31-Mar-21 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: HiỆN TƯỢNG PHÁT NÓNG/ LÀM MÁT TRONG THIẾT BỊ ĐiỆN Chương 2: HiỆN TƯỢNG PHÁT NÓNG/ LÀM MÁT TRONG THIẾT BỊ ĐiỆN - Tổng quan q trình nhiệt thiết bị điện - Cơng suất tổn hao thiết bị điện - Quá trình phát nóng - Q trình nguội - Sự truyền nhiệt vật thể phát nóng chế độ xác lập - Các chế độ làm việc thiết bị điện BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 1 BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 2 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Tổng quan trình nhiệt thiết bị điện Vật liệu thiết bị điện: -Vật liệu dẫn điện -Vật liệu dẫn từ -Vật liệu cách điện Điện trường Từ trường Đốt chi tiết lan truyền thiết bị Nhiệt ( T) Tổng quan trình nhiệt thiết bị điện Cơng suất tổn hao(P) Vật liệu thiết bị điện: Thiết bị bị phát nóng -Vật liệu dẫn điện -Vật liệu dẫn từ -Vật liệu cách điện Từ trường Đốt chi tiết lan truyền thiết bị Nhiệt ( T) Quá trình nhiệt: Điện trường Thiết bị bị phát nóng θ - Q trình q độ - Q trình xác lập θơđ Điện trường Từ trường - Quá trình độ: Một phần nhiệt làm tăng nhiệt độ θo θôđ Một phần nhiệt tỏa môi trường xung quanh Vật liệu dẫn từ - Quá trình xác lập: Tồn nhiệt tỏa mơi trường xung quanh Nhiệt độ không thay đổi nhiệt độ ổn định: θôđ Vật liệu dẫn điện Vật liệu cách điện BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 3 Công suất tổn hao (P) θ0 t Quá độ BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) Xác lập 4 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Tổng quan trình nhiệt thiết bị điện θ Quá trình nhiệt: - Quá trình độ - Quá trình xác lập Yêu cầu: Nhiệt độ phát nóng thiết bị phải nhỏ nhiệt độ cho phép Tổng quan trình nhiệt thiết bị điện θôđ θ0 t Trong vật liệu: dẫn điện, dẫn từ, cách điện Vật liệu cách điện chịu nhiệt Quá độ Xác lập Nhiệt độ cho phép thiết bị điện qui định nhiệt độ cho phép cách điện BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) Cấp cách điện Y A E B F H C Cấp cách điện Y A E B F H C Nhiệt độ cho phép [0C] 90 105 120 130 155 180 >180 Nhiệt độ cho phép [0C] 90 105 120 130 155 180 >180 BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 6 31-Mar-21 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Cơng suất tổn hao thiết bị điện Công suất tổn hao thiết bị điện Nếu dây dẫn có tiết diện q dọc theo toàn chiều dài l, vectơ mật độ dịng điện vng góc phân bố bề mặt tiết diện q: 2 Năng lượng tổn hao vật liệu kỹ thuật điện đơn vị thời gian gọi công suất tổn hao - Công suất tổn hao chi tiết dẫn điện Điện trở vật dẫn điện: - Công suất tổn hao chi tiết cách điện R = 1- Công suất tổn hao chi tiết dẫn điện l q : Điện trở suất vật dẫn điện phụ thuộc nhiệt độ Dòng điện vật dẫn điện công suất tổn hao P = 1 1 + ( − 1 ) j dv V - 1 : Điện trở suất nhiệt độ 1 - [1/oC]: hệ số nhiệt điện trở : Al = 0,0042 (1/oC); Cu=0,0043 (1/oC) j : Mật độ dòng điện [A/m 2] ρ: Điện trở suất [Ω.m]; V : Thể tích vật dẫn điện [m 3] BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) I l P = j V = j l q = I R - Công suất tổn hao chi tiết dẫn từ P= q Thường cho sẵn 1 1 = 00C nên = 0 (1+ ) 7 BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 8 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Cơng suất tổn hao thiết bị điện Công suất tổn hao thiết bị điện Điện trở vật dẫn điện: Hiệu ứng bề mặt: - Dòng điện DC chạy qua vật dẫn điện RDC = R = Hiệu ứng bề mặt sinh tượng phân bố dòng điện không bề mặt tiết diện q vật dẫn điện: mật độ dòng điện phân bố mặt lớn khu vực tâm vật dẫn điện l q Hiệu ứng bề mặt đánh giá hệ số bề mặt kbm - Dòng điện AC chạy qua vật dẫn điện RAC = k f R = k f l q kbm Hệ số tổn hao phụ hiệu ứng bề mặt phụ thuộc vào: - Tần số dịng điện f - Thơng số hình học tiết diện vật dẫn điện kf = kbm kg >1 : Hệ số tổn hao phụ hiệu ứng bề mặt (kbm >1) hiệu ứng gần (kg >1) BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 9 BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 10 10 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Công suất tổn hao thiết bị điện Công suất tổn hao thiết bị điện Hệ số tổn hao phụ hiệu ứng bề mặt phụ thuộc vào: - Tần số dịng điện f - Thơng số hình học tiết diện vật dẫn điện Hiệu ứng gần: Hiệu ứng gần tượng phân bố dịng điện khơng tiết diện vật dẫn điện, đặt gần nhau, có dịng điện AC chạy qua Hiệu ứng gần đánh giá hệ số gần kg BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 11 11 BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 12 12 31-Mar-21 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Cơng suất tổn hao thiết bị điện Công suất tổn hao thiết bị điện 2- Công suất tổn hao chi tiết dẫn từ 2- Công suất tổn hao chi tiết dẫn từ Vật dẫn từ (mạch từ, chi tiết sắt thép, vỏ máy hợp kim sắt…) vùng từ trường biến thiên Công suất tổn hao dịng điện xốy từ trễ PVatDanTu = PXoay + PTuTre - Mạch từ ghép thép kỹ thuật điện BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 13 13 BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 14 14 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Cơng suất tổn hao thiết bị điện Công suất tổn hao thiết bị điện 2- Công suất tổn hao chi tiết dẫn từ 3- Công suất tổn hao chi tiết cách điện U2 - Tổn hao Joule vật liệu cách điện không đáng kể P = 0 R Do điện trở R cách điện lớn Vật dẫn từ (mạch từ, chi tiết sắt thép, vỏ máy hợp kim sắt…) vùng từ trường biến thiên Công suất tổn hao dịng điện xốy từ trễ - Khi điện trường biến thiên Công suất tổn hao điện môi vật liệu cách điện PVatDanTu = PXoay + PTuTre P = U C tg - Mạch từ ghép thép kỹ thuật điện P : Công suất tổn hao cách điện [ W] ω= 2πf , f: Tần số điện trường [Hz] U : Điện áp [V] C : Điện dung [F] tg: Hệ số tổn hao điện môi = − φ: góc lệch pha dịng áp Cơng suất tổn hao từ trễ dịng điện xoáy đơn vị khối lương pTu Tre = ptr f B f B0 f B p Xoay = p x f B0 ptr, px [W/kg] : Công suất tổn hao từ trễ dịng xốy đơn vị khối lượng tần số f0 từ cảm B0 Có thể xác đinh đồ thị thực nghiệm sổ tay vật liệu BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 15 15 BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 16 16 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Q trình phát nóng - Q trình nguội Q trình phát nóng - Q trình nguội Q trình phát nóng Xét vật thể đồng nhất, đẳng nhiệt có nguồn nhiệt nội tại: VD: Thanh đồng có dịng điện chạy qua - Cơng suất nhiệt P= số - Nhiệt độ điểm vật thể - Hệ số tỏa nhiệt kT [W/m C] nhiệt dung riêng C [W.s/0C] d K T S P + − = dt C C 17 kT : Hệ số tỏa nhiệt [W/m2 0C] - Với điều kiện ban đầu : t = , = = 00 ( = od − e Phương trình cân nhiệt năng: BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) :Độ tăng nhiệt độ so với nhiệt độ môi trường [oC] S : Diện tích tỏa nhiệt [m 2] C : Nhiệt dung [W.s/oC] Giải phương trình vi phân bậc với điều kiện ban đầu t=0 , Năng lương sản sinh bên vật thể thời gian dt (Pdt) biến thành nhiệt năng: phần làm tăng nhiệt độ (Cd), phần tỏa mơi trường xung quanh (kTS dt) P.dt = C.d + kT S..dt = − o d kT S P + − = dt C C −t T ) Đường od = − o : Độ chênh nhiệt độ so với nhiệt độ mơi trường, oC S : Diện tích tỏa nhiệt [m2] C : Nhiệt dung [W.s/oC] kT : Hệ số tỏa nhiệt [W/m 0C] 17 od = P kT S C T= kT S BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) : Độ tăng nhiệt ổn định [oC] t : Hằng số thời gian phát nóng [s] 18 18 31-Mar-21 Quá trình phát nóng - Q trình nguội Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện d K T S P + − = dt C C = − o Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Q trình phát nóng - Q trình nguội = 0e :Độ tăng nhiệt độ so với nhiệt độ môi trường [oC] S : Diện tích tỏa nhiệt [m 2] C : Nhiệt dung [W.s/oC] = 0e −t T ( 0 + od − e −t T ) : Độ tăng nhiệt ổn định [oC] −t T ) od P kT S 2 T Chế độ xác lập nhiệt: công suất tổn hao gây phát nóng vật thể cân với cơng suất nhiệt tỏa môi trường xung quanh o t trình cân nhiệt P = kT S. od : ởPhương chế độ xác lập T 2T 3T 4T 5T 2- Nếu toàn lương tổn hao không tỏa môi trường xung quanh mà dùng để đốt nóng vật thể (chế độ đoạn nhiệt, đường 3): o P dt = C d → = t 19 19 P t = od t C T t = T = od - Hằng số thời gian phát nóng T thời gian làm việc cần thiết để nhiệt độ vật thể đạt nhiệt độ ổn định không tỏa môi trường xung quanh (chế độ đoạn nhiệt) - Hằng số thời gian T lớn trình phát nóng vật thể kéo dài : Hằng số thời gian phát nóng [s] BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 20 20 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Q trình phát nóng - Q trình nguội Sự truyền nhiệt vật thể phát nóng chế độ xác lập P.dt = C.d + kT S..dt Quá trình nguội Quá trình nguội vật thể xảy nguồn cơng suất nhiệt Phương trình cân nhiệt: C.d + kT S..dt = Giải phương trình vi phân Với điều kiện đầu t = T = od e −t T = od Các dạng truyền nhiệt - Truyền nhiệt dẫn nhiệt Thường gọi Truyền nhiệt - Truyền nhiệt đối lưu Thường gọi Tỏa nhiệt - Truyền nhiệt xạ Dẫn nhiệt trình trao đổi nhiệt phần vật thể hay vật thể có nhiệt độ khác chúng tiếp xúc với Ví dụ sắt bị đốt nóng đầu đầu bị nóng hay áp tay vào vật nóng tay cảm giác phát nóng P=0 od Đối lưu trình trao đổi nhiệt nhờ chuyển động chất lỏng chất khí vùng có nhiệt khác Sự tỏa nhiệt đối lưu - trường hợp đặc biệt trao đổi nhiệt đối lưu trình trao đổi nhiệt bề mặt vật rắn với chất lỏng chất khí chuyển động Bức xạ trình trao đổi nhiệt