Bài tập lớn: Thiết bị đóng cắt và bảo vệ

Bài tập lớn Thiết bị đóng cắt và bảo vệ được thực hiện với các nội dung chính sau: Nguyên lý hoạt động tắc te huỳnh quang; Kỹ thuật hạn chế dòng hồ quang; Công nghệ dập hồ quang; Máy cắt chân không; Thiết lập sơ đồ để thí nghiệm, đo lấy đặc tính công suất động cơ. Mời các bạn cùng tham khảo!

Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 Bài tập lớn thiết bị đóng cắt bảo vệ Mã lớp: 118844 Giảng viên: TS Hoàng Anh Họ tên: Đinh Tiến Luận MSSV: 20181212 Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 Mục Lục A Bài tập lớn Nguyên lý hoạt động tắc te huỳnh quang: 1.1 Cấu tạo: 1.2 Nguyên lý hoạt động đèn huỳnh quang: Nguyên nhân đầu bóng đèn hay bị đen đầu: Cách khắc phục đầu bóng đèn bị cháy: Dòng chấn lưu điện tử điện từ B Bài tập lớn 2: C Kỹ thuật hạn chế dòng hồ quang 1.1 Hạn chế giá trị dòng điện lỗi 1.2 Giảm thời gian xóa lỗi 1.3 Vận hành từ xa 10 1.4 Dự đoán ngăn ngừa lỗi 10 1.5 Chuyển hướng lượng phát sinh 10 Công nghệ dập hồ quang: 10 2.1 Bảo vệ thụ động: 10 2.2 Bảo vệ tích cực 11 2.3 Hệ thống dập tắt hồ quang hạn chế dòng điện 11 Máy cắt chân không 12 3.1 Định nghĩa 12 3.2 Cấu tạo máy cắt chân không 13 3.3 Nguyên lý hoạt động 13 3.4 Đặc điểm máy cắt chân không 14 3.5 Nhược điểm máy cắt chân không: 15 Bài tập lớn 16 Lý dùng thiết bị bảo vệ loại B cho bảo vệ cáp dài 16 Phương pháp xác định vị trí xảy cố đường dây 16 2.1 Các vấn đề 16 2.2 Đặc tính thiết bị 17 Thiết lập sơ đồ để thí nghiệm, đo lấy đặc tính cơng suất động 19 3.1 Các phép đo công suất điện 21 3.2 Phép đo công suất động xoay chiều ba pha 22 Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 A Bài tập lớn Đề tài: - Giải thích nguyên lý hoạt động tắc te huỳnh quang, giải thích vai trị phận Nếu đầu bóng đèn bị cháy có cách cho bóng đèn sáng trở lại Nguyên nhân dẫn đến bóng đèn hay bị đen đầu, cách khắc phục Dịng chấn lưu điện tử điện từ khác Q trình Ion hóa: phát xạ nguội, phát xạ nhiệt điện tử Nguyên lý hoạt động tắc te huỳnh quang: Tìm hiểu sơ lược sơ đồ đèn huỳnh quang: 1.1 Cấu tạo: ➢ Ống thủy tinh kín Trong chứa đầy khí trơ( thường Argon) áp suất thấp ➢ Bên ống thủy tinh có giọt thủy ngân nhỏ ➢ Thành bên ống phủ lớp bột phosphor vật liệu huỳnh quang có màu trắng Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 ➢ Có dây tóc làm Vonfram đầu ống đóng vai trị điện cực âm dương ➢ Chấn lưu để điều chỉnh công suất điện cực ➢ Công tắc tơ 1.2 Nguyên lý hoạt động đèn huỳnh quang: Ống thủy tinh đèn huỳnh quang có hai điện cực hai đầu Một cực đóng vai trị anode cực cịn lại đóng vai trị cathode đèn nối với nguồn xoay chiều Có khác biệt điện áp hình thành hai đầu cực ống chứa đầy khí trơ áp suất thấp Sự chênh lệch gây phá vỡ phân tử khí giải phóng điện tử tự mang dịng điện Q trình gọi q trình ion hóa Hai điện cực ống nóng lên có dịng điện chạy qua Lượng nhỏ thủy ngân ống chuyển từ thể lỏng sang thể khí Sự va chạm tạo số lượng lượng giải phóng tạo thành tia xạ Lớp phủ ống hấp thụ tia xạ phát xạ với bước sóng cao ban đầu giúp đèn chiếu sáng - Nguyên lý hoạt động tắc te huỳnh quang: Tắc te(Stater) hoạt động công tắc hẹn giời mạch Nó ống nhỏ chứa khí tơ Neon Argon, ống có dải kim loại nở lật lại chịu tác động nhiệt Nhìn chung cơng tắc đóng nóng mở lạnh Khi ta bật đèn huỳnh quang, chênh lệch điện áp tạo ống thủy tinh tắc te, khoảng cách hai điện cực ống đèn cao nhiều so với tắc te Vì khí bên tắc te nóng lên chênh lệch điện áp Do lượng nhiệt sinh nên kim loại nóng lên nở chạm vào đầu tạo thành đường dẫn Điều giúp cho dịng điện khởi động ban đầu khơng qua ống đèn huỳnh quang Khi tắc te khởi động, dòng điện chạy qua hai điện cực đèn Vì hai điện cực làm vonfram, làm nóng nhanh chóng truyền nhiệt độ cho phân tử khí xung quanh Sau nhiệt độ khí bên đèn huỳnh quang tăng lên Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 Lúc này, khơng có chênh lệch điện hai đầu tắc te cho dòng điện qua coi ngắn mạch Sự sụt giảm điện làm giảm nhiệt độ vòng 1-2s, nhiệt độ biến mất, dải kim loại lật trở lại ngắt dịng điện Q trình sau tắc tơ mở: nguồn điện áp cao kích hoạt chấn lưu Vì chấn lưu có máy biến áp, dòng điện dừng đột ngột, từ trường máy biến áp bị đóng lại sinh điện áp cảm ứng cao Điện áp ion hóa khơng khí bên ống đèn huỳnh quang đốt nóng Sau dịng điện bắt đầu chạy từ điện cực sang điện cực ống Nếu hai điện cực nhận đủ điện áp từ chấn lưu khởi động tắt, khí bên ống khơng bị ion hóa, đèn khơng khởi động Và đèn không khởi động, khởi động lại trải qua khác biệt tiềm ẩn đầu cuối tăng nhiệt độ trở lại Dải kim loại lật làm cho lối đóng lại Q trình tiếp tục khí bên ống đèn khơng làm nóng đủ để bị ion hóa Một khí bên ống bị ion hóa điện áp cao kích hoạt từ chấn lưu khởi động tắt, tất dòng điện bắt đầu chạy qua ống thủy tinh đèn huỳnh quang Vì tắc tơ khơng gặp lại chênh lệch điện khởi động mở Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 1.3 Giải thích vai trị phận: - Khí trơ Neon, Argon: khí trơ khơng xảy tượng phản ứng hóa học, tránh oxi hóa kim loại hoạt động nhiệt độ cao, tránh rỉ sét kim loại - Thanh kim loại: dãn nở/ co có điện đặt đầu nhằm cho dòng điện qua ngắt dòng điện Nguyên nhân đầu bóng đèn hay bị đen đầu: Nguyên nhân vùng phosphor vùng chết Các phosphor chết bắn phá ion mang lượng lớn thời gian dài văng nguyên tử kim loại dây tóc bóng đèn Điều chủ yếu xảy khi: - Xung điện áp khởi động cao mức cần thiết Chấn lưu khởi động nhanh bị lỗi khơng làm nóng dây tóc Khởi động tắc te bật tắt liên tục Khi dây tóc nguội (cathode) nguội sinh cơng cao ion có vận tốc lớn va chạm làm nguyên tử kim loại văng bám vào thành ống Cách khắc phục: - Lắp thêm chắn vào dây tóc bóng đèn: giúp ngăn cho nguyên tử kim loại bị bắn không bám vào thành ống - Khắc phục trình điện áp cách lắp thêm nhiệt điện trở dương song song với tụ mắc song song với đầu bóng đèn làm trễ q trình khởi động Cách khắc phục đầu bóng đèn bị cháy: - Kiểm tra xem có chắn dây tóc bóng đèn bị hỏng khơng, dây tóc cháy cách tốt thay bóng đèn khác Để kiểm tra lấy bóng khác thử vào xem có sáng hay khơng - Nếu khơng phải dây tóc kiểm tra tắc te đến chỉnh lưu, đầu đèn bị đen thường cháy dây tóc Nhưng nên kiểm tra lại tắc te hay chấn lưu bị hư làm hỏng đèn, lắp đèn vào dễ làm giảm tuổi thọ đèn Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 Dòng chấn lưu điện tử điện từ Chấn lưu thành phần thiết bị điện dùng để điều chỉnh điện áp chạy thiết bị, kiểm soát điện áp chạy đèn, để dịng điện khơng cao giá trị định mức để có thẻ làm cháy hỏng đèn Ba cơng dụng chấn lưu: Kiểm sốt hạn chế dịng điện có điện áp cao tránh hỏng đèn hồ quang xuất làm tổng trở đèn giảm Vì đèn cần hiệu điện khởi động lớn nên chấn lưu có nhiệm vụ cung cấp điện khởi động cách xác nhanh chóng Chuyển điện nguồn điện làm việc đèn - Chấn lưu điện từ: có cấu tạo đơn giản gồm nhiều sắt quấn quanh dây đồng nhôm có lớp cách điện Chấn lưu điện từ thương có khuynh hướng nhấp nháy 120 lần/s Chấn lưu điện từ có ba loại sau: • • • Kiểu cuộn lõi tiêu chuẩn Kiểu cuộn lõi hiệu suất cao Kiểu cắt bỏ điện cực - Chấn lưu điện từ kiểu cuộn lõi tiêu chuẩn có tuổi thọ dài bóng đèn mà chúng lắp đặt nhằm giúp khởi động trì hoạt động chiếu sáng đèn Cuộn lõi có chức hạn chế dòng điện (cuộn cảm) Giữa nhựa cách điện có tác dụng giúp chấn lưu khỏi hỏng hóc, chập cháy lượng nhiệt xảy lớn.Tụ điện chấn lưu giúp cho sử dụng lượng nguồn cách hiệu quả.Tất thành phần chấn lưu đặt hộp sắt gần với máng điện Nguyên lý họa động: Ngay sau kim giãn nở chạm vào nhau, lúc tượng phóng điện làm cho kim nhả ra, tác dụng ngắt nguồn nhanh, lúc từ đầu cuộn chấn lưu phát điện áp ứng có mức vài trăm volt, đủ cao để làm sáng đèn huỳnh quang Khi thủy ngân đèn huỳnh quang trạng thái plasma liên tục tạo dịng ion chảy qua đèn đèn có tính ổn áp, giữ khoảng 120V điều làm tắt tượng phóng điện tắc te - Chấn lưu điện tử: Chấn lưu điện tử dòng chấn lưu sử dụng công nghệ cao hơn, thiết bị sử dụng linh kiện điện tử để điều chỉnh điện áp mà bóng đèn nhận được, mạch có cuộn dây nhỏ nhiều so với chấn lưu điện từ Khi hoạt động chúng không gây tiếng ồn chấn lưu điện từ, khởi động gần lập tức, khơng cịn xảy nhấp nháy bật tắt bóng đèn giúp tăng tuổi thọ tiết kiệm điện Chấn lưu điện tử thường thiết kế lắp đặt nơi thường xuyên cầu thang, hành lang hay nơi bật tắt cảm biến Ưu điểm: • • Khơng gây tiếng ồn Tiêu thụ điện bảo vệ môi trường chấn lưu điện từ Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 • • • • 31/10/2020 Chịu nhiệt tốt tỏa nhiệt môi trường Trọng lượng kích cỡ gọn nhẹ Hệ số công suất cao Tác dụng tăng tuổi thọ đèn Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 B Bài tập lớn 2: Đề tài: - Kỹ thuật hạn chế hồ quang điện - Tìm hiểu máy cắt khí cơng nghệ dập hồ quang Kỹ thuật hạn chế dòng hồ quang - Hạn chế giá trị dịng điện lỗi - Giảm thời gian xóa lỗi - Vận hành từ xa - Dự đoán ngăn ngừa lỗi - Chuyển hướng lượng phát sinh 1.1 Hạn chế giá trị dịng điện lỗi Mặc dù khơng áp dụng cho môi trường bảo vệ cầu chì thiết bị ngắt tại, trung tâm liệu sử dụng thiết bị ngắt giới hạn để giảm lượng cố thời gian dao động cách giảm số lượng lỗi có Bốn phương pháp sau giúp trung tâm liệu giảm đáng kể lỗi Vận hành dòng mở bảo dưỡng: trì nguồn cấp điện kép giúp trung tâm liệu tăng cường khả cấp lượng cho chúng, có sẵn hệ thống Tuy nhiên, nhược điểm gấp đơi số lượng lỗi lỗi xảy Trong hầu hết trường hợp, mở dòng nguồn cấp điện kép trình bảo trì làm giảm nguy hiểm quang cung cách cắt lỗi nửa Chuyển đổi sang kVA biến trở kháng cao hơn: Ngày nay, hầu hết nguồn cung cấp lượng máy chủ “hệ số điện chỉnh sửa” để tác nhân gây hại khơng cịn mối đe dọa cho máy biến áp Kết trung tâm liệu triển khai cách an toàn biến áp nhỏ phù hợp với yêu cầu họ Làm tiết kiệm tiền cải thiện an toàn hồ quang điện, máy biến áp nhỏ phát lượng q trình hư hỏng, giảm tác động dự kiện hồ quang Sử dụng điện trở nối đất: lỗi mặt đất, hệ thống tiếp đất có độ bên cao, cung cấp đường dẫn cho dòng cố qua đất điện trở giới hạn Điều làm giảm đáng kể độ lớn lỗi ngắn mạch quang điện liên kết Nó sử dụng hệ thống pha Sử dụng dòng giới hạn phản ứng: dòng giới hạn phản ứng nút thắt, hạn chế dòng điện q trình lỗi Ví dụ, trung tâm điều khiển động điện áp thấp cung cấp dòng phản ứng ba pha hạn chế dòng ngắn mạch, dẫn đến lượng nhỏ xảy lỗi 1.2 Giảm thời gian xóa lỗi Thời gian phát sinh lỗi giảm giúp giảm lượng để phát sinh hồ quang Có phương pháp để giảm thời gian phát sinh lỗi sau: Sử dụng khóa chọn lọc: sử dụng tín hiệu ức chế truyền từ ngắt hạ lưu để thấy lỗi tác nhân theo đầu nguồn Cầu dao đầu nguồn nhận lỗi tín hiệu ức chế chậm trễ, cho phép ngắt hạ lưu Có thể xảy cố dòng hạ lưu đầu nguồn, nhiên, nguồn tiếp liệu hạ lưu không thấy lỗi hay gửi tín hiệu ức chế để ngắt đầu nguồn Điều gây tác nhân gây tổn hại khơng vượt qua ảnh hưởng thời gian trì hoãn dẫn đến giảm đáng kế lượng hồ quang Thực sơ đồ vi phân bus: Đây vùng phối hợp hệ thống điện Khi lỗi xảy khu vực bảo vệ định, thiết bị nhánh, thiết bị bảo vệ lập tức, hạn chế thời lượng phát sinh hồ quang Hệ thống vi phân bus thường nhanh nhạy so với zsi, địi hỏi phải có máy biến áp thiết bị chuyển tiếp Điều thường khiến họ khó thực đắt Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 Triển khai hệ thống bảo dưỡng giảm hồ quang điện: Một hệ thống bảo trì giảm tốc độ (arms) rút ngắn lỗi cách bỏ qua tất thời gian chậm trễ vòng mạch chuyến lúc vượt giá trị Điều cho phép lỗi việc xóa nhanh ngắt Kỹ thuật viên phải bật mạch đóng cắt theo cách thủ cơng trước cơng việc bảo trì sau vơ hiệu hóa chúng cơng việc hồn tất, sử dụng thủ tục khóa / bật quen thuộc 1.3 Vận hành từ xa Sử dụng thao tác nguy hiểm gây ảnh hưởng cho nhân viên Có phương pháp vận hành từ xa sau: Cài đặt phần mềm giám sát từ xa, kiểm soát chẩn đoán Hệ thống quản lý sức mạnh tinh vi ngày hôm trang bị cho quản trị viên thực nhiều nhiệm vụ hành từ xa Họ trang bị cho công ty từ xa thiết bị điện từ xa trước nhân viên trung tâm liệu tiếp cận Sử dụng thiết bị đầu tư từ xa Theo truyền thống, kỹ thuật viên phải đứng gần thiết bị có kết nối trực tiếp, điện tử suy giảm ngắt quãng Các thiết bị định vị từ xa cho phép nhà khai thác thực nhiệm vụ nguy hiểm từ khoảng cách an toàn 1.4 Dự đoán ngăn ngừa lỗi Phương án tốt loại bỏ nguyên nhân gây phát hồ quang trước chúng xảy Có phương án sau dự đốn loại bỏ tác nhân gây hồ quang: Tính tồn vẹn theo dõi: cách li gián đoạn nguyên nhân dẫn đầu gây cố cung cấp Xác định cà sửa chữa cách nhiệt trước xảy giúp ngăn ngừa sinh hồ quang Các hệ thống bảo trì dự đoán cung cấp cảnh báo sớm hư hỏng điện áp, trạm biến áp, máy phát điện, máy biến áp động Theo dõi đầu mối áp suất: Hầu hết thiết bị điện chứa nút nối áp lực, chẳng hạn phân chia dòng, tải trọng phụ kiện nén Theo thời gian, rung động nhiệt độ nới lỏng kết nối Khi dòng chảy qua kết nối lỏng lẻo, gây nóng cuối tạo tia chớp quang Sử dụng cảm biến nhiệt không liên lạc gọi pyrometers, trung tâm liệu theo dõi nút nối áp suất liên tục nhận thông báo trước kết nối lỏng trước chúng trở nên lỏng lẻo