Khí cụ điện - Chương 3

CH NG 3ƯƠ S PHÁT NÓNG C AỰ Ủ THI T B ĐI N Ế Ị Ệ KHÁI NI M CHUNG Ệ tr ng thái làm vi c, trong các b p n c a Ở ạ ệ ộ ậ ủ TBĐ nh : m ch vòng d n đi n, m ch t , các chi ư ạ ẫ ệ ạ ừ ti t b ng kim lo i và cách đi n đ u có t n hao năng ế ằ ạ ệ ề ổ l ng tác d ng và bi n thành nhi t năng. ượ ụ ế ệ M t ph n c a nhi t năng này làm tăng nhi t đ ộ ầ ủ ệ ệ ọ c a TBĐ, còn 1 ph n khác t a ra môi tr ng xung ủ ầ ỏ ườ quanh. ch đ xác l p nhi t, nhi t đ c a thi t b Ở ế ộ ậ ệ ệ ộ ủ ế ị không tăng lên n a mà đ t tr s n đ nh, còn toàn ữ ạ ị ố ổ ị b nhi t năng t a ra môi tr ng xung quanh.ộ ệ ỏ ườ KHÁI NI M CHUNG Ệ N u nhi t đ c a TBĐ tăng cao thì cách đi n b già ế ệ ộ ủ ệ ị hóa và đ b n c c a các ch ti t b suy gi m. ộ ề ơ ủ ế ị ả Khi tăng nhi t đ c a v t li u cách đi n lên 8ệ ộ ủ ậ ệ ệ oC so v i nhi t đ cho phép ch đ dài h n thì tu i th c a ớ ệ ộ ở ế ộ ạ ổ ọ ủ cách đi n gi m 50%.ệ ả V i v t li u d n đi n thông d ng nh t là Cu, n u ớ ậ ệ ẫ ệ ụ ấ ế tăng nhi t đ t 100ệ ộ ừ oC đ n 250ế oC thì đ b n c gi m ộ ề ơ ả 40%, khi đ b n c c a chúng gi m nên l c đi n đ ng ộ ề ơ ủ ả ự ệ ộ trong tr ng h p ng n m ch s làm h h ng thi t b .ườ ợ ắ ạ ẽ ư ỏ ế ị Do v y đ tin c y c a thi t b ph thu c vào nhi t ậ ộ ậ ủ ế ị ụ ộ ệ đ phát nòng c a chúng.ộ ủ KHÁI NI M CHUNG Ệ Trong tính toán phát nóng TBĐ th ng dùng ườ m t s khái ni m nh sau :ộ ố ệ ư θo : nhi t đ phát nóng ban đ u, th ng l y ệ ộ ầ ườ ấ b ng nhi t đ môi tr ng.ằ ệ ộ ườ θ : nhi t đ phát nóng ệ ộ τ = θ - θo : là đ chênh nhi t so v i nhi t đ ộ ệ ớ ệ ộ môi tr ng , vùng ôn đ i cho phép ườ ở ớ τ = 350C, vùng nhi t đ i ệ ớ τ = 500C. S phát nóng thi t b ự ế ị đi n còn tùy thu c vào ch đ làm vi c. ệ ộ ế ộ ệ τôđ = θôđ - θo : đ chênh nhi t đ n đ nh.ộ ệ ộ ổ ị CÁC D NG T N HAOẠ Ổ Trong TBĐ có các d ng t n hao năng l ng ạ ổ ượ chính sau :  T n hao trong các chi ti t d n đi n,ổ ế ẫ ệ  T n hao trong các chi ti t b ng v t li u ổ ế ằ ậ ệ s t t ắ ừ  T n hao đi n môi. ổ ệ T N HAO TRONG Ổ CÁC CHI TI T D N ĐI NẾ Ẫ Ệ Năng l ng t n hao trong dây d n do dòng ượ ổ ẫ đi n i đi qua trong th i gian t đ c tính theo ệ ờ ượ công th c sau :ứ Đi n tr dây d n R ph thu c vào đi n tr ệ ở ẫ ụ ộ ệ ở su t v t li u, kích th c dây d n, ngoài ra còn ấ ậ ệ ướ ẫ ph thu c vào t n s dòng đi n, v trí c a dây ụ ộ ầ ố ệ ị ủ d n : n m đ n đ c hay g n dây d n khác có ẫ ằ ơ ộ ầ ẫ dòng đi n đi qua.