BADANIA OBCIĄŻALNOŚCI PRĄDOWEJ PRZEWODÓW GIĘTKICH

Transkrypt

1 ĆWICZENIE 1 BADANIA OBCIĄŻALNOŚCI PRĄDOWEJ PRZEWODÓW GIĘTKICH 1. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczeni jes poznnie zjwis zchodzących przy ngrzewniu się różnych ypów przewodów eleroenergeycznych orz wyznczenie obciążlności przewodów nieizolownych gięich w różnych wrunch prcy.. WPROWADZENIE Prąd eleryczny, przepływjący uzwojenimi różnorodnych urządzeń elerycznych i przewodmi linii zsiljących, wywołuje pewne sry mocy i energii (ΔP = I R) powodujące podwyższenie się emperury przewodów, uzwojeń orz poszczególnych części mszyn i urządzeń nie przewodzących prądu elerycznego w normlnych wrunch prcy [6]..1 KRYTERIA DOBORU PRZEKROJU PRZEWODÓW Przy doborze rodzju przewodów w inslcjch nleży brć pod uwgę wysępujące wruni środowisowe, by ogrniczyć wzjemny wpływ inslcji i ooczeni. Ogólne wymgni doyczące doboru bli, przewodów inslcyjnych i szynowych orz elemenów zpewnijących ich mocownie i ochronę przed uszodzenimi mechnicznymi oreśl norm PNIEC Dobór przewodu eleroenergeycznego do przewidywnych wrunów prcy sprowdz się do oreśleni: ypu przewodu (np. przewód gięi izolowny, bel, szyn), npięci znmionowego izolcji (lub dopuszczlnych odsępów przewodów nieizolownych), meriłu żył, przeroju żył. Przerój przewodów w inslcjch elerycznych usl się njczęściej w oprciu o ryerium dopuszczlnej obciążlności prądowej nsępnie sprwdz n wrune [7]: nie przeroczenie dopuszczlnego spdu npięci, spełnieni wyrzymłości mechnicznej, zpewnieni ochrony przeciwporżeniowej zgwrnowni seleywności zbezpieczeń prądowych, 1 1

2 . NAGRZEWANIE DŁUGOTRWAŁYM PRĄDEM ROBOCZYM Przy przepływie prądu elerycznego I = cons. w przewodzie wydziel się ciepło, órego część zosje zumulown, część zś przezn ooczeniu. Bilns cieplny dl przewodu m zem posć: Q = Q + Q ( 1.1) W C Q w ciepło wydzielne w przewodzie, Q c ciepło zumulowne w przewodzie, Q ciepło oddne ooczeniu. Z rozwiązni bilnsu cieplnego ze względu n uslony przyros emperury orzymuje się dopuszczlne prądowe obciążlności długorwłe [5]. Przy złożeniu, że: merił przewodni jes jednorodny, jego przerój n cłej długości jes jednowy, wruni chłodzeni n cłej powierzchni są jednowe, przepływ ciepł nie jes osiowy, bilns cieplny oreślony zleżnością 1.1 możn zpisć przy pomocy wzoru [1]: d I ρl d = A Alcd + αsl( )d (1.) I wrość sueczn nężeni prądu [ A ], ρ rezysywność żyły [ Ω m ], l długość rozprywnego odcin przewodu [ m ], A przerój przewodu [ m ], S powierzchni zewnęrzn jednosi długości przewodu [ m /m ], c ciepło włściwe meriłu przewodu [ J/m 3 K ], przy czym przyłdowo: 6 J 6 J =,5 10,c = 3,57 10 cal 3 Cu 3 m K m K α współczynni przejmowni ciepł [ W/m K ], emperur przewodu [ C ], emperur ooczeni [ C ], d współczynni sr dodowych wywołnych przepływem zmiennych pól mgneycznych, uwzględnijący nierównomierność gęsości prądu w przeroju przewodu wsue zjwis nsórowości i efeu zbliżeni od sąsiednich przewodów. Nieóre spey efeu nsórowości i zbliżeni przy poniższych oznczenich przedswiono n rysunch 1.1 i 1., przy czym: R d = = R o z (1.3) 1

3 R rezysncj przewodni z uwzględnieniem zjwis nsórowości i efeu zbliżeni, R= rezysncj przewodni dl prądu słego, o współczynni nsórowości, z współczynni zbliżeni. o, z,0 δ,0 1,8 1,6 r 1,8 1,6 D δ /D=1,03 1,4 1,4 1, 1, r ω γ x , 1,0 =1,68 =,0 =6, f / R 100 Rysune 1.1: Wrość współczynni nsórowości dl przewodni nieferromgneycznego o przeroju ołowym [5]: r promień przewodu [m], ω pulscj prądu [s1], γ onduywność przewodni [S/m]. Rysune 1.: Wrość współczynni zbliżeni dl dwóch przewodniów nieferromgneycznych o przeroju ołowym [1]: f częsoliwość prądu [Hz], R 100 rezysncj 100m odcin przewodu [Ω] Przy rozprywniu prycznych przypdów obliczeń orów prądowych przy prądzie o pulscji sieciowej, przyjmuje się zzwyczj, że współczynni nsórowości o 1,1, przy odległościch przewodów przerczjących rzyronie ich njwięszy wymir przeroju poprzecznego, współczynni zbliżeni z 1,05. Ngrzne ciło oddje ciepło do ooczeni wsue: promieniowni (rdicji), onwecji (unoszeni), przewodzeni (onducji), Moc wypromieniown: Moc ciepln (srumień ciepł) P pr [W] przezywn drogą promieniowni w snie cieplnym uslonym jes oreślon prwem SefnBolzmn [5]: P pr = εcos p (1.4)

4 ε emisyjność względn cił (współczynni czerni), c o emisyjność cił dosonle czrnego, równ 5,77 [W/(m K 4 )] 1, emperur bezwzględn cił promieniującego orz cił pochłnijącego ciepło, S p powierzchni cił promieniującego ciepło [m ]. Wrość współczynni czerni [5]: Moc przezn wsue onwecji: W środowisu ciełym i gzowym chłodzenie ngrznego cił odbyw się przez przewodnicwo środowis orz przez ruch ngrznych cząse cieczy lub gzu czyli onwecję. Wpływ przewodnicw gzów n oddwnie ciepł w zwyłych wrunch jes pomijlnie mły. Moc przezną do ooczeni wsue onwecji opisują zleżności i ryeri Fourier, Nussel, Grshof, Reynolds i Prndl [3]: P on = αs ( )n (1.5) α onwecyjny współczynni przejmowni ciepł [W/m K], emperur przewodu, emperur ooczeni, S powierzchni cił oddjącego ciepło n drodze onwecji [m ] n sł zleżn od rodzju chłodzeni (onwecj nurln lub wymuszon) od sposobu ułożeni przewodu i wymirów geomerycznych, dl przepływu lminrnego woół wlc n=(0,5 0,33). 1 4

5 Moc przezn wsue przewodzeni: Moc ciepln (srumień ciepł) P przew [W] przezywn drogą przewodzeni w snie cieplnym uslonym jes oreślon prwem Fourier: P przew d = λs (1.6) dl λ przewodność ciepln izolcji [ W/mK ], d/dl grdien emperury [K/m], S powierzchni dl przewodzeni [m ]. Wrość współczynni przewodnicw cieplnego zleży od emperury. Jedn dl więszości meriłów w zresie emperur wysępujących w prch elerycznych i rozdzielnicch, wrości możn przyjmowć jo słe. Wyjąiem są u gzy ie j powierze i SF 6, dl órych isonie zleży od emperury. Oriencyjne wrości współczynni przewodnicw cieplnego λ dl wybrnych meriłów [5]: Wzór Newon: Zem sosując wzór Newon, możn w przybliżeniu oreślić moc cieplną oddwną z powierzchni jednosowej do ooczeni przez ngrzne ciło: P od ( ) = αs (1.7) α zsępczy współczynni przejmowni ciepł [W/m K], S powierzchni cił oddjącego ciepło [m ]. W wrunch chłodzeni nurlnego dl urządzeń elerycznych zsępczy współczynni przejmowni ciepł do ooczeni wynosi o W/m K, przy 1 5

6 chłodzeniu wymuszonym w cieczch ( np. oleju ) może osiągnąć wrości iluseronie wyższe. Przy złożeniu, że wrość c, α, ρ i d we wzorze 1. są niezmienne w czsie i niezleżne od emperury orz po wprowdzeniu oznczeni cieplnej słej czsowej ngrzewni T: ca = T αs (1.8) możn przeszłcić wyrżenie (1.) do posci: d 1 + d T 1 ρ T αsa d ( ) = I (1.9) Po przyjęciu wrunów brzegowych: = 0, =i (emperur począow przewodu), =, = s (emperur ońcow przewodu zwn również emperurą usloną). Orzymuje się równnie ogólne przebiegu przyrosu emperury przewodu: s 1 i (1.10) ( T T ) = ( ) e + ( ) e W przypdch, iedy przewód n począu obserwcji m emperurę ooczeni ( i = ), zleżność (1.10) uprszcz się do posci : = 1 T (1.11) ( ) s e Powyższą zleżność przedswiono n rysunu 1.3. Zzwyczj przyjmuje się, że po =(3 5)T emperur przewodu prycznie usl się. s Rysune 1.3: Chrerysy ngrzewni przewodów obciążonych prądem o słym nężeniu w czsie. 1 6

7 Przy powyższych złożenich słuszn jes że zleżność: ρ d s = I (1.1) αas Może on posłużyć do wyznczni dopuszczlnej wrości prądu I ze względu n nie przeroczenie dopuszczlnego przyrosu emperury ( S ). Gdy uslon zosnie wrość emperury grnicznej dopuszczlnej długorwle dl dnego przewodu s = pmx o w dnych wrunch środowisowych prąd obciążlności długorwłej Iz wyniesie: I Z d ( ) αas = p mx (1.13) ρ Wrości prądów Iz dl różnych ypów przewodów i oreślonych wrunów środowisowych są sblicowne (np.[4]) dl oreślonych emperur dopuszczlnych długorwle pmx emperur odniesieni o. Wrości cieplnych słych czsowych T whją się w dość szeroich grnicch, w zleżności od ypu i przeroju przewodu i wrunów środowisowych. Uslony przyros emperury Δ s = s możn wyznczyć z pomocą próby częściowej. Dl jednowych odsępów czsu Δ oreśl się przyrosy emperur Δ', Δ" id., óre odłd się n lewo od osi rzędnych (rys.1.4). Wyznczon w en sposób pros przecin oś rzędnych w puncie wyznczjącym uslony przyros emperury, z wyresu możn że oreślić cieplną słą czsową T. Rysune 1.4: Sposób wyznczni uslonego przyrosu emperury Δ s i słej czsowej T n podswie wyniów częściowej próby ngrzewni. W rzeczywisych ułdch eleroenergeycznych, ze względu n zminy prmerów d, ρ, c, α przebiegi ngrzewni się przewodów odbiegją nieco od przebiegu wyłdniczego. Dl gołych przewodów i szyn odchyleni są nieznczne, nieco więsze dl przewodów izolownych i bli. 1 7

8 Zminy wrości cieplnej słej czsowej T powodują niejednoronie przy nlizie zjwis cieplnych onieczność użyci wrości średniej Tśr. Średnią wrość cieplnej słej czsowej Tśr możn wyznczyć z rzeczywisej chrerysyi ngrzewni przez rzuownie punu rzywej odpowidjącego 0,95 Δ s n oś czsu. Odcię ego punu wynosi wedy 3 Tśr. Podobną procedurą jes oreślenie Tśr jo wrości odpowidjącej w przybliżeniu 63%Δ s. Nleży pmięć, że znczne błędy w wyznczniu słej czsowej z rzywych ngrzewni lub chłodzeni popełni się przy użyciu meod grficznych, np. wyreśljąc syczne..3 NAGRZEWANIE PRĄDEM ZWARCIOWYM Urządzeni eleryczne obciążone prądem roboczym i mjące emperurę zbliżoną do grnicznej dopuszczlnej długorwle mogą zosć dodowo obciążone prądem zwrciowym. Czsy rwni zwrci w sysemie eleroenergeycznym nie przerczją ilu seund, są zem niewielie w porównniu z cieplnymi słymi czsowymi przewodów wynoszącymi od ilu do iludziesięciu minu. Ngrzewnie orów prądem zwrciowym możn zliczyć do szczególnego przypdu obciążeni dorywczego. Dl ego przypdu przyjmuje się dibyczne ngrzewnie oru, j. spełnijące równnie bilnsu (1.1) w posci [5]: Q w = Q c d i ρl d A = ( Alc) d (1.14) Rysune 1.5 przedswi przebieg ngrzewni i chłodzeni oru prądem zwrciowym [5]. zw s p zw Rysune 1.5: Przebieg ngrzewni i chłodzeni oru prądem zwrciowym. Poniewż emperury przewodów podczs przepływu prądów zwrciowych mogą osiągnąć znczne wrości, w obliczenich nleży uwzględnić zminę włściwości meriłów w funcji emperury. Poniższe wyresy przedswiją przyłdowe zleżności względnej wyrzymłości mechnicznej w funcji emperury. 1 8

