Расчет изоляционных конструкций

Расчет изоляционных конструкций

1. Электрический расчет кабеля с полиэтиленовой изоляцией

В соответствии с исходными данными выбираем кабель марки ПсЭВ-35 со следующими характеристиками:

Пс – изоляция из сшитого полиэтилена (СПЭ).

Э — медный экран по изолированной жиле

В – оболочка из поливинилхлорида (ПВХ).

Кабели предназначены для прокладки в помещениях, туннелях, каналах, шахтах, сухих грунтах и на открытом воздухе под навесом. Выбираем 3-х жильный кабель с круглыми жилами.

Сечение токопроводящей жилы найдем по {1}

        S_ж=0,02 I^1.6=

        Выбираем ближайшее стандартное сечение

                  Конструкция и размер жил кабеля приведены в таблице:[1]

Расчет.

диаметр жилы  Д.

         Рабочая напряженность электрического поля в твердой изоляции:

        

         где Е-электрическая прочность ПЭ (берется из табл.12,4) 

= 1.15 – применяется с учетом возможного отклонения напряжения сети на 15% 

= 3,4 – принято из условия  возможной  кратности  перенапряжений. 

= 1,5 – принято по условиям большой  неоднородности  ПЭ.

= 2,5 – принято с учетом  снижения  U_пр  при  одновременном  действии  на изоляцию  электрического  поля  и  механических  напряжений.

         Внешний  радиус  изоляций:

где  R₁=

- толщина  покрытия  из  полупроводящего  полиэтилена.

Толщина  фазной  изоляции  составит

Радиус  кабеля  по  скрутке 

Радиус  кабеля.

где =9 мм - толщина  оболочки  из  ПВХ

=2,5мм       (по табл. 11-5)  {1}.

Принимаем 

а - постоянная  минимальная  толщина  оболочки  мм.

в=0,07 – коэф-т зависящий от материала  оболочки.

d_к- диаметр  кабеля  под  оболочкой.

2 Тепловой расчет кабеля.

Тепловыделением в изоляции кабеля вследствие его малости пренебрегаем. Расчет перепадов температур на 1 м длины кабеля производим, учитывая только тепловыделение в токопроводящих жилах.

Приняв температуру жилы кабеля равной  найдем для сечения жилы  тепловыделения в единицу времени от рабочего тока:

где  - удельное сопротивление материала жилы при 20⁰С, Ом м

- коэффициент зависимости сопротивления жилы от температуры, 1/⁰C

В кабелях с 3-мя секторными жилами тепловое сопротивление изоляции, отнесенное к тепловыделению во всех жилах, найдем по:

Геометрический  фактор для 3-ех жильного  кабеля:

где -толщина  изоляции  и  полупроводящих  экранов.

Тепловое  сопротивление.

где  – внутренний радиус оболочки.

где   - теплопроводность полиэтилена (по табл. стр.190) {6}, Вт/м⁰С

Перепад температур внутри кабеля

Перепад  температур  от  поверхности  кабеля  в  окружающую  среду,  используется  критириальные  соотношения  теплоотдачи,  учитывается  что  кабель  прокладывается на открытом  воздухе.

Задаемся перепадом температур , тогда температура окружающей среды составит

Числа Грасгофа и Прандтля при температуре окружающей среды получим по формулам:

где g – ускорение свободного падения

 - температурный коэффициент объемного расширения среды

 - кинематический коэффициент вязкости среды

 - характерный линейный размер системы (диаметр кабеля), м

Рr=0.715

Число Нуссельта по (5-59) {1}

Коэффициент теплоотдачи определим по (5-55){1}:

Перепад температур

Поверхность кабеля длиной 1 м

Так как полученный перепад температур отличается от заданного, то зададим перепад температур  и

. При этом

Pr_B=0,719;

Рис.2: Определение перепада температур от поверхности кабеля в окружающую среду.

По рисунку получим искомый перепад температур

Температура окружающей среды при

Задаваясь температурами жил +70 и -20⁰С, проводим аналогичный расчет. Результаты расчета сведены в таблицу 2

Таблица 2

	,0С
95	70	26,07	14,05	15,42	40,53	29,47
95	30	22,6	12,18	15,42	2,4	27,6
95	-20	18,26	9,84	15,42	-45,26	25,26

По данным таблицы строим зависимость перепада температур  от температуры окружающей среды  (рис.3)

Рис.3 Зависимость перепада температур  от температуры окружающей среды

Определение допустимого тока нагрузки.

Допустимый ток нагрузки для трех жильных кабелей с круглыми жилами:

        =

где  T_ж -  максимальное допустимая температура жила T_ж –70; T_о-температура окружающей среды (воздуха).Эквивалентное тепловое сопротивление изоляцие

Тепловое сопротивление защитных покровов (оболочки):

где -удельное тепловое сопротивление защитнных покровов (оболочки)

-наружний диаметр кабеля по защитным покровам.

Д-внутрений диаметр под оболочкой

Тепловое сопротивление окружающей среды

Сопротивление жилы на переменном токе

где R_ж-сопротивление жилы на постоянном токе

y_п и y_б – коэффициенты, характеризующие увеличение сопротивления жилы из-за поверхностного эффекта и эффекта близости.

у находим по табл. 9.1 для X=0.75, найденного по (9.5): у=0,0035

где R=0.8

   

d=диаметр жили

a=расстояние между центрами соседних жил