4/13/2015 TRNG I HC BCH KHOA H NI VIN IN B mụn Thit b in - in t THIT K KH C IN Ging viờn: ng Chớ Dng Email: dung.dangchi@hust.edu.vn in thoi: 0903178663 PHN 2: C S Lí THUYT KH C IN CHNG 8: PHT NểNG TRONG KH C IN 4/13/2015 MC CH Cung cp cho sinh viờn nhng kin thc c bn v phỏt núng KC Nhng ng dng v chỳ ý Bi ng dng I KNC PHT NểNG TRONG KH C IN Khi làm việc bình thờng nh cố, bên khí cụ điện thờng phát nóng Điều xảy nguyên nhân sau: Tổn hao công suất tác dụng PCu, dòng điện định mức chảy hệ thống mạch vòng dẫn điện gây ra, Tổn hao sắt từ Pst, gây dòng điện xoáy từ trễ, Tổn hao điện môi tần số tg 4/13/2015 I KNC PHT NểNG TRONG KH C IN Tất tổn hao này, theo thời gian biến thành nhiệt Một phần nhiệt làm tăng nhiệt độ KCĐ, phần khác tỏa môi trờng xung quanh chế độ xác lập nhiệt, nhiệt độ KCĐ không tăng thêm mà đạt giá trị ổn định, toàn nhiệt tổn hao cân với nhiệt tỏa môi trờng xung quanh Và KCĐ với cấp cách điện tơng ứng, làm việc nhiệt độ phát nóng nhiệt độ phát nóng cho phép tuổi thọ chúng đến 20-30 năm (tuổi thọ vật liệu cách điện) I KNC PHT NểNG TRONG KH C IN Đối với vật liệu cách điện, nhiệt độ phát nóng cho phép lớn cấp cách điện tơng ứng: Cp cỏch in Nhit phỏt núng cho phộp (0C) Y 95 A 105 E 120 B 130 F 155 H C 180 n 250 4/13/2015 I KNC PHT NểNG TRONG KH C IN Đối với vật liệu dẫn điện, nhiệt độ hóa mềm nhiệt độ nóng chảy vật liệu tơng ứng: Vt liu ng Bc Nhit (0C) Húa mm Núng chy 190 180 1083 961 in ỏp (V) Húa mm Hn dớnh 0,12 0,09 0,43 0,37 I KNC PHT NểNG TRONG KH C IN Khi làm việc KCĐ không đợc phát nóng vợt giá trị cho phép, gây h hỏng chi tiết dẫn điện, già hóa cách điện khí cụ điện làm việc không ổn định cuối xảy cố Khả chịu đựng phá hủy nhiệt KCĐ đối tăng nhiệt làm việc độ bền điện nhiệt Vì nhiệt độ KCĐ tăng cao cách điện bị già hóa nhanh độ bề chi tiết bị suy giảm 4/13/2015 I KNC PHT NểNG TRONG KH C IN Ví dụ: độ tăng nhiệt vật liệu cách điện lên 80C so với nhiệt độ cho phép chế độ làm việc dài hạn tuổi thọ cách điện giảm gần 50% Ví dụ vật liệu dẫn điện thông dụng nh đồng đỏ, độ tăng nhiệt lên từ 1000C đến 2500C độ bền giảm khoảng 40% Đặc biệt xảy cố ngắn mạch, nhiệt độ phát nóng phần tử tới 3000C thời gian ngắn độ bền chúng suy giảm nhanh nhanh chóng bị phá hủy kết cấu khí gây lực điện động I KNC PHT NểNG TRONG KH C IN Độ tin cậy KCĐ phụ thuộc vào nhiệt độ phát nóng chúng, chi tiết đợc chế tạo vật liệu cách điện Đối với vật liệu cách điện vật liệu dẫn điện, độ bền điện nhiệt đợc thể qua nhiệt độ phát nóng cho phép lớn loại Chú ý: KCĐ đợc lắp đặt độ cao 1000m so với mực nớc biển phải giảm bớt công suất làm việc, độ cao lớn khả tỏa nhiệt bề mặt 4/13/2015 Bảng 1-3: Các tiêu chuẩn nhiệt độ phát nóng cho phép phận KCĐ làm việc dài hạn: Nhiệt độ phát nóng cho phép (0C) Các phận khí cụ điện Trong không khí Trong dầu 110 90 - cách điện cấp Y 80 - - cách điện cấp A 95 90 - cách điện cấp B C 110 90 - sử dụng làm môi trờng dập hồ quang - 75 - sử dụng môi trờng cách điện - 90 Các phần tử không bọc cách điện dẫn điện không dẫn điện: Các phần tử bọc cách điện dẫn điện không dẫn điện: Dầu biến áp lớp trên: Bảng 1-4: Nhiệt độ phát nóng ngắn hạn phận KCĐ xảy ngắn mạch: Các phận khí cụ điện Nhiệt độ cho phép (0C) ồng Nhôm Thép - Cách điện cấp A 250 200 250 - Cách điện cấp B 300 200 300 - Cách điện cấp C 300 200 400 - Trong dầu biến áp: 250 200 250 - Trong không khí: 300 200 250 Các phần tử dẫn điện không dẫn điện bọc cách điện hay tiếp giáp với cách điện: Các phần tử dẫn điện trần ngâm hợp chất: 4/13/2015 II TNH TON PHT NểNG TRONG KH C IN Đối với vật liệu cách điện, nhiệt độ phát nóng cho phép lớn cấp cách điện tơng ứng: Qng Qdn Qt Qd Hay: J x2 x c. k S x ( ) t Fx x Trong đó: Qng - nhiệt lợng nguồn; Qdn - nhiệt lợng đốt nóng vật dẫn; Qt nhiệt lợng tỏa môi trờng xung quanh; Qd - nhiệt lợng lu truyền vật dẫn để thực trình dẫn nhiệt c - tỷ nhiệt vật dẫn (Ws/g 0C); - trọng lợng riêng (g/cm3); hệ số dẫn nhiệt (W/cm.0C); JX - mật độ dòng tiết diện x (A/cm2); X - điện trở suất tiết diện x (cm); - nhiệt độ vật dẫn (0C); k - hệ số tỏa nhiệt (W/cm2 0C); SX - chu vi (cm); FX - tiết diện x (cm2); - nhiệt độ môi trờng xung quanh (0C) II TNH TON PHT NểNG TRONG KH C IN Từ phơng trình trên, ta rút kết luận cho số trờng hợp đặc biệt sau: Phát nóng phần tử dẫn điện đồng trình xác lập J k S ( ) F I k S F Phát nóng phần tử dẫn điện không đồng trình xác lập d k S J ( ) F dx d a12 a22 dx2 a1 k S .F a2 k S J F Trong đó: 4/13/2015 II TNH TON PHT NểNG TRONG KH C IN Phát nóng phần tử dẫn điện đồng trình không xác lập: d k S k S J F ( ) dt c. F c. F k S Phát nóng phần tử dẫn điện không đồng ngắn mạch Khi thời gian xảy ngắn mạch ngắn, nên nhiệt lợng cung cấp cho vật dẫn hầu hết dùng để đốt nóng, nhiệt lợng tỏa từ bề mặt vật dẫn môi trờng xung quanh, nên: k S ( ) F d d J (1 ) J c. hay dt dt c0 (1 ) Trong đó: - điện trở suất = 00C; c0 - tỷ nhiệt vật dẫn = 00C; - hệ số nhiệt điện trở (1/0C); - hệ số tỷ nhiệt (1/0C) II TNH TON PHT NểNG TRONG KH C IN Phát nóng ngắn hạn vật dẫn có nguồn nhiệt bên (HQĐ) đầu mút vật dẫn Trờng hợp này, nhiệt lợng HQĐ lớn so với nhiệt lợng dòng điện cung cấp, nên: Hay: J d dt c. x Tính phát nóng phần tử dẫn điện thực việc giải phơng trình đặc trng trên, với điều kiện bờ cho trờng hợp cụ thể; ẩn số dòng điện cho phép hay tiết diện dẫn; nhiệt độ phát nóng Trong tính toán ta tham khảo công thức cho bảng 1-3 giáo trình KCĐCA Về nhà xem thêm kiến thức học sách Khí cụ điện, Chơng 2: Sự phát nóng khí cụ điện