CƠ SỞ KHÍ CỤ ĐIỆN - CHƯƠNG 6 SỰ PHÁT NÓNG CỦA THIẾT BỊ ĐIỆN potx

CHƯƠNG 6 SỰ PHÁT NÓNG CỦA THIẾT BỊ ĐIỆN CHƯƠNG 6: SỰ PHÁT NÓNG CỦA TBỊ ĐIỆN 6.1. khái niệm chung 6.2. Các dạng tổn hao trong thiết bị điện. 6.3. Các phương pháp trao đổi nhiệt. 6.4. Qúa trình phát nóng của vật thể đồng chất khi làm việc dài hạn. 6.5. Qúa trình phát nóng của vật thể đồng chất khi làm việc ngắn hạn. 6.6. Qúa trình phát nóng của vật thể đồng chất khi làm việc ngắn hạn lặp lại. 6.7. Qúa trình phát nóng khi ngắn mạch 6.1. KHÁI NIỆM CHUNG Ở trạng thái làm việc, trong các bộ phận của TBĐ như: mạch vòng dẫn điện, mạch từ, các chi tiết bằng kim loại và cách điện đều có tổn hao năng lượng tác dụng và biến thành nhiệt năng. Một phần của nhiệt năng này làm tăng nhiệt độ của TBĐ, còn 1 phần khác tỏa ra môi trường xung quanh. Ở chế độ xác lập nhiệt, nhiệt độ của thiết bị không tăng lên nữa mà đạt trị số ổn định, còn toàn bộ nhiệt năng tỏa ra môi trường xung quanh. Nếu nhiệt độ của TBĐ tăng cao thì cách điện bị già hóa và độ bền cơ của các chi tiết bị suy giảm. 6.1. KHÁI NIỆM CHUNG Khi tăng nhiệt độ của vật liệu cách điện lên 8 o C so với nhiệt độ cho phép ở chế độ dài hạn thì tuổi thọ của cách điện giảm 50%. Với vật liệu dẫn điện thông dụng nhất là Cu, nếu tăng nhiệt độ từ 100 o C đến 250 o C thì độ bền cơ giảm 40%, khi độ bền cơ của chúng giảm nên lực điện động trong trường hợp ngắn mạch sẽ làm hư hỏng thiết bị. Do vậy độ tin cậy của thiết bị phụ thuộc vào nhiệt độ phát nóng của chúng. Dựa vào mức độ chịu nhiệt của Vliệu cách điện, ta có các cấp cách điện: Cấp cách điện Y A E B F H C Nhiệt độ cho phép (ºC) 90 105 120 130 155 180 >180 6.1. KHÁI NIỆM CHUNG Trong tính toán phát nóng TBĐ thường dùng một số khái niệm như sau : θ o : nhiệt độ phát nóng ban đầu, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường. θ : nhiệt độ phát nóng τ = θ - θ o : là độ chênh nhiệt so với nhiệt độ môi trường , ở vùng ôn đới cho phép τ = 35 0 C, vùng nhiệt đới τ = 50 0 C. Sự phát nóng thiết bị điện còn tùy thuộc vào chế độ làm việc. τ ôđ = θ ôđ - θ o : độ chênh nhiệt độ ổn định. 6.2. CÁC DẠNG TỔN HAO Trong TBĐ có các dạng tổn hao năng lượng chính sau : 6.2.1. Tổn hao trong các chi tiết dẫn điện, 6.2.2. Tổn hao trong các chi tiết bằng vật liệu sắt từ 6.2.3. Tổn hao điện môi. 6.2.1. TỔN HAO TRONG CÁC CHI TIẾT DẪN ĐIỆN Năng lượng tổn hao trong dây dẫn do dòng điện i đi qua trong thời gian t được tính theo công thức sau : R ϵ vào ρ, kích thước dây dẫn, ngoài ra còn phụ thuộc vào tần số dòng điện, vị trí của dây dẫn nằm đơn độc hay gần dây dẫn khác có dòng điện đi qua. - Nếu dây dẫn có ρ, l, S và có dòng 1 chiều chạy qua thì điện trở của nó: ∫ = t RdtiW 0 2 S l ρR = − (6.1) (6.2) 6.2.1. TỔN HAO TRONG CÁC CHI TIẾT DẪN ĐIỆN - Khi dòng xoay chiều đi qua sẽ gây hiệu ứng mặt ngoài làm cho đtrở dây dẫn tăng: Trong đó: là đtrở 1 chiều; là đtrở xchiều. là hệ số tính đến hiệu ứng mặt ngoài (tra