Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Кабельдердегі электр, жылу және магнит өрістері




 

Электрлік оқшауламаға әсер ететін жүктемелердің классификациялары.

Электрлік оқшауламаның жұмысы, оған электр өрісінің, механикалық кернеудің температураның, химиялық активті заттардың және т.б. факторлардың бір уақытта әсер етуінен болады. Электрлік оқшауламаға әсер ететін жүктемелер уақыт ішінде тұрақты болмайды. Электрлік оқшауламаға ықпал ететін әртүрлі әсерлердің құрамдары кездейсоқ өзгеріп отырады.

Мысалы, электр беріліс желісі қосылып ажыратылғанда немесе найзағай соққанда электр қондырғыларда электр кернеуі күрт жоғарылайды. Белгілі бір климаттық жағдайда оқшаулатқыштардағы кернеу мұздақтың, желдің әсерінен күрт өседі.

Сондықтан да уақыттың әрбір кезеңінде электр оқшауламада болатын жүктемелердің жиынтығы да әртүрлі болады, бұл оның ресурсының өзгеруіне әкеліп соқтырады.

Электрлік оқшауламаға әсер ететін барлық жүктемелер былай бөлінеді:

1) тұрақты;

2) айнымалы;

3) кездейсоқ.

Тұрақты жүктемелер эксплуатация кезінде өзгермейді. Өте тұрақты жүктемелерге оқшаулатқышқа бекітілген жабдықтардың жиынтығы жатады. Жүктемелердің кейбір түрлерін шамамен тұрақты деп есептеуге болады.

Мысалы, электрлік оқшауламаға әсер ететін жұмыстық кернеу, электр беріліс желілерінде сымдардан ағатын токтың әсерінен кернеудің түсуіне байланысты өзгереді.

Желіде кернеудің түсуінің өзгеруінің рұқсат етілетін шектігі 10% аспайды. Сондықтан жұмыстық кернеуді өзгермейді деп есептесе де болады. Электр оқшауламалық конструкциялардың жұмыстарын талдау кезінде, уақыт бойынша аз өзгеретін кейбір жүктемелерді тұрақты деп есептеуге болады.

Айнымалы жүктеме деп оның мәнін, ұзақтылығын және пайда болуын алдын ала көрсетуге болатын жүктемені айтады.

Айнымалы жүктеменің маңызды ерекшелігіне, оның уақыттан функционалды тәуелділігі жатады, яғни ол аналитикалық функция, кесте немесе график түрінде берілуі мүмкін. Айнымалы жүктеме ретінде аналитикалық функция түрінде берілген синусоидалы кернеуді жатқызуға болады:

 

U=Uм sin ωt, (2.3)

 

мұндағы Uм – амплитудалық мәні, t - уақыт, ω – бұрыштық жиілік.

 

Кездейсоқ жүктеме деп мәнін, ұзақтылығын және пайда болуын алдын ала көрсетуге болмайтын жүктеме және де тек қана қандай да бір уақыт ішінде қандай да бір жүктеменің әсер етуі ықтимал деп айтуға болады. Кездейсоқ жүктеменің мысалы ретінде желдің (оның жылдамдығынан тәуелді болатын) қысымын алуға болады.

Әдетте, жабдыққа олардың таралуы аналитикалық, графикалық түріндегі немесе кесте түріндегі функциялармен берілетін кездейсоқ жүктемелер әсер етеді. Өйткені электрлік оқшауламаға жүктемелердің (электрлік, механикалық, қызу және т.б.) жиынтығы әсер ететіндіктен кездейсоқ жүктемелердің таралу функциялары өте күрделі болады. Қазіргі кезде осы жүктемелердің барлық түрін қамтитын мұндай әмбебап функциялар әлі анықталмаған (белгісіз).

