Politechnika Śląska w Gliwicach

Wydział Elektryczny

Studia dzienne mgr

Sem. VII

Laboratorium Urządzeń Elektrycznych

Temat: Wyznaczanie parametrów cieplnych

złożonego toru prądowego

sekcja :

Rakowski Marcin

Jurczyk Piotr

Mańka Jarosław

Kochanowski Sławomir

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]	0,012	0,073	0,154	0,156	0,234	0,360	0,371
Δθ [K]	0,233	1,417	2,990	3,029	4,544	6,990	7,204

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

Pojemność cieplna żyły na jednostkę długości:

gdzie:

Wyznaczenie oporności cieplnych.

Oporności cieplne w oparciu o dane materiałowe i geometryczne.

gdzie:

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

- istnieje pokrycie ochronne

- temperatura otoczenia

- przyrost temperatury powierzchni kabla względem otoczenia

- stała Stefana-Boltzmana

- średnica zewnętrzna kabla

Zestawienie obliczeń:

	Parametry cieplne wyznaczone
		pomiarów	wzorów teoretycznych
Si	0,57	0,52
Sos	0,106	-
So	0,155	0,155
Cz	1815,2	-

Określenie obciążalności długotrwałej dla badanego kabla umieszczonego w powietrzu

gdzie:

Schemat zastępczy:

Tabele pomiarowe

ekran		osłona		żyła
t [s]	 [K]	t [s]	 [K]	t [s]	 [K]
80	0,505	100	1,146	120	11,320
140	1,922	160	1,670	180	13,844
200	3,107	220	2,272	240	16,893
260	5,320	280	4,000	300	21,165
320	6,233	340	5,553	360	22,291
380	8,252	400	7,806	420	24,252
440	9,942	460	8,213	480	26,485
500	12,679	520	9,728	540	28,019
560	13,456	580	11,922	600	30,174
620	14,854	640	12,310	660	32,989
680	16,310	700	15,437	720	33,844
740	17,631	760	15,786	780	35,261
800	18,834	820	16,038	840	36,892
860	19,417	880	17,475	900	37,863
920	21,165	940	18,640	960	38,834
980	21,941	1000	19,417	1020	40,776
1040	23,300	1060	20,388	1080	42,717
1100	25,242	1120	21,165	1140	44,465
1160	25,533	1180	22,330	1200	44,659
1220	26,601	1240	23,106	1260	46,601
1280	27,572	1300	23,883	1320	47,377
1340	28,931	1360	25,048	1380	48,543
1400	29,126	1420	25,242	1440	49,319
1460	29,902	1480	26,019	1500	50,484
1520	30,873	1540	26,601	1560	50,873
1580	31,067	1600	27,184	1620	52,038
1640	32,582	1660	27,960	1680	52,426
1700	33,591	1720	28,349	1740	54,368
1760	33,786	1780	29,126	1800	55,144
1820	34,174	1840	29,126	1860	56,309
1880	34,951	1900	29,320	1920	56,096
1940	35,145	1960	30,096	1980	56,309
2000	36,116	2020	30,485	2040	57,863
2060	36,310	2080	30,873	2100	58,503
2120	37,009	2140	31,067	2160	58,834
2180	37,281	2200	32,426	2220	60,193
2240	37,863	2260	32,621	2280	60,581
2300	38,446	2320	32,621	2340	61,843
2360	38,834	2380	33,242	2400	60,969
2420	39,222	2440	33,339	2460	61,358
2480	39,417	2500	33,397	2520	61,940
2540	39,999	2560	34,174	2580	62,387
2600	40,310	2620	33,786	2640	62,678
2660	40,776	2680	34,368	2700	63,299
2720	41,048	2740	34,368	2760	63,688
2780	41,552	2800	34,756	2820	64,076
2840	41,708	2860	34,951	2880	65,047

4. Wnioski

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 326,3 A. Przeprowadzając badania przy przepływie 320 A uzyskaliśmy max przyrost temperatury dla żyły równy 65,05 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.

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.

Drobne odstępstwa parametrów kabla wyliczonych na podstawie pomiarów i obliczeń z danych materiałowych mogą być następstwem niedokładności pomiarów wynikłych z niestabilności miernika temperatury.

---