bảng) (ϵ kthước dây, ρ và ƒ) - Khi 2 dây dẫn đặt gần nhau có dđiện chạy qua, từ trường của dây dẫn này tác dụng với dđiện của ddẫn kia làm thay đổi sự phân bố của dđiện trong ddẫn nên đtrở cũng thay đổi. Gọi htượng này hiệu ứng gần: Kg − = .RKR m~1 − R ~1 R 1 > m K (6.3) 6.2.1. TỔN HAO TRONG CÁC CHI TIẾT DẪN ĐIỆN - Trong đó: là đtrở của ddẫn khi nó đặt gần ddẫn khác. là đtrở của ddẫn khi đặt đơn độc. Kg ϵ kthước dây, ρ, ƒ và khoảng cách giữa 2 dây.(tra bảng) - KL: Nếu kể cả hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần thì gây ra tổn hao phụ và bằng: ~1 ~2 g R R K = ~2 R ~1 R mg ~1 ~1 ~2 - ~2 ph .KK R R . R R R R K === − (6.5) (6.4) 6.2.2. TN HAO TRONG CC PHN T ST T Nu cỏc phn t st t nm trong vựng t trng bin thiờn thỡ trong chỳng s cú tn hao do t tr v dũng in xoỏy to ra v tớnh theo cthc: Trong đó: - PFe: Tổn hao sắt từ (W). - B m : Trị số biên độ của từ cảm (T). - f: Tần số từ tr&ờng (Hz). - KT,KX: Hệ số tổn hao do từ trễ và dòng điện xoáy. KT= ( 1,9 ữ 2,6 ); KX = ( 0,4 ữ 1,2 ) - G: Khối l&ợng của mạch từ ( kg ). KL: Nh& vậy tổn hao sắt từ phụ thuộc vào tần số, từ cảm và điện trở xoáy của vật liệu. GfBfKBK mXmT .) (P 26,1 Fe += (6.6) [...]... tiết cho thiết bị có dòng điện lớn hơn 1000 A, được chế tạo bằng vật liệu phi từ tính như: gang, thép không dẫn từ 6. 2.3 TN HAO TRONG VT LIU CCH IN Dưới tác dụng của điện trường biến thiên, trong vật liệu cách điện sinh ra tổn hao điện môi - P = 2.f.U 2 tg tg (6. 7) Trong đó: P là công suất tổn hao (W) f là tần số của điện trường (Hz) U U là điện áp (V) Hình 6. 1 tg là tang của góc tổn hao điện môi,... hn) - Vi iu kin sau thi gian t vi cụng sut ngn hn lv ny tng nhit ca vt dn o Khi ú vt dn s phỏt núng theo ng (2) (6. 19) - Ta cú: cụng sut ngn hn: P = S max ng - Theo (6. 15) pt ng (2) l: t o = max (1 e T ) (6. 20) - - Sau tgian tlv thỡ vt dn ngh vt dn ngui lnh theo t (6. 21) o = max e T (6. 17) ta cú pt: 6. 5 QU TRèNH PHT NểNG CA VT TH NG CHT KHI LM VIC NGN HN - Do vic nõng ti n Pngn gõy quỏ ti... VIC NGN HN - Do vic nõng ti n Pngn gõy quỏ ti cho vt dn c trng cho mc quỏ ti ngta a ra h s quỏ ti - H s quỏ ti cụng sut: K p = Png (6. 22) (6. 19) Pm I ng (6. 23) - H s quỏ ti dũng: K I = I m T (6. 18) (6. 19) (6. 20) ta cú: K p = V: KI = Kp = 1 1e t lv T Png Pm max = = o 1 1 e t lv T (6. 25) (6. 24) 6. 6 QU TRèNH PHT NểNG CA VT TH NG CHT KHI LM VIC NGN HN LP LI a) KHI NIM Ch lm vic ngn hn lp li l ch ... U là điện áp (V) Hình 6. 1 tg là tang của góc tổn hao điện môi, phụ thuộc vào điện áp và được cho ở hỡnh - KL: Tn hao in mụi ch ỏng k khi in ỏp cao 6. 3 CC PHNG PHP TRAO I NHIT Nhit c truyn t ni cú nhit cao n ni cú nhit thp hn theo ba cỏch: 6. 3.1 Dn nhit 6. 3.2 i lu 6. 3.3 Bc x 6. 3 CC PHNG PHP TRAO I NHIT 6. 3.1 Dn nhit - - Dn nhit l quỏ trỡnh truyn nhit gia cỏc phn t cú tip xỳc trc tip, do chuyn ng... 6. 13) P.dt = RI2dt = G.C d l Trong ú: R = K ph 0 (1 + T ) q (6. 29) (6. 