Hàm Logic Trong Thiết Bị Đi part part 3 ppsx

32 Nếu trong kết cấu máy ngắt không có các thiết bị đặc biệt để làm điều hòa điện áp, thì sự phân bố điện áp không điều hòa theo các khoảng ngắt có thể rất lớn. Bảng 2-5: Các công thức về quan hệ giữa điện áp phóng điện ở tần số công nghiệp và khoảng cách giữa các điện cực Loại môi trường, hình dáng các điện cực và kích thước giới hạn của các khoảng ngắt. Các công thức tính toán. Tác giả Phóng điện khi trong không khí điện cực kim-kim không nối đất, S>8 cm Phóng điện khô trong không khí, kim-kim nối đất, S>8 cm Phóng điện khô trong không khí, thanh -thanh nối đất, S>10 cm Phóng điện khô trong không khí, sứ trụ kiểu khác nhau Phóng điện khô trong không khí theo bề mặt của sứ trụ mặt phẳng l<15cm Đánh thủng trong dầu, kim - mặt phẳng S≥10 cm Đánh thủng trong dầu, kim -kim, S>1 cm Phóng điện khô trong không khí nén giữa các hình xuyến ống đồng trục d=3,2 cm với các đầ u mút tròn, ở áp suất p [at] ]kV[S,u K 36314 + = ]kV[S,u K 16314 + = ]kV[S,u K 754 = ]kV[J,u , K 930 953= ]kV[l,u , K 70 410= ]kV[Su , âth 70 30= ]kV[Su , âth 70 39= 450 42 , K )S.p(u = [kV] (chọn sơ bộ) A.Po T Các tác giả khác nhau. Maĩ Hep " Âepô và Âỉịị Hình 2-4. Điện áp phóng điện khô của các kết cấu cách điện trụ có vòng điều hòa điện áp. 1 2 3 4 5 6 S[ m] U c [ kV] 0 500 100 0 150 0 200 0 S d =0,5S 33 Ví dụ, trong máy ngắt kiểu nhiều dầu có hai khoảng ngắt cho mỗi cực, khi nối đất một phía của một cực, điện áp của một trong các khoảng ngắt có thể đạt tới 85% điện áp sử dụng. Trong máy ngắt không khí và máy ngắt ít dầu có nhiều khoảng ngắt, sự phân bố điện áp cũng không điều hòa, từ hình 2-7 ta thấy rõ điều này. Trong các máy ngắt việc dập t ắt hồ quang sẽ bị hạn chế khi không có các điện trở shun đặc biệt. Sự phân bố điện áp theo các khoảng ngắt có thể tính bằng cách phân bố điện áp tĩnh trên tất cả các khoảng ngắt, khoảng ngắt được tạo ra giữa các phần dẫn điện kể cả tương đối với nhau và với đất. Trong trường hợp này phải xem kết cấu máy ngắt giống như hệ thống điện cực ( tất cả các phần kim loại của máy ngắt có điện cực, hệ thống điện cực) cách li với đất. Ảnh hưởng của đất có thể thay thế bằng sự có mặt của một hệ thống khác dạng soi gương. Hình 2-5. Điện áp phóng điện trong không khí ở chế độ xung 1,2/40 μs. 20 40 60 80 100 120 140 160 180 S[ cm] U Pi [ kV] 0 200 400 600 800 100 0 S S 1; 4 { 2; 3 { 120 0 140 0 1 2 3 4 (-) (-) (+) (+) 34 Sự tính toán dẫn đến xác định hiệu điện thế giữa các điện cực dựa trên cơ sở của phương pháp chung giải hệ thống phương trình tĩnh điện. Dạng điện cực phức tạp, có thể có trong kết cấu, cần phải dựa về hình dạng thông thường và thuận tiện hơn để tính toán là dạng elípxoít quay cho phương trình bề m ặt đã biết. Các giá trị của hệ thống là: các tham số hình học của hệ thống (kích thước và hình dáng của điện cực, cách bố trí tương hỗ của chúng với nhau và đối với đất, hệ số điện môi của môi trường và trị số tương đối của điện áp đối với các điện cực riêng biệt). Phân tích chính xác bài toán cụ thể trong d ạng chung thường gặp phải khó khăn là do không đưa ra dạng giải tích được. Cho nên trong thực tế chúng ta có thể sử dụng các phương pháp tính đơn giản, gần đúng, sẽ được đề cập dưới đây. Các kết cấu có nhiều khoảng ngắt cho mỗi cực (thường ở điện áp 110kV và cao hơn) được biểu hiện bằng các thông số đặc trưng, là kích thước hình học của các phần dẫn điện và các loại sứ cách điện tạo thành các khoảng ngắt, khoảng cách đối với đất tương đối bé hơn. Trong các trường hợp này sự phân bố điện áp rất đơn giản, các điều kiện khi tính gần đúng sơ bộ gồm: 1) Thay đổi khoảng cách từng đôi bất kì cạnh nhau của các điện cực nằm ngang ảnh hưởng ít đến điện dung của thanh cái trong các điện cực đối với đất. 2) Khi các điện cực nằm theo chiều thẳng đứng (cái nọ trên cái kia) thay đổi vị trí của một điện cực không ảnh hưởng đến điện dung của điện cực khác đối với đất. Sự đơn giản hóa như thế cho phép coi rằng, điện dung tương hỗ của từng điện cực đối với đất là độc lập và khi tính sự ảnh hưởng lực điện động của các điện cực khác nằm trong từ trường, ngoài các điện cực đang xét. Hình 2-6. Điện áp đánh thủng giữa các tham số trong dầu. 10 20 30 40 50 S[ cm] U âth [ kV] 0 400 600 800 100 0 200 100 300 500 700 900 s 1/2100μs , 50Hz }1/50μ s }1/10μ s 35 Khi đó cách tính sự phân bố điện áp tiến hành theo thứ tự như sau: 1) Tính điện dung của từng khoảng ngắt giữa các tiếp điểm và tính điện dung đối với đất. 2) Lập và biến đổi sơ đồ điện dung tương đương. 3) Tính điện áp phân bố theo các khoảng ngắt. Máy ngắt có kết cấu miêu tả ở hình 2-8a có thể tượng trưng bằng hệ thống các điện cực (hình 2-8b) sơ đồ tính điện dung tương đương hình 2- 8c. Xác định giá trị các điện dung C, C 1 và áp dụng các phương pháp tính toán chung cho các mạch điện áp xoay chiều, có thể tìm được điện áp phân bố theo các điện dung của từng khoảng ngắt. Tính toán thường được tiến hành cho trường hợp đặc trưng và bất lợi nhất: khi một trong các đầu ngoài cùng của cực máy ngắt nối đất, còn điện áp toàn phần đặt vào đầu khác. Để đơn giản và thuận tiện trong tính toán các điện dung nên biến đổi tương đương hình dáng các điện cực phức tạp. Ví dụ: hình trụ tương đối không cao có thể thay thế bằng hình cầu tương đương có bán kính: 1 2 1 2 + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −+ = b R b R R b arsh b r tâ (2-3) Trong đó b và R : tương đương với chiều cao và bán kính hình trụ. Điện dung tương hỗ giữa hai quả cầu với bán kính r 1 , r 2 và khoảng cách giữa tâm của chúng có thể tìm theo phương trình: ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + −− += mn mnr nrC 22 1 112 1 4 πε (2-4) m r h n r h == 12 ; Điện dung tương hỗ giữa hai quả cầu bán kính với mặt phẳng nối đất có thể tính một cách gần đúng theo công thức: Hình 2-7. Phân bố điện áp theo các khoảng ngắt của máy ngắt không khí khi không có thiết bị điều hành. 1 2 3 4 5 6 N ΔU N % 0 10 20 30 40 50 60 70 1 2 3 4 5 6 U 36 C 8 h ≈ π εr (2-5) Trong đó h : là khoảng cách từ tâm quả cầu đến mặt phẳng. Trong một số trường hợp thậm chí khi hình dáng của các điện cực đã đơn giản hóa, tính điện dung của từng khoảng ngắt cũng còn gặp nhiều khó khăn. Ví dụ: khi khoảng ngắt được tạo bởi các hình xuyến của ống đồng trục (của các tiếp điểm nằm ở phía trong s ứ cách điện chứa dầu hay chứa không khí, hoặc khi sứ cách điện có kích thước tương đối lớn nằm trong khoảng ngắt giữa các điện cực). Điện dung của các hệ thống như thế được xác định trên cơ sở của những số liệu thí nghiệm bằng mô hình hay tính gần đúng. Thực nghiệm cho thấy rằng, điện dung giữa các thiết bị ngoài cùng của trụ sứ dập hồ quang máy ngắt ít dầu điện áp 110kV với một khoảng ngắt có thể sơ bộ lấy bằng hai lần trị số điện dung tương hỗ tính cho hệ thống điện cực này, không tính đến sứ cách điện và dầu. Trong các kết cấu máy ngắt cao áp hiện đại có nhiều khoảng ngắt trong mỗi cực, điều hòa sự phân bố điện áp cơ bản được thực hiện bằng hai biện pháp: 1) Shun tất cả các khoảng ngắt bằng điện trở thuần trị số lớn giống nhau (thường bằng điện trở trị số 0,5 - 1M Ω đối với máy ngắt điện áp 400kV). 2) Shun các khoảng ngắt ngoài rìa của cực bằng các điện dung. Trong khi sử dụng biện pháp thứ hai không cần phải ngắt dòng điện còn lại đi qua điện trở shun sau khi dập tắt hồ quang như cần thiết phải làm trong biện pháp thứ nhất. Hình 2-8. Để tính điện áp phân bố theo các khoảng ngắt của máy ngắt. a) b) c) C C 2 C 1 C C 2 37 Trong một số trường hợp cần thiết shun các khoảng ngắt dập hồ quang bằng điện trở trị số trung bình (khoảng 200 -2500 Ω đối với máy ngắt điện áp 400kV) để giảm bớt quá điện áp nội bộ xuất hiện trong quá trình ngắt. Trong những trường hợp như thế shun các khoảng ngắt bằng điện trở trị số lớn hay bằng điện dung là không thích hợp. 2.4. VÍ Dụ Về TÍNH CÁCH ĐIệN CHUNG Chúng ta sẽ tiến hành tính cách điện chung của máy ngắt dầu điện áp 110kV. Dạng chung và sơ đồ kết cấu một cực của máy ngắt như thế ở hình 2-9a,b. Đối với kết cấu này các khoảng ngắt cách điện tính toán gồm có: S 1 : là khoảng ngắt không khí giữa để nối đất giữa I và vỏ kim loại của bộ phận dập hồ quang II. Trong khi không có các điện cực qui chiếu phu, khoảng ngắt này sẽ tương ứng với chiều cao sứ trụ. S 2 : là chiều cao sứ cách điện của buồng dập hồ quang. S 3 : là khoảng ngắt giữa các tiếp điểm dập hồ quang mở rời hoàn toàn trong dầu. S 4 : là khoảng ngắt giữa đế tiếp điểm cố định IV của dao cách li và rìa ngoài phía trên màn che nắp trung gian của trụ xoay V. Chiều cao sứ cách điện của máy biến dòng được sử dụng sứ trụ của dao phân li, và chiều cao sứ cách điện phía đi của trụ xoay lấy bằng trị số khoảng ngắt chính S 1 . Chiều sứ cách điện phía trên của trụ xoay nhận bằng trị số S 2 . Theo các yêu cầu của tiêu chuẩn ΓOCT 1516 -42 để chọn điện áp phóng điện. Chúng ta tìm giá trị điện áp phóng điện cho dao cách li hợp với bảng 2-1, đối với thang cách điện 110kV: 1) Điện áp thử ở tần số công nghiệp đối với khoảng ngoài không khí. kVu th 260 1 = 2) Điện áp phóng điện khô cũng đối với khoảng ngắt đó: kVu K 315 1 = 3) Nếu đối với dao cách li của máy ngắt cũng đòi hỏi như dao cách li thông thường thì điện áp phóng điện khô của khoảng ngắt. kVu K 345 4 = (cực đại là 485kV). 4) Điện áp phóng điện tính toán theo bề mặt ngoài sứ cách điện của buồng dập hồ quang (khoảng ngắt S 2 ), do đó có dao cách li, tìm theo phương trình (2-2). âmap U,kku 2870 0 2 = .11 0 2871,5.1,6.0,= kV230 = (cực đại 325kV). 