Sử dụng cửa sổ (IR) hồng ngoại Sử dụng công nghệ thermography IR, cửa sổ IR cho phép kỹ thuật viên quét IR mà không cần loại bỏ phía sau, khả xác định khả kiện liên tiếp không ngẫu nhiên liên lạc ngẫu nhiên với nút trực tiếp 1.5 Chuyển hướng lượng phát sinh Thiết bị lượng hồ quang từ trung tâm liệu gọi kháng hồ quang, ví dụ, sử dụng đầu nối kín, đầu nối áp suất cao nhất, lề cung cấp đầu nối đến vùng trống bên trung tâm liệu Khi tất tác nhân tác động thất bại, điện kháng chuyển mạch cung cấp trung tâm liệu dễ bị tổn thương đường dây an toàn cuối từ sức mạnh bùng nổ cố Tuy nhiên, tính chất bảo vệ có hiệu cửa thiết bị khơng hoạt động, cơng ty nên đào tạo kỹ thuật viên họ để đóng mạch cách an tồn hoạt động bình thường Cơng nghệ dập hồ quang: Hiện nay, có nhiều công nghệ dập hồ quang khác nhau, mang lại lợi ích hiệu khác Một số phương pháp phổ biến là: • Bảo vệ thụ động • Bảo vệ tích cực • Bảo vệ hạn chế dòng điện 2.1 Bảo vệ thụ động: 10 Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 Phương pháp thường bao gồm gia công mạnh mẽ vỏ thiệt bị điện cách sử dụng thép khổ dày hơn, lề gia cố chốt đa điểm để chứa lượng hồ quang ngăn chặn phân mảnh, cháy xuyên qua vỏ bọc Các lỗ thông kết nối với ống dẫn có nhiệm vụ chuyển hướng khí hồ quang qua đỉnh thiết bị khỏi phòng Các thiết kế đơn giản mà chi phí lại thấp Các thiết bị không yêu cầu điện từ nguồn điện để hoạt động Tất cần thiết vỏ bọc thiết bị chắn Chi phí gia tăng thiết bị chống gia tăng tương đối thấp, cần bổ sung thêm thép phần cứng bền cho thiết bị có Nhược điểm: thiết bị hồ quang khơng làm để ngăn chặn lan truyền lõi hồ quang, khơng bảo vệ phận riêng lẻ bên thiết bị Các tượng hồ quang nhỏ hỏng phận riêng lẻ bên thiết bị, xảy cường độ lớn phá hủy hồn tồn thiết bị cần thay hoàn toàn Thiết bị chống hồ quang làm tăng chi phí lắp đặt xây dựng so với thiết bị tiêu chuẩn Thiết bị chống hồ quang thường yêu cầu phóng điện phải xây dựng với trần nhà cao để cung cấp khoảng trống phía thiết bị nhằm thơng gió trực tiếp vào không gian cho tầng Việc lắp đặt thêm ống dẫn xuyên qua tường để chuyển hướng khí hồ quang khỏi khơng gian làm tăng thêm chi phí, việc rào lại hạn chế khu tiếp cận mà ống dẫn hồ quang môi trường Hiệu thiết kế chống hồ quang phụ thuộc vào nhân viên vận hành bảo trì ln tn theo kiểm sốt hành có liên quan Sự an tồn có kết cấu chống hồ quang phụ thuộc vào khả thiết bị để chứa chuyển hướng lượng tượng chớp nháy hồ quang Bản thân thiết bị làm kháng hồ quang không làm giảm lượng cố trường hợp Nếu cửa mở chốt không cách, bulong bị tháo thiếu tấm, thiết bị khơng chứa chuyển hướng lượng cách thích hợp 2.2 Bảo vệ tích cực Trong nhiều thập kỷ, ngành cơng nghiệp dựa vào nhiều phương phấp điện tử để giảm lượng cố nhằm mực đích nâng cao độ an tồn Các phương pháp bao gồm khóa liên động chọn lọc vùng, role vi sai, role phát hồ quang cơng tắc bảo trì giảm lượng Tuy nhiên khơng có cơng nghệ số giảm lượng cố đủ để cung cấp mức bảo vệ tương đương thiết bị chống hồ quang thụ động cung cấp Điều chủ yếu công nghệ dựa vào việc cấp thiết bị để xóa lỗi Trong trường hợp đóng cắt điện áp thấp, thiết bị ngắt mạch cơng suất lớn, tới bốn chu kỳ 67 mili giây để xóa lỗi Vì lượng liên quan đến dịng điện cố có sẵn thời gian bù trừ, nên có giới hạn hữu hạn mà giải pháp giảm lượng cố dòng điện cố định Để giảm lượng cố nữa, phải sử dụng thiết bị nhanh Các hệ thống áp dụng cố bắt vít để giảm lượng cố thiết bị đóng cắt hạ áp có từ nhiều năm trước Việc áp dụng lỗi bắt vít cho thiết bị điện khiến thiết bị tạo dòng điện cố cao có sẵn Việc vẽ dịng điện cố có sẵn cực đại gây lực điện từ thiết bị ngược dịng, làm hỏng cuộn dây máy biến áp, đầu cáp, dẫn đến tượng chớp hồ quang khơng điều chỉnh ngược dòng 2.3 Hệ thống dập tắt hồ quang hạn chế dịng điện Thơng thường, hệ thống dập tắt hồ quang sử dụng kết hợp đầu dò dòng điện phát ánh sáng để xác định bắt đầu lỗi phóng điện hồ quang Khi phát hồ quang, tín hiệu gửi đến thiết bị có tác dụng chuyển hồ qunag đến vị trí chứa Trong hệ thống này, thiết bị dập tắt lỗi phóng điện thiết bị nhằm dập tắt lỗi phóng điện cách tạo đường dẫn dòng điện trở kháng thấp hơn, nămgf ngăn kiểm soát, để làm cho lõi hồ quang chuyển sang đường đại 11 Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 Trong tiêu chuẩn mở cho hệ thống sử dụng lỗi chớp để