9 Wzros emperury jes również przyczyną zmniejszni się wyrzymłości elerycznej izolcji orz przyspiesz proces jej degrdcji (srzeni się) [5]. W wyniu sosownych podswień orzymuje się: d ( 1+ βo) ( 1+ χ ) 1 c i o d = d (1.15) A ρ o o co, ρ o ciepło włściwe i rezysywność przewodni w emperurze 0oC, β o, χ o emperurowe współczynnii zmin ciepł włściwego i rezysywności, Cłownie obu sron równni (1.15) prowdzi do nsępujących wyniów: d 1 A 1 i d = d I h (1.16) 0 A I h cieplny zsępczy seundowy prąd zwrciowy o słej wrości suecznej, czs przepływu prądu zwrciowego. przy czym, zgodnie ze sosownymi procedurmi obliczeń zwrciowych: I = I m n (1.17) h K + I wrość sueczn począow słdowej oresowej prądu zwrciowego, m, n współczynnii uwzględnijące sry cieplne wywołne słdową nieoresową i oresową prądu zwrciowego, zleżne od czsu rwni zwrci i współczynni udru prądu zwrciowego orz sosunu wrości począowej słdowej oresowej prądu zwrciowego do wrości suecznej prądu zwrciowego uslonego. 1 9

10 Poniższe rysuni przedswiją przyłdowe wrości współczynniów m, n: Prąd I h możn również wyznczyć z zleżności: c ρ o o 1+ βo 1 d = F + χo e b ( ) F( ) e b (1.18) F() empirycznie wyznczone rzywe meriłowe, e emperur ońcow (z reguły, emperur grniczn dopuszczln przy zwrciu), b emperur począow ( w chwili zisnieni zwrci ). N rysunu 1.6 przedswiono wybrne rzywe meriłowe F(). Rysune 1.6: Przebiegi wybrnych rzywych meriłowych F() do obliczni ngrzewni róorwłego orów prądowych. O ile znne są prmery obwodu w órym nsąpiło zwrcie, orz prmery prądu zwrciowego Ih, o dl rozwżnego przewodu zchodzi: I h F ( ) F( ) e b = A (1.19) d Zgodnie z zlecenimi norm rjowych i międzynrodowych definiuje się w ym przypdu rczej gęsość prądu jo: 1 10

11 j h = I h A = 1 F ( ) F( ) e d b (1.0) j h gęsość seundowego prądu zwrciowego cieplnego zsępczego, przy czym sosowne blice i wyresy oreślją empiryczne wrości zw. gęsości prądu znmionowego róorwłego wyrzymywnego j h j hr dl czsu r jo czsu znmionowego prądu róorwle wyrzymywnego (zwyle 1 s, więc odpowiednio: 1 i j h1 ) Dl wrunów zwrciowych powinien zem zchodzić związe: r jh jhr (1.1) Sblicowne dl różnych ypów przewodów wrości j hr zleżą od emperury począowej (w chwili zwrci) i grnicznej dopuszczlnej emperury przy zwrciu..4 STYGNIĘCIE PRZEWODÓW Równnie rzywej sygnięci wyzncz się nlogicznie, orzymując: T ( ) e s = (1.) Wyres rzywej sygnięci przedswi rysune 1.7:.5 TEMPERATURY KRYTERIALNE Rysune 1.7: Chrerysy sygnięci przewodu. W procedurze doboru dopuszczlnych prądowych obciążeń przewodów zsdnicze znczenie posidją ryerilne wrości emperur uslone sosownymi przepismi. 1 11

12 Tbel 1.1. Wrości emperur grnicznych przewodów elerycznych. Lp. Rodzj przewodu lub bl Dopuszczln emperur grniczn 1 długorwle pmx [oc] Przy zwrciu e [oc] Przewody nieizolowne gięie sosowne w linich i scjch npowierznych: luminiowe, slowoluminiowe, miedzine Przewody nieizolowne gięie sosowne w pomieszczenich: luminiowe, slowoluminiowe, miedzine Przewody nieizolowne szywne sosowne w pomieszczenich: luminiowe i miedzine łączone przez spwnie, miedzine łączone przez docis, luminiowe łączone przez docis Przewody o izolcji gumowej Przewody o izolcji polwiniowe PVC Kble o izolcji polwiniowejpvc o przeroju żył: do 300 mm, powyżej 300 mm Kble o izolcji z polieylenu ermoplsycznego PE 7 o przeroju żyły roboczej: do 300 mm, powyżej 300mm Kble o izolcji z polieylenu usieciownego XLPE Kble o izolcji ppierowej przesyconej : syciwem nieściejącym i o npięciu znmionowym: do 3,6/6 V, ,/10 V, ,7/15 V, /0 V, /30 V, syciwem zwyłym i o npięciu znmionowym: do 3,6/6 V, ,/10 V, ,7/15 V, /0 V, /30 V Temperury mogą być inne odpowiednio do dnych producen. Temperury grniczne przy zwrcich ylo dl przewodów do ułdni n słe. Wśród ryerilnych wrości emperur njisoniejsze o: emperur grniczn njwyższ emperur przewodu lub bl: dopuszczln długorwle pmx, dopuszczln przy zwrciu e, 1 1