Электрлік оқшауламалардың қызмет ету мерзімін есептеу кезінде әсер ететін кездейсоқ жүктемелерді тұрақты не айнымалы жүктемелермен ауыстырады. Кездейсоқ шаманы айнымалы шамаға алмастырудың мысалы ретінде қоршаған ортаның температурасын алуға болады. Қоршаған ортаның температурасы кездейсоқ шама болып есептеледі.

Әсер етуші кездейсоқ жүктемелердің қатарын тұрақты немесе айнымалы жүктемелермен алмастыруға болады.

Эксплуатация (қолдану) кезінде оқшауламаға әсер ететін электрлік кернеулерді екі топқа бөлуге болады: жұмыстық кернеулер және асқын кернеулер. Жұмыстық кернеу тұрақты жүктемелерге жатады. Асқын кернеулер кездейсоқ жүктемелерге жатады және де оларды туындататын себептерге байланысты ішкі және сыртқы болып бөлінеді.

Жұмыстық кернеу. Үш фазалы токтың күштік қондырғыларының электрлік оқшауламасы белгілі бір кернеу класының (деңгейінде) негізінде жобаланады. Әрбір кернеудің деңгейі үшін, үш фазалы тораптың ең үлкен желілік кернеуіне тең болатын, электр қондырғының ең үлкен жұмыстық кернеуі анықталады.

Электр жабдықтың ең үлкен жұмыстық кернеуі мен оның номиналды мәнінің арасындағы айырым электр беріліс желілерінде рауалы (миүмкін болатын) кернеудің түсуін қамтамасыз етеді. Электр жабдықтың номиналды және ең үлкен жұмыстық кернеулері МСТ15161-76 бойынша мөлшерленеді.

Электрлік оқшауламаның жұмыстық кернеуі энергетикалық жүйенің бейтарап (нейтраль) режимінен тәуелді болады. Бұл жерде үш жағдай болуы мүмкін: 1) оқшауландырылған бейтарап, 2) терең жерлендірілген бейтарап, 3) доға сөндіргіш реактор арқылы жерлендірілген бейтарап.

Оқшауландырылған бейтарап кезінде, берілген фазаның оқшауламасының бұзылуынан пайда болатын бір фазаның жерге тұйықталуы, басқа екі фазалардың оқшауламаларында желілік кернеуге тең болатын кернеуді пайда болдырады.

Терең жерлендірілген бейтарап болғанда, фазалардың біреуін жермен тұйықтау бір фазалы қысқа тұйықталуды болдырады да, релелік қорғаныстың көмегімен ақауланған тораптың бөлігін ажыратады. Бұл жағдайда электрлік оқшауламаның жұмыстық кернеуі электр жабдықтың ең үлкен фазалық кернеуіне тең болады, яғни электр жабдықтың ең үлкен жұмыстық кернеуі бөлінеді.

Номиналды кернеуі 3-35 кВ болатын тораптардың оқшауландырылған немесе резонансты жерлендірілген бейтарабы, ал 110 кВ және одан жоғары кернеулі тораптардың - жерлендірілген бейтарабы болады.

Сондықтан 3-35 кВ кернеудегі электрлік оқшауламаның жұмыстық кернеуі электр жабдықтың ең үлкен жұмыстық кернеуіне тең, ал ал 110 кВ және одан жоғары кернеуде - электр жабдықтың ең үлкен фазалық кернеуіне тең деп қабылданады.

Ішкі асқын кернеулер электр тізбегінің элементтерінде жиналып қалған немесе генератордан тасымалданатын электр магнит энергиясының тербелуінен пайда болады.

Ішкі асқын кернеулерді резонанстық және коммутациялық деп бөлуге болады.

Резонанстық асқын кернеулер кезінде резонанстың әсерінен негізгі немесе жоғарылатылған жиілікте электр беріліс желілерінде оқшауламада кернеудің жоғарылауы болады. Сызықты емес элементтердің (мысалы, магнитөткізгіші бар реакторлардың) болуынан төмендетілген, негізгі немесее жоғарылатылған жиіліктерде феррорезонансты асқын кернеулер пайда болуы мүмкін.

