Hàm Logic Trong Thiết Bị Đi part part 13 pot

146 4) Tính th•i gian d•p h• quang • các giá tr• dòng •i•n ng•t khác nhau. 1. Tính áp su•t khi h• quang cháy trong bình ch•a •óng kín Chúng ta s• xét ph••ng án k•t c•u hình 6-1. S• •• tính toán c•a giai •o•n th• nh•t và th• hai d•p h• quang • hình 6- 3a,b. Trong tr••ng h•p thay ••i áp su•t trong giai •o•n th• nh•t bi•u th• b•ng ph••ng trình: (5-18). t t t V A R p δ θ = Trong •ó: p t : áp su•t trong bình ch•a • th•i •i•m t, at. R : h•ng s• khí, m/••. θ : là nhi•t •• kh•i khí, 0 K. δ : h• s• tr•ng l••ng hình thành khí, kg/kW.s. A t : n•ng l••ng t•a ra trong h• quang su•t th•i gian t. • •ây s• khác nhau so v•i bình ch•a d•u th•i t• ••ng là th• tích b•t rung không thay ••i theo th•i gian, ngh•a là: V V const t = = 0 N•u nh•n t•c •• chuy•n ••ng ti•p •i•m là không ••i và b•ng t•c •• trung bình. cons t tr == 2 01 ν ν Trong •ó ν 01 : t•c •• ti•p •i•m t•i th•i •i•m m• l• th•i khí, n•ng l••ng t•a ra trong h• quang sau m•t s• n•a chu kì d•p t•t h• quang •••c tính theo ph••ng trình •ã nêu • ch••ng 5. ∫ = ω π ων 0 tdtsintInEA trmhqtrt 1 ntIE mhqtr tr ω ν = (6-1) Trong •ó: E hqtr : gra•ien •i•n áp trung bình trên h• quang, kV/m. I m : biên •• c•a dòng •i•n ng•t, A. s,t 010 1 == ω π : th•i gian m•t n•a chu kì, [s]. Trong tr••ng h•p n•u ta cho tr••c s• h 1 t••ng •ng v•i giai •o•n th• nh•t c•a d•p h• quang (kho•ng cách t• m•t c•t phía trên c•a •ng sinh khí ••n mép l• bên s••n, hình 6-3a), n•ng l••ng t•a ra trong giai •o•n th• nh•t tính theo ph••ng trình: mhqtr IE h A ω 1 01 = (6-2) và áp su•t trong bình ch•a: 147 0 01 V l IE R p n mhqtr δ ω θ = (6-3) Tính áp su•t m•t cách chính xác theo công th•c này g•p nhi•u khó kh•n vì trong •ó giá tr• θ và E hqtr thay ••i ph• thu•c vào kích th••c c•a rãnh bu•ng d•p h• quang. Ngoài ra, trong các thi•t b• này h• s• sinh khí ph• thu•c nhi•u vào kích th••c và hình dáng ti•t di•n c•a rãnh th•i khí, mà • ••y h• quang cháy. Giá tr• •••c xác ••nh c• th• b•ng các tham s• thí nghi•m. Ví dụ, đối với trường hợp hồ quang cháy ở trong ống dẹp l, đường kính bên trong d: () () 2 3 1 2 10 36 1012 d, n I.l.,m t − = (6-4) Trong đó: m : trọng lượng tổn hao, kg. l : chiều dài ống, cm. I : giá trị thực của dòng điện, A. n t : số nửa chu kì của sự dập hồ quang. d : đường kính bên trong ống, cm. Nếu các điều kiện khác giống nhau, giải liên hợp (6-2) và (6-4) thì công thức để tính trị số cho các rãnh, tiết diện tròn là: hqtr m i i Ed Ih., A m 3 1 10 0 10642 − ==δ (6-5) Hình 6-3. Sơ đồ tính áp suất trong thiết bị dập hồ quang tự sinh khí. c b ) P t 2 a ) c d d 1 d 2 V 0 P t 1 h 1 148 Ví dụ: I m =1000A; h 1 =10cm; d=0,8cm và E hqtr =0,15kW/cm, δ=0,05.10 -4 kg/kW.s. Trong trường hợp này cường độ tương đối tạo thành khí rất thấp, ít hơn trong dầu khoảng 6 lần (xem chương 5). Như vậy, để tính chính xác phải dựa các tham số thí nghiệm về dạng tương tự như phương trình (6-4). Để tính gần đúng giá trị nhiệt độ và građien điện áp ở phương trình (6-3) có thể lấy một cách sơ bộ bằng: θ K 0 15001000 ÷ ≈ EVcm hqtr ≈ 150 / Để tính áp suất ở giai đoạn thứ nhất, ngoài những phương trình nêu trên, còn sử dụng các công thức kinh nghiệm. Một trong các công thức thực nghiệm (cho trường hợp dập tắt hồ quang trong rãnh nhựa phooc-mal-đê-hyđuyarê, tiết diện hình xuyến d 1 =2,54cm; d=1,27cm): 0 2 0420 V In, p ttr t ν = , kg/cm 2 (6-6) ν tr : tốc độ chuyển của động tiếp điểm trong bình, m/s. I : giá trị hiệu dụng của dòng điện, A. V 0 : thể tích của bình chứa, cm 3 . n t : số nửa chu kì dập tắt hồ quang. 