Bài giảng Vận hành và điều khiển hệ thống điện - Chương 2: Chế độ nhiệt thiết bị điện cung cấp cho người học các kiến thức: Tổng quan, sự cân bằng nhiệt trong thiết bị điện, tuổi thọ thiết bị điện, chế độ nhiệt của máy biến áp,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN Chương Chế Độ Nhiệt Thiết Bị Điện Tổng quan - Trong q trình hoạt động, dòng điện làm việc thiết bị điện gây tổn thất điện - Lượng điện tổn thất thể dạng nhiệt làm tăng nhiệt độ thiết bị, ảnh hưởng đến cách điện - Đó nguyên nhân làm tăng nhanh trình già hóa cách điện làm giảm tuổi thọ thiết bị điện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Sự cân nhiệt thiết bị điện - Phương trình nhiệt: ∆Pdt = GCd∆θ + qF∆θdt ⇔ ∆P = GC d∆θ + qF∆θ dt - Giải phương trình vi phân nhận nghiệm số: (A, B số xác định biết điều kiện ban đầu) ∆θ = Ae kt + B ⇔ ∆θ = Ae − t τ +B đó, k nghiệm phương trình đặc trưng CGk + qF = ⇔ k = − qF ⇔τ = − CG k Xác định A, B: ∆θ = Ae + B ⇔ ∆θ = Ae kt − t τ +B - Tại thời điểm ban đầu t = nhiệt độ thiết bị môi trường xung quanh nhau, tức độ chênh lệch nhiệt độ thiết bị môi trường xung quanh không, tức ∆θ = A + B = ⇔ A = −B - Tại thời điểm t = vô ∆θ ∞ = B Suy nhiệt độ thiết bị: − t ∆θ = ∆θ ∞ 1 − e τ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Suy ra: Nhiệt độ thời điểm θ = θ + ∆θ − t = θ + ∆θ ∞ 1 − e τ Bảng tham khảo số thời gian đốt nóng, τ, máy biến áp Công suất MBA (MVA) Làm mát τ (giờ) SMBA < Tự nhiên 2,5 < SMBA < 6,3 Tự nhiên 3,5 6,3 < SMBA < 32 Có thêm quạt 2,5 32 < SMBA < 63 Có thêm quạt 3,5 63 < SMBA < 125 Tuần hoàn cưỡng 2,5 SMBA > 125 Tuần hoàn cưỡng có quạt 2,5 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt MBA công suất nhỏ MBA công suất lớn CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bảng tham khảo τ máy phát CÔNG SUẤT ĐỊNH MỨC MÁY PHÁT (MW) 30 150 200 300 500 τ – HẰNG SỐ THỜI GIAN ĐỐT NÓNG MÁY PHÁT, ph Cuộn dây rotor làm mát trực Cuộn stato làm mát tiếp khí hydro trực tiếp nước Cực đại Trung bình Cực đại Trung bình 5,9 3,2 2,6 2,4 2,9 4,4 2,5 2,0 1,9 2,3 0,6 1,5 1,7 1,9 2,9 0,3 0,8 0,9 1,5 Tuổi thọ thiết bị điện - Tuổi thọ thiết bị phụ thuộc chủ yếu vào chế độ nhiệt chúng Trong trình làm việc, vật liệu cách điện bị già hóa tác động nhiệt độ, độ ẩm, tác dụng hóa học … - Nếu thiết bị làm việc với tải định mức nhiệt độ giữ giới hạn cho phép ứng với loại cách điện, thiết bị làm việc bình thường với tuổi thọ định mức, Vđm 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Nếu thiết bị làm việc tải nhiệt độ vượt giới hạn cho phép, thiết bị bị giảm tuổi thọ phụ thuộc vào mức vượt nhiều hay 11 - Khi nhiệt độ tăng đột ngột ảnh hưởng lớn so với trường hợp tăng từ từ - Tuổi thọ trung bình thiết bị điện N phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh hệ số mang tải biểu thị dạng biểu thức sau: Vtb = Vdm (θcp −θtbmtxq )(1− k ) α = Vdm H (θ cp −θtbmtxq )(1− k ) Trong đó: H =2 α 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Tuổi thọ thực tế thiết bị tính cơng thức: V = Vdm tqtcp tdt tqtcp thời gian làm việc tải cho phép thiết bị tdt thời gian dự trữ trước làm việc non tải 13 - Thời gian tải cho phép thiết bị điện: t qtcp = t dt H - Như vậy, ta nhận biết q trình vận hành, thiết bị làm việc non tải làm việc tải khoảng thời gian cho phép