ệ ∫= t RdtiW 0 2 T N HAO TRONG Ổ PH N T S T T VÀ ĐI N MÔIẦ Ử Ắ Ừ Ệ N uế các ph n t s t t n m trong vùng t ầ ử ắ ừ ằ ừ tr ng bi n thiên thì trong chúng s có t n hao ườ ế ẽ ổ do t tr và dòng đi n xoáy t o ra ừ ễ ệ ạ D i tác d ng c a đi n tr ng bi n thiên, ướ ụ ủ ệ ườ ế trong v t li u cách đi n s sinh ra t n hao đi n ậ ệ ệ ẽ ổ ệ môi. CH Đ LÀM VI C DÀI Ế Ộ Ệ H N Ạ C A V T TH Đ NG NH TỦ Ậ Ể Ồ Ấ KHÁI NI M Ệ Ch đ làm vi c dài h n là ch đ làm vi c ế ộ ệ ạ ế ộ ệ c a thi t b đi n v i th i gian dài tùy ý nh ng ủ ế ị ệ ớ ờ ư không ng n h n th i gian đ nhi t đ phát nóng ắ ơ ờ ể ệ ộ đ t t i giá tr n đ nh. ạ ớ ị ổ ị QUÁ TRÌNH PHÁT NÓNG C A THI T B Ủ Ế Ị Khi có dòng đi n I ch y trong v t d n s ệ ạ ậ ẫ ẽ gây ra t n hao m t công su t P và trong th i ổ ộ ấ ờ gian dt s gây ra m t nhi t l ng:ẽ ộ ệ ượ Q = P.dt = RI2dt Nhi t l ng hao t n này bao g m hai ph n:ệ ượ ổ ồ ầ  Đ t nóng v t d n Qố ậ ẫ 1= G.C.dτ  T a ra môi tr ng xung quanh ỏ ườ Q2= S α.τ.dt. QUÁ TRÌNH PHÁT NÓNG C A THI T B Ủ Ế Ị Ta có ph ng trình cân b ng nhi t c a quá ươ ằ ệ ủ trình phát nóng: P.dt = G.C. dτ + S α.τ.dt. Trong đó: G : là kh i l ng v t d n (g)ố ượ ậ ẫ C : là t nhi t v t d n t a nhi t ( J/g)ỉ ệ ậ ẫ ỏ ệ τ : là đ chênh nhi t (0ộ ệ 0C) α : là h s t a nhi t (W/cmệ ố ỏ ệ 2) QUÁ TRÌNH PHÁT NÓNG C A THI T B Ủ Ế Ị Ta có ph ng trình:ươ Gi i ph ng trình vi phân trên v i đi u ki n ả ươ ớ ề ệ t i t = 0 thì đ chênh nhi t ban đ u là ạ ộ ệ ầ τ0, ta đ c: ượ Đ t là h ng s th i gian phát nóng : ặ ằ ố ờ đ chênh nhi t n đ nh. ộ ệ ổ ị τατ . . . . CG S dt d CG P += t GC St GC S ee S P αα τ α τ −− +    −= 01. α. . S CGT = odS P τ α = . QUÁ TRÌNH PHÁT NÓNG C A THI T B Ủ Ế Ị Ta có: Khi t = 0 mà τ0 = 0 thì: T t T t od ee − − +   −= 01 τττ     −= − T t od e1.ττ τ τäâ τ0 0.632τäâ 3 t[s] 1 2 0 T A B Hçnh : Phaït noïng daìi haûn QUÁ TRÌNH LÀM NGU I Ộ C A THI T B Ủ Ế Ị Khi ng t dòng đi n (I = 0), quá trình phát ắ ệ nóng ch m d t và quá trình ngu i l nh b t đ u ấ ứ ộ ạ ắ ầ x y ra, nghĩa là P.dt = 0, ta có ph ng trình ả ươ ngu i l nh :ộ ạ I2R.dt = 0 Và : G.C. dτ + S α + dt = 0 nên có: V i đi u ki n khi ng t dòng đi n chênh ớ ề ệ ắ ệ l ch nhi t b ng đ chênh l ch nhi t n đ nh ệ ệ ằ ộ ệ ệ ổ ị 0 . . =+ τ α τ S CG dt d QUÁ TRÌNH LÀM NGU I Ộ C A THI T B Ủ Ế Ị Gi i ph ng trình vi phân ta đ c bi u th c ả ươ ượ ể ứ th hi n quá trình ngu i l nh:ể ệ ộ ạ T t od e − = .ττ CH Đ LÀM VI C NG N H N Ế Ộ Ệ Ắ Ạ C A V T TH Đ NG NH TỦ Ậ Ể Ồ Ấ KHÁI NI M Ệ Ch đ làm vi c ng n h n là ch đ làm ế ộ ệ ắ ạ ế ộ vi c c a thi t b đi n v i th i gian đ ng n đ ệ ủ ế ị ệ ớ ờ ủ ắ ể nhi t đ phát nóng c a nó ch a đ t t i giá tr n ệ ộ ủ ư ạ ớ ị ổ đ nh, sau đó ng ng làm vi c trong th i gian đ ị ư ệ ờ ủ l n đ nhi t đ c a nó h xu ng t i nhi t đ ớ ể ệ ộ ủ ạ ố ớ ệ ộ môi tr ng.ườ TÍNH TOÁN PHÁT NÓNG Gi s làm vi c dài h n ả ử ệ ạ đ ng cong phát nóng là ườ đ ng ườ Ph t i lúc này là Pụ ả f : Pf= S.τf Sau th i gian tờ lv (th i gian ờ làm vi c ng n h n) đ chênh ệ ắ ạ ộ nhi t m i đ t t i tr ệ ớ ạ ớ ị τ1 < τf, nên thi t b đi n làm vi c non ế ị ệ ệ t i và ch a l i d ng h t kh ả ư ợ ụ ế ả năng ch u nhi t ị ệ τ τmax τ f τ 1 0 t[s] tlv 1 2 3 Hçnh : Phaït noïng khi ngàõn haûn M α TÍNH TOÁN PHÁT NÓNG T đó ta th y r ng có th nâng ph t i lên ừ ấ ằ ể ụ ả đ sau th i gian làm vi c ng n h n tể ờ ệ ắ ạ lv đ chênh ộ nhi t v a đ t t i tr s cho phép ệ ừ ạ ớ ị ố τf, ph t i lúc ụ ả này là Pn: Pn = S. τmax Đ ng cong phát nóng tr ng h p này là ườ ườ ợ đ ng 2. Đi m M trên đ ng 2 th a mãn ườ ể ườ ỏ ph ng trình đ chênh nhi t c a quá trình phát ươ ộ ệ ủ nóng. α )1(max T t f lv e−=ττ TÍNH TOÁN PHÁT NÓNG T các bi u th c trên và g i Kừ ể ứ ọ p=Pn/Pf là h ệ s quá t i công su t ta có : ố ả ấ Vì công su t t l v i bình ph ng dòng ấ ỉ ệ ớ ươ đi n nên :ệ KI : h s quá t i v dòng đi n. ệ ố ả ề ệ T t ff n p lv e P PK − − === 1 1max τ τ T tp f n I lv e K I IK − − === 1 1 CH Đ LÀM VI C Ế Ộ Ệ NG N H N L P L I Ắ Ạ Ặ Ạ C A V T TH Đ NG NH TỦ Ậ Ể Ồ Ấ KHÁI NI M Ệ Ch đ làm vi c ng n h n l p l i là ch đ làm ế ộ ệ ắ ạ ặ ạ ế ộ vi c c a thi t b đi n trong m t th i gian tệ ủ ế ị ệ ộ ờ lv mà nhi t ệ đ phát nóng ch a đ t t i bão hòa và sau đó ngh m t ộ ư ạ ớ ỉ ộ th i gian tờ ng mà nhi t đ ch a gi m v nhi t đ ban ệ ộ ư ả ề ệ ộ đ u r i ti p t c làm vi c và ngh xen k . ầ ồ ế ụ ệ ỉ ẽ Quá trình làm vi c và ngh c l p l i tu n hoàn ệ ỉ ứ ặ ạ ầ nh v y theo chu kỳ v i th i gian tư ậ ớ ờ ck = tlv + tng . Sau th i ờ gian đ l n, thi t b đ t đ c ch đ t a xác l p, đó ủ ớ ế ị ạ ượ ế ộ ự ậ ở trong th i gian làm vi c nhi t đ đ t t i giá tr ờ ệ ệ ộ ạ ớ ị θmax = const và trong th i gian ngh , nhi t đ h xu ng giá tr ờ ỉ ệ ộ ạ ố ị θmin = const. QUÁ TRÌNH PHÁT NÓNG t[s] tlv tng tcK 3 4 1 2 τ τmax τ f τ ’max τmin Hình :Phát nóng khi ng n h n l p l iắ ạ ặ ạ QUÁ TRÌNH PHÁT NÓNG Ta gi thi t t i th i đi m ban đ u đ chênh ả ế ạ ờ ể ầ ộ nhi t đ c a v t d n là ệ ộ ủ ậ ẫ τ0 sau th i gian làm vi c tờ ệ lv v t ậ d n đ c đ t nóng đ n đ chênh nhi t là:ẫ ượ ố ế ộ ệ Sau th i gian ngh tng v t d n ngu i xu ng nhi t ờ ỉ ậ ẫ ộ ố ệ τmax đ : ộ Chu kì ti p theo v t d n l i b đ t nóng t i chênh ế ậ ẫ ạ ị ố ớ nhi t đ :ệ ộ T t T t od lvlv ee −− +    −== 01 1 τττ T tng e − = 12 ττ T t T t od lvlv ee −− +    −= 23 1 τττ QUÁ TRÌNH PHÁT NÓNG Sau m t s chu kì nhi t đ chênh l ch nhi t đ đ t ộ ố ệ ộ ệ ệ ộ ạ đ n đ chênh nhi t c c đ i ế ộ ệ ự ạ τmax và đ chênh l ch nhi t ộ ệ ệ đ c c ti u ộ ự ể τmin không thay đ i, ta g i là th i kì n đ nh. ổ ọ ờ ổ ị T ng t nh trên, ta vi t:ươ ự ư ế Quá trình phát nóng : Quá trình ngu i l nh : ộ ạ Gi i hai ph ng trình này ta đ c:ả ươ ượ T tee lvT t od lv − +    −= − minmax 1 τττ T te lv−= .maxmin ττ T tt T t od nglv lv e e + − − −     − = 1 1 max τ τ QUÁ TRÌNH PHÁT NÓNG H s công su t: ệ ố ấ H s quá t i dòng đi n:ệ ố ả ệ T t T t cf nl p lv cx e eK − − − − == 1 1 τ τ T t T t f nl lv cx e eKp I IK − − − − === 1 1 1 S PHÁT NÓNG Ự KHI NG N M CHẮ Ạ KHÁI NI M Ệ Th i gian x y ra ng n m ch r t ng n nên nhi t đ ờ ả ắ ạ ấ ắ ệ ộ cung c p cho v t th hoàn toàn dùng đ đ t nóng v t ấ ậ ể ể ố ậ dânc và g n đúng ta coi nhi t l ng t a ra môi tr ng ầ ệ ượ ỏ ườ xung quanh. Trong th i gian dt dòng đi n ng n m ch ờ ệ ắ ạ sinh ra nhi t l ng là:ệ ượ Trong đó: , v i R là đi n tr m t chi u c a v t ớ ệ ở ộ ề ủ ậ d n; R’ là đi n tr xoay chi u c a v t d n; S là ti t ẫ ệ ở ề ủ ậ ẫ ế di n v t thệ ậ ể Toàn b nhi t l ng do dòng đi n ng n m ch sinh ộ ệ ượ ệ ắ ạ ra dùng đ đ t nóng v t d n lên đ chênh nhi t đ là ể ố ậ ẫ ộ ệ ộ τnm. dt s IKdtRIKdQ nmnm . 1..... 22 ρ== R RKnm ' = KHÁI NI M Ệ Ta có ph ng trình:ươ dQ = C.G.dτnm = C.S.l.γ .dτnm V i ớ γ là kh i l ng riêng c a v t d n. C là nhi t ố ượ ủ ậ ẫ ệ dung riêng c a v t d n .ủ ậ ẫ So sánh các bi u th c ta có:ể ứ Đ chênh nhi t ng n m ch : ộ ệ ắ ạ dt S IK c d nmnm .. 2    = γ ρ τ ( )[ ] ( )[ ] dtS I bc K nmod nmodnm nm .1 1 2 00 00    ++ ++ = ττ τταρ γ τ