2. Tính áp suất khí trong bình chứa ở giai đoạn thứ hai dập tắt hồ quang Quá trình thay đổi áp suất trong bình chứa sau khi mở lỗ thải khí được biểu thị bằng phương trình (5-35). Đối với trường hợp ta đang xét (V t =V 0 =const) phương trình này có dạng: 0 0 1 0 =−+ tt ttt N V Bp p V F dt dp α (6-7) Như trường hợp trước građien điện áp trên hồ quang có biên độ dòng điện ngắt được xem là không đổi. Như vậy: tsinIh. E tsinIUN mhqtrmhqt ω ω 1 = = Khi đó: U const I const hq m = = ; Trong trường hợp này dựa trên cơ sở của (6-7) và tương tự như (5-40) phương trình để tính áp suất trong bình chứa cuối nửa chu kì n của giai đoạn dập tắt hồ quang: ( ) p p ae a n n ≈ + + − 02 βπ ω (6-8) 149 Trong đó:a = + εω βω 22 εδ= RθEI h V hqtr m 1 0 , (kg/cm 2 .s) θgR k k k ,a k p 1 2 1 2 50 1 1 + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + ≈ − Nếu lấy một cách sơ bộ : k=1,3 thì: θRa p ≈ . Trong trường hợp hồ quang cháy ổn định khi mở lỗ áp suất ở cuối nửa chu kì tính theo công thức (5-41): 22 ω β ω ε + = = ∞ . a p (6-9) Trong nhiều trường hợp phải dùng phương trình (6-9) để tính. Khi dòng điện bé, dập tắt hồ quang đạt được bằng cách kéo hồ quang dài thêm ở phần dưới của ống (thấp hơn lỗ thải khí), nhờ vậy mức độ sinh ra khí được đảm bảo. Như đã nói ở trên áp dụng ống lót sinh ra khí cũng là một phương pháp để dập tắt hồ quang khi dòng điện bé. 3. Tính toán độ bền điện phục hồi của khoảng trống hồ quang khi dòng điện qua trị số không Bản chất của quá trình phục hồi độ bền điện của khoảng trống hồ quang buồng dập hồ quang tự sinh khí cũng giống như trong các thiết bị dập hồ quang có tự động thổi trong dầu (xem chương 5). Cho nên các phương trình (5-50), (5-52), (5-55), (5-57), đều đúng đối với thiết bị dập hồ quang tự sinh khí. Song, cũng cần phải nhắc đến một số điểm đặc biệt của buồng dập hồ quang tự sinh khí trong khi áp dụng các công thức nói trên: + Trong thành phần của khí, như bảng 6-1 đã nêu, chứa một phần khí CO. Do đó độ bền điện của hỗn hợp khí giảm nhiều. Do không đủ các tham số thực nghiệm ổn định về trị số độ bền điện của môi trường đó, nên chỉ đánh giá một cách định lượng: âbkâl U,U 50 ≈ Trong đó có U đbk là độ bền điện của không khí nén xác định theo các tham số ở chương 4. + Kinh nghiệm cho thấy rằng, thân dư của hồ quang trong buồng dập hồ quang tự sinh khí và các điều kiện khác có độ dẫn dư cao hơn khi dập hồ quang trong buồng dập hồ quang tự động thổi trong dầu. Cho nên trường hợp ngắt dòng điện lớn phương trình (5-55) có thể lấy giới hạn tần số của tác động riêng f 0 thấp hơn. Đánh giá khả năng ngắt và tính thời gian dập tắt hồ quang trên cơ sở của các phương pháp đã nêu ở chương 5. 151 CHƯƠNG 7 TÍNH KẾT CẤU THIẾT BỊ DẬP HỒ QUANG BẰNG TỪ TRONG KHÔNG KHÍ 7.1. ĐặC TÍNH CHUNG CủA QUÁ TRÌNH DậP Hồ QUANG ĐƯợC LÀM LạNH TRONG BUồNG DậP Hồ QUANG KIểU RÃNH Các thiết bị dập hồ quang bằng từ dùng phương pháp dập hồ quang nhờ ảnh hưởng của từ trường ngang làm hồ quang chuyển dịch và được làm lạnh theo nhiều kiểu khác nhau hay tăng quá trình phản ion hóa. Trong các thiết bị có các kiểu dập hồ quang sau: 1) Phân chia hồ quang ra thành nhiều hồ quang ngắn, sau đó dập tắ t ở các điện cực lạnh. 2) Do kết quả của sự kéo dài và chuyển dịch với tốc độ lớn trong không khí, thân hồ quang được làm lạnh kiểu đối lưu ngang. 3) Làm lạnh thân hồ quang trong rãnh phẳng hẹp do các thành của bình chứa tạo nên, hồ quang bị đẩy qua đó bằng từ trường ngang. Như vậy, trong các thiết bị này từ trường ngang thường được tạo bằng dòng điện hồ quang là phương tiện nâng cao hiệu quả của phương pháp làm lạnh kiểu khác nhau trong không khí ở áp suất bình thường. Ngày nay thường sử dụng các buồng dập hồ quang kiểu rãnh là kinh tế và hiệu quả hơn cả, cho nên sau này ta sẽ chỉ nghiên cứu cách tính và kết cấu các thiết bị như thế. Sơ đồ của buồng dập hồ quang kiểu rãnh ở hình 7-1. Sau khi các tiếp điểm tách rời dưới ảnh hưởng của từ trường ngang (thường được tạo bằng dòng điện hồ quang) thân hồ quang nhanh chóng bị kéo dài và sau đó chuyển dịch Hình 7-1. Sơ đồ dập tắt hồ quang trong bình kiểu rãnh. ν i i δ B Vuìng dáûp häö q uan g Vuìng keïo daìi så häö quang 152 vào vùng dập tắt, ở đấy các thành cách điện chịu nhiệt của bình chứa tạo thành rãnh hẹp. Khi đó, nếu chiều rộng của rãnh nhỏ hơn đường kính của thân hồ quang (d>δ) thì thân hồ quang bị biến dạng, tiết diện của nó thành hình chữ nhật bị kéo dài và diện tích tiếp xúc với bề mặt của các thành được tăng lên. Nhờ đó, giữa hồ quang và bề mặt của các thành tạo ra được sự tiếp xúc về nhiệt đảm bảo tản nhiệt tốt. Trong trường hợp này sự đối lưu và làm lạnh thân hồ quang bằng luồng không khí ngược chiều đóng vai trò không đáng kể. Trong trường hợp đang xét, các tiết diện trong vùng thân hồ quang giảm là do sự tái hợp một cách mạnh mẽ trên bề mặt các thành lạnh. Các công trình nghiên cứu đã chỉ ra, đối với phương pháp làm lạnh như vậy ti lệ giữa dòng điện hồ quang I hq , građien điện áp trên thân hồ quang E hq và đạo hàm của chúng theo thời gian có thể đặt trong dạng đặc tuyến V-A động. τ βδ 11 2 1 2 I dI dt E dE dt E k hq hq hq hq hq − ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ ⎥ =− (7-1) Tri số τ gọi là hằng số thời gian nhiệt của thân hồ quang và xác định theo phương trình: τ δ = C k p 2 Trong đó :C p là nhiệt dung riêng của khối đẳng li hồ quang ở áp suất không đổi, [W.s/cm 3 .độ]. δ : chiều rộng rãnh của bình chứa, cm. k : hệ số tản nhiệt chung trên bề mặt các thành rãnh, W/cm 2 .độ. Trị số β xác định theo phương trình: β α = tg Trong đó: α : góc nghiêng của đặc tuyến độ dẫn xuất ở khu đẳng li của hồ quang Η =f( θ ). Phương trình (7-1) cho phép xác định mức độ và đặc điểm ảnh hưởng của môi trường chung quanh đến hồ quang điện giống như đến một thành phần của mạch điện. Thay vào (7-1) với các điều kiện ( 00 == dt dE ; dt dI hqhq ) : E k A hq = = 21 β δ δ (7-2). Khi tiến hành giải E hq được tính: δ 19 = hq E , [V/cm] (7-3) Từ (7-1) thấy rằng khi hằng số thời gian rất bé ( () τ → 0 đặc tính động được xem như tĩnh, mặc dù: ( 00 ≠≠ dt dE ; dt dI hqhq ) . Từ các phương trình (7-1), (7-2) và (7-3) tiến hành tính các quá trình đóng ngắt trong mạch điện với dòng điện ngắt bằng buồng dập hồ quang kiểu rãnh. Cũng xác định các 153 kích thước của buồng dập hồ quang khi cho trước các tham số của mạch, điện áp của nguồn và thời gian dập tắt hồ quang. 