13 emperur ooczeni emperur njbliższej srefy środowis oczjącego przewód w odległości przy órej nie wysępuje już prycznie dosrzeglny wpływ emperury ego przewodu, emperur ooczeni obliczeniow o przyjmown do obliczeń emperur ooczeni, włściw dl oreślonego środowis w oreślonych wrunch, emperur ryyczn cr njniższ emperur gleby oczjącej bel, poniżej órej nie wysępuje zjwiso migrcji wilgoci. W beli 1.1 przedswiono emperury grniczne przewodów i bli. Nomis w beli 1. zosły przedswione wrości obliczeniowych emperur ooczeni o [9]. Dl przewodów w linich npowierznych przyjmuje się ruch powierz z prędością 0,5 m/s, podczs gdy w pomieszczenich ruch powierz wywoływny jes jedynie oddziływniem ngrznych przewodów. W oresie od wiosny do jesieni moc cieplną bsorbowną przez przewód w promienich słonecznych przyjmuje się z równą 900 W/m, w pozosłych porch rou 70 W/m. Przy doborze bli ułożonych w ziemi n oreślonych głęboościch nleży przyjmowć, że w przecięnych wrunch grunowych ciepln oporność ziemi wynosi 80 C cm/w Tbel 1.. Wrości obliczeniowych emperur ooczeni. Lp. Rodzj przewodów lub bli i wruni ułożeni Obliczeniow emperur ooczeni. o [ C ] Przewody nieizolowne gięie sosowne w linich i scjch npowierznych: w oresie od wieni do pździerni, w oresie od lisopd do mrc. Przewody nieizolowne gięie sosowne w pomieszczenich. 5 Przewody nieizolowne szywne: sosowne w pomieszczenich, 5 sosowne w wrunch npowierznych. 35 Kble i przewody izolowne umieszczone w pomieszczenich i przesrzenich npowierznych w miejscch osłonięych od bezpośredniego dziłni promieni słonecznych. 5 Kble ułożone w ziemi: w oresie od grudni do mrc, w oresie wiecień mj, pżdzierni lisopd, emperur ryyczn DOBÓR PRZEWODÓW GIĘTKICH DO OBCIĄŻEŃ DŁUGOTRWAŁYCH Obciążenie nzywne jes długorwłym, jeżeli czs przepływu prądu przemiennego o słej wrości suecznej lub prądu słego jes dosecznie długi (przercz 3 5 słych czsowych). Temperur przewodu osiąg wrość blisą wrości uslonej. Zlecny jes dobór przewodów do obciążeń długorwłych n podswie beli 1.3. Wrości e zosły uslone przy złożeniu emperur grnicznych wg beli 1.1 orz obliczeniowych emperur ooczeni zwrych w beli 1.. Dopuszczln obciążlność długorwł przewodów nieizolownych gięich Izn [A], zinslownych w wrunch innych niż obliczeniowe, nleży orygowć w nsępujący sposób: 1 13

14 I zx = I (1.3) zn 0, 6 px x = (1.4) p mx o emperurowy współczynni orecyjny. Dl przewodów izolownych wyłdni poęgowy współczynni orecyjnego emperurowego winien wynosić 0,5 przy czym sosowne normy rjowe i międzynrodowe zwierją specjlne bele wrości emperurowych współczynniów orecyjnych. Obciążlność prądową długorwłą dl przewodów inslcyjnych i bli w zleżności od sposobu ich ułożeni i wrunów środowisowych, npięci ip. oreśl się n poswie przedmioowych normy i zrządzeń. Obciążlności prądowe długorwłe przewodów i bli podwne są w belch, w zleżności od ypu i przeroju przewodów orz od sposobów ich ułożeni. Obowiązując norm PNIEC oreśl obciążlności prądowe długorwłe dl 50ciu sposobów rozwiązni inslcji, z órych żdy odwołuje się do jednego z 9ciu podswowych rodzjów inslcji oznczonych liermi AG [7]. Ewenulną orecję obciążlności przewodów dl innych emperur esplocyjnych przeprowdz się przy użyciu współczynniów poprwowych. Tbel 1.3. Dopuszczln obciążlność długorwł przewodów nieizolownych gięich I zn [A]. Przerój znm. Przewody w linich i scjch npowierznych w oresie od wieni do pździerni w oresie od lisopd do mrc Przewody w pomieszczenich o emp. obliczeniowej ooczeni o = + 5oC [ mm ] Cu Al AFl Cu Al AFl Cu Al AFl

