Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Khí cụ điện
CHƯƠNG 3SỰ PHÁT NÓNG CỦA THIẾT BỊ ĐIỆN KHÁI NIỆM CHUNG Ở trạng thái làm việc, trong các bộ pận của TBĐ như : mạch vòng dẫn điện, mạch từ, các chi tiết bằng kim loại và cách điện đều có tổn hao năng lượng tác dụng và biến thành nhiệt năng. Một phần của nhiệt năng này làm tăng nhiệt đọ của TBĐ, còn 1 phần khác tỏa ra môi trường xung quanh.Ở chế độ xác lập nhiệt, nhiệt độ của thiết bị không tăng lên nữa mà đạt trị số ổn định, còn toàn bộ nhiệt năng tỏa ra môi trường xung quanh. KHÁI NIỆM CHUNG Nếu nhiệt độ của TBĐ tăng cao thì cách điện bị già hóa và độ bền cơ của các ch tiết bị suy giảm. Khi tăng nhiệt độ của vật liệu cách điện lên 8oC so với nhiệt độ cho phép ở chế độ dài hạn thì tuổi thọ của cách điện giảm 50%.Với vật liệu dẫn điện thông dụng nhất là Cu, nếu tăng nhiệt độ từ 100oC đến 250oC thì độ bền cơ giảm 40%, khi độ bền cơ của chúng giảm nên lực điện động trong trường hợp ngắn mạch sẽ làm hư hỏng thiết bị.Do vậy độ tin cậy của thiết bị phụ thuộc vào nhiệt độ phát nòng của chúng. KHÁI NIỆM CHUNG Trong tính toán phát nóng TBĐ thường dùng một số khái niệm như sau :θo : nhiệt độ phát nóng ban đầu, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường.θ : nhiệt độ phát nóng τ = θ - θo : là độ chênh nhiệt so với nhiệt độ môi trường , ở vùng ôn đới cho phép τ = 350C, vùng nhiệt đới τ = 500C. Sự phát nóng thiết bị điện còn tùy thuộc vào chế độ làm việc. τôđ = θôđ - θo : độ chênh nhiệt độ ổn định. CÁC DẠNG TỔN HAOTrong TBĐ có các dạng tổn hao năng lượng chính sau : Tổn hao trong các chi tiết dẫn điện,Tổn hao trong các chi tiết bằng vật liệu sắt từ Tổn hao điện môi. TỔN HAO TRONG CÁC CHI TIẾT DẪN ĐIỆNNăng lượng tổn hao trong dây dẫn do dòng điện i đi qua trong thời gian t được tính theo công thức sau :Điện trở dây dẫn R phụ thuộc vào điện trở suất vật liệu, kích thước dây dẫn, ngoài ra còn phụ thuộc vào tần số dòng điện, vị trí của dây dẫn : nằm đơn độc hay gần dây dẫn khác có dòng điện đi qua.∫=tRdtiW02 TỔN HAO TRONG PHẦN TỬ SẮT TỪ VÀ ĐIỆN MÔINếu các phần tử sắt từ nằm trong vùng từ trường biến thiên thì trong chúng sẽ có tổn hao do từ trễ và dòng điện xoáy tạo ra Dưới tác dụng của điện trường biến thiên, trong vật liệu cách điện sẽ sinh ra tổn hao điện môi. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC DÀI HẠN CỦA VẬT THỂ ĐỒNG NHẤT KHÁI NIỆM Chế độ làm việc dài hạn là chế độ làm việc của thiết bị điện với thời gian dài tùy ý nhưng không ngắn hơn thời gian để nhiệt độ phát nóng đạt tới giá trị ổn định. QUÁ TRÌNH PHÁT NÓNG CỦA THIẾT BỊ Khi có dòng điện I chạy trong vật dẫn sẽ gây ra tổn hao một công suất P và trong thời gian dt sẽ gây ra một nhiệt lượng:Q = P.dt = RI2dtNhiệt lượng hao tổn này bao gồm hai phần: Đốt nóng vật dẫn Q1= G.C.dτ Tỏa ra môi trường xung quanh Q2= S α.τ.dt. [...]... thỡ: T t T t od ee + = 0 1 = T t od e1. ọõ 0 0. 632 ọõ 3 t[s] 1 2 0 T A B Hỗnh : Phaùt nọng d i hản TỔN HAO TRONG PHẦN TỬ SẮT TỪ VÀ ĐIỆN MÔI Nếu các phần tử sắt từ nằm trong vùng từ trường biến thiên thì trong chúng sẽ có tổn hao do từ trễ và dịng điện xốy tạo ra Dưới tác dụng của điện trường biến thiên, trong vật liệu cách điện sẽ sinh ra tổn hao điện môi. TÍNH TỐN PHÁT NĨNG Từ các biểu... VẬT THỂ ĐỒNG NHẤT TỔN HAO TRONG CÁC CHI TIẾT DẪN ĐIỆN Năng lượng tổn hao trong dây dẫn do dòng điện i đi qua trong thời gian t được tính theo cơng thức sau : Điện trở dây dẫn R phụ thuộc vào điện trở suất vật liệu, kích thước dây dẫn, ngồi ra cịn phụ thuộc vào tần