Hạn chế dòng điện ngắn mạch và nâng cao khả năng cắt của các thiết bị đóng cắt trong hệ thống phân phối và truyền tải điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  - TRẦN VĂN DƯƠNG HẠN CHẾ DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH VÀ NÂNG CAO KHẢ NĂNG CẮT CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: THIẾT BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM VĂN CHỚI HÀ NỘI - 2007 Mục lục MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT 1.1 Lịch sử phát triển thiết bị đóng cắt .5 1.2 Phân tích tác hại dịng điện ngắn mạch 13 1.2.1 Quá trình phát nóng ngắn mạch .13 1.2.2 Q trình ăn mịn tiếp điểm ngắn mạch14 1.2.3 Lực điện động ngắn mạch 16 Kết luận 17 CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ 2.1 Đặt vấn đề 19 2.2 Lý luận chung tượng & quan hệ điện từ mạch .19 2.3 Các điều kiện cần biết để giải toán điện từ 21 2.4 Các mô hình điện từ thực tế 23 2.5 Các phương pháp nghiên cứu trình điện từ mạch .24 2.5.1 Phương pháp giải tích 24 2.5.2 Phương pháp mạch từ không gian thay 27 2.5.3 Phương pháp phần tử hữu hạn 30 2.6.4 Sử dụng phần mềm mô .31 Kết luận 32 CHƯƠNG III: CƠ SỞ & CÁC PHƯƠNG PHÁP TĂNG KHẢ NĂNG CẮT CỦA THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT 3.1 Đ ại cương 33 3.1.1 Giảm thời gian cháy hồ quang 34 3.1.2 Giảm thời gian tác động cấu .48 3.1.3 Thực việc đóng cắt đồng 49 3.2 Phân tích thiết bị hạn chế dịng điện thực tế .52 3.2.1 Cầu chì hạn chế dịng điện 53 3.2.2 áp tơ mát có khả cắt cao .65 3.2.3 Máy cắt SF6 85 3.2.4 Máy cắt chân không 97 Kết luận 106 CHƯƠNG IV: MƠ PHỎNG Q TRÌNH CHÁY & TẮT CỦA HỒ QUANG TRONG KHƠNG KHÍ 4.1 Một số lưu ý tính tốn hồ quang 107 4.2 Các công thức sử dụng tính tốn hồ quang .108 4.3 Chương trình mơ hồ quang điện 110 Kết luận 113 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 LỜI NÓI ĐẦU Hiện đất nước ta bước vào thời kỳ cơng nghiệp hóa, đại hóa với phát triển mạnh mẽ nhiều ngành kinh tế Song song với phát triển ngành công ghiệp, việc cung cấp, truyền tải điện cánh an toàn, hiệu yêu cầu vơ cấp thiết Trong u cầu vơ quan trọng đặt nâng cao khả đóng cắt thiết bị điện hệ thống phân phối truyền tải điện Chính lựa chọn đề tài làm tốt nghiệp sau gần hai năm học chương trình đào tạo thạc sỹ ngành Thiết bị Điện Điện tử Trường đại học Bách khoa Hà Nội, em chọn đề tài: “Hạn chế dòng điện ngắn mạch nâng cao khả cắt thiết bị đóng cắt hệ thống phân phối truyền tải Điện Bố cục đồ án tốt nghiệp chia làm chương với nội dung sau  Chương I: Lịch sử phát triển thiết bị đóng cắt  Chương II: Các phương pháp sử dụng nghiên cứu vấn đề  Chương III: Cơ sở phương pháp nâng cao khả cắt thiết bị đóng cắt  Chương IV: Mơ q trình cháy tắt hồ quang tong khơng khí Trong q trình thực đồ án, cố gắng mình, nhiên thời gian kiến thức hạn chế nên có điều chắn đồ án em cịn nhiều điểm thiếu sót Em mong nhận nhiều ý kiến đóng góp, bảo thầy bạn đồng khóa để đồ án hoàn thiện Cuối em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Phạm Văn Chới tận tình bảo, hướng dẫn em hoàn thành đồ án theo tiến độ chương trình đào tạo Em xin cám ơn thầy, cô môn hết lòng giúp đỡ, tạo điều kiện cho em thực tốt đồ án Sẽ trở thành cán kỹ thuật, em tự nhủ phải không ngừng học tập, trau dồi kiến thức kỹ để xứng đáng học viên đào tạo mái trường Đ ại Học Bách Khoa thân yêu Hà Nội, tháng 09 năm 2007 Học viên Trần Văn Dương CHƯƠNG I LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT Từ người phát minh điện sử dụng cơng nghiệp dân dụng với tăng lên không ngừng sản lượng điện ứng dụng rộng rãi phát triển qua nhiều hệ thiết bị đóng cắt khác nhằm bảo vệ mạng lưới truyền tải phân phối điện Về lịch sử phát triển thiết bị đóng cắt khí cụ điện đơn giản có lẽ cầu chì Cầu chì đơn giản có cấu tạo bao gồm dây chảy mảnh (làm chì, bạc hay đồng) đựng vỏ bảo vệ gắn vào hai cực tiếp xúc mạch điện Nguyên lý dựa vào tượng dây chảy bị nóng chảy đứt dịng điện tăng tải ngắn mạch ngắt mạch nhanh chóng xảy cố đường dây Độ tin cậy cầu chì phụ thuộc chủ yếu vào dây chảy Nói chung độ tin cậy cầu chì tốt nên cầu chì sử dụng rộng rãi [2] Nhược điểm cầu chì dây đứt phải thời gian để thay Vì có loại cầu chì thứ hai để khắc phục nhược điểm này, loại cầu chì gồm nhiều dây chảy mắc trục tròn [7] Cấu tạo cầu chì loại sau: 1: Dây chảy 2: Cơ cấu quay 3: Dây dẫn Hình 1-1: Cấu tạo cầu chì dây chảy Khi cầu chì thứ bị đứt hộp cầu chì quay bước sang cầu chì thứ hai Và tất dây chì đứt phải thay cầu chì Thiết bị đóng cắt phổ biến thứ hai áp tô mát áp tô mát thiết bị đóng cắt bảo vệ tải, ngắn mạch cho mạng hạ áp áp tô mát sử dụng nguyên lý điện từ để ngắt mạch có cố nhờ lực điện từ lớn dòng ngắn mạch việc ngắt mạch diễn nhanh chóng Các áp tô mát trải qua nhiều hệ khác Đầu tiên áp tơ mát có dịng cắt nhỏ khoảng 1200 A đến 1500A Đầu năm 1960 hệ áp tô mát công suất cắt lớn đời, dòng cắt chúng vào khoảng 3kA Hiện áp tô chế tạo theo fame theo tiêu chuẩn cho dải dòng khác Chúng hoạt động theo nguyên lý: - Dập hồ quang điểm với giới hạn dòng điện khơng cao nửa chu kỳ ngắn mạch hình sin Chúng có cuộn hút solenoid mà dịng điện tải chạy qua, cuộn dây có lõi sắt cố định lõi chuyển động áp tô mát loại thao tác với điện áp hồ quang thấp nhiều so với điện áp nguồn cho phép dòng ngắn mạch chạy qua mà thực tế không bị ảnh hưởng hay cản trở nửa đầu chu kỳ hình sin [4] - Hạn chế dòng với khả ngăn chặn dòng ngắn mạch cao hệ thống dập hồ quang cưỡng từ nửa đầu chu kỳ hình sin nhờ sử dụng lực điện từ lớn từ dòng ngắn mạch tác động ngắt tiếp điểm nhờ cấu lẫy cò I: Vùng bảo vệ tải II: Vùng bảo vệ ngắn mạch Đầu nối Giàn dập hồ quang Tiếp điểm Cơ cấu đóng ngắt Bảo vệ tải Bảo vệ tải Hình 1-2: Ngun lý cấu tạo đặc tính làm việc áp tô mát Thường tiếp điểm làm áp tô mát hợp kim bạc với tỷ lệ bạc nguyên chất cao Từ cấu tạo áp tô mát ta thấy đặc tính ngắt bao gồm hai đoạn tác động có thời gian với trường hợp tải (độ lớn dòng ngắt tỷ lệ nghịch với thời gian cắt) tác động tức thời với trường hợp ngắn mạch Việc dập tắt hồ quang áp tô mát thực môi trường khơng khí kết hợp với giàn dập nhằm chia nhỏ hồ quang thành phần nhỏ [2] Đối với điện áp trung cao người sử dụng máy cắt để thực việc đóng ngắt mạch điện Căn vào môi trường dập hồ quang máy cắt mà ta chia máy cắt thành nhiều loại khác Máy ngắt dầu: trình ngắt hồ quang phát sinh điểm tiếp xúc trực tiếp với dầu, hồ quang có nhiệt độ cao (5000-6000 0C ) nên dầu bị sôi bốc tạo thành bọc khí, bao quanh hồ quang, làm lạnh nhanh dập tắt hồ quang điện Bọc khí chủ yếu khoảng 60% khí (7080% hyđro, 15-20%axetilen, 5-10% metan etilen), 40% dầu [1] Từ ta thấy dầu chuyển động nhanh tiếp xúc với hồ quang gần trình dập tắt hồ quang nhanh Buồng dập hồ quang máy cắt dầu loại chỗ ngắt, hai chỗ ngắt nhiều chỗ ngắt Thế hệ máy cắt dầu máy cắt nhiều dầu Trong máy cắt nhiều dầu người ta sử dụng dầu để dập tắt hồ quang đồng thời làm môi trường cách điện phần tử dẫn điện nội máy cắt với với vỏ Khi cắt dòng định mức thời gian cháy hổ quang cỡ 0.02s Thời gian cắt máy cắt nhiều dầu lớn so với máy cắt đại Một đặc tính tiêu biểu máy cắt nhiều dầu có hai đầu cực dịng điện tiếp điểm cách ly cực, đưa đỉnh vỏ chứa sứ xuyên Hồ quang chia làm hai phần Ba pha đặt chung thùng riêng rẽ [6] Nhược điểm máy cắt nhiều dầu kích thước trọng lượng máy cắt lớn dẫn, xác xuất gây cháy nổ cao không cắt hồ quang thành cơng dẫn đến tăng kích thước trạm phân phối điện, sử dụng cần phải làm dầu, sửa chữa, bảo dưỡng phức tạp Vì ngày máy cắt dầu khơng cịn sử dụng 1: Tiếp điểm động 2: Hồ quang 3: Tiếp điểm tĩnh Hình 1-3: Hồ quang máy cắt nhiều dầu Sau hệ máy cắt nhiều dầu, người ta cải tiến hệ máy cắt dầu tiếp máy cắt dầu Cách điện dầu thay cách điện rắn, dầu làm nhiệm vụ dập hồ quang Dòng chảy dầu tạo hồ quang, dầu bị cưỡng cấu vận hành máy cắt, gồm có dòng chảy nằm ngang dòng chảy thẳng đứng Với cấp điện áp cao pha máy cắt gồm nhiều bình dầu nối tiếp [1] a b Hình 1-4: Dịng chảy máy cắt dầu a) Thổi dọc b)Thổi ngang Ưu điểm máy cắt dầu kích thước nhỏ gọn, khối lượng dầu không đáng kể Nhược điểm loại máy cắt công suất cắt nhỏ Hơn khối lượng dầu nhỏ nên dầu mau bẩn, chất lượng giảm nhanh nên nhanh phải thay dầu Và máy cắt dầu khơng có thiết bị hâm nóng dầu nên khơng thể lắp đặt nơi có nhiệt độ thấp Máy cắt tự sinh khí: loại máy cắt hồ quang dập tắt hỗn hợp khí vật liệu rắn buồng dập hồ quang sinh tác động nhiệt độ cao Khí thổi vào hồ quang với tốc độ lớn, bao quanh hồ quang để dập tắt hồ quang Như buồng dập hồ quang làm vật liệu tự sinh khí tạo rãnh dập hồ quang [3] Khí thổi phụ thuộc vào kết cấu của buồng Các vật liệu tự sinh khí phip đỏ, thủy tinh hữu cơ, nhựa Máy cắt tự sinh khí có lực dập hồ quang khơng lớn, máy cắt tự sinh khí thường sử dụng kèm theo cầu chì để làm máy cắt phụ tải với điện áp định mức lên đến 24kV dòng điện đến vài trăm ampe Ưu điểm máy cắt loại giá rẻ, kết cấu đơn giản Tuy nhiên tuổi thọ máy thấp (đến 100 lần cắt tải định mức), dễ gây cháy nổ [6] Máy cắt khơng khí nén: loại máy cắt mà hồ quang dập tắt không khí nén Khơng khí khơ, nén với áp suất cao vào khoảng 2040atm, dịng khơng khí nén chuyển động với tốc độ cao thổi dọc ngang than hồ quang làm lạnh hồ quang nhanh tăng khả phản iơn hóa khí xung quanh thân hồ quang, đến khoảng 20000C khơng xảy iơn hóa khơng khí làm cho hồ quang dập tắt cách nhanh chóng Loại thổi ngang có tác dụng dập hồ quang tốt nhiên kích thước