Cùng với sự phát triển của Khoa học – Kỹ thuật thì các loại Khí cụ điện hiện đại được sản xuất ra luôn đảm bảo khả năng tự động hóa cao, chính vì vậy mà nhóm em đã chọn đề tài TÌM HIỂU V
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCMKHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
MÔN HỌC: KHÍ CỤ ĐIỆNTIỂU LUẬN CUỐI KỲ
TÌM HIỂU VỀ KCĐ ĐÓNG NGẮT TRUNG CAO ÁP CÓ BẢO VỆ: MÁYCẮT THỦY LỰC, MÁY CẮT GIS (SF6)
GVHD:Th.s PHẠM XUÂN HỔ
4 Nguyễn Tuấn Minh 221423545 Trang Nguyễn Tấn Lực 22142348
Mã lớp học: ELIN330444_23_1_01
Thành phố Hồ Chí Minh năm 2023
Trang 2NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN
Trang 3CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG NGẮT 6
1.1 Khái niệm cơ bản 6
1.2 Các loại khí cụ điện đóng ngắt trung cao áp có bảo vệ 6
1.2.1 Máy cắt CB 6
1.2.2 Máy cắt tự đóng lại (ACR) 7
1.2.3 Máy cắt phân đoạn (CPD) 7
1.2.4 Máy cắt phụ tải (LBS) 8
1.2.5 Dao cắt Ly (DS) 8
CHƯƠNG 2 MÁY CẮT THỦY LỰC 9
2.1 Khái niệm máy cắt thủy lực 9
2.2 Kết cấu và nguyên lý hoạt động 9
2.2.1 kết cấu 9
2.2.2 Nguyên lý hoạt động 10
2.3 Các thông số kỹ thuật 11
2.4 Yêu cầu kĩ thuật vận hành 11
2.5 Ưu điểm và nhược điểm của máy cắt thủy lực 12
2.6 Cơ chế bảo dưỡng và ứng dụng của máy cắt thủy lực trong điện công nghiệp 13
2.6.1 Cơ chế bảo dưỡng 13
2.6.2 Ứng dụng 14
CHƯƠNG 3 MÁY CẮT GIS (SF6) 15
3.1 Khái niệm về máy cắt GIS 15
3.2 Đặc điểm của khí SF6 15
3.3 Kết cấu và nguyên lý hoạt động của máy cắt GIS 16
Trang 43.3.1 kết cấu của máy cắt GIS 16
3.3.2Nguyên lý hoạt động của máy cắt GIS 23
3.4 Các thông số kỹ thuật 25
3.5 Yêu cầu kĩ thuật vận hành 26
3.6 Ưu điểm và nhược điểm của máy cắt GIS (SF6) 26
3.7 Cơ chế bảo dưỡng và ứng dụng của máy cắt GIS trong điện công nghiêp
4.2 Xây dựng bộ dữ liệu tìm kiếm 30
4.2.1 Thu thập thông tin, hình ảnh thông số kỹ thuật từ các hãng sản xuất 30
4.2.2 Xây dựng bộ dữ liệu có cấu trúc để dễ dàng tìm kiếm và so sánh sản phẩm KCĐ đóng cắt 30
PHẦN 3 KẾT LUẬN 31
PHẦN 4 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32
Trang 5PHẦN 1 MỞ ĐẦU1.1 Lý do chọn đề tài
Thế kỉ 21, quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang diễn ra vô cùng mạnh mẽ Để thực hiện được quá trình này thì phải có nguồn năng lượng rất lớn, mà điện năng chiếm vai trò vô cùng quan trọng, điện lực đã đóng góp một phần rất lớn đáp ứng nhu cầu phát triển của đất nước Khi sự phát triển của các lĩnh vực đặc biệt là công nghiệp đang tăng dần một cách nhanh chóng, đòi hỏi nhu cầu tiêu thụ điện năng rất lớn để đáp ứng sản xuất – kinh doanh cũng như các hoạt động sinh hoạt chiếu sáng của xã hội đang ngày tăng cao Điện năng cung cấp cho mọi ngành, mọi lĩnh vực, mọi đối tượng Tuy nhiên trong quá trình sử dụng điện thì không thể tránh khỏi những sự cố, rủi ro xảy ra như hiện tượng tăng áp, hiện tượng ngắn mạch, Để đảm bảo tính mạng cho con người khi sử dụng, bảo vệ các thiết bị điện và tránh khỏi những tổn thất kinh tế có thể xảy ra thì Khí cụ điện càng ngày càng đòi hỏi nhiều hơn, chất lượng tốt hơn và luôn đổi mới công nghệ Cùng với sự phát triển của Khoa học – Kỹ thuật thì các loại Khí cụ điện hiện đại được sản xuất ra luôn đảm bảo khả năng tự động hóa cao, chính vì vậy mà nhóm em đã chọn đề tài TÌM HIỂU VỀ KCĐ ĐÓNG NGẮT TRUNG CAO ÁP CÓ BẢO VỆ, MÁY CẮT THỦY LỰC, MÁY CẮT GIS (SF6).
1.2 Mục đích nghiên cứu
Trình bày những cơ sở lý thuyết của các khí cú điện, giới thiệu cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tính cơ bản của các khí cụ điện đã và đang được sử dụng trong các hệ thống điện lực nói riêng và trong các ngành công nghiệp nói chung.
Sinh viên sau khi kết thúc môn học sẽ nắm được những kết thức cơ bản về khí cụ điện, có khả năng tính toán, lựa chọn sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa các khí cụ điện.
Trang 6PHẦN 2 NỘI DUNG
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG NGẮT1.1 Khái niệm cơ bản
Khí cụ điện đóng ngắt là loại khí cụ có chức năng đóng cắt mạch điện bằng tay hay tự động khi gặp sự cố hay cần sửa chữa.
Ví dụ: Cầu dao cách ly, máy cắt điện, cầu dao, attomat, công tắc, nút nhấn
1.2 Các loại khí cụ điện đóng ngắt trung cao áp có bảo vệ
Trong điều kiện vận hành, các khí cụ điện có thể làm ở việc các chế độ sau: - Chế độ làm việc lâu dài: Trong chế độ này các khí cụ điện sẽ làm việc tin cậy nếu chúng được chọn đúng điện áp và dòng điện định mức.
- Chế độ làm việc quá tải: Trong chế độ này dòng điện qua khí cụ điện sẽ lớn hơn dòng điện định mức, chúng chỉ làm việc tin cậy khi thời gian dòng điện tăng cao chạy qua chúng không quá thời gian cho phép của từng thiết bị.
- Chế độ làm việc ngắn mạch: Khí cụ sẽ đảm bảo sự làm việc tin cậy nếu trong quá trình lựa chọn chú ý các điều kiện ổn định nhiệt và ổn định động.
1.2.1 Máy cắt CB
Máy cắt điện áp cao là thiết bị điện chuyên dùng để đóng ngắt mạch điện xoay chiều ở tất cả các chế độ vận hành có thể có: Đóng ngắt dòng điện định mức, dòng điện ngắn mạch, dòng điện không tải Máy cắt trung áp được quy định từ 1KV đến 52KV, lớn hơn 52KV được quy về cao áp
Trang 71.2.2 Máy cắt tự đóng lại (ACR)
Là máy cắt có kèm thêm bộ điều khiển cho phép người ta lập trình số lần đóng cắt lập đi lập lại theo yêu cầu đặt trước, đồng thời đo và lưu trữ lại một số đại lượng cần thiết như U, I, P, Máy cắt tự đóng lại là khí cụ đóng ngắt có chức năng chính là bảo vệ quá dòng hay ngắn mạch.
1.2.3 Máy cắt phân đoạn (CPD)
Máy cắt phân đoạn là khí cụ điện đóng ngắt tự động cắt mạch hoặc đoạn dây khi bị sự cố.
Trang 81.2.4 Máy cắt phụ tải (LBS)
là một khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện, công dụng như một cầu dao liên động, tuy nhiên nó có ưu việt hơn hẳn cầu dao thường đó chính là khả năng đóng/cắt được khi có tải.
1.2.5 Dao cắt Ly (DS)
là khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện cao áp không có dòng điện hoặc dòng điện nhỏ hơn dòng định mức nhiều lần và tạo nên khoảng cách an toàn, có thể nhìn thấy được giữa bộ phận đang mang dòng điện và bộ phận cách điện, mục đích đảm bảo an toàn.
Trang 9CHƯƠNG 2 MÁY CẮT THỦY LỰC
2.1 Khái niệm máy cắt thủy lực
Máy cắt thủy lực là sự phối hợp giữa hệ thống thủy lực và lò xo Năng lượng được tích luỹ trong lò xo và được kéo căng bằng thủy lực Năng lượng được truyền bằng thủy lực, khi các tiếp điểm máy cắt đóng hay mở bắng piston vi sai, cơ cấu làm việc hoàn toàn như hệ thống thuỷ lực Cơ cấu lò xo thủy lực có nhiều kích cỡ Tất cả được thiết kế sao cho không có ống nối ngoài, mọi điểm làm kín áp suất động lớn, được bố trí giữa dầu áp suất cao và dầu áp suất thấp dầu không thoát ra
Trang 108 Hộp nối với máy cắt 9 Khoá liên động 10 Động cơ 11 Bơm thuỷ lực 12 Buồng dầu áp suất thấp 13 Van kiểm tra dầu 14 Van áp lực 15 Thanh nối
16 Công tắc chuyển đổi
17a Nam châm mở ; 17b Nam châm đóng; 18 Van động
Trang 112.2.2 Nguyên lý hoạt động
tCơ cấu truyền động làm việc theo nguyên lý piston vi sai, phần đầu piston vi sai(3) có tiết diện lớn hơn phần thanh piston Bơm thủy lực (11) hút dầu dưới tác động của áp suất cao (5) chứa phần đầu piston và phần thanh nối (15), nén lò xo (1) khi có tín hiệu từ bơm (11) qua tiếp điểm (16) Bơm ngừng tác động khi cân bằng áp suất trong hệ thống Bề mặt của piston (3) thường xuyên chịu áp suất hệ thống và mặt bên của
piston (3) được nối với phần có áp suất thấp (6) Khoá liên động (9) giữ piston điều khiển (7) ở vị trí đóng, nó cũng nối với phần có áp suấ cao (5) như hình H.4 và H.5
Trang 12Hình H.5.Hoạt động của cơ cấu lò xo
thủy lực.
1 Cơ cấu tác động:tiếp điểm2 Cơ cấu tích lũy năng lượng:
lò xo
Quá trình đóng: Là quá trình phóng thích lò xo (1) khi có tín hiệuđóng nam châm đóng (17a) tác động hút van động (18), piston điều khiển(7) di chuyển từ dưới lên trên (như hình H.3) thay đổi vị trí so với tiếpđiểm khi mở Khi đó một đầu piston (3) trong phần áp suất cao và đầukia trong phần áp suất thấp Đưới tác động của quá trình chênh lệch áp,dầu chảy từ nơi có áp suất cao sang nơi có áp suất thấp, nhờ bơm thủylực(11) làm piston (7) di chuyển hướng lên so với vị trí mở và đóng tiếpđiểm Vị trí của piston (7) được chốt bởi khoá liên động (9).
Quá trình mở : Là quá trình nén lò xo (1), khi có tín hiệu mở namchâm mở (17b) tác động van (18) trở về vị trí ban đầu Dầu chảy từ nơicó áp suất thấp sang nơi có áp suất cao làm piston di chuyển từ trênxuống dưới mở tiếp điểm.
Các máy cắt cao áp hiện đại của ABB thường được trang bị bằngcơ cấu tác động lò xo thủy lực
CHƯƠNG 3 MÁY CẮT GIS (SF6)3.1 Khái niệm về máy cắt GIS
Máy cắt GIS (SF6) hay máy cắt Gas Insulation Switchgear là loại máy cắt dùng khí SF6 để cách điện và dập hồ quang Ứng dụng công nghệ GIS trong các trạm biến áp là công nghệ tiên tiến hiện nay có mặt ở nhiều nước trên thế giới Khả
Trang 13năng cách điện và dập hồ quan của máy cắt phụ thuộc vào mật độ khí SF6 trong trụ cực.
Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí là một thiết bị tổng hợp được bọc trong khung kim loại chắc chắn, chứa các thiết bị điện khác nhau như cầu dao, thanh cái, máy biến áp, cầu nối đất, thiết bị chống sét, v.v Tất cả các thiết bị này đều được ngâm trong khí lưu huỳnh hexafluoride (SF6) bên trong các ngăn được che chắn được bao quanh bởi các thiết bị rào cản.
Chức năng chính của trạm biến áp GIS là chuyển mạch, tách biệt, biến đổi, đo lường và phân phối năng lượng điện trong hệ thống điện.
Tính năng chính của thiết bị GIS là sử dụng SF6, một loại khí trơ có đặc tính cách nhiệt đặc biệt và độ ổn định hóa học và nhiệt.
3.2 Đặc điểm của khí SF6
Khí SF6 có tên khoa học là Sulfua hexafluor, là loại khí trơ, không màu, không mùi Rất ổn định về mặt hóa học dưới tác dụng của tia lửa điện Khí SF6 có cường độ cách điện 2,6 đến 5 lần không khí bình thường khi ở cùng nhiệt độ và áp suất.
Dưới tác dụng của nhiệt độ hồ quang khí SF6 có khả năng phân ly, năng lượng để phân ly khí SF6 làm nguội thân hồ quang và dập tắt hồ quang một cách hiệu quả trong máy cắt cao áp và siêu cao áp.
Khí SF6 là chất khí âm điện Nghĩa là có khả năng hút các điện tử tự do và tái hợp lại sau khi hồ quang điện được dập tắt, khôi phục độ bền cách điện nhanh chóng, chống cháy lặp lại khi có điện áp phục hồi.
Nhược điểm chính của loại khí này là nhiệt hoá lỏng thấp, ở áp suất 13,1at (13,1 MPa) nhiệt độ hoá lỏng của nó là 00C, còn ở áp suất 3,5 at (3,5 MPa) là -400C Vì vậy khí SF6 thường được vận chuyển dưới dạng lỏng trong các bình chứa và chỉ dùng ở áp suất không cao để tránh phải dùng thiết bị hâm nóng Mặt khác khí này chỉ có chất lượng tốt khi không có tạp chất.
Trang 143.3 Kết cấu và nguyên lý hoạt động của máy cắt GIS3.3.1 kết cấu của máy cắt GIS
Máy cắt 110kv
Hình:Máy cắt 110kV
Trang 151 Mũ có đầu vào 2 Khí SF6
3 Cách điện của bình cắt 4 Tiếp điểm hồ quang 5 Tiếp điểm làm việc 11 Tiếp điểm trượt
12 Thanh truyền động (bằng cách điện)
23 Cơ cấu lên dây cót bằng tay
GIS dùng cho điện áp đến 145kv
Trang 16Cấu trúc môdun máy cắt SF6 EXK Cơ cấu máy cắt:
Hình1:Cấu trúc môdun máy cắt SF6 EXK-0
GIS điện áp đến 550kv
Trang 17Máy cắt được chế tạo từng pha, các bộ phận cũng được bố trí theo môđun, đều nằm trong vỏ kín
GIS điện áp trên 550kV
Trang 18Thiết bị đóng cắt SF6 cách nhiệt lên đến 170 kV ( Loại 8DN8 )
Trang 19Thiết bị đóng cắt SF6-cách nhiệt cho lên đến 550 kV ( loại 8DN9 )
3.3.2Nguyên lý hoạt động của máy cắt GIS
Máy cắt SF6 chế tạo với các cấp điện áp từ 12KV đến 800KV Do khả năng cách điện và dập hồ quang điện của khí SF6 rất cao nên kích thước của máy cắt SF6 thường nhỏ gọn hơn so với các máy cắt khác có cùng điện áp
Mỗi pha của máy cắt được nạp khí SF6 khoảng từ 4 7 bar (1 bar = 0,98 1,02 at) 36 Thường được nạp khoảng 6 bar Do công nghệ chế tạo tiên tiến nên máy cắt đảm bảo độ kín rất tốt, cho phép lượng rò rỉ khí 1% trong 1 năm Mỗi pha của máy cắt có từ 1 đến 4 chỗ ngắt điện tùy thuộc điện áp định mức và yêu cầu chịu quá điện áp của máy cắt Các máy cắt có U < 220KV mỗi pha 1 chỗ ngắt điện, các máy cắt có U> 220KV và yêu cầu chịu quá điên áp thì sẽ có từ 2 đến 4 chỗ ngắt điện.
Trang 20Bộ truyền động (BTĐ) trong máy cắt SF6 thường sử dụng các loại: (phân loại theo nguồn năng lượng thao tác)
+BTĐ kiểu lò xo, +BTĐ kiểu không khí nén, + BTĐ kiểu thủy lực
+BTĐ kiểu kết hợp giữa lò xo, không khí nén, thủy lực
Các máy cắt có U < 245KV thường dùng 1 BTĐ cho cả 3 pha, các máy cắt có U > 245 KV thì mỗi pha thường dùng một bộ truyền động riêng Mỗi máy cắt có từ 1 đến 3 đồng hồ đo áp lực khí SF6, vì cường độ cách điện và khả năng dập hồ quang của máy cắt phụ thuộc vào áp lực khí Khi áp lực khí không đảm bảo (thấp dưới cấp 1), máy cắt có hệ thống chuông hoặc còi để báo hiệu Không được đóng, cắt máy cắt khi áp lực khí giảm thấp cấp 2.
Máy cắt có trang bị hệ thống sấy khí đặt tại tủ BTĐ (dưới các trụ cực), tự động cắt sấy khi nhiệt độ môi trường = 10 C Khả năng dập hồ quang của buồng dập hồo
quang kiểu thổi dọc khí SF6 lớn gấp 5 lần so với không khí, vì vậy giảm được thời gian cháy của hồ quang, tăng khả năng cắt, tăng tuổi thọ tiếp điểm
Tất cả các máy cắt SF6 đều được chế tạo theo nguyên tắc thổi khí, khí SF6 được lưu giữ piston và xi lanh sẽ chuyển động trong quá trình đóng cắt Máy cắt SF6 thường đặt ngoài trời, các pha máy cắt được chế tạo riêng rẽ gồm 2 tầng sứ cách điện, tầng trên chứa tiếp điểm đóng cắt, tầng dưới dùng làm giá đỡ để tăng khoảng cách an toàn.
Trong máy cắt SF , dòng điện tiếp tục được duy trì sau khi tiếp điểm tách ra Sự6
duy trì này thông qua trạng thái plasma của hồ quang bị ion hóa trong khí SF Cho6
đến khi tiếp điểm bị hồ quang đốt cháy Hồ quang sẽ phải chịu một dòng khí liên tục hấp thụ nhiệt từ nó Hồ quang được dập tắt khi dòng điện về không Dòng khí tiếp tục khử ion cho tiếp điểm Và thiết lập một môi trường cách điện cần thiết để ngăn chặn sự đánh lửa trở lại.
Hướng của dòng khí (song song hoặc cắt ngang qua hồ quang) có ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình dập hồ quang Một dòng khí dọc theo trục tạo ra một sự nhiễu loạn gây ra sự xáo trộn mạnh mẽ và liên tục giữa khí và plasma trong khi dòng điện tiến đến gần bằng không Dòng khí làm mát cắt ngang hồ quang thường đạt được trong thực tế bằng cách thực hiện dẫn hồ quang di chuyển trong khí tĩnh.
Trang 21Tuy nhiên, quá trình này dẫn đến sự mất ổn định hồ quang Do đó dẫn theo sự biến động lớn về khả năng ngắt của máy cắt.
nguyên lý tự thổi
Tiếp điểm của máy cắt gồm có tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ; tiếp điểm phụ dùng để cắt hồ quang Buồng dập hồ quang chia làm 2 ngăn: ngăn trên là buồng làm nóng khí, ngăn dưới là buồng nén khí Khi tiếp điểm động mở thì đồng thời pittông cũng chuyển động theo, buồng nén khí thu nhỏ lại, khí SF6 bị nén lên áp suất cần thiết Khí SF6 được thoát lên, chuyển động qua buồng làm nóng nhờ có nhiệt của hồ quang, áp suất của khí tăng thêm và có thể dập tắt hồ quang Áp suất tối thiểu của khí cách điện là 520 kPa, áp suất tối thiểu của khí làm tắt hồ quang là 600 kPa
3.4 Các thông số kỹ thuật
Thông số cơ bản của máy cắt SF6:
Trang 22Để vận hành máy cắt GIS (Gas Insulated Switchgear) dựa trên khí SF6 (Sulfur Hexafluoride) một cách an toàn và hiệu quả, cần tuân thủ một số yêu cầu kỹ thuật quan trọng:
Trang 23- Đào tạo: Nhân viên vận hành máy cắt GIS phải được đào tạo đầy đủ và hiểu rõ về cách vận hành và bảo dưỡng thiết bị này Đảm bảo họ biết cách xử lý SF6 một cách an toàn.
- An toàn về SF6: Đảm bảo rằng các biện pháp an toàn đối với SF6 được thực hiện chính xác, bao gồm việc sử dụng bảo hộ cá nhân, kiểm tra sự rò rỉ của khí SF6, và loại bỏ SF6 cũ một cách an toàn.
- Kiểm tra SF6: Thường xuyên kiểm tra mức độ cách điện và áp suất của SF6 để đảm bảo rằng nó đủ điều kiện hoạt động 4 Theo dõi dòng điện: Đảm bảo rằng bạn theo dõi dòng điện và công suất của máy cắt GIS để đảm bảo rằng nó hoạt động trong phạm vi an toàn và hiệu quả.
- Bảo dưỡng định kỳ: Thực hiện bảo dưỡng định kỳ, bao gồm việc kiểm tra tiếp điểm, bôi trơn các bộ phận cơ khí, và kiểm tra chức năng toàn bộ hệ thống.
- Quản lý nhiệt độ: Đảm bảo GIS được vận hành trong khoảng nhiệt độ được quy định SF6 có thể thay đổi trong điều kiện nhiệt độ khác nhau.
- Sửa chữa và thay thế: Nếu máy cắt GIS gặp sự cố hoặc hỏng hóc, cần thực hiện sửa chữa hoặc thay thế các linh kiện mới một cách kịp thời.
3.6 Ưu điểm và nhược điểm của máy cắt GIS (SF6)- Ưu điểm :
+Tiết kiệm không gian trong các trạm biến áp và trạm điện.
+SF6 là một chất cách nhiệt tốt, giúp bảo vệ thiết bị trong môi trường với nhiệt độ và áp suất biến đổi.
+Sử dụng SF6 giúp ngăn ngừa tạo ra lửa nếu có sự cố, do SF6 là một chất khó bắt lửa.
+Được trang bị các tiếp điểm phụ, máy cắt GIS có khả năng giảm thiểu sự mất điện trong trường hợp cần phải bảo trì hoặc sửa chữa.
- Nhược điểm:
+SF6 là một khí nhà kính mạnh và gây tác động xấu đến môi trường Sự rò rỉ của SF6 có thể góp phần vào biến đổi khí hậu.