Đồ án Thiết kế máy ngắt SF6 - Khí cụ điện cao áp

Lêi nãi ®Çu §iÖn n¨ng lµ nguån n¨ng l­îng quan träng trong s¶n xuÊt vµ sinh ho¹t. Nã cã ­u ®iÓm lµ dÔ s¶n xuÊt vµ truyÒn t¶i. Trong qu¸ tr×nh truyÒn t¶i ph¶i sö dông ®iÖn ¸p cao, v× thÕ vÊn ®Ò ®ãng c¾t vµ b¶o vÖ m¹ch ®iÖn cao ¸p n¶y sinh, ng­êi ta ®· dïng c¸c lo¹i m¸y ng¾t. M¸y ng¾t ng¾t m¹ch ®iÖn mét c¸ch tù ®éng khi hÖ thèng cã sù cè vµ ng¾t m¹ch ®iÖn khi muèn n©ng cÊp vµ söa ch÷a hÖ thèng ®iÖn. Víi sù ph¸t triÓn cña khoa häc kü thuËt, m¸y ng¾t ngµy mét nhá h¬n, nhÑ h¬n vµ lµm viÖc tin cËy h¬n. Trong ®ã lo¹i m¸y ng¾t SF6 hiÖn nay ®ang ®­îc sö dông réng r·i v× cã nhiÒu ­u ®iÓm næi bËt h¬n c¸c lo¹i m¸y ng¾t kh¸c. Tõ n¨m 1969 trë l¹i ®©y ng­êi ta t×m ra nh÷ng ­u ®iÓm næi bËt cña khÝ SF6 , m¸y ng¾t nµy ®· ®­îc chÕ t¹o ®Õn cÊp ®iÖn ¸p 800 KV vµ dßng ®iÖn lªn tíi 80 KA. Trong qu¸ tr×nh häc tËp em nhËn ®­îc ®å ¸n m«n häc: “ThiÕt kÕ m¸y ng¾t SF6”. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy Bïi TÝn H÷u ®· tËn t×nh gióp ®ì em trong qu¸ tr×nh hoµn thµnh ®å ¸n m«n häc. Sinh viªn thùc hiÖn §­êng Xu©n Hïng môc lôc Trang Ch­¬ng 1: Giíi thiÖu chung vÒ m¸y ng¾t SF6 Ch­¬ng 2: TÝnh chän kÕt cÊu Ch­¬ng 3: TÝnh to¸n c¸ch ®iÖn Ch­¬ng 4: TÝnh to¸n m¹ch vßng dÉn ®iÖn Ch­¬ng 5: TÝnh to¸n lùc ®iÖn ®éng Ch­¬ng 6: TÝnh to¸n buång dËp hå quang Ch­¬ng 1: Giíi thiÖu chung vÒ m¸y ng¾t SF6 1.1. §Þnh nghÜa: M¸y c¾t lµ khÝ cô ®iÖn dïng ®Ó ®ãng c¾t m¹ch ®iÖn cã ®iÖn ë tr¹ng th¸i b×nh th­êng vµ tù ®éng ®ãng c¾t m¹ch ®iÖn khi cã sù cè. M¾t c¾t thùc hiÖn ®ãng c¾t b»ng bé truyÒn ®éng: b»ng tay hoÆc tù ®éng. 1.2. Yªu cÇu cña m¸y ng¾t: C¾t tù ®éng vµ ®ñ nhanh ®©y lµ hai yªu cÇu quan träng cña m¸y ng¾t. Lµm viÖc tin cËy. Cã kh¶ n¨ng thùc hiªn ®ãng lËp l¹i. KÝch th­íc nhá, dÔ kiÓm tra vµ thay thÕ. An toµn khi c¾t (kh«ng g©y ch¸y næ, kh«ng g©y qu¸ ®iÖn ¸p khi c¾t). 1.3. Ph©n lo¹i m¸y ng¾t: Dùa vµo m«i tr­êng dËp hå quang * M¸y ng¾t dÇu: Gåm hai lo¹i M¸y c¾t nhiÒu dÇu. M¸y c¾t Ýt dÇu. * M¸y ng¾t khÝ nÐn: Dïng kh«ng khÝ nÐn ë ¸p suÊt 16 – 28 ata ®Ó c¸ch ®iÖn vµ dËp hå quang. M¸y c¾t khÝ nÐn chia ra lµm ba lo¹i Kh«ng cã dao c¸ch ly. Cã dao c¸ch ly. M¸y c¾t kh«ng khÝ chÌn. * M¸y ng¾t khÝ SF6: Tõ n¨m 1969 nghiªn cøu vµ s¶n xuÊt m¸y ng¾t SF6 víi ®iÖn ¸p cao vµ siªu cao ¸p víi ®iÖn ¸p ®Þnh møc n»m trong kho¶ng 3 – 800 KV, dßng ®iÖn ng¾t lªn ®Õn 80 KA ¸p suÊt khÝ SF6 trong buång dËp hå quang 7 – 8(ata) vá b»ng kim lo¹i hoÆc b»ng sø c¸ch ®iÖn. §Ó t¨ng hiÖu øng dËp hå quang trong m«i tr­êng khÝ vµ gi¶m kÝch th­íc c¸ch ®iÖn ng­êi ta sö dông khÝ SF6. Lo¹i khÝ nµy cã nh÷ng ®Æc ®iÓm sau: - ë ¸p suÊt b×nh th­êng ®é bÒn cña khÝ SF6 gÊp 2,5 lÇn so víi kh«ng khÝ, cßn ë ¸p suÊt 2 at(0,2 Mpa) ®é bÒn ®iÖn ¸p cña khÝ nµy t­¬ng ®­¬ng víi dÇu m¸y biÕn ¸p. - Kh¶ n¨ng dËp hå quang cña buång hå quang dËp kiÓu thæi däc khÝ SF6 lín gÊp 5 lÇn so víi kh«ng khÝ, v× vËy gi¶m ®­îc thêi gian ch¸y cña hå quang, t¨ng kh¶ n¨ng c¾t, t¨ng tuæi thä tiÕp ®iÓm. - SF6 lµ lo¹i khÝ tr¬, kh«ng ph¶n øng víi oxy, hi®r«, Ýt bÞ ph©n tÝch thµnh c¸c khÝ thµnh phÇn. Mét n¨m gi¶m 1% khÝ SF6 nªn l©u ph¶i thay thÕ. Nh­îc ®iÓm chÝnh cña lo¹i khÝ nµy lµ nhiÖt ®é ho¸ láng thÊp. ë ¸p suÊt 13,1 at(1,31 Mpa) nhiÖt ®é ho¸ láng cña nã lµ 00C, cßn ë ¸p suÊt thÊp 3,5 at (0,35 Mpa) lµ -400C. V× vËy lo¹i SF6 chØ dïng ë ¸p suÊt kh«ng cao ®Ó tr¸nh ph¶i dïng thiÕt bÞ h©m nãng. MÆt kh¸c khÝ nµy chØ cã chÊt l­îng tèt khi kh«ng cã t¹p chÊt. M¸y ng¾t SF6 ®­îc thiÕt kÕ, chÕ t¹o cho mäi cÊp c¸ch ®iÖn ¸p cao ¸p tõ 3KV ®Õn 800KV bëi tÝnh n¨ng ­u viÖt cña nã: kh¶ n¨ng c¾t lín, khÝch th­íc nhá gän, ®é an toµn tin cËy cao, tuæi thä cao, chi phÝ b¶o d­ìng thÊp. Nh×n qua qua ®é bÒn ®iÖn cña SF6 so víi c¸c lo¹i kh¸c ta thÊy ®­îc ­u ®iÓm cña lo¹i m¸y nµy. Upd (KV) SF6 DÇu biÕn ¸p Kh«ng khÝ KhÝ quyÓn 1 2 p(ata) §å thÞ biÓu diÔn quan hÖ gi÷a ®iÖn ¸p phãng ®iÖn chäc thñng vµ ¸p suÊt Ch­¬ng 2: tÝnh chän kÕt cÊu cña m¸y ng¾t SF6 Tõ nh÷ng ­u ®iÓm cña khÝ SF6 ®· nªu trªn nªn m¸y ng¾t SF6 nhá gän h¬n m¸y ng¾t dÇu, buång dËp hå quang cña m¸y ng¾t SF6 cã ¸p suÊt nhá h¬n m¸y ng¾t kh«ng khÝ nÐn. Qua qu¸ tr×nh t×m hiÓu tµi liÖu vµ quan s¸t thùc tÕ m¸y ng¾t SF6 em chän kÕt cÊu m¸y ng¾t SF6 do h·ng Schneider chÕ t¹o. 2.1. M¹ch vßng dÉn ®iÖn: M¹ch vßng dÉn ®iÖn lµ bé phËn dÉn ®iÖn vµo vµ lÊy ®iÖn ra cña m¸y ng¾t, hÖ thèng m¹ch vßng dÉn ®iÖn gåm cã: a) Thanh dÉn ®éng vµ thanh dÉn tÜnh: - Cã tiÕt diÖn trßn, lµ trô rçng. - VËt liÖu lµm thanh dÉn lµ ®ång. b) §Çu nèi: §©y lµ mét phÇn tö rÊt quan träng, ®é bÒn cña nã phô thuéc rÊt nhiÒu vµo ®iÖn ¸p ®Æt lªn m¸y ng¾t, nã cã chøc n¨ng nèi c¸c bé phËn cña hÖ thèng m¹ch vßng dÉn ®iÖn víi nhau vµ lµ n¬i ®­a ®iÖn vµo vµ lÊy ®iÖn ra cña m¸y ng¾t. c) TiÕp ®iÓm: §©y lµ bé ph©n quan träng cña khÝ cô ®iÖn nãi chung vµ m¸y ng¾t nãi riªng. TiÕp ®iÓm cã chøc n¨ng ®ãng ng¾t trong m¸y ng¾t, do ®ã khi lµm viÖc tiÕp ®iÓm ph¶i chÞu mét dßng ®iÖn lín vµ ph¶i chÞu nhiÖt ®é rÊt cao (nhÊt lµ khi ng¾t m¹ch). Do vËy, víi dßng ®iÖn ®Þnh møc 1000A ta chän kÕt cÊu tiÕp ®iÓm d¹ng hoa huÖ, vËt liÖu lµm tiÕp ®iÓm lµm b»ng ®ång lµ thÝch hîp nhÊt. 2.2. Buång dËp hå quang: Khi ®ãng c¾t gi÷a tiÕp ®iÓm ®éng vµ tiÕp ®iÓm tÜnh cã hå quang ph¸t sinh, hå quang ®ùc dËp t¾t trong m«i tr­êng khÝ SF6. Cã hai ph­¬ng ph¸p thæi hå quang: - Thæi tõ: Dïng tõ tr­êng ®Ó kÐo dµi hå quang. Ph­¬ng ph¸p nµy hiÖn nay Ýt dïng. - Theo nguyªn t¾c tù thæi: Dïng c¬ cÊu pittong – tiÕp ®iÓm. Qua ph©n tÝch ta chän kÕt cÊu buång dËp hå quang theo nguyªn t¾c tù thæi. 2.3. C¬ cÊu truyÒn ®éng: Sö dông ®éng c¬ ®iÖn n¹p n¨ng l­îng vµo lo xo ng¨t. 2.4. KÕt cÊu c¸c bé phËn dÉn ®iÖn: - Mçi pha sö dông mét buång dËp hå quang nªn viÖc tÝnh to¸n c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c pha chØ cÇn tÝnh to¸n ë ®Çu voµ vµ ®Çu ra trªn mét pha cßn c¸c pha kh¸c t­¬ng tù nh­ thÕ. - C¸ch ®iÖn gi÷a c¸c bé phËn mang ®iÖn víi ®Êt ta chän kÕt cÊu sø trô. Ch­¬ng 3: tÝnh to¸n c¸ch ®iÖn Môc ®Ých cña tÝnh to¸n c¸ch ®iÖn lµ x¸c ®Þnh c¸c kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn cÇn thiÕt gi÷a c¸c phÇn tö dÉn ®iÖn víi nhau vµ víi ®Êt, lµm sao gi÷a chóng kh«ng x¶y ra hiÖn t­îng phãng ®iÖn vµ chäc thñng c¸ch ®iÖn. Khi m¸y lµm viÖc ë chÕ ®é vµ ®iÒu kiÖn m«i tr­êng nhÊt ®Þnh. 3.1. LËp s¬ ®å kÕt cÊu vµ x¸c ®Þnh c¸c h×nh thøc phãng ®iÖn dÔ x¶y ra nhÊt: a) C¸ch ®iÖn cña khÝ cô ®iÖn cã t¸c dông c¸ch ly c¸c vËt dÉn ®iÖn víi nhau, gi÷a c¸c pha víi nhau vµ c¸c bé phËn mang ®iÖn víi ®Êt. C¸ch ®iÖn gåm hai lo¹i: - C¸ch ®iÖn bäc trùc tiÕp lÊy thanh dÉn ®iÖn nh­ s¬n c¸ch ®iÖn, v¶i, giÊy, nhùa bakªlit… - C¸ch ®iÖn cã kÕt cÊu riªng (sø c¸ch ®iÖn). Sø c¸ch ®iÖn gåm nhiÒu lo¹i víi kÕt cÊu vµ chøc n¨ng kh¸c nhau gåm: sø trô, sø vá, sø ®ßn, sø èng d©nc khÝ ®Çu vµo… b) Yªu cÇu cña c¸ch ®iÖn: - Hoµn toµn lo¹i trõ kh¶ n¨ng chäc thñng c¸ch ®iÖn, ®iÖn ¸p phãng ®iÖn trªn ®é bÒn mÆt vµ ®é bÒn xung. - Tr¸nh kh«ng ®Ó ion ho¸ côc bé. - H¹n chÕ kh¶ n¨ng sinh ra tia löa ®iÖn, do vËy kh«ng ®­îc ®Ó chÊt c¸ch ®iÖn gÇn n¬i cã hå quang ph¸t sinh. - Sö dông tèi ®a c¸ch ®iÖn ®óc vµ c¸ch ®iÖn dÎo. - Cã thÓ lµm viÖc trong mäi ®iÓu kiÖn khÝ hËu. c) TÝnh to¸n c¸c kho¶ng c¸ch c¸ch ®iªn: §Ó ®¶m b¶o an toµn vÒ ®iÖn gi÷a c¸c chi tiÕt trong m¸y ng¾t vµ gi÷a m¸y ng¾t víi ®Êt th× cÇn ph¶i cã nh÷ng kho¶ng c¸ch thÝch hîp gi÷a c¸c bé phËn cña m¸y ng¾t víi nhau vµ gi÷a m¾y ng¾t víi ®Êt ®Ó sao cho võa ®ñ ®Ó an toµn mµ kh«ng lµm cho kÝch th­íc m¸y ng¾t qu¸ lín. Do ®ã ta ph¶i tÝnh to¸n cho thÝch hîp c¸c kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c chi tiÕt cña m¸y ng¾t vµ kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn gi÷a m¸y ng¾t vµ ®Êt. Tõ kÕt cÊu s¬ bé m¸y ng¾t ta x¸c ®Þnh c¸c kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn nh­ sau: M¸y ng¾t SF6 cã vá lµm b»ng sø c¸ch ®iÖn tiªu chuÈn cã thÓ chÞu ®­îc ®iÖn ¸p phãng ®iÖn cao vµ ®­îc g¾n cè ®Þnh. Dùa vµo s¬ ®å vÏ mét pha cña m¸y ng¾t ta cã: - S1 lµ kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn gi÷a ®iÓm lÊy ®iÖn vµo vµ lÊy ®iÖn ra qua m¸y ng¾t. M«i tr­êng c¸ch ®iÖn lµ kh«ng khÝ. D¹ng phãng ®iÖn lµ phãng ®iÖn theo bÒ mÆt cña sø c¸ch. - S2 lµ kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn gi÷a tiÕp ®iÓm ®éng vµ tiÕp ®iÓm tÜnh khi m¸y ë trang th¸i ng¾t hoµn toµn. M«i tr­êng c¸ch ®iÖn lµ khÝ SF6. D¹ng phãng ®iÖn cã thÓ x¶y ra lµ d¹ng phãng ®iÖn gi÷a mòi vµ mòi nhän. - S3 lµ kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn gi½ ®iÓm lÊy ®iÖn ra vµ ®Êt. Dang phãng ®iÖn lµ phãng ®iÖn theo bÒ mÆt cña sø c¸ch ®iÖn. - S4 lµ kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn gi÷a pha víi pha. M«i tr­êng c¸ch ®iÖn lµ kh«ng khÝ. D¹ng phãng ®iÖn lµ thanh vµ mÆt ph¼ng. 3.2.X¸c ®Þnh ®iÖn ¸p phãng ®iÖn tÝnh to¸n cho c¸c kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn: M¸y ng¾t nµy ®­îc l¾p ®Æt ngoµi trêi víi ®iÖn ¸p l­íi lµ U®m= 24KV. Tra b¶ng trong s¸ch thiÕt kÕ m¸y ng¾t cho ta Up® = 100KV. Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p phãng ®iÖn tÝnh to¸n trong tr­êng hîp riªng ®­¬ch x¸c ®Þnh b»ng c¸ch nh©n trÞ sè ®iÖn ¸p phãng ®iÖn (Up®) víi hÖ sè dù tr÷ (kdt). HÖ sè dù tr÷ tuú thuéc vµo ®iÒu kiÖn lµm viÖc vµ m«i tr­êng c¸ch ®iÖn: - HÖ sè dù tr÷ cho kho¶ng c¸ch trong kh«ng khÝ th× kdt1= 1. - HÖ sè dù tr÷ cho ®iÖn ¸p phãng ®iÖn trªn bÒ mÆt sø trô ®ì kdt2= 1,3. - C¸c kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn trong buång dËp hå quang cña m¸y ng¾t SF6 kdt3 = * §èi víi kho¶ng c¸ch S1, S3 x¶y ra phãng ®iÖn theo bÒ sø trô ®ì ta cã ®iÖn ¸p phãng ®iÖn tÝnh to¸n: Up®tt1 = Up®tt3 = Kdt2 = 75 (KV) = . 1,3 * §èi víi kho¶ng c¸ch S2 x¶y ra phãng ®iÖn trong m«i tr­êng SF6 ta cã ®iÖn ¸p phãng ®iÖn tÝnh to¸n: Up®tt2 = Kdt3 = 86,6 (KV) = . 1,5 * §èi víi kho¶ng c¸ch S4 x¶y ra phãng ®iÖn trong kh«ng khÝ ta cã ®iÖn ¸p phãng ®iÖn tÝnh to¸n: Up®tt4 = Up® . Kdt3 = 100 (KV) = 100 . 1 3.3.TÝnh c¸c kÝch th­íc cho phÐp nhá nhÊt cña c¸c kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn: Theo c«ng thøc thùc nghiÖm ta cã: * Phãng ®iÖn theo bÒ mÆt sø c¸ch ®iÖn: Up®tt = 10,4 . S0,7 Up®tt1 = Up®tt3 = 10,4 . S1min0,7 S1min = S3min = = = 16,8 (cm) * Phãng ®iÖn trong khÝ SF6 mòi nhän – mòi nhän: Up®tt = 14 + 3,36 . 3S Up®tt2 = 14 + 3,36 . 3S2min S2min = = 7,2 (cm) * Phãng ®iÖn trong kh«ng khÝ cña thanh – mÆt ph¼ng: Up®tt = 4,6S0,88 Up®tt4 = 4,6 S4min0,88 S4min = = = 33 (cm) Ch­¬ng 4: TÝnh to¸n m¹ch vßng dÉn ®iÖn 4.1. Kh¸i niÖm: M¹ch vßng dÉn ®iÖn lµ méy bé phËn quan träng, nã cã chøc n¨ng dÉn dßng chuyÓn ®æi vµ ®ãng c¾t m¹ch ®iÖn. M¹ch vßng dÉn ®iÖn do c¸c bé phËn kh¸c nhau vÒ h×nh d¸ng kÕt cÊu hîp thµnh gåm: thanh dÉn, ®Çu nèi vµ tiÕp ®iÓm. 4.2. Yªu cÇu cña m¹ch vßng dÉn ®iÖn: - Víi dßng ®iÖn ®Þnh møc ch¶y trong m¹ch vßng dÉn ®iÖn th× nhiÖt ®é ph¸t nãng cu¶ c¸c chi tiÕt m¹ch vßng kh«ng ®­îc v­ît qu¸ nhiÖt ®é cho phÐp. - ChÞu ®­îc dßng ®iÖn ng¾n m¹ch trong nh÷ng kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh. - Lùc ®iÖn ®éng sinh ra khi cã dßng ng¾n m¹ch ch¹y qua kh«ng ph¸ háng kÕt cÊu cña m¹ch vßng dÉn ®iÖn. 4.3. TÝnh to¸n nhiÖt ®é thanh dÉn vµ ®­êng kÝnh thanh dÉn ®iÖn: M¹ch ®iÖn dÉn ®iÖn cña m¸y ng¾t SF6 tµ tæng hîp c¸c phÇn dÉn ®iÖn nh­ thanh dÉn, xµ ngang, d©y nèi mÒm, tiÕp ®iÓm ®éng. Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc c¸c phÇn tö nµy sÏ bÞ ph¸t nãng. Nguyªn nh©n lµ do: Khi dßng ®iÖn ch¹y qua c¸c phÇn tö ®ã ®Òu cã ®iÖn trë tiÕp xóc. NÕu ®iÖn trë tiÕp xóc lín mµ dßng ®iÖn lín th× sÏ dÉn ®Õn sù ph¸t nhiÖt cµng lín trªn thanh dÉn cã thÓ g©y h­ háng. Ngoµi chÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng cã nghÜa lµ lµm viÖc víi dßng ®iÖn ®Þnh møc, m¸y ng¾t cßn lµm viÖc víi dßng ng¾t m¹ch trong thêi gian rÊt ng¾n kho¶ng 5 10 gi©y. Nh­ng víi thêi gian ®ã còng ®ñ lµm nãng c¸c bé phËn mang ®iÖn cña m¸y ng¾t. Cho nªn tÝnh to¸n æn ®Þnh nhiÖt ph¶i tÝnh cho c¶ hai tr¹ng th¸i lµm viÖc: - Sù ph¸t nãng ë chÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng do dßng ®iÖn ®Þnh møc g©y ra trong chÕ ®é dµi h¹n. §Æc ®iÓm cña sù ph¸t nãng nµy lµ sau kho¶ng thêi gian dµi lµm viÖc nhiÖt ®é cña phÇn dÉn ®iÖn sÏ ®¹t gi¸ trÞ æn ®Þnh. NhiÖt l­îng do dßng ®iÖn g©y ra chØ b»ng nhiÖt l­îng to¶ ra m«i tr­êng xung quanh. - Ph¸t nãng ng¾n h¹n do dßng ®iÖn ng¾n m¹ch g©y ra khi cã sù cè. Thêi gian tån t¹i sù cè rÊt ng¾n do ®ã toÇn bé nhiÖt l­îng do Inm g©y ra chØ ®Ó ®èt nãng vËt dÉn ®iÖn chø kh«ng kÞp to¶ ra m«i tr­êng xung quanh. §Ó ®¶m b¶o an toµn cho m¸y ng¾t, ta ph¶i chän h×nh d¸ng kÕt cÊu vËt liÖu cña c¸c bé phËn dÉn ®iÖn sao cho hîp lý ®Ó sù ph¸t nãng cña chóng kh«ng v­ît qu¸ nhiÖt ®é ph¸t nãng cho phÐp. a) TÝnh to¸n sù ph¸t nãng cña phÇn dÉn ®iÖn ë chÕ ®é dµi h¹n: M¹ch vßng dÉn ®iÖn trong m¸y chñ yÕu lµ thanh dÉn h×nh trô trßn. Dùa vµo gi¸ trÞ Inm trong b¶ng tra ra gi¸ trÞ ®­êng kÝnh thanh dÉn ®iÖn: d(mm) 10 14 16 20 22 30 33 38 42 42 53 Inm (A) 100 200 200 400 500 1000 1500 2000 Ph­¬ng tr×nh ®Æc tr­ng cho qu¸ tr×nh ph¸t nãng cña thanh dÉn ë chÕ ®é lµm viÖc dµi h¹n lµ: I2= Hay Trong ®ã : I: Dßng ®iÖn ®Þnh møc (I®m = 1000A) : §iÖn trë suÊt cña vËt liÖu t¹i : : §iÖn trë suÊt cña ®ång ë 00C ( ) : HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë cña ®ång = 4,25 . 10-3 (1/ 0C ) : NhiÖt ®é thanh dÉn ( 0C ) K: HÖ sè to¶ nhiÖt ®èi víi ®ång k = 10-3 ( W/ 0C.cm2 ) S: chu vi thanh dÉn S = . D (cm) d: §­êng kÝnh thanh dÉn ( cm2) F: TiÕt diÖn ngang thanh dÉn F = ( cm2) : NhiÖt ®é m«i tr­êng xung quanh thanh dÉn, ta chän =400C Ta ph¶i ®ôc lç cho thanh dÉn ®éng ®Ó cã luång khÝ SF6 ®i qua lç ®ã thæi vµo hå quang ph¸t sinh trong qu¸ tr×nh ®ãng c¾t ®Ó nhanh chãng dËp t¾t hå quang. §©y lµ kiÓu tù thæi khÝ nÐn dïng xi lanh – pitt«ng. Chän ®­êng kÝnh trong cña thanh dÉn ®éng d’ = 0,5 d v× vËy so víi b¶ng gi¸ trÞ trªn ta t¹m chän d = 34 mm Tõ ph­¬ng tr×nh trªn ta cã: = = . = + . = = Thay sè: = = 65,28 0C NhiÖt ®é cho phÐp cña thanh dÉn trong m¸y c¾t SF6 tra b¶ng ta cã = 75 0C ( ë chÕ ®é dµi h¹n) VËy = 65,28 0C < tho¶ m·n ®iÒu kiÖn dÉn ®iÖn. Tãm l¹i, ®­êng kÝnh thanh dÉn d = 3,4 cm th× ®iÒu kiÖn ph¸t nãng ë chÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng ®­îc tho¶ m·n. b) TÝnh to¸n sù ph¸t nãng cña c¸c phÇn tö dÉn ®iÖn ë chÕ ®é ng¾n h¹n: Khi bÞ ng¾n m¹ch dßng ®iÖn trong thanh dÉn cã trÞ sè rÊt lín, gÊp vµi chôc lÇn dßng ë chÕ ®é ®Þnh møc, nh­ng v× thêi gian ng¾n m¹ch kh«ng dµi nªn nhiÖt ®é ph¸t nãng cho phÐp ë chÕ ®é nµy lín h¬n ë chÕ ®é dµi h¹n. Trong tr­êng hîp nµy ta cho nhiÖt ®é ng¾n m¹ch cho phÐp lµ 2500C Do ®ã ph­¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt cã d¹ng: i2R.dt = CTd (*) Trong ®ã: R lµ ®iÖn trë d©y d©nc tÝnh theo c«ng thøc: R = Kph . . ( 1 + . ) Kph lµ hÖ sè tæn hao cã tÝnh ®Õn hiÖu øng mÆt ngoµi vµ hiÖu øng gÇn; (chän Kph = 1) : §iÖn trë suÊt cña ®ång ë 00C ( ) : HÖ sè nhiÖt ®iÖn trë cña ®ång = 4,25 . 10-3 (1/ 0C ) : NhiÖt ®é thanh dÉn ( 0C ) CT lµ nhiÖt dung riªng cña thiÕt bÞ : CT = C0 (1 + ) . G C0 lµ nhiÖt dung riªng cña vËt liÖu ë 00C lµ hÖ sè nhiÖt cña nhiÖt dung riªng G lµ khèi l­îng cña vËt dÉn. Khèi l­îng cña vËt dÉn cã thÓ tÝnh theo thÓ tÝch vµ khèi l­îng riªng: G = . l. F = . V Trong ®ã lµ khèi l­îng riªng cña thanh dÉn V = F.l lµ thÓ tÝch vËt dÉn Thay c¸c ®¹i l­îng trªn vµo (*) ta cã dt = d TÝch ph©n hai vÕ víi: - VÕ tr¸i cã cËn tõ 0 ®Õn tnm . - VÕ ph¶i cã cËn tõ ®Õn ( lµ nhiÖt ®é thanh dÉn ë chÕ ®é lµm viÖc dµi h¹n) = Coi trÞ hiÖu dông cña dßng ®iÖn trong suèt qu¸ tr×nh ng¾n m¹ch lµ kh«ng ®æi: Þ Þ Jnm : lµ mËt ®é dßng ng¾n m¹ch lµ trÞ sè cña tÝch ph©n vÕ ph¶i Dïng biÖn ph¸p tra ®å thÞ ta tÝnh ®­îc: (A2.s/mm4) (A2.s/mm4) Ta kiÓm tra Jnm ë chÕ ®é tnm b»ng 1s, 3s, 5s, 10s. Thay sè vµo ph­¬ng tr×nh (**) ta cã: Jnm (1s) = = = 155 (A/mm2) < [jnmcp (1s)] = 163 Jnm (3s) = = 89,4 (A/mm2) < [jnmcp (3s)] = 94,1 Jnm (5s) = = 69,3 (A/mm2) < [jnmcp (5s)] = Jnm (10s) = = 49 (A/mm2) < [jnmcp (10s)] = 51,5 Ta cã b¶ng tÝnh to¸n sau: tnm(s) Jnm (A/mm2) [J] (A/mm2) 1 155 163 3 89,4 94,1 5 69,3 10 49 51,5 Nh­ vËy ë tnm = 1s, 3s, 5s, 10s ®Òu tho¶ m·n => ta chän d = 3,4 cm lµ hîp lý. Tãm l¹i: - §­êng kÝnh thanh dÉn d = 3,4 cm - NhiÖt ®é ë chÕ ®é I®m : = 65,28 oC 4.4.TÝnh to¸n tiÕp ®iÓm: TiÕp ®iÓm (hÖ thèng tiÕp xóc) cña m¸y ng¾t lµ chå tiÕp ®iÖn gi÷a c¸c bé phËn dÉn ®iÖn chuyÓn ®éng vµ cè ®Þnh nhê lùc Ðp c¶u hÖ thèng lß xo ( mét hay vµi ba lß xo). TiÕp ®iÓm cña m¸y ng¾t lµ viÖc trong nh÷ng ®iÒu kiÖn hÕt søc phøc taph, v× trong qu¸ tr×nh ®ãng c¾t gi÷a c¸c tiÕp ®iÓm ph¸t sinh hå quang cã thÓ lµm ch¶y vµ ch¸y tiÕp ®iÓm. Ngoµi ra qu¸ tr×nh lµ viÖc b×nh th­êng cña tiÕp ®iÓm do ®iÖn trë tiÕp xóc t¨ng tiÕp ®iÓm bÞ ph¸t nãng do ®ã th­êng xuyªn x¶y ra hao mßn. Yªu cÇu chÝnh x¸c cña c¸c tiÕp ®iÓm: - NhiÖt ®é ph¸t nãng cho phÐp cña c¸c phÇn dÉn ®iÖn chç tiÕp xóc ph¶i æn ®Þnh khi trong chÕ ®é ph¸t nãng dµi h¹n dßng ®iÖn ®Þnh møc g©y ra. - T¸c ®éng nhiÖt vµ ®iÖn ®éng cña dßng ®iÖn ng¾t m¸y ph¶i bÒn ch¾c: Khi kh«ng cã hiÖn t­îng nãng ch¶y c¸c phµn cña tiÕp ®iÓm hay dËp n¸t khi dßng ®iÖn ng¾n m¹ch ch¹y qua. - §ç dµi mßn vÒ ®iÖn c¸c bÒ mÆt lµm viÖc cña tiÕp ®iÓm hå quang ®iÖn sinh ra khi më ph¶i lµ Ýt nhÊt. C¸c ®iÒu kiÖn cho tr­íc gåm: + KiÓu vµ kÕt cÊu hÖ thèng tiÕp ®iÓm, cña c¸c chi tiÕt kh¸c cña m¹ch dÉn ®iÖn. + TrÞ sè dßng ®iÖn ®Þnh møc. + TrÞ sè dßng ®iÖn xuyªn qua giíi h¹n cña m¸y ng¾t. + C¸c tiªu chuÈn nhiÖt ®é ph¸t nãng cho phÐp cña tiÕp ®iÓm. Dùa vµo trÞ sè dßng ®iÖn ®Þnh møc vµ c¸c ®iÒu kiÖn lµm viÖc (t¸ch rêi cã dßng ®iÖn hay kh«ng cã dßng ®iÖn) ®Ó chän kiÓu vµ kÕt cÊu tiÕp ®iÓm. Khi tÝnh to¸n thiÕt kÕ cÇn x¸c ®Þnh + Sè l­îng c¸c bé phËn ®iÖn cña hÖ thèng tiÕp ®iÓm vµ c¸c kÝch th­íc chóng (thanh, t©m, khèi) + Lùc nÐn cÇn thiÕt cho tõng tiÕp ®iÓm vµ c¸c ®Æc tuyÕn t­¬ng øng cña lß xo tiÕp ®iÓm. + H×nh d¸ng cña c¸c chi tiÕt, c¸c vËt liÖu cña tiÕp ®iÓm chÞu ®­îc sù ph¸t nãng cña hå quang ®iÖn vµ cã ®é chèng mßn bÒ mÆt cao. Ta chän vµ tÝnh to¸n cho tiÕp ®iÓm kiÓu hoa