dạng tia nhiệt vật thể phát nóng xạ môi trường xung quanh : tia sáng, tia hồng ngoại Đường t C T= kT S : Hằng số thời gian phát nóng [s] BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 21 21 BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 22 22 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Sự truyền nhiệt vật thể phát nóng chế độ xác lập Sự truyền nhiệt vật thể phát nóng chế độ xác lập Phương trình truyền nhiệt Fourrier Các dạng truyền nhiệt Vi phân nhiệt lượng dQ truyền qua diện tích vi phân dS vng góc với phương truyền nhiệt x khoảng thời gian dt : - Truyền nhiệt dẫn nhiệt Thường gọi Truyền nhiệt - Truyền nhiệt đối lưu Thường gọi Tỏa nhiệt - Truyền nhiệt xạ d Q = − Ví dụ : Quá trình trao đổi nhiệt bề mặt chất rắn với chất khí nhiệt độ không lớn thực chủ yếu đối lưu, ảnh hưởng xạ tính đến thông qua hệ số hiệu chỉnh Hệ số tỏa nhiệt kT [W/m2 0C] = hệ số tỏa nhiệt đối lưu + hệ số tỏa nhiệt xạ Hệ số dẫn nhiệt: [W/m0C] BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 23 x dQ dS Trong thực tế ba dạng trao đổi nhiệt xảy đồng thời có ảnh hưởng lẫn gọi trao đổi nhiệt hỗn hợp Ta cần xét xem dạng trao đổi nhiệt bản, ảnh hưởng dạng lại tính đến cách dựa vào hệ số hiệu chỉnh 23 ( + od − e t → → od = 1- Khi od Đường P od = kT S C T= kT S T Nhận xét: Giải phương trình vi phân bậc với điều kiện ban đầu t=0 , - Với điều kiện ban đầu : t = , −t dSdt x S : hệ số dẫn nhiệt [W/m0C] S dQ Nếu nhiệt lương Q truyền đồng qua điểm dQ tiết diện S: → dS BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) x dS = const S 24 24 31-Mar-21 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Sự truyền nhiệt vật thể phát nóng chế độ xác lập - Nhiệt lượng Q (VD: công suất tổn hao vật dẫn điện) truyền qua diện tích S vật khơng có nguồn nhiệt nội (VD: vật cách điện) Vật thể dẫn điện có cơng suất tổn hao P dQ - Nhiệt thông: T = : Công suất nhiệt dt dQ - Mật độ nhiệt thông: Truyền nhiệt qua vật cách điện vách phẳng có bề dày δ Khi x = 0, = 1 x Q → = 1 − = T RT = T0 = T S dSdt x S T = − S x S x = T RT S 25 25 T = P RT 2 BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 26 26 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Sự truyền nhiệt vật thể phát nóng chế độ xác lập Sự truyền nhiệt vật thể phát nóng chế độ xác lập VÍ DỤ: Cho dẫn đồng dài có tiết diện chữ nhật 100mm x 10mm Tổn hao công suất nhiệt Joule cm chiều dài dẫn 2W Thanh dẫn bọc lớp cách điện dày 1mm có hệ số dẫn nhiệt = 0,114 W/m0C Hãy xác định độ tăng nhiệt bề dày lớp cách điện? TƯƠNG QUAN GIỮ CÁC ĐẠI LƯỢNG NHIỆT VÀ ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN Đại lượng nhiệt Đơn vị Nhiệt lượng Q Nhiệt thông T Mật độ nhiệt thông Hệ số dẫn nhiệt Độ chênh nhiệt Nhiệt trở RT Nhiệt dung C Đại lượng điện W.s W W/m W/m0C 0C 0C/W W.s/ 0C Đôn vị Điện lượng Dòng điện Mật độ dòng điện Điện dẫn suất Điện áp Điện trở Điện dung A.s A A/m 1/m V F (Bỏ qua tổn hao điện môi truyền nhiệt qua phầân góc) 10 BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 27 27 2 1 100 BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 28 28 