CHƢƠNG CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA THIẾT BỊ ĐIỆN §2.1 KHÁI NIỆM CHUNG Trong 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 Sự tăng nhiệt độ thiết bị làm tăng tổn thất điện điện trở phần dẫn điện tăng, làm giảm khả mang tải chúng Độ bền học chi tiết thiết bị điện giảm nhiệt độ tăng, điều làm giảm độ tin cậy chúng Khi nhiệt độ tăng tổn thất chất điện môi tăng, làm cho độ bền điện chúng giảm, dẫn đến giới hạn đốt nóng cho phép thiết bị bị giảm Đó nguyên nhân làm tăng nhanh trình già hoá cách điện làm giảm tuổi thọ thiết bị điện Nghiên cứu chế độ nhiệt thiết bị điện nhiệm vụ quan trọng, từ xác định điều kiện làm việc an toàn thiết bị, đặc biệt khả mang tải chúng Việc nghiên cứu chế độ nhiệt thiết bị điện toán phức tạp tăng nhiệt độ, truyền nhiệt phát sinh nhiệt phụ thuộc vào nhiều yếu tố tham số chế độ (dòng điện, điện áp, tần số,tổn thất vv), đặc điểm cấu trúc (vật liệu, kết cấu lõi thép, cuộn dây, môi chất làm mát vv), tham số môi trường xung quanh (nhiệt độ, độ ẩm, áp suất không khí vv) tham số vật lý khác quán tính, độ nhớt vv Tuỳ theo mục đích cụ thể để lựa chọn phương pháp tính toán chế độ nhiệt phù hợp với sai số nằm giới hạn cho phép §2.2 SỰ CÂN BẰNG NHIỆT VÀ TUỔI THỌ THIẾT BỊ ĐIỆN 2.2.1 Cân nhiệt Khi thiết bị điện làm việc hao tổn công suất máy sinh lượng nhiệt, lượng nhiệt phần làm tăng nhiệt độ máy, phần lại toả môi trường xung quanh Sự truyền nhiệt thiết bị diễn theo phương thức: dẫn nhiệt, xạ nhiệt đối lưu Theo định luật bảo toàn lượng, nhiệt sinh thiết bị điện tổng nhiệt làm nóng thiết bị nhiệt toả môi trương xung quanh Phương trình cân nhiệt thiết bị điện biểu thị dạng P.dt = cG.d+ qF.dt đó: P - hao tổn công suất thiết bị điện; (W) t - thời gian tác động phụ tải; c - nhiệt dung, W.s/;(kg.0C) G - khối lượng vật thể; (kg) 26 (2.1) q - nhiệt lượng toả đơn vị diện tích bề mặt, W/mm2.0C F - diện tích bề mặt tiếp xúc, mm2  - độ tăng nhiệt độ thiết bị so với môi trường thời điểm t, =νth.bị- νxq; νth.bị - nhiệt độ thiết bị điện; νxq - nhiệt độ môi trường xung quanh; Trong tính toán coi νxq không đổi nên d = dν Các thành phần vế (2.1) : ∆P.dt nhiệt lượng tỏa vật thể (thiết bị) khoảng thời gian dt; cG.d nhiệt lượng dùng để tăng nhiệt độ vật thể lên đại lượng d; qF..dt nhiệt lượng tỏa xung quanh độ chênh lệch nhiệt độ vật thể môi trường thời gian dt Chia vế biểu thức (2.1) cho dt ta phương trình vi phân d P = cG +qF dt Nếu coi đại lượng c, q không đổi phương trình vi phân có nghiệm:  = Aekt+ B : A, B - số, xác định theo điều kiện ban đầu; k - nghiệm phương trình đăc trưng: cGk + qF = k  = Ae Tức qF cG qF  t cG +B; Đặt T  cG , gọi T số thời gian đốt nóng ta có : qF  t T  = A e +B (2.2) Để xác định hệ số A, B ta xét số tình cụ thể sau: Thứ nhất, thiết bị từ trạng thái không tải sang trạng thái tải công suất S (hình 2.1a): - Ở thời điểm ban đầu t = nhiệt độ thiết bị môi trường xung quanh băng nhau, tức độ chênh lệch nhiệt độ thiết bị môi trường xung quanh không  = 0, lúc (2.1) có dạng : ∆P.dt = cG.d   27 P t cG (2.3) Từ (2.3) thấy độ tăng nhiệt độ tăng tuyến tính với thời gian, có nghĩa lúc đầu nhiệt độ dồn vào để làm nóng thiết bị đạt tới mức định nhiệt lượng bị tỏa môi trường xung quanh Tại thời điểm t=0, thay giá trị vào (2.2)  A  B, suy A = -B - Ở thời điểm  đạt đến giá trị xác lập  =  , d = 0, (2.1) có dạng ∆P.dt = q. dt, ta được:   P q.F (2.4) Tại thời điểm t = , thay giá trị vào (2.2)    A.e B=    T  B  , suy Thay giá trị A B tìm vào (2.2) ta được:  = (1 - e  t T ) (2.5) Trên hình 2.1b thể đường cong  theo công thức (2.5)  S  S t t a) b) Hình 2.1 Sự thay đổi độ tăng nhiệt độ thiết bị từ không tải sang mang tải S, a) công suất, b) độ tăng nhiệt độ Thứ hai, thiết bị từ trạng thái mang tải từ S0 sang S (hình 2.2a): Khi thiết bị mang tải S1 tổn thất công suất ∆P1, độ tăng nhiệt độ 1, với tải S2 tổn thất công suất ∆P2, độ tăng nhiệt độ 2 Các độ tăng nhiệt độ xác định theo công thức (2.4), cụ thể là: 1  P1 ; q.F 2  P2 q.F (2.6) Có thể suy luận dễ dàng, thay đổi (quá trình độ) tử độ tăng nhiệt 1 sang 2 biểu thức sau: 28 t      1   1  e T    (2.7) Trên hình 2.2b thể đường cong  theo công thức (2.7) S  S2 2 1 S1 t a) b) Hình 2.2 Sự thay đổi độ tăng nhiệt độ thiết bị từ mang tải S1 sang S2, a) công suất, b) độ tăng nhiệt độ Thứ ba,thiết bị từ trạng thái mang tải S không tải ( hình 2.3a) Khi thiết bị mang tải S tổn thất công suất ∆P, độ tăng nhiệt độ s xác định theo công thức (2.4), cụ thể là: s  P q.F (2.8) Có thể suy luận dễ dàng, thay đổi (quá trình độ) tử độ tăng nhiệt s nhiệt độ môi trường xung quanh biểu thức sau:    s e  t T (2.9) Trên hình 2.3b thể đường cong  theo công thức (2.9)  S s S2 t t a) b) Hình 2.3 Sự thay đổi độ tăng nhiệt độ thiết bị từ mang tải S không tải, a) công suất, b) độ tăng nhiệt độ 29 Các tình xem xét cho phép phân tích động học biến đổi nhiệt độ thiết bị điện Hằng số thời gian đốt nóng T thiết bị điện hoàn toàn xác định phụ thuộc vào công suất định mức phương thức làm mát chúng Đối với loại máy biến áp, thường giá trị số thời gian đốt nóng T dao động khoảng (2,53,5) (xem bảng 2.1) Hằng số thời gian đốt nóng cuộn dây, theo tương quan khối lượng, nằm khoảng 47 phút, nhiệt dung cuộn dây cao thân chúng nằm môi trường làm mát tốt dầu Giá trị số thời gian đốt nóng máy phát lấy gần trị số cho bảng 2.2 Bảng 2.1 Hằng số thời gian đốt nóng số loại máy biến áp TT Công suất, MVA Hệ thống làm mát T, 0,0011 dầu (TM) 2,5 16,3 dầu (TM) 3,5 6,332 dầu + quạt (TM) 2,5 3263 dầu + quạt (TMA) 3,5 100125 Cưỡng dầu không khí (TMAE) 2,5 > 125 Cưỡng dầu không khí (TMAE) 3,5 Bảng 2.2 Hằng số thời gian đốt nóng máy phát Công suất T - Hằng số thời gian đốt nóng máy phát, phút định mức Cuộn dây rotor làm mát Cuộn dây stator mát trực tiếp máy phát , trực tiếp khí hydro nước MW Cực đại Trung bình Cực đại Trung bình 30 5,9 4,4 0,6 0,3 150 3,2 2,5 1,5 0,8 200 2,6 2,0 1,7 0,9 300 2,4 1,9 1,9 500 2,9 2,3 2,9 1,5 2.2.2 Tuổi thọ thiết bị điện 1)Tuổi thọ Tuổi thọ thiết bị thời gian kể từ thiết bị bắt đầu dưa vào vận hành bị đào thải Căn vào nguyên nhân bị đào thải phân biệt dạng tuổi thọ: 30 -Tuổi thọ vật lý thời gian tính từ công trình bắt đầu sử dụng đến thiết bị đáp ứng yêu cầu kỹ thuật -Tuổi thọ công nghệ thời gian tính từ công trình bắt đầu sử dụng đến công nghệ bị lạc hậu so với công nghệ -Tuổi thọ sản phẩm thời gian tính từ bắt đầu dự án đến sản phẩm làm không chấp nhận -Tuổi thọ kinh tế giá trị nhỏ ba loại tuổi thọ Tuổi thọ định mức thời hạn làm việc thiết bị ấn định nhà chế tạo với điều kiện thiết bị làm việc chế độ định mức điều kiện tiêu chuẩn Tuổi thọ thiết bị phụ thuộc chủ yếu vào chế độ nhiệt chúng Trong trình làm việc vật liệu cách điện bị già hoá tác động nhiệt độ, độ ẩm, tác dụng hoá học vv Quá trình già hoá thiết bị thực chất trình suy giảm đặc tính cách điện biến đổi hoá chất xẩy cách điện tác động yếu tố khác trình vận hành, đặc biệt tác động nhiệt độ Các dao động lớn nhiệt làm lỏng kẹp, chêm cuộn dây máy biến áp, làm tăng nguy cố nội cuộn dây Một cuộn dây không giữ chặt có nguy bị rung tần số làm việc bị dịch chuyển gây phương hại đến cách điện, làm tăng hao mòn vật liệu cách điện, giảm chất lượng điện môi, kết làm giảm tuổi thọ thiết bị Các dao động nhiệt vượt mức nhiệt độ vận hành theo chu kỳ gây tượng giảm tuổi thọ tích luỹ lặp lại, làm giảm tuổi thọ chung thiết bị 2) Sự lão hoá cách điện Các loại cách điện dùng máy biến áp, dầu có các loại cách điện thể rắn giấy làm từ glucose Sự lão hoá cách điện phụ thuộc vào nhiệt độ, hàm lượng nước, hàm lượng oxy hàm lượng axit Thước đo lão hoá cách điện có chứa phân tử cellulose độ khử trùng hợp (depolimeiation) hay gọi độ khử polime hoá (DP) Nó biểu thị số vòng glucose kết hợp bên cellulose Ở trạng thái chưa bị bảo hoà, trị số D P cellulose có giá trị khoảng 1200, tác động tác nhân nhiệt độ, ôxy hoá, thuỷ phân giá trị bị giảm dần theo thời gian a) Sự lão hoá nhiệt Nhiệt tác nhân lớn làm thúc đẩy phản ứng hoá học, làm tăng cường trình khử polyme hoá, phá vỡ liên kết phân tử cellulose, trình bắt đầu nhiệt độ làm việc thiết bị Sự tác động nhiệt liên kết phân tử cellulose thể hình 2.1 Các sản phẩm già hoá điển hình glucose tự do, nước, cacbônmonoxide cacbondioxide Quá trình oxy hoá dẫn đến tách vòng glucose hình thành acid, ketone phenol Quá trình diễn cách từ từ, nhiệt độ cao trình phân tách vòng gllucose diễn nhanh 31 CH2OH H OH H5 O H OH H H 1- OH H H H H O O CH2OH H OH Hình 2.1 Tác động nhiệt liên kết phân tử cellulose b) Sự lão hoá thuỷ phân Nước mối đe doạ đáng sợ độ bền cách điện, có mặt nước đẩy nhanh trình khử trùng hợp Quá trình khử trùng hợp mà có tham gia nước gọi trình khử polime hoá thuỷ phân Các phân tử H 2O hướng tới lôi kéo phân tử Oxy tham gia vào phản ứng Oxy hoá, làm phá vỡ cầu Oxy nối phân tử glucose (hình 2.2), làm cho liên kết phân tử cellulose bị phá huỷ, làm cho số lượng DP bị giảm Quá trình lão hoá cách điện tỷ lệ thuận với hàm lượng nước Nước tồn nhiều dạng khác máy biến áp, có dạng là: - Nước không phân huỷ, dạng hydro gắn với cellulose hydro carbon mà có hình thành dầu; - Nước dạng nhũ tương, tượng trình bão hoà chưa hoàn toàn tách biệt khỏi dầu - Nước tù tượng bão hoà chưa mức tích tụ đủ tạo thành giọt tách khỏi dầu H CH2OH C C Hình 2.2.Tác động nước liên kếtcủa phân tử celulose OH H C H H CH2OH C O O C OH O C H H C OH O C C H H C OH C H CH2OH O O H H H C OH O H C H C OH C C OH H C C C H C H H OH CH2OH O2 H2O +H2O H Sự thuỷ phân hoá cách điện diễn mảnh liệt có kết hợp nhiệt độ cao Trên thực tế nước lửa (tức nhiệt) hai kẻ tử thù nhau, chúng lại đồng hành việc huỷ hoại cách điện 32 3) Độ bền học giới hạn đào thải cách điện Độ bền học xác định độ dài phân tử cellulose Khi giá trị DP cách điện giảm độ bền học chúng bị giảm Ví dụ giấy cách điện Kraft tình trạng có độ khử trùng hợp DP 10001200 ứng với độ bền học khoảng  =100115 Nm/g Độ bền giảm độ DP giảm, đặc biệt  giảm nhanh DP1, độ tăng nhiệt độ tương ứng  Sự độ độ tăng nhiệt độ từ 0 sang  thể tương tự biểu thức (2.7) thể hình 2.5b Nếu độ tăng nhiệt độ  lớn giá trị độ tăng nhiệt độ chế độ phụ tải định mức n, có nguy làm giảm tuổi thọ, chí gây cố máy, máy biến áp cần phải giảm tải sau khoảng thời gian cho phép tcp Thời gian cho phép tải tcp xác định phương pháp giải tích sở biểu thức (2.7) Chú ý tới mối quan hệ  P I    k mt2  n Pn I n2 Từ độ tăng nhiệt độ tương ứng biểu thị : 0 = nk02  = nk22 (2.21) Thay giá trị tương ứng vào phương trình (2.7), lấy loga vế sau vài biến đổi đơn giản ta biểu thức cho phép xác định thời gian tải cho phép: 38 k 22  k 02 t cp  T ln k2 1 (2.22) B kmt A k2 Hình 2.5 Đồ thị phụ tải cấp máy biến áp ( a) độ tăng nhiệt độ máy biến áp so với nhiệt độ k0 k1 k3 a) môi trường làm mát (b); t 1- đường cong tăng nhiệt độ phụ tải tăng điểm A; 2- đường cong tăng nhiệt độ phụ tải giảm điểm B  cp ’  A  t1 n 0 b) B t’ 2 ’2 t Nếu máy biến áp không giảm tải nhiệt độ tiếp tục tăng t = 4,6T đạt gần giá trị xác lập với  =  (đường cong hình 2.5b) Nếu điểm B máy giảm tải với k3 < 1, nhiệt độ giảm ứng với đường cong hình 2.5b Chế độ xác lập thiết lập với  = 2 Nếu thời gian tải không đủ lớn, nhiệt độ không tăng đến giá trị xác lập , mà đến giá trị ’ ứng với điểm cuối bậc thang thứ phụ tải giảm nhiệt độ xác lập lúc đạt giá trị ’2 2 trường hợp đầu b) Đồ thị phụ tải nhiều nấc Giả sử máy biến áp làm việc với