số dịng điện, vị trí của dây dẫn : nằm đơn độc hay gần dây dẫn khác có dịng điện đi qua. ∫ = t RdtiW 0 2 Q TRÌNH PHÁT NĨNG CỦA... bằng nhiệt độ mơi trường. θ : nhiệt độ phát nóng τ = θ - θ o : là độ chênh nhiệt so với nhiệt độ môi trường , ở vùng ôn đới cho phép τ = 35 0 C, vùng nhiệt đới τ = 50 0 C. Sự phát nóng thiết bị điện cịn tùy thuộc vào chế độ làm việc. τ ôđ = θ ôđ - θ o : độ chênh nhiệt độ ổn định. Q TRÌNH PHÁT NĨNG Hệ số cơng suất: Hệ số quá tải dòng điện: T t T t cf nl p lv cx e e K − − − − == 1 1 τ τ T t T t f nl lv cx e e Kp I I K − − − − === 1 1 1 ... là điện trở một chiều của vật dẫn; R’ là điện trở xoay chiều của vật dẫn; S là tiết diện vật thể Toàn bộ nhiệt lượng do dòng điện ngắn mạch sinh ra dùng để đốt nóng vật dẫn lên độ chênh nhiệt độ là τ nm . dt s IKdtRIKdQ nmnm . 1 22 ρ == R R K nm ' = KHÁI NIỆM CHUNG Ở trạng thái làm việc, trong các bộ pận của TBĐ như : mạch vòng dẫn điện, mạch từ, các chi tiết bằng kim loại và cách điện. .. và độ bền cơ của các ch tiết bị suy giảm. Khi tăng nhiệt độ của vật liệu cách điện lên 8 o C so với nhiệt độ cho phép ở chế độ dài hạn thì tuổi thọ của cách điện giảm 50%. Với vật liệu dẫn điện thông dụng nhất là Cu, nếu tăng nhiệt độ từ 100 o C đến 250 o C thì độ bền cơ giảm 40%, khi độ bền cơ của chúng giảm nên lực điện động trong trường hợp ngắn mạch sẽ làm hư hỏng thiết bị. Do vậy độ tin cậy... bị điện làm việc non tải và chưa lợi dụng ht kh nng chu nhit max f 1 0 t[s] t lv 1 2 3 Hỗnh : Phaùt noùng khi ngàõn haûn M α QUÁ TRÌNH LÀM NGUỘI CỦA THIẾT BỊ Khi ngắt dịng điện (I = 0), q trình phát nóng chấm dứt và quá trình nguội lạnh bắt đầu xảy ra, nghĩa là P.dt = 0, ta có phương trình nguội lạnh : I 2 R.dt = 0 Và : G.C. dτ + S α + dt = 0 nên có: Với điều kiện khi ngắt dòng điện. .. Q TRÌNH PHÁT NĨNG CỦA THIẾT BỊ Khi có dòng điện I chạy trong vật dẫn sẽ gây ra tổn hao một công suất P và trong thời gian dt sẽ gây ra một nhiệt lượng: Q = P.dt = RI 2 dt Nhiệt lượng hao tổn này bao gồm hai phần: Đốt nóng vật dẫn Q 1 = G.C.dτ Tỏa ra mơi trường xung quanh Q 2 = S α.τ.dt. KHÁI NIỆM CHUNG Nếu nhiệt độ của TBĐ tăng cao thì cách điện bị già hóa và độ bền cơ của các ch tiết... bị điện với thời gian đủ ngắn để nhiệt độ phát nóng của nó chưa đạt tới giá trị ổn định, sau đó ngưng làm việc trong thời gian đủ lớn để nhiệt độ của nó hạ xuống tới nhiệt độ mơi trường. KHÁI NIỆM Thời gian xảy ra ngắn mạch rất ngắn nên nhiệt độ cung cấp cho vật thể hoàn tồn dùng để đốt nóng vật dânc và gần đúng ta coi nhiệt lượng tỏa ra môi trường xung quanh. Trong thời gian dt dòng điện. .. điện sẽ sinh ra tổn hao điện môi. TÍNH TỐN PHÁT NĨNG Từ các biểu thức trên và gọi K p =P n /P f là hệ số quá tải công suất ta có : Vì cơng suất tỉ lệ với bình phương dịng điện nên : K I : hệ số quá tải về dòng điện. T t ff n p lv e P P K − − === 1 1 max τ τ T t p f n I lv e K I I K − − === 1 1 KHÁI NIỆM Ta có phương trình: dQ = C.G.dτ nm = C.S.l.γ.dτ nm Với γ là khối lượng riêng của... I 2 R.dt = 0 Và : G.C. dτ + S α + dt = 0 nên có: Với điều kiện khi ngắt dòng điện chênh lệch nhiệt bằng độ chênh lệch nhiệt ổn định 0 . . =+ τ α τ S CG dt d Q TRÌNH PHÁT NĨNG t[s] t lv t ng t cK 3 4 1 2 τ τ max τ f τ ’ max τ min Hình :Phát nóng khi ngắn hạn lặp lại . CHƯƠNG 3SỰ PHÁT NÓNG CỦA THIẾT BỊ ĐIỆN KHÁI NIỆM CHUNG Ở trạng thái làm việc, trong các bộ pận của TBĐ như : mạch vòng dẫn điện, mạch từ,. từ trễ và dòng điện xoáy tạo ra Dưới tác dụng của điện trường biến thiên, trong vật liệu cách điện sẽ sinh ra tổn hao điện môi. CHẾ