0,6	0,4	0,2	0	0,4	3
		7	0,5	0,7	0,4	0,6	1,3	0,5	0,8	0,1	0,2	0,4	0,6	0	2
		8	0,4	0,6	0,3	0,5	1,2	0,4	0,7	0	0,3	0,5	0,7	0,2	1
		9	0,3	0,5	0,3	0,8	1,5	1	0,6	0,3	0	0,1	0,5	0,7	0

*Навантаження осінньо-зимового періоду вибирається по останній цифрі шифру,

весняно-літнього періоду - по передостанній.

Закінчення табл.2

Навантаження осінньо-зимового періоду	Остання цифра шифру			И н т е р в а л ы и з м е р е н и й													Передостання цифра шифру	ог«
				12-13	13-14	14-15	15-16	16-17	17-18	18-19	19-20	20-21	21-22	22-23	23-24
		0		0,8	0,7	0,3	0,9	0,2	1,1	0	0,5	0,3	0,1	1,2	0,7	9
		I		0.7	0,6	0,2	0,8	0,3	1,2	0,1	0	0,4	1,2	0,3	0,6	8
		2		0,6	0,5	0,1	0,7	0	1,3	0,2	0,3	1,5	0,1	0,2	0,3	7
		3		0,7	0,6	0,2	0,8	0,1	1,4	0,3	1,5	0,8	0,2	0,7	0,5	6
		4		1,4	0	0,2	0,5	0,6	1,3	1,5	0,7	0,6	0,5	0,4	0,2	5
		5		0,5	1,1	0,1	0,4	0,5	1,2	0,7	1,5	0,5	0,4	0,3	0,1	4
		6		0.4	0,2	1,3	0,4	0,6	1,5	0,9	0,7	1,2	0,1	0,3	0,2	3
		7		0,3	0,2	0,5	1,0	0,7	1,	0,3	0,2	0,5	1,4	0,3	0,2	2
		8		0,4	0,6	0,4	0,8	1,5	1,3	0,4	0,1	0,3	0,5	1,5	0,6	1
		9		0,2	0,3	0,8	0,7	0,6	1,0	0,2	0,3	0,5	0,4	0,1	1,3	0

Таблиця 3

Еквівалентна температура осінньо-зимового і весняно-літнього періодів

період	Передостання цифра шифру
	0	1	2	3	4 5 6			7	8	9
Осінньо-зимовий	-10	-5	0	5	10	5	0	-5	-10	-5
Веcенне- літній	10	15	20	15	20	15	15	15	10	15

Таблиця 4

Число рівнобіжно з'єднаних конденсаторів КСП-О,66-40 в УПК (N) і потужність трансформатора

Остання цифра шифру	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
N	8	10	12	14	16	18	16	14	12	10
Тип і потужність трансформатора	ТДТНЭ-40000/110	ТДТН-25000/110-66	ТДТН-16000/110-66	ТДТН-40000/110-67	ТДТН-16000/110-66	ТДТН-25000/110-66	ТДТН-40000/110-16Y1	ТДТН-40000/110-67	ТДТН-25000/110-66	ТДТНЭ-25000/110-69

Параметри і кількість трансформаторів

Таблиця 5

Пари-метри	Остання цифра шифру
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Sном, МВ*А	20	40	63	40	20	40	63	40	20	40
n	I	2	I	2	1	2	I	2	I	2
uk,%	9	10	II	12	II	10	9	10	II	12

Таблиця 6

Кількість коротких замикань

I/Iм	Передостання цифра шифру
	0	I	2	3	4	5	6	7	8	9
0,2-0,4	10	20	20	30	20	40	20	30	50	20
0,4-0,6	20	30	40	20	30	20	10	10	20	30
0,6-0,8	30	20	30	10	20	30	20	10	30	20
0,8-1	10	5	5	10	10	5	5	10	5	10

Таблиця 7

Номера кривих напруг на мал. 1

Лінійні напруги	Передостання цифра шифру
	0	I	2	3	4	5	6	7	8	9
UAB	I	2	3	5	I	2	4	5	I	2
UBC	2	5	4	2	3	I	5	4	5	3
UCA	3	I	2	I	2	3	3	2	4	5

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ КОНТРОЛЬНОЇ РОБОТИ

Усі розрахунки повинні супроводжуватися короткими поясненнями. При використанні готових формул та співвідношень необхідно вказати джерело, з якого ці дані запозичені. Спочатку записується формула в загальному виді (з літерними позначеннями) , потім підставляється числове значення кожної величини в тім же порядку й у тій же формі запису, як і в загальній формулі, і тільки після цього можна приводити готовий результат обчислень.

У зв'язку з виконанням великого обсягу однотипних розрахунків доцільно використовувати програмувальні мікрокалькулятори (БЗ-21, БЗ-34, МК-46, МК-64, МК-61, МК-52, МК-56, ін.).

Таблиця 8

Параметри контактного проводу, ми

	Остання цифра шифру
	0 і 1			2 і 3			4 і 5
Номер опори	Зиґзаґ	Винос	Висота	Зиґзаґ	Винос	Висота	3игзаг	Винос	Висота
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	+350		6600***	+300*		5900	+400		6200
3	-300		6500	-300		5600	300		6100
5	+300		6300	+400		5700	+300		6300
7	-400		6200	-200		5800	-300		6400
9	+250		6100	-100		5900	+300		6300
11	+100		6100	+300		5000	+100		6200
13	-300		6000	0		6300	-300		6100
15	+350		6100	-300		5200	+З00		6400
17	-300		6200	+300		6000	-300		6400
19	+300		6000	-300		5900	+200*	-200	6500
21	-300		6300	+400		6000***	+300	-100	9700
23	400		6200	-300		6300	+400	-200	5500
25	-200		6000	+300		6300	+400		6300
27	+300*	0	6100	-300		6300	+400	-200	6200
29	+200	-100	6100	+280		6300	+300	-100	6100
31	+300	-200	6100	-350		5300	+100	-100	6100
33	+400	-200	6200	+ 300		6100	-300		6100
35	+400	0	6300	-300		5900	+300		6100
37	+300	-200	6200	+250		5800	-300		6200
39	+400*		6200	-100		5800	-300		6200
41	+200		6200	+300		5700	-250		6200
43	-300		6300	-300		5800	+150		6300
45	+300		6400	+300*	100	5900	-300		6100
47	-З00		6500	+400	-100	6000	+350		6200
49	-200		6500	+200		6100	-300		6300
51	-400		6600	+ 300	-200	6200	+350		6300
53	+300		6500	+200	-200	6200	-350		6300
55	-300		6400	+300	-100	6500	+150		6600
57	+300		6300	+400	-100	6400	-300		6700

Продовження табл.8

I	2	3	4	5	6	7	8	9	10
59	-400		6300	+100*	-100	6400	+300		6900
61	+200		6000	-300		6300	-300		6700
63	-350		6000	+300		6300	+300		6700
65 67	+350 300		6100 6100***	-300 +300		6200 6200	-300 +350		6500 6500***
69	-100		6200	-300		6100	-260		6500
71	+300		6200	+300		6300	+320		6500
73	-300		6200	-250		6400	-300		6500
75	+300		6300	+300		6200	+320		6300
77	-300		6300	-250		6700	-300		5300
79	+400		5200	+300		6300	+300		5100

Продовження табл.8

Номер опори	Остання цифра шифру
	6 и 7			8 и 9
	Зигзаг	Винос	Висота	Зигзаг	Винос	Высота
1	2	3	4	5	6	7
1	+300		5900	-300		5800
3	-300		6000	+200		5800
5	+400		5100	-300		5800
7	-300		6200	+300		6000
9	+350		6200	-280		6200
11	-290		6300	+300		5300
13 15	+300 +100		6400 6400	250 +300		6200 6300
17	-300		6400	-250		6400
19 21	+300 +50		6200 6200***	+300 200		6400 6500
23	-300		6000	-300		6400
25	+300		5800	-300		6000

