Учет излучения в вакуумной дугогасительной камере (Задача 2)
Рассмотрим вопрос о влиянии излучения с поверхности токоведущей системы на нагрев изоляции на примере вакуумной дугогасительной камеры. Он выбран исходя из следующих соображений. После прохождения импульса тока электроды вакуумной дугогасительной камеры являются наиболее нагретыми частями токоведущей системы. Площадь их поверхности достаточно большая, например, по сравнению с лепестками гибкого токосъема, которые также значительно нагреты. Поэтому передача тепла за счет излучения наиболее интенсивно происходит именно в вакуумной дугогасительной камере.
Приведем (см. рис. 4.13,а) упрощенную модель вакуумной дугогасительной камеры, которая будет использована нами при проведении оценочных расчетов. На рис. 4.13,б представлена исходная геометрическая модель. Наиболее существенным упрощением является исключение из рассмотрения стального экрана (1), расположенного между электродами и керамическим изолятором (2), который заметно снижает интенсивность теплопередачи излучением с электродов на керамику, и задание завышенного значения коэффициента серости k=0.95 на поверхностях электродов и изолятора. Тем самым мы проведем "оценку сверху" влияния излучения на нагрев керамики.
Тепловой поток, нагревающий керамический изолятор, состоит из двух основных компонент. Это поток, поступающий от токоведущей системы через металлическую крышку камеры (3) и сильфон (4) посредством теплопроводности, и поток за счет излучения с электродов вакуумной дугогасительной камеры. Нашей задачей будет сравнение интенсивности этих потоков и анализ результата нагрева керамического изолятора в случае учета излучения и без него.
|
|
|
Рис. 4.13. Модель вакуумной дугогасительной камеры (а), геометрия расчетной модели (б).
После окончания воздействия четырехсекундного тока короткого замыкания электроды оказываются нагретыми до температуры порядка 600К. На рис. 4.14 представлено распределение температуры для электродов в сечении. Это означает, что доля тепловой энергии, переносимой излучением с поверхности электродов на керамический изолятор может оказаться сопоставимой с энергией, поступающей за счет теплопроводности.
Рис. 4.14. Распределение температуры электродов в сечении.
Излученная с поверхности электродов энергия нагревает керамику камеры и непосредственно прилегающую к ней опорную изоляцию и резину. В исходной модели изоляция нагревается только за счет тепловых потоков с электродов за счет теплопроводности.
На рис. 4.15 представлены зависимости теплового потока в объем керамического изолятора от времени за счет распространения тепла с более нагретых электродов излучением через вакуум, и за счет механизма теплопроводности через стальную крышку и сильфон камеры. В момент времени 4с тепловой поток через стальные элементы практически равен нулю, тогда как поток тепла, передающийся излучением, максимален и составляет примерно 17.5Вт. С течением времени вклад излучения уменьшается, а вклад теплопроводности увеличивается. В 15с их значения становятся равными, а затем теплопроводность превосходит излучение.
|
|
|
Рис. 4.15. Зависимости теплового потока в объем керамического изолятора от времени за счет распространения тепла с более нагретых электродов излучением через вакуум, и за счет механизма теплопроводности через стальную крышку и сильфон камеры.
Также оценить степень влияния излучения в вакуумной дугогасительной камере можно, сравнив зависимости температуры от времени в точке, которая расположена в центре стенки керамической изоляции для задачи с учетом и без учета излучения. На рис. 4.16 кривая, полученная из задачи, в которой учитывается излучение, расположена немного выше кривой, которая была получена при условии адиабаты на поверхности электродов.
|
|
|
Рис. 4.16. З ависимости температуры от времени в точке, которая расположена в центре стенки керамической изоляции для задачи с учетом и без учета излучения.
На рис. 4.17 представлены контурные графики распределения температуры вакуумной дугогасительной камеры для 4с и 50с. Тепло с нагретых в результате токопрохождения электродов может распространяться на керамический изолятор двумя способами: излучением на поверхность керамики через вакуум и распространением тепла через верхнюю крышку камеры и упрощенного сильфона. На рис. 4.15 представлены распределения температуры для вакуумной дугогасительной камеры в различные моменты времени. Видно, что нагрев керамического изолятора в момент времени, соответствующий окончанию токопрохождения, происходит преимущественно только за счет излучения. Этому соответствует расположение максимума температуры керамики в области напротив электродов. В момент времени 50с максимум температуры локализован в месте контактирования со стальными элементами. Можно предположить, что в этот момент времени нагрев происходит преимущественно за счет тепла, распространяющегося через стальные элементы.
Рис. 4.17. Контурные графики распределения температуры вакуумной дугогасительной камеры для 4с (а) и 50с (б).
Как было показано, учет излучения несущественно влияет на перераспределение тепла. Керамический изолятор, который непосредственно контактирует с изоляцией, нагревается до незначительной температуры.
Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 228; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!