Обеспечение температурного режима

2.1 обеспечение температурного режима

По условиям работы температура воздуха внутри шкафов КРУ должна быть не ниже +5 °С. Температура наружного воздуха (окружающей среды) принимается по средней температуре наиболее холодных суток в зависимости от региона расположения подстанции из приложения 6.

Тепловая мощность подогревающего устройства определяется величиной теплопотерь через стенки шкафа КРУ и излучением с его наружной поверхности, Вт:

, (2.1)

где Q_к — конвективный поток теплоты через все теплоотдающие поверхности шкафа, Вт; Q_л — поток тепловой энергии, излучаемой наружной поверхностью шкафа, Вт.

Теплопотери через все поверхности шкафа (боковые, верхние) осуществляются посредством теплопередачи и рассчитываются по уравнению, Вт:

, (2.2)

где к — коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К), t_ВН, t_Н — температура воздуха внутри шкафа и снаружи, °С, F — расчетная поверхность теплообмена, м².

Ее величина принимается по наружной поверхности шкафа (см рис.3, 4, 5), причем у крайних и средних шкафов, стоящих в одном ряду, поверхность теплообмена разная.

Коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К), рассчитывается по уравнению

, (2.3)

где a_ВН — коэффициент теплоотдачи от воздуха к внутренней стенке шкафа, определяется при условии теплоотдачи внутри шкафа свободной конвекцией, Вт/(м² × К),

a_Н — коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности шкафа к воздуху, рассчитывается при обдувании поверхности шкафа ветром, Вт/(м² × К).

d_С — толщина стенки шкафа, принять 2,5 ¸ 3 мм;

l_С — коэффициент теплопроводности стенки, выполненной из стали,

l_С = 45 ¸ 55 Вт/(м × К).

Методика расчета коэффициентов теплоотдачи изложена в[3,4,6].Физические параметры воздуха следует принять из приложения 2 по расчетной температуре воздуха: внутри шкафов +5°С, снаружи — по температуре наиболее холодных суток (см. приложение 6). Константы критериальных уравнений выбрать из приложений 4,5 с учетом условий теплоотдачи и расположения расчетной поверхности теплообмена шкафа.

При расчете коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности a_Н скорость ветра принять из приложения 6 согласно заданного региона.

При расчете потерь теплоты через пол учесть, что шкафы стоят на бетоне. Толщина бетона =100 мм, коэффициент теплопроводности бетона l_б = 1.28 ¸ 1.3 Вт/(м × К) [3, 4]. Потери теплоты через пол в грунт осуществляются сначала посредством теплоотдачи, а далее — теплопроводностью через пол шкафа и бетонную подушку, Вт:

Q_п = , (2.4)

где t_вн — температура воздуха внутри шкафа, °С;

t_гр — температура грунта, °С, можно принять на 10¸15 °С выше температуры наружного воздуха;

F_п — поверхность пола шкафа, м².

Рассчитывается суммарный конвективный поток теплоты через боковые и верхнюю поверхности шкафа, а также через пол.

Лучистая составляющая теплопотерь определяется уравнением, Вт,

, (2.5)

где с_о = 5.67 Вт/(м²К⁴) — коэффициент излучения абсолютно черного тела;

e — степень черноты наружной поверхности шкафа;

e = 0.85 ¸ 0.9 — для поверхностей, покрытых масляной краской или эмалью [3].

Т_С, Т_В — абсолютные температуры стенки и окружающего воздуха, К.

Температуру стенки шкафа можно рассчитать, °С,

, (2.6)

где F — расчетная поверхность теплообмена излучением, м².

По величине суммарных тепловых потерь (2.1) подбирают тип и мощность электрообогревательного устройства,

Расчет выполнен по средней температуре самого холодного периода года. Очевидно, с ростом температуры наружного воздуха мощность электрообогрева должна снижаться. Необходимо разработать схему автоматического регулирования тепловыделения нагревательного устройства в зависимости от температуры наружного воздуха.

2.2 обеспечение влажностного режима

При положительной температуре окружающей среды и высокой влажности воздуха даже небольшое понижение температуры воздуха на 2—3 °С может привести к выпадению росы на изоляторах внутри шкафа КРУ. Наиболее вероятен такой режим в весенне-осенний периоды из-за большой амплитуды суточного колебания температуры. Поэтому в это время года следует сохранить подогрев воздуха внутри шкафов КРУ. Автоматика должна включаться в этом случае при повышении влажности до 95 %.

Мощность подогревателя можно рассчитать исходя из условия, что изменение температуры воздуха внутри шкафа в течение суток не должно опускаться ниже температуры точки росы, Вт,

, (2.7)

где к — коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К), рассчитывается аналогично (2.3);

F — расчетная поверхность теплообмена, м², определена (2.2);

 — температурный напор,°С, вычисляется по уравнению:

,

где  — максимальная суточная амплитуда температуры, °С, зависит от региона и месяца [7] и принимается из приложения 7;

t_Р — температура точки росы, °С, определяется по h-d диаграмме влажного воздуха по величине парциального давления пара Р_П в зависимости от месяца и региона [7], принятых из приложения 7.

Расчет коэффициентов теплоотдачи выполняется аналогично изложенному выше.

Физические параметры воздуха следует принять из приложения 2. по расчетной температуре воздуха. При расчете коэффициента теплоотдачи от внутреннего воздуха к стенке a_ВН за определяющую температуру принять температуру точки росы t_Р соответствующего месяца. Расчет коэффициента теплоотдачи к наружному воздуху a_Н выполнить для условий естественной конвекции, за определяющую температуру принять среднюю температуру рассчитываемого месяца из приложения 7.

Константы критериальных уравнений выбрать из приложения 4 с учетом условий теплоотдачи и расположения расчетной поверхности теплообмена шкафа.

Для расчета поверхности теплообмена размеры шкафов КРУ приведены на рис. 3, 4, 5.

Расчеты в этом разделе курсовой работы выполняются для нескольких месяцев в соответствии с заданием. Результаты удобно оформить в виде таблиц. Провести анализ выбранной схемы автоматического регулирования для этого периода работы.

Список рекомендуемых источников

1.  Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: в 2 т. Т.2 . Электрооборудование / под ред. А.А. Федорова — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 592 с.

2.  Тихомиров П.Н. Расчет трансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1986. — 528 с.

3.  Тепло – и массообмен. Теплотехнический эксперимент: справочник / под ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. — М.: Энергоиздат, 1982. — 512 с.

4.  Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. — М.: Энергия, 1973. — 320 с.

5.  Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче.— М.: Энергия, 1980. — 288 с.

6.  Борзов В.П., Шабалина Л.Н. Сборник задач по теплотехнике: учебное пособие для студентов. — Кострома: КГСХА, 2002. — 50 с.

7.  СНиП 2.01.01–82. Строительная климатология и геофизика. — М.: Стройиздат, 1983. — 136 с.

8.  Дорошев К.И. Эксплуатация комплектных распределительных устройств 6—220кВ. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 336 с.

Приложения

Приложение 1

Технические характеристики силовых масляных трансформаторов с естественным охлаждением

