Laboratorium Urządzeń Elektrycznych 2000 − 10 − 20

Politechnika Śląska w Gliwicach

Wydział Elektryczny

Studia dzienne mgr

Sem. VII gr. MUE

Wyznaczanie parametrów cieplnych

złożonego toru prądowego

Sekcja nr 5:

Kołodziej Andrzej

Kudłacik Krzysztof

Szymaszek Robert

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami wyznaczania parametrów cieplnego schematu zastępczego kabla elektroenergetycznego.

2. Przebieg pomiarów

Podczas ćwiczenia do badania wykorzystywaliśmy kabel YHAKX 1x70/25. Badanie kabla przeprowadzona wg następującego schematu:

3. Pomiary i obliczenia

Wyznaczanie pojemności cieplnej.

Tabela pomiarowa:

I_ż = 320 A

t [s]	0	10	20	30	40	50	60
U [mV]	0,044	0,08	0,13	0,18	0,21	0,25	0,31
Δθ [K]	0,84	1,55	2,52	3,49	4,07	4,85	6,01

Przy przeliczaniu napięcia na temperaturę korzystano z proporcji: 5,15 mV/100°C.

Pojemność cieplna żyły na jednostkę długości:

gdzie:

Wyznaczenie oporności cieplnych.

Tabela pomiarowa:

Ekran			Osłona			Żyła
T	U	ΔΘ	T	U	ΔΘ	T	U	ΔΘ
[s]	[mV]	[T]	[s]	[mV]	[T]	[s]	[mV]	[T]
20	0,02	0,39	40	0,03	0,58	60	0,56	10,87
80	0,059	1,15	100	0,04	0,78	120	0,67	13,01
140	0,17	3,30	160	0,11	2,14	180	0,76	14,76
200	0,22	4,27	220	0,19	3,69	240	0,93	18,06
260	0,29	5,63	280	0,25	4,85	300	1,13	21,94
320	0,39	7,57	340	0,29	5,63	360	1,19	23,11
380	0,49	9,51	400	0,39	7,57	420	1,29	25,05
440	0,56	10,87	460	0,45	8,74	480	1,38	26,80
500	0,65	12,62	520	0,52	10,10	540	1,45	28,16
560	0,72	13,98	580	0,61	11,84	600	1,52	29,51
620	0,79	15,34	640	0,68	13,20	660	1,65	32,04
680	0,87	16,89	700	0,71	13,79	720	1,78	34,56
740	0,91	17,67	760	0,78	15,15	780	1,85	35,92
800	1,01	19,61	820	0,85	16,50	840	1,93	37,48
860	1,09	21,17	880	0,89	17,28	900	2,01	39,03
920	1,13	21,94	940	0,94	18,25	960	2,1	40,78
980	1,15	22,33	1000	0,99	19,22	1020	2,19	42,52
1040	1,24	24,08	1060	1,08	20,97	1080	2,22	43,11
1100	1,28	24,85	1120	1,09	21,17	1140	2,27	44,08
1160	1,34	26,02	1180	1,11	21,55	1200	2,35	45,63
1220	1,38	26,80	1240	1,16	22,52	1260	2,35	45,63
1280	1,43	27,77	1300	1,21	23,50	1320	2,43	47,18
1340	1,45	28,16	1360	1,27	24,66	1380	2,48	48,16
1400	1,51	29,32	1420	1,27	24,66	1440	2,55	49,51
1460	1,58	30,68	1480	1,28	24,85	1500	2,58	50,10
1520	1,58	30,68	1540	1,31	25,44	1560	2,64	51,26
1580	1,61	31,26	1600	1,41	27,38	1620	2,65	51,46
1640	1,65	32,04	1660	1,38	26,80	1680	2,73	53,01
1700	1,67	32,43	1720	1,41	27,38	1740	2,81	54,56
1760	1,72	33,40	1780	1,46	28,35	1800	2,78	53,98
1820	1,76	34,17	1840	1,51	29,32	1860	2,82	54,76
1880	1,78	34,56	1900	1,49	28,93	1920	2,87	55,73
1940	1,81	35,15	1960	1,51	29,32	1980	2,89	56,12
2000	1,83	35,53	2020	1,53	29,71	2040	2,93	56,89
2060	1,87	36,31	2080	1,58	30,68	2100	2,97	57,67
2120	1,87	36,31	2140	1,58	30,68	2160	3,1	60,19
2180	1,91	37,09	2200	1,62	31,46	2220	3,05	59,22
2240	1,92	37,28	2260	1,62	31,46	2280	3,05	59,22
2300	1,96	38,06	2320	1,62	31,46	2340	3,09	60,00
2360	1,96	38,06	2380	1,61	31,26	2400	3,11	60,39
2420	1,99	38,64	2440	1,68	32,62	2460	3,13	60,78
2480	2	38,83	2500	1,71	33,20	2520	3,16	61,36
2540	2,02	39,22	2560	1,67	32,43	2580	3,19	61,94
2600	2,03	39,42	2620	1,72	33,40	2640	3,2	62,14

Oporności cieplne w oparciu o dane materiałowe i geometryczne.