30) - Kph : h s tn hao ph tớnh n hiu ng mt ngoi v hiu ng gn - 0: in tr sut ca v liu; T: h s nhit in tr KHI NIM Ta cú: C = c 0 (1 + ) Trong ú: - c0 : l nhit dung riờng ca v liu 0C - : h s nhit ca nhit dung riờng Ta cú: G = .l.q = .V Trong ú: - : l khi lng riờng ca vliu ddn - V=l.q l th tớch vt dn Thay cỏc i lng trờn vo (6. 29),... Pngll gõy quỏ ti cho vt dn c trng cho mc quỏ ti ngta a ra h s quỏ ti - H s quỏ ti cụng sut: K p = Pngll Pm I ngll - H s quỏ ti dũng: K I = I m - Tng t: ta cng tớnh c Kp = V Pngll Pm = ngll o KI = Kp = 1- e - 1 e t ck T t lv T (6. 27) (6. 28) 6. 7 QA TRèNH PHT NểNG KHI NGN MCH KHI NIM - - Do thi gian ngn mch rt nh, dũng ngn mch ln cho nờn cú th coi quỏ trỡnh truyn nhit trong giai on ny l quỏ trỡnh on... Hỡnh 6. 4 : Phỏt núng khi ngn hn lp li b) QU TRèNH PHT NểNG - Xột 1 vt dn cú tng nhit l o khi lvic di hn thỡ phỏt núng theo ng (1): (6. 26) Pm= S.o Nu cho vt dn lm vic ngn hn lp li phỏt núng theo ng (2): - < : cha tn dng ht kh nng chu nhit, tn max o dng kh nng chu nhit ta nõng ti lờn: Pngll - Vi iu kin sau nhiu chu kỡ lvic v ngh, tng nhit dao ng n: max ữ min ; vi max o - b) QU TRèNH PHT NểNG - Trong... o 1 2 (6. 18) Pm= S.o 3 1 - Nu cho vt dn lm vic t[s] ngn hn: 0 tlv Sau thi gian tlv = 1 : ta cú Hỗnh 6. 3 : Phaùt noùng khi ngừn haỷn cụng sut ta nhit: P1= S.1 v theo ng (OM) Sau ú vt dn ngh v ngui lnh - Do 1< o P1< Pm Ngha l vt dn ang non ti cha tn dng ht kh nng chu nhit ca vt dn 6. 5 QU TRèNH PHT NểNG CA VT TH NG CHT KHI LM VIC NGN HN Cho nờn ta phi nõng ph ti n Pngn hn (Csut ngn hn) - Vi iu... nhiờn v i lu cng bc Quỏ trỡnh ny c biu din bng pt: c = c ( 2 1 )Sc (6. 9) Trong ú: c l nht lng truyn qua b mt Sc trong thi gian 1 giõy, (W) c l h s ta nhit bng i lu (ly theo cụng thc kinh ngim SGK [1]) W/m2.deg 2 , 1 l n b mt ta nhit v n mụi trng (C) - Sc l din tớch b mt ta nhit (m2) 6. 3 CC PHNG PHP TRAO I NHIT 6. 3.3 Bc x nhit - Bc x nhit l quỏ trỡnh ta nhit ca vt th núng ra mụi trng xung quanh bng... theo cthc StefanBoltzmann: T2 4 T1 4 r = C 0 S r (6. 10) 1000 1000 Trong ú: r l nht lng truyn bng bc x trong thi gian 1 giõy qua b mt bc x Sr [m2] , r (W) - C0 = 5,7.104 W/m2K4 l h s bc x ca vt en tuyt i - T2 , T1 l n ca b mt bc x v ca mụi trng, (K) - l h s en ca b mt bc x 6. 4 QU TRèNH PHT NểNG CA VT TH NG CHT KHI LM VIC DI HN - Ch lm vic di hn l ch lm vic ca thit b in vi thi gian . CHƯƠNG 6 SỰ PHÁT NÓNG CỦA THIẾT BỊ ĐIỆN CHƯƠNG 6: SỰ PHÁT NÓNG CỦA TBỊ ĐIỆN 6. 1. khái niệm chung 6. 2. Các dạng tổn hao trong thiết bị điện. 6. 3. Các phương pháp trao đổi nhiệt. 6. 4 nhiệt. 6. 4. Qúa trình phát nóng của vật thể đồng chất khi làm việc dài hạn. 6. 5. Qúa trình phát nóng của vật thể đồng chất khi làm việc ngắn hạn. 6. 6. Qúa trình phát nóng của vật thể đồng chất. thì độ bền cơ giảm 40%, khi độ bền cơ của chúng giảm nên lực điện động trong trường hợp ngắn mạch sẽ làm hư hỏng thiết bị. Do vậy độ tin cậy của thiết bị phụ thuộc vào nhiệt độ phát nóng của