Тип	Номинальная мощность, кВА	Номинальное напряжение, кВ		Потери энергии, кВт		Размеры бака, мм
		ВН	НН	Рх.х.	Рк.з.	Длина А	Ширина В	Высота Н
ТМ-20/6*	20	6,3	0,4	0,18	0,6	920	780	815
ТМ-20/10*	20	10	0,4	0,22	0,6	1170	600	830
ТМ-25/6	25	6,3	0,4;0,23	0,105-0,125	0,6-0,69	1120	440	775
ТМ-25/10	25	10	0,4;0,23	0,105-0,125	0,6-0,69	1120	440	775
ТМ-30/6*	30	6,3	0,4	0,25	0,85	970	800	885
ТМ-30/10*	30	10	0,4	0,3	0,85	1070	600	905
ТМ-40/6	40	6,3	0,23	0,24	0,88	1075	465	815
ТМ-40/10	40	10	0,4	0,15-0,18	0,88-1,0	1075	465	815
ТМ-50/6*	50	6,3	0,525	0,35	1,325	1060	835	1000
ТМ-63/6	63	6,3	0,4;0,23	0,36	1,28-1,47	1075	530	945
ТМ-63/10	63	10	0,4;0,23	0,22;0,265	1,28-1,47	1075	530	945
ТМ-63/20	63	20	0,4;0,23	0,245;0,29	1,28-1,47	992	775	1160
ТМ-100/10*	100	10	0,525	0,73	2,4	1300	890	1130
ТМ-100/6	100	6,3	0,4;0,23	0,31-0,365	1,97-2,27	1150	800	1005
ТМ-100/10	100	10	0,4;0,23	0,31-0,365	1,97-2,27	1150	800	1005
ТМ-100/35	100	20;35	0,4;0,23	0,39-0,465	1,97-2,27	1190	895	1420
ТМ-160/6-10	160	6,3;10	0,4;0,23	0,46-0,54	2,65-3,1	1210	1000	1150
ТМ-160/35	160	35	0,23;0,4	0,56-0,66	2,65-3,1	1400	1000	1600
ТМ-180/6*	180	6,3	0,525	1,0	4,0	1620	1050	1070
ТМ-180/10*	180	10	0,525	1,2	4,1	1570	910	1220
ТМ-180/35*	180	35	10,5	1,5	4,1	2340	1060	1375
ТМ-250/10	250	10	0,4;0,23	1,05	3,7-4,2	1265	1040	1225
ТМ-250/35	250	35	0,23;0,4	0,96	3,7-4,2	1450	1250	1655
ТМ-320/6*	320	6,3	0,525	1,6	6,07	1860	1210	1220
ТМ-320/10*	320	10	0,525	1,9	6,2	1860	1210	1220
ТМ-320/35*	320	35	10,5	2,3	6,2	2390	1390	1450
ТМ-400/35	400	35	0,23;0,4	1,15-1,35	5,5-5,9	1650	1350	1750
ТМ-560/10*	560	10	0,525	2,5	9,4	2270	1390	1450
ТМ-560/35*	560	35	10,5	3,35	9,4	2380	1270	1690
ТМ-630/35	630	20;35	0,4;0,69	1,7-2,0	7,6	2060	1300	2000
ТМ-750/10*	750	10	0,525	4,1	11,9	2405	1520	1710
ТМ-1000/10*	1000	10	6,3	4,9	15,0	2570	1660	1810
ТМ-1000/35*	1000	35;20	10,5	5,1	15,0	2810	1670	2040
ТМ-1000/35	1000	20	0,4;10,5	2,35-2,75	12,2-11,6	2570	1500	1850
ТМ-1000/35А	1000	35	0,4;10,5	2,35-2,75	10,6	2570	1595	1850
ТМ-1600/35	1600	35	0,69;10,5	3,1-3,65	18;16,5	2620	1580	2150

Приложение 2

Физические свойства сухого воздуха при В = 760 мм.рт.ст. [6]

t, °С	r, кг/м3	l × 102, Вт/м∙ К	а× 106, м2 /с	m × 106, Н × с /м2	n × 106, м 2/с	Pr
-50	1.584	2.04	12.7	14.6	9.23	0.728
-40	1.515	2.12	13.8	15.2	10.04	0.728
-30	1.453	2.20	14.9	15.7	10.80	0.723
-20	1.395	2.28	16.2	16.2	12.79	0.716
-10	1.342	2.36	17.4	16.7	12.43	0.712
0	1.293	2.44	18.8	17.2	13.28	0.707
10	1.247	2.51	20.0	17.6	14.16	0.705
20	1.205	2.59	21.4	18.1	15.06	0.703
30	1.165	2.67	22.9	18.6	16.00	0.701
40	1.128	2.76	24.3	19.1	16.96	0.699
50	1.093	2.83	25.7	19.6	17.95	0.698
60	1.060	2.90	27.2	20.1	18.97	0.696
70	1.029	2.96	28.6	20.6	20.02	0.694
80	1.000	3.05	30.2	21.1	21.09	0.692
90	0.972	3.13	31.9	21.5	22.10	0.690
100	0.946	3.21	33.6	21.9	23.13	0.688
120	0.898	3.34	36.8	22.8	25.45	0.686
140	0.854	3.49	40.3	23.7	27.80	0.684
160	0.815	3.64	43.9	24.5	30.09	0.682
180	0.779	3.78	47.5	25.3	32.49	0.681
200	0.746	3.93	51.4	26.0	34.85	0.680
250	0.674	4.27	61.0	27.4	40.61	0.677
300	0.615	4.60	71.6	29.7	48.33	0.674
350	0.566	4.91	81.9	31.4	55.46	0.676
400	0.524	5.21	93.1	33.0	63.09	0.678
500	0.456	5.74	115.3	36.2	79.38	0.687

