7. Nội dung luận văn gồm phần mở đầu và 4 chươn g:
3.1. Các phương thức truyền nhiệt
Mạch từ và dây quấn là nguồn phát nhiệt làm tăng nhiệt độ các bộ phận khác nhau của một máy biến áp [42]. Tổn hao lõi thép và tổn hao đồng gọi là tổn hao chính, ngoài ra còn các tổn hao phụ như tổn hao phụ dây quấn (do đầu nối, dòng Phu cô trong dây dẫn), tổn hao phụ lõi thép (từ trường tản móc vòng vật liệu kết cấu, vỏ thùng)… đều biến thành nhiệt trong máy biến áp.
Kết nối điện không tốt bên trong các máy biến áp, dẫn đến một điện trở tiếp xúc cao, gây ra nhiệt độ cao hơn. Nhiệt độ quá cao do sự nóng lên của bu lông nằm trong đường dẫn của từ trường tản, có thể làm hỏng gioăng. Nhiệt sinh ra do tất cả những tổn hao phải được truyền ra môi trường để tránh làm lõi thép, dây quấn và các bộ phận cấu trúc quá nhiệt độ cho phép, tránh làm vật liệu cách điện chóng hóa già. Nếu cách điện chịu nhiệt độ cao hơn giá trị cho phép trong một thời gian dài, nó sẽ mất tính chất cách điện; nói cách khác là giảm tuổi thọ cách điện, ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ biến áp. Có hai đặc tính cơ bản của vật liệu cách điện: độ bền cách diện và độ bền cơ học. Độ bền cách diện của vật liệu cách điện trong dầu của vật liệu chỉ được đảm bảo đến một nhiệt độ nhất định, quá mức đó sẽ giảm nhanh chóng, lúc đó các vật liệu cách nhiệt trở nên giòn và độ bền cơ học cũng giảm. Ngược lại, độ bền cơ khí mà bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao hơn và lão hóa, ảnh hưởng đến độ bền điện môi. Do đó, độ bền cách diện không không phải tiêu chuẩn duy nhất đánh giá sự tác động của nhiệt độ trên các vật liệu cách nhiệt.
Ước tính chính xác của nhiệt độ trên tất cả các bề mặt là rất quan trọng trong thiết kế của MBA để quyết định mật độ từ thông hoạt động trong lõi và mật độ dòng điện trong cuộn dây. Nó giúp trong việc kiểm tra tính đầy đủ của các giải pháp làm mát lõi thép và cuộn dây. Nó cũng giúp trong việc đảm bảo vận hành tin cậy của MBA từ tuổi thọ cách điện có thể được ước tính cho phép điều kiện quá tải và các tính toán khác.
Các giá trị của nhiệt độ dầu và cuộn dây tối đa phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh, thiết kế biến áp, điều kiện tải và phương pháp làm mát. Các giới hạn cho nhiệt
độ môi trường xung quanh và các giới hạn tương ứng với độ tăng nhiệt độ dầu, độ tăng nhiệt độ dây quấn được quy định trong các tiêu chuẩn quốc tế. Khi nhiệt độ môi trường xung quanh được quy định thay đổi theo các quốc gia khác nhau do đó độ tăng nhiệt độ cho phép cũng thay đổi theo.
Ví dụ trong IEC 60.076-2 (ấn bản thứ hai: 1993), nhiệt độ môi trường xung quanh tối đa 40°C, độ tăng nhiệt độ lớp dầu trên bề mặt cho phép là 60°C. Ở một đất nước mà nhiệt độ môi trường xung quanh tối đa là 50°C, giới hạn tăng nhiệt độ lớp dầu trên bề mặt có thể được giảm tương ứng còn 50°C.
Nếu các náy biến áp đặt ở độ cao lớn hơn 1000 m so với mực nước biển, độ tăng nhiệt độ cho phép đối với MBA được giảm theo các hướng dẫn được đưa ra trong các tiêu chuẩn vì thực tế rằng mật độ không khí giảm với sự gia tăng độ cao làm giảm hiệu quả làm mát. Độ cao về cơ bản ảnh hưởng đến sự trao đổi nhiệt đối lưu. Như vậy khi đặt MBA ở độ cao trên 1.000 m ta không thể sử dụng trực tiếp các tiêu chuẩn ở dưới 1000 m mà phải hiệu chỉnh theo hướng dẫn.
Dầu làm mát MBA dùng cho cả hai mục đích: làm mát và cách điện. Nhiệt năng từ lõi thép, cuộn dây và các thành phần cấu trúc được dầu tuần hoàn truyền tải ra môi trường xung quanh là không khí hoặc là nước thông qua các phương thức làm mát khác nhau.
Ba phương thức truyền nhiệt:
Các cơ chế truyền nhiệt trong MBA diễn ra bằng ba phương thức: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ. Trong vật dẫn và chất cách điện thì dẫn nhiệt đóng vai trò quan trọng. Trong dầu làm mát máy biến áp, đối lưu đóng vai trò quan trọng nhất và việc dẫn nhiệt là ít quan trọng nhất. Bề mặt làm mát tiếp xúc với môi trường không khí thì đối lưu và bức xạ đóng vai trò quan trọng hơn. Xử lý toán học chặt chẽ để thể hiện những phương thức truyền nhiệt là khá khó khăn và do đó chủ yếu là dựa vào công thức kinh nghiệm.
Để xét các phương thức truyền nhiệt, người ta chia máy biến áp làm hai nhóm: Nhóm nguồn nhiệt (gồm dây quân, lõi thép) và nhóm truyền nhiệt (gồm cách điện, dầu, vách thùng, môi trường).
Như vậy, nhiệt được truyền từ máy biến áp ra môi trường qua các vật liệu thể rắn, lỏng, khí. Nhiệt truyền qua thể rắn dưới dạng dẫn nhiệt, truyền qua thể lỏng khí dưới dạng đối lưu. Ở vỏ thùng nhiệt được truyền ra môi trường xung quanh dưới dạng bức xạ.