Определение ресурса батареи конденсаторов

В задаче требуется:

1) определить ресурс конденсаторов при заданных параметрах устройства поперечно – емкостной компенсации (УПК).

2) рассчитать число параллельно соединенных конденсаторов для их оптимального срока службы Т = 20 лет.

Исходные данные:

Таблица 3.9 – Число параллельно соединенных конденсаторов в УПК

Первая цифра шифра
N

 

 

Таблица 3.14 – Температура охлаждающей среды

Период	Первая цифра шифра
осень
весна

 

Исследования, проведенные на бумажно – хлордифениловых конденсаторах, показали, что в сравнительно узком интервале рабочих температур ресурс конденсатора L можно выразить степенной зависимостью:

, (3.16)

где А – постоянный коэффициент;

Е – рабочая напряженность поля;

- температура диэлектрика.

 

Согласно формуле (3.16), зная долговечность при некоторых условиях (), можно определить долговечность в других условиях , не определяя коэффициента А:

. (3.17)

В формуле (3.17) принято, что напряженность поля в конденсаторах УПК не превышает значений, вызывающих критические частичные разряды, поэтому показатель степени 7,7 будет оставаться величиной постоянной при всех режимах работы УПК в тяговой сети.

Относительная степень старения (износа) диэлектрика определим из (3.17), учитывая, что , и принимая для номинального режима:

(3.18)

где , - средние значения тока через конденсатор и температуры

диэлектрика в рабочем режиме i;

- номинальный ток конденсатора.

Наибольшая допустимая рабочая температура диэлектрика конденсатора с трихлордифениловой пропиткой, работающего на промышленной частоте, обеспечивающей экономически оптимальный ресурс, составляет .

Относительный износ показывает, во сколько раз действительное старение диэлектрика больше старения изоляции при номинальном режиме.

При кратностях перегрузок более 1,2 – 1,3 износ резко возрастает и превышает нормальный в 5 – 25 раз и более.

Конденсаторы УПК при изменяющейся тяговой нагрузке работают в нестационарном тепловом режиме. Выделяемое в конденсаторе тепло частично расходуется на повышение внутренней температуры конденсатора (увеличение перегрева), частично рассеиваются в окружающую среду. Если происходит ступенчатое изменение нагрузки от одного стационарного значения , которому соответствует установившееся над охлаждающей средой превышение температуры диэлектрика , для другого стационарного значения и соответственно , то закон изменения температуры диэлектрика во времени имеет вид:

, (3.19)

где - температура охлаждающей среды;

- тепловая постоянная конденсатора (принять = 3 часа).

Уравнение, определяющее установившееся превышение температуры над температурой охлаждающей среды, имеет вид:

, (3.20)

где - установившаяся температура внутри конденсатора при мощности тепловыделения ;

- тепловое сопротивление конденсатора (для конденсаторов КСП = 0,45 );

- мощность тепловыделения в конденсаторе на i – м интервале, = , где - емкостное сопротивление конденсатора КСП – 0,66 – 40, = 10,9 Ом;

- тангенс угла диэлектрических потерь.

При расчете принимаем, что не зависит от тепловыделения , а является величиной постоянной, не зависящей от температуры ( = 0,003).

Средняя интенсивность износа за определенный период времени T (рис. 3.7):

, (3.21)

где - относительный износ диэлектрика конденсатора при воздействии нагрузки на конденсатор на i – том интервале графика нагрузки;

m – количество интервалов нагрузки.

 

Рисунок 3.7 - Средняя интенсивность износа

Ток конденсатора:

, (3.22)

где - ток, проходящий через УПК на i– том интервале графика нагрузки.

Номинальный ток УПК:

, (3.23)

 

где - номинальный ток конденсатора (для КСП – 0,66 – 40 = 60,6 А).

Тогда:

;

.

С помощью приведенных формул по графику тяговой нагрузки, замеренной на действующем электрифицированном участке, или смоделированному на ЭВМ, производится машинный расчет УПК при различных N и затем выбирается оптимальное из условия нормального износа конденсаторов, при котором , и непревышения максимальной температуры диэлектрика. Преимущество такого машинного метода расчета состоит в том, что, во – первых, учитываются все возможные режимы работы участка и, во – вторых, учитывается последовательность возникновения той или иной нагрузки.

В задаче условно принимается, что указанные графики распределяются на весь период – соответственно осеннее – зимний и весенне – летний.

Расчет относительного износа произвести для суток осенне – зимнего () и весенне – летнего () периодов с использованием соответствующих токовых нагрузок и эквивалентных температур охлаждающей среды.

Относительный износ равен:

.

Тогда ресурс конденсаторов равен:

, (3.24)

где - срок жизни конденсатора при его номинальной нагрузке.

При F, отличающемся от единицы в 2 и более раз, следует уменьшить (при F < 0,5) или увеличить (при F > 2) число параллельно соединенных конденсаторов и повторить расчеты.

Следует учесть, что изменение числа параллельно включенных конденсаторов N на 10…15% приводит к изменению F примерно в 3…5 раз. При изменении числа параллельно соединенных конденсаторов N до ток конденсатора рассчитывают по формуле:

.

Предлагается такая последовательность расчета:

1) в начале первого интервала принимается и определяется , где - температура охлаждающей среды.

2) определяется в конце первого интервала, при этом .

3) принимая линейное изменение температуры в интервале , определяется:

 

. (3.25)

4) расчет продолжается для второго интервала, при этом принимается второго интервала равным () первого интервала, а затем вычисляется для этого интервала.

5) расчеты повторяются для всех интервалов.

6) далее расчет производится для осенне – зимнего периода, и определяется относительный износ за год.

7) производится перерасчет относительного износа при F < 0,5 и F > 2.

8) определяется ресурс конденсаторов.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: