Kết cấu, sử dụng và sửa chữa Khí cụ điện_ Phần 1 (download tai tailieutuoi.com)

a PHU - TO DANG 45406 sò

địa

KẾT 0ÂU Si DUNG & SUA CHUA

NGUYEN XUAN PHU - TO DANG

LOI NOI DAU

Trong những năm gần dây, việc lắp dat, s# dụng và sửa chứa các khí cụ điện trong

công, nông nghiệp và các ngành kinh tế khác, ngày càng phát triển nhanh chóng

Số lượng khí cụ điện được stề dụng rong các ngành tăng lện không ngưng Mặt khác, các khí cụ điện ngày càng được cải tiến và càng hoàn thiện về phương diện kỹ thuật nhằm đáp ting yêu cầu của người sử dụng là thật an toàn, đảm bảo thao tác dung va tin cay,

đồng thời tuổi thọ cao

Đi đôi với số người sử dụng thao tác khí cụ điện ngày càng đông thì số người tham gia vào công tác lắp đặt và sửa chữa củng tăng lên nhanh chóng Do vậy, việc tìm hiểu về kết cấu, nguyên lý làm việc và tính năng kỹ thuật của các khí cụ điện để lấp đạt, sử dung và sửa chửa, khôi phục là điều rất quan trọng và bổ ích

Nhằm đáp tíng được yêu cầu trên, cuốn sách này đã biên soạn và được Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật giới thiệu với bạn dọc vào năm 1978 Nay, do yêu cầu của độc giả, trước nhuững tiến bộ khoa học kỹ thuật mới, chúng tôi biên soạn lại và bổ sung những

khí cụ và thiết bị điện mới, có nhưững khí cụ điện được chào hàng nỳ năm 1988 đến dầu

năm 1991 của các nước Tây Âu

Cuốn sách giới thiệu ngắn gọn nguyên lý làm việc, kết cấu, số liệu kỹ thuật của một số khí cụ điện đã được nhập vào nước ta và đang thịnh hành tại các nước Tây Au Ngodi

ra, cuốn sách còn giới thuệu một số thuế! bị nr động bảo vệ động cơ và mạch điện tránh

sự cố do quá tải ngắn mạch hay nhưng trưởng hợp không bình thưởng khác Cuốn sách

còn trình bày cách tính toán hựa chọn các khí cụ điện và thiết bị cao - hạ áp, cách bảo

quản, bảo dưỡng, kiêm tra lắp đặt và tính toán sa chua các khí cụ điện thông dụng

Chương 1 của cuốn sách trình bày về lý tuyết cơ sở khứ cụ điện đề giíp người đọc

hiểu sâu théin các chương sat và có thể dng nó làm cơ sở phân tích sự khác nhau của

khí cụ điện kiú sửa chưa

Cuốn sách thích hợp cho tuyệt dạt đa số công nhân dang công tác trong linh vực điện công ngÌuệp và tại các cơ sở diện chỉ nhánh diện Cuốn cách con duac ding lam

tài liệu thiết kế lắp dạt và tính toán sửa chữa cho các chuyên viên, kỹ sư

Ngày 10.7.1998 Các tác giả

CHUONG I

LÝ THUYẾT CƠ SỞ KHÍ CỤ ĐIỆN

§ 1-1 PHÂN LOẠI VÀ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN

Khí cu diện là những thiết bị điện dùng để đóng, cất, diều khiển, điều chỉnh và bảo

vệ các lưới điện, mạch diện, máy diện và các máy móc sản xuất Ngoài ra nó con được

dùng để kiểm tra và diều chỉnh các quá trình không điện khác

Khí cụ diện dược sử dung rộng rãi ở các nhà máy phát diện, các tram biến ip, trong

các xí nghiệp công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy lợi, giao thông vận Iái và quốc

phòng v.v

Ở nước ta khí cụ điện hầu hết được nhập từ nhiều nước khác nhau nên quy cách không thống nhất, việc bảo quản và sử dụng có nhiều thiếu sót nên hư hỏng khá nhiều, gây thiệt hai dáng kể về kinh tế Do đó việc nâng cao chất lượng sử dụng, bỏ túc kiến

thức bảo dưỡng, bảo quản và kỹ thuật sửa chữa khí cụ điện phù hợp diều kiện khí hậu

nhiệt đới của ta là nhiệm vụ quan trọng cần thiết hiện nay

Để thuận lợi cho nghiên cứu sử dung và sửa chữa khí cụ diện, người ta phân loại

như sau :

a) Thco công dung gồm có :

— Khí cụ điện dùng để đóng cắt lưới điện, mạch điện (ví dụ : cầu dao, áptomát, máy

ngất, v.v )

- Khí cụ điện dùng để mở máy, diều chỉnh tốc độ, điều chính điện áp và dong điện (ví dụ : côngtấctơ, khởi động từ, bộ khống chế, biến trở, điện trở, v.v )

~ Khf cụ điện dùng để duy trì tham số điện ở giá trị không đối (ví dụ : thiết bị tự

động điều chỉnh điện áp, dòng diện, tần số, tốc độ, nhiệt dộ, v.v )

~ Khí cụ điện dùng để bảo vệ lưới diện, máy diện (ví dụ : role, Aptomat, cau chi, v.v ):

- Khí cu diện do lường (ví dụ : máy biến dòng, máy biến áp do lường)

b) Theo diện áp gồm có :

~ Khí cụ điện cao thế : được chế tạo để dùng ở điện áp dịnh mức tử 1000V trở lên

~ Khí cụ điện hạ thế được chế tạo để dùng ở điện áp dưới 1000V (thưởng chỉ đến 660V)

c) Theo loại dòng điện : khí cụ điện dùng trong mạch điện một chiều và xoay chiều,

d) Theo nguyên 1ý làm việc có các loại : điện từ, cảm ứng, nhiệt, có tiếp diểm và

không có tiếp điểm v.v

e) Theo điều kiện làm việc và dạng bảo vệ, gồm có : khí cụ điện lam việc ở vùng nhiệt đới, ở vùng có nhiều rung động, vung mỏ có khí nổ, ở môi trường có chấi ăn mòn

hóa học, loại để hớ, loại bọc kín v.v

Khí cụ điện cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau :

- Khí cụ diện phải đảm bảo sử dụng lâu đài với các thông số kỹ thuật ở dinh mức

Nói một cách khác : dòng điện qua vật dẫn không được vượt quá trị số cho phẻ|›, vì nếu không sẽ làm nóng khí cụ điện và chóng hỏng

- Khí cụ điện phải Ổn định nhiệt và ốn định điện động Vật liệu phải chịu nóng tốt

và có cường độ cơ khí cao vì khi quá tải hay ngắn mạch, đòng điện lớn có thẻ làm khí

cụ điện bị hư hỏng hay biến dạng

- Vật liệu cách điện phải tốt để khi xấy ra quá diện áp trong phạm vi cho phÉp,'

khí oụ điện không bị chọc thủng

- Khí cụ điện phải đảm bảo làm việc được chính xác, an toàn, song phải xọn nhẹ,

rẻ tiền và dễ gia công, dễ lắp ráp, để kiểm tra và sửa chữa

~ Ngoài ra khí cụ điện phải làm việc ổn định ở các điều kiện khí hậu ' và mỏi trường

yêu cầu

§ 1-2 LỰC DIEN DONG

Lực điện động là lực sinh ra khi một vật dẫn mang đồng diện dặt trong tù trường,

Luc đó tác dụng lên vật dẫn và có xu hướng làm thay đổi hình dáng vật dẫn để từ thông

xuyên qua mạch vòng vật dẫn có giá trị cực dai

Trong hệ thống gồm vài vật dẫn mang dong dién, bat ky mét vat dẫn nào trong chúng

cũng có thể được coi là đặt trong từ trưởng tạo nên bởi các đòng điện chạy trong các vật dẫn khác Do đó giữa các vật dẫn mang dòng điện, luôn luôn có từ thông tống tương hỗ móc

vòng, kết quả luôn luôn có các lực cơ học (dược gọi là lực điện động) Tương tự như vậy cũng

có các lực điện động sinh ra giữa vật mang dòng diện và khối sắt từ

Chiều của lực điện động dược xác dịnh bằng quy tắc "bàn tay trái" hoặc bằng nguyên tắc chung như sau : "tực tác dung lên vât dẫn mang đòng điện có xu hướng làm hiến đổi

hình dáng mạch vòng dòng điện sao cho tử thông móc vòng qua nó tăng lên"

Trong điều kiện sử dụng bình thường, các lực điện động đều nhỏ và không gây nên biến

dang c&c chi tiết mang dòng điện của các khí cụ điện Tuy nhiên khi có ngắn mạch các lực

này trở nên rất lớn có thể gây nên biến dạng hay phá hỏng chỉ tiết và thậm chí cả khi cụ điện

Vì vậy cần thiết phải tiến hành tính toán khí cụ điện (hoặc từng bộ phân) về mặt sức bền chịu lực điện động, nghĩa là-không bị phá hỏng khi có dòng điện ngắn mạch cực đại tức thời chay qua Việc tính toán đó lại càng cần thiết nếu ta muốn có được khí cụ diện kich thước

bề (do có thể đặt được các bộ phận mang dòng diện gần nhau theo điều kiện cho phép).

Để tính toán lực điện động,c6 thể dùng hai phương pháp :

- Phương pháp thứ nhất dựa trên định luật tác dụng tương hỗ của dây dẫn mang dòng điện và từ trường (tức định luật l3iôsavalaplax)

- Phương pháp thứ hai là phương pháp cân bằng năng lượng

1-2-1 Phương pháp tính lực điện động dựa trên định luật tác dụng tương hỗ giữa diy din mang dong điện và từ trường

+ Một dây dẫn thẳng, đài l, mang dòng diện ¡, đặt trong từ trường có cảm ứng từ B, chịu tác dụng mội lực cơ học có giá trị tính bằng công thức sau :

ở đây Ø là góc giữa chiều của véctơ cảm ứng từ và chiều của dòng diện chạy trong dây

dẫn (II.1-1 a)

+ Một hệ thống gồm hai dây dẫn 1 và 2 đặt tùy ý (H.1—1, b), có các dòng điện i1 và

i2 chạy qua Trường hợp này dây dẫn 1 mang đòng điện i1 được coi là đặt trong từ trường

tạo bởi dòng diện i2 chạy trong dây dẫn 2 (ngược lại cũng vậy) Khi đó lực điện động tác dụng giữa hai dây dẫn mang dòng diện i và i2 được tính bằng công thức sau :

- Dây dẫn đặt trong không khí: — ¿„„ = 1 (độ từ thẩm tương đối bằng 1),

— C là hằng số, phụ thuộc kích thước hình học của hai dây dẫn, còn gọi là

hệ số mạch vòng

Nếu thay trị số của zo vào (1-2) và tính lực theo Niutơn, ta được :

Ở day i, va iz tinh bing A

+ Một dây dẫn hay một mạch vòng mang điện ¡, có năng lượng từ tính theo công

i

- Su biến đạng liên tục mạch vòng (biến

đổi vị trí của các chỉ tiết hay bộ phận mang

từ dự trữ Khi đó công của lực trong hệ thống

F dx = dW, (1-5)

ở dây : dW - biến thiên năng lương dự trứ của hệ thống khi biến dạng hệ thống theo

hướng x dưới tác dụng của lực F Do đó lực điện động trong mạch vòng hoặc giữa các

mạch vòng, tác dụng theo hướng x, bằng tốc độ biến thiên của dự trữ năng lượng của hệ thống khi biến dạng nó thco hướng da cho :

a) Tính lực diện động tác dụng lên dây dẫn thẳng mang dòng điện ¡

Một hệ thống gồm hai day dẫn song song có tiết dién tron 1 va 2 (II.1-1 c va đ),

đặt cách nhau a mang các dong dién i) va i2 Tinh luc dién dong theo phương pháp thứ

nhất Áp dụng công thức (1-3) với chú ý là ở đây sinđ = 1 vì các dây dẫn nằm trong cùng mặt phẳng, vÉctơ cảm ứng từ mông góc với mặt phẳng đÓ, ta có :

F = 107 iy iC

Nếu cơi đây dẫn 2 là đài vô hạn (tức nằm trong khoảng —-œ, +) và lấy tích phân thứ hai trước, ta được

Trong thực tế thường gặp hai dây dân có chiều dài không

_ hai đoạn I„ và lạ Khi đó có thé coi lực tác dụng tương hỗ giữa

1 a

điện động giữa hai dây

c) Tính lice điện động giía hai dây dẫn song song có tiết diện ch nhật

Trong các khí cụ diện và lưới điện, người ta sử dụng rộng rãi dây dẫn có tiết diện

chứ nhật (thanh góp) Ở đây chí nêu ra kết quả tính toán lực diện động Lực tác dụng

tương hỗ giữa hai dây dẫn song song có tiết diện chữ nhật khi l >> a, được tính bằng

dẫn và khoảng cách giữa chúng, được cho theo đường cong ở l{.1-3 tùy thco các tỷ số

kích thước của dây dẫn

Cần chú ý là khi đãi thanh góp nằm ngang, lực tác dụng tương hỗ sẽ lớn hơn khi

đặt thẳng đứng Mặt khác độ bền chống uốn khi đặt nằm ngang cũng lớn hơn (vì tỷ lệ với bổ) Do đó đôi khi người ta đặt các thanh góp nằm ngang (nếu bố trí thuận lơi).

Lo] ø2H¬

Hình 1~3.~ Quan hệ giữa hệ số kh với các kích thước của dây dẫn,

Bai todn vi du:

Ngàm của cầu dao được chế tao né hat thanh kim loai det, moi thanh có kích thước :

bh = 0005 0,08m2 chiều dài Ì = 042m va khodng cach guta chiing a = 0,024m Hay tinh lec điện động tác dụng gitta hai thanh néu mdi thanh cho dong dién 33kA di qua

d) Phuong phdp do thi gidi tich dé tính toán lực điện động giữa các đây thing

Phương pháp đồ thị giải tích đưa trên cơ sở các công thức giải tích đã nêu ở trên

và biểu thị ra bằng hình học.

Đối với hai dây dẫn song song dài bằng nhau, hệ số mạch vòng C theo (1-13) có

dang sau :

Trị số V I2 + a2 chính là chiều đài đường chéo D của tam giác vuÔng góc có các cạnh | va a (H.1-4a), do dé:

Đối với hai dây dẫn song song dài không đều nhau (H.1—4, b) sau khi thay tương

ứng vào công thức (1-17), ta được :

(1-20)

e) Tính lực diện động tác dụng lên mội vòng dây dẫn mang dòng diện và giửa các

+ Trưởng hợp một vòng dây mang dòng diện i (H.1-5,a) bán kính vòng dây là R Lực điện động có xu hướng kéo căng vòng dây dẫn ra, nghĩa là muốn kéo đứt vùng đây Nếu coi rằng tiết diện dây dẫn không biến đạng: thì thco (1-6), lực hướng kính tổng, tác

dung lên vòng dây, sẽ bằng :

Muốn tính toán sức bền cơ khí của vòng đây, cần phải xác định lực FR có xu hướng

kéo đứt vòng dây Do đó cần phái lấy tích phân hình chiếu của các lực hướng kính tác

+ Trưởng hợp nhiều vòng đây : trong các cuộn dây của các khí cụ diện, ngoài lực

tác dụng bên trong mỗi vòng dây, còn có các lực điện động giữa các vòng dây Giữa các

vòng dây (II.1-5, b) dòng diện cùng chiều (hoặc trái chiều) sẽ sinh ra lực hút F (hoặc lực

đẩy) Lực F có thể coi như tổng của hai lực thành phần : Fy có xu hướng kéo các vòng

dây lại với nhau và Fx có xu hướng kéo dãn đối với vòng dây có đường kính bé và kéo nền lại đối với vòng dây có dudng kính lớn hơn (như hình vẽ) Như vây, trong một vòng

dây, lực Fx sẽ cộng tác dụng vdi FR, còn trong vòng khác - sẽ trừ bớt di

Trị số các lực thành phần tác dụng tương hỗ giứa hai vòng dây, tính bằng các biểu

ở dây C = Ra - Rị; R¿ạ >Rị Rõ ràng các lực thành phần phụ thuộc cả vào khoảng

cách h giữa các vong dây (II.1-5, c và d)

ƒ) Lrrc tác dụng lên dây dẫn có điện đặt cạnh khối sắt nề

Khi dây dẫn có diện đặt gần vật liệu sắt từ, từ trường xung quanh nó sẽ bị méo di,

các đường sức từ khép kín qua khối sắt từ và gây ra các lực kéo dây dẫn vào vật liệu sất từ đó Dây là trường hợp rất thường gặp ở khí cụ diện như hiện tượng lơi dụng lực điện động dể dập tất hồ quang trong những huồng đặc biệt có các tấm ngăn bằng vật liệu sất

từ, v.v IIồ quang diện được xem như một dòng diện đặt cạnh các phiến ngăn hằng sal

từ Nếu hồ quang càng gần các phiến ngăn sắt từ thì lực hút hồ quang vào các phiến

ngăn càng lớn Nếu hồ quang đã nẫm trong rãnh vật liệu sắt từ, lực hút sẽ can mạnh

Trị số của lực hút có thể được xác dịnh bằng phương pháp ảnh như sau Thay môi

trường sắt từ bằng ảnh của dây dẫn thật qua bề mặt vật liệu sắt từ, tức là thay tác dung

của khối sắt từ bằng mội dây dẫn thứ hai có đồng diện cùng chiều, đặt dối xứng với đây

dẫn thật qua mặt giới hạn phân cách hai môi trường (II.1—6, a) 0o đó ta trở lại lực tác

dụng tương hỗ giữa hai dây dẫn song song đã biét trong (1-12), (1-13) va (1-14), chi

khác là khoảng cách hai dây dẫn ở dây là 2a, do đó có :

¬ Í

a

ứng với trường hợp một dây dan (I) có chiều dài hữu hạn

Nếu dây dẫn có dòng điện nằm trong vật liệu sắt từ (II.1—6, b), lực tác dụng sé day

nó ra xa khỏi bề mặt phân cách hai môi trường Trị số của lực này cũng được tính bằng công thức (1-30).

Hình 1-6 Lực điện dộng giữa các dây dẫn có dòng điện và khối sất từ

Khi dây dẫn đặt trong khe hở của vật liệu sất từ có tiết diện khong doi (11.1-6, c)

hoặc thay đối (II.1-6, đ), nếu không kể bão hòa, lực hút đây dẫn vào khối sắt từ tính bằng công thức thực nghiệm như sau :

¬

ở dây ! là chiều đài của khc hở (vuông góc với hình vẽ) ở hoặc ảx„ là chiều rông của

g) Tính lực điện động ở dòng điện xoay chiéu

Các công thức nêu ở trên cũng dúng đối với dòng điện xoay chiều, nhưng trong trường hợp này lực sẽ có trị số thay đổi Ta lần lượt khảo sát lực tác dung giữ:i hai dây

dẫn song song trong trường hợp diện xoay chiều một pha và ba pha

+ Trưởng hợp dòng điện xoay chiều một pha Thco (1-3), áp dụng cho hai dây dẫn

song song mang dòng diện i, = i¿ = ¡ = Tu Sinet, lực điện dộng Í có dang :

„ l— cos dot

nghĩa là lực biến đổi theo tần số gấp dòi tần số dòng dién (If.1-7, a va b).

Ngoài ra lực điện động ở dòng điện xoay chiều một pha lúc ngắn mạch là rất quan trọng, vì nó còn phụ thuộc vào từng thời điểm Lực điện động lớn nhất xấy ra ở biên độ đầu của quá trình quá độ vì lúc đó ta có dòng điện xung kích cực đại, tính bằng :

Do đó lực điện động xung kích cực đại sẽ bằng :

nghĩa là lực diện dộng lúc ngắn mạch ở dòng điện xoay chiều lớn gấp 6,5 lần ở dòng

điện một chiều có cùng điều kiện

+ Trưởng hợp dòng thiện xoay chiéu ba pha

Ở lưới diện ba pha đối xứng, có :

iz = T,sin(wt ~ 240°)

Trường hợp ba dây dẫn song song cùng nằm trong một mặt phẳng (H.1-8, a) Khi đó dây dẫn 1 sẽ chịu tắc dụng của hai dây dẫn 2 và 3 Giả sử lực tác dụng tương hỖ giữa dây dẫn 1 và 2 trong đơn yi dong dién là F12, giữa dây dẫn 1 và 3 là F13 Dòng điện trong các

pha là bằng nhau Do đó lực tổng hợp tác dụng lên dây dẫn 1, tính bằng biểu thức :

= FI; hiạ + Ea la =

= 0,25 [(Fqs - Fiz) V3 sin 2 øt - (Fịs + Fis)(1 — cos220)|2I 41-36)

Khác với trường hợp dòng diện một pha, ở đòng diện ba pha, lực điện động không

những biến đổi về trị số, mà cả về chiều Ở các giá trị dương của sin 2wt va cos2øt, ta

được lực hút dây dẫn 1 vào hai dây kia; ở các giá trị âm - ta có lực dấy dây ! khỏi hai

có chiều ngược lại

Lực tác dụng lên dây dẫn 2, nằm giứa, xác định bằng các biểu thức tương tự như

trên Giả sử lực tác dụng tương hỗ giữa các dây dẫn 2 và 3 là F23, giữa 2 và 1 là F2t =

Fla, thì khi các dòng điện là bằng nhau, ta có F23 = F21 = F12 Khi đồ lực cưc đại tác dụng lên dây dẫn 2 ở giứa, xác định bằng phương trình :

BINS DAIHIC KT CONG NCHIT

= 3.247 gf BINS Bl ICH LẺYN i

yer VENI

còn lực hút ở thời điểm py = -15' sẽ gần bằng 0 Nhưng ở thời điểm g = 737, ta sẽ có lưc hút cưc đại khi có ngẵn mạch :

Ì”†hú tmax

Trường hợp ba dây dẫn trong mạch ba pha đặt theo các đỉnh một tam giác đều (I1.1-19) Chẳng han tính lực tác dụng lên dây dẫn I Lực tác dụng giữa hai đây dẫn 1 và 2 (F¡;) sẽ có chiều thco đường thẳng I,

giữa | va 3 (F,3) theo dudng thang II Moi luc chi

được bảng phép công hình học các lực Fiz va Fry sé

dòng điện xoay chiều ba pha số của nó tính theo công thức :

(đặt theo đỉnh tam giác đều)

Trong lưới điện ba pha có thể ngắn mạch một pha, hai pha hoặc ba pha Vì các bộ

phận dẫn dòng điện cần phải chống được các lực điện động trong bất kỳ dạng ngắn mạch

nào Do đó cần phải tính với dạng ngắn mạch nào có lực điện động lớn nhất Trong thực

tế, dòng điên xung kích lúc ngấn mạch ha pha là lớn hơn cả, do đó, người ta hướng dẫn nên tính toán dòng điện ngắn mạch thco ngắn mạch ba pha, từ đó tính ra lực tác dụng

cực đại

1-2-4 Cộng hưởng cơ khí

Khi dòng điện xoay chiều di qua thanh dẫn, lực điện động sẽ gây chấn động và có thể

phát sinh công hưởng cơ khí nếu tần số tác động của lực điện động bằng tần số riêng của

thanh-dẫn Cộng hưởng gây tác hai phá hỏng khí cụ điện Do đó, muốn tránh hiện tương này

thì tần số riêng của thanh dẫn phải bề hơn tần số tác động của lực điện động (2f¡ nếu tần số của dòng điện f¡) Thông thường khi thiết kế chỉ cần thay đổi khoảng cách giá đớ thanh dẫn và chú ý đến sóng hài cơ bản Tốc độ góc của sóng hài cơ bản dao động riêng :

với b,h, - chiều dày và chiều rộng của thanh, m

Trên đây là công thức kinh nghiệm tính œ1 rất đơn giản Biết œ1 xác định dược tần

1-2-5 Ổn định lực điện động của khí cụ điện

Ổn định lực điện đông của khí cụ điện là khả năng chịu đưng tác đông cơ khí do

lực điện động khi ngắn mạch nguy hiểm nhất gây ra, và phải tính toán trên cơ sở ngắn

mạch ba pha đối với dòng xoay chiều ba pha (ưã phân tích ở phần trên)

Nhìn chung, dể dảm bảo làm việc an toàn, khí cụ diện khi lắp đặt phải có diều

kiên sau :

ik - - dòng diện xung kích tính toán khi ngắn mạch ba pha nguy hiểm nhất

Ngoài ra ta cũng có thể dùng hệ số km là bội số dòng điện cho phép lớn nhất dé

- kiểm tra ổn dịnh lực diện động

V2 limkm > ia > (1-45)

VGiIgm —_ dòng điện định mức

Vf dụ - KHi cụ diện có dòng diện im la 33kA (dôi khi im con goi la dòng diễn động

giới hạn) có nghĩa là khí cụ sẽ chịu đừng được lực cơ khí xuất hiện khi dòng diễn xung

kích ngấn mạch lớn nhất không quá 33kA đi qua

Nếu trên khí cụ điện không còn ghi chú gì về giá trị im thì ta có thể xác định trị

số hiệu dung của nó thco công thức tham khảo sau :

P n£

Ím điện động giới hạn = Ìxkmax m dicn dong giot ha X “ 233 7 kA V3t im

với Pig -— công suất ngất MVA,

Um — dién 4p dinh muc (gia tri hiệu dụng), kV

§ 1-3 SỰ PHÁT NÓNG CUA KHÍ CỤ DIỆN

Dòng điện chạy trong vật dẫn làm khí cụ điện nóng lên Nếu nhiệt dộ vươi quá giá

trị cho phép, khí cụ điện sẽ chóng hong, vat liệu cách điện chóng hóa già và dủ bền cơ

khí của kim loại giảm di nhanh chóng.

Nhiệt độ cho phép của các bộ phân trong khí cu điện tham khảo ở bảng sau :

Tiếp xúc má bac 120

Vật liêu dẫn điện có bọc cách điện :

- - Cách điện cấp B (vật liệu trên cơ sở mica, amian,

- - Cách điện cấp F (vật liệu trên cơ sở mica, amian,

soi thủy tỉnh có thấm tẩm tốt hơn dé chịu nhiệt độ

- - Cách điện cấp II (vật liệu trên cơ sở mica, amian,

- - Cách điện cấp C

(vật liệu trên cơ sở mica, silic, sử v.v ) trên 180

Tùy thco chế độ làm việc mà khí cụ điện phát nóng khác nhau Có ba chẻ độ làm

việc : làm việc đài hạn, làm việc ngắn han và làm việc ngắn hạn lặp lại

Ở chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại thường dùng hê số đóng điện DL® (*) Theo định nghĩa :

ly My

Độ chênh nhiệt r (còn gọi độ tăng nhiệ() là hiệu nhiệt độ khí cụ diện với môi trường

xưng quanh : r = @ — 6a

Các nước miền Ôn đới quy dịnh 8) = 35°C Ở Việt Nam quy dinh o = 40°C,

* — Jiệ số dong dién DL& con dicac got la hệ số thông diện và ký hiéu TD%

Su phát nóng do lồn hao nhiệt quyết dịnh, Đối với khí củ diễn: một chiều dó là tốn

hao dòng, dối với khí cụ điện xoay chiều là tổng tốn hao đồng và sắL Ngoài ra còn có tốn hao phụ Nguồn phát nóng chính ở khí cu điện là : dây dẫn có dòng điện chày qua,

lỗi thếp có từ thông biến thiên theo thời gian Cầu chì, chống sét và mốt số khi cụ khác

có thể phát nóng do hồ quang Ngoài ra còn có thể phát nóng do tổn thất dòng điện xoáy Bên cạnh quá trình phát nóng có quá trinh toa nhiét theo ha hình thúc : truyền nhiệt, bức xa và dối lưu

1-3-1 = Phat nóng của vot th? dong chất ở chế độ làm việc dài hạn

Chế dộ làm việc dài han là chế đô khí cụ

làm việc trong thời gian dài t > ti ty la thời gian phát nóng của khí cụ điện từ nhiệt đỗ môi

trưởng xun? quanh đến nhiệt do on dinh (11

1-10) với phụ tải không đói hay thay dời ít Khi

đó dộ chênh nhiệt đô đat tới trí số ôn dịnh ra

Mot vật dẫn dồng chất, tiết diện dều dan

có nhiệt độ ban dau la nhiệt đồ môi trường xung

quanh Giả thiết dòng điện có giá trị không dối ‘a bắt đầu qua vật dẫn : Từ lúc này vật dẫn tiêu tốn 2 !

nóng vật dẫn Lúc đầu, nhiệt năng tỏa ra môi

trường xung quanh it mà chủ yếu tích lủy tronE — tap -†ọ, Dường dặc tính phát nóng vật dân, nhiễt độ vat dan bất dầu tăng dần lên — theo thời gian của khí cụ điện ở chế

và sau mỘt Ihời gian đạt tới giá trị Ôn dnhrád - độ dài han

————— =ằ%— — — —- — — ———=_—_—~=¬ :

va gid & pla tri nay Nhu vay la nhiét dé vat dẫn

tăng nhanh thco thoi gian dén mot luc nao đó châm dần và di đến Gn dinh

Nhiệt lượng tiêu tốn trong khoảng thời gian di theo định luật ]un—T cnxơ = 12

Pua = I Rul Ws (1-48) g day: P — cOng sudt tac dung, W; | - giá trí dòng điện hiệu dung, A;

R - điện trở vật dẫn, 9

Như dã phân tích ở trên, nhiệt năng Pdt gồm : một phần dùng để dối nóng vàt dẫn và

một phần để tỏa ra môi trưởng xung quanh Do đó phương trình cân bằng nhiệt sẽ là :

ở dây :

CMœ - phần tích lũy đối nóng vật dẫn;

Từ dó, giải ra ta được :

—t

ta) = t + (ra — To) -el |, (1-50)

của quá trình

—t

_ nếu rọ = 0 thì TL) = Téd -el | (1-51) CM

trong d6 T = aS hằng số thời gian phát nóng

a

Y nghĩa của hằng số thởi gian phái nóng T :

⁄#

bất đầu quá trình nguội lanh : nhiêt lượng

tích lũy trong khí cụ sẽ tỏa ra môi trường

xung quanh Khi nhiệt độ của khí cụ giảm

xuống bằng nhiệt độ môi trưởng xung quanh

tức là toan hộ khối lương nhiệt đã được giải

phóng Do đó ta có phương trình :

I L

Biải ra ta đượC :r = req eT Hình † - 12 Một phương pháp thực dung để vẽ đường đặc tính phát nóng theo thời gian

HH 1-13 cho ta đường b là đường nguội lạnh giảm từ lúc ród Nó đối xứng với đường

phát nóng a khi ro = 0 qua trục song song với Tod

trục hoành ở 7 và cùng có trị số T

1-3-2 - Sự phát nóng của vật thể đồng chất khi làm việc ở chế độ ngắn hạn Chế độ ngắn hạn là chế độ mà khí cu

điện làm việc trong thời gian ngắn t < tị, khi độ chênh nhiệt độ chưa đạt đến trị số ổn định

đã ngắt điện để bắt đầu quá trình nguội lạnh thì chưa lợi dụng hết khả nắng chịu nhiệt

Do dó, ta có thể nâng phụ tải lên để cũng chỉ ứng với thời gian làm việc ti dỏ khí cụ

vừa đạt đến rcp Vậy phụ tải lúc này là phụ tái ngấn hạn Pnh, Pnh > Pcp

9/2ngl,: Âu) - S2 (IseŸ)

Hình 1-13 Đường đặc tính nguội lạnh theo thời gian của khí cụ điện

thế đến giá trị phá hủy cách điện, do đó phải

theo thời gian ở chế độ ngắn hạn nhỏ hơn hằng số thời gian phát nóng T ở chế

, mm? trong cam nang kỹ thuật điện, ;

Tĩnh 6\ đốt với cuộn dây đồng sau t gidy, gid thiét ngdn mach xdy ra khi dong

cd nhiét dé 0, = 0, = 25°C va khi 6, = 100°C (khi co tdi)

Biết mật dé dòng dién j = 10°Almm?

| Giải :

Tính toán theo công thúc trên Ta) = (235 + 6, (G71), với đồng, tra ở cảm nang

4 mm

~ cự I—c T

~Íck T

Chế dộ làm việc ngắn hạn lặp lại là chế độ mà khí cụ điện lam việc theo mỏt chu

trình : lam việc - nghỉ - lam việc Thơi gian một chu kỳ tc; không quá lũph Khí cụ điện làm việc ở nhiệt độ chưa tăng đến róa đã nghỉ, song thời pian nghỉ ngắn nên nhiệt đệ chưa piảm xuống tới nhiệt đô môi trường xung quanh đã lại làm việc, Như váy, nhiệt độ của khí cụ điện đao đông theo đường zíc-zắc và sau một số chu kỳ sẽ nằm trong nham

vi rmax Và rmin goi la thoi ky ổn đỉnh (II.1-16)

(1-57)

(1-58)

(1 59)

các vật gọi là bề mặt tiếp xúc điện

Tiếp xúc điện là một phần rất quan trọng của khí cu điện Trong thời gian hoạt động đóng mở, chỗ tiếp xúc sẽ phát nóng cao, mài mòn lớn do va dập và ma sát, đặc

biệt sư hoạt động có tính chất hủy hoại của hồ quang Tiếp xúc diện phải thỏa mãn các yêu cầu sau :

~ Thực hiện tiếp xúc chắc chắn, dam bao;

- Tiếp xúc cố định, hai vật tiếp xúc không rời nhau, bằng bulông, đính tán;

- Tiếp xúc đóng mở : tiếp điểm của các khí cụ điện dong md mach điện;

~ Tiếp xúc trượt : chổi than trượt trên cổ góp, vành trượt của máy điện

Luc ép lên mặt tiếp xúc có thể là bulông, hay lò xo

Theo be mat tiếp xúc có ha dang :

- Tiếp xúc điểm (giữa hai mặt cầu, mặt cầu - mặt phẳng, hình nón - mặt phẳng); - Tiếp xúc đường (giữa hình trụ - mặt phẳng);

Tiếp xúc mặt (mặt phẳng - mặt phẳng)

Bề mãt tiếp xúc (II 1-17), với dang lồi lõm rất nhỏ ma mat thưởng không thế thấy

_, được, Tiếp xúc riữa hai vật đản Phông thực hiện được trên toàn bộ bề mặt mà chỉ có

một vài điểm tiếp xúc thôi le chính là các đỉnh có bề mặt cực bé để dẫn dòng điện ơi

qua Khi vật liệu rắn, dưới tác dung của lực ép F thì vật tiếp xúc nhiều nhất ở 3 điểm và

các đỉnh sẽ biến dạng dàn hồi Nếu lực F lớn, các dinh sẽ biến dạng dẻo và những diểm tiếp xúc trở thành những bề mặt tiếp xúc đồng thời tạo nên những điểm tiếp xúc mới Nếu gọi S — tổng diện tích tiếp xúc thưc tế;

(con gọi là hệ số chống dập nát) F

Vi du:

bằng nhôm được ép mội lực F = 7000N,

S = — = 7,94mm2 xúc giữa hai mặt dẫn diện

Muốn tiếp xúc tốt phái làm sạch mối tiếp xúc Sau một thời gian nhất dinh, bất kỳ

rnôt bề mặt nào đã được làm sạch trong không khí cũng đều bị phủ một lớp ôxýt Ở

những mối tiếp xúc bằng vàng hay bằng bạc, lớp này tao thành châm Thông Ihường bề

mặt tiếp xúc được dánh bóng bảng giấy ráp min, sau đó lau băng vải, bông hay da, ma

sát mạnh cho đến lúc toàn bộ bề mãt nhân được đỏ thấm nước (hề mặt khô hiểu hiện không hoàn toàn sạch) Mỡ và dầu phải được rửa bảng axêtôn hay têtraclorua cacbon

Từ đây nếu nói diện tích tiếp xúc § cần hiểu là diện tích tiếp xúc biểu kiến Sụụ

Có hai vật dẫn tiếp xúc nhau, diện tích tiếp xúc §, điện trở suất p, chiều dài |

Lúc đó điện trở hai vật dân (HH 1-18, a) tính bằng :

I

Hình 1-18 Cách tính điện trở tiếp xúc :

a ~ Hình dạng và kích thước: b - Đường đặc tính quan hệ điện trở tiếp xúc với lực ép lên tiếp điểm : 1 -— khi lực ép tàng: 2 ~ khi lực ép giảm

Khi dòng điện di qua hai val dân đó, điện trở tổng R sẽ lớn hơn Rị vì hai mặt vật

dan dù có được làm sach sẽ thế nào cũng đều xuất hiện lớp Ôxýt làm tăng điện trở Nếu

goi R,, la diện trở tiếp xúc của hai vật dân thì R„ dược tính :

Ry = R-R, = 7» (1-62)

bà

trong d6 k _ hệ số phu thuộc vào ø và ơ, đồng thời vào trang thái mặt tiếp xúc;

m - phụ thuộc vào dạng tiếp diểm và số lượng diểm tiếp xúc; F - tưc ép lên tiếp diểm;:

Trị số m và k tham khảo ở bang 1-3 va bang 1-4

Bang 1-4

1-4-4 Một số yếu tố chính ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc

a) Vat liệu làm tiếp diém : Nếu vật liệu mềm thì dù áp suất có bé diện trở tiếp xúc

cũng sẽ bé Nói một cách khác, nếu khả năng chống dập nát được đặc trưng hing s bé

thì R¿„ cũng bé Do đó thưởng dùng vật liêu mềm dể làm tiếp điểm hoặc dùng kim loại cứng mạ ngoài bằng kim loại mềm như : đồng thau mạ thiếc, thép mạ thiếc hay ma cadmi

Từ đó cũng dã phát triển tiếp điểm lưỡng kim loại : tiếp điểm kim loại cúng tiếp xúc với:

kim loại lỏng như thủy ngân

-b) Lực ép lên tiếp điểm F_ càng lớn thì điện trở tiếp diểm càng bé, có thể thấy rõ

trên đường cong HH 1-18, b

c) Hình dạng tiếp điểm có ảnh hưởng đến điện trở tiếp xác (vì m khác nhau nên —k

R, = cúng khác nhau) (bảng 1-4)

d) Nhiệt dé tiếp điểm Theo kết quả thí nghiệm : ở nhiệt độ không quá cao (thường

200°C), khi nhiệt độ tiếp điểm tăng thì diện trở tiếp xúc cũng tăng

e) Diện tích tiếp xúc : có ảnh hướng dến điện trở tiếp xúc

ƒJ) Mật độ dòng diện - Diễn tích tiếp xúc được xác định tùy theo mật độ dòng điện

cho phép Tt:co kinh nghiệm, đối với thanh dẫn bằng đồng tiếp xúc nhau ở tần số 50i1z,

thì mật độ dòng diện cho phép sẽ là :

trong d6: | —- giá trị dòng điện hiệu dung, A;

S_ — xliện tích mặt tiếp xúc biểu kiến § = Sựp;

Biểu thức tính toán trên chỉ đúng với dòng điện từ 200 - 2000A Nếu Ï ngoài giá

trị đÓ :

I > 2000A thì jạ„ = 0,12A/mmẺ

Khi vật liệu tiếp xúc không phải là đồng (Cu) thì mật độ dòng điện cho phép đối

với chất ấy có thể tính theo công thifc sau :

Dối với mật độ dòng diện đã cho trước, muốn giảm phát nóng tiếp diểm thi vật liệu phải có diện trở suất nhỏ, đồng thời phải có khả năng tỏa nhiệt cao qua mat nzuai Do -

đÓ những vật dẫn có bề mặt xù xì (vật đúc) hay nhứng vật dẫn được quét sơn sẽ tỏa nhiệt

có hiệu quá hơn Có thể kiểm tra nhiệt độ tiếp xúc bằng sự biến mầu của sơn

Như vậy, muốn giảm diện trở tiếp xúc có thế tăng lực ép F, tăng số điểm tiếp xúc, chọn vật dẫn có điện trở suất bé và hệ số truyền nhiệt lớn tăng diện tích truyền nhiệt và

chọn tiếp điểm có đạng tỏa nhiệt dễ nhất

Xung quanh điểm tiếp xúc có nhiều hốc nhỏ ly ty, hơi nước dọng lại, các chất có hoạt tính hóa học lớn thấm vào gây phản ứng hóa học tao nên màng mỏng giòn, dễ bị bóc khi va chạm, do vậy mặt tiếp xúc bị mòn dần Đó là hiện tương ăn mòn kim loại

Diện trở suất của màng mỏng rất lớn so với diện trở suất của kim loại làm vật dẫn,

do đó điện trở tiếp xúc tăng khi hình thành màng mỏng

Sư oxy hóa làm cho điện trở tiếp xúc tăng lên đặc biệt ở nhiệt dộ lớn hơn 70C

Đồng bị oxy hóa mạnh, thí nghiệm thấy ở 100°C sau | gid diện trở tiếp xúc tăng khoảng

50 lần

Nếu đốt nóng và làm nguội liên tuc cũng tăng tốc độ oxy hóa

Ngoài ra, mỗi kim loại có một điện thế hóa học nhất định, do đó nếu hai kim loại tiếp xúc nhau sẽ có hiệu điện thế giữa chúng va tạo điều kiện thuận lợi cho oxy hóa Ilơn

nữa nếu hơi nước đọng trên mặt tiếp xúc có chất diện phân thì do có hiệu điện thế nên sẽ có dòng điện chạy qua giữa chúng, kim loại có độ hòa tan lứn sẽ bị ăn mòn trước

Kim loại nào có điện thế hóa học càng âm (Mn, AI, Mg) thì đô hòa tan càng lớn nên

càng chóng hỏng

Sau đây là một số vật liệu kim loại có điện thế hóa học (V) với trị âm tăng dần

ĐỂ giảm bới diện trở tiếp xúc thường ma diện ] ýp kim loại bao phủ có tác dụng

bảo vệ kim loại chính Thường mạ với vật liệu sau :

~ Tiếp điểm đồng thau, đồng mạ hay mạ bạc Mạ thiếc không tốt bằng mạ bạc vì khi có đòng điện lớn đi qua (lúc ngắn mạch) thiếc chảy và bắn ra xung quanh

- Nhôm mạ kẽm

~ Sắt ma cadmi, kẽm Ma nikcn ít bị oxy hóa, không chảy hán ra ngoài

Đồng thời để bảo vệ tốt bề mặt kim loại, kim loại mạ phải có diện thế hóa học gần bằng điện thế hóa học của kim loại làm tiếp diểm, tăng lực ép F và giảm bởi khc hở,

Khi quá tải và đặc biệt khi ngắn mạch nhiệt độ chỗ tiếp xúc của tiếp điểm rất cao

làm giảm tính đàn hồi và cường độ cơ khí của tiếp điểm Nhiệt độ cho phép khi ngắn mạch đối với đồng, đồng thau là 200 - 300°C còn đối với nhôm là 150 - 200°C.

Bang 1-6 cho giá trị mật độ dòng điện j tuy theo thời gian ngắn mach 1 của các vật dẫn Chú ý ở dây lấy nhiệt dộ ứng với ổn định nhiệt của đồng là 250°C và của nhôm là 200°C

Phân biệt ba trường hợp sau :

- Tiếp điểm dang ở vi trí đóng bị ngắn mạch : tiếp điểm sẽ bị hàn đính và nóng chảy Kinh nghiêm cho thấy lực ép lên tiếp điểm (F) càng lớn thì dòng điện để làm tiếp

điểm nóng chảy và hàn dính càng lớn Thường Ï' = 200 - SOON Do đó, tiếp điểm cần

phải có lực giữ tốt

- Tiếp điểm đang trong quá trình đóng bị ngắn mạch : lúc đó sẽ sinh lực điện động

kéo rời tiếp điểm ra xa, song do chấn động nên dễ sinh hiện tương hàn dính

Thật vậy, giả thiết hai tiếp điểm trong quá trình đóng vừa mới có môit điểm tiẾp xúc

đã bị ngắn mạch nên dòng điện đi qua điểm này rất lớn Như vay dòng điện có gia trị

rất lớn đi từ một tiết điện lớn (tiết điện của vật tiếp xúc) đến tiết điện bé (uết diện của

điểm tiếp xúc) biểu diễn trên II 1-19

Kết quả là giữa các tiếp điểm sẽ phát sinh lực điệp động f; đấy tiếp điểm ra xa

Lực này do sư tác động tương hỗ giữa dòng điện I và tử trường riêng sinh bởi dòng điện

đó [Lực diện dộng có tác dung ngược lại với lực ép các tiếp điểm vào nhau của lò xo nên tao thành chấn động dễ sinh hiện tương hàn dính Lực điện động fy duoc tính như §au :

7,2, |B

d - đường kính diểm tiếp xúc, (xem như tiết diện tròn bé)

Rõ ràng nếu dòng Ï lớn thì fx (tang ty 1é với I2) sẽ càng lớn

- Tiếp điểm trong quá trình mở bị ngắn mạch :

_ Trường hợp này sẽ phát sinh hồ quang làm nóng chảy tiếp điểm và mài mòn mặt tiếp xúc.

Có các dang như II 1-20 Ở đây ta cần chú ý tới tiếp xúc cố định dùng các bulÔng

thép để phép, những bulông này thực tế không dẫn điện khi ngắn mạch Lúc dó vật dẫn

không phải là thép sẽ phát nóng và nở nhiều hơn vật liệu bulông thép nên những bulông

này chịu úng suất khá lớn Nhưng đến khi phát nóng giảm hay bị nguôi lạnh thì mối tiếp xúc sẽ yếu Dể tránh hiện tương này nên đệm thêm vòng đệm lò xo dưới dai ốc

b) Tiếp xíc đóng mở và tiếp nic imrot

- Dối với rơle thường dùng bạc, platin tán hoặc hàn vào giá tiếp điểm Kích thước

viên tiếp điểm rơle ứng với dòng diện cho phép có thể tham khảo 6 bang 1-7

Tiếp diểm rơle thường dùng hình thức tiếp xúc diểm

- Tiếp điểm của các khí cụ có dòng diện trung bình và lớn hơn như : bộ khống chế, cônptắctơ, khí cụ điện cao 4p v.v Thường tiếp điểm làm việc mắc song song với tiếp điểm hồ quang Khi tiếp điểm dang ở vị trí đóng, dòng diện sẽ đi qua tiếp điểm

làm việc Khi mở hoặc đóng, hồ quang phát sinh sẽ cháy trên tiếp diểm hồ quang Tiếp

điểm hồ quang được chế tao bằng kim loại tốt Như vậy tiếp điểm làm việc luôn luôn

được bảo vệ tốt không bị hồ quang phá hoại bề mặt tiếp xúc

Tiếp điểm thường có nhiều đạng khác nhau : hình ngón, bắc cầu, chối, cắm v.v

+ Tiếp điểm hình ngón : dùng nhiều ở côngtắctơ, khi đóng tiếp điểm dòng vừa

lăn và trượt trên tiếp diểm tĩnh và tự làm tróc lớp oxyt trên bề mặt tiếp diểm + Tiếp diểm bắc cầu : dùng như ở rơlc

+ Tiếp diểm chối : có dạng hình chổi gồm những lá đồng mỏng từ 0,1 - 0,2mm

xếp lại trượt trên tiếp điểm tĩnh

+ Tiếp điểm kẹp (cẩm) : dùng ở cầu dao, cầu chì, dao cách ly v.v

+ Tiếp điểm đối diện (còn gọi là tiếp điểm đầu) : dùng ở máy ngất diện ấp cao

V.V

Hình dạng của một số tiếp xúc đóng mở vẽ trên TI 1-21.

Những vật liệu được dùng làm tiếp điểm phải thỏa mãn các điều kiện sau dây : ~ Có độ bền cơ khí cao;

~ Dẫn điện và truyền nhiệt tốt;

- Chống ăn mòn và mài mòn tốt; ~ Nhiệt độ bốc hơi và nóng chảy cao;

- Rẻ và dễ gia công cơ khí

Đồng, thép được dùng rộng rãi để làm các tiếp điểm cố định Dồng có điện trở suất bé và có du suc btn cơ khí, được dung trong mạch có dòng diện lớn Thép chỉ dùng ở

điện áp cao và công suất bé, về sức hén cơ khí thì lớn hơn đồng, song diện trở suất lai

Đối với tiếp xúc đóng mở mạch diện có dòng điện bé, tiếp điểm thưởng làm bằng

bac, đồng, platin, vonfram, molipden, nikcn và hạn hữu mới dùng vàng Bạc có tính dẫn diện và truyền nhiệt tốt và lớp oxýt của nó dẫn diện Platin (bạch kim) không có lớp oxýt,

điện trở tiếp xúc bé Vonfram có nhiệt độ nóng chảy cao và chống mài mèn tốt đồng thời có độ cúng lớn

Trường hợp dòng điện vừa và lớn thường dùng đồng, dồng thau và những kim loại hoặc hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao

Khi dòng điện lớn, dùng hợp kim gốm có độ mài mòn bé, độ cúng lớn song có

nhược điếm là tính dẫn điện giảm, do đó để tăng khả năng dẫn diện, người ta chế tạo

thành những tấm mỏng dán hoặc hàn vào bề mặt tiếp xúc Iĩợp kim gốm thường dùng : bac~-vonfram, bac-molipđcn, bac-nikcn, đồng-vonfram, đồng-molipdcn

§ 1-5 HO QUANG ĐIỆN

Dối với khí cụ điện, cầu dao, rơle, cầu chì, côngtắctơ v.v khi đóng và cắt mạch điện, hồ quang phát sinh trên tiếp điểm Nếu hồ quang cháy lâu, khí cụ và hệ thống diện sẽ hư hỏng do đó cần phải nhanh chóng dập tắt hồ quang

Hồ quang điện là hiện tượng phóng điện trong khí hay hơi [lồ quang có mật độ

dòng điện lớn đến 104 - 10°A/em?, niet độ cao và điện áp rơi trên calốt từ 10 - 20V

Nhung can luu § ring su phat sang tại có điện áp rơi trên catốt khoảng 200 - 350V và dòng điện chỉ bé khoảng hàng chục micrôampe trên tem? (vùng phóng điện yeu) Một

trong những đặc trưng cơ bản của hồ quang là sư phân bố diện áp hồ quang v¡ì cường độ điện trưởng T: trên dọc hồ quang Cường độ điện trường Ec ở calốt rất lớn từ 10° -

10°V/cem trong khi ở thân hồ quang cường độ diện trường lĩìn = 10 - 50V/em (II 1-22)

Ngoài ra nhiệt độ và mật độ phân hố không dồng đều thco tiết diện ngang cột hồ quang Ở

đai và giảm đần khi đi xa (l1 1-23)

Hình 1-22 Đường đặc tính phân Hình 1-23 Đặc tính phân bỗ nhiệt độ và mật

1-3-1 - Quá trình phát sinh và dập tít hd quang a) Quá trình phát sinh hồ quang

- Đối với tiếp điểm có dòng điện bé, ban đầu khoảng cách piữa chúng rất nhỏ trong khi điện ấp đặt có một trị số nhất định, vì vậy trong khoảng không gian này sẽ sinh điện trường có cường độ rất lớn (đạt đến 3.10’V/cm) có thể làm bật diện tử từ catöt, gọi là phát xa tư động điện tử (goi là phát xa nguội điện tử) Số điện tử càng nhiều chuyển dộng dưới tác dụng của điện trường làm ion hóa không khí gây hồ quang

- Đối với tiếp điểm có dòng điện lớn, quá trình phát sinh hồ quang phúc tạp hơn Lúc đầu mở tiếp diểm, lực ép giữa chúng bị giảm nên số diểm tiếp xúc để dong dién di qua sẽ giảm, mật độ dòng diện tăng rất dáng kể có khi đến hàng chục nghìn Axm? Do đó tại các điểm đó, sư phát nóng sẽ tăng đến mức làm cho giữa các vât tiếp xúc xuất

hiện giọt kim loại nóng chảy Tiếp thco, khi các điểm tiếp xúc rời xa nhau, giọt kim loại

cũng được kéo căng ra trở thành một cầu chất lỏng và nối liền hai tiếp điểm này Nhiệt độ cầu chất lỏng tiếp tục tăng Lúc dó cầu chất lỏng bốc hoi và trong không gian giữa tiếp diểm xuất hiện hồ quang điện Vì quá trình phát nóng của cầu thực hiện rất nhanh

nên sự bốc hơi mang tính chất nổ Khi cầu chất lỏng ngất kéo theo sư mài mùn tiếp điểm Diu nay rất quan trọng khi ngất dòng điện quá lớn hay khi quá trình đóng mới xấy ra

thưởng xuyên

Ở khu vực hồ quang, sự ion hóa có các hình thức sau : ~ Các hại mang điện bản phá nhan

Dưới tác dung diện trưởng, các điện tử tự đo chuyển động với tốc dé lớn hắn phá

các nguyên tử chất khí ở khu vực hồ quang tạo ra điện tử mới Nếu tầng áp lực chất khí ở khu vực hồ quang thì tốc độ diện tử giảm nên sư ion hóa cũng giảm Nếu ' tăng điện áp ion hóa thì ion hóa càng tăng, hồ quang dé duy trì hơn

- Phái xạ nhiệt điện n ở bẻ mặt calÕt

Sau một khoảng thời gian, các tiếp điểm rời xa nhau, cường độ diện trường giảm đi - không đủ làm bật những điện tử từ catốt nữa Nhưng mặt catốt lúc này dã rất nóng di năng lượng để cung cấp cho điện tu thang được công thoát của bề mặt kim loại và thoát khỏi bề mặt đó Dé là phát xa nhiệt điện tử Diện tử sẽ chạy hướng về anốt Nhiệt độ càng lớn, điện tử càng nhiều và mật độ dòng điện càng lớn

- lon hóa do nhiệt độ cao ở gần tâm hồ quang

Như đã nêu ở phần trên, nhiệt độ giảm đần từ tâm hồ quang ra xa, nên ở gần tâm hồ quang nhiệt độ càng lớn, kọn hóa càng mãnh liệt

b) Quá trình dáp tất hồ quang

Dó là quá trình phản ion hóa (khử ion) song song tồn tại với quá trình ion hóa

Phản ion hóa bao gồm :

- liện tượng tát hợp của hạt mang điện âm và dương thành những hạt trung hòa

Ở khu vực: hồ quang, điện tử có tốc độ rất lớn so với ion đương nên diện tử không trực tiếp tái hợp với ion dương mà dến gãp các hạt trung hòa rồi sau đó mới tái hợp với ion

LH dương Tính toán và thực nghiệm cho thấy tốc độ tái

200 NX Trem nguội Chứng minh bằng thuc nghiém va If thuyét thay

a 5 1Ø — 35 (AY * kính hồ quang và khi giảm hớt nhiệt độ của hồ quang

vôn ampe của hồ quang diện hồ quang giảm dần từ tâm ra xa nên các hạt mang điện

1-5-2 Hồ quang điện một chiều

a) Dicong đặc tính vôn-ampe của hồ quang điện một cluêu (H 1-24)

U + Ta thấy trong khi điện áp rơi trên dây dan kim joo lãi

loại tÍ lệ thuận với dòng diện di qua dây ấy, thì điện áp „ „| -| 1z A

rơi trên hồ quang giảm khi dòng điện tăng Đặc trưng giảm

trên hồ quang tăng nhưng không thco quy luật tuyến tinh |

(H 1-25)

40

20 /

ham s6 Un = f() trở nên gần như tuyến tính Phương trình của đường đặc tính von-ampe

Đó là họ đường hypcbôn với : n - nằm trong phạm vi từ 0,45 - 0,72 (đối với Cu,

n = 0,67) A, B là hàm số bậc nhất đối với chiều dài hồ quang và phụ thuộc vào vật liệu tiếp diểm, vào dạng khí, vào những điều kiên làm lạnh vv Dối với dòng diện đã cho, hồ quang được làm nguội càng nhanh thĩ điện ấp rơi trên hồ quang càng tăng Diện áp phát sinh hồ quang trên tiếp điểm gọi là điện áp cháy Ứch

b) Dập tắt hồ quang điện một chiều

Khi mở tiếp điểm mạch kim loại bị ngất song nhờ R quang nên dòng điện vẫn tồn

tại.