Đường i2t và quá trình đoạn nhiệt của cáp

1. Quá trình đoạn nhiệt là gì

Theo Wikipedia "Trong nhiệt động lực học, quá trình đoạn nhiệt (tiếng Anh: adiabatic process) là quá trình xảy ra mà không có sự trao đổi nhiệt hay vật chất giữa hệ và môi trường ngoài. Trong một quá trình đoạn nhiệt, năng lượng được trao đổi chỉ là công." 

Hiểu một cách nông dân, khi có một sự kiện xảy ra quá nhanh, không đủ thời gian để trao đổi nhiệt ra bên ngoài, thì quá trình đó gọi là quá trình đoạn nhiệt. 

Khi tính toán chọn lựa cáp, sự cố của cáp, thường giả định rằng thời gian đủ ngắn để cáp không bị tản nhiệt ra xung quanh, việc này sẽ đơn giản hóa việc tính toán và tăng hệ số an toàn, tuy nhiên nếu thời gian sự cố đủ dài, thì chúng ta vẫn có thể giảm tiết diện của cáp bằng cách tính chính xác dựa trên quá trình không đoạn nhiệt, topic nhỏ hôm nay mình sẽ chỉ nói về quá trình đoạn nhiệt và cách lựa chọn cáp dựa trên điều kiện này. 

2. Tính chọn tiết diện cáp dựa vào khả năng chịu nhiệt

Khả năng chịu nhiệt của cáp có thể được xác định bằng cách so sánh năng lượng tối đa tại dòng điện sự cố với năng lượng tối đa mà cáp có thể hấp thụ. 

Bất phương trình: 

Như vậy tiết diện tối thiểu của cáp sẽ là: 

 

•  A : là tiết diện của cáp (mm2)
•  I : là dòng điện sự cố (A)
• t : là khoảng thời gian sự cố (s)
• k: là hệ số vật liệu.

Hệ số K được tính dựa trên công thức :

 

• Trong đó θf: Là nhiệt độ làm việc (lúc đầu)
• θi: Là nhiệt độ tại lúc sự cố.

Có thể đơn giản lựa chọn hệ số K như bảng dưới đây:

Công thức trên hoàn toàn tương đồng với công thức trong catalog của cáp LS (cáp trung thế) dựa trên TC của hiệp hội cáp điện ICEA-P-32

Ví dụ:  Dòng điện ngắn mạch phía trung thế (22 kV) là 16kA, thời gian cắt ngắn mạch của rơ le trung thế là 0.5s, cáp đồng, cách điện XLPE. Tính tiết diện cáp.

Ta tra được hệ số K là 143, vậy tiết diện tối thiểu của cáp là: A= SQRT(I^2*t)/143= 79mm2. Vậy chọn cáp có tiết diện lớn hơn 79 mm2 là thỏa mãn.

Đây là ví dụ thực tế cho việc chọn lựa tiết diện cáp trung thế, ở đây mình giả sử thời gian cắt là 0.5 (dựa vào giá trị cài đặt của rơ le hay thiết bị bảo vệ phía trên) , thực tế giá trị t có thể sẽ thấp hơn, đối với cầu chì thường là 0.1 ~ 0.2s

3. Đường I2t của cáp 

Ví dụ một đường I2t của Cáp cách điện PVC, được chia làm 4 vùng

               Vùng 1: Vùng làm việc dài hạn

               Vùng 2: Vùng làm việc quá tải từ Iz-1.45*Iz (Iz là dòng danh định của cáp)

               Vùng 3 & 4: Vùng đoạn nhiệt của cáp với thời gian sự cố <5s (i2t= const)

ð