mà không ảnh hưởng đến tuổi thọ định mức theo ấn định nhà chế tạo 14 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ví dụ 1: Cho máy biến áp (MBA) loại TM Tuổi thọ MBA MBA làm việc tải với hệ số mang tải trung bình 1,05 Biết tuổi thọ định mức ứng với nhiệt độ môi trường xung quanh 250C 25 năm Lưu ý: Từ mã hiệu MBA TM, nhiệt độ giới hạn 950C ; α = 15 Tuổi thọ MBA: Vtb = Vdm (θcp −θtbmtxq )(1− k ) α = 14,39 Trong đó: Vdm = 25 năm θcp = 950C θtbmtxq = 250C k = 1,05 α=9 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chế độ nhiệt máy biến áp - Ở chế độ xác lập, MBA làm việc bình thường, nhiệt độ đạt đến giá trị ổn định Lúc toàn lượng nhiệt máy sinh tỏa mơi trường xung quanh nhờ q trình trao đổi nhiệt với trợ giúp hệ thống làm mát Với tham số định mức MBA làm việc bình thường khoảng thời gian 25 ÷ 30 năm 17 - Độ đốt nóng MBA vận hành kiểm tra theo nhiệt độ lớp dầu nhiệt kế - Nhiệt độ lớn lớp dầu không vượt giá trị cho phép (khoảng 700C, 750C, 950C) 18 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 19 20 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Sự phân bố nhiệt MBA Cuộn dây Dầu Vỏ Khơng khí 21 - Tổn hao MBA gồm tổn hao sắt tổn hao đồng Tổn thất MBA làm phát nóng MBA Một phần đốt nóng MBA, phần tản mơi trường xung quanh - Khi vận hành định mức: ∆PMBA = ∆PFe + ∆PCu = ∆P0 + ∆PN - Khi vận hành khác định mức: S ∆PMBA = ∆PFe + ∆PCu = ∆P0 + ∆PN = ∆P0 + ∆PN k S MBA ∆P = ∆P0 1 + N0 k = ∆P0 (1 + bk ) ∆PPN0 ∆ 22 11 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Độ tăng nhiệt dầu có cơng thức: m + bk ∆θ d = ∆θ ddm 1+ b Trong đó: m số phụ thuộc vào điều kiện làm mát θ dcp = 95o C m = 0.8 làm mát dầu tự nhiên o m = 0.9 làm mát dầu có thêm quạt θ dcp = 95 C o m = làm mát cưỡng có thêm quạt θ dcp = 70 C độ tăng nhiệt độ cho phép dầu ∆θdđm tải định mức, tính sau: ∆θ ddm = θ dcp − θ tbmtxq - Nhiệt dầu tính: θ d = ∆θ d + θ kk 23 - Độ tăng nhiệt cuộn dây so với dầu có cơng thức: ∆θ cd = ∆θ cddm (k ) 2m - Vậy tính độ tăng nhiệt cuộn dây: θ cd = θ d + ∆θ cd ∆θ cddm = θ cdcp − θ dcp Khi ấy, nhiệt độ cuộn dây: θ cd = ∆θ cd + ∆θ d + θ kk 24 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt S1 S Ta khảo sát MBA vận hành đồ thị phụ tải bậc, bậc S0 S1 có thời gian T1 lớn t (4-5)τ, khoảng 10g -14g độ tăng nhiệt ổn định θ∞ θ∞ θ θ cp θ0 t 25 - Mối quan hệ độ tăng nhiệt S tổn thất: S1 k1 = S θ0 ∆P = = = k 02 θ dm ∆ Pdm S dm S0 k0 = ⇔ θ0 = k θ dm ⇔ θ ∞ = k12θ dm S MBA S0 S MBA t θ∞ θ θ cp - Từ đó, tính thời gian cho phép: 2 tcp = τ ln S1 θ0 k1 − k0 k12 − t 26 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Khi bậc S1 có khoảng thời gian S1 S T1 nhỏ nhảy sang bậc S2 khác Ví dụ bậc S2 giảm độ tăng S0 S2 nhiệt khơng tăng đến độ tăng nhiệt ổn định mà tăng tới θ’ giảm theo đường θ1 t θ θ cp θ' θ0 θ∞ θ1 Từ đó, tính thời gian cho t phép: tcp = τ ln k −k k12 − 2 27 Ví dụ 2: MBA loại TM2500/35, làm việc với đồ thị phụ tải bậc, bậc đầu có k0 = 0,72 Hỏi MBA làm việc thời gian cho phép hệ số mang tải bậc sau k1 = 1,25 ? Lưu ý: Từ mã hiệu MBA ta có số thời gian phát nóng τ = 3,5 28 14 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Thời gian tải cho phép: tcp ( k − k ) = 2.16( g ) = τ ln ( k − 1) 2 Trong đó: τ = 3,5 k1 = 1,25 k0 = 0,72 29 Chế độ nhiệt động - Tổn thất động