Bài giảng Khí cụ điện: Chương 3 - Hồ quang điện được biên soạn với các nội dung chính sau: Khái niệm chung; Phóng điện trong chất khí; Phóng sinh và dập tắt hệ quang điện; Hồ quang điện một chiều; Hồ quang điện xoay chiều; Dập hồ quang trong KCĐ. Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng!
KHÍ CỤ ĐIỆN TS.NGUYỄN VĂN ÁNH BỘ MƠN 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 3: HỒ QUANG ĐIỆN – Khái Niệm Chung – Phóng Điện Trong Chất Khí - Phát Sinh Và Dập Tắt HQĐ - Hồ Quang Điện Một Chiều - Hồ Quang Điện Xoay Chiều - Dập hồ quang KCĐ Khái Niệm Chung Hồ quang điện q trình phóng điện tự lực xảy chất khí áp suất thường áp suất thấp hai điện cực có hiệu điện Hồ quang điện khí cụ điện đóng cắt Phóng Điện Trong Chất Khí u u I II III IV V VI i 800 A 600 400 200 i V • Vùng I: Vùng phóng điện tối • Vùng III: Phóng điện vầng quang bình thường -5 -4 -3 -2 -1 10 10 10 10 10 10 10 10 • Vùng II: Quá độ từ phóng điện tối đến phóng điện vầng quang • Vùng IV: Phóng điện vầng quang khơng bình thường u u I II III IV V VI i 800 A 600 400 200 i V -5 -4 -3 -2 -1 10 10 10 10 10 10 10 10 • Vùng V: Quá độ từ phóng điện vầng quang đến phóng điện hồ quang • Vùng VI: Hồ quang điện tượng phóng điện chất khí với mật độ dịng điện lớn, nhiệt độ hồ quang cao (6000K đến 180000K ) kèm theo hiệu ứng ánh sáng • Đặc tính hồ quang điện C Vùng catốt: chiều dài ngắn khoảng 10-3mm với điện áp UC cỡ 10V đến 20V A U UA Ec Uthq Ethq EA UC l Vùng Anốt: có điện áp rơi thấp hơn, cỡ 5V đến 20V với chiều dài 10-2mm Vùng thân hồ quang: có cường độ điện trường Ehq khơng đổi, cỡ từ 1V/mm đến 20V/mm Phát Sinh Và Dập Tắt HQĐ Trong hồ quang điện, luôn tồn song song hai q trình ion hố khử ion Q trình ion hóa Phát xạ nhiệt điện tử Tự phát xạ điện tử Do va chạm Do nhiệt Quá trình khử ion Tái hợp Khuếch tán • Q trình ion hóa - Phát xạ điện tử Nếu có điện trường đủ mạnh đặt lên điện cực, điện tử tự cấp lượng bứt khỏi điện cực J AC 120 E e b/ E JAC : mật độ dòng điện tự phát xạ điện tử sinh E : cường độ điện trường catốt b : thông số phụ thuộc vào vật liệu làm catốt Q trình ion hóa - Phát xạ nhiệt điện tử Khi nhiệt độ catốt cao điện tử tự điện cực có động lớn, khỏi bề mặt kim loại tạo nên dịng điện chất khí tượng phát xạ nhiệt điện tử JTe 120.T e b/T JTe : mật độ dòng điện T : nhiệt độ tuyệt đối catốt b : thông số phụ thuộc vào kim loại làm điện cực Q trình ion hóa - Phát xạ va chạm Dưới tác dụng điện trường với cường độ cao (cỡ103V/mm ) điện tử tự chuyển động với vận tốc lớn, đủ để bắn phá phân tử trung hoà, tạo nên ion âm ion dương mới, q trình ion hố va chạm Q trình ion hóa - Phát xạ nhiệt Khi nhiệt độ chất khí cao, chuyển động nhiệt lớn, dễ va chạm tách thành ion, q trình ion hoá nhiệt độ HQĐ phát sinh KCĐ đóng cắt nào? Q trình phản ion hóa - tái hợp tượng hạt mang điện trái dấu kết hợp với thành hạt trung hồ, q trình phụ thuộc vào: Tỷ lệ nghịch với bình phương đường kính HQĐ Bản chất môi trường xung quanh hồ quang Nhiệt độ hồ quang Q trình phản ion hóa - khuếch tán tượng di chuyển ion vùng có mật độ cao sang vùng có mật độ thấp, thường để tăng tốc độ khuếch tán người ta thường kéo dài chiều dài thân hồ quang Hồ Quang Điện Một Chiều U U R U L U hq i.R L U0 I R di U hq dt U (1) U0 A UR L L (2'') di dt B Uhq (3) Uhq a) b) (2') (2) I U (1) U0 A UR (2'') L di dt B Uhq (3) (2') (2) I b) • Để dập tắt HQĐ chiều: Phải nâng đặc tính (2) đường (2’’) để khơng cắt đặc tính tải Điều thực cách tăng chiều dài HQĐ hay giảm nhiệt độ vùng hồ quang U (1) U0 A UR (2'') L di dt B Uhq (3) (2') (2) I b) • Để dập tắt HQĐ chiều: Phải nâng đặc tính (2) đường (2’’) để khơng cắt đặc tính tải Điều thực cách tăng chiều dài HQĐ hay giảm nhiệt độ vùng hồ quang Hồ Quang Điện Xoay Chiều u u, i Cháy Tắt Uc Ut Uc Ut i tk ωt Quá trình phục hồi độ bền điện trình khử ion mãnh liệt dòng điện qua 0, làm khu vực hồ quang tính dẫn điện Đại lượng đặc trưng cho độ cách điện hai điện cực điện áp chọc thủng Uct Với i = ta có Uct0,vào khoảng 150V đến 250V mơi trường khơng khí hồ quang cháy tự nhiên Với thời gian tăng, Uct tăng tuyến tính Để dập tắt HQĐ xoay chiều trình phục hồi độ bền điện phải nằm cao không cắt đặc tuyến trình phụ hồi điện áp hai tiếp điểm U[V] 150250V I[A] Dập hồ quang KCĐ • DẬP HQ TRONG THIẾT BỊ HẠ ÁP Kéo dài hồ quang khí Phân chia hồ quang làm nhiều đoạn ngắn Sử dụng tiếp điểm phụ Kết cấu tiếp điểm kiểu bắc cầu Buồng dập hồ quang Tiếp điểm hồ quang Tiếp điểm Dàn dập Đường hồ quang • THIẾT BỊ TRUNG CAO ÁP Bình Cách điện Bong bóng khí Tiếp điểm tĩnh Dịng khí nén Hồ quang Dầu Tiếp điểm động Buồng khí • THIẾT BỊ TRUNG CAO ÁP Khí SF6 thổi dập hồ quang Máy vị trí cắt ...PHẦN I LÝ THUYẾT CƠ SỞ CHƯƠNG 3: HỒ QUANG ĐIỆN – Khái Niệm Chung – Phóng Điện Trong Chất Khí - Phát Sinh Và Dập Tắt HQĐ - Hồ Quang Điện Một Chiều - Hồ Quang Điện Xoay Chiều - Dập hồ quang KCĐ Khái... 800 A 600 400 200 i V -5 -4 -3 -2 -1 10 10 10 10 10 10 10 10 • Vùng V: Q độ từ phóng điện vầng quang đến phóng điện hồ quang • Vùng VI: Hồ quang điện tượng phóng điện chất khí với mật độ dòng điện... 600 400 200 i V • Vùng I: Vùng phóng điện tối • Vùng III: Phóng điện vầng quang bình thường -5 -4 -3 -2 -1 10 10 10 10 10 10 10 10 • Vùng II: Quá độ từ phóng điện tối đến phóng điện vầng quang •