15 .7 DOBÓR PRZEWODÓW GIĘTKICH DO OBCIĄŻEŃ ZWARCIOWYCH CIEPLNYCH Podswą doboru przewodów nieizolownych gięich do obciążeń zwrciowych jes, zgodnie z zleżnością 1.1, porównnie suów cieplnych prądu zwrciowego z empirycznie wyznczonymi ryerilnymi wrościmi jhr dl złożonego r. Przyłdowe wrości jhr dl gięich przewodów nieizolownych podno w beli 1.9, przy czym przyjęo, że emperury przewodów przed zwrciem wynosiły odpowiednio: +0 C dl przewodów odgromowych i + 60 C dl pozosłych przewodów [9]. Tbel 1.4. Msymln dopuszczln obciążlność zwrciow jednoseundow nisonpięciowych przewodów nieizolownych gięich j h1, 1 =1s. Rodzj przewodu jh1 [ A/mm ] Przewody: miedzine, 140 luminiowe, 77 slowoluminiowe. 93 Przewody odgromowe slowoluminiowe 109 Dopuszcz się możliwość orygowni podnych w beli 1.4 wrości gdy emperury przed zwrciem są inne niż złożono. Temperur przewodów izolownych w inslcji nisonpięciowej nie przeroczy wrości dopuszczlnej przy zwrciu, jeżeli czs wyłączeni prądu zwrciowego (w zresie do 5 s) wyniesie: 1 1 h I A = j (1.5) czs wyłączeni prądu zwrciowego [s], 1 =1 s, A przerój przewodu [mm ], I wrość sueczn prądu zwrciowego uslonego [A], dopuszczln obciążlność zwrciow ciepln jednoseundow. j h1.8 OBCIĄŻENIE DORYWCZE PRZEWODÓW Prcą dorywczą, nzywmy obciążenie o uslonej słej wrość, rwjącym przez oreślony czs p, po órym nsępuje przerw w prcy o rwjąc n yle długo, że emperur osiąg wrość począową (ooczeni). Tie wruni prcy urządzeń elerycznych ozncz się symbolem S [6]. Njwyższą dopuszczlną wrość prądu I dor, óry w czsie spowoduje osiągnięcie przez przewód grnicznej dopuszczlnej emperury pmx, możn zpisć w nsępujący sposób: I dor = I zn dor p mx o (1.6) Poniższy rysune 1.8 przedswi ngrzewnie oru prądowego przy prcy dorywczej. 1 15

16 u pmx o I prz p o Rysune 1.8: Ngrzewnie oru prądowego przy prcy dorywczej. ο emp. ooczeni, pmx. njwyższ emp., υ emp. uslon, p czs prcy, o czs przerwy.9 OBCIĄŻENIE PRZERYWANE PRZEWODÓW Obciążeniem przerywnym nzywmy i sn prcy oresowej, gdzie przez przewód płynie prąd w i sposób, że wysępuje dowolnie długi szereg oresów obciążeni o niezmiennej wrości orz przerw w obciążeniu. Oresy obciążeni i przerwy są n yle róie, że przewód nie osiąg emperury uslonej (rys. 1.9.). Tie wruni prcy urządzeń elerycznych ozncz się symbolem S3. Δ Δ mx Δ min Δ mx Δ mx1 Δmin1 p prz p prz I prz Δmin Rysune 1.9: Ngrzewnie oru prądowego w wrunch prcy przerywnej Njwięszą dopuszczlną wrość nężeni prądu Iprz przy wrunu nie przeroczeni emperury grnicznej dopuszczlnej długorwle pmx orz prz < 3T możn wyznczyć w ym przypdu wg zleżności [9]: I prz = I zn 1 e 1 e p α pt p T (1.7) 1 16

17 αp względny czs prcy, przy czym: p α p = (1.8) + p prz T ciepln sł czsow przewodu..10 OBCIĄŻENIE ZMIENNE Wyzncznie dopuszczlnych wrości obciążlności prądowej orz emperury osiągnej przez przewód przy zmiennym obciążeniu prądowym doonuje się njczęściej meodą wyreślną przy użyciu zwnej sii Wolf. Si Wolf pozwl n zminę przebiegu wyłdniczego n linię prosą dzięi przyjęciu n osi czsu podziłi logrymicznej dl zmodyfiownej zmiennej j. /T (rys. 1.10) W związu z ym rzywe ngrzewni przeszłcją się w prose. Δ= s s 0,63( s ) s 0 T T 1 5 T Rysune 1.10: Przedswienie funcji wyłdniczej w posci linii prosej. Wrość zsępczą prądu obciążeniowego zmiennego Idz możn wyznczyć ze wzoru: I dz I zn x mx = (1.9) p mx o Izn obciążlność prądow długorwł (np. z bl. 1.3), xmx msymln emperur wyznczon dl dnego przebiegu, emperur ooczeni przewodu, pmx emperur grniczn dopuszczln długorwle o obliczeniow emperur odniesieni ooczeni Zsosownie sii Wolf przedswi nsępujący przyłd: Dne: Ciepln sł czsow przewodu wynosi T=10 min, obciążlność długorwł Izn = 83A, dopuszczlny przyros emperury Δs = pmx = 40 C. Przebieg obciążeni podno n rysunu Dl poszczególnych odcinów czsowych sporządzono belę 1.5, przyjmując dodowo =o. N rysunu 1.1 pozno, przy użyciu sii Wolf, orzymny msymlny przyros emperury mx wynoszący 9 C, nomis Idz równe 69A. 1 17

18 Tbel 1.5 Odcine nr 1 3 Czs rwni I x Obciążenie Δ x = x = ( p mx o ) I Δx /T Ix [A] [ C] [ C] 0, Δ x1 0, Δ 0, x Δ x3 zn I [A] [ min ] 0 0, 0,8 1,1 Rysune 1.11: Przebieg obciążeni zmiennego. T 60 [ o C] [ o C] Δ x 71 ( Δ x ) ( Δ x1 ) 30 mx 0 0,01 0, 0,6 1,1 5 Rysune 1.1. Grficzne wyzncznie emperury msymlnej dl obciążeni zmiennego wg rys (Δ x3 ) T 1 18

19 3. PROGRAM I PRZEBIEG ĆWICZENIA W rmch ćwiczeni nleży wyonć: ) pomiry chrerysy ngrzewni przewodów przy obciążeniu długorwłym, bez wenylcji i z wenylcją wymuszoną b) pomiry chrerysy sygnięci przewodu, c) pomiry chrerysyi ngrzewni przewodu przy obciążeniu przerywnym, d) wyzncznie i pomir emperur przewodu przy obciążeniu zmiennym, e) obliczeni współczynniów przejmowni ciepł przez ooczenie. 3.1 POMIARY CHARAKTERYSTYK NAGRZEWANIA PRZEWODÓW PRZY OBCIĄŻENIU DŁUGOTRWAŁYM Schem ułdu pomirowego do wyznczni obciążlności prądowej przewodów eleroenergeycznych przedswiono n rysunu /0 V L1 L L3 PEN Ar Z S R S A S 1 P1 P P p 400/5 AmVV 4 P N 3 1 Cu Al o T p 5/300 Rysune 1.13: Schem ułdu do wyznczni chrerysy ngrzewni i sygnięci przewodów eleroenergeycznych. SG syczni n blicy zsiljącej, ATr uornsformor 0 50V, 10A, Tp rnsformor prądowy 5/300 A, R cew przeźni czsowego z mechnizmem rzywowym, S sy zwierny przeźni czsowego, Z zwiercz, ermoelemeny Cu onsnn (0,04 mv/k), 5 ermoelemen odniesieni, P przełączni ermoelemenów, Cu lin miedzin goł 16mm, Al lin luminiow goł 16mm. W celu wyznczeni chrerysyi ngrzewni przewodu nleży zmnąć obwód pierwony rnsformor prądowego Tp zwierczem Z i wyregulowć prąd w jego wórnym obwodzie do wielości obciążlności długorwłej Iz dobrnej dl bdnego przewodu z beli 1.3. Nsępnie w odsępch 15 seundowych doonywć odczyu npięci dl odpowiednich ermoelemenów Cu onsnn, wybiernych przełączniiem P, ż do osiągnięci snu cieplnie uslonego (uslonego przyrosu emperury). Wynii zeswić w beli 1.6. Pomiry nleży wyonć dl przewodu ułożonego poziomo przy normlnej onwecji, nsępnie powórzyć je przy zsosowniu chłodzeni wymuszonego przez złączenie wenylor N. Przed pomirem chrerysyi ngrzewni przy zsosowniu wenylor bdn lin winn być schłodzon do emperury ooczeni. Różnicowy ułd ermoelemenów pozwl mierzyć przyrosy emperur przewodu względem emperury ooczeni ( ) = Δ. N podswie orzymnych wyniów wyreślić chrerysyę Δ = f().z chrerysyi oreślić uslony przyros emperury, emperurę usloną orz wyznczyć cieplną słą czsową ngrzewni przewodu. Pondo, sosując wzór (1.8), orz W 1 19