Коммутациялық асқын кернеулер тораптың параметрлерінің немесе сұлбаларының кенеттен өзгеруінің нәтижесінде пайда болады. Нағыз коммутацияға желінің, трансформатордың және тораптың басқа да элементтерінің ажыратылуы және қосылуы, сондай-ақ жерге және фаза арасында тұйықталуы жатады. Асқын кернеулердің пайда болуы және олардың электрлік оқшауламаға әсерінің ұзақтылығы кездейсоқ шамаларға жатады.

Асқын кернеулерді фазалық жұмыстық кернеудің амплитудасына қатысындағы еселікпен бағалау қабылданған:

 

(2.4)

 

мұндағы Uп – асқын кернеудің амплитудасы; Uф – айнымалы токтағы фазалық кернеу; Uном – номиналды кернеу.

 

Электрлік оқшауламаны жобалау кезінде асқын кернеулердің барлық түрін есептеуге болады. Асқын кернеудің еселігін гаусстық таралу функциясы түрінде жуықтап есептеуге де болады.

Коммутациялық асқын кернеулердің ұзақтылығы коммутациялық үрдістің ерекшеліктерінен және тораптағы энергия ағынынан тәуелді болады. Жүргізілген зерттеулерден асқын кернеудің коммутациялық ұзақтылығы 0,004-0,006 сек аралығында болатынын көрсетеді.

Коммутациялық асқын кернеудің толқыны тербелмелі сипатта болады.

Сыртқы асқын кернеулер сыртқы ЭҚК жүйесінің электр беріліс желілеріне немесе басқа да объектілерге әсерлесуіне байланысты туындайды.

Сыртқы асқын кернеулер атмосфералық электрлену арқылы не жақын орналасқан жоғары кернеулі электрлік объектілердің әсерінен де пайда болуы мүмкін. Біріншісі найзағайлық асқын кернеулер деген атауға ие болды және бұлар электр беріліс желілерінің және қосалқы стансалардың оқшауламаларының жұмыс қабілеттілігіне едәуір әсері болады.

Екіншілері жүйені дұрыс жобалағанда не толығымен жойылады, не төмендетіледі. Найзағайлық асқын кернеудің туындауына найзағайдың разрядтары (жарқылдары) себепші болады.

Найзағайлық асқын кернеу найзағай тура соққанда пайда болатын асқын кернеуге және индукцияланған асқын кернеуге бөлінеді. Индукцияланған асқын кернеулер, көрші орналасқан объектіге найзағайдың жарқылынан тараған токтың электр магниттік индукциясының әсерінен пайда болады.

Электр беріліс желілерінің және қосалқы стансаларға найзағайдың тура соққысы кезіндегі асқын кернеулер соққы тиген жер мен желілерде және қосалқы стансаларда қорғаныс аппараттардың болуына байланысты болады.

Тросты қорғанысы бар желілерде найзағай не сымға, не қорғаныс тросына және тірекке разрядталуы мүмкін. Бірінші жағдайда жерге қатысты электр беріліс желілерінің сымдарындағы кернеу Uм =I ∙ Zэ құрайды. Найзағайдың сымдарға соққысы кезінде эквибілікентті толқындық кедергі Zэ=70-120 Ом құрайды. Найзағайдың екпіні тростық қорғаныс арқылы өтсе де, электр беріліс желісінің сымдарында өте жоғары кернеу пайда болады, найзағайдың екпіндеу ықтималдығы 0,001 аспайды.

Найзағайдың тірекке немесе тросқа тікелей соққысы кезінде электр беріліс желілерінің сымдарында индукцияланған асқын кернеулер және тіректен немесе тростан сымға өтетін асқын кернеулер пайда болады.

Ауалық оқшауламаның немесе безендіргіштің қабаттары, әдетте, тұтынушыларды энергиямен жабдықтаудың 3-5 сек аралағында үзілісін болдырады. Бұл үзіліс аппаратуралардың автоматты қайта іске қосылуымен түсіндіріледі.

