HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN PHẦN - Full 10 điểm

LÊ THÀNH B Ắ C (Ch ủ biên) VÕ NH Ư TI Ế N LÊ V Ă N QUY Ệ N D ƯƠ NG NG Ọ C TH Ọ H ƯỚ NG D Ẫ N TÍNH TOÁN THI Ế T K Ế THI Ế T B Ị Đ I Ệ N PH Ầ N I: MÁY NG Ắ T Đ I Ệ N CAO ÁP NHÀ XU Ấ T B Ả N KHOA H Ọ C VÀ K Ỹ THU Ậ T HÀ N Ộ I-2003 H ƯỚ NG D Ẫ N TÍNH TOÁN THI Ế T K Ế THI Ế T B Ị Đ I Ệ N PH Ầ N I: MÁY NG Ắ T Đ I Ệ N CAO ÁP Tác gi ả : Lê Thành B ắ c (ch ủ biên) Võ Nh ư Ti ế n, Lê V ă n Quy ệ n, D ươ ng Ng ọ c Th ọ Ch ị u trách nhi ệ m xu ấ t b ả n: PGS TS Tô Đă ng H ả i Biên t ậ p: Nguy ễ n Th ị Ng ọ c Bích Ch ế b ả n: Nguy ễ n Trung Ti ế n, V ă n Công Lê Trình bày: Cao Ng ọ c Châu, Tôn Th ấ t Hoà Bình Nhà xu ấ t b ả n Khoa H ọ c và K ỹ Thu ậ t 70 Tr ầ n H ư ng Đạ o - Hà N ộ i In 600 cu ố n kh ổ 19 x 27cm t ạ i Nhà in Đạ i h ọ c Qu ố c gia Gi ấ y phép xu ấ t b ả n s ố 978-56-20/7/2002 In xong và n ộ p l ư u chi ể u tháng 9 n ă m 2002 L ờ i nói đầ u Giáo trình " H ƯỚ NG D Ẫ N TÍNH TOÁN THI Ế T K Ế THI Ế T B Ị Đ I Ệ N " đượ c chia làm hai ph ầ n: - Ph ầ n 1: Máy ng ắ t đ i ệ n cao áp - Ph ầ n 2: Thi ế t b ị đ i ệ n h ạ áp Ph ầ n " MÁY NG Ắ T Đ I Ệ N CAO ÁP “ đượ c biên so ạ n trên c ơ s ở đề c ươ ng chuyên đề và đề c ươ ng môn h ọ c "Thi ế t k ế thi ế t b ị đ i ệ n" cho các ngành K ỹ thu ậ t đ i ệ n nói chung và ngành Thi ế t b ị đ i ệ n nói riêng Chúng tôi biên so ạ n cu ố n sách này nh ằ m ph ụ c v ụ làm tài li ệ u gi ả ng d ạ y, tài li ệ u tham kh ả o trong thi ế t k ế môn h ọ c c ũ ng nh ư thi ế t k ế t ố t nghi ệ p cho sinh viên ngành k ỹ thu ậ t đ i ệ n Cu ố n sách này biên so ạ n ch ủ y ế u d ự a trên cu ố n " Π POEKT ỉ POBAH ỉ E BK Λ þ÷ ATE Λ E Ĩ Π EPEMEHHO Γ O TOKA BCOKO Γ O HA Π P ÿ ư EH ỉ ÿ " c ủ a tác gi ả ê A KYKEKOB và cu ố n " High Voltage Circuit Breakers Design and Applications" c ủ a tác gi ả Ruben D Gazon Trong quá trình biên so ạ n, các tác gi ả còn tham kh ả o các giáo trình "THI Ế T K Ế MÁY NG Ắ T CAO ÁP", "THI Ế T K Ế MÁY NG Ắ T D Ầ U", là nh ữ ng tài li ệ u đ ã đượ c tr ườ ng Đạ i h ọ c Bách khoa Hà N ộ i xu ấ t b ả n Sách này không ch ỉ dùng làm tài li ệ u gi ả ng d ạ y và h ọ c t ậ p cho sinh viên ngành Đ i ệ n mà còn có th ể làm tài li ệ u dùng cho nghiên c ứ u c ũ ng nh ư tham kh ả o cho ki s ư và cán b ộ ki thu ậ t ngành đ i ệ n c ũ ng nh ư các chuyên ngành liên quan N ộ i dung c ủ a tài li ệ u này đề c ậ p đế n các v ấ n đề lí thuy ế t c ơ b ả n trong tính toán thi ế t k ế máy ng ắ t đ i ệ n cao áp, các v ấ n đề đượ c trình bày trong 9 ch ươ ng Đồ ng chí Võ Nh ư Ti ế n biên so ạ n các ch ươ ng 1, 2, 3, 7 Đồ ng chí Lê V ă n Quy ệ n biên so ạ n ch ươ ng 6 Đồ ng chí D ươ ng Ng ọ c Th ọ biên so ạ n ch ươ ng 8 Đồ ng chí Lê Thành B ắ c biên so ạ n các ch ươ ng 4, 5, 9 và các ph ầ n còn l ạ i Trong quá trình biên so ạ n, các tác gi ả đ ã nh ậ n đượ c s ự giúp đỡ và cung c ấ p tài li ệ u c ủ a các Th ầ y, Cô giáo trong b ộ môn Thi ế t b ị đ i ệ n - đ i ệ n t ử , tr ườ ng Đạ i h ọ c Bách khoa Hà N ộ i, đặ c bi ệ t là PGS Lê V ă n Doanh và GVC L ư u M ỹ Thu ậ n Chúng tôi c ũ ng đ ã nh ậ n đượ c s ự giúp đỡ t ậ n tình c ủ a TS Tr ầ n V ă n Chính và các đồ ng nghi ệ p khoa đ i ệ n tr ườ ng Đạ i h ọ c K ỹ thu ậ t Đ à N ẵ ng trong vi ệ c hi ệ u đ ính và đ óng góp thêm nhi ề u ý ki ế n cho n ộ i dung tài li ệ u M ặ c dù, chúng tôi đ ã c ố g ắ ng trong vi ệ c c ậ p nh ậ p các thi ế t b ị hi ệ n đạ i nh ư ng do tài li ệ u v ề v ấ n đề này r ấ t h ạ n ch ế nên có th ể còn nh ữ ng v ấ n đề ch ư a đượ c đề c ậ p th ỏ a đ áng Chúng tôi r ấ t mong nh ậ n đượ c s ự đ óng góp ý ki ế n b ổ xung c ủ a các b ạ n đọ c để sách đượ c hoàn thi ệ n h ơ n n ữ a trong các l ầ n tái b ả n sau M ọ i th ư t ừ góp ý xin g ử i v ề b ộ môn Thi ế t b ị Đ i ệ n - tr ườ ng Đạ i h ọ c K ỹ thu ậ t Đ à N ẵ ng Chúng tôi xin chân thành c ả m ơ n Các t ác gi ả M Ụ C L Ụ C L Ờ I NÓI ĐẦ U Ch ươ ng 1 CÁC V Ấ N ĐỀ CHUNG KHI TÍNH TOÁN MÁY NG Ắ T CAO ÁP Đ I Ệ N XOAY CHI Ề U 1 1 Các yêu c ầ u c ơ b ả n đố i v ớ i máy ng ắ t 1 2 Trình t ự tính toán 1 3 Các tham s ố chính cho tr ướ c khi tính toán 1 4 M ộ t s ố kinh nghi ệ m khi ch ọ n ki ể u máy ng ắ t 1 5 S ơ đồ k ế t c ấ u máy ng ắ t Ch ươ ng 2 Trang 5 7 9 11 20 TÍNH TOÁN CÁCH Đ I Ệ N CHUNG C Ủ A MÁY NG Ắ T 2 1 Các tham s ố cho tr ướ c khi tính toán cách đ i ệ n chung 2 2 Ph ươ ng pháp tính g ầ n đ úng cách đ i ệ n chung 2 3 Ph ươ ng pháp tính g ầ n đ úng s ự phân b ố đ i ệ n áp cho t ừ ng kho ả ng ng ắ t trên m ộ t c ự c 2 4 Ví d ụ v ề cách tính cách đ i ệ n chung Ch ươ ng 3 TÍNH TOÁN M Ạ CH VÒNG D Ẫ N Đ I Ệ N C Ủ A MÁY NG Ắ T 3 1 Khái ni ệ m chung 3 2 Tính đ i ệ n độ ng m ạ ch vòng d ẫ n đ i ệ n 3 3 Tính toán nhi ệ t c ủ a m ạ ch vòng d ẫ n đ i ệ n 3 4 Tính toán g ầ n đ úng s ự phát nóng thanh d ẫ n đ i ệ n s ứ vào 3 5 Tính toán g ầ n đ úng h ệ th ố ng d ẫ n đ i ệ n bình ch ứ a c ủ a máy ng ắ t không khí 3 6 Tính toán các ti ế p đ i ể m Ch ươ ng 4 TÍNH TOÁN CÁC THAM S Ố VÀ ĐẶ C TUY Ế N C Ơ B Ả N C Ủ A CÁC THI Ế T B Ị D Ậ P H Ồ QUANG TRONG MÁY NG Ắ T KHÔNG KHÍ 4 1 Khái ni ệ m chung v ề tính toán các thi ế t b ị d ậ p h ồ quang 4 2 Đặ c tuy ế n chung c ủ a quá trình d ậ p h ồ quang khi th ổ i d ọ c 4 3 Tính toán l ượ ng không khí (khí) ch ả y qua mi ệ ng ố ng có h ồ quang đ i ệ n 4 4 Tính toán g ầ n đ úng công su ấ t ng ắ t và s ự ph ụ c h ồ i độ b ề n đ i ệ n ở kho ả ng gi ữ a hai ti ế p đ i ể m 4 5 Các nguyên lý c ơ b ả n v ề cách tính k ế t c ấ u các bu ồ ng d ậ p h ồ quang có th ổ i không khí d ọ c dùng shun đ i ệ n tr ở 4 6 K ế t c ấ u các thi ế t b ị d ậ p h ồ quang có th ổ i không khí d ọ c Ch ươ ng 5 TÍNH TOÁN K Ế T C Ấ U CÁC THI Ế T B Ị D Ậ P H Ồ QUANG C Ủ A MÁY NG Ắ T D Ầ U 5 1 Các v ấ n đề c ơ b ả n v ề tính toán các thi ế t b ị d ậ p h ồ quang trong máy ng ắ t d ầ u 5 2 Tính công su ấ t và n ă ng l ượ ng c ủ a h ồ quang trong quá trình t ạ o thành khí khi d ậ p t ắ t h ồ quang trong d ầ u 5 3 Tính áp su ấ t trong bình có ch ứ a khi d ạ ng bong bóng h ơ i khép kín 5 4 Tính áp su ấ t trong bình ch ứ a khi h ỗ n h ợ p và khí h ơ i ch ả y t ừ bình ra 5 5 Tính độ b ề n đ i ệ n ph ụ c h ồ i c ủ a kho ả ng h ồ quang 5 6 Ph ươ ng pháp g ầ n đ úng tính quá trình dâng d ầ u trong bình ch ứ a sau khi đ ã d ậ p t ắ t h ồ quang 5 7 Trình t ự tính toán các bình ch ứ a th ổ i d ầ u t ự độ ng Ch ươ ng 6 TÍNH TOÁN K Ế T C Ấ U THI Ế T B Ị D Ậ P H Ồ QUANG C Ủ A MÁY NG Ắ T T Ự SINH KHÍ 6 1 Đặ c tính chung c ủ a quá trình d ậ p h ồ quang c ủ a máy ng ắ t t ự sinh khí 6 2 Tính g ầ n đ úng các đặ c tính c ơ b ả n c ủ a thi ế t b ị d ậ p h ồ quang t ự sinh khí Ch ươ ng 7 TÍNH K Ế T C Ấ U THI Ế T B Ị D Ậ P H Ồ QUANG B Ằ NG T Ừ TRONG MÁY 25 29 31 37 40 40 50 55 61 66 76 77 79 87 103 110 117 123 128 131 136 140 141 143 145 NG Ắ T KHÔNG KHÍ 7 1 Đặ c tính chung c ủ a quá trình d ậ p h ồ quang đượ c làm l ạ nh trong bu ồ ng d ậ p h ồ quang ki ể u rãnh 7 2 Ng ắ t m ạ ch đ i ệ n c ả m b ằ ng bu ồ ng d ậ p h ồ quang ki ể u rãnh 7 3 Tính t ố c độ chuy ể n độ ng c ủ a h ồ quang d ướ i ả nh h ưở ng c ủ a t ừ tr ườ ng ngang trong bu ồ ng d ậ p h ồ quang ki ể u rãnh 7 4 Tính s ự phát nóng các b ứ c thành c ủ a rãnh bình ch ứ a và tính dòng đ i ệ n ng ắ t 7 5 Ch ọ n và tính các kích th ướ c chính và đặ c tuy ế n c ơ b ả n c ủ a bình ch ứ a có bu ồ ng d ậ p h ồ quang ki ể u rãnh d ậ p b ằ ng t ừ 7 6 K ế t c ấ u các thi ế t b ị d ậ p h ồ quang b ằ ng t ừ trong rãnh h ẹ p Ch ươ ng 8 PH ƯƠ NG PHÁP TÍNH CÁC ĐẶ C TÍNH KHÍ ĐỘ NG H Ọ C C Ơ B Ả N C Ủ A MÁY NG Ắ T KHÔNG KHÍ 8 1 Đạ i c ươ ng 8 2 Tính s ự b ơ m đầ y không khí nén vào bu ồ ng d ậ p h ồ quang 8 3 Tính không khí ch ả y t ừ bình ch ứ a ra khí quy ể n 8 4 Tính không khí ch ả y t ừ th ể tích gi ớ i h ạ n ra ngoài trong lúc áp su ấ t gi ả m 8 5 S ự b ơ m đầ y không gian làm vi ệ c hình tr ụ c ủ a b ộ ph ậ n c ơ khí ch ả y b ằ ng h ơ i 8 6 Ví d ụ tính s ự b ơ m đầ y bu ồ ng d ậ p h ồ quang c ủ a máy ng ắ t không khí đ i ệ n áp 110kV Ch ươ ng 9 K Ế T C Ấ U VÀ CÁC PH ƯƠ NG PHÁP TÍNH TRUY Ề N ĐỘ NG C Ơ KHÍ C Ủ A MÁY NG Ắ T Đ I Ệ N CAO ÁP 9 1 Các s ơ đồ độ ng h ọ c c ủ a truy ề n độ ng c ơ khí 9 2 Các tham s ố cho tr ướ c để tính truy ề n độ ng c ơ khi m ở b ằ ng lò xo 9 3 Tính toán độ ng l ự c h ọ c c ủ a truy ề n độ ng c ơ khí m ở b ằ ng lò xo 9 4 Tính toán độ ng l ự c h ọ c c ủ a b ộ ph ậ n c ơ khí ch ạ y b ằ ng h ơ i c ủ a bu ồ ng d ậ p h ồ quang máy ng ắ t không khí Ph ụ l ụ c1 : M ộ t s ố lo ạ i máy ng ắ t d ầ u đ ang s ử d ụ ng ở Vi ệ t Nam Ph ụ l ụ c2 : M ộ t s ố lo ạ i máy ng ắ t SF6 đ ang s ử d ụ ng ở Vi ệ t Nam Tài li ệ u tham kh ả o 151 153 156 161 164 166 169 169 178 180 182 187 191 195 202 218 222 228 234 TÀI LI Ệ U THAM KH Ả O 1 Π POEKT ỉ POBAH ỉ E BK Λ þ ÷ ATE Λ E Ĩ Π EPEMEHHO Γ O TOKA BCOKO Γ O HA Π P ÿ ư EH ỉ ÿ - ê A KYKEKOB-MOCKBA 1961 2 TEOP ỉ ÿ Ý Λ ECTP ỉ ÷ EK ỉ x A ΠΠ APATOB - Γ H A Ị EKCAHÔPOB-MOCKBA B caÿ KO Ị A- 1985 3 THI Ế T K Ế MÁY NG Ắ T CAO ÁP - B ộ môn Máy đ i ệ n- Khí c ụ đ i ệ n - Đạ i h ọ c Bách khoa Hà N ộ i - 1978 4 High Voltage Circuit Breakers Design and Applications- Ruben D Gazon- New York 1996 5 C ẩ m nang thi ế t b ị đ óng c ắ t - Nhà xu ấ t b ả n Khoa h ọ c và K ỹ thu ậ t -Hà N ộ i - 1998 6 H ƯỚ NG D Ẫ N THI Ế T K Ế MÁY NG Ắ T D Ầ U - L ư u M ỹ Thu ậ n- B ộ môn Máy đ i ệ n - Khí c ụ đ i ệ n - Đạ i h ọ c Bách khoa Hà N ộ i - 1976 7 Giáo trình Khí c ụ đ i ệ n, dùng cho ngành Đ i ệ n khí hóa- Đạ i h ọ c Bách khoa Hà N ộ i - 1979 8 Giáo trình THI Ế T B Ị Đ I Ệ N- Lê Thành B ắ c- Nhà xu ấ t b ả n Khoa H ọ c và K ỹ Thu ậ t- Hà N ộ i- 2001 9 Low Oil Content Circuit - Breakers for Outdoor Stations 10 72 5 kV E I B 10 SF 6 Circuit - Breakers with Spring Operating Mechanism 72 5 170 kV AEG 11 Gas - Insulated Switchgear 72 5 525 kV AEG 12 Metal - Enclosed, SF 6 - Gas Insulated High Voltage Switchgear (V I S ) series B3 up to 420kV AEG 13 Quy trình v ậ n hành và b ả o d ưỡ ng các lo ạ i máy ng ắ t d ầ u- Nhà xu ấ t b ả n Khoa h ọ c và K ỹ thu ậ t-Hà N ộ i -1996 14 Quy trình v ậ n hành và b ả o d ưỡ ng máy ng ắ t SF 6 -T ổ ng công ty Đ i ệ n l ự c Vi ệ t Nam- Hà N ộ i -1998 5 CH ƯƠ NG 1 CÁC V Ấ N ĐỀ CHUNG KHI TÍNH TOÁN MÁY NG Ắ T CAO ÁP Đ I Ệ N XOAY CHI Ề U 1 1 CÁC YÊU C ầ U C Ơ B ả N Đố I V ớ I MÁY NG ắ T Trong các h ệ th ố ng đ i ệ n cao áp, máy ng ắ t là thi ế t b ị đ óng m ở c ơ khí có kh ả n ă ng đ óng, d ẫ n liên t ụ c và c ắ t dòng đ i ệ n trong đ i ề u ki ệ n bình th ườ ng và b ấ t th ườ ng c ủ a m ạ ch đ i ệ n, ví d ụ nh ư ng ắ n m ạ ch Ng ắ t dòng đ i ệ n ng ắ n m ạ ch là ch ế độ làm vi ệ c n ặ ng n ề nh ấ t và c ơ b ả n c ủ a máy ng ắ t Song qúa đ i ệ n áp sinh ra khi ng ắ t dòng đ i ệ n bé c ủ a máy bi ế n áp không t ả i, ng ắ t dòng đ i ệ n dung c ủ a đườ ng dây dài và nhi ề u tr ườ ng h ợ p khác c ũ ng là đ i ề u ki ệ n làm vi ệ c n ặ ng n ề cho máy Theo nguyên t ắ c, h ệ th ố ng d ẫ n đ i ệ n c ủ a máy ng ắ t n ố i ti ế p v ớ i m ạ ch đ i ệ n c ủ a các thi ế t b ị đ i ệ n cao áp Khi đ ó các b ộ ph ậ n k ế t c ấ u c ơ b ả n c ủ a máy ng ắ t c ầ n ph ả i ch ị u đượ c s ự tác độ ng nhi ệ t, đ i ệ n t ừ trong khi làm vi ệ c bình th ườ ng c ũ ng nh ư khi ng ắ n m ạ ch, ph ả i ch ị u đượ c tr ườ ng t ĩ nh đ i ệ n tác độ ng vào cách đ i ệ n lúc đ i ệ n áp đị nh m ứ c và c ả trong lúc quá đ i ệ n áp Trong quá trình làm vi ệ c c ủ a máy ng ắ t còn có nh ữ ng hi ệ n t ượ ng sinh ra ph ụ t ả i nhi ệ t, c ơ và đ i ệ n tác độ ng vào t ừ ng b ộ ph ậ n riêng c ủ a k ế t c ấ u máy ng ắ t (s ự cháy c ủ a h ồ quang đ i ệ n khi ng ắ t, s ự t ă ng áp su ấ t c ủ a ch ấ t khí và ch ấ t l ỏ ng trong không gian công tác, các b ộ ph ậ n c ơ chuy ể n độ ng v ớ i gia t ố c l ớ n gây va đậ p và nhi ề u nh ữ ng t ượ ng khác) Trong tr ườ ng h ợ p các k ế t c ấ u c ủ a máy ng ắ t không tính đế n đ i ề u ki ệ n b ấ t th ườ ng thì m ỗ i y ế u t ố đ ã k ể trên có th ể là nguyên nhân sinh h ư h ỏ ng t ừ ng b ộ ph ậ n hay toàn b ộ máy ng ắ t Máy ng ắ t ph ả i đả m b ả o ho ạ t độ ng an toàn, tin c ậ y trong ch ế độ bình th ườ ng c ũ ng nh ư b ấ t th ườ ng, nên các b ộ ph ậ n k ế t c ấ u c ủ a nó ph ả i tuy ệ t đố i ổ n đị nh đố i v ớ i tác độ ng nhi ệ t và l ự c đ i ệ n độ ng, c ũ ng nh ư đố i v ớ i tác độ ng c ủ a đ i ệ n áp đ ã đượ c tính toán Yêu c ầ u chung đố i v ớ i máy ng ắ t đ i ệ n cao áp là 1) Các đặ c tính máy ng ắ t ph ả i t ươ ng ứ ng v ớ i nh ữ ng yêu c ầ u cho tr ướ c c ủ a nó 2) T ấ t c ả các b ộ ph ậ n k ế t c ấ u c ủ a máy ng ắ t trong th ờ i gian v ậ n hành ph ả i làm vi ệ c Các yêu c ầ u chung đố i v ớ i máy ng ắ t cao áp đượ c nêu trong các tiêu chu ẩ n nh ư Γ OCT 687-41 hay các tiêu chu ẩ n khác Ngoài nh ữ ng yêu c ầ u chung, trong các tr ườ ng h ợ p riêng c ũ ng có nh ữ ng yêu c ầ u đặ c bi ệ t đố i v ớ i máy ng ắ t, ph ụ thu ộ c vào đ i ề u ki ệ n riêng mà máy ng ắ t làm vi ệ c Ví d ụ : 1) Kh ả n ă ng làm vi ệ c ở vùng ẩ m ướ t, nhi ề u b ụ i b ặ m và có ch ấ t n ổ 2) Kh ả n ă ng làm vi ệ c ở vùng r ấ t cao h ơ n m ặ t bi ể n 3) Kh ả n ă ng làm vi ệ c ở các thi ế t b ị di độ ng ( đầ u máy xe l ử a đ i ệ n, tàu th ủ y, ) 4) Thích h ợ p v ớ i đ i ề u ki ệ n làm vi ệ c ở nhi ệ t độ r ấ t th ấ p Do ngành h ệ th ố ng đ i ệ n ngày càng phát tri ể n, máy ng ắ t là m ộ t trong nh ữ ng b ộ ph ậ n quan tr ọ ng nh ấ t c ủ a h ệ th ố ng, các ch ỉ tiêu k ĩ thu ậ t v ậ n hành yêu c ầ u ngày m ộ t cao h ơ n nh ư : t ă ng dòng đ i ệ n đị nh m ứ c, t ă ng công su ấ t ng ắ t, nâng cao tác độ ng nhanh, tác độ ng nhanh 6 nhi ề u l ầ n c ủ a T Đ L ( đ óng l ặ p l ạ i t ự độ ng), t ă ng độ ch ố ng ă n mòn c ủ a các b ộ ph ậ n c ơ và c ủ a cách đ i ệ n, v ậ n chuy ể n, l ắ p ráp, v ậ n hành thu ậ n ti ệ n, an toàn v ề n ổ và h ỏ a ho ạ n Trong khi tính toán máy ng ắ t hi ệ n đạ i c ầ n đặ c bi ệ t l ư u ý đế n v ấ n đề nâng cao các ch ỉ tiêu kinh t ế k ĩ thu ậ t, tr ọ ng l ượ ng ít nh ấ t trên m ộ t đơ n v ị công su ấ t ng ắ t K ế t c ấ u c ủ a máy ng ắ t c ầ n ph ả i đơ n gi ả n, v ữ ng ch ắ c, các chi ti ế t và các khâu k ế t c ấ u trong t ấ t c ả các lo ạ i máy ng ắ t ph ả i th ố ng nh ấ t và c ầ n ph ả i áp d ụ ng các ph ươ ng pháp gia công tiên ti ế n Trong ch ế t ạ o s ử d ụ ng các nguyên li ệ u có tính c ơ , tính đ i ệ n, tính nhi ệ t cao và kinh t ế nh ấ t (ch ị u plasma, nguyên li ệ u ti ế p đ i ể m đặ c bi ệ t, đồ g ố m có độ b ề n cao, ) T ấ t c ả các yêu c ầ u k ể trên c ầ n đượ c chú ý đế n trong lúc tính toán Nh ữ ng đ i ể m đặ c bi ệ t chú ý trong khi nghiên c ứ u máy ng ắ t: 1) Ng ắ t dòng đ i ệ n ng ắ n m ạ ch gi ớ i h ạ n là ch ế độ làm vi ệ c c ủ a máy ng ắ t trong tính toán 2) Trong nhi ề u tr ườ ng h ợ p m ộ t m ố i k ế t c ấ u hay chi ti ế t có th ể có m ộ t vài nhi ệ m v ụ Ví d ụ : b ộ ph ậ n d ẫ n đ i ệ n b ị nung nóng b ằ ng dòng đ i ệ n có th ể th ườ ng xuyên ch ị u ph ụ t ả i c ơ r ấ t l ớ n và ch ị u l ự c kéo, 3) Trong tính toán các khâu c ơ b ả n và các đặ c tính liên quan nhau khá ph ứ c t ạ p, nh ư l ự c bi ế n đổ i c ủ a lò xo trong quá trình chuy ể n độ ng c ủ a b ộ ph ậ n c ơ khí, áp su ấ t bi ế n đổ i c ủ a khí trong bu ồ ng d ậ p h ồ quang và l ự c đ i ệ n độ ng tác độ ng vào các ph ầ n d ẫ n đ i ệ n c ủ a nó Ph ươ ng pháp để tính chính xác r ấ t ph ứ c t ạ p, cho nên trong tính toán ph ả i đơ n gi ả n hóa b ằ ng các ph ươ ng pháp g ầ n đ úng 4) C ầ n đặ c bi ệ t chú ý trong khi tính toán các thi ế t b ị d ậ p h ồ quang Trong ngành ch ế t ạ o thi ế t b ị đ i ệ n hi ệ n nay các ph ươ ng pháp tính chính xác thi ế t b ị d ậ p h ồ quang ch ư a có, cho nên trong tính toán ng ườ i ta s ử d ụ ng các tham s ố th ự c nghi ệ m và th ử kh ả n ă ng ng ắ t c ủ a máy ng ắ t M ặ c dù ph ươ ng pháp tính g ầ n đ úng đ ôi khi ch ỉ cho đị nh h ướ ng, nh ư ng c ũ ng c ầ n đượ c hoàn ch ỉ nh và áp d ụ ng r ộ ng rãi trong thi ế t k ế máy ng ắ t cao áp, cho phép rút ng ắ n th ờ i gian c ầ n thi ế t để hoàn thành k ế t c ấ u máy ng ắ t trong các phòng thí nghi ệ m và trên các mô hình Trong ngành ch ế t ạ o máy ng ắ t có nhi ề u bi ệ n pháp d ậ p h ồ quang, không nh ữ ng k ế t c ấ u c ủ a thi ế t b ị d ậ p h ồ quang có nhi ề u ki ể u mà còn có nhi ề u ki ể u máy ng ắ t Bi ệ n pháp d ậ p h ồ quang khác nhau theo ki ể u máy ng ắ t đượ c xác đị nh b ằ ng các tham s ố cho tr ướ c và các ki ể u đ i ề u khi ể n v ậ n hành ( đ i ệ n áp đị nh m ứ c, dòng đ i ệ n đị nh m ứ c, công su ấ t ng ắ t, t ầ n s ố , ) Gi ả i quy ế t s ơ b ộ ba v ấ n đề c ơ b ả n sau có m ộ t ý ngh ĩ a đặ c bi ệ t quan tr ọ ng trong lúc tính toán g ồ m: 1) Chính xác hóa các tham s ố cho tr ướ c 2) Ch ọ n ki ể u máy ng ắ t 3) Ch ọ n và chính xác hóa s ơ đồ k ế t c ấ u Trong s ả n xu ấ t máy ng ắ t cao áp công su ấ t ng ắ t l ớ n hay lo ạ i máy ng ắ t m ớ i thì cách ch ọ n ki ể u và s ơ đồ k ế t c ấ u đ óng vai trò quy ế t đị nh Theo kinh nghi ệ m khi tính toán, s ả n xu ấ t, l ắ p ráp và v ậ n hành máy ng ắ t cao áp đ ã hình thành m ộ t s ố hình dáng k ế t c ấ u c ủ a các chi ti ế t riêng, t ừ ng b ộ ph ậ n và toàn b ộ thi ế t b ị c ũ ng nh ư công ngh ệ đ i ể n hình s ả n xu ấ t máy ng ắ t Trong lúc tính toán các ki ể u máy ng ắ t 7 m ớ i các bi ệ n pháp k ĩ thu ậ t đ ã có đề u c ầ n đượ c chú ý, ph ả i nâng cao yêu c ầ u và áp d ụ ng nh ữ ng thành t ự u m ớ i nh ấ t c ủ a khoa h ọ c công ngh ệ vào s ả n xu ấ t Nhi ệ m v ụ c ủ a nhà ch ế t ạ o là ph ả i tìm ra nh ữ ng gi ả i pháp tính toán, k ế t c ấ u m ớ i h ợ p lí h ơ n trên c ơ s ở nghiên c ứ u các hi ệ n t ượ ng v ậ t lí, s ử d ụ ng các tham s ố thí nghi ệ m, áp d ụ ng các cách tính và các thành t ự u trong l ĩ nh v ự c công ngh ệ ch ế t ạ o C ầ n ph ả i chú ý đế n các xu h ướ ng hi ệ n đạ i trong l ĩ nh v ự c tính toán tr ạ m phân ph ố i các thi ế t b ị cao áp, s ơ đồ c ủ a tr ạ m có ả nh h ưở ng đế n hình dáng k ế t c ấ u, kích th ướ c, các ch ỉ tiêu và các đặ c tính khác c ủ a máy ng ắ t 1 2 TRÌNH T ự TÍNH TOÁN Quá trình thi ế t k ế máy ng ắ t cao áp g ồ m ba giai đ o ạ n c ơ b ả n 1 Tính toán phác th ả o Các yêu c ầ u k ĩ thu ậ t đố i v ớ i máy ng ắ t ph ả i tính toán c ầ n đượ c xác đị nh rõ, tìm ra các gi ả i pháp l ợ i nh ấ t và d ự đị nh nh ữ ng ki ể u có th ể áp d ụ ng, các ph ươ ng án k ế t c ấ u 2 Tính toán k ĩ thu ậ t Quy ế t đị nh ki ể u áp d ụ ng và ph ươ ng án k ế t c ấ u, ti ế n hành các tính toán c ầ n thi ế t và tính toán các khâu, các chi ti ế t c ủ a máy ng ắ t Chu ẩ n b ị tài li ệ u k ĩ thu ậ t để s ả n xu ấ t th ử 3 Tính toán ch ế t ạ o Trong giai đ o ạ n này trên c ơ s ở kinh nghi ệ m s ả n xu ấ t và các tham s ố m ẫ u ti ế n hành chính xác hóa k ế t c ấ u và v ẽ các b ả n v ẽ thi công để s ả n xu ấ t m ẫ u Chu ẩ n b ị tài li ệ u công ngh ệ c ầ n thi ế t để s ả n xu ấ t hàng lo ạ t Th ườ ng ng ườ i ta ti ế n hành nh ữ ng thí nghi ệ m nghiên c ứ u và th ử các hình m ẫ u, các chi ti ế t các khâu và máy ng ắ t m ẫ u cho c ả ba giai đ o ạ n Sau đ ây gi ớ i thi ệ u th ứ t ự gi ả i quy ế t các v ấ n đề đ ó khi không có nh ữ ng tham s ố đị nh h ướ ng v ề k ế t c ấ u và kích th ướ c c ủ a thi ế t b ị d ậ p h ồ quang: 1) Chính xác hóa các tham s ố cho tr ướ c đố i v ớ i máy ng ắ t đượ c tính toán 2) Ch ọ n ki ể u máy ng ắ t 3) Tính toán thi ế t b ị d ậ p h ồ quang, đị nh h ướ ng hình dáng k ế t c ấ u và xác đị nh kích th ướ c s ơ b ộ c ủ a nó 4) L ậ p s ơ đồ k ế t c ấ u c ủ a máy ng ắ t 5) Tính toán cách đ i ệ n c ủ a máy ng ắ t và xác đị nh kích th ướ c m ạ ch vòng d ẫ n đ i ệ n, kho ả ng cách cách đ i ệ n và kích th ướ c c ủ a các b ộ ph ậ n cách đ i ệ n tr ụ 6) Tính toán các khâu c ơ b ả n g ồ m: a) Tính l ự c đ i ệ n độ ng tác độ ng vào t ừ ng b ộ ph ậ n m ạ ch vòng d ẫ n đ i ệ n c ủ a máy ng ắ t đượ c tính toán trong đ i ề u ki ệ n v ậ n hành b) Tính s ự phát nóng khi làm vi ệ c dài h ạ n do dòng đ i ệ n đị nh m ứ c, tính độ b ề n v ữ ng c ủ a các b ộ ph ậ n m ạ ch vòng d ẫ n đ i ệ n khi tác độ ng c ủ a dòng đ i ệ n ng ắ n m ạ ch và tính toán các b ộ ph ậ n đ ó c) Tính s ự phát nóng do dòng đ i ệ n đị nh m ứ c và tính độ b ề n v ữ ng c ủ a h ệ th ố ng ti ế p đ i ể m máy ng ắ t khi ng ắ n m ạ ch d) Tính và xác đị nh k ế t c ấ u s ứ cách đ i ệ n c ủ a máy ng ắ t

LÊ THÀNH BẮC (Chủ biên)

VÕ NHƯ TIẾN

LÊ VĂN QUYỆN

DƯƠNG NGỌC THỌ

HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN PHẦN I: MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT

HÀ NỘI-2003

HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN

PHẦN I: MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP

Tác giả: Lê Thành Bắc (chủ biên)

Võ Như Tiến, Lê Văn Quyện, Dương Ngọc Thọ

Chịu trách nhiệm xuất bản: PGS.TS Tô Đăng Hải Biên tập: Nguyễn Thị Ngọc Bích Chế bản: Nguyễn Trung Tiến, Văn Công Lê Trình bày: Cao Ngọc Châu, Tôn Thất Hoà Bình

Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật

70 Trần Hưng Đạo - Hà Nội

In 600 cuốn khổ 19 x 27cm tại Nhà in Đại học Quốc gia

Giấy phép xuất bản số 978-56-20/7/2002

In xong và nộp lưu chiểu tháng 9 năm 2002

Lời nói đầu

Giáo trình "HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN"

được chia làm hai phần:

- Phần 1: Máy ngắt điện cao áp

- Phần 2: Thiết bị điện hạ áp

Phần "MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP“ được biên soạn trên cơ sở đề cương

chuyên đề và đề cương môn học "Thiết kế thiết bị điện" cho các ngành Kỹ thuật điện

nói chung và ngành Thiết bị điện nói riêng Chúng tôi biên soạn cuốn sách này nhằm phục vụ làm tài liệu giảng dạy, tài liệu tham khảo trong thiết kế môn học cũng như thiết kế tốt nghiệp cho sinh viên ngành kỹ thuật điện Cuốn sách này biên soạn chủ yếu dựa trên cuốn "ΠPOEKTỉPOBAHỉE BKΛþ÷ATEΛEĨ ΠEPEMEHHOΓO TOKA BCOKOΓO HAΠPÿưEHỉÿ" của tác giả ê.A.KYKEKOB và cuốn " High Voltage Circuit Breakers Design and Applications" của tác giả Ruben D Gazon Trong quá trình biên soạn, các tác giả còn tham khảo các giáo trình "THIẾT KẾ MÁY NGẮT CAO ÁP", "THIẾT KẾ MÁY NGẮT DẦU", là những tài liệu đã được trường Đại học Bách khoa Hà Nội xuất bản Sách này không chỉ dùng làm tài liệu giảng dạy và học tập cho sinh viên ngành Điện mà còn có thể làm tài liệu dùng cho nghiên cứu cũng như tham khảo cho ki sư và cán bộ ki thuật ngành điện cũng như các chuyên ngành liên quan

Nội dung của tài liệu này đề cập đến các vấn đề lí thuyết cơ bản trong tính toán thiết kế máy ngắt điện cao áp, các vấn đề được trình bày trong 9 chương Đồng chí Võ Như Tiến biên soạn các chương 1, 2, 3, 7 Đồng chí Lê Văn Quyện biên soạn chương 6 Đồng chí Dương Ngọc Thọ biên soạn chương 8 Đồng chí Lê Thành Bắc biên soạn các chương 4, 5, 9 và các phần còn lại

Trong quá trình biên soạn, các tác giả đã nhận được sự giúp đỡ và cung cấp tài liệu của các Thầy, Cô giáo trong bộ môn Thiết bị điện -điện tử, trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đặc biệt là PGS Lê Văn Doanh và GVC Lưu Mỹ Thuận Chúng tôi cũng đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của TS.Trần Văn Chính và các đồng nghiệp khoa điện trường Đại học Kỹ thuật Đà Nẵng trong việc hiệu đính và đóng góp thêm nhiều ý kiến cho nội dung tài liệu

Mặc dù, chúng tôi đã cố gắng trong việc cập nhập các thiết bị hiện đại nhưng

do tài liệu về vấn đề này rất hạn chế nên có thể còn những vấn đề chưa được đề cập thỏa đáng Chúng tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến bổ xung của các bạn đọc để sách được hoàn thiện hơn nữa trong các lần tái bản sau

Mọi thư từ góp ý xin gửi về bộ môn Thiết bị Điện - trường Đại học Kỹ thuật Đà Nẵng Chúng tôi xin chân thành cảm ơn

Các tác giả

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Chương 1

CÁC VẤN ĐỀ CHUNG KHI TÍNH TOÁN MÁY NGẮT CAO ÁP ĐIỆN XOAY

CHIỀU

1.1 Các yêu cầu cơ bản đối với máy ngắt

1.2 Trình tự tính toán

1.3 Các tham số chính cho trước khi tính toán

1.4 Một số kinh nghiệm khi chọn kiểu máy ngắt

1.5 Sơ đồ kết cấu máy ngắt

Chương 2

Trang

5

7

9

11

20

TÍNH TOÁN CÁCH ĐIỆN CHUNG CỦA MÁY NGẮT

2.1 Các tham số cho trước khi tính toán cách điện chung

2.2 Phương pháp tính gần đúng cách điện chung

2.3 Phương pháp tính gần đúng sự phân bố điện áp cho từng khoảng ngắt trên một

cực

2.4 Ví dụ về cách tính cách điện chung

Chương 3

TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN CỦA MÁY NGẮT

3.1 Khái niệm chung

3.2 Tính điện động mạch vòng dẫn điện

3.3 Tính toán nhiệt của mạch vòng dẫn điện

3.4 Tính toán gần đúng sự phát nóng thanh dẫn điện sứ vào

3.5 Tính toán gần đúng hệ thống dẫn điện bình chứa của máy ngắt không khí

3.6 Tính toán các tiếp điểm

Chương 4

TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ VÀ ĐẶC TUYẾN CƠ BẢN CỦA CÁC THIẾT

BỊ DẬP HỒ QUANG TRONG MÁY NGẮT KHÔNG KHÍ

4.1 Khái niệm chung về tính toán các thiết bị dập hồ quang

4.2 Đặc tuyến chung của quá trình dập hồ quang khi thổi dọc

4.3 Tính toán lượng không khí (khí) chảy qua miệng ống có hồ quang điện

4.4 Tính toán gần đúng công suất ngắt và sự phục hồi độ bền điện ở khoảng giữa hai

tiếp điểm

4.5 Các nguyên lý cơ bản về cách tính kết cấu các buồng dập hồ quang có thổi

không khí dọc dùng shun điện trở

4.6 Kết cấu các thiết bị dập hồ quang có thổi không khí dọc

Chương 5

TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÁC THIẾT BỊ DẬP HỒ QUANG CỦA MÁY

NGẮT DẦU

5.1 Các vấn đề cơ bản về tính toán các thiết bị dập hồ quang trong máy ngắt dầu

5.2 Tính công suất và năng lượng của hồ quang trong quá trình tạo thành khí khi dập

tắt hồ quang trong dầu

5.3 Tính áp suất trong bình có chứa khi dạng bong bóng hơi khép kín

5.4 Tính áp suất trong bình chứa khi hỗn hợp và khí hơi chảy từ bình ra

5.5 Tính độ bền điện phục hồi của khoảng hồ quang

5.6 Phương pháp gần đúng tính quá trình dâng dầu trong bình chứa sau khi đã dập

tắt hồ quang

5.7 Trình tự tính toán các bình chứa thổi dầu tự động

Chương 6

TÍNH TOÁN KẾT CẤU THIẾT BỊ DẬP HỒ QUANG CỦA MÁY NGẮT TỰ

SINH KHÍ

6.1 Đặc tính chung của quá trình dập hồ quang của máy ngắt tự sinh khí

6.2 Tính gần đúng các đặc tính cơ bản của thiết bị dập hồ quang tự sinh khí

Chương 7

TÍNH KẾT CẤU THIẾT BỊ DẬP HỒ QUANG BẰNG TỪ TRONG MÁY

25

29

31

37

40

40

50

55

61

66

76

77

79

87

103

110

117

123

128

131

136

140

141

143

145

NGẮT KHÔNG KHÍ

7.1 Đặc tính chung của quá trình dập hồ quang được làm lạnh trong buồng dập hồ

quang kiểu rãnh

7.2 Ngắt mạch điện cảm bằng buồng dập hồ quang kiểu rãnh

7.3 Tính tốc độ chuyển động của hồ quang dưới ảnh hưởng của từ trường ngang

trong buồng dập hồ quang kiểu rãnh

7.4 Tính sự phát nóng các bức thành của rãnh bình chứa và tính dòng điện ngắt

7.5 Chọn và tính các kích thước chính và đặc tuyến cơ bản của bình chứa có buồng

dập hồ quang kiểu rãnh dập bằng từ

7.6 Kết cấu các thiết bị dập hồ quang bằng từ trong rãnh hẹp

Chương 8

PHƯƠNG PHÁP TÍNH CÁC ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG HỌC CƠ BẢN CỦA

MÁY NGẮT KHÔNG KHÍ

8.1 Đại cương

8.2 Tính sự bơm đầy không khí nén vào buồng dập hồ quang

8.3 Tính không khí chảy từ bình chứa ra khí quyển

8.4 Tính không khí chảy từ thể tích giới hạn ra ngoài trong lúc áp suất giảm

8.5 Sự bơm đầy không gian làm việc hình trụ của bộ phận cơ khí chảy bằng hơi

8.6 Ví dụ tính sự bơm đầy buồng dập hồ quang của máy ngắt không khí điện áp

110kV

Chương 9

KẾT CẤU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ CỦA

MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP

9.1 Các sơ đồ động học của truyền động cơ khí

9.2 Các tham số cho trước để tính truyền động cơ khi mở bằng lò xo

9.3 Tính toán động lực học của truyền động cơ khí mở bằng lò xo

9.4 Tính toán động lực học của bộ phận cơ khí chạy bằng hơi của buồng dập hồ

quang máy ngắt không khí

Phụ lục1: Một số loại máy ngắt dầu đang sử dụng ở Việt Nam

Phụ lục2: Một số loại máy ngắt SF6 đang sử dụng ở Việt Nam

Tài liệu tham khảo

151

153

156

161

164

166

169

169

178

180

182

187

191

195

202

218

222

228

234

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 ΠPOEKT ỉ POBAH ỉ E BKΛ þ ÷ ATEΛEĨ Π EPEMEHHOΓO TOKA BCOKOΓO HA Π P ÿư EH ỉÿ -

ê A.KYKEKOB-MOCKBA 1961

2 TEOPỉÿ ÝΛECTP ỉ÷ EK ỉx AΠΠAPATOB -Γ H AỊEKCAHÔPOB-MOCKBA B caÿ

KOỊA-1985

3 THIẾT KẾ MÁY NGẮT CAO ÁP - Bộ môn Máy điện- Khí cụ điện - Đại học Bách khoa Hà Nội

- 1978

4 High Voltage Circuit Breakers Design and Applications- Ruben D Gazon- New York 1996

5 Cẩm nang thiết bị đóng cắt - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật -Hà Nội - 1998

6 HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ MÁY NGẮT DẦU - Lưu Mỹ Thuận- Bộ môn Máy điện - Khí cụ

điện - Đại học Bách khoa Hà Nội - 1976

7 Giáo trình Khí cụ điện, dùng cho ngành Điện khí hóa- Đại học Bách khoa Hà Nội - 1979

8 Giáo trình THIẾT BỊ ĐIỆN- Lê Thành Bắc- Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật- Hà Nội- 2001

9 Low Oil Content Circuit - Breakers for Outdoor Stations 10 72.5 kV E.I.B

10 SF6 Circuit - Breakers with Spring Operating Mechanism 72.5 170 kV AEG

11 Gas - Insulated Switchgear 72.5 525 kV AEG

12 Metal - Enclosed, SF6 - Gas Insulated High Voltage Switchgear (V.I.S.) series B3 up to 420kV AEG

13 Quy trình vận hành và bảo dưỡng các loại máy ngắt dầu- Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật-Hà

Nội -1996

14 Quy trình vận hành và bảo dưỡng máy ngắt SF6 -Tổng công ty Điện lực Việt Nam- Hà Nội -1998

5

CHƯƠNG 1

CÁC VẤN ĐỀ CHUNG KHI TÍNH TOÁN MÁY NGẮT CAO ÁP ĐIỆN

XOAY CHIỀU

1.1 CÁC YÊU CầU CƠ BảN ĐốI VớI MÁY NGắT

Trong các hệ thống điện cao áp, máy ngắt là thiết bị đóng mở cơ khí có khả năng đóng, dẫn liên tục và cắt dòng điện trong điều kiện bình thường và bất thường của mạch điện, ví dụ như ngắn mạch

Ngắt dòng điện ngắn mạch là chế độ làm việc nặng nề nhất và cơ bản của máy ngắt Song qúa điện áp sinh ra khi ngắt dòng điện bé của máy biến áp không tải, ngắt dòng điện dung của đường dây dài và nhiều trường hợp khác cũng là điều kiện làm việc nặng nề cho máy

Theo nguyên tắc, hệ thống dẫn điện của máy ngắt nối tiếp với mạch điện của các thiết bị điện cao áp Khi đó các bộ phận kết cấu cơ bản của máy ngắt cần phải chịu được sự tác động nhiệt, điện từ trong khi làm việc bình thường cũng như khi ngắn mạch, phải chịu được trường tĩnh điện tác động vào cách điện lúc điện áp định mức và cả trong lúc quá điện

áp Trong quá trình làm việc của máy ngắt còn có những hiện tượng sinh ra phụ tải nhiệt,

cơ và điện tác động vào từng bộ phận riêng của kết cấu máy ngắt (sự cháy của hồ quang điện khi ngắt, sự tăng áp suất của chất khí và chất lỏng trong không gian công tác, các bộ phận cơ chuyển động với gia tốc lớn gây va đập và nhiều những tượng khác)

Trong trường hợp các kết cấu của máy ngắt không tính đến điều kiện bất thường thì mỗi yếu tố đã kể trên có thể là nguyên nhân sinh hư hỏng từng bộ phận hay toàn bộ máy ngắt

Máy ngắt phải đảm bảo hoạt động an toàn, tin cậy trong chế độ bình thường cũng như bất thường, nên các bộ phận kết cấu của nó phải tuyệt đối ổn định đối với tác động nhiệt và lực điện động, cũng như đối với tác động của điện áp đã được tính toán

Yêu cầu chung đối với máy ngắt điện cao áp là

1) Các đặc tính máy ngắt phải tương ứng với những yêu cầu cho trước của nó

2) Tất cả các bộ phận kết cấu của máy ngắt trong thời gian vận hành phải làm việc

Các yêu cầu chung đối với máy ngắt cao áp được nêu trong các tiêu chuẩn như ΓOCT 687-41 hay các tiêu chuẩn khác

đặc biệt đối với máy ngắt, phụ thuộc vào điều kiện riêng mà máy ngắt làm việc Ví dụ:

1) Khả năng làm việc ở vùng ẩm ướt, nhiều bụi bặm và có chất nổ

2) Khả năng làm việc ở vùng rất cao hơn mặt biển

3) Khả năng làm việc ở các thiết bị di động (đầu máy xe lửa điện, tàu thủy, )