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Sự truyền nhiệt vật thể phát nóng chế độ xác lập Sự truyền nhiệt vật thể phát nóng chế độ xác lập TỎA Vì dẫn dài, đồng đẳng nhiệt (do hệ số dẫn nhiệt đồng lớn) nên nhiệt lượng không truyền dọc theo dẫn, truyền theo phương vuông góc với lớp cách điện 2 1 10 100 RT = 10 1 RT T = P Sơ đồ nhiệt tương đương BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) = 0C W S − = od = Với: δ = 1x10-3 m : bề dày lớp cách điện S= [(100+10)x2x10-3 ] x [ 10x 10-3 ]= NHIỆT từ bề mặt vât thể phát nóng mơi trường xung quanh Nhiệt lượng truyền tới mặt lớp cách điện tỏa nhiệt mơi trường xung quanh (có nhiệt độ θ0) tỏa nhiệt đối lưu, xạ theo phương trình cân nhiệt Newton chế độ xác lập - Nhiệt trở đơn vi chiều dài lớp cách điện: 29 2 Định luật OHM trường nhiệt 1 BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) x 1 Có thể mơ tả q trình nhiệt sơ đồ nhiệt (tương tự mạch điện) T : Nhiệt thông S T = P : nhiệt trở dẫn nhiệt qua vách cách điện có bề dày , tiết diện S hệ số dẫn nhiệt [0C/W] = T RT - Phương trình truyền nhiệt Fourrier: d Q = − T = − x = , = 2 S Nếu gọi P công suất tổn hao vật dẫn điện chế độ xác lập nhiệt ta có: P = T Sự truyền nhiệt vật thể phát nóng chế độ xác lập Vật thể cách điện 2,2.10-3 m2 : Tiết diện lớp cách điện mà nhiệt truyền qua RTN = λ = 0,114 W/m.0C : Hệ số dẫn nhiệt lớp cách điện - Độ tăng nhiệt bề dày lớp cách điện: kT S mặt T = P T = T RTN kT S 1 : Nhiệt trở ứng với tỏa nhiệt từ bề mặt vật thể mơi trường xung quanh (có nhiệt độ θ0) kT : Hệ số tỏa nhiệt (do đối lưu, xạ) - θ1 : Nhiệt độ mặt lớp cách điện nhiệt độ dẫn - θ2 : Nhiệt độ mặt lớp cách điện 29 BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) RT = S x 0 T : Nhiệt thông bề mặt tỏa nhiệt với công suất tổn hao vật dẫn điện bỏ qua công suất tổn hao cách điện = 1 − 2 = T RT = P.RT = 2.4 = 80 C mặt S 2 RTN RT T = P 1 2 0 Sơ đồ nhiệt tương đương 30 30 31-Mar-21 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Sự truyền nhiệt vật thể phát nóng chế độ xác lập Sự truyền nhiệt vật thể phát nóng chế độ xác lập VÍ DỤ: Cho dẫn đồng dài có tiết diện chữ nhật hình Thanh đồng có điện trở m/m Thanh dẫn bọc lớp cách điện dày 1mm có hệ số dẫn nhieät = 0,114 W/m0C hệ số tỏa nhiệt môi trường kT = 15 W/m2.0C Nhiệt độ môi trường 40 oC Hãy xác định nhiệt độ bề mặt bên bên ngồi lớp cách điện dòng điện qua đồng: a) 250 A? 0 = 400 C b) 500 A? Thanh dẫn bọc cách điện ví dụ đặt mơi trường khơng khí có nhiệt độ mơi trường 400C, hệ số tỏa nhiệt môi trường kT = 15 W/m2.0C Xác định nhiệt độ mặt lớp cách điện? 0 = 400 C - Nhiệt trở tỏa nhiệt môi trường đơn vi chiều dài kT 2 1 10 1 ( ) = ( )( + 30,30 ) = 68,60 C RTN RT 1 = = 30,30 C W kT S 15 2, 2.10 −3 = 1 − 0 = T ( RT + RTN ) = P ( RT + RTN ) 10 100 T = P RTN = 0 2 - Nhiệt độ dẫn nhiệt độ mặt lớp cách điện: 10 1 = + 0 = 68,6 + 40 = 108,60 C Sơ đồ nhiệt tương đương - Nhiệt độ mặt lớp cách điện: 31 31 kT BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 32 32 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Sự truyền nhiệt vật thể phát nóng chế độ xác lập Sự truyền nhiệt vật thể phát nóng chế độ xác lập Truyền nhiệt qua vật cách điện vách trụ bán kính R , R2 Truyền nhiệt qua vật cách điện vách trụ bán kính R , R2 Xét dây dẫn tròn bọc cách điện, chiều dài l, bán kính dây dẫn R1, bán kính kể A l cách điện R2; hệ số dẫn nhiệt lớp Cách điện cách điện ; nhiệt độ phần dẫn điện 1 Dây dẫn (chính nhiệt độ mặt lớp cách r dr R điện), nhiệt độ bề mặt lớp cách điện 2 Tính nhiệt trở? R Nếu l >> R1, R2 nhiệt truyền theo A-A hướng ngang trục (hướng kính)! S Phương trình truyền nhiệt Fourrier: T = − x A → − d = 2 → 1 R2 → = T dr 2 l r −d = R1 − = = A T 2 l R2 R1 A dr r l Cách điện Dây dẫn R dr = T ln r 2 l R1 T = P RT = 33 r dr R1 1 = 1 − = T RT 33 2 R2 A-A : Nhiệt thông ống trụ chiều dài l (chính c/s tổn hao P dây dẫn) R ln 2 l R1 : Nhiệt trở vách trụ chiều dài l (lớp cách điện) BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 34 34 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Sự truyền nhiệt vật thể phát nóng chế độ xác lập Sự truyền nhiệt vật thể phát nóng chế độ xác lập Ví dụ: Cho dây dẫn đồng có tiết điện mm2, có vỏ nhựa dày mm Hệ số dẫn nhiệt = 0,114 W/m0C hệ số tỏa nhiệt môi trường kT = 15 W/(m2.oC) Điện trở suất đồng 1,72×10-8 m 20 oC, hệ số nhiệt điện trở 0,004 (1/ oC), hệ số dẫn nhiệt lớn, khả chịu nhiệt lớp vỏ nhựa 105 oC a) Biết nhiệt độ mơi trường 25 oC Tính dịng điện lớn dây dẫn? b) Tính lại nhiệt độ mơi trường 40 oC? c) Tính nhiệt độ lõi đồng dòng điện 15 A nhiệt độ môi trường 40 oC? Hoặc xét đơn vị chiều dài ống trụ = 1 − 2 = T DonVi RT DonVi T P : Nhiệt thông đơn vị chiều dài ống trụ = l l (chính c/s tổn hao đơn vị chiều dài dây dẫn ) R : Nhiệt trở đơn = ln vị chiều dài vách trụ Dây dẫn 2 R1 (lớp cách điện) T DonVi = RT DonVi Lớp cách điện RT DonVi = BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 35 2 100 2 = 1 − = 108,6 − = 100,60 C BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 1 2 i R ln i +1 Ri i : Nhiệt trở đơn vị chiều dài vách trụ Nếu dây dẫn bọc nhiều lớp cách điện có hệ số dẫn nhiệt λi 1 R1 i Ri Lớp cách điện i 35 BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) A A l Cách điện Dây dẫn R1 r dr 1 2 R2 A-A 36 36 31-Mar-21 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Các chế độ làm việc thiết bị điện Các chế độ làm việc thiết bị điện - Chế độ làm việc dài hạn - Chế độ làm việc ngắn hạn - Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại - Chế độ làm việc dài hạn - Chế độ làm việc ngắn hạn - Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại Chế độ làm việc dài hạn: Thời gian làm việc (tlv) đủ lớn để nhiệt độ đạt nhiệt độ ổn định ( = ođ) thời gian nghỉ (tng) đủ dài để nhiệt độ giảm đến nhiệt độ môi trường ( = 0) Chế độ làm việc ngắn hạn: Thời gian làm việc (tlv) đủ nhỏ để nhiệt độ chưa đạt nhiệt độ ổn định ( < ođ) thời gian nghỉ (tng) đủ dài để nhiệt độ giảm đến nhiệt độ môi trường ( = 0) Có thể tăng cơng suất chế độ ngắn hạn, ngắn hạn lập lại Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại: Chế độ làm việc có chu kỳ với thời gian chu kỳ tck = tlv + tng Khoảng thời gian làm việc (tlv) đủ nhỏ để nhiệt độ chưa đạt nhiệt độ ổn định ( < ođ) thời gian nghỉ (tng) đủ ngắn để nhiệt độ giảm chưa đến nhiệt độ môi trường ( = 0) BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) Tương quan công suất nhiệt (công suất tổn hao, công suất làm việc, dòng điện làm việc thiết bị điện) chế độ ngắn hạn, ngắn hạn lập lại so với chế độ dài hạn với điều kiện phát nóng cho phép 37 37 Xác định: Hệ số q cơng suất, dịng điện thiết bị điện làm việc chế độ ngắn hạn, ngắn hạn lặp lại BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Các chế độ làm việc thiết bị điện 1 Chế Các chế độ làm việc thiết bị điện 1 Chế độ làm việc dài hạn : Thời gian làm việc (tlv) đủ lớn để nhiệt độ đạt nhiệt độ ổn định ( = ođ) thời gian nghỉ (tng) đủ dài để nhiệt độ giảm đến nhiệt độ môi trường ( = 0) độ làm việc dài hạn: Thời gian làm việc (tlv) đủ lớn để nhiệt độ đạt nhiệt độ ổn định ( = ođ) thời gian nghỉ (tng) đủ dài để nhiệt độ giảm đến nhiệt độ môi trường ( = 0) - Theo lý thuyết, thời gian làm việc (tlv) thời gian nghỉ (tng) vô - Theo lý thuyết, thời gian làm việc (t lv) thời gian nghỉ (tng) vô = od (1 − e −4 ) 0,982 od od - Thực tế t = 4T: t = 4T T= C kT S ( = od − e od −t T t = 4T = od (1 − e −4 ) 0,982 od od sai số tương đối Δ%< Độ chênh nhiệt ổn định xác định phương trình cân nhiệt Newton od = ) : Độ tăng nhiệt ổn định [oC] Vậy tlv > 4T trình nhiệt xác lập ổn định Thiết bị làm việc chế độ dài hạn od : Hằng số thời gian phát nóng [s] P = kT S - Thực tế t = 4T: sai số tương đối Δ% < P kT S Để đảm bảo tuổi thọ làm việc thiết bị điện độ chênh nhiệt ổn định ođ hay nhiệt độ ổn định θođ thiết bị điện phải nhỏ độ chênh nhiệt nhiệt độ cho phép thiết bị điện - Nhiệt độ cho phép thường quy định nhiệt độ cho phép vật liệu cách điện sử dụng thiết bị điện t Để sử dụng tối ưu hóa vật liệu thiết bị điện, người ta thường thiết kế cho nhiệt độ ổn định thiết bị điện làm việc định mức không nhỏ nhiều so với nhiệt độ cho phép (nhiệt độ cho phép cách điện) 4T BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 39 39 BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 40 40 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Các chế độ làm việc thiết bị điện 2 Chế dh = Khi t = tlv = 1< dh → thiết bị điện làm việc non tải = nh (1 − e − t T ) Với: Với: nh Pdh kT S P = nh kT S t tlv Inh Để sử dụng hết khả làm việc thiết bị điện, ta tăng dòng điện làm việc tới Inh BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) Các chế độ làm việc thiết bị điện độ làm việc ngắn hạn: Thời gian làm việc đủ nhỏ (tlv < 4T) để nhiệt độ chưa đạt nhiệt độ ổn định ( < nh ođ) thời gian nghỉ (tng) đủ dài để nhiệt độ giảm đến nhiệt độ môi trường ( = 0) = od dh t t − − = od (1 − e T ) = dh (1 − e T ) 41 38 38 I tlv tng t 41 BMTBĐ-BĐNLĐC-PVLong (TCBinh edited 2016) 42 42 31-Mar-21 Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Chương 2: Hiện tương phát nóng/làm mát thiết bị điện Các chế độ làm việc thiết bị điện Các chế độ làm việc thiết bị điện − t = tlv = nh (1 − e nh = t dh − lv (1 − e T ) tlv T ) = dh nh od = dh 1 t Khi tlv