Введение 9
1 Теоретическое описание силового кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена 11
1.1 Описание конструкции кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена 11
1.2 Описание свойств материалов кабелей 13
2 Основные проблемы эксплуатации кабельных линий на среднее напряжение 16
2.1 Механическое нарушение целостности изоляции, оболочки кабеля 18
2.2 Избыточные температуры, нагрев кабеля 20
2.3 Влияние параметров окружающей среды на кабель 22
3 Тепловое старение силового кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена 26
3.1 Процессы теплового старения полимерных материалов 26
3.2 Тепловое старение оболочки кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена 30
3.3 Теплофизические свойства силового кабеля 32
3.4 Распределение теплового поля в кабелях с СПЭ изоляцией 37
4 Исследование процессов теплообмена 39
4.1 Математическое моделирование теплового поля силового кабеля 39
4.2 Проверка адекватности алгоритма работы программы и математической модели 47
4.3 Исследование влияния параметров окружающей среды на тепловое поле кабеля 51
4.4 Результаты моделирования с учетом вариации параметров среды 55
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 63
5.1 Введение 64
5.2 Предпроектный анализ 64
5.2.1 Потенциальные потребители результатов исследования 64
5.2.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения 65
5.2.3 Технология QuaD 67
5.3 Планирование управления научно-техническим проектом 68
5.4 Бюджет научного исследования 72
5.5 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования 78
6 Социальная ответственность 82
6.1 Введение 83
6.2 Профессиональная социальная безопасность 84
6.2.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать объект исследования 84
проведении исследований 86
6.3 Экологическая безопасность 91
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 92
6.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект исследований 92
6.4.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть на рабочем месте при проведении
исследований 93
6.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 95
6.5.1 Специальные (характерные для проектируемой рабочей зоны) правовые нормы трудового
законодательства 95
6.5.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны 96
Заключение 98
Список использованных источников 99
Приложение А 105
В процессе эксплуатации изоляция кабелей стареет под влиянием тепловых и электрических полей. Номинальный срок службы изоляции 25 лет, однако, из-за различных условий эксплуатации степень старения изоляции различна. В связи с этим возникает вопрос об очередности замены кабельных линий. Для этого необходимо знать остаточный ресурс кабелей находящихся в эксплуатации.
В настоящее время нет четко прописанных рекомендаций по проведению профилактических испытаний в процессе эксплуатации кабелей. Тем не менее, в каталогах и инструкциях по эксплуатации отечественных и зарубежных предприятий-изготовителей даются рекомендации по испытанию кабельных линий после их монтажа. Так же существуют стандарты, описывающие обобщенные методы испытаний материалов изоляции и оболочек электрических кабелей.
Но при этом существующие стандарты не учитывают повышения температуры и изменения теплофизических свойств окружающей среды. Например, летом 2010 года в течении нескольких месяцев средняя температура в восточной части России превышала 30 °С. То есть вне зависимости от метода нагрузки кабеля, он не всегда работает по рассчитанному номинальному значению. В связи с тем, что существуют циклические изменения температуры, можно судить о том, что это динамический процесс, и в большинстве случаев расчет остаточного ресурса кабеля не подчиняется статистическим данным. Между тем, при длительном тепловом старении в изоляции и оболочке кабеля происходят различные процессы, скорость протекания которых не может не зависеть от геометрических размеров и конструкции кабеля.
Исследованию влияния изменения параметров окружающей среды в процессе эксплуатации на надежность кабельной линии посвящена данная работа.
Объектом исследования является силовой кабель на среднее напряжение с изоляцией из сшитого полиэтилена.
Предметом исследования является изменение теплофизических свойств окружающей среды за счет теплового поля кабеля и влияние данных изменений на надежность силовых кабельных линий.
Цель диссертационной работы состоит в исследовании надежности силового кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена с учетом вариации теплофизических свойств окружающей среды.
Для осуществления этой цели необходимо выполнить следующие
задачи:
1. Анализ основных проблем эксплуатации кабельных линий на среднее напряжение с изоляцией из сшитого полиэтилена;
2. Аналитический обзор процессов теплового старения полимерных материалов конструкционных элементов;
3. Рассмотрение распределения тепловых полей в кабелях с изоляцией из сшитого полиэтилена с учетом всех источников тепла;
4. Анализ существующих методик решения задач теплообмена и алгоритмов определения температурного поля;
5. На основе численных исследований оценить распределение тепловых полей кабелей с учетом нелинейных характеристик параметров окружающей среды.
При различных способах прокладки кабельной линии, динамика распределения тепловых полей разная, но на сегодняшний день при инженерных расчетах данные параметры принимаются как константы. Без учета влияния теплового поля кабеля на теплофизические свойства окружающей среды невозможно точно утверждать, насколько интенсивно происходит процесс теплового старения оболочки кабеля.
Данная научно-исследовательская работа включает в себя численное исследование процессов теплообмена кабельной линии и окружающей среды при помощи программного комплекса.
Для написания выпускной квалификационной работы был проведен анализ научной литературы. На основе изученных материалов рассмотрены конструкция силового кабеля и свойства используемых материалов, а также основные проблемы эксплуатации кабельных линий на среднее напряжение. Проведено моделирование тепловых полей в кабелях с изоляцией из сшитого полиэтилена с учетом влияния теплофизических свойств окружающей среды.
В работе применен метод конечных элементов для расчета температурного режима кабельной линии. Метод позволяет учесть тепловое взаимное влияние кабелей друг на друга, а также особенности прокладки. С помощью программной среды Elcut можно смоделировать кабель при определенных условиях прокладки и определить их температуру при различной нагрузке.
При проектировании силовых кабельных линий необходимо учитывать изменения окружающей среды, так как она значительно влияет на надежность кабельного изделия
Результаты математического моделирования стационарного теплового поля с использованием Elcut и физического эксперимента достаточно близки. Отличие между ними не превышает 4%, что свидетельствует о высокой эффективности системы моделирования тепловых полей, реализованных в программном продукте. Поэтому Elcut нужно использовать, так как он позволяет достаточно адекватно оценить ситуацию.
Предлагается практический подход для более точного определения термического сопротивления окружающей среды, которое впоследствии влияет на надежность кабеля в целом и на его ресурс.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