phụ tải thay đổi nhiều nấc ngày (hình 2.6a, hệ số mang tải nấc k1, k2, …kn Nhiệt độ xác lập nấc tương ứng ký hiệu 1 ,2 ,3 ,,n xác định theo công thức (2.16) , (2.18) Trước hết ta chọn nấc phụ tải tuỳ ý làm gốc xác định tổn thất công suất P theo biểu thức (2.16) độ tăng nhiệt độ ban đầu bd∞ theo biểu thức (2.18) Đây coi độ tăng nhiệt độ điểm cuối nấc phụ tải gốc Từ nấc phụ tải gốc chuyển sang nấc phụ tải độ tăng nhiệt độ xác định theo 39 công thức (2.7) trường hợp phụ tải tăng theo công thức (2.9) phụ tải giảm Căn vào công thức với thời gian kéo dài phụ tải xác định độ tăng nhiệt độ điểm cuối nấc phụ tải này, để lại tính tiếp tục diễn biến độ tăng nhiệt độ nấc phụ tải tiếp sau Quá trình tính toán tiếp diễn đến hết nấc phụ tải quay nấc phụ tải gốc ban đầu dừng kmt k1 k3 k2 kkn a) n Hình 2.6 Đồ thị phụ tải nhiều cấp trạm biến áp ( a) độ tăng nhiệt độ máy biến áp so với nhiệt độ môi trường làm mát(xung quanh (b); t 3 2 4 bd∞ 5 6 t t1 t2 t3 t4 t5 t6 b) Để diễn giải cụ thể hơn, xem hình 2.6 Quá trình xác định độ tăng nhiệt độ sau: - Phụ tải nấc 1, theo công thức (2.16) (2.18) xác định 1bd ; - Từ nấc phụ tải nấc sang phụ tải nấc 2, đường cong thay đổi độ tăng nhiệt độ xác định theo công thức (2.7), với t2 xác định  ; - Từ nấc phụ tải nấc sang phụ tải nấc 3, đường cong thay đổi độ tăng nhiệt độ xác định theo công thức (2.7), với t3 xác định  ; - Từ nấc phụ tải nấc sang phụ tải nấc 4, đường cong thay đổi độ tăng nhiệt độ xác định theo công thức (2.9), với t4 xác định  ; - Từ nấc phụ tải nấc sang phụ tải nấc 5, đường cong thay đổi độ tăng nhiệt độ xác định theo công thức (2.9), với t5 xác định  ; - Từ nấc phụ tải nấc sang phụ tải nấc 6, đường cong thay đổi độ tăng nhiệt độ xác định theo công thức (2.7), với t6 xác định  ; 40 - Từ nấc phụ tải nấc quay phụ tải nấc 1, đường cong thay đổi độ tăng nhiệt độ xác định theo công thức (2.9), với t5 xác định 1 Néu 1 “trùng” 1bd (gần 1bd ) trình tính kết thúc; không tiến hành tính lặp lại thực Kết quá trình tính toán độ tăng nhiệt độ máy biến áp sop với môi tỷường xung quanh thể hình 2.6b Nhiệt độ thực tế lớp dầu ứng với nấc phụ tải thứ x (2.23)  d x  d x   xq Nhiệt độ thực tế cuộn dây ứng với nấc phụ tải x  cd x   d x  cd (2.24) cd- độ tăng nhiệt độ cuộn dây so với nhiệt độ dầu, xác định theo biểu thức (2.196) Trong giá trị nhiệt độ điểm cuối nấc phụ tải, lấy giá trị cao làm giá trị nhiệt độ dầu máy biến áp (trên hình 2.6b  d  d   xq ), từ tính nhiệt độ cuộn dây chúng đem so với với giá trị nhiệt độ cho phép máy biến áp (bảng 2.4) để kết luận chế độ nhiệt cho máy biến áp đưa biện pháp sử lý ***** 2.3.2 Chế độ nhiệt máy phát điện Quá trình nhiệt máy phát phức tạp nhiều so với máy biến áp, nên xác định cách gần theo phương trình cân nhiệt (2.1) cách thay phần tử cấu trúc thực tế vật thể rắn lý tưởng Thực chất máy biến áp máy phát vật thể đồng nhất, truyền nhiệt chúng không hoàn toàn tỷ lệ cách đơn với nhiệt độ ta xét phương trình (2.1) Sự thay đổi chế độ nhiệt phần tử cấu trúc máy phát diễn thay đổi điều kiện dẫn nhiệt điều kiện làm mát Tổn thất điện máy phát bao gồm tổn thất điện từ tổn thất Tổn thất điện từ gồm có thành phần lõi thép cuộn dây stator rotor, chúng phụ thuộc vào phụ tải Tổn thất có liên quan với tượng ma sát diễn máy (ma sát trục ổ bi, rotor môi chất làm mát vv.) Sự làm mát máy phát phụ thuộc vào tính chất môi chất dẫn nhiệt cường độ toả nhiệt môi trường xung quanh Các tham số môi chất làm mát áp suất khí hydro, nhiệt độ lưu lượng nước qua trao đổi nhiệt, hệ số truyền nhiệt v.v.