S_i - opór cieplny izolacji

S_os - opór cieplny osłony

S_o- opór cieplny zewnętrzny

Obliczanie oporności cieplnych na podstawie wzorów teoretycznych.

gdzie:

- konduktywność cieplna materiału izolacji

- średnica żyły

- średnica izolacji fazowej

gdzie:

- współczynnik oddawania ciepła

- gdyż istnieje pokrycie ochronne

- temperatura otoczenia

- przyrost temperatury powierzchni kabla względem otoczenia

- stała Stefana-Boltzmana

- średnica zewnętrzna kabla

Zestawienie powyższych obliczeń:

	Parametry cieplne wyznaczone na podstawie
		pomiarów	wzorów teoretycznych
Si	0,55	0,52
Sos	0,098	-
So	0,152	0,155
Cz	400,6	-

Określenie obciążalności długotrwałej dla badanego kabla umieszczonego w powietrzu

gdzie:

Schemat zastępczy:

4. Wnioski

Kable elektroenergetyczne składają się z jednej lub więcej liczby żył izolowanych, zaopatrzonych w szczelną powłokę zewnętrzną (ewentualnie w osłonę ochronną i pancerz), chroniące izolację żył przed wilgocią, wpływami chemicznymi i dowolnymi innymi oddziaływaniami środowiskowymi. Konstrukcja kabla jest bardzo różna w zależności od przeznaczenia i ich właściwości.

Każdy typ kabla jest oznaczony symbolem literowym zawierającym informacje o zastosowanych materiałach, konstrukcji i ewentualnie jego właściwościach. Odczytując oznaczenie badanego kabla (YHAKX 1x70/25) można się dowiedzieć m.in.:

A - umieszczone przed literą K oznacza kabel z żyłami aluminiowymi,

H - umieszczone na początku symbolu oznacza kabel z żyłami ekranowanymi.

Przeprowadzając ćwiczenie zaznajomiliśmy się z właściwościami cieplnymi kabla elektroenergetycznego oraz jego parametrami cieplnymi. Po wyznaczeniu charakterystyk ΔΘ = f (t) dla żyły, osłony i ekrany dowiadujemy się (co można było przewidzieć), że przy przepływie odpowiednio dużego prądu najbardziej ogrzewa się żyła, następnie ekran, a najmniej osłona. Osłona, jako ostatnia warstwa jest chłodzona przez otaczające powietrze. Na podstawie charakterystyki ΔΘ = f (t) dla żyły wyznaczono stałą czasową nagrzewania, która wynosi 1300 [s]. Znajomość parametrów schematu zastępczego (strat mocy, oporów cieplnych) posłużyła nam do obliczeniowego wyznaczenia obciążalności prądowej kabla I_dd, która w naszych obliczeniach wyniosła 331,3 A. Przeprowadzając badania przy przepływie 320 A uzyskaliśmy max przyrost temperatury dla żyły równy 62,4 co daje w efekcie ≈ 80 °C. Dane katalogowe obciążalności prądowej zazwyczaj są podawane dla temp 75 °C i zależą od rodzaju żyły, rodzaju izolacji, ułożenia, itp.

Instalacje elektryczne mogą być wykonane w różnorodny sposób, zależnie od warunków technicznych, oddziaływań środowiskowych, wymagań estetycznych, i in. Należy tu zaznaczyć, że sposób ułożenia przewodów wpływa na intensywność wymiany ciepła z otoczeniem, a zatem również na obciążalność prądową długotrwałą w określonej temperaturze otoczenia.

Warty zaznaczenia jest fakt, że w miesiącach pozaletnich dopuszczalna obciążalność kabli jest większa. Wówczas można zastosować współczynnik poprawkowy.

Polski Komitet Normalizacyjny ustanowił normy dotyczące obciążalności prądowej przewodów , oznaczone roboczo PN-IEC 364-523 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia. Obciążalność prądowa długotrwała. Norma ta jest tłumaczeniem raportu IEC 364-5-523 z 1983 r.

---