Найзағайдың бір разрядталуының ұзақтылығы 20-80 мкс құрайды. Найзағайдың разрядталуының қайталау санының бір соққысы үшін 1-15 сек дейін, ал жалпы ұзақтылығы – 0,05-1 с дейін тербеледі.

Найзағайдың жер бетіндегі объектіге тікелей соғу мөлшері келесі формула бойынша анықталады:

 

, (2.5)

 

мұндағы N–найзағайдың бір жыл ішінде тікелей соғу саны; пч–найзағайлық (соққан) сағатының бір жыл ішіндегі саны; ns=0,1-1км2 ауданға бір найзағайлық сағаттың ішіндегі соққының орташа меншікті саны; S-құрылымның нақты (фактілік) ауданы, км2; hср - құрылымның орташа биіктігі, км; П - құрылымның сыртқы периметрі, км.

 

Найзағайлық асқын кернеудің аз уақыт болуы себепті найзағай соққысының тростық қорғаныс арқылы аз болуын және қорғаныс аппаратурасының бар болуын есепке ала отырып, қосалқы стансалық жұмысқа найзағайлық соққы толық әсер етпейді деп тұжырымдауға болады.

Жұмыстың температуралық шарты.

Электрлік оқшауламаның температурасы қоршаған ортаның температурасымен, электр оқшауламалық конструкцияларда жылу бөлінумен және жылу беру шарттарымен, сыртқы жылу энергия көздерінен қызу арқылы анықталады.

Қоршаған ортаның температурасы жабдықтың орналасқан орнынан және климаттық аймағынан тәуелді болады.

Белгілі бір климаттық аймақ үшін және жабдықтың орналасқан орнына байланысты қоршаған ортаның температурасы жылдың мезгілі мен тәуліктен тәуелді болады.

Сондықтан электрлік оқшауламаны дұрыс есептеу барысында шектік температураны есепке алып қоймай, сонымен қатар температуралық әсердің ұзақтылығын да есепке алу керек.

Ашық ауада жұмыс істеу үшін арналған электр жабдықтарда қоршаған ортаның температурасының едәуір тербелістері болады. Үй ішіне орналасқан жабдықтың қоршаған ортасының температурасы, жұмыс істеп тұрған қондырғылардың қызуына байланысты аз тербеледі.

Оқшауламаның температурасы электр жабдықтарда жылу бөлінуіне байланысты, қоршаған ортаның температурасынан әрқашан да жоғары болады. Температураның оқшауламадан қоршаған ортаға түсуі жылулық есептеулер негізінде анықталады.

Электр оқшауламалық конструкцияларда жылудың бөлінуі, ток өткізгіш бөліктер мен электр оқшауламалардағы энергия шығындарының қосындыларынан тұрады.

Электрлік оқшауламаларда жылудың бөлінуі оның сипаттамаларымен және берілген кернеуімен анықталады.

Ток өткізгіш бөліктерде жылудың бөлінуі токтың квадратына пропорционал болады. Энергетикалық қондырғыларда ток әрбір уақыт кезеңінде орындаушы механизмдер мен аспаптармен тұтынылатын энергия мөлшерімен анықталады. Электр энергиясын тұтынушылардың қуаттары жылдың және тәуліктің ішінде едәуір тербелістерге ұшырайды.

Электр оқшауламалық конструкцияларды жобалау кезінде жүйенің пайдаланылатын бөлігіндегі жүктемелердің тәуліктік графиктерінің маңызы зор.

Жүктемелер графиктерінің негізінде қатысты токтың өзгеру графигі құрылады. Бұл жағдайда тұтынушылардың номиналды кернеуі тұрақты болады. Сондықтан да ток, тұтынушылардың қуаты мен қуат коэффициенті арқылы анықталады.

Электрлік оқшауламалардың температурасы жылу энергиясының сыртқы қорек көздері болған жағдайда жоғарылайды.

Электрлік оқшауламалық бұйымдарды жобалау кезінде токтық жүктемені тұрақты және электрлік аппараттың ең үлкен тогына тең деп алады. Егер де токтық жүктеме аз болатын болса, онда электрлік оқшауламаның жұмысы жеңіл жағдайда өтеді деп қарастырылады.

Оқшауламаға әсер ететін механикалық кернеулерді сыртқы және ішкі деп бөледі. Оқшауламада сыртқы механикалық кернеулер электр оқшауламалық конструкцияларға түсірілген күштердің әсерінен туындайды.

Ішкі механикалық кернеулер – бұл оқшауламаны жасау кезінде және эксплуатация кезінде өтетін ішкі үрдістерге байланысты оқшауламада пайда болатын кернеулер. Мысал ретінде оқшауламалардың жеке бөліктерін қалыпты емес салқындату немесе қыздыру кезінде туындайтын температуралық механикалық кернеулерді алуға болады.

Эксплуатациялау кезінде электр оқшауламалық конструкцияларға әсер ететін сыртқы механикалық кернеулер:

1) электр беріліс желілерінің сымдарының керілуінен;

2) жел ағынының күшінен; мұздақтан болатын жүктемелерден; оқшауламаға бекітілген конструкцияның және оқшауламаның өзінің салмағынан;

3) ортаның ішкі және сыртқы артық қысымдарынан болатын жүктемелерден;

4) жұмыстық токтар мен қысқа тұйықталу токтарының өзара әсерлесу күштерінен;

5) т.б. әсерлерден пайда болады.

Электр оқшауламалық конструкцияларға әсер ететін механикалық әсерлер тасымалдау және монтаждау кезінде пайда болуы мүмкін.

Электр оқшауламалық конструкциялардың жұмыстық қабілеттілігін бағалау кезінде тек күштің мәнін есепке алып қана қоймай, сондай-ақ оның бағытын да есепке алу қажет.

Механикалық жүктемелердің жеке түрлерінің анықталуын қарастырамыз.

Электр беріліс желілерінің сымдарын ауырлататын күш келесі формуламен анықталады:

 

(2.6)

 

мұндағы Sп – сымның қимасы; - сымның материалының тығыздығы; l – тіректердің арасындағы аралықтың ұзындығы; hotо температура кезінде сымның салбырау бойы; α - сымның ұзаруының температуралық коэффициенті.

 

Сымдардың ауырлауы электр беріліс желілерінде немесе қосалқы стансалардың шиналарында мұздақтың пайда болуынан едәуір өзгеруі мүмкін.

Сымды біркелкі қабатпен жауып тұрған мұздақтың болуы кезінде сымдардың ауырлауын келесі формуламен өрнектейді:

 

(2.7)

 

мұндағы Sг және ρг – сымдағы мұздақтың қимасының ауданы мен тығыздығы.

 

Жел жылдамдығының арыны келесі формуламен өрнектеледі:

 

, (2.8)

 

мұндағы с – ауа ағынына кедергі ететін коэффициент; S –ағатын дененің көлденең қимасының ауданы; ρ – ауаның тығыздығы; v – желдің жылдамдығы.

 

Тогы бар екі параллель орналасқан өткізгіштің арасындағы әсер ететін күш келесі формуламен өрнектеледі:

 

, (2.9)

 

мұндағы i1 және i2 – бірінші және екінші өткізгіштерден өтетін токтар; l - өткізгіштердің ұзындығы; а - өткізгіштердің арасындағы қашықтық.

 

Қысқа тұйықталу тогының ең үлкен амплитудалық мәнін соққылық қысқа тұйықталу тогы деп атайды. Жүйелерде қысқа тұйықталу токтарын есептеу кезінде, олардың пероидтық құраушыларын анықтайды. Ең үлкен соққы тогын келесі формула бойынша анықтаймыз:

 

, (2.10)

 

мұндағы iР - соққы тогының амплитудалық мәні; I – қысқа тұйықталу тогының периодтық құраушысының әсерлік мәні.

