Опытное определение постоянной времени нагрева электрооборудования

УДК 621.317.7

ОПЫТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ВРЕМЕНИ НАГРЕВА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

© 2012 г. В.Ф. Ермаков, Е.С. Балыкин, Н.А. Еволенко, А.Н. Коваленко, С.С. Костинский, Е.В. Ермакова, И.В. Зайцева, Н.В. Ксенз, В.В. Теребаев

Южно-Российский государственный технический университет

South-Russian State Technical University

Представлены экспериментальные исследования постоянной времени нагрева т проводников малых сечений и трансформатора малой мощности. Измерение и регистрация температуры выполнялись с помощью счетчика потерь электроэнергии, разработанного авторами статьи и выполненного на AVR-микроконтроллере. Приводятся формулы, по которым выполнена обработка экспериментальных данных. Критикуется стандарт.

Ключевые слова: постоянная времени нагрева; проводники; трансформатор.

The article made experimental studies of the heating time constant т of conductors of small cross sections and small power transformer. Measurement and temperature recording was performed with a counter power losses, developed by the authors and performed by AVR-microcontroller. Formulas for which experimental data is made. Criticized the standard.

Keywords: time constant of the heating; wiring; transformer.

В теории нагрева часто используется постоянная времени нагрева т электрооборудования: трансформаторов, проводников, шин и т. д.

В работах [1 - 3] приведены, соответственно, данные о постоянной времени нагрева т трансформаторов и проводников для ряда мощностей и сечений.

В настоящей работе выполнены экспериментальные исследования постоянной времени нагрева т проводников малых сечений и трансформатора малой мощности, данные о которых отсутствуют.

Исследования проводились по схемам, изображенным на рис. 1 и 3.

R

R

о-

- 230 В

о-

Рис. 1. Схема для экспериментального определения постоянной времени нагрева т проводников

На рис. 1 изображена схема для определения постоянной времени нагрева т проводников. Вторичная обмотка трансформатора имеет малое число витков W2 = 4; напряжение вторичной обмотки равно и2 = = 0,520 В; сопротивление вторичной обмотки ^вн = 0,005 Ом. Проводники исследовались при их открытой прокладке в воздухе.

С помощью шунта, имеющего сопротивление Rш = 0,0075 Ом, определяется ток I в цепи вторичной обмотки. При известном токе I, протекающем по исследуемому проводнику, и номинальном токе провод-

ника 1ном установившаяся температура проводника определяется по формуле

© уст ©ном

' I

V1 ном J

+©

окр'

где 0ном - номинальная температура проводника; 0окр -температура окружающей среды; 1ном - номинальный ток проводника.

Сечение исследуемых проводников имело значение = 0,5 - 2,5 мм2, номинальный ток 11 - 30 А, задаваемый ток 11 - 22 А, сопротивление отрезков проводника 5 - 10 мОм.

Измерение температуры проводников осуществлялось с 14.05.2011 г. по 08.07.2011 г. с помощью датчика температуры ТР-01 (рабочий диапазон -50 ^ +250 оС, погрешность ±3 оС), подключаемого к цифровому мультиметру M890G , через интервалы времени 10 с.

Процесс изменения температуры 0 кабеля сечением 1 мм2 изображен: при нагреве - на рис. 2 а, при охлаждении - на рис. 2 б.

Постоянная времени нагрева т проводников определялась по экспериментальным данным по следующим формулам: а) при нагреве

At

ln

©1 "©окр

1"

© "©

уст окр J

I

х =

1

где Дt - интервал времени от начала импульса тока через проводник до момента достижения температурой проводника значения ©1; б) при охлаждении

At

Ч -в окрЛ

ln

в2 -вокр у

где Дt - интервал времени, за который температура проводника изменяется от значения ©1 до значения ©2.

Измерение и регистрация температуры вторичной обмотки трансформатора с интервалом в 1 мин выполнялись 27.06.2011 г. с помощью счетчика потерь электроэнергии СПЭ [4], имеющего датчик температуры ТР-01 (рабочий диапазон -50 ^ +250 оС, погрешность ±3 оС) и флэш-память большой емкости. Управление датчиком температуры и флэш-памятью в СПЭ осуществляет А ^^-микроконтроллер.

Процесс изменения температуры © вторичной обмотки трансформатора изображен: при нагреве - на рис. 4 а, при охлаждении - на рис. 4 б.