… có ảnh hưởng lớn đến độ tăng nhiệt máy phát Tuy nhiên, bất chấp phức tạp vừa nêu, với 41 Formatted: Space After: trợ giúp biểu thức (2.7) xác định phụ tải cho phép lâu dài máy phát ứng với điều kiện làm mát cụ thể với sai số chấp nhận Nhiệm vụ nhân viên vận hành giữ cho nhiệt độ phần tử nóng không vượt trị số cho phép chế độ làm việc Điều quan trọng máy phát có quán tính nhiệt thấp Phụ tải cho phép lâu dài máy phát phụ thuộc vào tham số cấu trúc giao cho nhân viên trực dạng bảng biểu biểu đồ sau tiến hành thử nghiệm Ở chế độ làm việc bình thường nhiệt độ máy phát phải nằm giới hạn nhiệt độ cho phép Khi vận hành nhiệt độ máy phát tăng lên, nhiệt độ giới hạn quy định gọi nhiệt độ cho phép, chế độ làm việc bình thường nhiệt độ cho phép phận máy phát quy định quy phạm kỹ thuật Không phép vận hành máy phát điện với nhiệt độ lớn nhiệt độ cho phép Khi nhiệt độ khí làm mát 450C độ tăng nhiệt độ nhiệt độ lớn cho phép phận máy phát quy định theo bảng 2.5 Khi nhiệt độ gió làm mát máy phát điện tăng giảm 450C bắt buộc phải tăng giảm dòng điện qua stato theo bảng 2.6 Tuy nhiệt độ gió làm mát giảm thấp 250C không tăng dòng điện stato (Is) 100% Iđm Bảng 2.5 Nhiệt độ cho phép phận máy phát Độ tăng nhiệt độ 0C Tên phận Cuộn dây rôto máy phát Cuộn dây stato máy phát Lõi sắt stato Nhiệt độ lớn  max oC 85 70 60 130 115 105 450C ÷ 500C 500C ÷ 550C 450C ÷ 250C Tăng lên 10C buộc phải Giảm xuống 10C cho phép giảm dòng điện (% Iđm) tăng dòng điện (% Iđm) - Formatted: Indent: First After: pt Formatted: French (Franc Formatted: French (Franc Formatted: French (Franc Formatted: French (Franc Formatted: Font: Italic Formatted: Font: 11 pt, I Formatted: Centered, Ind Formatted: Font: 13 pt, L Formatted: Indent: First Before: pt, After: pt Bảng 2.6 Tăng giảm dòng máy phát theo nhiệt độ Phạm vi tăng giảm nhiệt độ Formatted: Indent: First After: pt 0,5 Formatted: French (Franc Formatted: Left, Indent: Formatted: French (Franc Formatted: French (Franc Formatted: French (Franc Formatted: French (Franc Formatted: Centered 2.3.3 Chế độ nhiệt động điện Sự đốt nóng chế độ nhiệt động yếu tố quan trọng để xác định giới hạn mang tải chúng Cũng máy phát, đốt nóng động xảẩy tổn thất điện từ tổn thất Khi đóng động vào làm việc, nhiệt độ tăng lên đạt đến chế độ cân nhiệt tất lượng nhiệt tổn thất gây nên 42 Formatted: English (U.S.) Formatted: Indent: First After: pt Formatted: Space Before toả hoàn toàn môi trường xung quanh Khi nhiệt độ động đạt giá trị xác lập Tuỳ theo mức độ mang tải động mà thời gian đạt đến nhiệt độ xác lập nhanh hay chậm Trên hình 2.78 biểu thị đặc tính đốt nóng động phụ thuộc vào mức độ mang tải Đường cong ứng với chế độ động phụ tải lớn giá trị định mức; Đường cong – ứng với chế độ mang tải định mức đường cong – ứng với chế độ mang tải thấp giá trị định mức Như nhiệt độ xác lập động thay đổi phạm vi rộng tuỳ thuộc vào mức độ mang tải Giá trị đốt nóng cho phép động xác định phụ thuộc vào loại cách điện dùng động   Hình 2.78 Đặc tính đốt nóng động điện 5- Pđc>Pn 6- Pđc=Pn 7- Pđc 180   Hình 2.98 Đặc tính đốt nóng động điện phụ thuộc vào chế độ làm việc 1- chế độ dài hạn 2- chế độ ngắn hạn lặp lại  t   Bảng 2.4 Nhiệt độ cho phép lâu dài cp loại cách điện Loại cách điện Y A E B F H G cp C 90 105 120 130 155 180 > 180 §2.4 ĐO NHIỆT ĐỘ CỦA THIẾT BỊ ĐIỆN 2.4.1 Sự đốt nóng tiếp điểm Các điểm tiếp xúc mạch điện nơi có nhiệt độ cao, điện trở độ thường lớn Điện trở độ Rqd phụ thuộcải vào lực ép điện cực, xác định theo biểu thức: Rqd   vl (2.252) Fk đó: vl - hệ số biểu thị đặc tính vật liệu phương pháp xử lý bề mặt tiếp điểm; F - lực ép; k - số, phụ thuộc vào loại tiếp điểm Trong trình làm việc, điện trở độ tiếp điểm tăng theo nhiệt độ: 44 Formatted: Space Before Rqd  Rqd1[1   R (   )] (2.263) đó:  1, 1 , 2 - nhiệt độ ban đầu nhiệt độ xác định điện trở Rqd; Rqd1 - điện trở ban đầu ứng với nhiệt độ  1; R - hệ số nhiệt điện trở vật liệu làm tiếp điểm Nhiệt độ lớn tiếp điểm trình vận hành không vượt giá trị cho phép ứng với vật