lớn ứng với áp suất khí thổi có khoảng cách tối ưu hai đầu tiếp điểm ngắt Tăng hay giảm khoảng cách có ảnh hưởng xấu đến q trình dập hồ quang Cách điện buồng dập hồ quang cách điện rắn sứ Thời gian dập hồ quang máy cắt khơng khí vào khoảng 0.01s [1] Để tránh áp đóng cắt cần phải nối song song điện trở lớn với khoảng cắt Ưu điểm máy cắt khơng khí khả cắt tương đối lớn, dịng cắt đạt đến 100kA, tuổi thọ tiếp điểm cao, nguy cháy, nổ Nhược điểm kèm thiết bị khí nén nên kết cấu máy cồng kềnh, nguồn khí nén khơng thao tác được, phải có khoảng cách an tồn chất khí sinh đóng cắt, đóng cắt gây tiếng ồn lớn Máy cắt chân không: loại máy cắt mà việc dập tắt hồ quang thực buồng dập chân khơng Buồng gồm có buồng hồ quang, đặt hai sứ cách điện Các chốt đầu cực nối tiếp điểm với đầu cực bên Một tiếp điểm gắn vào vỏ, tiếp điểm di động Các màng xếp kim loại giúp cho tiếp điểm di động đấu nối kín khí với vỏ buồng cắt Khoảng Hình 3-71: Mối liên hệ di chuyển pittông khối lượng với lực ép lên tiếp điểm cần thiết Đ ường nét đứt thể lực ép lên tiếp điểm cần thiết Đ ường nét liền thể khối lượng dịch chuyển ngắt máy cắt Các thơng số thí nghiệm thu theo bảng sau: Lực điện từ vị trí cao 2200 N Lực điện từ vị trí thấp 560 N Chiều dài di chuyển pittông 17mm Chiều dài di chuyển tiếp điểm 12-13mm Khối lượng phần chuyển động lực tác động lên tiếp điểm có đáp ứng khơng liên tục Do phân tích, tính tốn ta phải sử dụng định luật bảo tồn mơ men vị trí khơng liên tục khảo sát Kết nhận xét - Ta thấy lực có độ lớn khoảng 2200 N đủ để giữ xung lực điện từ tiếp điểm dòng đỉnh ngắn mạch lơn 63 kAp - Cơ cấu chấp hành có đáp ứng khơng tuyến tính dịng điện vùng dịng có giá trị nhỏ vùng dịng điện có giá trị lớn đáp ứng tương đối tuyến tính - Khi dịng điện tăng cảm kháng giảm bão hịa mạch từ Ta phân tích di chuyển phận chuyển động tiếp điểm Khi khơng có tác động dịng điện xốy chuyển động bắt đầu sớm Thời gian trễ gây dịng điện xốy đóng ngắt có giá trị gần [11] I (A) Hình 3-72: Giá trị dịng điện độ dài dịch chuyển mở theo thời gian - Đ ường Ο: giá trị tính tốn với thuật tốn nêu - Đ ường +: giá trị tính tốn có tính đến dịng điện xốy - Đ ường x: giá trị tính tốn khơng kể tói ảnh hưởng - Thiết kế tối ưu máy cắt chân khơng 24 kV Với việc áp dụng phương pháp phân tích trên, ta chế tạo máy cắt chân không tiêu chuẩn Các cấu pha nối với trục liên kết Để tối thiểu hóa thời gian sai lệch pha với nhau, nười ta xét đến khaonrg 100 đáp ứng khác thông số gây sai lỗi tính tốn Ta thu kết thống kê sau: Kém Sai số Sai số Khác biệt thời gian mở 2.8 2.0 1.3 Khác biệt thời gian đóng 3.4 2.4 1.6 Với kết hồn tồn có máy cắt hoạt động đồng Các thông số máy cắt thu bảng sau: Máy cắt sử dụng Máy cắt thông thường cấu điện từ Số phận 65% Năng lượng vận hành 20% Lực ép lên tiếp điểm vị trí đóng 86% Vận tốc mở 67% sử dụng lò xo 100% Chu kỳ chu kỳ Nguồn 80 VDC Nhận xét: - Năng lượng đóng cắt giảm nhiều nhờ tối ưu hóa số vịng dây đường kính dây cuộn dây Điêù cho thấy máy cắt có khả vận hành ổn định bền bỉ So sánh với cấu thông thường, việc ngắt dòng ngắn mạch thực thành cơng với điều kiện lực từ nhỏ vị trí điểm cao vận tốc mở tiếp điểm nhỏ Từ mà tổn hao giảm nên hiệu cao Trong đó, thơng số khác máy không thay đổi so với máy cắt chân không thông thường - Tổng điện dung chu kỳ vận hành Mở - Đóng Mở 0.048 F có tính đến yếu tố suy giảm dung kháng thời gian nhiệt độ vịng khoảng 30 năm Do mà khơng cần phải bảo dưỡng nhiều cho phận mạch điều khiển Máy vận hành khoảng 80000 lần đóng mở Kết luận: Trên sở lượng cao dòng điện cắt, nguời ta sử dụng phương pháp khác để dập tắt hồ quang thiết bị đóng cắt 1.Hiện dập hồ quang mơi trường khơng khí tự nhiên có kết hợp biện pháp đặc biệt giảm thời gian tnm, thổi hồ quang lực điện động, giảm nhiệt hồ quang thép kiểu giàn dập dùng thiết bị bảo vệ điều khiển hạ áp 2.Máy cắt chân không sử dụng rộng rãi mạng điện trung áp với đặc tính vượt trội thòi gian hồ quang bé, tuổi thọ hồ quang lớn, phải bảo dưỡng, kích thước nhỏ gọn 3.Máy cắt khí SF6 sử dụng cho điện áp từ trung áp đến siêu cao áp với đặc tính vượt trội khả cắt Trong loại máy cắt này, người ta sử dụng biện pháp kết hợp tự thổi hồ quang áp suất khí SF6 giãn nở trình cắt, cuộn thổi từ, phân đoạn hồ quang ể giảm thời gian tác động máy cắt, người ta sử dụng thiết bị giám sát cấu đặc biệt, có thời gian tác động nhanh 5.Trên sở phương pháp ứng dụng thực tế kể trên, dãy máy cắt có khả cắt lớn kích thước khơng tăng Ti?p di?m tinh phỳt Ti?p di?m d?ng Tr?c quay Hi?n Th? s B?i s? dũng di?n I (A) CHƯƠNG IV MÔ PHỏNG Hồ QUANG ĐIệN 4.1 MộT Số ĐIểM LƯU ý KHI TíNH TOáN Hồ QUANG Như ta biết, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính hồ quang điện, trình phát sinh dập tắt hồ quang điện Trong chương này, ta chủ yếu sâu vào mô thông số thời gian cháy (thq), đường kính hồ quang (dhq), chiều dài hồ quang (lhq), vận tốc hồ quang (vhq) theo thời gian với giá trị dịng điện cắt dải điện áp 100V Hồ quang cháy bị dập tắt mơi trường khơng khí tự nhiên Trên hình sau thể mối quan hệ thời gian cháy hồ quang vào dòng điện ngắt thiết bị điện xoay chiều chiều [4]: Hình 4-1: Quan hệ thịi gian cháy dịng điện ngắt - vùng I: thời gian cháy hồ quang bé, gần tỷ lệ thuận với dòng điện, nhân tố chủ yếu để dập hồ quang chiều kéo dài khí cịn hồ quang điện xoay chiều độ bền điện phục hồi khoảng trống hồ quang vùng gần catốt Uph số quãng đứt n mạch điện, kéo dài khí hồ quang có giá trị thứ yếu - vùng II: nhân tố dập hồ quang chủ yếu kéo dài khí có tác dụng mức độ thấp lực điện động nhỏ Do thời gian dập hồ quang vùng II có giá trị lớn - vùng III: nhân tố dập hồ quang chủ yếu luẹc điện động xuất dòng điện hồ quang từ trường tạo chi tiết mạch vòng dẫn điện Thời gian dập hồ quang thiết bị điện chiều đến 1000V thq 0.1s, thiết bị điện xoay chiều nhỏ nửa chu kỳ, ngắt dòng điện giới hạn cho phép thòi gian dập hồ quang cho phép vài chu kỳ Giá trị dịng điện tính tốn vùng II gọi giá trị dòng điện tới hạn Ith Trong thiết bị điện đến 1000V, giá trị dịng điện tói hạn vào khoảng đến 100 A Nếu giá trị dịng điện tói hạn mà hồ quang tắt tất giá trị dòng điện nhỏ tới hạn hồ quang tắt giá trị dòng điện lớn tới hạn hồ quang bị dập tắt bị kéo dài thêm 4.2 CáC CƠNG THứC Sử DụNG TRONG Q TRìNH TíNH TN Hồ QUANG Về chu vi hồ quang: ta biết, hồ quang có dạng hình xốy chơn ốc cong mà khó để xác định xác chu vi hồ quang Trong phần ta mô chuyển động tiếp điểm kiểu tiếp điểm tĩnh nằm ngang, tiếp điểm động nằm dọc chuyển đồng theo phương ngang hình vẽ sau: td Hình 4-2: Loại tiếp điểm cần khảo sát cjuyển động Chiều dài hồ quang: biểu diễn theo công thức sau [4]: lhq   2td  9hhq (4.1) Trong đó: - lhq: chiều dài hồ quang - δtd: khoảng trống tiếp điểm trình ngắt δtd = vtd.t - Vtd: vận tốc tách tiếp điểm - T: thời gian - hhq: độ lớn dây cung hồ quang hhq = vhq.t - vhq: tốc độ chuyển động hồ quang - Vhq lại tính theo công thức sau: Vhq = 2,12 Ihq  td (4.2) Ihq =0,5 Ing - Ing: dòng điện ngắt mạch - t: thời gian Như ta viết lại phương trình chiều dài hồ quang sau: lhq  v 2td t hq  9vhq t hq (4.3) Chú ý thời gian kéo dài hồ quang đến chiều dài tới hạn (chiều dài lớn hồ quang) thời gian mở tiếp điểm Đ ường kính hồ quang cháy khơng khí di chuyển với vận tốc Vhq tính theo cơng thức sau [4]: d hq  1,12 I ng 20  Vhq (4.4) - Ing : dòng điện ngắt (A) - Vhq: tốc độ hồ quang giá trị trung bình dịng điện ngắt Vì thơng số hồ quang có mối liên hệ mật thiết với nhau, tính tốn phức tạp, ta giả sử vận tốc tách tiếp điểm hàm bậc hai từ lúc hồ quang phát sinh hồ quang tắt không khí tự nhiên dựa theo lý luận sau: - Ban đầu tách tiếp điểm: vận tốc bắt đầu tăng từ Sau vận tốc tăng dần lực căng lò xo Vận tốc giảm khơng lị xo dãn hết cỡ cuối chu trình chuyển động tiếp điểm - Vận tốc tách tiếp điểm hàm bậc hai thời gian t với vận tốc ban đầu không, sau vận tốc tiếp điểm lại giảm dần khơng lúc hồn tồn tách tiếp điểm Trong phần ta giả sử vận tốc tách tiếp điểm v = -20000t2 +2000t (4.6) Các thông số khác hồ quang tính theo vận tốc tách tiếp điểm Tất thông số biến đổi theo thời gian t hồ quang Khi tiếp điểm tách ra, lực điện động kết cấu mach vòng dẫn điện tạo hồ quang có dạng cung trịn 4.3 CHƯƠNG TRìNH MƠ PHỏNG Hồ QUANG ĐIệN BằNG MATLAB %MO PHONG SU HINH THANH Và TAT CUA HO QUANG DIEN % Xoa sach man hinh tao truc hinh ve clear all; %clc: xoa man hinh, clf: xoa cua so hoa hien thoi clc; cla; clf; %axis tight; % Cho gia tri kich thuoc cua hai tiep diem d = 1; % Chieu day cua tiep diem l = 4; % Chieu dai cua tiep diem % Dua vao bien phu alpha de tinh toa tam ho quang alpha = 0:pi/50:pi; %rad % Toa goc tren ben phai cua tiep diem (tiep diem co dinh, nam doc) x1 = 0; y1 = 0; % Toa goc tren ben trai cua tiep diem (tiep diem di dong, nam ngang) x2 = 0; y2 = 0; y0 = (y2 - y1)/2; % Hien thi dong yeu cau nhap du lieu disp('Nhap gia tri dong dien ho quang (tu - 200A):'); ihq=input('ihq='); % Thuc hien vong lap kiem tra du lieu dau vao if ihq200 disp('Du lieu nam ngoai khoang cho phep'); else % Buoc nhay moi lan tang khoang cach cua tiep diem % buocnhay = 0.2; (cm) %t=0.01:0.01:0.1; % Tap cac diem thoi gian (s) buocnhaythoigian = 0.001; % (Thay doi buocnhaythoigian la thay doi toc chyen dong tiep diem tren mo phong) t=0.001:buocnhaythoigian:0.1; % Tap cac diem thoi gian (s) % Dat cac bien cua ho quang phu thuoc theo t hay theo van toc tach tiep diem % Van toc tiep diem ta coi nhu la ham bac hai vp=-20000*(t)^2 + 2000*t vp= -20000.*((t).^2) + 2000.*t; % Van toc tach cua tiep diem (cm/s) % Quan he van toc ho quang voi thoi gian vhq=(2.12*ihq)./((vp.*t).^(0.5)); % [cm/s] % Quan he duong kinh ho quang voi thoi gian dhq=1.12.*((ihq)./(20+vhq)).^(0.5); % [cm] doday = abs(dhq.*7); % Do day cua than ho quang x_2(1) = 0; for j = 1:1:length(t) x_2(j+1) = x_2(j) + vp(j)*buocnhaythoigian; end % Mo phong su chuyen dong cua ho quang: tao mot vong lap, vong lap cap nhat lien tuc toa cua tiep diem, toa cua cung ho quang va thuc hien lenh ve theo thoi gian t for j = 1:1:length(t) % Cap nhat toa cua tiep diem thu hai % x2 = x2 + buocnhay; x2 = x_2(j); % Cap nhat toa tam cua cung tron - cung ho quang dien x0 = (x2 - x1)/2; R = (x2 - x1)/2; y = y0 + R*sin(alpha); x = x0 + R*cos(alpha); %lenh ve cla; % Ve cung ho quang dien plot(x,y, '-r', 'linewidth',doday(j)); axis([-d,8,-l-1,2]); % Ve tiep diem patch([x1-d x1 x1 x1-d], [y1 y1 y1-l y1-l],[0 0]);% Tiep diem ben trai patch([x2 x2+l x2+l x2], [y2 y2 y2-d y2-d],[0 0]);% Tiep diem ben phai F(j) = getframe; end cla; axis([-d,8,-l-1,2]); patch([x1-d x1 x1 x1-d], [y1 y1 y1-l y1-l],[0 0]);% Tiep diem ben trai patch([x2 x2+l x2+l x2], [y2 y2 y2-d y2-d],[0 0]);% Tiep diem ben phai F(j+1) = getframe; % Chuyen doi hinh anh mo phong sang dang film movie(F,1); movie2avi(F,'demohoquandien','compression','None'); end Một số hình ảnh thu hồ quang điện Kết luận Qua phần mô trên, ta rút số nhận xét trình cháy dập tắt hồ quang sau: - Vận tốc hồ quang tăng nhanh thịi điểm ban đầu mở Sau vận tốc giảm xuống gần không đổi tăng lên trước bị tắt tăng lên không đáng kể - Do hồ quang dạng vật chất đặc biệt dẫn điện, chịu tác dụng từ trường Từ trường gây lực điện động tỷ lệ với cảm ứng từ B dòng điện I hồ quang, kéo dài hồ quang, thay đổi vận tốc ion thân hồ quang - Có thể coi hồ quang gồm sợi song song riêng rẽ mang điện tích - Hồ quang dài đường kính hồ quang giảm KếT LUậN Và PHƯƠNG HƯớNG PHáT TRIểN Việc tăng khả cắt thiết bị đóng cắt có ý nghĩa lý thuyết thực tế to lớn lĩnh vực thiết bị điện Nghiên cứu đè tài: Nâng cao khả cắt thiết bị đóng cắt ta rút kết luận sau: Đ ã phân tích ảnh hưởng dòng điện ngắn mạch thời gian ngắn mạch tổn hao điện năng, tuổi thọ độ tin cậy thiết bị điện đóng cắt Đ ã đưa phương pháp nghiên cứu đại lĩnh vực toán kỹ thuật điện, là: - Phương pháp giải tích - Phương pháp mạch từ không gian thay - Phương pháp phần tử hữu hạn - Phương pháp sửu dụng phần mềm mô Đ ã đưa nguyên lý làm việc thiết bị điện đóng cắ t, giải thích cặn kẽ biện pháp đă dùng việc giảm thòi gian cháy hồ quang, giảm thòi gian khởi động phận máy cắt để giảm dòng ngắn mạch, tăng khả cắt loại máy cắt Đ ã mô thành cơng mơ hình hồ quang cháy tự nhiên Nó minh chứng lý thuyết thực tế hoàn toàn phù hợp, giúp độc giả cảm nhận trực quan hồ quang điện Nhiệm vụ đề tài vấn đề chung thiết bị đóng cắt Những vấn đề chuyên sâu cần đề cập thoả đáng cơng trình Tài liệu tham khảo Giáo trình khí cụ điện cao áp ĐHBK Đinh Ngọc Thành, Lưu Mỹ Thuận, NXB ĐHBK HN Giáo trình khí cụ điện hạ áp ĐHBKHN Hồ Khắc Thiệu, Phạm Kỳ Thư, Nguyễn Minh Trí, NXB ĐHBK HN Khí cụ điện Phạm Văn Chới, Bùi Tín Hữu, Nguyễn Tiến Tơn, NXBKHKT HN, 2002 Thiết kế khí cụ điện hạ áp Phạm Văn Chới, Bùi Tín Hữu, Phạm Tố Nguyên, Lưu Mỹ Thuận, NXB ĐHBK 1987 Bảo vệ hệ thống điện Trần Đ ình Long, NXB KHKT HN, 2005 Thiết bị đóng cắt trung áp Siemens Huỳnh Bá Minh dịch, NXB KHKT HN, 2002 An toàn hệ thống điện dân dụng KF Neumayer, Lim Sayleong, ABB Việt Nam dịch Các phương pháp đ ại trongnghiên cứu, tính tốn, thiết kế kỹ thuật điện Lê Văn Doanh, Đặng Văn Đào, NXB KHKT HN, 2001 Cơ sở Matlab ứng dụng Lê Tấn Hùng, Nguyễn Thị Lan Hương, Nguyễn Hữu Tình, Phạm Thị Ngọc Yến, NXB KHKT HN, 1999 10.Matlab simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động Nguyễn Phùng Quang, NXB KHKT HN, 2003 11.An electromagnetically actuated vacuum CB developed by electromagnetic couple with motion Kenichi Koyama, Takafumi Nakagawa, Toshie Takeuchi, Nobomuto Tohya, Mitsuru Tsukima, Tomotaka Yano, IEEJ Trans, PE, Vol 124, No.2, 2004 12.Live Tank Circuit Breakers Buyers guide ABB C atalogue, Edition 2, 2003 - 06 13.Live Tank Circuit Breakers AREVA T&D, 2004 14.Breaking by auto-expansion Georges Bernard, Cahier Technique, Merlin Gerin no171, p.16 15.Design and use of MV current limiting fuses Olivier Bouilliez, Juan Carlos Perez Quesada, Cahier technique no.128/p6 16.Improvement In breaking Performance of UL 489 Listed Compact Circuit Breakers Takao Mitsuhashi, IEEJ, Technical report, 2005 17.The Arc Model in Si02 Current-limiting Fuse Wang Nian-chun, Ji you-Zhang, Plasma Science & Technololy, Vol3, No 6, 2001 18.Investigation on the intteruption process of MCCB including the influence of blow open force Degui Chen, Ruicheng Dai, Xingwen Li, Qian Wang, Honggang Xiang, IEIEC, Trans.Electron, Vol E89 C, No.8, August 2006 19.Http://www spectra-gases.com 20 Electric arc and arc interruption Derpartmentof Electric Power Engineering, Chalmers University of Technology, 2002 21.Siprotec Numerical Protection Relays- Protect Systems Catalog SIP 2006 22.Technical Characteristic of HRC fuse 3-36 kV Areva T&D 23.Thermodynamic and transport properties of arc thermal Plasma with polymer ablated vapour and influence of their inclusions on plasma temperature ShuheiKaneko, Toru Numada, Shigemitsu Okabe, Yasunori Tanaka, JSME International Journal, Series B, Vol 48, No3, 2005 24.Technical data of System Pro M series MCB ABB Technical Guide, 2005 25.íậEKTPẩìECKẩE AẽẽÀPATÛ ẩ.ủ.taeb, Mockba, 1977 ... thạc sỹ ngành Thiết bị Điện Điện tử Trường đại học Bách khoa Hà Nội, em chọn đề tài: ? ?Hạn chế dòng điện ngắn mạch nâng cao khả cắt thiết bị đóng cắt hệ thống phân phối truyền tải Điện Bố cục đồ... ghiệp, việc cung cấp, truyền tải điện cánh an tồn, hiệu u cầu vơ cấp thiết Trong u cầu vơ quan trọng đặt nâng cao khả đóng cắt thiết bị điện hệ thống phân phối truyền tải điện Chính lựa chọn đề... tăng dịng ngắn mạch dẫn đến tăng khả cắt thiết bị - Tổn hao điện ngắn mạch: Tổn hao điện ngắn mạch lượng tiêu hao thiết bị xảy ngắn mạch Tuy thời gian ngắn mạch thường nhỏ, nhiên dịng ngắn mạch lớn