Закінчення табл. 8

1		2		3		4	5	6	7
27	-250					5600	-400		6100
29	+300				5900		-300		6200
31	-280				5900		-400		6200***
33	+300				6000		-200		6900
35	-300					6100	+300		5900
37	+400				6200		-300		5900
39	-400				6300		-300		5700
41	+200				6200		-300		5700
43	-300				6300		+300		5900
45	+400				6300		-250*	+200	5800
47	-200				6400		--280	+150	5900
49	+300				6400		-300	+100	6000
51	-300				6300		-300	+200	6000
53	+300					6200	-300	+250	6000
55	-400					6000	-280*		6100
57	-100					6200	+300		6200
59	-300*					6200	-250		6200
61	-300		+100			6200	+250		6300
63	-200		+150			6100	-350		6300
65	-300		+200			6000	+280		6200
67	-350		+100			6000	-350		6200
69	-300		+200			6200	+300		6300
71	-300*		+250			6100	-300		6200
73	-300					6300	+300		6100
75	+300					6300	-300		6100
77	-280					6300	+300		6200
79	+300					6300	-300		6200

*Границя кривої.

** Висота зазначена тільки в крапках фіксації контактного проводу.

*** Місце штучного спорудження.

при цьому варто робити округлення результатів для одержання точності порядку 1%.

У зв'язку з обмеженим обсягом контрольної роботи тут допущений ряд спрощень, в основному по вихідним даним.

Детальний розгляд зазначених питань при більш повних вихідних даних із застосування теорії імовірностей буде при дипломному проектуванні.

До задачі I

Тепло, виділюване при роботі трансформатора, викликає необоротні процеси в матеріалі ізоляції обмотки, відбувається так називане старіння ізоляції.

Старіння ізоляції обмотки при роботі в середовищі олії залежить від цілого ряду факторів: температури, електричного поля, води, кисню, продуктів окислювання олії й ін. Але вирішальним фактором є температура.

У самому загальному випадку температура найбільш нагрітої крапки обмотки трансформатора визначається [1] по формулі:

, (1)

- перевищення температури найбільш нагрітої крапки обмотки над олією;

V - перевищення температури верхніх шарів олії над охолодним середовищем;

-температура охолодного середовища.

При номінальному навантаженні трансформатора значення

і ДСТ 14209-85 і 11677-75 рівні відповідно 23 і 55°С, а температура найбільш нагрітої крапки обмотки складає 98^oC і називається базовою температурою обмотки . Якщо температура обмотки буде постійно дорівнює =98°С, те одержимо оптимальний термін служби трансформатора, що у даний час прийнятий рівним 25 рокам [2] . Під оптимальним терміном служби трансформатора розуміють його термін служби, але витіканні якого подальша експлуатація трансформатора економічно невигідна. Це порозумівається тим, що прогрес у трансформаторобудуванні за зазначений період настільки значний, що працюючий трансформатор економічно вигідно замінити іншим такої ж потужності, але більш зробленим як з погляду конструкції, так а з погляду використання більш прогресивних активних матеріалів.

Час, протягом якого ізоляція обмотки практично втрачає механічну міцність, називається тривалістю життя ізоляції і визначається емпіричною формулою [2]:

,

де L - тривалість життя ізоляції в літах;

A - постійним, обумовленим видом ізоляції;

- коефіцієнт, що характеризує інтенсивність старіння ізоляції;

- температура найбільш нагрітої крапки обмотки.

Відповідно до шестиградусним правила старіння ізоляції [1] , відповідно до якого при зміні температури ізоляції на 6°С термін служби її змінюється вдвічі (скорочується при підвищенні температури і збільшується при зниженні неї), коефіцієнт дорівнює 0,115.

Ступінь старіння ізоляція, іншими словами її знос, пропорційна часу експлуатації. За час t при температурі ступінь старіння ізоляції:

,

При базовій температурі ступінь старіння ізоляції будемо вважати нормальної, тобто

_.

Тоді відношення дійсного ступеня старіння ізоляції до нереального буде представляти відносний ступінь старіння (або відносного зносу) ізоляції:

.