20 wyorzysując wrość wyznczonej cieplnej słej czsowej T, obliczyć wrości współczynniów przejmowni ciepł α. Dl wrunów wymuszonego chłodzeni, sosując dne z b.1.1 orz b.1., n podswie zleżności (1.13) obliczyć wrość Iz dl długorwłej prcy przewodu w ych wrunch. Wrości Iz nleży ocenić że przy użyciu współczynni orecyjnego wg zleżności (1.4). Tbeli 1.6 Npięci Lp. ermoelemenu Δ U [s] [mv] [ C] Uwgi Rodzj przewodu... =... Izn (z beli)=... Sposób chłodzeni: POMIAR CHARAKTERYSTYKI STYGNIĘCIA PRZEWODU Pomir nleży przeprowdzić dl wybrnej lini, w ułdzie wg rys Po ngrzniu się przewodu do emperury uslonej zwierczem Z przerwć obwód pierwony rnsformor prądowego Tp i odczyywć co 15 seund wszni wolomierz podłączonego do odpowiednich ermoelemenów. Wynii zeswić według beli 1.7. N podswie orzymnych wyniów wyreślić chrerysyę Δ = f(). Oreślić cieplną słą czsową sygnięci przewodu i porównć ją z cieplną słą czsową ngrzewni. Wyłumczyć we wniosch ońcowych ewenulne różnice wrości ww. słych czsowych. Tblic 1.7 Npięci Lp. ermoelemenu Δ U [s] [mv] [ C] Uwgi Rodzj przewodu... =... Sposób chłodzeni: POMIAR NAGRZEWANIA PRZEWODU PRZY OBCIĄŻENIU PRZERYWANYM Pomir przeprowdz się w ułdzie wg rys przy owrym zwierczu Z dl wybrnej lini. Ułd przeźni czsowego R relizuje cyliczne złącznie i wyłącznie syiem S obwodu pierwonego rnsformor prądowego Tp, że p = prz = 105 seund. Po wyregulowniu wrości nężeni prądu w bdnych przewodch do wrości I=Izn mierzyć co 15 seund wrość npięci n ermoelemench. Pomiry prowdzić przez o. 0 minu. Wynii zeswić w blicy 1.8. orz wyreślić rzywą ngrzewni.uwzględnijąc cieplną słą czsową T wyznczoną w poprzednim puncie ćwiczeni, względny czs prcy αp, wrość Izn orz czs prcy p, obliczyć n podswie wzoru (1.7) dopuszczlną wrość prądu Iprz w ich wrunch prcy. Tbel

21 Lp. Npięci ermoelemenu U Δ [s] [mv] [ C] Uwgi rodzj przewodu... =... Iz =... p =... prz =... p α p = p + prz 3.4 WYZNACZANIE TEMPERATURY PRZEWODU PRZY OBCIĄŻENIU ZMIENNYM Dl zdnego, przez prowdzącego ćwiczenie przebiegu obciążeni podobnego do przedswionego n rys i dl wyznczonej uprzednio cieplnej słej czsowej T nleży wyznczyć przy użyciu sii Wolf wrość msymlnego przyrosu emperury Δmx i porównć z wrością esperymenlną. Przeprowdzić ngrzewnie zmiennym obciążeniem w ułdzie wg rys i doonując odczyów npięć ermoelemenów co 15 seund, wyreślić chrerysyę zmin przyrosu emperury przewodu w czsie. Obliczyć według wzoru (1.9) wrość zsępczą prądu dl obciążeni zmiennego Idz. 4. SPRAWOZDANIE W sprwozdniu nleży zmieścić: schemy ułdów pomirowych, bele z wynimi pomirów, wyresy, wynii sosownych obliczeń, wniosi i omenrze do poszczególnych epów ćwiczeni. LITERATURA [1] Mriewicz Henry: Urządzeni Eleroenergeyczne WNT, 001 [] PNIEC : Inslcje eleryczne w obiech budowlnych. Dobór i monż wyposżeni elerycznego. Obciążlność prądow długorwł przewodów. [3] Msymiu J., Pochne Z.: Podswy obliczeń prów eleroenergeycznych WNT,198 [4] Pordni inżynier elery WNT,1995 [5] Now Wiesłw: Apry eleryczne w ułdch wywrzni, przesyłu i rozdziłu energii elerycznej meriły z do wyłdów. [6] Mriewicz Henry: Inslcje eleryczne WNT,1996 [7] Prc zbiorow: Vdemecum elery COSiW SEP, Wrszw 004 [8] PNIEC : Inslcje eleryczne w obiech budowlnych. Dobór i monż wyposżeni elerycznego. Obciążlność prądow długorwł przewodów. 1 1