liệu cụ thể 2.4.2 Khí cụ phƣơng tiện kiểm tra nhiệt độ Một nhiệm vụ quan trọng trình vận hành thiết bị điện kiểm tra chế độ nhiệt chúng Thông thường người ta trang bị phương tiện đo nhiệt độ thiết bị Tồn số phương pháp khí cụ đo nhiệt độ sau: Nhiệt kế thuỷ ngân có độ nhạy cao để gần trường điện từ bị sai số lớn, tác động dòng điện xoáy Nhiệt kế áp suất: Trong trường hợp cần truyền tín hiệu đến khoảng cách chừng vài mét, người ta sử dụng nhiệt kế kiểu áp suất Thiết bị gồm ống đựng ete nối với lò xo thị Khi nhiệt độ thay đổi làm áp suất ete thay đổi, áp suất tác động đến thị có vạch thang hiển thị số đo Nhiệt kế trương nở loại nhiệt kế có phần tử làm vật liệu có tính đặc biệt thay đổi chiều dài nhiệt độ thay đổi, dễ dàng khép tiếp điểm đưa tín hiệu nhiệt độ đạt giá trị xác định Cặp nhiệt độ làm việc theo nguyên lý hiệu ứng nhiệt-điện, tức dựa mối mối quan hệ suất điện động e với chênh lệch nhiệt độ : e = C., C – số nhiệt ngẫu (2.24) C – số nhiệt ngẫu Tức cặp nhiệt độ làm việc theo nNguyên lý chuyển tín hiệu nhiệt độ sang tín hiệu điện áp dựa tượng tượng khuyếch tán điện tử tự kim loại bị nung nóng Khi hai dây dẫn với vật liệu khác gắn tiếp xúc với dây có điện tử tự nhiều khuyếch tán sang dây thân mang điện tích dương, dây nhận thêm điện tử mang điện tích âm Như điểm tiếp xúc xuất suất điện động có giá trị phụ thuộc vào chất vật liệu dẫn nhiệt độ đốt nóng, có nghĩa suất điện động tỷ lệ với nhiệt độ cần theo dõi Do có đặc điểm ưu việt chuyển đổi nhiệt độ sang tín hiệu điện áp, cặp nhiệt độ áp dụng rộng rãi sản xuất Nhiệt điện trở: Thiết bị đo nhiệt điện trở làm việc theo nguyên lý thay đổi điện trở theo nhiệt độ R1 R0 (1   R )  (2.275) R2 R0 (1   R ) 45 Formatted: Indent: First After: pt Formatted: Font: 13 pt, L Formatted: Font: 13 pt, L : R0 - điện trở ứng với 0C; R1, R2 - điện trở ứng với nhiệt độ  1 2 ; Formatted: Font: 13 pt, L R - hệ số nhiệt điện trở, dây đồng có giá trị 0,00425 Formatted: Indent: First After: pt Giải phương trình (2.275) ta tìm 2  R2 1 ; (  )  R1 R R (2.268) Điện trở R1 R2 thiết bị (ứng với trạng thái nguội nóng) xác định phương pháp Von-Ampe Các loại cảm biến nhiệt điện trở thường áp dụng nhiều công nghiệp đồng, bạch kim nhiệt điện trở bán dẫn (được chế tạo từ oxit kim loại khác CuO, MnO vv.) 2.4.3 Ý nghĩa việc đo nhiệt độ Kế hoạch chất tải Các thông tin xác nhiệt độ phụ tải thiết bị cho phép xác định mức độ tăng thêm tải theo kế hoạch Trên sở phân tích thông tin nhiệt độ đánh giá tình trạng thiết bị để định cần thiết có liên quan đến việc thay thế, bổ sung san tải cho thiết bị khác Đánh giá mức độ sử dụng thiết bị Giá trị nhiệt độ đo thiết bị cho phép ta đánh giá xác mức độ sử dụng thiết bị để từ đưa định liên quan đến vấn đề quản lý tài sản việc tăng thêm giảm bớt phụ tải mà không gây nên rủi ro trước mắt lâu dài Đánh giá tuổi thọ thiết bị Nhiệt độ có liên quan trực tiếp đến mức độ lão hoá cách điện có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ thiết bị Do phép đo nhiệt độ cung cấp thông tin quan trọng để xác định lượng phần trăm đời sống hữu ích thiết bị sử dụng Đảm bảo mức vận hành an toàn thiết bị Việc giám sát nhiệt độ cho phép cảnh báo trường hợp vận hành không phù hợp kịp thời ngăn ngừa tình trạng vận hành giới hạn cho phép, đảm bảo làm việc an toàn tin cậy cho thiết bị Việc đo nhiệt độ thiếu xác dẫn đến tượng vận hành với mức tải không hợp lý thiết bị người vận hành đánh giá sai khả vận hành thiết bị Nếu nhiệt độ đo cao giá trị thực tế người vận hành cắt tải sớm thiết bị làm việc với mức tải thấp, gây lãng phí thiết bị Ngược lại, nhiệt độ đo thấp giá trị thực tế dẫn đến tượng nhiệt làm ảnh hưởng đến chế độ làm việc an toàn làm giảm tuổi thọ thiết bị Sử dụng hiệu thiết bị làm mát 46 Formatted: Font: 13 pt, S by pt Các