За ДСТ 14209-85 формула (2) записується в іншому виді:

(3)

де =6°.

Відносний знос показує, у скількох разів дійсне старіння ізоляції відрізняється від старіння ізоляцію; при номінальній температурі обмотки. Якщо протягом року безперервної роботи трансформатора відносний знос виявився рівним 2, то це означає, що час, "віджите" ізоляцією протягом року, дорівнює двом рокам. При подальшій роботі трансформатора в такому режимі навантаження дійсний термін його служби складе не 25, а 12,5 років.

При значенні F=0,5 дійсний термін служби трансформатора складе 50 років, тому що час, "віджите" ізоляцією протягом року, дорівнює 0,5 року.

Розглянемо графік відносного навантаження трансформатора, представлений у вигляді східчастій кривій (мал. 2). Під відносним навантаженням трансформатора К никнуть відношення дійсного навантаження трансформатора до його номінального струму. Для даного графіка навантаження необхідно оцінити характер зміни температури найбільш нагрітої крапки обмотки над охолодним середовищем і відносний знос ізоляції трансформатора. Для i-го інтервалу прямокутного графіка навантаження

(4)

где - среднее значение на интервале і

За весь период Т относительный износ

(5)

где m-число интервалов нагрузки.

Для розрахунку F попередньо визначається температура найбільш нагрітої крапки обмотки в сталому тепловому режимі (при відносних навантаженнях K₁ і K₂) відповідності з [I] :

; (6)

; (7)

де V_мк- перевищення температури олії у верхніх шарах над температурою охолодного середовища при відносному навантаженні ДО ;

V_{м ном}- те ж, при номінальному навантаженні;

V_{ннт мк} - перевищення температури найбільш нагрітої крапки обмотки над температурою олії в

верхніх шарах при відносному навантаженні ДО ;

V_{ннт м ном} - то ж, при номінальному навантаженні;

d-відношення втрат короткого замикання до втрат неодруженого ходу.

Показники ступеня x і y визначаються: для трансформаторів з видами охолодження М и Д -x=0,9 і в=1,6; для трансформаторів з видами охолодження ДЦ і Ц -x=1 і в = 1,8.

У задачі застосовувати вид охолодження Д.

По формулах (6), (7), (8) розрахунок проводиться для відносного навантаження ДО = ДО₁ , а потім для ДО=ДО₂ .

Для розрахунку V_мк і V_{ннт мк} замість формул (7),(8) можна використовувати більш прості, апроксимуючі їхні формули [ 2, 3 ] :

(7¹)

(8¹)

Температура найбільш нагрітої крапки обмотки в перехідному тепловому режимі зниження температури при тривалості зниження, що перевищує ( - теплова постійна нагрівання обмотки), відповідно до[1] :

(9)

(10)

(11)

Формули (9)-(10) придатні для режиму зниження я підвищення температури.

Прийняті у формулах 6...11 позначення пояснені на мал. 3, на якому представлені зміни температури олії й обмотки, що відповідають двоступінчастому прямокутному

графікові навантаження трансформатора, і розшифровуються в такий спосіб:

Рис.З.

- початкове навантаження, що передує навантаженню або перевантаженню K₂ , або навантаження після зниження K₂ у частках номінального струму;

- навантаження або перевантаження, що випливає за початковим навантаженням K₁, у частках номінального струму;

- температура найбільш нагрітої крапки обмотки в сталому тепловому режимі при навантаженнях K₁ і K₂, ^oC

- температура найбільш нагрітої крапки обмотки наприкінці періоду h при навантаженні K_2, ^oC.

температура олії в сталому тепловому режимі при навантаженнях K₁ і K₂, ^oC.

- температура охолодного середовища, °C;

- перевищення температури найбільш нагрітої крапки обмотки над температурою олії у верхніх шарах при навантаженнях K₁ і K₂, ^oC;

- перевищення температури олії у верхніх шарах над температурою охолодного середовища відповідно в сталому тепловому режимі при навантаженні K₁ і в момент часу t при навантаженні K₂ , C°;

- теплова постійна часу трансформатора, ч; прийняти теплову постійну часу трансформатора при дутьєвому охолодженні рівної =2,5 ч.

Як випливає з мал. 3 (ділянка t₃ ), - перевищення температури олії на початку розглянутого інтервалу (або наприкінці попереднього інтервалу). Для початку першого інтервалу (інтервал вимірів по табл. 2) прийняти =55⁰, =23⁰,

Температура охолодного середовища змінюється протягом року, сезону, місяця, доби. При зміні температури охолодного середовища, що перевищує 12°, або при негативних значеннях температури охолодного повітря відповідно до ДСТ 14209-85 необхідно використовувати еквівалентне значення температури. Під ним розуміють незмінне значення температури охолодного середовища, при якому має місце такий же знос ізоляції трансформатора, що несе незмінне навантаження, як при перемінній температурі охолодного середовища.

Рекомендації з оцінки даної температури приведені в [I].

Для спрощення розрахунків у контрольній роботі еквівалентні температури осінньо-зимового і весняно-літнього періодів приведе у вихідних даних (табл.3).

У результаті розрахунку будується графік (див.мал. 2).

Відносний знос виткової ізоляції необхідно розрахувати по кожному з m інтервалів навантаження, кожен тривалістю (у задачі =1 ч). Потім по кожнім інтервалі варто розрахувати по формулах 9...11, де h і t замінити значеннями .

Варто вказати, що в завданні пропонується багатоступінчастий прямокутний рівноінтервальний графік тягового навантаження (див.табл.2), що є результатом перетворення реального графіка тягового навантаження методом, викладеним у [I] . Крім того, графік даний для найбільш завантаженої фази, тому що відповідно до[1] розрахунок виконується для цієї фази.

Розрахунок відносного зносу виробляється для доби осінньо-зимового (F₃) і весняно-літнього (F_л) періодів з використанням відповідних токових навантажень і еквівалентних температур охолодного середовища (табл. 2 і 3).

Тоді відносний знос за рік

(12)

У контрольній роботі приймається незмінний графік навантаження трансформатора з моменту включення його в роботу. Тоді відносний знос за минулий час роботи трансформатора Т_р, років,

Якщо F_p>1, то це означає, що ресурс трансформатора вичерпаний.

Якщо F_p<1, то залишковий ресурс складе

(13)

де L_б - термін служби трансформатора при роботі в номінальному режимі (L_б =25 років).

У контрольній роботі для розрахунку Т_ост прийняти Т_р=5 років.

Рекомендується така послідовність розрахунку ресурсу трансформатора: .

I. По формулах (9), (10) і (II) визначається наприкінці кожного інтервалу весняно-літнього графіка навантаження будується графік .Усередині кожного інтервалу прийняти лінійна зміна .Для першого інтервалу прийняти:

V_{м К1}=55⁰С, V_{ннт м К1}23⁰С, К₁=1

2. У кожнім інтервалі навантаження визначається середнє значення (див.мал. 2,б).

3. Визначити відносний знос на кожнім інтервалі графіка навантаження по формулі (4) і побудувати його графік (див. мал. 2,в).

4. Визначити відносний знос ізоляції за розглянуту добу по формулі (5).

5. Повторити п.1, 2, 3 для осінньо-зимового графіка навантаження.

6. Визначити відносний знос ізоляції за рік формулі (12).

7. Визначити залишковий ресурс трансформатора по формулі (13).

Для складання структурної схеми пристрою контролю зносу трансфокатора вкажіть з урахуванням взаємозв'язку блок датчиків, розрахунковий блок і блоки керування і сигналізації. Покажіть зв'язок блоку датчиків і вихідного блоку із силовою схемою трансформатора до його комутаційною і вимірювальною апаратурою.

Безпосередній контроль температури обмотки трансформатора за допомогою датчика, розташованого під високим потенціалом, представляє визначених труднощів. Тому на практиці застосують непрямий контроль температури обмотки, вимірюючи температуру охолодного середовища або олії і струм обмотки з наступним розрахунком температури обмоток. У розрахунковому блоці варто вказати послідовність розрахунку температури обмоток і зносу трансформатора [9] . Для розрахункового блоку доцільно застосовувати мікропроцесор.

Контроль ізносових характеристик надалі дозволить перейти від ремонтно-ревізійних робіт, виконуваних строго з визначеною періодичністю, до ремонтно-ревізійних робіт, виконуваним з періодичністю, що залежить від стану трансформатора, що підвищить ефективність експлуатації устаткування.

До задачі 2

Дослідження, проведені на паперово-хлордіфенілових конденсаторах, показали, що в порівняно вузькому інтервалі робочих температур ресурс конденсатора L можна виразити статечною залежністю*

(14)

де

А - постійний коефіцієнт;

Е - робоча напруженість полючи;

температура діелектрика

Відповідно до формули (14), знаючи довговічність L₂ при деяких умовах (Е₂, ), можна визначити довговічність L_i в інших умовах (Е_i, ),не визначаючи коефіцієнта А :

(15)

У формулі (14) прийнято, що напруженість полючи в конденсаторах УПК не перевищує значень, що викликають критичні часткові розряди, тому показник ступеня 7,7 буде залишатися величиною постійної при всіх режимах роботи УПК у тяговій мережі.

Відносний ступінь старіння (зносу) діелектрика визначимо з (15), з огляду на, що

приймаємо для номінального режиму:

(16)

де , - середні значення струму через конденсатор і температури діелектрика в робочому режимі i ;

I_н - номінальний струм конденсатора.

-----------------------------------------------

* Тому що конденсатори УПК працюють практично при синусоїдальній напрузі, але при несинусоїдальному струмі, то при розрахунку приймається, що вихідні дані по табл.2 дані для діючих значень струмів, що враховують вищі гармоніки струму.

Найбільша припустима робоча температура діелектрика конденсатора з трихлордіфеніловим просоченням, що працює на промисловій частоті, що забезпечує економічно оптимальний ресурс, складає

Відносний знос показує, у кілька разів дійсне старіння діелектрика більше старіння ізоляції при номінальному режимі. При кратністі перевантажень більш 1,2-1,3 знос різко зростає і перевищує нормальний у 5-25 разів і, більш. Конденсатори УПК при тяговому навантаженні, що змінюється, працюють у нестаціонарному тепловому режимі. Виділюване в конденсаторі тепло P_к частково витрачається на підвищення внутрішньої температури конденсатора (збільшення перегріву), частково розсіюється в навколишнє середовище. Якщо відбувається східчаста зміна навантаження від одного стаціонарного значення P_{k i} , якому відповідає стале над охолодним середовищем перевищення температури діелектрика V_{k i} , до іншого стаціонарного значення P_k2 і відповідно V_k2 ,то закон зміни температури діелектрика в часі має вигляд:

(17)

де

- температура охолодного середовища;

- теплова постійна конденсатора (прийняти =3ч).

Рівняння, що визначає стале перевищення температури над температурою охолодного середовища, має вигляд:

де

- стала температура усередині конденсатора при потужності тепловиділення P_k.

R_т- тепловий опір конденсатора (для конденсаторів КСП P_k = 0.45⁰C/Вт);

потужність тепловиділення в конденсаторі на i-м інтервалі,

Х_с - ємнісний опір конденсатора КСП-0,66-40, Х_с=10,9Ом;

- тангенс кута діелектричних утрат.

При розрахунку приймаємо, що R_т не залежить від тепловиділення Р_к , а є величиною постійної, що не залежить від температури ( = 0,003).

Середня інтенсивність зносу за визначений період часу Т (мал. 4)

(18)

де

F_i - відносний знос діелектрика конденсатора при впливі навантажив I_i на конденсатор на i -м інтервалі графіка навантаження, обумовлений по формулі (16);

m - кількість інтервалів навантаження.

Тік конденсатора

Тут I_упкi - ток минаючий через УПК на i-м інтервалі графіка навантаження.

Номінальний струм УПК

I_упкн=I_нN,

I_н - номінальний струм конденсатора (для КСП-0,66-40 I_н=60,6А).

Тоді з обліком

І_і=К_іІ_н,

Значення K_i дані в табл. 2.

За допомогою приведених формул за графіком тягової навантаження, заміряної на діючій електрифікованій ділянці, або змодельованому на ЕОМ, виробляється машинний розрахунок УПК при різних N і потім вибирається оптимальне N₀ з умови нормального зносу конденсаторів, при якому F_ср = 1, і не перевищення максимальної температури діелектрика. Перевага такого машинного методу розрахунку полягає в тому, що, по-перше, враховуються всі можливі режими роботи ділянки і, по-друге, враховується послідовність виникнення того або іншого навантаження.

Рис.4

У контрольній роботі студентові пропонується спрощений графік навантажень (осінньо-зимовий і весняно-літній) в обмеженому тимчасовому; інтервалі (Т =24 ч).

Умовно приймається, що зазначені графіки розподіляються на весь період - відповідно осінньо-зимовий і весняно-літній.

Розрахунок відносного зносу зробити для доби осінньо-зимового (F₃) і весняно-літнього (F_л) періодів з використанням відповідних токових навантажень і еквівалентних температур охолодного середовища (див. табл. 2 і 3).

Відносний знос за рік визначається по формулі (12).

Тоді ресурс конденсаторів дорівнює

L=F^-1L_{н (19)}

де

L_н - термін життя конденсатора при його номінальному навантаженні.

При F , що відрізняється від одиниці в 2 і більш раз, варто зменшити (при F < 0,5) або збільшити (при F>2) число рівнобіжне з'єднаних конденсаторів і повторити розрахунки.

Варто врахувати, що зміна числа паралельно включених конденсаторів N на 10...15% приводить до зміни F приблизно в 3...5 разів. При зміні числа паралельно з'єднаних конденсаторів N до N_n

струм розраховують по формулі:

І_і=К_іІ_н(N/N_n).

При виконанні п.2 завдання варто прийняти, що розрахунки виробляються відразу ж після включення УПК у постійну експлуатацію.

Для складання структурної схеми пристрою контролю зносу конденсаторів укажіть з урахуванням взаємозв'язку блок датчиків, розрахунковий блок і вихідний блок керування я сигналізації. Покажіть зв'язок блоку датчика і вихідного блоку із силовою схемою УПК. і її комутаційною і вимірювальною апаратурою [10].

Безпосередній контроль температури діелектрика конденсатора за допомогою датчика, розташованого під високим потенціалом, представляє визначених труднощів. Тому на практиці застосовують непрямий контроль температури діелектрика, вимірюючи температуру охолодного середовища, а також навантаження конденсатора з наступним розрахунком температури діелектрика конденсатора. Б розрахунковому блоці варто вказати послідовність розрахунку температури діелектрика і зносу конденсаторів. Для розрахункового блоку доцільно приметати мікропроцесор.

Контроль ізносових характеристик надалі дозволять перейти від ремонтно-ревізійних робіт, виконуваних строго з визначеною періодичністю, записами від стану конденсаторів, що підвищить ефективність експлуатації устаткування.

Пропонується така послідовність розрахунку:

I. На початку першого інтервалу приймається і визначається , где

- для весняно-літнього періоду дане в табл. 3.

2. Визначається по формулі (17) наприкінці першого інтервалу, при цьому год

3. Прийнята лінійна зміна температури в інтервалі , визначається

. (20)

4. Розрахунок продовжується для другого інтервалу. При цьому приймається V_k1 другого інтервалу рівним ( )першого інтервалу. Потім обчислюється для цього інтервалу.

Аналогічні розрахунки повторюються для всіх m інтервалів.

5. Розрахунки повторюються для осінньо-зимового періоду, і визначається відносний знос за рік по формулі (12).

Допускається з метою зменшення обсягу обчислень розрахунок вести тільки lля весняно-літнього періоду, тоді замість (12) прийняти F_r=F_л.

6. Виробляється перерахунок відносного зносу при F < 0,5 або F>2.

7. Визначається ресурс конденсаторів по формулі (19).

8. Складається структурна схема пристрою контролю зносу конденсатора.