7.2. NGắT MạCH ĐIệN CảM BằNG BUồNG DậP Hồ QUANG KIểU RÃNH Quá trình dập tắt hồ quang trong buồng dập hồ quang kiểu rãnh có những đặc điểm sau: 1) Khi thân hồ quang tương đối dài, điều kiện tốt nhất là dập hồ quang bắt đầu ở cuối nửa chu kì dòng điện. Như vậy trong quá trình dập hồ quang thì điện áp trên thân hồ quang tương đối lớn và điều đó ảnh hưởng đến sự thay đổi dòng điện trong mạch ngắt. 2) Sau khi dòng điện hồ quang đi qua trị số không, độ dẫn dư của vùng dập hồ quang tương đối lớn, như vậy quá trình phục hồi điện áp có các đặc điểm là không có chu kì. Chúng ta xét quá trình dập tắt hồ quang trong buồng dập hồ quang kiểu rãnh khi ngắt mạch điện cảm ở mạch điện xoay chiều (hình 7-2). Phương trình cân bằng áp: )tsin(UU dt di L mhq ϕω +=+ (7-4) Trong đó theo (7-2) thì: hqhq l A U δ = :là điện áp trên hồ quang. l hq : chiều dài hồ quang. ϕ : góc pha đầu của điện áp. Hình 7-2: Tính dòng điện hồ quang trong buồng dập hồ quang kiểu rãnh. L u=U m sinωt u hq = const 154 Như vậy khi có chiều rộng rãnh δ và chiều dài hồ quang l hq xác định thì điện áp trên hồ quang không đổi: U hq = U hq0 =const Như đã biết, với các điều kiện này nghiệm của (7-4) có dạng: ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ −++−= )t( U U )tcos(Ii m hq mhq ωπϕω 0 (7-5) Từ phương trình này thấy rằng, khi giá trị của tỷ số U hq0 /U m lớn thì dạng đường cong của dòng điện có thể rất khác hình sin còn góc lệch pha ϕ giảm xuống. Như vậy điều kiện dập tắt hồ quang bắt đầu ở thời điểm t = 0(dòng điện qua trị số 0) điện áp trên hồ quang bằng điện áp lưới điện, góc lệch pha ϕ đạt tới giá trị tới hạn nhỏ nhất ϕ = ϕ 0 . 00 ϕ sinUU mhq = (7-6) Góc lệch pha giới hạn ϕ 0 được xác định theo phương trình (7-5) khi cho trước các điều kiện là t = 0, i hq = 0 và ϕ = ϕ 0 . ϕ 0 = arctg 2 π =32 0 . Như vậy, phương trình biểu thị điều kiện dập tắt hồ quang khi cho trước điện áp của mạng lưới có dạng: mammhqhq UkU,),sin(Ul A U ==≥= 5370532 0 0 δ (7-7) Với k a là hệ số biên độ. Trong tính toán các thiết bị dập hồ quang cần phải lấy trị số tối thiểu cho phép của biên độ điện áp ngược làm điện áp U m , đối với mỗi một cực của máy ngắt ba cực được xác định theo phương trình: UU md = 0 866 2, Với U d là giá trị điện áp dây định mức trong mạch ngắt ba pha. 155 Mức độ giảm biên độ dòng điện hồ quang trong trường hợp giới hạn (ϕ=ϕ 0 ) cũng tìm được theo phương trình (7-5). ω π ϕ t = + 0 Khi đó biên độ tính toán của dòng điện hồ quang (với đường cong biến dạng). mmmhq I,)(,II 4630 2 53701 0 = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ −−−= ϕπ π (7-8) Từ các phương trình (7-7), (7-8) thấy rằng, điều kiện để dập tắt hồ quang trong buồng dập hồ quang kiểu rãnh rất dễ ràng do trị số của hệ số biên độ điện áp ngược giảm xuống rất nhiều và biên độ dòng điện ngắt cũng giảm xuống. 