Жүйелерде қысқа тұйықталулар өте аз кездеседі және қысқа уақыт аралығында релелік қорғаныстың көмегімен жылдам сөндіріледі. Электр стансаларына жақын орналасқан қысқа тұйықталулар 0,1 сек ішінде өтеді, ал алыстағы қысқа тұйықталулар 3-5 сек аралығында өшіріледі.

Қысқа тұйықталу тогы генераторлардың қуаттарынан, жүйеде синхронды компенсаторлардың болуынан, тізбектің индуктивтілігі-нен және басқа да факторлардан тәуелді болады және де өзгеруі мүмкін.

Оқшауламалық конструкцияларға әсері болатын сыртқы механикалық әсерлердің қарастырылып отырған түрлері, оларды есепке алудың қарапайым еместігін, жеткілікті дәрежеде күрделі екендігін көрсетеді.

Сымдардың ауырлауы сияқты жүктемелер кездейсоқ шамалардың (температураның) функциясы болып саналады. Белгілі бір температурада сымдарда оқшаулатқыштардың жүктемелерін күрт ұлғайтатын мұздақ пайда болады.

Жел арынынан пайда болатын күш, жергілікті метерологиялық шарттардан тәуелді болатын жел жылдамдығының функциясы болып табылады.

Міне сондықтан эксплуатациялауда оқшауламаға әсер ететін жүктемелер кездейсоқ болып табылады. Қазіргі жағдайда механикалық жүктемелерінің таралу функциясы әзірге белгісіз. Алайда кейбір жағдайда механикалық жүктемелердің оқшауламаға таралу функциясы мен әсер ететін уақытының белгісіз болуы электрлік оқшауламаның қызмет көрсетуін есептеу кезінде оларды есепке алу мүкіндігін жоққа шығара алмайды.

Оқшауламаның қызмет көрсетуін бағалау үшін жүктемелердің мәндерін және олардың әсерлерінің ұзақтылығын білу керек. Кейбір жағдайда бұл берілгендерді (мысалы, сымның ауырлауын) егер де температура белгілі болған жағдайда жеткілікті дәлдікпен анықтауға болады.

Ішкі механикалық кернеулер электр оқшауламалық конструкция-ларды дайындау кезінде де, оларды қолдану кезінде де туындайды. Керамикалық бұйымдарды және термореактивті пластмассадан жасалған бұйымдарды дайындау кезінде материалды тығыздайтын химиялық реакциялар жүреді.

Тығыздалу бұйымдардың көлемі бойынша біркелкі болмаса, онда жеке бөліктерде механикалық кернеулер пайда болады. Бұл механикалық кернеулер материалдардың ағуына байланысты жайлап жойылады. Алайда кейбір материалдарда механикалық кернеулер сызаттануды болдырады.

Оқшауламада туындалған механикалық кернеу оқшауламаны αi 2>0, αi>0 айырымына байланысты созатын немесе қысатын болса, онда оқшауламаға тартушы күш әсер етеді. Егер αi - α2<0 және αi<0 болса, онда оқшауламаға созушы күш әсер етеді. Соңғы жағдайда металлдың оқшауламамен жеткіліксіз адгезиясы болғанда, оның қабыршақтануы болуы мүмкін.

σ1 механикалық кернеуі материалдардың радиалды отыруының әсерінен пайда болады. Оқшауламада σп механикалық кернеуі осьтік отыруының әсерінен пайда болады.

σп мәні сандық жағынан σ1 тең, бірақ та σ1-ге қатысты π/2 бұрышпен бағытталған.

Оқшауламадағы толық механикалық кернеу келесі формуламен өрнектеледі:

 

. (2.11)

 

Қарастырылған механикалық кернеулер, оқшауламада конструкцияның температурасының қомақты градиенті болмаған жағдайда, оның баяу салқындау кезінде пайда болады.







Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 2460. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2019 год . (0.016 сек.) русская версия | украинская версия