Tính toán nhiệt thiết bị điện pot

1 VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN TS. Huỳnh Châu Duy Bộ môn Hệ thống điện Trường ĐạihọcBáchKhoaTP. HCM Chương 3 Tính toán nhiệtthiếtbịđiện 2 I. Tổng quan II. Sự cân bằng nhiệt trong thiếtbịđiện III. Tuổithọ củathiếtbịđiện IV. Chếđộnhiệtcủamáybiếnáp V. Chếđộnhiệtcủa máy phát điện VI. Chếđộnhiệtcủa động cơđiện VII. Sựđốt nóng tiếp điểm VIII. Đo nhiệt độ củathiếtbịđiện IX. Bài tập Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtbịđiện 2 3 • Trong quá trình hoạt động, dòng điệnlàmviệccủacácthiếtbị điệngâyramộtsự tổnthất điệnnăng. Lượng điệnnăng tổnthất đượcthể hiệndướidạng nhiệtlàm tăng nhiệt độ củacácthiếtbị, ảnh hưởng đến cách điện. • Đólànhững nguyên nhân cơ bảnlàmtăng nhanh quá trình già hóa cách điệnvàlàmgiảmtuổithọ củathiếtbịđiện. I. Tổng quan Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtbịđiện 4 •Phương trình nhiệt: •Giảiphương trình vi phân nhận được nghiệmsố: (A, B là các hằng số xác định khi biết điềukiệnban đầu) •k là nghiệmcủaphương trình đặctrưng II. Sự cân bằng nhiệt trong thiếtbịđiện Pdt GCd qF dt d PGC qF dt θ θ θ θ Δ =+ ⇔Δ = + t kt A eB Ae B τ θθ − = +⇔= + 1 0 qF CGk qF k CG k τ +=⇔=− ⇔=− Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtbịđiện 3 5 •Xác định A, B: –Tạithời điểmban đầu t = 0 thì nhiệt độ củathiếtbị và môi trường xung quanh bằng nhau, tứclàđộ chênh lệch nhiệt độ giữa thiếtbị và môi trường xung quanh bằng không, tức θ = 0. –Tạithời điểmt = vôcùng. Suy ra nhiệt độ củathiếtbị: II. Sự cân bằng nhiệt trong thiếtbịđiện 0 A BAB+=⇔=− t kt A eB Ae B τ θθ − = +⇔= + B θ ∞ = 1 t e τ θθ − ∞ ⎛⎞ =− ⎜⎟ ⎝⎠ Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtbịđiện 6 •Ta suy ra được nhiệt độ tạithời điểmbấtkỳ II. Sự cân bằng nhiệt trong thiếtbịđiện 0 1 t e τ θθ θ − ∞ ⎛⎞ =+ − ⎜⎟ ⎝⎠ Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtbịđiện 4 7 •Bảng tham khảo τ MBA II. Sự cân bằng nhiệt trong thiếtbịđiện Công suất MBA (MVA) Làm mát τ (giờ) S MBA < 1 Tự nhiên 2.5 1< S MBA < 6.3 Tự nhiên 3.5 6.3< S MBA < 32 Có thêm quạt 2.5 32< S MBA < 63 Có thêm quạt 3.5 63< S MBA < 125 Tuần hoàn cưỡng bức 2.5 S MBA > 125 Tuần hoàn cưỡng bứccóquạt 2.5 Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtbịđiện 8 •Bảng tham khảo τ MF II. Sự cân bằng nhiệt trong thiếtbịđiện Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtbịđiện 5 9 -Tuổithọ củacácthiếtbị phụ thuộcchủ yếuvàochếđộnhiệt của chúng. Trong quá trình làm việc, các vậtliệu cách điệnbị già hóa do tác động của nhiệt độ, độ ẩm, tác dụng hóa học… -Nếuthiếtbị làm việcvới tải định mức thì nhiệt độ đượcgiữ trong giớihạn cho phép ứng vớicácloại cách điện, thiếtbị sẽ làm việc bình thường vớituổithọđịnh mức, V đm -Nếuthiếtbị làm việc quá tải thì nhiệt độ sẽ có thể vượt quá giớihạn cho phép, khi đóthiếtbị sẽ bị giảmtuổithọ và phụ thuộcvàomức vượt quá nhiềuhay ít. III. Tuổithọ thiếtbịđiện Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtbịđiện 10 •Khi nhiệt độ tăng độtngột thì ảnh hưởng sẽ lớnhơnso vớitrường hợp tăng từ từ. •Tuổithọ trung bình củathiếtbịđiệnN phụ thuộcvào nhiệt độ của môi trường xung quanh và hệ số mang tải có thể biểuthị dưới dạng biểuthứcsau: III. Tuổithọ thiếtbịđiện ( ) ( ) 2 1 2 cp t bmtxq k tb dm dm VV VH θθ α −− == Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtbịđiện 6 11 •Tuổithọ thựctế củathiếtbịđượctínhbởi công thức: t qtcp là thờigianlàmviệc quá tải cho phép củathiếtbị t dt là thờigiandự trữ do trước đó đãlàmviệc non tải III. Tuổithọ thiếtbịđiện qtcp dm dt t VV t = Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtbịđiện 12 •Thờigianquátảichophépcủathiếtbịđiện: •Như vậy, ta có thể nhậnbiết là trong quá trình vận hành, thiếtbị làm việc non tảithìnócóthể làm việcquátải trong một khoảng thờigian cho phép mà không ảnh hưởng đếntuổithọđịnh mứctheoấn định nhà chế tạo. III. Tuổithọ thiếtbịđiện qtcp dt ttH= Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtbịđiện 7 13 •Ở chếđộxác lập, khi MBA làm việcbìnhthường, nhiệt độ đạt đến một giá trịổn định. Lúc này toàn bộ lượng nhiệtdo máysinhrasẽ đượctỏaramôitrường xung quanh nhờ quá trình trao đổinhiệtvới sự trợ giúp củahệ thống làm mát. Với các tham sốđịnh mứcMBA cóthể làm việcbìnhthường trong khoảng thời gian 25 ÷ 30 năm. •Độ đốt nóng củaMBA đang vậnhànhđượckiểm tra theo nhiệt độ lớpdầu trên cùng bằng nhiệtk ế. Nhiệt độ lớnnhấtcủalớpdầutrên cùng không đượcvượt quá giá trị cho phép (khoảng 70, 75, 95 độ C). IV. Chếđộnhiệtcủa MBA Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtbịđiện 14 •Sự phân bố nhiệttrongMBA IV. Chếđộnhiệtcủa MBA Cuộndây Dầu Võ Không khí X Y Z [ \ ] ^ Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtbịđiện 8 15 •TổnhaotrongMBA gồm tổn hao sắt và tổnhaođồng. Tổnthất trong MBA làm phát nóng MBA. Mộtphần đốt nóng MBA, một phầntảnramôitrường xung quanh. • Khi vận hành ởđịnh mức: • Khi vậnhànhkhácđịnh mức: IV. Chếđộnhiệtcủa MBA 0 M BA Fe Cu N P PP PPΔ=Δ+Δ=Δ+Δ () 2 2 00 22 0 00 11 MBA Fe Cu N N MBA N S PPPPP PPk S P PkPbk P ⎛⎞ Δ=Δ+Δ=Δ+Δ =Δ+Δ ⎜⎟ ⎝⎠ ⎛⎞ Δ =Δ + =Δ + ⎜⎟ Δ ⎝⎠ Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtbịđiện 16 •Độ tăng nhiệtcủadầucócôngthức: • m là chỉ số phụ thuộcvàođiềukiệnlàmmát m=0.8 khi làm mát bằng dầutự nhiên m=0.9 khi làm mát bằng dầucóthêmquạt m=1 khi làm mát cưỡng bứccóthêmquạt •θ dđm khi tải định mức, có thể tính như sau: IV. Chếđộnhiệtcủa MBA 2 1 1 m d ddm bk b θθ ⎛⎞ + = ⎜⎟ + ⎝⎠ ddm cp tbmtxq θ ϑϑ =− 0 95 cp C ϑ = 0 95 cp C ϑ = 0 70 cp C ϑ = Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtbịđiện 9 17 •Độ tăng nhiệtcủacuộndâyso vớidầucócôngthức: •Vậy tính được độ tăng nhiệtcủacuộndây: •Nhiệt độ cuộndây: IV. Chếđộnhiệtcủa MBA () 2m cd cddm k θθ Δ=Δ cd d cd θ θθ =+Δ cd cd k k ϑ θϑ =+ Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtbịđiện 18 a. Ta khảosátMBA vậnhành đồ thị phụ tải2 bậc, khi bậc S 1 có thờigianT 1 lớnhơn (4-5)τ, khoảng 10g -14g thì độ tăng nhiệtsẽổn định IV. Chếđộnhiệtcủa MBA 0 S 1 S 0 θ θ ∞ S t θ t cp θ θ ∞ Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtbịđiện 10 19 •Mối quan hệđộtăng nhiệtvà tổnthất: •Từđó tính đượcthờigiancho phép: IV. Chếđộnhiệtcủa MBA 0 0 M BA S k S = 1 1 M BA S k S = 0 S 1 S 0 θ θ ∞ S t θ t cp θ 2 2 00 0 dm dm dm S P k PS θ θ ⎛⎞ Δ = == ⎜⎟ Δ ⎝⎠ 2 00dm k θ θ ⇔= 2 1 dm k θ θ ∞ ⇔= 22 10 2 1 ln 1 cp kk t k τ − = − Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtbịđiện 20 •Khi bậcS 1 có khoảng thờigian T 1 nhỏ và nhảy sang bậcS 3 khác. Ví dụ bậcS 3 giảmthìđộ tăng nhiệtsẽ không tăng đến độ tăng nhiệt ổn định mà nó chỉ tăng tới θ’rồigiảmtheođường θ 1 •Từđó tính đượcthờigiancho phép: IV. Chếđộnhiệtcủa MBA 22 10 2 1 ln 1 cp kk t k τ − = − 0 S 1 S 0 θ θ ∞ S t θ t cp θ 2 S 1 θ ' θ Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtbịđiện [...]... điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 – Tính toán nhiệt thiết bị điện 24 12 1 Khí cụ và phương tiện kiểm tra •Một trong những nhiệm vụ quan trọng trong quá trình vận hành thiết bị điện là kiểm tra nhiệt của chúng Người ta trang bị các phương tiện đo nhiệt độ ngay trên thiết bị a Nhiệt kế thủy ngân b Nhiệt kế áp suất c Nhiệt kế trương nở d Cặp nhiệt độ e Nhiệt điện trở 25 2 Kiểm tra nhiệt độ các thiết bị. .. Chương 2 – Tính toán nhiệt thiết bị điện 27 2 Kiểm tra nhiệt độ các thiết bị Nhiệt độ bên trong của vật liệu cách điện có thể xác định bằng công thức: θtr = θ ng + A kvl A là hằng số bằng 1.888 kvl hằng số phụ thuộc vào vật liệu cách điện Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 – Tính toán nhiệt thiết bị điện 28 14 2 Kiểm tra nhiệt độ các thiết bị Nhiệt độ các tiếp điểm thường... nhiệt thiết bị điện 29 2 Kiểm tra nhiệt độ các thiết bị a Đo nhiệt độ qua độ rơi điện áp: Phương pháp này dựa vào việc so sánh điện áp rơi trên của đoạn dây có chứa điểm nối và điện áp rơi của đoạn dây nguyên khi có cùng dòng điện đi qua mV Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 – Tính toán nhiệt thiết bị điện 30 15 2 Kiểm tra nhiệt độ các thiết bị b Pương pháp đo điện trở quá... cho phép tcp ( k − k ) = 2.16( g ) = τ ln ( k − 1) 2 1 2 0 2 1 Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 – Tính toán nhiệt thiết bị điện 33 Kết thúc Chương 2 Tính toán nhiệt thiết bị điện Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 – Tính toán nhiệt thiết bị điện 34 17 ... đặc tính vật liệu, phương pháp xử lý bề mặt tiếp điểm và lực ép k chỉ số phụ thuộc vào loại tiếp điểm Rqd = ε vl Fk Điện trở quá độ thay đổi theo nhiệt độ ⎛ 2 ⎞ Rqd = Rqd 1 ⎜ 1 + α R (θ 2 − θ1 ) ⎟ ⎝ 3 ⎠ Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 – Tính toán nhiệt thiết bị điện 23 VIII Đo nhiệt độ 1 Khí cụ và phương tiện kiểm tra nhiệt độ 2 Kiểm tra nhiệt độ của các thiết bị Vận... thiết bị điện 26 13 2 Kiểm tra nhiệt độ các thiết bị Nhiệt độ thực tế của ruột cáp được xác định trên cơ sở nhiệt độ đo được ở vỏ và hiệu chỉnh theo biểu thức θ1 = θ ∞ + I 2 n ρ RQ 100 F RQ tổng nhiệt trở của vật liệu và lớp bảo vệ 0Cm/w Dây dẫn ρ A (Ωmm2/m.10-3) AC Cu cứng Cu mềm Al+Mg và Si 28.5 29.26 18.2 17.5 28.92 Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 – Tính toán nhiệt. .. điện Khi đo, đầu đo được gí vào tiếp điểm trong 30s đến 50s Ngoài ra có thể dùng bộ chỉ thị tín hiệu nhiệt độ dạng băng nhiệt •Khi cần mức độ chính xác cao cần áp dụng phương pháp đo gián tiếp Tức là đo nhiệt qua đại lượng trung gian Có hai các thông dụng a Đo nhiệt độ qua độ rơi điện áp b Đo điện trở quá độ Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 – Tính toán nhiệt thiết bị. .. vào việc so sánh điện áp rơi trên của đoạn dây có chứa điểm nối và điện áp rơi của đoạn dây nguyên khi có cùng dòng điện đi qua mV A 31 Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 – Tính toán nhiệt thiết bị điện VIII Bài tập •Ví dụ 1: •MBA loại TM Tuổi thọ MBA như thế nào nếu MBA làm việc quá tải với hệ số mang tải trung bình là 1.05 Biết tuổi thọ định mức ứng với nhiệt độ môi trường... đo nhiệt độ trong các thiết bị điện được thực hiện theo phương thức tự động hoặc bằng tay bởi các nhân viên Nhiệt độ thực tế của MBA được kiểm tra thông qua nhiệt độ của lớp dầu trên cùng Nhiệt độ của các cuộn dây MF được kiểm tra bằng phương pháp gián tiếp thông qua công thức: θ2 = R1 ⎛ 1 ⎜ θ1 + αR R2 ⎝ ⎞ 1 ⎟− ⎠ αR Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 – Tính toán nhiệt. .. tải trung bình là 1.05 Biết tuổi thọ định mức ứng với nhiệt độ môi trường xung quanh 250C là 25 năm •Từ mã hiệu MBA ta có nhiệt độ giới hạn 950C ; α = 9 Vtb = Vdm 2 (θcp −θtbmtxq )(1− k 2 ) α Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 2 – Tính toán nhiệt thiết bị điện = 14,39 32 16 VIII Bài tập •Ví dụ 2: •MBA loại TM2500/35, làm việc với đtpt 2 bậc, bậc đầu có k0 = 0.72 hỏi MBA có . thống điện TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtb điện 34 Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtb điện Kết thúc Chương 2 Tính toán nhiệtthiếtb điện . thống điện TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtb điện 8 •Bảng tham khảo τ MF II. Sự cân bằng nhiệt trong thiếtb điện Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện TS. Huỳnh Châu Duy Chương2 –Tínhtoánnhiệtthiếtb điện 5 9 -Tuổithọ. THỐNG ĐIỆN TS. Huỳnh Châu Duy Bộ môn Hệ thống điện Trường ĐạihọcBáchKhoaTP. HCM Chương 3 Tính toán nhiệtthiếtb điện 2 I. Tổng quan II. Sự cân bằng nhiệt trong thiếtb điện III. Tuổithọ củathiếtb điện IV.