tương tự máy phát Bao gồm: tổn thất đồng, tổn thất sắt, tổn thất Pdc > Pdm Pdc = Pdm θ∞ Pdc < Pdm t 30 15 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ta khảo sát đường đặc tính nhiệt động làm việc lâu dài đường ngắn hạn lặp lại đường θ θ∞ t 31 Sự đốt nóng tiếp điểm - Các điểm tiếp xúc mạch điện nơi có nhiệt độ cao, điện trở độ cao - Điện trở độ: phụ thuộc vào hệ số biểu thị đặc tính vật liệu (εvl), phương pháp xử lý bề mặt tiếp điểm lực ép (F) số phụ thuộc vào loại tiếp điểm (k) Rqd = ε vl Fk 32 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Điện trở độ thay đổi theo nhiệt độ Rqd = Rqd + α R (θ − θ1 ) 33 Đo nhiệt độ a Phương tiện kiểm tra nhiệt độ b Kiểm tra nhiệt độ thiết bị 34 17 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt a Phương tiện kiểm tra nhiệt độ Một nhiệm vụ quan trọng trình vận hành thiết bị điện kiểm tra nhiệt chúng Người ta trang bị phương tiện đo nhiệt độ thiết bị - Nhiệt kế thủy ngân - Nhiệt kế áp suất - Nhiệt kế trương nở - Cặp nhiệt độ - Nhiệt điện trở 35 b Kiểm tra nhiệt độ thiết bị Việc đo nhiệt độ thiết bị điện thực theo phương thức tự động tay nhân viên - Nhiệt độ thực tế MBA kiểm tra thông qua nhiệt độ lớp dầu 36 18 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Nhiệt độ cuộn dây máy phát kiểm tra phương pháp gián tiếp thông qua công thức: θ2 = R1 θ1 + R2 αR − αR 37 - Nhiệt độ thực tế ruột cáp xác định sở nhiệt độ đo vỏ hiệu chỉnh theo biểu thức: θ1 = θ∞ + I n ρ RQ 100 F RQ tổng nhiệt trở vật liệu lớp bảo vệ (0Cm/w) Dây dẫn A AC Thanh dẫn Cu Dây dẫn Cu Al+Mg Si ρ (Ωmm2/m.10-3) 28.5 29.26 18.2 17.5 28.92 38 19 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Nhiệt độ bên vật liệu cách điện xác định cơng thức: θtr = θ ng + A kvl θng: nhiệt độ bên vật liệu cách điện A: số 1,888 kvl: số phụ thuộc vào vật liệu cách điện 39 - Nhiệt độ tiếp điểm thường kiểm tra cầu đo gắn sào cách điện Khi đo, đầu đo gí vào tiếp điểm 30s đến 50s Ngồi dùng thị tín hiệu nhiệt độ dạng băng nhiệt 40 20 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Khi cần mức độ xác cao cần áp dụng phương pháp đo gián tiếp Tức đo nhiệt qua đại lượng trung gian Có hai dạng thơng dụng: + Đo nhiệt độ qua độ rơi điện áp + Đo điện trở độ 41 * Đo nhiệt độ qua độ rơi điện áp: Phương pháp dựa vào việc so sánh điện áp rơi đoạn dây có chứa điểm nối điện áp rơi đoạn dây ngun có dòng điện qua mV 42 21 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt * Phương pháp đo điện trở độ: Phương pháp dựa vào việc so sánh điện áp rơi đoạn dây có chứa điểm nối điện áp rơi đoạn dây nguyên có dòng điện qua mV A 43 22 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... dẫn A AC Thanh dẫn Cu Dây dẫn Cu Al+Mg Si ρ (Ωmm2/m.1 0-3 ) 28 .5 29 .26 18 .2 17.5 28 . 92 38 19 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Nhiệt độ bên vật liệu cách điện xác định cơng... SMBA < Tự nhiên 2, 5 < SMBA < 6,3 Tự nhiên 3,5 6,3 < SMBA < 32 Có thêm quạt 2, 5 32 < SMBA < 63 Có thêm quạt 3,5 63 < SMBA < 125 Tuần hoàn cưỡng 2, 5 SMBA > 125 Tuần hồn cưỡng có quạt 2, 5 CuuDuongThanCong.com... trọng trình vận hành thiết bị điện kiểm tra nhiệt chúng Người ta trang bị phương tiện đo nhiệt độ thiết bị - Nhiệt kế thủy ngân - Nhiệt kế áp suất - Nhiệt kế trương nở - Cặp nhiệt độ - Nhiệt điện