Tài liệu TÍNH TOÁN NHIỆT Chương 6d doc

TÍNH TOÁN Ở CHẾ ĐỘ NGẮN HẠN LẶP LẠI VÀ CÁC CHẾ ĐỘ
GIÁN ĐOẠN KHÁC
1. Tính toán nhiệt ở chế độ ngắn hạn lặp lại
Chế độ ngắn hạn lặp lại được đặc chưng bởi hệ số làm việc:
ngev
ev
D
tt
t


Hay
100100
%



ck
ev
ngev
ev
D
t
t
tt
t
(6-17)
Trong đó:
t
ev
- khoảng thời gian làm việc

t
ng
- khoảng thời gian nghỉ
t
ck
= t
ev
+ t
ng
thời gian 1 chu l kỳ làm việc
Các giá trị này thường là 15, 25, 40, 60, …
Độ tăng nhiệt cho phép ở chế độ ngắn hạn lặp lại lấy bằng ở chế độ dài
h
ạn.
Nếu khí cụ điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại có thời gian t
ck
và t
lv
nhỏ hơn hoặc bằng thời gian T thì việc tính toán được tiến hành theo các
công th
ức đơn giản
Ví dụ 6-2:
Hãy xác định khả năng tải và các thông số tương ứng của thanh dẫn vào
c
ủa 1 khí cụ điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại ổn định có Л
D%
= 40%
Trong điều kiện như ví dụ 6-1 đã nêu.
Tính toán sơ bộ:
Các giá trị, các đại lượng đã được giải trong ví dụ 5-1, cần phải xác đinh

thêm các thông số sau:
Thời gian 1 chu kỳ làm việc:
sec75
4.0
30



D
ev
ck
t
t
Số chu kỳ làm việc trong 1 giờ:
064.0
466
30
16.0
466
75
48
75
3600



T
t
T
t

ev
ck
Như vậy t
ck
<< T
Độ tăng nhiệt:
C
o
D
dh
D
dh
dh
125
4.0
50
''
1







Công suất:
555.0
4.0
222.0
1




D
dh
nh
P
P
W/cm
Dòng
điện:
A
I
I
D
dh
nh
430
64.0
275
4.0
275
1



Hệ số quá tải công suất:
5.2
4.0
11

D



p
K
Hệ số quá tải dòng điện:
58.15.2 
pi
KK
Tính toán kiểm nghiệm:
Ta xác định thời gian làm việc cho phép của 1 chu kỳ làm việc theo
đường cong h
ình 5-5:
Ta có
64.0
430
275
1

nh
d
I
I
và Л
D%
= 40
Ta được
065.0
T

T
ev
do đó t
ev
= 4.86 × 0.065 = 30 sec
Th
ời gian này phù hợp với số liệu đã cho, nên kết quả tính toán có thể
chấp nhận được.
2. Tính toán nhiệt ở các chế độ gián đoạn khác
Có thể áp dụng việc tính toán ở chế độ làm việc ngắn hạn lặ lại trên đối
với các chế độ làm việc gián đoạn – liên tục ổn định nếu ở cuối chu kỳ làm
vi
ệc chúng được ổn định ở cùng 1 nhiệt độ.
Ở chế độ ngắn hạn lặp lại và các chế độ thay đổi có chu kỳ lặp lại không
xác định. Phụ tải tính toán được xác định như ở các chế độ d
ài hạn theo chế
độ trung b
ình của công suất tương đương:


t
dttd
P
t
P
0
1
(6-18)
N
ếu tổn hao công suất do điện trở, thì việc tính toán có thể theo dòng

điện trung bình:


t
TB
dtI
t
I
0
2
1
IV. TÍNH TOÁN KHI CÓ DÒNG NGẮN MẠCH. ĐỘ BỀN NHIỆT
CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN
Độ bền nhiệt của khí cụ điện là tính chất chịu được sự tác dụng nhiệt của
dòng ngắn mạch trong thời gian ngắn mạch, nó được đặc chưng bởi dòng
b
ền nhiệt: là dòng điện mà ở đó thanh dẫn chưa bị biến dạng. Mật độ dòng
điện cho phép đối với vật dẫn bằng các vật liệu khác nhau cho trong bảng 6-
7.
Đặc điểm quá trình phát nóng khi có ngắn mạch là: dòng điện và mật đọ
dòng điện trị số rất lớn, thời gian dòng điện chạy qua nhỏ, sự thay đổi dòng
điện theo thời gian rất phức tạp và sự thay đổi nhiệt độ tương đối lớn của bộ
phận dẫn điện sau thời gian ngắn mạch.
Điện trở suất và nhiệt dung riêng của vật dẫn sẽ thay đổi lớn theo nhiệt
độ.
 






)1(
1
0
0




CC
(6-19)
Trong đó ρ
0
và C
0
là điện trở suất và nhiệt dung riêng ở 0
0
C.
α và β là hệ số nhiệt điện trở và nhiệt dung.
Từ việc giải phương trình cân băng nhiệt ta có:






d
C
dtJdt
S

I
nmnmnm
t
nm
t
nm




0
1
1
0
0
0
2
0
2
2
Sau khi tích phân ta được:
312
313

nm
nm
t
s
I
2

bn
bn
t
s
I
2
2

nmnm
tj
2




nm
A

d
A
= A
bđ
– A
d
A
2
s/mm
4
ở đây :
- I

nm
= I
bn
(A) ; J
nm
= J
bn
(A/mm2) . Dòng điện và mật độ dòng điện khi
ngắn mạch và khi ở dòng bền nhiệt
- S thiết diện vật dẫn (mm2)
- t
nm
= t
bn
thời gian ngắn mạch (séc)
- Ө
d
, Ө
nm
nhiệt độ vật dẫn bắt đầu và sau khi ngắn mạch
- γ trọng lượng riêng vật dẫn
- A
d
, A
nm
= A
bn
giá trị của biểu thức (8-20) ở giới hạn dưới và trên rò

Ө
d
và Ө
nm

S
ự phụ thuộc của Ө = f(A
Ө
) được cho trên hình 8-6 . Nhờ đường cong
này ta sẽ tính toán độ bền nhiệt của khí cụ điện .

Hình 6-6
: đường cong phát
nóng
c
ủa vật dẫn khi có dòng ngắn
mạch
1- Đồng thau
2- Nhôm
3- B
ạc
4- Đồng


Ө
d
và Ө
nm
đã biết trước theo đường cong xác định A
d

, A
n
sau đó có thể
xác định một trong ba thông số I
nm
, S, t
nm
khi đã biết hai thông số hay ngược
lại xác định Ө
nm
t ừ I
nm
,S , t
nm
cho trước .
Ví dụ 6-3 :

Hãy xác
định giới hạn cho phép của dòng điện và mật độ dòng bền nhiệt
4 sec cho thanh dẫn ở ví dụ 6-1 .
Giải : Theo điều kiện Ө = 50 +40 = 90
0
C
Nhi
ệt độ cho phép đối với đồng Ө
bn
= 300
0
C
Theo hình 5-6 ta có A

d
= 1,4.10
4
A
2
s/mm
4
và A
bn
= 3.75.10
4
A
4

s/mm
2

Theo bi
ểu thức 5- 21 ta có
I
bn = S
bn
don
t
AA

= 60
4
10.4.110.05.3
44


= 4600



J
bn
=

bn
don
t
AA

=
4
10.35.2
4
= 76 A/mm
2

Như vậy mật độ dòng điện tính được nhỏ hơn trị số cho phép .