thông tin nhiệt độ cho phép sử dụng cách hiệu thiết bị làm mát Chẳng hạn nhiệt độ thấp hạn chế lưu lượng gió máy quạt chí không cần sử dụng chúng Nếu bơm quạt làm việc không cần thiết gây tốn không chi phí điện mà chi phí bảo trì, chí phải thay hoàn toàn 2.4.4 Kiểm tra nhiệt độ thiết bị Việc đo nhiệt độ thiết bị điện thực theo phương thức tự động đo tay nhân viên kiểm tra Nhiệt độ thực tế máy biến áp kiểm tra thông qua nhiệt độ lớp dầu đo nhiệt kế gắn bình giản nở Nhiệt độ cuộn dây máy phát điện kiểm tra phương pháp gián tiếp xác định theo biểu thức (2.286) R1 R2 tương ứng giá trị điện trở trạng thái nguội trạng thái nóng rotor máy phát Nhiệt độ cuộn dây lõi thép stator, nhiệt độ môi chất làm mát máy phát thường kiểm tra theo phương pháp đo từ xa với trợ giúp nhiệt kế Cùng với việc kiểm tra nhiệt độ máy phát, người ta thường xác định tham số khác áp suất, lưu lượng vv môi chất làm mát Nhiệt độ thực tế ruột cáp xác định sở nhiệt độ đo vỏ hiệu chỉnh theo biểu thức I nRQ (2.297)  l   vo  100.F đó:  l - nhiệt độ lõi cáp, 0C; Formatted: Space Before Formatted: Font: 13 pt, L  vo vo- nhiệt độ đo vỏ cáp, 0C; Field Code Changed I - giá trị dòng điện cực đại cáp, xác định trình đo nhiệt độ vỏ cáp; n - số lõi cáp;  - điện trở suất vật liệu làm lõi cáp, .mm2/m; (bảng 2.56) RQ- tổng nhiệt trở lớp cách điện lớp bảo vệ, 0C.m/W; F - tiết diện mặt cắt ngang lõi cáp, mm2 Bảng 2.6 Điện trở suất số vật liệu làm lõi cáp Dây dẫn A AC Al+Mg Si Cu cứng Cu mềm , .mm2/m 10-3 28,5 29,26 28,92 18,2 17,5 Nhiệt độ bên vật liệu cách điện xác định sở nhiệt độ bên chúng theo biểu thức: 47 Field Code Changed Formatted: Font: 13 pt, L Formatted: Space Before Formatted: Indent: First Before: pt, After: pt Formatted Table  tr   ng  A k vl (2.3028) ng :  ng ng -– nhiệt độ đo bề mặt cách điện; Formatted: Font: 13 pt, L A - số , thường lấy giá trị 1,188 kvl -– hệ số phụ thuộc vào loại vật liệu cách điện Nhiệt độ tiếp điểm thường kiểm tra cầu đo gắn sào cách điện Khi đo, đầu đo dí vào tiếp điểm khoảng 3050 giây Khi kiểm tra nhiệt độ đốt nóng tiếp điểm người ta áp dụng tín hiệu nhiệt độ dạng băng nhiệt Trong khoảng nhiệt độ từ 701000C băng nhiệt thay đổi màu sắc từ màu đỏ chuyển sang màu đen Khi nhiệt độ thấp từ màu đen lại chuyển sang màu đỏ Như vào màu sắc băng nhiệt để đánh giá mức độ đốt nóng tiếp điểm Sự kiểm tra theo chu kỳ chế độ nhiệt tiếp điểm cần tiến hành thời điểm phụ tải cực đại Cần lưu ý độ dẫn nhiệt nhiệt dung phần tử kim loại lớn, nên phép đo không phản ảnh trung thực giá trị thực nhiệt độ cần kiểm tra Bởi trường hợp yêu cầu độ xác cao, cần phải áp dụng phương pháp đo gián tiếp tức đo nhiệt độ qua đại lượng trung gian Thông thường có phương pháp gián tiếp áp dụng là: - Đo nhiệt độ qua độ rơi điện áp Phương pháp đo nhiệt độ qua độ rơi điện áp đoạn mạch bao gồm tiếp điểm cần kiểm tra tiến hành điện áp làm việc với trợ giúp sào đo có gắn milivonmét (hình 2.910.a) Phương pháp dựa sở so sánh độ rơi điện áp đoạn dây có chứa điểm nối với độ rơi điện áp đoạn dây nguyên có dòng điện chạy qua - Phương pháp đo điện trở độ Phương pháp đo điện trở độ tiếp điểm thực với trợ giúp milivonmét ampemét (hình 2.9b) mV b) mV a) A Hình 2.9 10 Sơ đồ kiểm tra nhiệt độ điểm tiếp xúc theo phương pháp a) Phương phương pháp đo độ rơi điện áp b) Phương pháp đo điện trở 48 Formatted: Indent: First After: pt [...]... chọn công suất của động cơ cần phải dựa vào đặc tính mang tải của chúng Trong thực tế thường giới hạn của nhiệt độ lớn nhất của động cơ được lấy thấp hơn khoảng 100C so với nhiệt độ cho phép của loại cách điện được sử dụng cho động cơ (bảng 2.5) Chế độ làm việc của động cơ có ảnh hưởng lớn đến chế độ nhiệt của chúng Trên hình 2.8 biểu thị đặc tính nhiệt của động cơ phụ thuộc vào chế độ làm việc Đối... của động cơ điện phụ thuộc vào chế độ làm việc 1- chế độ dài hạn 2- chế độ ngắn hạn lặp lại  2 t   Bảng 2.4 Nhiệt độ cho phép lâu dài cp của các loại cách điện Loại cách điện Y A E B F H G cp C 90 105 120 130 155 180 > 180 0 §2.4 ĐO NHIỆT ĐỘ CỦA THIẾT BỊ ĐIỆN 2.4.1 Sự đốt nóng tiếp điểm Các điểm tiếp xúc trong mạch điện là những nơi có nhiệt độ rất cao, vì điện trở quá độ ở đó thường khá lớn Điện. .. điện được sử dụng cho động cơ (bảng 2.4) Chế độ làm việc của động cơ có ảnh hưởng lớn đến chế độ nhiệt của chúng Trên hình 2.9 biểu thị đặc tính nhiệt của động cơ phụ thuộc vào chế độ làm việc Đối với chế độ làm việc ổn định lâu dài, nhiệt độ xác lập được duy trì không đổi (đường 1), đối với chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại, nhiệt độ đốt nóng của động cơ sẽ thay đổi theo phụ tải của chúng (đường cong... nghiệm Ở chế độ làm việc bình thường nhiệt độ của máy phát phải nằm trong giới hạn nhiệt độ cho phép Khi vận hành nhiệt độ trong máy phát tăng lên, nhiệt độ trong giới hạn quy định được gọi là nhiệt độ cho phép, ở chế độ làm việc bình thường thì nhiệt độ cho phép trên các bộ phận của máy phát được quy định trong quy phạm kỹ thuật Không được phép vận hành máy phát điện với nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ cho... toả nhiệt của máy biến áp; (m2) Độ tăng nhiệt độ của cuộn dây so với nhiệt độ của dầu có thể xác định gần đúng theo biểu thức (xây dựng từ thực nghiệm): cd = cd.n(kmt)2m (2.19) cd.n - độ tăng nhiệt độ của cuộn dây tại điểm nóng nhất so với nhiệt độ lớp dầu trên cùng khi phụ tải định mức (thường có giá trị bằng 2030% tổng độ tăng nhiệt độ của cuộn dây so với nhiệt độ không khí); 37 Độ tăng nhiệt. .. chế độ nhiệt của chúng Thông thường người ta trang bị các phương tiện đo nhiệt độ ngay trên các thiết bị Tồn tại một số phương pháp và khí cụ đo nhiệt độ sau: 1 Nhiệt kế thuỷ ngân có độ nhạy rất cao nhưng khi để gần trường điện từ thì sẽ bị sai số lớn, do tác động của dòng điện xoáy 2 Nhiệt kế áp suất: Trong trường hợp cần truyền tín hiệu đến một khoảng cách chừng vài mét, người ta có thể sử dụng nhiệt. .. các thiết bị khác 2 Đánh giá mức độ sử dụng thiết bị Giá trị của nhiệt độ đo được ở các thiết bị cho phép ta đánh giá chính xác mức độ sử dụng thiết bị để từ đó đưa ra các quyết định liên quan đến vấn đề quản lý tài sản như việc tăng thêm hoặc giảm bớt phụ tải mà không gây nên những rủi ro trước mắt hoặc lâu dài 3 Đánh giá tuổi thọ của thiết bị Nhiệt độ có liên quan trực tiếp đến mức độ lão hoá của. .. không cần thiết sẽ gây tốn kém không chỉ về chi phí điện năng mà cả chi phí bảo trì, thậm chí có thể sẽ phải thay thế hoàn toàn 2.4.4 Kiểm tra nhiệt độ của các thiết bị Việc đo nhiệt độ trong các thiết bị điện được thực hiện theo phương thức tự động hoặc đo bằng tay bởi các nhân viên kiểm tra 1 Nhiệt độ thực tế của máy biến áp được kiểm tra thông qua nhiệt độ của lớp dầu trên cùng được đo bằng nhiệt kế... 2 - nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ xác định điện trở Rqd; Rqd1 - điện trở ban đầu ứng với nhiệt độ  1 1; R - hệ số nhiệt điện trở của vật liệu làm tiếp điểm Nhiệt độ lớn nhất của các tiếp điểm trong quá trình vận hành không được vượt quá giá trị cho phép ứng với vật liệu cụ thể 2.4.2 Khí cụ và phƣơng tiện kiểm tra nhiệt độ Một trong những nhiệm vụ quan trọng trong quá trình vận hành thiết bị điện. .. mang tải kmt = k0 < 1, độ tăng nhiệt độ tương ứng là 0, tại điểm A phụ tải bắt đầu tăng quá công suất định mức của máy biến áp và giữ giá trị cố định với hệ số mang tải k2 >1, độ tăng nhiệt độ tương ứng là  Sự quá độ độ tăng nhiệt độ từ 0 sang  được thể hiện tương tự biểu thức (2.7) và thể hiện trên hình 2.5b Nếu độ tăng nhiệt độ  lớn hơn giá trị độ tăng nhiệt độ ở chế độ phụ tải định mức n,