Загрузил Anna Bedke

Variant 11

реклама
ФГБОУ Высшего профессионального образования
Калининградский Государственный Технический Университет
Кафедра «Электрооборудование судов и электроэнергетика»
Контрольная работа
по дисциплине «Электротехническое конструкционное
материаловедение»
Работу проверил:
Работу выполнил:
_______________ Кажекин И.Е.
студент группы 17-ЗЭА
Реут В.А.
Шифр-011
«_____» ______________ 2018 г.
Калининград 2018
РАСЧЁТ СИЛОВОГО КОНДЕНСАТОРА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ
КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ЧАСТОТОЙ 50 Гц
Вариант 11.
Исходные данные:
 Класс напряжения 𝑈н = 35 кВ;
 Реактивная мощность 𝑄∗ = 50 кВАр;
 Способ соединения: звезда;
 Толщина изолирующей бумаги 𝛿1 = 12 мкм;
 Число слоёв бумаги 𝑛1 = 10;
 Расчётная рабочая напряжённость поля 𝐸раб.р = 14 МВ⁄м;
 Толщина секции Δс = 23 мм;
 Длина секции 𝑏 = 260 мм;
 Ширина секции ℎ = 175 мм;
 Коэффициент запрессовки секций 𝐾запр = 0,88;
 Толщина фольги Δф = 10 мкм;
 Удельное сопротивление материала фольги 𝜌0 = 27 ∙ 10−9 Ом ∙ м;
 Температурный коэффициент материала фольги 𝛼ф =
0,0044 Ом ∙ м⁄град.
2
Задание
Определить ёмкость конденсатора для сети заданного класса напряжения
частотой 50 Гц и требуемой реактивной мощности;
Определить число последовательно включённых секций по характеристикам
диэлектрических материалов и рабочему напряжению конденсатора;
Определить размеры и число параллельных секций конденсатора;
Рассчитать удельные потери в секциях конденсатора.
Выполнение работы
Расчёт ёмкости конденсатора.
Наибольшее рабочее напряжение электрооборудования
Для
класса
напряжения
𝑈н = 35 кВ
наибольшее
напряжение
электрооборудования 𝑈раб = 40,5 кВ.
Угловая частота напряжения сети:
𝜔 = 2𝜋𝑓 = 2 ∙ 3,14 ∙ 50 = 314 рад⁄с.
Требуемая ёмкость одной сборки при соединении сборок в звезду:
𝐶сб∗ = 𝑄∗ ⁄𝑈н2 𝜔 = 50000⁄350002 ∙ 314 = 1,299 ∙ 10−5 Ф.
Определение числа последовательно соединённых секций.
Число последовательно соединённых секций
𝑛посл.р = 𝑈раб ⁄𝐸раб.р 𝛿1 𝑛1 = 40,5 ∙ 103 ⁄14 ∙ 106 ∙ 10 ∙ 10−6 ∙ 10 = 28,9.
Принимаем ближайшее целое значение:
𝑛посл = 29.
Перерасчёт 𝐸раб.р
𝐸раб.р = 𝑈раб ⁄𝑛посл 𝛿1 𝑛1 = 40,5 ∙ 103 ⁄29 ∙ 10 ∙ 10−6 ∙ 10 = 13,9 ∙ 106 В⁄м.
Рабочее напряжение отдельной секции
𝑈𝑐.раб = 𝐸раб.р 𝛿1 𝑛1 = 13,9 ∙ 106 ∙ 10 ∙ 10−6 ∙ 10 = 1390 В.
3
Расчёт размеров и числа параллельных секций конденсатора.
Испытательное напряжение всего конденсатора
𝑈исп.к = 2,2 ∙ 𝑈раб = 2,2 ∙ 40500 = 89100 В.
Испытательное напряжение секции
𝑈исп.с = 𝑈исп.к ⁄𝑛посл = 89100⁄29 = 3072 В.
Длина закраин:
∆𝐿 = кз 𝑈исп.с + 𝐿1 = 1,5 ∙ 10−6 ∙ 3,072 ∙ 103 + 0,005 = 9,6 ∙ 10−3 м ,
где
кз = 1,5 м⁄МВ − коэффициент закраин;
𝐿1 = 5 мм − величина, зависящая от технологии изготовления конденсаторов.
Относительная
диэлектрическая
проницаемость
изоляционной
бумаги,
пропитанной трихлордифенилом:
𝜀𝑟 = 𝜀𝑟пр ⁄[1 + 𝛾𝛿 ⁄𝛾к 𝐾запр (𝜀𝑟пр ⁄𝜀𝑟к − 1)] =
= 5⁄[1 + 1000⁄1550 ∙ 0,9 (5⁄6,6 − 1)] = 5,82 ,
где
𝜀𝑟пр = 5 −относительная диэлектрическая проницаемость трихлордифенила;
𝜀𝑟к = 6,6 − относительная диэлектрическая проницаемость клетчатки;
𝛾𝛿 = 1000 кг⁄м3 − плотность конденсаторной бумаги КОН-1;
𝛾к = 1550 кг⁄м3 − плотность клетчатки
Толщина клетчатки
∆1 = 𝛿1 𝑛1 (𝛾𝛿 ⁄𝛾к ) = 12 ∙ 10 ∙ 10−6 (1000⁄1550) = 7,7 ∙ 10−5 м.
Толщина пропитывающего слоя
∆2 = 𝛿1 𝑛1 (1 − 𝐾запр 𝛾𝛿 ⁄𝛾к )⁄𝐾запр =
= 12 ∙ 10 ∙ 10−6 (1 − 0,88 ∙ 1000⁄1550)⁄0,88 = 5,9 ∙ 10−5 м.
Полная толщина изоляции
∆из = ∆1 + ∆2 = 7,7 ∙ 10−5 + 5,9 ∙ 10−5 = 1,36 ∙ 10−4 м.
Расчётная электрическая ёмкость отдельной секции:
4
𝐶𝑐р = 𝜀𝑟 𝜀0 (𝑏 − 2∆𝐿)(ℎ − ∆𝑐 + 𝜋∆𝑐 кз ⁄4)∆𝑐 к2з ⁄𝛿1 𝑛1 (𝛿1 𝑛1 + Δф ) =
5,82 ∙ 8,85 ∙ 10−12 (0,26 − 2 ∙ 0,0083)(0,175 − 0,023 + 3,14 ∙ 0,023 ∙ 0,88⁄4)0,023 ∙ 0,882
=
=
12 ∙ 10 ∙ 10−6 (12 ∙ 10 ∙ 10−6 + 10 ∙ 10−6 )
= 2,4 ∙ 10−6 Ф,
где
𝜀0 = 8,85 ∙ 10−12 Ф⁄м − диэлектрическая постоянная
Расчётное число параллельных секций сборки:
𝑛пар.р = 𝐶сб∗ 𝑛посл ⁄𝐶𝑐р
1,299 ∙ 10−5 ∙ 29
=
= 156,9.
2,4 ∙ 10−6
Принимаем ближайшее целое значение:
𝑛пар = 160.
Требуемая ёмкость отдельной секции:
𝐶𝑐 = 𝐶сб∗ 𝑛посл ⁄𝑛пар = 1,299 ∙ 10−5 ∙ 29⁄160 = 2,4 ∙ 10−6 Ф.
Удельные потери в секциях конденсатора:
Электрические потери в отдельной секции при температурах +700 С;
+400 С; +100 С:
2
𝑃𝑔700 = 𝑈сраб
𝜔𝐶𝑐 𝑡𝑔𝛿700 = 405002 ∙ 314 ∙ 2,4 ∙ 10−6 ∙ 0,0023 = 28,44 𝐵т;
2
𝑃𝑔400 = 𝑈сраб
𝜔𝐶𝑐 𝑡𝑔𝛿400 = 405002 ∙ 314 ∙ 2,4 ∙ 10−6 ∙ 0,0019 = 23,49 𝐵т;
2
𝑃𝑔100 = 𝑈сраб
𝜔𝐶𝑐 𝑡𝑔𝛿100 = 405002 ∙ 314 ∙ 2,4 ∙ 10−6 ∙ 0,0021 = 25,97 𝐵т,
где
𝑡𝑔𝛿700 = 0,0023; 𝑡𝑔𝛿400 = 0,095; 𝑡𝑔𝛿100 = 0,0021 − значения тангенса угла
диэлектрических потерь при температурах +700 С; +400 С; +100 С соответственно.
Активная длина обкладки
𝐿𝑎 = 𝐶𝑐 ∆из ⁄2𝜀𝑟 𝜀0 (𝑏 − 2∆𝐿) =
= 2,4 ∙ 10−6 ∙ 1,36 ∙ 10−4 ⁄2 ∙ 5,82 ∙ 8,85 ∙ 10−12 (0,26 − 2 ∙ 0,0096) = 13,2 м.
Электрические потери в обкладках при температурах +700 С;
5
+400 С; +100 С
2
1 𝑈𝑐.раб 𝜔𝐶𝑐
𝐿𝑎
𝑃Ф700 = (
)
𝜌 [1 + 2𝛼ф (𝑡700 − 𝑡0 )] =
(𝑏 − 2∆𝐿)∆ф 0
6
𝑛
2
1 4050 ∙ 314 ∙ 2,4 ∙ 10−6
13,2
= (
) ∙
∙ 27 ∙ 10−9 [1 + 2 ∙ 0,0044(70 − 20)] =
(0,26 − 2 ∙ 0,0083)10 ∙ 10−6
6
2
= 0,000008 Вт;
𝑃
Ф400
1 𝑈𝑐.раб 𝜔𝐶𝑐 2
𝐿𝑎
= (
)
𝜌 [1 + 2𝛼ф (𝑡400 − 𝑡0 )] =
(𝑏 − 2∆𝐿)∆ф 0
6
𝑛
2
1 4050 ∙ 314 ∙ 2,4 ∙ 10−6
13,2
= (
) ∙
∙ 27 ∙ 10−9 [1 + 2 ∙ 0,0044(40 − 20)] =
(0,26 − 2 ∙ 0,0083)10 ∙ 10−6
6
2
= 0,000007 Вт;
𝑃Ф100
1 𝑈𝑐.раб 𝜔𝐶𝑐 2
𝐿𝑎
= (
)
𝜌 [1 + 2𝛼ф (𝑡100 − 𝑡0 )] =
(𝑏 − 2∆𝐿)∆ф 0
6
𝑛
2
1 4050 ∙ 314 ∙ 2,4 ∙ 10−6
13,2
= (
) ∙
∙ 27 ∙ 10−9 [1 + 2 ∙ 0,0044(10 − 20)] =
(0,26 − 2 ∙ 0,0083)10 ∙ 10−6
6
2
= 0,000005 Вт,
где 𝑡0 = 200 𝐶 − температура нормальных условий.
Суммарные потери при температурах +700 С; +400 С; +100 С
Так как потери 𝑃Ф700 , 𝑃Ф400 , 𝑃Ф100 пренебрежительно малы, то ими можно
пренебречь, тогда суммарные потери равны:
𝑃с700 ≈ 𝑃𝑔700 = 28,44 Вт;
𝑃с400 ≈ 𝑃𝑔400 = 23,49 𝐵т;
𝑃с100 ≈ 𝑃𝑔100 = 25,97 𝐵т.
Совокупные потери во всех секциях конденсатора при температурах
+700 С; +400 С; +100 С:
𝑃к700 = 𝑛посл 𝑛пар 𝑃с700 = 29 ∙ 160 ∙ 28,44 = 131,9 кВт;
𝑃к400 = 𝑛посл 𝑛пар 𝑃с400 = 29 ∙ 160 ∙ 23,49 = 108,9 кВт;
𝑃к100 = 𝑛посл 𝑛пар 𝑃с100 = 29 ∙ 160 ∙ 25,97 = 120,5 кВт.
6
Удельное тепловыделение в секциях при температурах +700 С; +400 С; +100 С
𝑞𝑐700 = 𝑃с700 ⁄(𝑏 − 2∆𝐿)ℎ ∆𝑐 = 131,9⁄(0,26 − 2 ∙ 0,0083) ∙ 0,175 ∙ 0,023 =
= 607,3 кВт⁄м3 ;
𝑞𝑐400 = 𝑃с400 ⁄(𝑏 − 2∆𝐿)ℎ ∆𝑐 = 108,9 ⁄(0,26 − 2 ∙ 0,0083) ∙ 0,175 ∙ 0,023 =
= 501,3 кВт⁄м3 ;
𝑞𝑐100 = 𝑃с100 ⁄(𝑏 − 2∆𝐿)ℎ ∆𝑐 = 120,5⁄(0,26 − 2 ∙ 0,0083) ∙ 0,175 ∙ 0,023 =
= 554,8 кВт⁄м3 .
7
Скачать
Учебные коллекции