KHÍ CỤ ĐIỆN

TS.NGUYỄN VĂN ÁNH

BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ, VIỆN ĐIỆN

C3 - 106, TEL. 3869 2511

EMAIL:ANH.NGUYENVAN1@HUST.EDU.VN

PHẦN I LÝ THUYẾT CƠ SỞ

CHƯƠNG 2: PHÁT NÓNG

• 1 – Khái Niệm Chung

• 2 – Nhiệt Độ Cho Phép

• 3 - Các Dạng Tổn Hao Năng Lượng

• 4 - Quá Trình Phát Nóng và Nguội

• 5 - Các Chế Độ Làm Việc

• 6 - Quá Trình Phát Nóng Khi Ngắn Mạch

1. Khái Niệm Chung

 Ở trạng thái làm việc, trong các bộ phận 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 độ của TBĐ, còn một phần tỏa ra môi trường xung quanh

• Nhiệt độ phát nóng cao trong một thời gian dài

thì có thể sẽ phá hủy thiết bị điện

• Nhiệt độ phát nóng cao trong một thời gian dài

thì có thể sẽ phá hủy thiết bị điện

2. Nhiệt Độ Cho Phép

 Để TBĐ làm việc bình thường thì nhiệt độ của TBĐ khi làm việc phải luôn luôn nhỏ hơn hoăc bằng nhiệt độ cho phép

 Nhiệt độ làm việc cho phép được xác định dựa vào nhiệt độ làm việc cho phép của vật liệu cách điện mà TBĐ sử dụng

0

Y 90

A 105

E 120

B 130

F 155

H 180

C >180

Cấp cách điện Nhiệt độ cho phép (C)

 Trong tính toán phát nóng TBĐ thường dùng

khái niệm là độ chênh nhiệt :

t

t

tb

mt

tmt : nhiệt độ môi trường. τ ttb : nhiệt độ TBĐ

 Độ chênh nhiệt cho phép phụ thuộc vào nhiệt độ

môi trường, độ cao lắp đặt của thiết bị.

3. Các Dạng Tổn Hao Năng Lượng

 Nhiệt năng do các tổn hao trong TBĐ tạo nên,

có ba dạng tổn hao chính:

 Tổn hao trong các chi tiết dẫn điện

 Tổn hao trong các chi tiết bằng vật liệu sắt từ

 Tổn hao điện môi

3.1 Tổn hao trong các chi tiết dẫn điện

t

R

W

2 i R dt ..

 

l S

0

ρ

 Điện trở dây dẫn R phụ thuộc vào điện trở suất vật liệu, hiệu ứng mặt ngoài, hiệu ứng gần

3.1 Tổn hao trong các chi tiết dẫn điện  Hiệu ứng mặt ngoài

3.1 Tổn hao trong các chi tiết dẫn điện  Hiệu ứng gần

I

I

I

I

3.2 Tổn hao trong các phần tử sắt từ

 Nếu 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

1.6

2

(

.

.

) .

f G .

P Fe

B m

T

f B . m

x

χ

χ

3.3 Tổn hao trong vật liệu cách điện

 Với dòng điện xoay chiều do tác dụng của điện từ trường biến thiên nên trong vật liệu cách điện có tổn hao điện môi được tính bởi

2 f U tg

2P 

π

δ

4. Quá Trình Phát Nóng và Nguội

 Quá trình tỏa nhiệt được mô tả bởi phương

trình theo thời gian t như sau

dt C d 

P dt K S  T

T

T

τ

τ Nhiệt lượng tỏa ra môi trường

Nhiệt lượng làm nóng TBĐ

 Khi TBĐ phát nóng: P > 0  Khi TBĐ nguội: P = 0

4.1 Quá trình phát nóng

t T /

t T /

e

e

0

 1

τ

τ

τ

 

P K S T T

T

C T K S T

0

t( C)0

0

 Độ chênh nhiệt xác lập phụ thuộc vào công suất tổn hao P và khả năng tỏa nhiệt của thiết bị.

4.2 Quá trình nguội

t Te / 

1

τ

τ

τ

1

T

τ

C T K S T

t( C)0

0

0

0

2 0

-8

tb

T

Ω

2

Ví dụ 1 Thanh dẫn bằng đồng có tiết diện hình chữ nhật kích thước 12x5 mm2 đặt trong tủ cung cấp điện. Thanh được đặt trên vật liệu cách điện có nhiệt độ cho phép là θc p = 90 C (cấpY), nhiệt độ môi trường trong tủ là 40 C, điện trở suất trung bình = 1.75 10 m, hệ số tỏa nhiệt của đồng K = 15 W/m C , thanh dẫn dòng ρ điện một chiều. Hãy cho biết thanh dẫn bằng đồng này có thể dẫn dòng điện có mật độ là 6A/mm ở chế độ dài hạn không?

Độ chênh nhiệt xác lập của thanh dẫn được xác định bởi

2

2

2

l

T

T

T

tb K ρ

(a j) j    a p P K S T RI K S T   tb   a   ρ (p l) K T             

a

Với,

là tiết diện thanh dẫn được tính bởi

-5

2

2 a = 12 x 5 = 60mm = 6 10 m

p là chu vi đo trên tiết diện thanh dẫn, được tính bởi

p = 2 x (12+5) = 34 mm = 3.4 10 m-2

Thay số liệu vào ta nhận được

0

τ

 

Vì vậy, nhiệt độ làm việc của thanh dẫn ở chể độ dài hạn sẽ là

74.33 C

0 74.33 40 114.33

τ

mt

cp



C 90o C      

θ τ θ θ

5. Các Chế Độ Làm Việc

 Căn cứ vào thời gian làm việc dài hay ngắn mà người ta chia chế độ làm việc của TBĐ ra làm một trong ba chế độ

 Dài hạn  Ngắn hạn  Ngắn hạn lặp lại

6. Quá Trình Phát Nóng Khi Ngắn Mạch

 Khi ngắn mạch xảy ra, dòng điện chảy trong hệ thống mạch vòng dẫn điện của TBĐ là rất lớn, nhưng thời gian ngắn nên quá trình này là quá trình đoạn nhiệt

P dt C d 

T

τ

6. Quá Trình Phát Nóng Khi Ngắn Mạch

 Độ bền điện động của TBĐ là khả năng chụi đựng dòng điện ngắn mạch trong thời gian ngắn mạch cho trước mà nhiệt độ phát nóng của thiết bị không vượt quá nhiệt độ phát nóng cho phép khi ngắn mạch

I

I

t

2 t nm nm 1 1

2 nm

2

nm

2

Ví dụ 3 Một động cơ điện có thể chịu được dòng điện ngắn mạch 100A trong vòng 1s. Nếu động cơ đó được bảo vệ bởi một áp tô mát, để có thể bảo vệ động cơ khỏi bị hỏng hóc, thời gian tác động của áp tô mát là bao nhiêu ? Cho biết dòng điện ngắn mạch sự cố là 64A

Lời giải Vì động cơ điện có thể chịu được 100A trong vòng 1s, nên với 64A nó có thể chụi được trong thời gian là:

s 4 ( )

nmt

2 100 .1 2 50

Như vậy, động cơ không bị hỏng, áp tô mát phải cắt mạch điện trước 4(s) khi trong mạch có sự cố với dòng điện 50A