huÖ: M« t¶: TiÕp ®iÓm hoa huÖ cã d¹ng nh­ h×nh vÏ: c¸c phiÕn cña tiÕp ®iÓm song song víi nhau tõng ®«i mét nªn khi cã dßng ®iÖn ng¾n m¹ch lùc ®iÖn ®éng t¨ng lùc Ðp tiÕp ®iÓm t¹o ®iÖn trë tiÕp xóc bÐ. Víi kÕt cÊu nµy vïng hå quang ch¸y vµ vïng tiÕp xóc lµm viÖc kh¸c nhau nªn ®¶m b¶o bÒ mÆt tiÕp xóc lµm viÖc kh«ng bÞ hå quang ph¸ háng. H×nh vÏ cÊu t¹o tiÕp ®iÓm a) TÝnh to¸n ®é dµy b cña tiÕp ®iÓm: X¸c ®Þnh bÒ dµy cña mçi phiÕn: ®é dµy cña mçi phiÕn tiÕp ®iÓm ®­îc tÝnh to¸n sao cho tiÕp ®iÓm c¬ ®é bÒn c¬ vµ ®é bÒn ®iÖn theo yªu cÇu thiÕt kÕ. Ta cã tuæi thä c¬ vµ tuæi thä ®iÖn cña m¸y c¾t: Nc = 1000 Nd = 100 Khi m¸y ng¾t ë chÕ ®é ®ãng hoµn toµn khe hë gi÷a c¸c phiÕn b»ng 2 mm. §­êng kÝnh trong b»ng ®­êng kÝnh thanh dÉn. Chän bÒ dµy a sao cho ®¶o b¶o dßng ®iÖn ®i qua trong chÕ ®é lµm viÖc dµi h¹n còng nh­ ng¾n m¹ch ph¶i ®­îc ®¶m b¶o. Ta chän diÖn tÝch mÆt c¾t ngang Smc cña tiÕp ®iÓm t­¬ng ®­¬ng diÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña thanh dÉn ®éng. Khi m¸y ng¾t ë chÕ ®é ng¾t c¸c phiÕn n»m «m s¸t nhau: Thay sè vµo ta cã: a > 23,2 Chän a = 24 mm Tõ ®ã ta cã thÓ tÝnh ®­îc chiÒu dµy b: (ChiÒu dµy nµy ®¶m b¶o cho 100 lÇn ®ãng c¾t ®iÖn 1000 lÇn ®ãng c¾t c¬ tiÕp ®iÓm vÉn lµm viÖc b×nh th­êng). b) TÝnh to¸n ®é cao h cña mçi phiÕn tiÕp ®iÓm hoa huÖ: Tr­íc hÕt ta ph¶i tÝnh to¸n ®é ngËp x cña thanh dÉn vµo tiÕp ®iÓm hoa huÖ: Khi m¸y ng¾t ë chÕ ®é ®ãng ®é ngËp cña tiÕp ®iÓm ph¶i ®¶m b¶o sao cho diÖn tÝch tiÕp xóc gi÷a thanh dÉn ®éng vµ c¸c phiÕn hoa huÖ cã mËt ®é dßng ®iÖn cã trÞ sè cho phÐp (nhá h¬n 1A/mm2). Ta chän mËt ®é dßng ®i qua phÇn diÖn tÝch nµy lµ 0,3A/mm2. DiÖn tÝch tiÕp xóc Stx ®­îc tÝnh nh­ sau: Stx = k.p.x Trong ®ã: k : lµ ®­êng kÝnh trong khi c¸c phiÕn tiÕp ®iÓm ë chÕ ®é ®­îc tÝnh ë phÇn trªn) x : lµ ®é ngËp cña thanh dÉn ®éng vµo tiÕp ®iÓm hoa huÖ. MËt ®é dßng ®iÖn ®i Stx b»ng: x >= 35 mm Chän x = 35 mm §Ó b¾t vÝt c¸c phiÕn tiÕp ®iÓm vµo d©y dÉn mÒm ®Ó dÉn ®iÖn ra ngoµi. Tra b¶ng trong s¸ch khÝ cô ®iÖn h¹ ¸p ta dïng 1 vÝt M8. Nh­ vËy chän chiÒu cao h cña mçi phiÕn tiÕp ®iÓm lµ 6 c¸ch m¹ng. c) TÝnh ®é mßn cña tiÕp ®iÓm: Khi ®ãng c¾t hå quang ph¸t sinh do nhiÖt ®é cña hå quang lín vËt liÖu lµm tiÕp ®iÓm bÞ hao mßn. Theo yªu cÇu bµi to¸n MN cã ®é bÒn c¬ Nc¬ = 1000 lÇn ®ãng c¾t, ®é bÒn ®iÖn lµ N® = 100 lÇn ®ãng c¾t. Do ®é mßn khi ®ãng c¾t vÒ c¬ khÝ rÊt nhá so víi ®é mßn vÒ ®iÖn vµ sè lÇn ®ãng c¾t vÒ ®iÖn nhá b»ng 1/10 sè lÇn ®ãng c¾t vÒ c¬ nªn ta cã thÓ bá qua tÝnh to¸n ®é mßn c¬ khÝ mµ chØ quan t©m ®Õn ®é mßn vÒ ®iÖn. Khi ®ãng c¾t vÒ ®iÖn tiÕp ®iÓm bÞ mßn mét l­îng vËt liÖu ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Gmtb = 10-9(K1.) (g) Víi: Gmtb lµ khèi l­îng mßn trung b×nh cña tiÕp ®iÓm sau mét lÇn ®ãng c¾t [g]. K1, K2 lµ hÖ sè mßn khi ®ãng. Gi¸ trÞ cña K1, K2 phô thuéc vµo vËt liÖu vµ dßng ®iÖn ®ãng c¾t, ®­îc tra tõ h×nh trang 29 TKKC§HA: K1 = K® = K400 = 0,5 g/A2 K2 = Kng = K400 = 0,3 g/A2 Khèi l­îng mßn trung b×nh sau mét lÇn ®ãng c¾t: Gmtb = 10-9 (0,5 . 10002 + 0,3 . 50002) = 8.10-3 (g) §é mßn cña tiÕp ®iÓm hoa huÖ sau mét lÇn ®ãng c¾t Gm = 2,5.Gmtb = 2,5 . 8 . 10-3 = 0,02 (g/lÇn ®ãng c¾t) Sau mét tr¨m lÇn ®ãng c¾t cã ®iÖn ®é mßn cña tiÕp ®iÓm hoa huÖ: G = 100.Gm = 100 . 0,02 = 2 (g) ThÓ tÝch vËt liÖu bÞ mßn: Gi¶ sö sau mçi lÇn ®ãng c¾t tiÕp ®iÓm bÞ mßn ®Òu. Sau 100 lÇn ®ãng c¾t tiÕp ®iÓm tÜnh bÞ mßn ®i vµ cã ®­êng kÝnh trong lµ d100 . ThÓ tÝch tiÕp ®iÓm tÜnh bÞ mßn sau 100 lÇn ®ãng c¾t: Thay sè vµo ta cã: Þ Þ §é mßn cña mét phiÕn tiÕp ®iÓm tÜnh: TØ lÖ gi÷a ®é mßn vµ ®é lón: Nh­ vËy, sau 100 lÇn ®ãng c¾t th× tiÕp ®iÓm bÞ mßn Ýt h¬n cho phÐp (nhá h¬n 50% ®é lón cña tiÕp ®iÓm). Ch­¬ng 5: TÝnh lùc ®iÖn ®éng Khi cã dßng ®iÖn ch¹y qua c¸c phÇn tö dÉn ®iÖn gi÷a chóng sinh ra lùc ®iÖn ®éng. Lùc ®iÖn ®éng nµy phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè: KÝch th­íc m¹ch dÉn ®iÖn, c¸ch bè trÝ t­¬ng hç gi÷a c¸c phÇn tö dÉn ®iÖn, trong mét pha víi c¸c pha kh¸c nhau, trÞ sè dßng ®iÖn. Trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc b×nh th­êng th× lùc ®iÖn ®éng kh«ng lín l¾m. Nh­ng khi bÞ ng¾n m¹ch trÞ sè dßng ®iÖn lín nªn lµm cho lùc ®iÖn ®éng sinh ra còng lín. NÕu nh­ ®é bÒn c¬ häc trong m¸y ng¾t kh«ng ®¶m b¶o c¸c phÇn tö sÏ bÞ biÕn d¹ng hay bÞ ph¸ vì cÊu tróc c¸ch ®iÖn. Do ®ã ph¶i tÝnh lùc ®iÖn ®éng vµ h­íng cña nã ®Ó thiÕt kÕ c¸c phÇn tö mét c¸ch hîp lý. Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch trÞ sè xung kÝch qua mét c¸nh hoa huÖ tiÕp ®iÓm lµ: Víi n = 6 Dßng ®iÖn ®Þnh møc qua mét c¸nh hoa huÖ tiÕp ®iÓm lµ: TiÕp ®iÓm hoa huÖ nµy gåm 6 c¸nh tiÕp ®iÓm tÜnh vµ ®­îc g¾n mçi c¸nh mét lß xo Ðp. Mçi c¸nh tiÕp ®iÓm tÜnh chÞu mét lùc ®iÖn ®éng tiÕp xóc F®®1 do dßng ®iÖn qua c¸nh chç tiÕp xóc t¹o nªn. §ång thêi còng chÞu thªm 1 lùc t­¬ng hç F®®2 do c¸c dßng ®iÖn qua 5 c¸nh tiÕp ®iÓm tÜnh song song cßn l¹i g©y ra. 5.1. TÝnh lùc ®iÖn ®éng: F®®1: Theo c«ng thøc thùc nghiÖm: Trong ®ã: ixk : lµ gi¸ trÞ biªn ®é dßng xung kÝch (kA) Khd : hÖ sè h×nh d¹ng phô thuéc vµo kÕt cÊu kÝch th­íc vµ vËt liÖu tiÕp ®iÓm Theo kinh nghiÖm ®èi víi tiÕp ®iÓm hoa huÖ th× Khd = 4¸4,5 Ta chän Khd = 4,25 Lùc F®®1 t¸c ®éng lªn 1 c¸nh hoa huÖ lµ: ë chÕ ®é ng¾n m¹ch ta tÝnh theo dßng ®iÖn ixk : F®®1mm = ë chÕ ®é ®Þnh møc: F®®1mm = Lùc ®iÖn ®éng F®®1 nµy cã xu h­íng chèng l¹i sù tiÕp xóc tøc lµ F®®1 cã chiÒu ng­îc chiÒu t¸c dông lß xo nÐn lªn tiÕp ®iÓm. 5.2. TÝnh lùc ®iÖn ®éng F®®2 t­¬ng hç gi÷a c¸c c¸nh tiÕp ®iÓm tÜnh g©y nªn: Ta coi mçi phiÕn trªn tiÕp ®iÓm hoa huÖ nh­ lµ mét thanh dÉn. Ta cã 6 thanh dÉn song song víi nhau, tõ ®ã ta cã thÓ tÝnh lùc ®iÖn ®éng do 5 phiÕn t¸c ®éng lªn mét phiÕn nh­ sau: TÝnh kho¶ng c¸ch l1 : lµ kho¶ng c¸ch thanh 1 tíi thanh 2 l2 : lµ kho¶ng c¸ch thanh 1 tíi thanh 3 l3 : lµ kho¶ng c¸ch thanh 1 tíi thanh 4 l3 = d + b = 34 + 6 = 40 (mm) DÔ: DD1D2O lµ tam gi¸c ®Òu: Tam gi¸c D1D3D4 vu«ng nªn: * TÝnh F®®2 ë chÕ ®é ng¾n m¹ch: Tõ c«ng thøc: Ta tÝnh ®­îc c¸c lùc: Tæng hîp c¸c lùc chiÕu theo ph­¬ng D1D4 : F'1 = F1 cos600 = 0,507 . 0,5 = 0,2535 (N) F'2 = F1 cos300 = 0,235 . 0,866 = 0,2 (N) F'3 = F1 cos00 = 0,188 . 1 = 0,188 (N) Þ F®®2nm = 2(F'1 + F'2) + F'3 = 1,095 (N) * TÝnh F®®2 ë chÕ ®é ®Þnh møc Ta tÝnh ®­îc c¸c lùc: Tæng hîp c¸c lùc chiÕu theo ph­¬ng D1D4 : F'1 = F1 cos600 = 0,02 . 0,5 = 0,01 (N) F'2 = F1 cos300 = 0,01 . 0,866 = 0,00866 (N) F'3 = F1 cos00 = 0,0075 . 1 = 0,0075 (N) Þ F®®2®m = 2(F'1 + F'2) + F'3 = 0,045 (N) Lùc ®iÖn ®éng F®®1 nµy cã xu h­íng Ðp tiÕp ®iÓm vµo thanh dÉn tøc lµ F®®2 cã chiÒu cïng chiÒu t¸c dông lß xo nÐn lªn tiÕp ®iÓm. 5.3. TÝnh lùc nÐn cÇn thiÕt lªn tiÕp ®iÓm vµ lß xo tiÕp ®iÓm Dßng ®iÖn ®i tõ tiÕp ®iÓm ®éng sang tiÕp ®iÓm tÜnh ph¶i ®i qua bÒ mÆt tiÕp xóc. Trªn thùc tÕ tiÕp ®iÓm ®éng tiÕp xóc víi tiÕp ®iÓm tÜnh t¹i mét sè ®iÓm. Dßng ®iÖn ®i qua nh÷ng ®iÓm ®ã sÏ cã mËt ®é dßng ®iÖn lín lµm tæn hao n¨ng l­îng vµ tæn hao ®iÖn ¸p lín. §Æc biÖt khi cã dßng ®iÖn lín (ng¾n m¹ch) nhiÖt ®é ë chç tiÕp xóc cña tiÕp ®iÓm rÊt cao lµm gi¶m tÝnh ®µn håi vµ c¬ khÝ cña tiÕp ®iÓm, tiÕp ®iÓm cã thÓ ch¸y do nhiÖt ®é cao cña hå quang. Trong qu¸ tr×nh ®ãng c¾t tiÕp ®iÓm bÞ chÊn ®éng, c¶ tiÕp ®iÓm ®éng vµ tiÕp ®iÓm tÜnh ®Òu bÞ ¨n mßn. Sù ¨n mßn ®ã tØ lÖ víi trÞ sè dßng ®iÖn, sè lÇn ®ãng c¾t vµ thêi gian hå quang ch¸y. Ngoµi ra tiÕp ®iÓm cßn bÞ ¨n mßn vÒ c¬ nh­ng rÊt nhá, chØ b»ng (1¸3%) hao mßn vÒ ®iÖn. V× vËy ®Ó tiÕp ®iÓm lµm viÖc ®­îc tèt, ngoµi biÖn ph¸p dïng buång dËp hå quang ng­êi ta cßn dïng nh÷ng biÖn ph¸p sau ®©y ®Ó gi¶m nhá ®iÖn trë tiÕp xóc: - T¨ng lùc nÐn lªn tiÕp ®iÓm. - T¨ng sè ®iÓm tiÕp xóc. - Chän vËt liÖu lµm tiÕp ®iÓm cã ®iÖn trë suÊt nhá, hÖ sè truyÒn nhiÖt lín. T¨ng lùc nÐn chØ t¨ng lªn ®Õn gi¸ trÞ tèi ­u kh«ng thÓ t¨ng m·i ®­îc. Vµ vËt liÖu lµm tiÕp ®iÓm chØ lµm b»ng ®ång lµ hîp lý. 5.4. TÝnh lùc Ðp tiÕp xóc tiÕp ®iÓm tèi ­u khi cã dßng ®iÖn ®Þnh møc ch¶y qua: Ta cã c«ng thøc Ft®®m = Trong ®ã: - A : Lµ h»ng sè v¹n n¨ng A=2,42.10-8 (V2/ 0K2) - s : øng suÊt chèng dËp n¸t ®èi víi ®ång ë chÕ ®é dßng ®Þnh møc s = 5200 (kg/cm2) - l : HÖ sè dÉn nhiÖt, víi ®ång l = 3,8 (W/cm. 0C) - T0 : NhiÖt ®é thanh dÉn ®iÖn tÝnh theo nhiÖt ®é tuyÖt ®èi: T0 = qtd + 2730K = 65 + 273 = 338 (0K) - Ttx : NhiÖt ®é tiÕp ®iÓm tiÕp xóc tÝnh theo nhiÖt ®é tuyÖt ®èi. Kinh nghiÖm cho thÊy sù chªnh lÖch gi÷a nhiÖt ®é xóc vµ nhiÖt ®é thanh dÉn cì 5¸10 0C. Ta cho ®é chªnh lÖch nµy lµ 80C. Þ Txk = T1+ 8 = 338 + 8 = 346 (0K) §èi víi 1 c¸nh hoa huÖ tiÕp ®iÓm ta cã: Ft®®m = Thay sè vµo ta cã: Ft®®m = = 1,73 (kg) = 16,95 (N) 5.5. TÝnh lùc tiÕp ®iÓm ë chÕ ®é ng¾n m¹ch: Ft®nm = LÊy dßng ng¾n m¹ch Inm = 5I®m = 5000 (A) Dßng ®iÖn ch¶y trong mçi phiÕn cña tiÕp ®iÓm hoa huÖ: i1nm = Trong ®ã: - Ttxmax lµ ®é ë ®iÓm tiÕp xóc khi cã dßng ®iÖn ng¾n m¹ch, nhiÖt ®é nµy rÊt cao nh­ng kh«ng v­ît qua nhiÖt ®é ph¸t nãng cho phÐp cña vËt liÖu lµm tiÕp ®iÓm. NÕu vËt liÖu lµm b»ng ®ång th× [q] = 800 0C Þ Ttxmax < 10730K. Ta chän Ttxmax = 10700K. - smax : øng suÊt chèng dËp n¸t ®èi víi ®ång ë nhiÖt ®é cao smax = 250-300 (kg/cm2). Ta chän smax = 280 (kg/cm2). Thay sè: Ft®nm = = 0,069 (kg) = 0,68 (N) 5.6. TÝnh lùc nÐn cña lß xo: F1x = Ft® + Ft®1 - Ft®2 a) Lùc nÐn cña lß xo ë chÕ ®é ®Þnh møc: ë chÕ ®é nµy lùc ®iÖn ®éng F®®1 vµ F®®2 nhá do ®ã cã thÓ bá qua. Nªn lùc nÐn cÇn thiÕt cña lß xo lªn tiÕp ®iÓm tÜnh chÝnh lµ lùc Ðp tiÕp ®iÓm. F1x = Ft® = 1,73 (kg) = 16,97 (N) b) Khi cã dßng ®iÖn ng¾n m¹ch ®i qua hÖ thèng tiÕp ®iÓm, c¸c bÒ mÆt tiÕp xóc bÞ ph¸t nãng rÊt cao do ®ã cã thÓ lµm nãng ch¶y hµn dÝnh c¸c tiÕp ®iÓm l¹i víi nhau. F1x = Ft®nm + F®®1nm - F®®2nm = 0,68 + 0,637 - 1,095 = 0,222 (N) Nh­ vËy ta ph¶i chän lùc lß xo F1x = 1,73 kg ®Ó ®¶m cho tiÕp tiÕp ®iÓm ho¹t ®éng b×nh th­êng ë c¶ chÕ ®é ®Þnh møc vµ ng¾n m¹ch. Ch­¬ng 6: TÝnh toµn buång dËp hå quang Trong m¸y ng¾t cao ¸p thiÕt bÞ dËp hå quang lµ bé phËn quan träng nhÊt, khi ng¾t m¹ch ®iÖn ë ®ã x¶y ra c¸c qu¸ tr×nh c¬ b¶n dËp hå quang vµ tiÕp theo ®ã lµ phôc håi ®é bÒn ®iÖn gi÷a c¸c kho¶ng c¸ch tiÕp ®iÓm. Qu¸ tr×nh x¶y ra rÊt phøc t¹p phô thuéc vµo sù lµm viÖc cña kiÓu thiÕt bÞ dËp hå quang, phô thuéc kh¶ n¨ng dËp hå quang cña thiÕt bÞ vµ phô thuéc vµo ®Æc tuyÕt V-A cña qu¸ tr×nh ®ã. D¹ng ®Æc tuyÕn cña qu¸ tr×nh nµy phô thuéc vµo nguyªn t¾c t¸c ®éng cña thiÕt bÞ vµ vµo c¸c ®Æc ®iÓm kÕt qu¶ tõng chi tiÕt cña nã. TÝnh vµ thiÕt kÕ thiÕt bÞ dËp hå quang lµ mét trong c¸c nhiÖm vô quan träng cña thiÕt kÕ m¸y ng¾t. Trong tÝnh to¸n cÇn ph¶i x¸c ®Þnh c¸c tham sè cña thiÕt bÞ vµ c¸c ®Æc tuyÕn cña nã: C¸c tham sè cña thiÕt bÞ dËp hå quang gåm: - Sè l­îng vµ kÝch th­íc chÝnh cña c¸c ®­êng r·nh dËp hå quang. - Sè l­îng, vÞ trÝ t­¬ng hç vµ trÞ sè c¸c kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tiÕp ®iÓm trong lóc dËp t¾t hå quang còng nh­ kÝch th­íc, h×nh d¸ng cña tiÕp ®iÓm t¹o thµnh c¸c kho¶ng c¸ch. C¸c ®Æc tuyÕn cña thiÕt bÞ dËp hå quang gåm: - §Æc tuyÕn tèc ®é chuyÓn ®éng cña tiÕp ®iÓm dËp hå quang vµ cña van (nÕu cã). - TrÞ sè lín nhÊt cña ®Æc tuyÕn thay ®æi ¸p suÊt cña m«i tr­êng t¹o thµnh khÝ trong vïng dËp hå quang. - Tèc ®é ch¸y cña m«i tr­êng dËp hå quang trong vïng dËp hå quang ë tõng giai ®o¹n dËp hå quang. - Tèc ®é chuyÓn dÞch cña th©n hå quang trong tõ tr­êng (nÕu ¸p dông dËp hå quang b»ng ®iÖn tõ). - Sù thay ®æi ®iÖn ¸p trªn hå quang vµ n¨ng l­îng th¶i ra trong hå quang. - Sù thay ®æi tr¹ng th¸i (®é dÉn tõ, ®é bÒn ®iÖn, nhiÖt ®é,…) mµ gäi lµ th©n d­ ë cuèi nöa chu k× cña dßng ®iÖn vµ sù phôc håi ®é bÒn ®iÖn cña kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tiÕp ®iÓm. Mét sè ®Æc tuyÕn: - Tèc ®é chuyÓn ®éng cña tiÕp ®iÓm. - ¸p lùc cña kh«ng khÝ hay khÝ t¸c ®éng vµo ®Çu r×a cña tiÕp ®iÓm ®éng,… ®­îc sö dông lµm tham sè cho tr­íc ®Ó tÝnh to¸n c¸c kh©u kh¸c cña m¸y ng¾t liªn quan ®Õn c¸c tiÕp ®iÓm cña thiÕt bÞ dËp hå quang (truyÒn ®éng c¬ khÝ, truyÒn ®éng b×nh chøa kh«ng khÝ, van…). Nh­ vËy tÝnh chÝnh x¸c kÝch th­íc c¸c chi tiÕt cña thiÕt bÞ dËp hå quang ph¶i tiÕn hµnh tr­íc khi tÝnh vµ gia c«ng c¸c kh©u cña m¸y ng¾t. ThiÕt bÞ dËp hå quang ®iÖn m¸y ng¾t ph¶i tháa m·n yªu cÇu: + DËp t¾t hå quang ®iÖn ch¾c ch¾n ë c¸c ®iÖn ¸p ®Þnh møc cho tr­íc, khi ng¾t c¸c dßng ®iÖn giíi h¹n (cã khi ®Õn chôc kA) trong thêi gian nhÊt ®Þnh. + DËp hå quang ®iÖn ch¾c ch¾n vµ nhanh, kh«ng ch¸y lÆp l¹i khi ng¾t c¸c dßng ®iÖn dung cña ®­êng d©y kh«ng t¶i vµ cña c¸c dßng ®iÖn kh¸ng cña m¸y biÕn ¸p kh«ng t¶i. + Lµm viÖc æn ®Þnh kh«ng thay ®æi c¸c ®Æc tuyÕn ®o¹n ®Çu trong thêi gian vËn hµnh ®· quy ®Þnh vµ sè lÇn ®ãng c¾t ®· quy ®Þnh. + KÕt cÊu ®¬n gi¶n, dÔ gia c«ng vµ thuËn tiÖn trong vËn hµnh. + Tiªu hao m«i tr­êng dËp hå quang (chÊt láng, kh«ng khÝ nÐn hay khÝ) hoµn thµnh thao t¸c quy ®Þnh cÇn ph¶i Ýt nhÊt. Trong khi tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ bÞ dËp hå quang c¸c tham sè cho tr­íc gåm: + S¬ ®å kÕt cÊu cña thiÕt bÞ. + Lo¹i vµ tÝnh chÊt cña m«i tr­êng dËp hå quang. + §iÖn ¸p ®Þnh møc ®Æt vµo tÊt c¶ c¸c kho¶ng c¸ch cña m¸y ng¾t ®ãng liªn tiÕp gi÷a c¸c tiÕp ®iÓm víi nhau vµ ph©n bè ®iÖn ¸p gi¶ ®Þnh (hay ®· tÝnh tr­íc) theo tõng kho¶ng c¸ch riªng. + TrÞ sè dßng ®iÖn ng¾t giíi h¹n lín nhÊt vµ c«ng suÊt ng¾t ®Þnh møc. + TÇn sè cña thµnh phÇn qu¸ ®é ®iÖn ¸p phôc håi vµ hÖ sè t¨ng biªn ®é. + Dßng ®iÖn phô t¶i cña hÖ thèng tiÕp ®iÓm thiÕt bÞ dËp hå quang khi lµm viÖc dµi h¹n. + ¸p suÊt khÝ cho tr­íc trong b×nh chøa vµ trong c¸c èng dÉn khÝ. + Thêi gian dËp hå quang vµ chu tr×nh thao t¸c quy ®Þnh. + Gi¶ ®Þnh c¸c bè trÝ thiÕt bÞ dËp hå quang trong m¸y ng¾t. ThiÕt bÞ dËp hå quang cña m¸y c¾t SF6 cã t¸c dông dËp t¾t hå quang mét c¸ch nhanh chãng ®Ó tiÕp ®iÓm vµ c¸c bé phËn kh¸c kh«ng bÞ hå quang lµm nãng ch¶y dÉn ®Õn háng m¸y c¾t. + ThiÕt bÞ dËp hå quang cña m¸y ng¾t SF6 ®­îc thùc hiÖn trong d¹ng buång kÝn, ®­îc ®æ ®Çy khÝ SF6 vµ trong ®ã cã chøa tiÕp ®iÓm tÜnh vµ tiÕp ®iÓm ®éng. + KhÝ SF6 cã kh¶ n¨ng dËp hå quang vµ cã ®é bÒn ®iÖn tèt do ®ã cã kh¶ n¨ng chÕ t¹o nh÷ng buång dËp hå quang dßng ®iÖn lªn ®Õn 80KA vµ ®iÖn ¸p lªn ®Õn 800KV. + KÝch th­íc buång dËp hå quang m¸y c¾t SF6 nhá gän h¬n m¸y c¾t dÇu, m¸y c¾t kh«ng khÝ. Nguyªn lý dËp hå quang: + Ph­¬ng ph¸p thæi tõ: dïng cuén thæi tõ thæi hå quang, ph­¬ng ph¸p nµy phøc t¹p cho nªn hiÖn nay Ýt ®­îc dïng. + Ph­¬ng ph¸p tù thæi: ng­êi ta t¹o ra c¸c kÕt cÊu sao cho khi tiÕp ®iÓm chuyÓn ®éng tù nã sinh ra sù chªnh lÖch ¸p suÊt vµ khÝ SF6 ®­îc thæi vµo hå quang. Ph­¬ng ph¸p nµy ®¬n gi¶n nªn hiÖn nay ®­îc dïng phæ biÕn. Mét trong nh÷ng c¬ cÊu ®­îc dïng réng r·i lµ c¬ cÊu pitt«ng - tiÕp ®iÓm. Ta cã thÓ thæi hå quang däc trôc hoÆc ngang trôc tiÕp ®iÓm: - Thæi ngang cho hiÖu qu¶ cao tuy nhiªn kÝch th­íc cña buång dËp hå quang lín. - Thæi däc c¸ch thæi nµy cho hiÖu qu¶ thÊp h¬n ph­¬ng ph¸p thæi ngang nh­ng kÝch th­íc buång dËp hå quang cã thÓ ®­îc thu nhá do ®ã nã ®­îc sö dông rÊt phæ biÕn. C¨n cø vµo nh÷ng ph©n tÝch trªn ta chän buång dËp hå quang thùc hiÖn theo ph­¬ng ph¸p tù thæi, thæi ngang. * TÝnh to¸n vµ kiÓm nghiÖm buång dËp hå quang - Chän ®­êng kÝnh cña pitt«ng D = 15cm - ¸p suÊt cña khÝ SF6 trong b×nh ë tr¹ng th¸i æn ®Þnh (kh«ng x¶y ra ®ãng c¾t). Pb® = 3 ata - XÐt ë tr¹ng th¸i c¾t: Trong mçi lÇn ®ãng c¾t pitt«ng chuyÓn ®éng mét kho¶ng l = S2 + x Trong ®ã: S2 = 10 cm lµ ®é më cña tiÕp ®iÓm x = 3,5 cm lµ ®é lón cña tiÕp ®iÓm Þ l = 10 + 3,5 = 13,5cm L­u l­îng khÝ ch¶y qua lç thæi trong qu¸ tr×nh ®ãng c¾t: Trong ®ã: DV : lµ ®é thay ®æi thÓ tÝch khi c¾t t : ta coi xÊp xØ b»ng thêi gian c¾t t = 100 ms X¸c ®Þnh ®é thay ®æi thÓ tÝch: = 2,38 (lÝt) Þ L­u l­îng khÝ (lÝt/gi©y) X¸c ®Þnh ¸p suÊt khi nÐn PnÐn - XÐt ë träng th¸i ng¾t ta x¸c ®Þnh ¸p suÊt cña khÝ SF6 ë nöa b×nh phÝa tr­íc pitt«ng. PnÐn = Víi: Pbd : lµ ¸p suÊt cña khÝ SF6 trong buång dËp hå quang ë tr¹ng th¸i kh«ng ®ãng ng¾t. Ta chän Pbd = 3 ata V21 thÓ tÝch khÝ SF6 ë trªn pitt«ng V22 thÓ tÝch khÝ SF6 ë d­íi pitt«ng Tæng thÓ tÝch khÝ SF6 trong b×nh dËp hå quang Trong ®ã z lµ chiÒu cao buång dËp hå quang: z = 40 Þ = 7,065 (lÝt) (1) V21 - V22 = DV = 2,38 (2) Tõ (1) (2) suy ra V21 = 7,72 (lÝt) V22 = 2,345 (lÝt) ¸p suÊt khÝ nÐn ë phÝa d­íi pitt«ng khi tiÕp ®iÓm ®éng chuyÓn ®éng hÕt hµnh tr×nh: PnÐn = NhËn xÐt: Víi ¸p suÊt nµy vËn tèc cña khÝ SF6 qua lç thæi khÝ cã thÓ ®¹t ®­îc vËn tèc tíi h¹n TÝnh to¸n vËn tèc thanh dÉn ®éng: Tõ ®å thÞ m¸y ng¾t dÇu vÏ ®­êng ®Æc tÝnh quan hÖ gi÷a vËn tèc thanh dÉn ®éng vµ kho¶ng c¸ch gi÷a tiÕp ®iÓm ®éng vµ tiÕp ®iÓm tÜnh cña m¸y ng¾t SF6 gÊp 1,5 lÇn. Tra ®å thÞ ta lÊy vËn tèc cña thanh dÉn ®éng lµ 4m/s Tõ vËn tèc tra ®­îc ta tÝnh thêi gian chuyÓn ®éng cña thanh dÉn ®éng: §å thÞ biÓu diÔn quan hÖ v-s KiÓm nghiÖm buång dËp hå quang Sau khi hå quang t¾t ®iÖn ¸p gi÷a tiÕp ®iÓm ®éng vµ tiÕp ®iÓm tÜnh §ång thêi ®é bÒn ®iÖn cña khÝ SF6 ë kho¶ng kh«ng gi÷a tiÕp ®iÓm ®éng vµ tiÕp ®iÓm tØnh còng ®­îc phôc håi. §Ó hå quang kh«ng ch¸y dËp l¹i sau khi t¾t th× ph¶i tháa m·n ®iÒu kiÖn: Trong ®ã: : tèc ®é phôc håi ®iÖn ¸p : tèc ®é t¨ng ®é bÒn c¸ch ®iÖn Umax Uhp Qu¸ tr×nh phôc håi ®iÖn ¸p gi÷a tiÕp ®iÓm ®éng vµ tiÕp ®iÓm tÜnh Gi¶ sö qu¸ tr×nh phôc håi ®iÖn ¸p kh«ng giao ®éng Ta kiÓm tra ®iÒu kiÖn phãng ®iÖn lËp l¹i ë kho¶ng thêi gian ®ñ dµi sau khi hå quang t¾t: XÐt l¹i kho¶ng thêi gian ®ñ dµi ta cã ®iÖn ¸p phôc håi: Uph = Umax = U®mf Þ (I) TÝnh ®é bÒn ®iÖn phôc håi: Uphb® = Uphs(1 - ) Trong ®ã: Uphs : ®é bÒn ®iÖn phôc håi kho¶ng kh«ng gian trong tr¹ng th¸i lµm l¹nh khi ¸p suÊt khÝ vµ chiÒu dµi kho¶ng kh«ng gian ®· cho. T : h»ng sè thêi gian lµm l¹nh. Ta xÐt ®iÒu kiÖn ®Ó hå quang kh«ng ch¸y lËp l¹i t¹i kho¶ng thêi gian ®ñ dµi tÝnh tõ lóc hå quang t¾t Þ Uphb® = Uphs Tõ ®å thÞ ta cã ®é bÒn ®iÖn phôc håi kho¶ng kh«ng gian trong tr¹ng th¸i lµm l¹nh khi ¸p suÊt khÝ vµ chiÒu dµi kho¶ng kh«ng gian ®· cho Uphs = 145 kV (II) Tõ (I) vµ (II) ta thÊy ®é bÒn ®iÖn phôc håi kho¶ng kh«ng gian gi÷a tiÕp ®iÓm ®éng vµ tiÕp ®iÓm chÝnh lín h¬n rÊt nhiÒu so víi ®iÖn ¸p phôc håi.