70

ооооооооооооооооооооооооооооооооооо

гЧ гН I гН т—i гЧ *гН (>J r^j OJ Ol OJ Г1*! OJ P>l f^J г>1 со гп со гп со

Время, с а

Время, с б

Рис. 2. Процесс изменения температуры © кабеля сечением 1 мм2 при нагреве его током

Рассчитанные по формулам (1) и (2) значения постоянной времени нагрева т для исследованных проводников приведены в таблице.

Постоянная нагрева т для проводников малых сечений

S, мм2 0,5 1 2,5

т, мин 0,75 1 1,7

На рис. 3 изображена схема для определения постоянной времени нагрева т трансформатора ТСЗ-2500. Трансформатор имеет коэффициент трансформации Ктр = . Сопротивление нагрузки равно R1 = Я2 = R3 =10 Ом.

О

~ 230 В

О—

о

Ri

130 В

R2 -CZb

R3

-CZb

Рис. 3. Схема для экспериментального определения постоянной времени нагрева т трансформатора ТСЗ-2500

Рассчитанное по формулам (1) и (2) значение постоянной времени нагрева т трансформатора ТСЗ-2500 равняется 1,25 ч.

т

Время, мин а

Время, мин б

Рис. 4. Процесс изменения температуры © вторичной обмотки трансформатора при нагреве

Поступила в редакцию

Датчик температуры закреплялся непосредственно на жиле вторичной обмотки трансформатора. При этом, как видно из рис. 4 а, не наблюдается резких изменений температуры с малой постоянной нагрева. В связи с этим следует считать, что принятое в подпункте 2.3.4 ГОСТ 14209-97 упрощение «поскольку тепловая постоянная времени обмоток обычно небольшая (от 5 до 10 мин), то при расчетах значение тепловой постоянной времени обмоток принимают равным нулю» является ошибочным и требующим дополнительной экспериментальной проверки.

Литература

1. ГОСТ 14209-97 (МЭК 354-91. LOADING GUIDE FOR OIL-IMMERSED POWER TRANSFORMERS). Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов / Межгосуд. Совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Минск, 2001.

2. Быстрицкий Г.Ф., Кудрин Б.И. Выбор и эксплуатация силовых трансформаторов : учеб. пособие для вузов. М., 2003.

3. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования / под ред. Б.И. Круповича, Ю.Г. Ба-рыбина, М.Л. Самовера. М., 1981. С. 110, табл. 2 - 14.

4. Патент 2380715 РФ, МПК G01R 19/02, G01R 11/00. Счетчик потерь электроэнергии / В.Ф. Ермаков [и др.]. 2010, Бюл. № 3.

8 ноября 2011 г.

Ермаков Владимир Филиппович - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий и городов», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (8635)255-6-50. E-mail: integral-novoch@yandex.ru.

Балыкин Евгений Сергеевич - аспирант, кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий и городов», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Еволенко Наталья Александровна - аспирант, кафедра «Высшая математика», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт).

Коваленко Алексей Николаевич - аспирант, кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий и городов», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Костинский Сергей Сергеевич - аспирант, кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий и городов», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Ермакова Елена Владимировна - инженер, МРСК Юга России. Зайцева Ирина Владимировна - инженер, ГУП «Донэнерго».

Ксенз Николай Васильевич - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Физика», АЧГАА.

Теребаев Валерий Владимирович - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий и городов», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт).

Ermakov Vladimir Filipovich - Doctor of Technical Sciences, professor, department «Energy Supply of Industrial Enterprises and Cities», South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (8635)255-6-50. E-mail: integral-novoch@yandex.ru.

Balykin Eugene Sergeevich - post-graduate student, department «Energy Supply of Industrial Enterprises and Cities», South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute).

Evolenko Natalia Aleksandrovna - assistant, department «Higher Mathematics», South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute).

Kovalenko Alexey Nikolaevich - post-graduate student, department «Energy Supply of Industrial Enterprises and Cities», South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute).

Kostinsky Sergey Sergeevich - post-graduate student, department «Energy Supply of Industrial Enterprises and Cities», South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ermakova Elena Vladimirovna - IDC engineer in southern Russia. Zaitseva Irina Vladimirovna - engineer, SUE «Donenergo».

Ksenz Nikolai Vasilievich - Doctor of Technical Sciences, professor, department «Physics», ACHSAA.

Terebaev Valery Vladimirovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Energy Supply of

Industrial Enterprises and Cities», South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute).