Анализ решения для исходной модели (Задача 1)
Проанализируем температурные поля, рассчитанные в предположениях исходной модели. Кривые изменения во времени максимальной температуры для опорной изоляции и резины приведены на рис. 4.8. Кривые ведут себя схожим образом. После выключения тока максимальная температура уменьшается, затем, примерно с 20-й секунды растет, выходит на максимальное значение в интервале 60сч80с и далее монотонно убывает.
Рис. 4.8. Изменения во времени максимальной температуры для опорной изоляции и резины.
Поясним такое поведение кривых и покажем, как изменяется со временем локализация мест наиболее нагретых частей изоляции. Если рассматривать изоляцию в целом, то она нагревается за счет теплового потока, идущего с поверхности токоведущей системы. Других внешних источников тепла для нее нет. Поэтому в каждый момент времени наиболее нагретая область изоляции - это та или иная часть ее границы с токоведущей системой. Расположение этой области с течением времени изменяется, так как происходит существенное перераспределение тепла внутри самой токоведущей системы. Проследим за изменением температуры поверхности тех ее частей, которые непосредственно контактируют с изоляцией, а именно, за изменением температуры поверхности выводов верхнего и нижнего терминала.
Рис. 4.9. Распределение температуры в сечении токоведущей системы в момент времени 4с.
|
|
|
Распределение температуры в сечении токоведущей системы в момент времени 4с представлено на рис. 4.9. Наиболее нагретыми частями являются зубцы и накладки электродов, а также ламели гибкого токосъема, т.к. эти области характеризуются наибольшими значениями контактных и распределенных омических сопротивлений. Максимум температуры на выводе нижнего терминала располагается в плоскости AAˊ, т.к. в этой области, помимо джоулева тепла, имеется дополнительный источник - соответствующее контактное сопротивление, и составляет 382К. Заметим, что в силу несимметрии контактирующих деталей сечение AAˊ несколько смещено от поверхности контакта вглубь вывода нижнего терминала. Причины этого описаны выше в параграфе 3.5.
Проведя аналогичные рассуждения, можно показать, что максимальная температура верхнего терминала располагается в сечении BBˊ. Значение температуры в сечении AAˊ больше, чем в BBˊ на 16К. Это связано с тем, что сечение шины нижнего терминала значительно меньше, чем сечение вывода верхнего терминала, соответствующим образом соотносятся и плотности джоулева тепловыделения.
Распределения температуры для опорной изоляции и резины в момент времени 4с представлены на рис. 4.10. Максимум температуры располагается в области контактирования изоляционного материала и вывода нижнего терминала, выделенной на рисунке красным овалом.
|
|
|
Рис. 4.10. Распределения температуры для опорной изоляции (а) и резины (б) в момент времени 4с.
После выключения тока происходит перераспределение тепла по токоведущей системе и изоляционным материалам. В силу большей теплопроводности металла данный процесс наиболее эффективен в токоведущей системе. Тепло от нагретых электродов и гибкого токосъема распространяется к верхнему и нижнему терминалам. Напомним, что теплоотвода через внешние сечения коммутационного модуля в рассматриваемом случае не происходит. Там задано условие адиабаты. Ниже, мы покажем, к каким результатам может привести учет этого теплоотвода, вызванного наличием внешней ошиновки при проведении легализационных испытаний.
Температура на поверхности выводов терминалов, за которой мы следим, будет изменяться по-разному. Вывод верхнего терминала связан с электродами вакуумной дугогасительной камеры, нагретыми за 4с до большой температуры, непосредственно. Поэтому тепловой поток направлен от вакуумной дугогасительной камеры к верхнему терминалу. Его температура продолжает возрастать.
|
|
|
Вывод нижнего терминала и гибкий токосъем разделены массивным алюминиевым терминалом, средняя температура которого в 4с составляет 306К. Поэтому тепло с вывода нижнего терминала и гибкого токосъема будет перераспределяться в этот элемент.
Распределение температуры токоведущей системы в момент времени 60с представлено на рис. 4.11. В результате перераспределения тепла, наиболее прогретым элементом, контактирующим с изоляцией, является верхний терминал, он выделен красным овалом на рисунке. Этим и объясняется возникновение второго максимума на графике зависимости максимальной температуры от времени для изоляции. Максимальное значение на выводе нижнего терминала смещается, в силу условия адиабаты, к внешнему сечению аппарата СС ˊ.
Рис. 4.11. Распределение температуры токоведущей системы в момент времени 60с.
Расположение второго максимума температуры обозначено на рис. 4.12.
Рис. 4.12. Распределение температуры в момент времени 60с.
Обратимся к исследованию вопроса о том, насколько могут изменить картину нагрева изоляции те процессы, которые не были учтены в рассмотренной выше модели. А именно, теплопередача за счет излучения в камере, конвекции в воздушных полостях, конвективного охлаждения внешней поверхности изолятора, дополнительное тепловыделение в датчике тока и теплообмен коммутационного аппарата с внешними шинами.
Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 235; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!