Bài giảng khí cụ điện chương 3 sự phát nóng của thiết bị điện

CHƯƠNG SỰ PHÁT NÓNG CỦA THIẾT BỊ ĐIỆN KHÁI NIỆM CHUNG Ở trạng thái làm việc, pận TBĐ : mạch vòng dẫn điện, mạch từ, chi tiết kim loại cách điện có tổn hao lượng tác dụng biến thành nhiệt Một phần nhiệt làm tăng nhiệt đọ TBĐ, phần khác tỏa môi trường xung quanh Ở chế độ xác lập nhiệt, nhiệt độ thiết bị không tăng lên mà đạt trị số ổn định, cịn tồn nhiệt tỏa môi trường xung quanh KHÁI NIỆM CHUNG Nếu nhiệt độ TBĐ tăng cao cách điện bị già hóa độ bền ch tiết bị suy giảm Khi tăng nhiệt độ vật liệu cách điện lên 8oC so với nhiệt độ cho phép chế độ dài hạn tuổi thọ cách điện giảm 50% Với vật liệu dẫn điện thông dụng Cu, tăng nhiệt độ từ 100oC đến 250oC độ bền giảm 40%, độ bền chúng giảm nên lực điện động trường hợp ngắn mạch làm hư hỏng thiết bị Do độ tin cậy thiết bị phụ thuộc vào nhiệt độ phát nòng chúng KHÁI NIỆM CHUNG Trong tính tốn phát nóng TBĐ thường dùng số khái niệm sau : o : nhiệt độ phát nóng ban đầu, thường lấy nhiệt độ mơi trường  : nhiệt độ phát nóng  =  - o : độ chênh nhiệt so với nhiệt độ môi trường , vùng ôn đới cho phép  = 350C, vùng nhiệt đới  = 500C Sự phát nóng thiết bị điện cịn tùy thuộc vào chế độ làm việc ôđ = ôđ - o : độ chênh nhiệt độ ổn định CÁC DẠNG TỔN HAO Trong TBĐ có dạng tổn hao lượng sau :  Tổn hao chi tiết dẫn điện,  Tổn hao chi tiết vật liệu sắt từ  Tổn hao điện môi TỔN HAO TRONG CÁC CHI TIẾT DẪN ĐIỆN Năng lượng tổn hao dây dẫn dòng điện i qua thời gian t tính theo cơng thức sau : Điện trở dây dẫn R phụ thuộc vào điện trở suất vật liệu, kích thước dây dẫn, ngồi phụ thuộc vào tần số dòng điện, vị trí dây dẫn : nằm đơn độc hay gần dây dẫn khác có dịng điện qua TỔN HAO TRONG PHẦN TỬ SẮT TỪ VÀ ĐIỆN MÔI Nếu phần tử sắt từ nằm vùng từ trường biến thiên chúng có tổn hao từ trễ dịng điện xốy tạo Dưới tác dụng điện trường biến thiên, vật liệu cách điện sinh tổn hao điện môi CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC DÀI HẠN CỦA VẬT THỂ ĐỒNG NHẤT KHÁI NIỆM Chế độ làm việc dài hạn chế độ làm việc thiết bị điện với thời gian dài tùy ý không ngắn thời gian để nhiệt độ phát nóng đạt tới giá trị ổn định Q TRÌNH PHÁT NĨNG CỦA THIẾT BỊ Khi có dòng điện I chạy vật dẫn gây tổn hao công suất P thời gian dt gây nhiệt lượng: Q = P.dt = RI2dt Nhiệt lượng hao tổn bao gồm hai phần:  Đốt nóng vật dẫn Q1= G.C.d  Tỏa mơi trường xung quanh ..dt Q2= S Q TRÌNH LÀM NGUỘI CỦA THIẾT BỊ Giải phương trình vi phân ta biểu thức thể trình nguội lạnh: CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC NGẮN HẠN CỦA VẬT THỂ ĐỒNG NHẤT KHÁI NIỆM Chế độ làm việc ngắn hạn chế độ làm việc thiết bị điện với thời gian đủ ngắn để nhiệt độ phát nóng chưa đạt tới giá trị ổn định, sau ngưng làm việc thời gian đủ lớn để nhiệt độ hạ xuống tới nhiệt độ mơi trường TÍNH TỐN PHÁT NĨNG Giả sử làm việc dài hạn đường cong phát nóng đường  Phụ tải lúc Pf : max Pf= S.f f Sau thời gian tlv (thời gian làm 1 việc ngắn hạn) độ chênh nhiệt đạt tới trị 1 < f, nên