4) Thích hợp với điều kiện làm việc ở nhiệt độ rất thấp

Do ngành hệ thống điện ngày càng phát triển, máy ngắt là một trong những bộ phận quan trọng nhất của hệ thống, các chỉ tiêu kĩ thuật vận hành yêu cầu ngày một cao hơn như: tăng dòng điện định mức, tăng công suất ngắt, nâng cao tác động nhanh, tác động nhanh

6

nhiều lần của TĐL (đóng lặp lại tự động), tăng độ chống ăn mòn của các bộ phận cơ và của cách điện, vận chuyển, lắp ráp, vận hành thuận tiện, an toàn về nổ và hỏa hoạn

Trong khi tính toán máy ngắt hiện đại cần đặc biệt lưu ý đến vấn đề nâng cao các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật, trọng lượng ít nhất trên một đơn vị công suất ngắt Kết cấu của máy ngắt cần phải đơn giản, vững chắc, các chi tiết và các khâu kết cấu trong tất cả các loại máy ngắt phải thống nhất và cần phải áp dụng các phương pháp gia công tiên tiến Trong chế tạo sử dụng các nguyên liệu có tính cơ, tính điện, tính nhiệt cao và kinh tế nhất (chịu plasma, nguyên liệu tiếp điểm đặc biệt, đồ gốm có độ bền cao, )

Tất cả các yêu cầu kể trên cần được chú ý đến trong lúc tính toán

Những điểm đặc biệt chú ý trong khi nghiên cứu máy ngắt:

1) Ngắt dòng điện ngắn mạch giới hạn là chế độ làm việc của máy ngắt trong tính toán

2) Trong nhiều trường hợp một mối kết cấu hay chi tiết có thể có một vài nhiệm vụ

Ví dụ: bộ phận dẫn điện bị nung nóng bằng dòng điện có thể thường xuyên chịu phụ tải cơ rất lớn và chịu lực kéo,

3) Trong tính toán các khâu cơ bản và các đặc tính liên quan nhau khá phức tạp, như lực biến đổi của lò xo trong quá trình chuyển động của bộ phận cơ khí, áp suất biến đổi của khí trong buồng dập hồ quang và lực điện động tác động vào các phần dẫn điện của nó Phương pháp để tính chính xác rất phức tạp, cho nên trong tính toán phải đơn giản hóa bằng các phương pháp gần đúng

4) Cần đặc biệt chú ý trong khi tính toán các thiết bị dập hồ quang

Trong ngành chế tạo thiết bị điện hiện nay các phương pháp tính chính xác thiết bị dập hồ quang chưa có, cho nên trong tính toán người ta sử dụng các tham số thực nghiệm

và thử khả năng ngắt của máy ngắt

Mặc dù phương pháp tính gần đúng đôi khi chỉ cho định hướng, nhưng cũng cần được hoàn chỉnh và áp dụng rộng rãi trong thiết kế máy ngắt cao áp, cho phép rút ngắn thời gian cần thiết để hoàn thành kết cấu máy ngắt trong các phòng thí nghiệm và trên các mô hình Trong ngành chế tạo máy ngắt có nhiều biện pháp dập hồ quang, không những kết cấu của thiết bị dập hồ quang có nhiều kiểu mà còn có nhiều kiểu máy ngắt Biện pháp dập

hồ quang khác nhau theo kiểu máy ngắt được xác định bằng các tham số cho trước và các kiểu điều khiển vận hành ( điện áp định mức, dòng điện định mức, công suất ngắt, tần số, )

Giải quyết sơ bộ ba vấn đề cơ bản sau có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong lúc tính toán gồm:

1) Chính xác hóa các tham số cho trước

3) Chọn và chính xác hóa sơ đồ kết cấu

Trong sản xuất máy ngắt cao áp công suất ngắt lớn hay loại máy ngắt mới thì cách chọn kiểu và sơ đồ kết cấu đóng vai trò quyết định

Theo kinh nghiệm khi tính toán, sản xuất, lắp ráp và vận hành máy ngắt cao áp đã hình thành một số hình dáng kết cấu của các chi tiết riêng, từng bộ phận và toàn bộ thiết bị cũng như công nghệ điển hình sản xuất máy ngắt Trong lúc tính toán các kiểu máy ngắt

7

mới các biện pháp kĩ thuật đã có đều cần được chú ý, phải nâng cao yêu cầu và áp dụng những thành tựu mới nhất của khoa học công nghệ vào sản xuất Nhiệm vụ của nhà chế tạo

là phải tìm ra những giải pháp tính toán, kết cấu mới hợp lí hơn trên cơ sở nghiên cứu các hiện tượng vật lí, sử dụng các tham số thí nghiệm, áp dụng các cách tính và các thành tựu trong lĩnh vực công nghệ chế tạo

Cần phải chú ý đến các xu hướng hiện đại trong lĩnh vực tính toán trạm phân phối các thiết bị cao áp, sơ đồ của trạm có ảnh hưởng đến hình dáng kết cấu, kích thước, các chỉ tiêu và các đặc tính khác của máy ngắt

1.2 TRÌNH Tự TÍNH TOÁN

Quá trình thiết kế máy ngắt cao áp gồm ba giai đoạn cơ bản

1 Tính toán phác thảo

Các yêu cầu kĩ thuật đối với máy ngắt phải tính toán cần được xác định rõ, tìm ra các giải pháp lợi nhất và dự định những kiểu có thể áp dụng, các phương án kết cấu

2 Tính toán kĩ thuật

Quyết định kiểu áp dụng và phương án kết cấu, tiến hành các tính toán cần thiết và tính toán các khâu, các chi tiết của máy ngắt Chuẩn bị tài liệu kĩ thuật để sản xuất thử

3 Tính toán chế tạo

Trong giai đoạn này trên cơ sở kinh nghiệm sản xuất và các tham số mẫu tiến hành chính xác hóa kết cấu và vẽ các bản vẽ thi công để sản xuất mẫu Chuẩn bị tài liệu công nghệ cần thiết để sản xuất hàng loạt

Thường người ta tiến hành những thí nghiệm nghiên cứu và thử các hình mẫu, các chi tiết các khâu và máy ngắt mẫu cho cả ba giai đoạn

Sau đây giới thiệu thứ tự giải quyết các vấn đề đó khi không có những tham số định hướng về kết cấu và kích thước của thiết bị dập hồ quang:

1) Chính xác hóa các tham số cho trước đối với máy ngắt được tính toán

3) Tính toán thiết bị dập hồ quang, định hướng hình dáng kết cấu và xác định kích thước sơ bộ của nó

4) Lập sơ đồ kết cấu của máy ngắt

5) Tính toán cách điện của máy ngắt và xác định kích thước mạch vòng dẫn điện, khoảng cách cách điện và kích thước của các bộ phận cách điện trụ

6) Tính toán các khâu cơ bản gồm:

máy ngắt được tính toán trong điều kiện vận hành

b) Tính sự phát nóng khi làm việc dài hạn do dòng điện định mức, tính độ bền vững của các bộ phận mạch vòng dẫn điện khi tác động của dòng điện ngắn mạch và tính toán các bộ phận đó

thống tiếp điểm máy ngắt khi ngắn mạch

d) Tính và xác định kết cấu sứ cách điện của máy ngắt