• Và nếu KCĐ với cấp cách điện tương ứng, làm việc ở nhiệt độ phát nóng ≤ nhiệt độ phát nóng cho phép thì tuổi thọ của chúng đến 20-30 năm tuổi thọ của vật liệu cách điện.. • Đối với vật
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
Bộ môn Thiết bị điện - điện tử
Giảng viên: Đặng Chí Dũng
Email: dung.dangchi@hust.edu.vn Điện thoại: 0903178663
THIẾT KẾ KHÍ CỤ ĐIỆN
PHẦN 2:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHÍ CỤ ĐIỆN
CHƯƠNG 8:
PHÁT NÓNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN
Trang 2MỤC ĐÍCH
• Cung cấp cho sinh viờn những kiến thức cơ bản về phỏt
núng trong KCĐ
• Những ứng dụng và chỳ ý
• Bài tập ứng dụng
• Khi làm việc bình thường cũng như khi sự cố, bên trong khí
cụ điện thường phát nóng Điều đó có thể xảy ra bởi các
nguyên nhân sau:
1. Tổn hao công suất tác dụng PCu, do dòng điện định mức
chảy trong các hệ thống mạch vòng dẫn điện gây ra,
I KNC PHÁT NểNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN
Trang 3• Tất cả các tổn hao này, theo thời gian sẽ biến thành nhiệt
năng Một phần nhiệt năng này làm tăng nhiệt độ của KCĐ,
còn một phần khác tỏa ra môi trường xung quanh
• ở chế độ xác lập nhiệt, nhiệt độ của KCĐ không tăng thêm
nữa mà đạt giá trị ổn định, do toàn bộ nhiệt năng tổn hao cân
bằng với nhiệt năng tỏa ra môi trường xung quanh
• Và nếu KCĐ với cấp cách điện tương ứng, làm việc ở nhiệt
độ phát nóng ≤ nhiệt độ phát nóng cho phép thì tuổi thọ của
chúng đến 20-30 năm (tuổi thọ của vật liệu cách điện)
I KNC PHÁT NểNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN
• Đối với vật liệu cách điện, đó là nhiệt độ phát nóng cho
phép lớn nhất đối với cấp cách điện tương ứng:
Cấp cỏch điện Y A E B F H C
Nhiệt độ phỏt núng
cho phộp (0C) 95 105 120 130 155 180
Đến
250
I KNC PHÁT NểNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN
Trang 4• Đối với vật liệu dẫn điện, đó là nhiệt độ hóa mềm và nhiệt
độ nóng chảy đối với từng vật liệu tương ứng:
Vật liệu Nhiệt độ (
0 C) Điện ỏp (V)
Húa mềm Núng chảy Húa mềm Hàn dớnh
• Khi làm việc KCĐ không được phát nóng vượt quá giá trị
cho phép, vì khi đó sẽ gây hư hỏng các chi tiết dẫn điện,
già hóa cách điện khí cụ điện làm việc không ổn định
và cuối cùng xảy ra sự cố
• Khả năng chịu đựng về sự phá hủy về nhiệt của KCĐ đối
sự tăng nhiệt khi làm việc độ bền điện nhiệt
I KNC PHÁT NểNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN
Trang 5• Ví dụ: độ tăng nhiệt của vật liệu cách điện lên 80C so với
nhiệt độ cho phép ở chế độ làm việc dài hạn thì tuổi thọ
của cách điện giảm đi gần 50% Ví dụ vật liệu dẫn điện
thông dụng như đồng đỏ, nếu độ tăng nhiệt lên từ 1000C
đến 2500C độ bền cơ giảm đi khoảng 40%
• Đặc biệt khi xảy ra sự cố ngắn mạch, nhiệt độ phát nóng
của các phần tử tới 3000C trong thời gian rất ngắn độ
bền cơ của chúng suy giảm rất nhanh và có thể nhanh
chóng bị phá hủy kết cấu cơ khí gây ra bởi lực điện động
I KNC PHÁT NểNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN
• Độ tin cậy của KCĐ phụ thuộc vào nhiệt độ phát nóng của
chúng, nhất là các chi tiết được chế tạo bằng vật liệu cách
điện
• Đối với vật liệu cách điện và vật liệu dẫn điện, độ bền điện
nhiệt được thể hiện qua nhiệt độ phát nóng cho phép lớn