38 Nhận xét : Với máy ngắt không có dao cách li, điện áp: phóng điện tính toán của S 2 cũng lấy bằng điện áp phóng điện khô: kVu K 315 2 = 5) Điện áp phóng điện tính toán đối với cách điện bên trong buồng dập hồ quang của máy ngắt (khoảng ngắt S 3 trong dầu) từ phương trình (2-3) và bảng 2-4: kV.,U.ku ppp 264230151 23 = = = (cực đại là 1,15.325 kV375 = ). Theo các giá trị điện áp phóng điện, tìm trị số nhỏ nhất của các khoảng ngắt S 1 và S 2 , S 3 và S 4 tương ứng với các đường cong ở hình 2-3 (đường cong 2), hình 2-6 và hình 2- 2. S cmS cmS cmS cm 1234 98 70 16 100= = = = ;;; Phương pháp tính độ bền vững của cách điện đối với điện áp xung tương tự như trên. Trong trường hợp này phải qui định các tiêu chuẩn điện áp phóng điện xung đối với từng thang cách điện cụ thể và các đường cong thí nghiệm tương ứng hay những công thức tính các trị số các khoảng ngắt phóng điện. Nguyên tắc phối hợp cách điện từng b ộ phận riêng biệt của kết cấu cũng tính ở tần số công nghiệp. Hình 2-9. Cách điện chung của máy ngắt ít dầu. II I I I I I b) IV S 1 S 4 S 1 S 2 S 3 S 1 II I II I a) V I IV S 2 S 3 S 4 S 1 S 1 S 1 39 40 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN CỦA MÁY NGẮT 3.1. KHÁI NIệM CHUNG Mạch vòng dẫn điện của máy ngắt về cơ cấu là tổng hợp phần dẫn điện liên hệ giữa điện và cơ (thanh dẫn điện, lõi dẫn điện, dao, xà, ). Sự liên hệ điện giữa các phần với nhau được thực hiện bằng hệ thống tiếp điểm. Trong quá trình làm việc bình thường của máy ngắt các tác động nhiệt, tác động điện động, của dòng điện lớn đi qua mạch vòng dẫn điện sinh ra phát nóng từng bộ phận và sinh ra phụ tải điện động có thể lớn quá khả năng cho phép. Tác động nhiệt và tác động điện động quá lớn là nguyên nhân phá hoại sự làm việc bình thường của máy ngắt. Luôn luôn cần phải đảm bảo tính ổn định của máy ngắt trong các chế độ làm việc. Muốn vậy phải chọn hình dáng, kích thước, đặc tính của các bộ phận dẫn điện mạch vòng và chọn cách liên kết chúng với nhau thật phù hợp, cho nên trong thiết kế các phần dẫn điện và các tiếp điểm, ta cần phải tiến hành tính toán đến tác động nhiệt và điện động. 3.2. TÍNH TOÁN ĐIệN ĐộNG MạCH VÒNG DẫN ĐIệN Tính điện động là xác định trị số và hướng của lực điện động tác động lẫn nhau giữa các bộ phận dẫn điện. Các tham số lấy được trên cơ sở tính độ bền vững về cơ khí của các phần dẫn điện và cơ cấu sứ trụ liên kết với nó. Phải kể đến tác động của lực điện động vào một số bộ phận chuyển động của mạch vòng dẫn điện. Các tham số cho trước để tính lực điện động gồm: 1) Kích thước của hệ thống dẫn điện (là các kích thước của từng bộ phận và cách bố trí tương hỗ của chúng trong mạch vòng của cực bất kì và của các bộ phận khác). 2) Trị số biên độ của dòng điện ngắn mạch tính toán lớn nhất. Các kích thước và cách bố trí tương đối của các phần dẫn điện trong sơ đồ kết cấu, sơ bộ được xác định từ kết quả tính cách điện chung của máy ngắt có kể đến các kích thước cơ cấu của thiết bị dập hồ quang và của truyền động cơ khí, Khi khoảng cách giữa các cực của máy ngắt tương đối lớn (đặc biệt ở điện áp từ 110kV trở nên) ảnh hưởng điện động của hệ thống dẫn điện cực bên cạnh nhỏ và có thể bỏ qua. Cho nên khi tính điện động của máy này chỉ tính tác động lẫn nhau giữa các bộ phận dẫn điện của mạch vòng một cực. Với máy ngắt 35kV cần chú ý đến tác động điện động tương h ỗ của các bộ phận dẫn điện của điện cực còn lại khi ngắn mạch hai cực. Giá trị biên độ giới hạn của dòng điện ngắn mạch được lấy làm trị số dòng điện tính toán lớn nhất. Để tính lực điện động có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, được giới thiệu trong các sách và công trình nghiên cứu về thiết bị điện cao áp, phương pháp phân tích đồ thị là phù hợp và dễ tính hơn cả, các phương pháp này dựa trên cơ sở của phương trình Bioxava. Chúng ta sẽ nghiên cứu một trong các phương pháp để rút ra các phương trình cơ 41 bản. Trong mặt phẳng có hai dây dẫn (hình 3-1) l 1 , l 2 tương ứng với các dòng điện i 1 , i 2 , từ trường cảm ứng ở điểm M x được tạo do thành phần dòng điện i 1 dy, tính theo: dB H i xox ==μ μ π 01 4 . ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ 22 m Wb , r sin.dy α (3-1) Trong đó: α : là góc giữa hướng dòng điện trong dy và bán kính véc tơ r. r : laì mä âun veïc tå tæì dy âãún âiãøm M x (m). Hãû säú tæì tháøm ]/[. mH 7 0 104 − π=μ . Hnh 3-1. Sơ đồ để tính tác động điện động tương hỗ giữa hai đoạn dây thẳng dẫn điện. x B D r 1 r r 2 h l 1 y i 1 A dy α 1 α 2 α C M x dl 2 l 2 i 2 [...]... phần dòng đi n i1dy và i2dl2 ở đi m Mx xác định bằng biểu thức: μ μ i i dy d 2 Fx = i 2 dl 2 dB x = 0 i 1 i 2 dl 2 2 sin α = 0 1 2 dl 2 sin α.dα (3- 2) 4π x 4π r Với: x là khoảng cách từ Mx đến đoạn tác động (đoạn AB) Tác động đi n của dây dẫn l1 có dòng đi n i1 lên đoạn dl2 có i2 bằng cách lấy tích phân (3- 2) ta có: α2 μ i i μ i i dFX = 0 1 2 dl 2 ∫ sin dα = 0 dl 2 1 2 (cosα 1 − cosα 2 ) (3- 3) 4π x... dòng đi n bằng nhau và bằng I thì: μ0 μ i 1i 2 = 0 I 2 = I 2 10 −7 = A 4π 4π A dFx = (cosα 1 − cosα 2 )dl 2 [N ] (3- 4) x Cường độ phụ tải đi n động ở đi m Mx bất kì: cosα 1 − cosα 2 dF = A Kkh (3- 5) f 1x = x = A x dl 2 cosα 1 − cosα 2 + K kh = :là hệ số mạch vòng, chỉ phụ thuộc vào các tham số hình x học của nó + A = 1,02.10−8 I 2 [kg] + Khoảng cách x đo bằng cm Véc tơ f1x vuông góc với hướng dòng đi n... A x dl 2 cosα 1 − cosα 2 + K kh = :là hệ số mạch vòng, chỉ phụ thuộc vào các tham số hình x học của nó + A = 1,02.10−8 I 2 [kg] + Khoảng cách x đo bằng cm Véc tơ f1x vuông góc với hướng dòng đi n tại đi m Mx 42 . Hình 2-4. Đi n áp phóng đi n khô của các kết cấu cách đi n trụ có vòng đi u hòa đi n áp. 1 2 3 4 5 6 S[ m] U c [ kV] 0 500 100 0 150 0 200 0 S d =0,5S 33 Ví dụ, trong máy ngắt. 2870 0 2 = .11 0 2871,5.1,6.0,= kV 230 = (cực đại 32 5kV). 38 Nhận xét : Với máy ngắt không có dao cách li, đi n áp: phóng đi n tính toán của S 2 cũng lấy bằng đi n áp phóng đi n khô: kVu K 31 5 2 = 5) Đi n áp. đi n tính toán đối với cách đi n bên trong buồng dập hồ quang của máy ngắt (khoảng ngắt S 3 trong dầu) từ phương trình (2 -3) và bảng 2-4: kV.,U.ku ppp 264 230 151 23 = = = (cực đại là 1,15 .32 5 kV375 = ).