I/- NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN NHIỆT : Kết cấu , kích thước và độ tin cậy khi vận hành của khí cụ điện phụ thuộc nhiều vào việc giải quyết phát nóng của chúng.. Bài toán 1 : Biết phụ tải của khí
Trang 1Chương 6 : TÍNH TOÁN NHIỆT
§.6-1/ - NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TỔN HAO
TRONG CÁC PHẦN TỬ DẪN ĐIỆN VÀ TỔN HAO TRONG LÕI THÉP
I/- NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN NHIỆT :
Kết cấu , kích thước và độ tin cậy khi vận hành của khí cụ điện phụ thuộc nhiều vào việc giải quyết phát nóng của chúng Vì vậy trong quá trình thiết kế khí cụ điện việc tính toán nhiệt la rất cần thiết
Khi tính toán nhiệt ta thường gặo hai loại bài toán sau :
1 Bài toán 1 : Biết phụ tải của khí cụ điện (thường biểu thị bằng
độ lớn dòng điện ) , diều kiện phát nóng của cho phép của các chi tiết
và toàn bộ khí cụ điện , phải xác định kích thước của các chi tiết và toàn bộ thiết bị sao cho kích thước và trọng lượn của toàn thiết bị càng nhỏ càng tốt Bài toán này gặp khi ta thiết kế sản phẩm mới
2 Biết kích thước của các chi tiết và toàn bộ thiết bị , điều kiện phát nóng của các chi tiết và toàn bộ thiết bị , phải xác định khả năng tải của thiết bị (biểu thị bằng độ lớn của dòng điện ) Cần cố gắng cho thiết bị mang tải càng lớn càng tốt Bài toán này thường gặp khi kiểm nghiệm sản phẩm đã có sẵn
II/-PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN :
Trên thực tế có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát nóng và tỏa nhiệt của thiết bị điện bởi vậy việc tính toán nhiệt cho thiết bị điện một cách đầy đủ là rất khó khăn Thông thường chúng ta tính toán gần đúng theo các phương pháp sau :
1 Không xét sự tương hỗ giữa các phần tử của thiết bị và giả thiết rằng tất cả nhiệt sinh ra trong mọi phần tử được truyền ra môi trường xung quanh (ở chế độ xác lập) hoặc đốt nóng các phần tử (khi quá trình phát nóng ngắn hạn không ổn định ) Từ những kết quả gần đúng này ta
có thể điều chỉnh trong tính toán kiểm nghiệm
2 Hiệu chỉnh kế cấu và tính lại chính xác nhằm giảm quá trình phát sinh nhiệt , tăng quá trình tỏa nhiệt Sau đó thử nghiệm trên mô hình hoặc mẫu thí nghiệm của thiết bị và đánh giá kết quả
Để tính toán nhiệt của toàn bộ khí cụ điện ta tiến hành tính toán nhiệt cho từng chi tiết và cụm chi tiết căn cứ vào điều kiện tỏa nhiệt và điều kiện làm việc của khí cụ điện
Các cụm cần tính toán nhiệt gồm :
- Các chi tiết , cụm chi tiết của mạch vàng dẫn điện như : thanh dẫn , đầu nối , tiếp điểm , đầu nối mềm
Trang 2- Nam châm điện : cuộn dây , mạch từ của nam châm điện xoay chiều
- Các loại điện trở : mở máy , hãm , điều chỉnh , nối đất phụ …
- Các chi tiết không dẫn điện đặt trong từ trường và điện trường xoay chiều bị phát nóng do có dòng xoáy và tổn hao trong điện môi III/-NHIỆT ĐỘ PHÁT NÓNG CỦA CÁC PHẦN TỬ CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN :
1- Nhiệt độ phát nóng cho phép ở các chế độ làm việc trong bảng
6-1 sẽ giới thiệu giới hạn nhiệt độ phát nóng cho phép và độ tăng nhiệt
so với môi trường xung quanh là +40oC của các chi tiết khí cụ điện điều khiển và phân phối có điện áp định mức đến 1000V Các giá trị
ở bảng tương ứng với các chế độ làm việc dài hạn , ngắn hạn lặp lại , ngán hạn
Bảng 6-1:
nhiệt oC
Nhiệt
độ oC
Trang 31- Tiếp điểm đóng ngắt mạch chính :
a - bằng đồng (trong KCĐ phân phối)
bằng đồng (trong KCĐ điều khiển)
b - Mạ bạc
c - có tấm đệm bằng bạc và hỗn hợp kim
loại gốm của bạc với oxit catmi hoặc đồng
d- Có tấm đệm bằng kim loại khác
e- Tiếp điểm trượt lớncó tấm đệm bằng bạc
2- Khối tiếp điểm có tấm đệm bằng bạc
3- Các mối tiếp xúc cứng bên trong KCĐ
bằng vít , bulong, đinh tán (Rive) và các
mối nối cứng khác (không kể hàn )
a- bằng đồng , hợp kim đồng , nhôm , hợp
kim nhôm , không có lớp mạ bảo vệ bề
mặt mối nối
b- bằng đồng , hợp kim đồng , nhôm , hợp
kim nhôm , thép ít cacbon , có lớp mạ bề
mặt mối nối bảo vệ khỏi bị ăn mòn bằng
kim loại xấu tương ứng đảm bảo ổn định
điện trở tiếp xúc tốt hơn đồng
c- bằng đồng , hợp kim đồng , thép ít cacbon ,
có lớp mạ bề mặt mối nối bằng bạc bảo vệ
khỏi bị ăn mòn
4- Các mối nối tiếp xúc bằng phương pháp
hàn đảm bảo độ bền mối nối
5- Dây nối mềm bằng đồng tấm mỏng , sợi
đồng dẹt hoặc xoắn , có lớp bề mặt bảo vệ
ăn mòn
6- Các đầu cực đeer nối với dây dẫn bên ngoài
bằng đồng , nhôm và hợp kim của chúng
a- Không có lớp mạ bảo vệ bề mặt
b- Có lớp mạ bảo vệ bề mặt bằng Catmi ,
thép, Niken , hợp kim
7- Cuộn dây nhiều lớp có cách điện bằng vật
liệu chịu nhiệt ở cấp ( đo nhiệt độ bằng
phương pháp điện trở )
a KCĐ phân phối cách điên cấp : A
-E
D -F
55 65 chú thích chú thích 3 chú thích 4
chú thích 5 80 80 chú thích 2 55
65
95 60 65
55 chú thích 6 65 chú thích 6
- - - 65 80
- - - 90 115
95 105
1 và 2
-120 120
-95
105
135 100 105
95
-105
-105 120 130 155
Trang 4H -b- KCĐ điều khiển cách điên cấp : A
E - - - D
F - - - H
8- Các chi tiết bằng kim loại làm việc như lò
xo
9- Tay nắm , vô lăng
a- Bằng kim loại
b- bằng vật liệu cách điện
10- vỏ và các phần khác có thể sờ tay vào
được
11- Dầu máy biến áp và các chi tiết ngấm
trong máy biến áp
a- KCĐ phân phối dầu lớp trên
- Chi tiết kim loại
- Cuộn dây nhiều vòng
b- KCĐ điều khiển
- Dầu lớp trên
- Chi tiết kim loại
- Cuộn dây nhiều vòng
- - - 140 85
- - - 100 110
- - - 135 160 chú thích 7
15 25
45
40 50 60
60 55 60
180 125 140 150 175 200
-55 65 85
80 90 100
100 105 100
Chú thích :
1. - Khi làm việc dài hạn , độ tăng nhiệt không quá 55oC và nhiệt độ phát nóng không quá 95oC
2. - Khi làm việc ngắn hạn lặp lại độ tăng nhiệt va nhiệt độ phát nóng không được lớn , mặc dù khi thí nghiệm không xuất hiện
hồ quang trên tiếp điểm
3. - Nhiệt độ bị hạn chế do độ bền nhiệt của các phần đầu nối , nếu lớp bạc không bị hồ quang làm hư hỏng và không được làm sạch khi thí nghiệm về độ bền mòn cơ
Trang 5Trường hợp ngược lại ta coi như tiếp điểm này không có lớp mạ bạc
4. - Nhiệt độ bị hạn chế do do độ bền nhiệt của các phần nối nhưng không vượt quá 200oC
5. - Nhiệt độ được qui định tương ứng với tính chất của vật liệu
6. - Nhiệt độ này không áp dụng với khí cụ điện tác dụng nhiệt (ví dụ : rơ le nhiệt , điện trở , biến trở , cầu hcì , aptomat có bộ phận nhiệt của các đầu cực cho phép không lớn hơn 70oC và nhiệt
độ phát nóng không quá 110oC
7. - Nhiệt độ bị hạn chế do tính chất cơ của vật liệu Tính chất cơ của vật liệu bị xấu đi khi nhiệt độ tăng cao , ví dụ với đồng , nhiệt độ cho phép lớn nhất là 75oC , độ tăng nhiệt là 35oC
2/ Nhiệt độ phát nóng cho phép khi có dòng ngắn mạch :
Nhiệt độ phát nóng cho phép của các chi tiết bằng kim loại được qui định là nhiệt độ tại đó độ bền cơ của nó vẫn đảm bảo không bị giảm so với độ bền cơ ở 20oC Ví dụ các phần dẫn điện của khí cụ điện không có cách điện và không tiếp xúc với cách điện có nhiệt độ cho phép với đồng và thép đến 300oCvà nhôm đến 200oC Đối với các chi tiết dẫn điện hoặc không dẫn điện có cách điện hay tiếp xúc với vật liệu cách điện cũng như những chi tiết bằng vật liệu cách điện nhiệt độ phát nóng cho phép phụ thuộc vào mức độ bền nóng của vật liêu cách điện thông thường với cách điện cấp A là 200oC Các tiếp điểm đóng ngắt không được hàn dính và nóng chảy