nhất đối với từng loại
• Chú ý: nếu KCĐ được lắp đặt ở độ cao trên 1000m so với
mực nước biển thì phải giảm bớt công suất làm việc, do ở
độ cao lớn khả năng tỏa nhiệt bề mặt kém hơn
I KNC PHÁT NểNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN
Trang 6Các bộ phận trong khí cụ điện
Nhiệt độ phát nóng cho phép ( 0 C) Trong
không khí
Trong dầu Các phần tử không bọc cách điện dẫn điện và không
dẫn điện:
Các phần tử bọc cách điện dẫn điện và không dẫn
điện:
- cách điện cấp Y 80 -
- cách điện cấp A 95 90
- cách điện cấp B và C 110 90
Dầu biến áp ở lớp trên:
- sử dụng làm môi trường dập hồ quang - 75
- sử dụng là môi trường cách điện - 90
• Bảng 1-4: Nhiệt độ phát nóng ngắn hạn các bộ phận KCĐ khi
xảy ra ngắn mạch:
Các bộ phận của khí cụ điện
Nhiệt độ cho phép ( 0 C) Đồng Nhôm Thép Các phần tử dẫn điện và không dẫn điện
bọc cách điện hay tiếp giáp với cách điện:
- Cách điện cấp A 250 200 250
- Cách điện cấp B 300 200 300
- Cách điện cấp C 300 200 400
Trang 7• Đối với vật liệu cách điện, đó là nhiệt độ phát nóng cho phép lớn
nhất đối với cấp cách điện tương ứng:
Trong đó:
Qng - nhiệt lượng nguồn; Qdn - nhiệt lượng đốt nóng vật dẫn; Qt -
nhiệt lượng tỏa ra môi trường xung quanh; Qd - nhiệt lượng lưu
truyền trong vật dẫn để thực hiện quá trình dẫn nhiệt
c - tỷ nhiệt của vật dẫn (Ws/g 0 C); - trọng lượng riêng (g/cm 3 ); -
hệ số dẫn nhiệt (W/cm 0 C); J X - mật độ dòng ở tiết diện x (A/cm 2 ); X
- điện trở suất ở tiết diện x (cm); - nhiệt độ vật dẫn ( 0 C); k - hệ số
tỏa nhiệt (W/cm 2 0 C); SX - chu vi (cm); FX - tiết diện x (cm 2 ); 0 - nhiệt
độ môi trường xung quanh ( 0 C)
d t dn
2
2 0
2
) (
x F
S k t c J
x
x x
x
Hay:
II TÍNH TOÁN PHÁT NểNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN
• Từ phương trình cơ bản trên, ta có thể rút ra kết luận cho một số
tr-ường hợp đặc biệt sau:
0 2
0 2
.
) (
.
F S k I
F
S k J
1 Phát nóng các phần tử dẫn điện đồng nhất trong quá trình xác lập
2 Phát nóng các phần tử dẫn điện không đồng nhất trong quá trình
xác lập
0 ) (
2 2
2
F
S k J
dx
F
S k
a
II TÍNH TOÁN PHÁT NểNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN
Trang 83 Phát nóng các phần tử dẫn điện đồng nhất trong quá trình không
xác lập:
4 Phát nóng các phần tử dẫn điện không đồng nhất khi ngắn
mạch
Khi đó thời gian xảy ra ngắn mạch rất ngắn, nên nhiệt lượng cung cấp
cho vật dẫn hầu hết dùng để đốt nóng, không có nhiệt lượng tỏa ra từ bề
mặt vật dẫn ra môi trường xung quanh, nên:
) 1 (
) 1 (
.
0 0
2 2
c
J dt
d hay dt
d c J
0 )
(
0
2
S k
F J F c
S k F
c
S k dt
d
0 ) (
.
F
S k
Trong đó: 0 - điện trở suất khi = 0 0 C; c 0 - tỷ nhiệt của vật dẫn khi =
0 0 C; - hệ số nhiệt điện trở (1/ 0 C); - hệ số tỷ nhiệt (1/ 0 C)
5 Phát nóng ngắn hạn các vật dẫn khi có nguồn nhiệt bên ngoài
(HQĐ) ở 2 đầu mút vật dẫn Trường hợp này, nhiệt lượng của HQĐ
rất lớn so với nhiệt lượng của dòng điện cung cấp, nên:
2
2
c dt
d
0
2
J
Hay:
Tính sự phát nóng của các phần tử dẫn điện là thực hiện việc giải
các phương trình đặc trưng trên, với các điều kiện bờ cho từng trường
hợp cụ thể; ẩn số có thể là dòng điện cho phép hay tiết diện thanh
II TÍNH TOÁN PHÁT NểNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN