Bài giảng chương 3 sự phát nóng của thiết bị điện

CHƯƠNG SỰ PHÁT NĨNG 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 mơi trường xung quanh Ở chế độ xác lập nhiệt, nhiệt độ thiết bị khơng tăng lên mà đạt trị số ổn định, tồn nhiệt tỏa mơi 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 thơng 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 mơi trường , vùng ơn đới cho phép  = 350C, vùng nhiệt đới  = 500C Sự phát nóng thiết bị điện tùy thuộc vào chế độ làm việc ơđ = ơđ - 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 mơi 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 dòng điện qua TỔN HAO TRONG PHẦN TỬ SẮT TỪ VÀ ĐIỆN MƠI Nếu phần tử sắt từ nằm vùng từ trường biến thiên chúng có tổn hao từ trễ dòng điện xốy tạo Dưới tác dụng điện trường biến thiên, vật liệu cách điện sinh tổn hao điện mơi 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 khơng 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 cơng 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 Q2= S ..dt Q TRÌNH LÀM NGUỘI CỦA THIẾT BỊ Giải phương trình vi phân ta biểu thức thể q 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  M  Phụ tải lúc Pf :  Pf= S.f Sau thời gian tlv (thời gian t[s] t làm việc ngắn hạn) độ chênh nhiệt đạt tới trị 1 < f, nên Hçnh : Phạt nọng ngàõn hản thiết bị điện làm việc non tải chưa lợi dụng hết khả chịu nhiệt max f lv 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 q trình phát nóng TÍNH TỐN PHÁT NĨNG Từ biểu thức gọi Kp=Pn/Pf hệ số q tải cơng suất ta có : Vì cơng suất tỉ lệ với bình phương dòng điện nên : KI : hệ số q 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 hòa sau nghỉ thời gian tng mà nhiệt độ chưa giảm nhiệt độ ban đầu tiếp tục làm việc nghỉ xen kẽ Q trình làm việc nghỉ lặp lại tuần hồn 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 NĨNG 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: Q 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 dòng điện: SỰ PHÁT NĨNG 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 dòng 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 Tồn nhiệt lượng dòng 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 : [...]... phng trỡnh vi phõn trờn vi iu kin ti t = 0 thỡ chờnh nhit ban u l 0, ta c: t l hng s thi gian phỏt núng : chờnh nhit n nh QU TRèNH PHT NểNG CA THIT B Ta cú: Khi t = 0 m 0 = 0 T ọõ thỡ: 0 0 B A 1 2 3 0. 632 ọõ t[s] Hỗnh : Phaùt noùng daỡi haỷn QU TRèNH LM NGUI CA THIT B Khi ngt dũng in (I = 0), quỏ trỡnh phỏt núng chm dt v quỏ trỡnh ngui lnh bt u xy ra, ngha l P.dt = 0, ta cú phng trỡnh ngui lnh : I2R.dt... phỏt núng ca nú cha t ti giỏ tr n nh, sau ú ngng lm vic trong thi gian ln nhit ca nú h xung ti nhit mụi trng TNH TON PHT NểNG Gi s lm vic di hn ng cong phỏt núng l ng M Ph ti lỳc ny l Pf : 2 3 Pf= S.f 1 Sau thi gian tlv (thi gian t[s] 0 t lm vic ngn hn) chờnh nhit mi t ti tr 1 < f, nờn Hỗnh : Phaùt noùng khi ngừn haỷn thit b in lm vic non ti v cha li dng ht kh nng chu nhit max f 1 lv TNH... + tng Sau thi gian ln, thit b t c ch ta xỏc lp, ú trong thi gian lm vic nhit t ti giỏ tr max = const v trong thi gian ngh, nhit h xung giỏ tr min = const QU TRèNH PHT NểNG max 2 f max min 1 4 3 t[s] tlv tng tcK Hỡnh :Phỏt núng khi ngn hn lp li QU TRèNH PHT NểNG Ta gi thit ti thi im ban u chờnh nhit ca vt dn l 0 sau thi gian lm vic tlv vt dn c t núng n chờnh nhit l: Sau thi gian ngh tng vt