Приложение 3

Физические свойства трансформаторного масла в зависимости от температуры [5]

t, °С	r, кг/м3	СР, кДж/кг × К	l, Вт/м × К	n × 106, м2/с	b × 104, К-1	Pr
0.0	892.5	1.549	0.1123	70.5	6.80	866
10	886.4	1.620	0.1115	37.9	6.85	484
20	880.3	1.666	0.1106	22.5	6.90	298
30	874.2	1.729	0.1008	14.7	6.95	202
40	868.2	1.788	0.1090	10.3	7.00	146
50	862.1	1.846	0.1082	7.58	7.05	111
60	856.0	1.905	0.1072	5.78	7.10	87.8
70	850.0	1.964	0.1064	4.54	7.15	71.3
80	843.9	2.026	0.1056	3.66	7.20	59.3
90	837.8	2.085	0.1047	3.03	7.25	50.5
100	831.8	2.144	0.1038	2.56	7.30	43.9
110	825.7	2.202	0.1030	2.20	7.35	38.8
120	819.6	2.261	0.1022	1.92	7.40	34.9

Приложение 4

Значения постоянных для формулы Nu = c×(Gr_ж×Pr_ж)ⁿ

Условия теплоотдачи	c	n	Определяющий размер
Вертикальная пластина и труба: GrPr = 103..109 GrPr > 109	0.8 0.15	0.25 0.33	высота пластины или длина трубы
Горизонтальная труба: 10–3≤ GrPr ≤ 103 103≤ GrPr ≤ 108	1.18 0.5	0.125 0.25	диаметр трубы
Горизонтальная пластина при ламинарном режиме: охлаждение сверху охлаждение снизу	0,54 0,27	0,25 0,25	короткая сторона пластины

Приложение 5

Значение постоянных для формулы Nu = c×Re_жⁿ ×Pr^m_ж×(Pr_ж/Pr_c)^0,25

Условия теплоотдачи	c	n	m	Определяющий размер
Продольное обтекание пластины: Re < 5∙105 Re > 5∙105	0.66 0.037	0.5 0.8	0.33 0.43	длина (высота) пластины
Теплоотдача в гладких трубах при (1/d ≥ 50): Re < 2300 2300 < Re <104 Re > 104	0.15 0.008 0.021	0.33 0.9 0.8	0.33 0.43 0.43	внутренний диаметр трубы

Приложение 6

Природно-климатические условия по регионам РФ

Регион (область)	Температура наиболее холодных суток, °С	Средняя скорость ветра за январь, м/с	Регион (область)	Температура наиболее холодных суток, °С	Средняя скорость ветра за январь, м/с
Вологда	- 40	6	Орел	- 32	6.5
Воронеж	- 32	5.1	Пенза	- 35	5.6
Иваново	- 36	4.9	Пермь	- 41	5.2
Калуга	- 33	4.9	Псков	- 34	4.8
Киров	- 37	5.3	Рязань	- 36	7.3
Кострома	- 35	5.8	Свердловск	- 41	5
Курск	- 32	5.3	Смоленск	- 34	6.8
Ленинград	- 32	4.2	Тверь	- 37	6.2
Москва	- 35	4.9	Тула	- 35	4.9
Нижний Новгород	- 37	5.1	Ярославль	- 37	5.5

Приложение 7

Характеристика влажного воздуха

Регион (область)	Средняя температура наружного воздуха по месяцам, °С
	Максимальная амплитуда температуры воздуха по месяцам, °С
	Парциальное давление водяного пара наружного воздуха по месяцам, кПа
	IV	V	VI	VIII	IX	X
Вологда	2.10 26.6 0.55	9.50 24.5 0.82	14.4 23.1 1.22	14.7 21.9 1.38	9.00 19.2 0.99	2.50 15.5 0.67
Воронеж	5.90 18.8 0.69	14.0 20.5 0.93	18.0 20.4 1.25	18.7 20.1 1.42	12.8 20.8 1.02	5.60 21.6 0.73
Иваново	2.80 17.8 0.57	10.6 19.0 0.86	15.2 18.3 1.24	15.4 19.9 1.39	9.60 18.4 1.01	3.10 18.0 0.68
Калуга	3.80 23.4 0.63	11.9 22.4 0.95	15.5 23.5 1.32	16.0 24.4 1.48	10.5 26.1 1.06	4.20 21.0 0.70
Киров	2.00 19.8 0.53	9.80 25.1 0.78	15.5 19.8 1.13	15.4 18.7 1.30	9.00 18.1 0.96	1.50 15.9 0.62
Кострома	2.60 17.6 0.57	10.5 18.9 0.86	15.2 18.2 1.26	15.5 19.9 1.41	9.70 18.3 1.02	3.00 18.0 0.68
Курск	5.80 17.2 0.69	13.7 19.0 0.95	17.4 18.6 1.27	18.2 17.6 1.46	12.6 19.0 1.07	5.60 18.0 0.73
Ленинград	3.00 20.1 0.57	9.60 19.4 0.80	14.8 19.2 1.19	16.0 16.6 1.44	10.8 15.0 1.09	4.80 21.0 0.76
Москва	4.00 18.9 0.60	11.6 21.5 0.89	15.8 18.7 1.24	16.2 21.9 1.42	10.6 24.4 1.04	4.20 20.6 0.69
Нижний Новгород	3.40 16.2 0.59	11.2 19.9 0.86	16.3 17.3 1.22	16.3 19.0 1.40	10.7 19.3 1.01	4.80 18.7 0.73
Орел	4.80 22.4 0.69	12.8 19.7 0.96	16.8 20.0 1.30	17.4 20.8 1.44	11.6 22.3 1.06	4.80 18.7 0.73
Пенза	4.50 18.0 0.62	13.4 18.8 0.89	17.6 19.9 1.24	18.1 19.9 1.38	11.8 18.6 0.98	4.30 17.7 0.66
Пермь	2.60 20.0 0.52	10.2 25.3 0.74	16.0 21.3 1.15	15.6 20.6 1.29	9.40 19.9 0.93	1.60 20.5 0.58
Псков	4.00 20.3 0.64	11.0 20.8 0.90	15.2 19.2 1.24	15.7 21.8 1.44	10.8 22.4 1.10	5.00 18.4 0.78
Рязань	4.10 17.4 0.65	12.6 22.2 0.92	16.7 18.2 1.27	17.1 21.7 1.44	11.2 20.2 1.04	4.20 17.8 0.71
Свердловск	2.50 20.8 0.52	9.70 26.5 0.74	15.2 22.8 1.10	14.7 21.9 1.29	9.00 22.7 0.91	1.30 19.7 0.55
Смоленск	4.40 20.6 0.65	12.1 21.0 0.96	15.6 19.5 1.30	16.0 22.0 1.45	10.8 22.4 1.08	4.60 18.2 0.75
Тверь	3.20 19.4 0.61	10.8 23.4 0.89	14.9 25.0 1.28	15.3 22.9 1.43	9.80 23.3 1.04	3.70 18.7 0.70
Тула	4.40 19.5 0.66	12.4 24.4 0.93	16.4 20.8 1.27	16.6 23.2 1.44	11.1 23.9 1.05	4.70 22.0 0.71
Ярославль	2.90 22.5 0.59	10.4 20.3 0.86	14.8 18.7 1.28	15.2 20.4 1.43	9.60 18.7 1.02	3.20 17.1 0.68