«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Энергетический институт

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Энергетический институт
Направление – 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника»
Кафедра – Электротехнических комплексов и материалов
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКОВ ПЕРЕГРУЗКИ И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
В СИЛОВЫХ КАБЕЛЯХ
Отчет по лабораторной работе по дисциплине
«Силовые кабели и кабельные линии
в нефтегазовой промышленности»
Выполнил студент группы ________________
________________
(ФИО)
Проверил
_________________
(ФИО)
_________________
Томск – 20____
Цель работы______________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
Задание
1. Ознакомиться с физическими процессами теплообмена в силовых кабелях.
2. Ознакомиться с программой выполнения лабораторной работы.
Выполнить работу согласно программе для заданного типа кабеля (марки, сечение ТПЖ и экрана).
3. Внести начальные данные в табл. 1.
4. Результаты измерений скопировать и занести (с шагом по времени 5 мин) в табл. 2.
5. Построить кривую нагрева – графическую зависимость изменения превышения температуры ТПЖ над окружающей средой
 t  f   .
6. Оценить величину постоянной времени нагрева, тока перегрузки и короткого замыкания. Результаты занести в табл. 3.
7. Построить кривую перегрузки – графическую зависимость из-


менения тока перегрузки от времени Iпер  f пер
 . Время перегрузки
в расчетах принимать пер  0  5Q0 с шагом 0,5Q0
8. Выполнить анализ полученных результатов.
9. Ответить на контрольные вопросы.
ASCT
T1 T2
A
Рис. 1. Принципиальная схема установки
Таблица 1
Начальные данные
Образец
№
Марка кабеля
Геометрические размеры
Сечение
ТПЖ, мм2
Imax,
A
Ск ,
Дж/м °С
Сечение
экрана, мм2
1
Расчётные формулы
Допустимые токи перегрузки при прокладке на воздухе в течение
времени τ можно определить из формулы:
I пер  I max
1
1 e

(1)

Q0
Постоянная времени нагрева определяется по кривой нагрева
( t  f    , t  tТПЖ  t0 ) при t = 2/3 tmax (перегрев жилы над окружающей средой при установившемся режиме и нагрузке I max ).
Токи короткого замыкания при прокладке на воздухе в течение
времени τ, исходя из режима работы кабеля, можно определить по формулам:
1. Момент включения кабельной линии под нагрузку (кабель не
нагрет):
I кз 
Ск
 ln 1    t1
Rt 0  кз  


(2)
где Rt 0 – электрическое сопротивление одного метра ТПЖ кабеля при
начальной температуре, t1  tраб _ max  t0 , tраб _ max – максимальная рабочая температура ТПЖ при заданном токе нагрузки.
2. Стационарный режим (кабель нагрет):
I кз 
 1    t2 
Ск
 ln 
 1    t1 
Rt 0  кз  


(3)
где Rt 0 – электрическое сопротивление одного метра ТПЖ кабеля при
начальной температуре, t2  tкз  tmax , tкз , tmax – максимальная допустимая температура нагрева ТПЖ при коротком замыкании (кз) и номинальной нагрузке (max).
Таблица 2
Результаты эксперимента
№
п/п
τ, мин
Температура
ТПЖ, оС
Перегрев ТПЖ
над окружающей
средой t , оС
Примечание
Температура
окружающей среды
t0 =______ оС
5
10
15
20
…
Графические зависимости
90
80
70
T, oC
60
50
40
30
20
10
0
0
50
100
150
200
250
300
200
250
300
мин
Рис. 2. Кривая нагрева, ТПЖ
300
Iпер, А
250
200
150
100
50
0
0
50
100
150
, мин
Рис. 3 Ток перегрузки
Таблица 3
Результаты расчетов
№
п/п
Время
перегрузки
пер , мин
Ток
перегрузки
I пер , А
Ток КЗ, A
Iкз _1
i
Iкз _ 2
Постоянная
времени
нагрева кабеля Q0 , мин
Примечание
Марка
кабеля
1
2
3
4
….
Пример расчета
Ток перегрузки:
I перi  I max
1
1 e

 i
Q0
 ____________________
Примечание. Приводится расчет одного значения для любого порядкового номера (i) в табл. 3.
Токи короткого замыкания:
I кз _1 
Ск
 ln 1    t1  __________________
Rt 0  кз  
I кз _ 2 
 1    t2 
Ск
 ln 
 __________________
 1    t1 
Rt 0  кз  




Анализ полученных результатов
Контрольные вопросы
1. Назовите виды теплообмена.
2. Для какого режима нагрева справедлив тепловой закон Ома?
3. Что характеризуют удельные и полные тепловые сопротивления
кабеля?
4. Является ли протекание тока перегрузки, превышающего максимальный допустимый ток кабеля, аварийным режимом?