tạo đường dẫn dòng trở kháng thấp hơn, hệ thống dập tắt hồ quang tiên tiến tạo lỗi hồ quang bên ngăn điều khiển Lợi ích việc tạo lỗi phóng điện hồ quang có trở kháng cao so với lỗi bắt chớp Nó tạo dòng điện lỗi Hệ thống dập tắt hòo quang hoạt động đủ nhanh làm giảm lượng số đủ lớn đáp ứng tiêu chí thử nghiệm Trong kiện chớp cháy hồ quang, đỉnh sóng áp suất trước đẩy khí hồ quang đồng nóng chảy ngồi Các hệ thống dập tắt hồ quang phản ứng đủ nhanh để cắt đỉnh sóng áp suất làm giảm mạnh gần loại bỏ lượng khí hồ quang dịng nóng chảy tạo Tùy thuộc vào thiết kế dập hồ quang, hệ thống không yêu cầu lỗ thông mơi trường Trong trường hợp đó, khơng cần ống dẫn khoảng thơng tầng, giảm khoảng trống yêu cầu phía thiết bị, dẫn đến thấp giảm chi phí xây dựng Vì hệ thống dập tắt hồ quang giảm lượng cố, chúng giảm loại bỏ hồn tồn thiệt hại cho thiết bị kiện chớp cháy hồ quang Do đó, hệ thống dập tắt hồ quang giảm thời gian ngừng hoạt động kiện chớp cháy hồ quang thiệt hại thiết bị Tuy nhiên, hệ thống dập hồ quang có số nhược điểm Vì chúng hệ thống điện tử có chứa thành phần role, cảm biến, thiết bị dập tắt tất hệ thống dây nối liên kết, chúng phải kiểm tra bảo dưỡng định kì để đảm bảo chức thích hợp Máy cắt chân khơng 3.1 Định nghĩa Máy cắt chân khơng máy cắt có phận dập hồ quang chân không Ở loại máy cắt này, tiếp điểm tĩnh động gắn buồng chân khơng bịt kín hồn tồn Hồ quang dập tắt môi trường chân không cao VCB sử dụng chủ yếu cho cấp điện áp từ 12-36kV Chân không môi trường cách điện lý tưởng Độ bền điện chân không gấp 30 lần khơng khí điều kiện tiêu chuẩn Trong chân khơng mật độ khơng khí khơng có nên khả ion hóa chân khơng khơng tồn nên thời gian chảy hồ quang bé Máy cắt chân khơng tùy vào vị trí đặt mà thường có hai loại: • Máy cắt chân khơng nhà • Máy cắt chân khơng ngồi trời b) a) Figure a)Máy cắt chân không nhà; b) máy cắt chân khơng ngồi trời 12 Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 3.2 Cấu tạo máy cắt chân không Máy cắt chân không gồm phận sau: - Mạch vịng dẫn điện: phận dẫn điện vào lấy điện Bộ phận mạch vòng dẫn điện cấu tạo gồm phần: Thanh dẫn động dẫn tĩnh; hai thường có tiết diện hình trịn hình chữ nhật làm từ đồng Đầu nối: làm nhiệm vụ tạo lực ép cần thiết để điện trở tiếp xúc nhỏ giá trị cho phép Tiếp điểm: thường dạng hình nón cụt sản xuất từ vật liệu đồng cadini nhằm đáp ứng nhu cầu hoạt động dòng điện lớn - Buồng dập hồ quang: máy cắt chân không, buồng dập hồ quang coi phận quan trọng nhất, cấu tạo buồng kín Trong có độ chân khơng cao nhằm đóng cắt hồ quang phát sinh hồ quang dập tắt môi trường chân không Buồng dập hồ quang nơi chứa tiếp điểm tĩnh tiếp điểm động - Cơ cấu truyền động: máy cắt chân không sử dụng cấu truyền động lực kết hợp nam châm điện để ngắt dòng điện - Kết cấu phận dẫn điện máy cắt chân không quy định pha sử dụng buồng dập hồ quang Vì vậy, việc đánh giá pha thường sử dụng trụ sứ cần tính tốn dịng điện đầu đầu vào Figure Hệ thống dập hồ quang 3.3 Nguyên lý hoạt động Khi xảy cố ( ngắn mạch) dòng điện tăng cao, role nhận tín hiệu truyền lệnh để máy cắt cắt Khi hai tiếp điểm tách rời nhau, hồ quang xuất Do q trình ion hóa, bề mặt tiếp xúc tiếp điểm VCB bị bay tạo nên plasma làm đầy khoảng không vùng điện cực Mật độ kim loại bay từ tiếp điểm phụ thuộc vào dòng điện hồ quang Khi dòng điện giảm tốc độ bay giảm, thời điểm dòng điện qua, kim loại tính dẫn điện nhanh chóng khuếch tán mơi trường xung quanh ( môi trường xung quanh chân không nên khơng bị ảnh hưởng phần tử khí), độ bền điện khoảng không điểm máy cắt chân không phục hồi Vỏ cách điện làm vật liệu composit hình trụ Tiếp điểm tĩnh động dạng tròn thường làm kim loại gồm: Crom-đồng, có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt dập hồ quang thuận lợi 13 Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 3.4 Đặc điểm máy cắt chân không Ưu điểm trội so với máy cắt khác: tuổi thọ dài, tính điện vượt trội, vận hành không cần bảo dưỡng, thích hợp với loại mơi trường Cơng nghệ cắt chân không triển khai đầy đủ với độ tin cậy cao Độ kín chân khơng đảm bảo nhờ cơng nghệ cao, nhờ độ giữu chân khơng đảm bảo nhờ áp dụng kỹ thuật đại lị chân khơng Do đó, buồng hồ quang giữ đơj chân khơng vịng 20 năm, vượt xa tuổi thọ khí loại máy cắt khác Buồng cắt chân khơng thích hợp ứng dụng cấp điện áp, bao gồm thứ cấp máy biến áp, cắt dòng cố đầu đoạn dây, đóng cắt tụ điện đóng cắt động Điện áp chịu đựng xoay chiều tần số công nghiệp thường gấp 2-4 lần giá trị điện áp vận hành bình thường, cịn điện áp chịu đựng xung sét gấp 4-12 lần điện áp vận hành bình thường Thân thiện với môi trường: buồng cắt chân không chế tạo từ vật liệu thu hồi tái chế hết hạn sử dụng Không khí gây hiệu ứng nhà kính SF6, khơng chứa đựng rủi ro tiềm tàng người sản phẩm phân hủy tạo phóng điện hồ quang Khơng cần phải có biện pháp phịng ngừa đặc biệt để bảo vệ mơi trường xảy rị rỉ hay q trình xử lý thiết bị hết hạn sử dụng 3.4.1 Khả chịu đựng điện áp cao Thông thường, buồng cắt chân chịu điện áp xoay chiều danh định tần số điện công nghiệp (quá điện áp xuất thao tác đóng cắt hệ thống điện) - lần điện áp danh định hệ thống điện áp xung sét danh định từ - 12 lần điện áp danh định hệ thống Trong vận hành, máy cắt thường vị trí đóng mà q điện áp, ví sét, ảnh hưởng đến cách điện dây đất dây với Khi có xung sét xuất tiếp điểm mở buồng cắt chân không, điều xảy ra, đánh thủng khe hở tiếp điểm đó, dịng điện xoay chiều tần số cơng nghiệp chạy qua nửa chu kỳ để chạy qua giá trị 0, dòng điện bị cắt tiếp điểm mở Đặc điểm lại khơng có máy cắt kiểu thổi khí SF6, khơng khí hay máy cắt dầu chúng bị nổ Đặc tính vốn có máy cắt chân khơng tiếp điểm sửa cách tự động Các chỗ sần sùi phát sinh bề mặt tiếp xúc tiếp điểm va chạm mài nhẵn tượng phóng điện xảy mở tiếp điểm máy cắt mang tải Eaton lợi dụng đặc điểm trình chế tạo máy cắt: sửa tiếp điểm cách đặt điện áp cao lấy từ nguồn có tổng trở lớn lên tiếp điểm mở Buồng cắt chân khơng có tính cao vận hành đóng cắt dịng tải, vượt xa tuổi thọ khí tất loại máy cắt máy cắt đóng lặp lại (recloser) có lắp buồng cắt chân khơng Do vậy, chúng sử dụng để đóng cắt dòng điện ngành đường sắt, với yêu cầu tuổi thọ điện khí 250.000 lần thao tác, đóng cắt động với triệu lần thao tác, đóng cắt lị hồ quang đóng cắt tụ điện Buồng cắt chân không cắt dòng điện hồ quang dòng điện qua giá trị đầu tiên, khe hở tiếp điểm đủ lớn để chịu điện áp phục hồi Hiện tượng mòn tiếp điểm xảy cực âm, có nhiều vết chuyển động ngẫu nhiên quanh cực âm, kết ăn mòn đồng Vật liệu bị ăn mòn đọng đồng bề mặt cực dương Tuy nhiên, cực tính tiếp điểm lại thay đổi cách ngẫu nhiên, lúc cực âm, lúc lại cực dương Vì mà hiệu ứng ăn mịn triệt tiêu vật liệu di chuyển qua lại hai cực Sự ăn mòn chậm đồng với việc ngắt hồ quang thực môi trường chân không điện trở tiếp xúc (Rc) giữ mức thấp suốt thời gian tuổi thọ buồng cắt chân không Trái lại, điện trở tiếp xúc máy cắt SF6 tăng lên trong thời gian tuổi thọ máy ảnh hưởng phản ứng hóa học xảy bề mặt tiếp điểm sau phát sinh hồ 14 Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 quang Hơn nữa, bột florua kim loại hồ quang tạo tác động xấu tới hoạt động máy cắt loại vật liệu cách điện 3.4.2 Cắt ngắn mạch Buồng cắt chân khơng có tính vượt trội cắt dòng ngắn mạch dải - 63 kA hiệu dụng Các buồng cắt chân không hãng Eaton thiết kế để cắt dòng ngắn mạch tồn phần 100 lần Trong thực tế, dòng cố 80% dòng điện ngắn mạch danh định chuyện hãn hữu hầu hết cố có dịng thấp nhiều Đối với dịng điện cố kA thiết phải khống chế hồ quang có xu hướng co chặt lại dạng cột Hai kỹ thuật sử dụng, từ trường ngang trục (transverse magnetic field TMF) khiến cho hồ quang phải quay xung quanh bề mặt tiếp điểm từ trường dọc trục (axial magnetic field - AMF) làm khuyếch tán hồ quang Hãng Eaton thiên kỹ thuật AMF định dạng từ trường cho đạt tính cao áp tốt trì dạng sau cắt ngắn mạch 3.4.3 Điện áp phục hồi độ Buồng cắt chân không với tiếp điểm chế tạo từ hợp kim Cu-Cr có khả chịu đựng tuyệt vời điện áp phục hồi độ tăng nhanh, xuất có cố thứ cấp máy biến áp, máy phát cố đầu đường dây không Sự cố thứ cấp máy biến áp Khi buồng cắt chân không đặt gần máy biến áp cơng suất lớn tần số riêng cao máy biến áp kết hợp với điện dung thấp liên kết gây điện áp phục hồi độ nhanh, 10 ms cố thứ cấp, số thời gian danh định (T3) máy cắt nhà 60 ms Người ta chứng minh buồng cắt chân không, tiếp điểm làm Cu-Cr cắt tin cậy 99,9% số cố thứ cấp máy biến áp Sự cố đầu đường dây không Các đường dây không tạo điện áp phục hồi độ dạng cưa có sườn trước dốc có cố xảy gần máy cắt Đối với buồng cắt SF6, tốc độ suy giảm nhiệt độ khí bậc với tốc độ gia tăng điện áp phục hồi (rate of rise of recovery voltage - RRRV) khiến cho buồng cắt khó chịu RRRV Tuy nhiên buồng cắt chân không, tốc độ suy giảm nhiệt độ plasma nhiệt độ tức thời cực âm lại cao nên buồng cắt chân không chịu đựng dễ dàng điện áp phục hồi độ xuất đầu đường dây khơng Cần tính đến tương tác buồng cắt chân không thành phần điện cảm mạch điện phân phối (động cơ, máy biến áp kháng bù ngang) xuất xung điện áp đầu nối Các xung sét gây đóng cắt mạch điện Áp dụng lưới điện phân phối kỹ thuật triệt xung thơng thường giải xung sét, mà ta cần quan tâm xem xét vấn đề xung đóng cắt 3.5 Nhược điểm máy cắt chân không: Yêu cầu công nghệ cao để sản xuất phận dập hồ quang Nếu chân không hư hỏng vận chuyển phận dập hồ quang máy cắt không sử dụng sửa chữa chỗ Máy cắt thích hợp với cấp điện áp từ 35kV trở xuống 15 Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 C Bài tập lớn Đề tài: - Vì loại B hay dùng cho bảo vệ cáp dài Cách xác định vị trí xảy cố đường dây (Pp: Theo dõi dòng điện cố) Thiết lập sơ đồ để thí nghiệm đo, lấy đặc tính cơng suất động (cơng suất bé) Lý dùng thiết bị bảo vệ loại B cho bảo vệ cáp dài Đối với loại cáp dài, tải thời gian dài gây ảnh hưởng xấu đến cách điện đường dây Đường dây chịu phát sinh nhiệt khoảng thời gian ngắn Khi để dòng điện tải tăng cao nhiệt sinh lớn gây phá hủy cách điện đường dây Trên đường dây xảy điện áp hay dịng điện vượt giá trị định mức có cố xảy Đường dây cáp nối với nhiều phần tử quan trọng máy biến áp, TU, TI, Khi xảy cố không xử lý nhanh gây hậu nghiêm trọng hệ thống Vì vậy, cần chọn thiết bị bảo vệ có thời gian tác động nhanh xác thời gian ngắn Thiết bị bảo vệ loại B có đặc tính tác động phù hợp với đặc điểm Figure Đặc tính bảo vệ loại B Cịn loại khác có thời gian tác động lâu hơn, dành cho thiết bị chịu nhiệt lâu hơn, sử dụng cho bảo vệ cáp dài Phương pháp xác định vị trí xảy cố đường dây 2.1 Các vấn đề Để xác định điểm cố đường dây truyền tải, dựa vào thông tin ghi khoảng cách điểm cố bảo vệ khoảng cách, sai số thường lớn Do vậy, phải kết hợp rải quân, băng rừng, lội suối kiểm tra vị trí toàn tuyến đường dây bị cố Ở Việt Nam, xác định xác điểm cố cơng việc khó khăn, tốn nhiều cơng sức thời gian Đồng thời, cách áp dụng chưa đáp ứng yêu cầu khắc phục nhanh cố chưa kinh tế Các thiết bị theo lý thuyết sai số không lớn 500 m, 16 Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 thực tế, độ xác cịn phụ thuộc nhiều vào điều kiện thực tế lắp đặt, vận hành, đặc biệt phụ thuộc vào độ tin cậy hãng 2.2 Đặc tính thiết bị Ở ta tìm hiểu cơng nghệ định vị cố Isa (Italia) Thiết bị định vị cố Isa hệ thống định vị cố sóng truyền TFS (Traveling Wave Fault Location System) Sai số xác định khoảng cách điểm cố nhỏ 500m Sai số phụ thuộc vào yếu tố sau đây: - Điện trở cố Sai số TU TI Độ khơng xác tham số đường dây Tình trạng trở kháng thứu tự “khơng” ln thay đổi theo độ ô nhiễm môi trường dọc theo hành lang tuyến đường dây Công nghệ nhiều hãng xác định điểm cố cho đường dây không tải điện xoay chiều Riêng thiết bị Isa sử dụng cho trường hợp sau: - Đường dây tải điện xoay chiều - Đường dây truyền tải điện cao áp chiều (HVDC) - Đường dây truyền tải có tụ bù nối tiếp - Các đường dây cáp dây tên không - Đo khoảng cách cố pha chạm đất hệ thống phân phối trung tính khơng nối đất 2.3 Nguyên lý định vị cố Thiết bị Isa sử dụng nguyên lý xác định điểm cố cho thiết bị mình, bao gồm phương pháp sau: • Phương pháp kiểu D (áp dụng cho hai điểm cuối) Figure Phương pháp kiểu D Khoảng cách đến điểm cố xác định qua chênh lệch thời gian truyền tới hai đầu đường dây 𝑋𝑠 = (𝑇𝑠 − 𝑇𝑅 ) 𝑣 + 𝐿 17 Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 𝑋𝑅 = (𝑇𝑅 − 𝑇𝑆 ) 𝑣 + 𝐿 Trong đó, v tốc độ truyền sóng tốc độ ánh sáng • Phương pháp kiểu A (áp dụng cho điểm cuối) Khoảng cách đến điểm cố xác định qua việc phân tích sóng truyền ghi điểm cuối đường dây Sai lệch thời gian ∆𝑡 xung cố ban đầu xung phản hồi tương ứng khoảng thời gian để xung từ điểm cuối đường dây tới điểm cố ngược lại Ngun tác sử dụng để tính tốn khoảng cách đến điểm cố 𝑋𝐿 𝑋𝐿 = ∆𝑡 𝑣/2 Figure Phương pháp kiểu A • Phương pháp kiểu E Phương pháp sử dụng máy phát truyền tạm thời máy cắt đóng vào đường dây cố Khoảng thời gian xung thứ khởi tạo máy cắt đóng xung phản chiếu ttuwf mạch vịng điểm cố tính toán cho khoảng cách điểm cố Phương pháp đơn giản phương pháp đáp ứng tốt yêu cầu độ xác tin cậy kết thu Kiểu E có khả định vị cố trường hợp cố tuột lèo đứt dây Kiểu A mang lại hiệu tốt lại phụ thuộc vào kiểu dạng khác cố hồ quang đường dây bên cạnh 18 Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 Figure Phương pháp kiểu E Với phương pháp có ưu, nhược điểm khác nhau, áp dụng cho loại sơ đồ Định vị cố sóng truyền công nghệ tiên tiến, kinh tế, áp dụng ngành điện nhiều nước giới Công nghệ ứng dụng cho hệ thống lưới trung áp đặc biệt sử dụng cho tất ngăn lộ hệ thống lưới truyền tải Thiết bị định vị cố sóng truyền giúp nhà quản lý nắm xác nhanh vị trí điểm cố đường dây, qua có xử lý nhanh cố, giảm chi phí nhân lực tìm kiếm, giảm phương tiện lại, nâng cao khả xử lý cố, rút ngắn thời gian điện hệ thống, tăng cường khả vận hành an toàn, tin cậy cho hệ thống điện trung áp, cao áp siêu cao áp Thiết lập sơ đồ để thí nghiệm, đo lấy đặc tính cơng suất động (quạt trần) Mối liên hệ lực momen Tịnh tiến Quay Lực tác động (N) 𝑑2 𝑥 𝐹=𝑚 𝑑𝑡 Công (J) 𝑊 = 𝐹𝑥 𝑑2 𝜃 𝑑𝑡 𝑊 = 𝑇𝜃 𝑇=𝐽 Công suất (W) 𝑑𝑊 𝑑𝑥 𝑃= =𝐹 𝑑𝑡 𝑑𝑡 𝑃= 𝑑𝑊 𝑑𝜃 =𝑇 𝑑𝑡 𝑑𝑡 19 Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 Với loại động khác ta có phương pháp đo khác Nhưng nhìn chung chúng có chung mơ sau: 20 Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 44 Figure Sơ đồ đo momen xoắn tốc độ động Tại thời điểm đo ta tốc độ khác nhau, nằm khoảng từ lúc rôt bắt đầu quay đến đạt tốc độ đồng Với tốc độ quay, ta đo momen xoắn, điện áp pha công suất tác động tức thời Để vẽ đường đặc tính cơng suất momen xoắn thông qua điểm đo cần phải tính tốn từ giá trị đo lường Momen xoắn tính theo cơng thức: 𝑇 = 𝐽 2𝜋 𝑑𝑛 60 𝑑𝑡 T momen xoắn (Nm) J momen quán tính (kg.m2) N tốc độ quay (min-1) 3.1 Các phép đo công suất điện 21 Đinh Tiến Luận MSSV:20181212 31/10/2020 Động điện máy điện có chức biến đổi lượng điện thành Mặc dù có khác biệt kích thước loại, tất động điện hoạt động theo cách giống nhau: dòng điện chạy qua cuộn dây từ trường tạo lực làm quay cuộn dây, tạo momen xoắn Công thức tổng quát công suất là: P=V*I Trong đó, cơng suất (P) tính ốt (W), điện áp (V) tính vơn dịng điện (I) tính ampe (A) Đối với nguồn xoay chiều, việc xác định công suất phải bao gồm hệ số công suất (PF) Để xác ta thường dùng watt kế để đo công suất Watt kế công cụ sử dụng điện áp dịng điện để xác định cơng suất đo số lượng dây dẫn tối thiểu wattmeters Hầu hết hệ thống nhà hệ thống chia pha pha ba dây Các hệ thống sử dụng hai wattmeters để đo công suất Hầu hết, động công nghiệp sử dụng mạch ba pha ba dây đo cách sử dụng hai oát kế Tương tự, ba oát kế sử dụng cho mạch pha dây Vì phương pháp yêu cầu sử dụng hai dịng điện hai điện áp thay ba, nên việc cài đặt cấu hình dây đơn giản hóa Nó đo cơng suất xác hệ thống cân không cân Đối với việc nghiên cứu, phương pháp ba dây với ba ốt kế tốt cung câps thơng tin bổ sung sử dụng để cân tải xác định hệ số công suất thực Phương pháp sử dụng tất ba điện áp dòng điện Chúng đo pha với 3.2 Phép đo công suất động xoay chiều ba pha Công suất đo tốc độ động nhân với momen động Trên thị trường có nhiều loại cảm biến tốc độ momen xoắn khác hoạt động với nhiều loại động Các cảm biến sử dụng để cung cấp thơng tin đo lường học nhằm tính tốn phép đo cơng suất học máy phân tích cơng suất T=F*r P=Tw Nhiều cảm biến kèm với thiết bị điện tử để điều chỉnh tín hiệu phù hợp để hoạt động với máy phân tích cơng suất thiết bị khác Tín hiệu điều hịa đầu tương tự đầu truyền thông nối tiếp đến PC phần mềm hệ thống ứng dụng Đầu tín hiệu tốc độ momen xoắn từ thiết bị đo cảm biến nối tực tiếp với đầu vào tốc độ momen xoắn phân tích cơng suất Điều mang lại lợi lớn phép đo công suất điện học đánh giá đồng thời phép tính hiệu thực liên tục 22 ... cung cấp mức bảo vệ tương đương thiết bị chống hồ quang thụ động cung cấp Điều chủ yếu công nghệ dựa vào việc cấp thiết bị để xóa lỗi Trong trường hợp đóng cắt điện áp thấp, thiết bị ngắt mạch... qua đỉnh thiết bị khỏi phòng Các thiết kế đơn giản mà chi phí lại thấp Các thiết bị không yêu cầu điện từ nguồn điện để hoạt động Tất cần thiết vỏ bọc thiết bị chắn Chi phí gia tăng thiết bị chống... cho thiết bị có Nhược điểm: thiết bị hồ quang khơng làm để ngăn chặn lan truyền lõi hồ quang, khơng bảo vệ phận riêng lẻ bên thiết bị Các tượng hồ quang nhỏ hỏng phận riêng lẻ bên thiết bị, xảy