thiết bị điện làm việc non tải chưa lợi dụng hết khả chịu nhiệt M t[s] tlv Hình : Phát nóng ngắn hạn TÍNH TỐN PHÁT NĨNG Từ ta thấy nâng phụ tải lên để sau thời gian làm việc ngắn hạn tlv độ chênh nhiệt vừa đạt tới trị số cho phép f, phụ tải lúc Pn: Pn = S max Đường cong phát nóng trường hợp đường Điểm M đường thỏa mãn phương trình độ chênh nhiệt trình phát nóng TÍNH TỐN PHÁT NĨNG Từ biểu thức gọi Kp=Pn/Pf hệ số tải cơng suất ta có : Vì cơng suất tỉ lệ với bình phương dịng điện nên : KI : hệ số tải dòng điện CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC NGẮN HẠN LẶP LẠI CỦA VẬT THỂ ĐỒNG NHẤT KHÁI NIỆM Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại chế độ làm việc thiết bị điện thời gian tlv mà nhiệt độ phát nóng chưa đạt tới bão hịa sau nghỉ thời gian tng mà nhiệt độ chưa giảm nhiệt độ ban đầu tiếp tục làm việc nghỉ xen kẽ Quá trình làm việc nghỉ lặp lại tuần hoàn theo chu kỳ với thời gian tck = tlv + tng Sau thời gian đủ lớn, thiết bị đạt chế độ tựa xác lập, thời gian làm việc nhiệt độ đạt tới giá trị max = const thời gian nghỉ, nhiệt độ hạ xuống giá trị min = const Q TRÌNH PHÁT NĨNG  max ’ f max min t[s] tlv tng tcK Hình :Phát nóng ngắn hạn lặp lại Q TRÌNH PHÁT NÓNG Ta giả thiết thời điểm ban đầu độ chênh nhiệt độ vật dẫn 0 sau thời gian làm việc tlv vật dẫn đốt nóng đến độ chênh nhiệt là: Sau thời gian nghỉ tng vật dẫn nguội xuống nhiệt max độ: Chu kì vật dẫn lại bị đốt nóng tới chênh nhiệt độ: Q TRÌNH PHÁT NĨNG Sau số chu kì nhiệt độ chênh lệch nhiệt độ đạt đến độ chênh nhiệt cực đại max độ chênh lệch nhiệt độ cực tiểu min khơng thay đổi, ta gọi thời kì ổn định Tương tự trên, ta viết: Quá trình phát nóng : Q trình nguội lạnh : Giải hai phương trình ta được: Q TRÌNH PHÁT NĨNG Hệ số cơng suất: Hệ số q tải dịng điện: SỰ PHÁT NÓNG KHI NGẮN MẠCH KHÁI NIỆM Thời gian xảy ngắn mạch ngắn nên nhiệt độ cung cấp cho vật thể hồn tồn dùng để đốt nóng vật dânc gần ta coi nhiệt lượng tỏa mơi trường xung quanh Trong thời gian dt dịng điện ngắn mạch sinh nhiệt lượng là: Trong đó: , với R điện trở chiều vật dẫn; R’ điện trở xoay chiều vật dẫn; S tiết diện vật thể Toàn nhiệt lượng dịng điện ngắn mạch sinh dùng để đốt nóng vật dẫn lên độ chênh nhiệt độ nm KHÁI NIỆM Ta có phương trình: dQ = C.G.dnm = C.S.l..dnm Với  khối lượng riêng vật dẫn C nhiệt dung riêng vật dẫn So sánh biểu thức ta có: Độ chênh nhiệt ngắn mạch : ... TRÌNH PHÁT NĨNG CỦA THIẾT BỊ Ta có:  T Khi t = mà 0 = thì: ơđ 0 B A 0. 632 äâ t[s] Hình : Phát nóng dài hạn Q TRÌNH LÀM NGUỘI CỦA THIẾT BỊ Khi ngắt dòng điện (I = 0), q trình phát nóng chấm dứt... hạn chế độ làm việc thiết bị điện với thời gian dài tùy ý không ngắn thời gian để nhiệt độ phát nóng đạt tới giá trị ổn định Q TRÌNH PHÁT NĨNG CỦA THIẾT BỊ Khi có dịng điện I chạy vật dẫn gây... bền chúng giảm nên lực điện động trường hợp ngắn mạch làm hư hỏng thiết bị Do độ tin cậy thiết bị phụ thuộc vào nhiệt độ phát nòng chúng KHÁI NIỆM CHUNG Trong tính tốn phát nóng TBĐ thường dùng