7.3. TÍNH TốC Độ CHUYểN ĐộNG CủA Hồ QUANG DƯớI ảNH HƯởNG CủA Từ TRƯờNG NGANG TRONG BUồNG DậP Hồ QUANG KIểU RÃNH Trong các bình chứa kiểu rãnh dập tắt hồ quang bằng từ dưới ảnh hưởng của từ trường ngang được tạo thành bằng điện từ riêng (hệ thống thổi từ) thân hồ quang chuyển dịch và bị kéo dài ra trong quá trình dập tắt. Quá trình dập tắt hồ quang trong các thiết bị chia ra làm hai giai đoạn. Giai đoạn thứ nhất, sự hình thành hồ quang trên các tiếp điểm dập hồ quang nhanh chóng bị kéo dài và chuyển dịch đến vùng dập tắt (vùng của bình chứa có khoảng cách giữa các bề mặt làm lạnh bé). Giai đoạn thứ hai thân hồ quang chuyển động ở rãnh khe hẹp, nhờ tiếp xúc của hồ quang với các bề mặt làm lạnh về nhiệt tốt nên tạo được các điều kiện thuận lợi dập tắt hồ quang. Trong bình chứa k ết cấu hợp li khi thời gian của giai đoạn thứ nhất cần phải giảm Hình 7-3. Sự thay đổi của dòng điện hồ quang trong mạch ngắt dòng xoay chiều trong buồng dập hồ quang kiểu rãnh. ωt U m sinωt I m cos( ω t+ ϕ ) ϕ ϕ t hq =0 0 U hq π/2U m - U hq π/2U m i hq U hq /U m (π/2- ω t) 0 π 156 tối thiểu đến mức có thể. Cho nên trong vùng kéo dài tốc độ chuyển động hồ quang phải lớn nhất. Sự chuyển động hồ quang phải xảy ra ở rãnh khe hẹp (vùng dập tắt). Xuất phát từ nhiệt độ đốt nóng bề mặt của thành bình chứa để chọn tốc độ chuyển dịch thân hồ quang bé nhất khi cho trước giá trị dòng điện hồ quang. Tốc độ chuyển d ịch hồ quang tăng vượt quá mức cần thiết thì không tạo được điều kiện tốt để làm lạnh thân hồ quang, nhưng trong thời gian này đòi hỏi tăng kích thước của vùng dập tắt h 1 , nghĩa là tăng kích thước của bình chứa. Trong vùng kéo dài, khoảng cách giữa các thành lớn, tốc độ chuyển động của hồ quang trong từ trường ngang có thể tính trên cơ sở các công trình nghiên cứu theo: 3 2 0 3 2 3 1 2 10851 γ ν C Bi., hq = , m/s. (7-9) Trong đó: i hq : dòng điện hồ quang, A. B : mật độ từ thông của từ trường ngang, Wb/m 2 . γ : khối lượng riêng của khí, kg/cm 3 . C 0 : hệ số điện trở xác định theo đường cong hình 7-4. Đối với tính gần đúng mật độ từ thông trong khoảng 0 < B< 0,1Wb/m 2 lấy C 0 ≈ 2,4. Khi đó đối với sự chuyển động của hồ quang trong không khí ở áp suất khí quyển bình thường ( γ=1,1kg/m 3 ) có dạng: ν iB hq ≈ 73 1 3 2 3 (7-10) Hình 7-4. Tốc độ chuyển động hồ quang trong từ trường ngang. B[Wb/m 2 ] C 0 1,0 2,0 3,0 4,0 0 0,04 0,08 0,12 0,16 0,2 [...]... giữa các cực (3) khi cho biết dòng đi n và các tham số của hệ thống thổi từ tiến hành bằng các phương pháp thường áp dụng trong tính toán mạch từ Trong trường hợp nếu các đầu cực hoàn toàn bao bọc vùng hồ quang cháy, ví dụ: vùng kéo dài ban đầu, cường độ từ trường trong vùng này (hình 7-5) tính theo: iW Hδ = kδ , [A/m] δn Trong đó: i : dòng đi n trong cuộn dây (dòng đi n hồ quang), A W : số vòng dây.. .Trong các thiết bị này từ trường ngang được tạo thành hệ thống thổi từ (hình 7-5), hệ thống này thường gồm vật dẫn từ khép kín bằng sắt cùng với các cực và cuộn dây Cực của vật dẫn từ bao bọc một phần hay hoàn toàn vùng hồ quang cháy Cuộn dây (một hay một số) thổi từ thường mắc vào mạch chính của máy ngắt và được kích từ bằng dòng đi n hồ quang Cách tính mật độ từ thông ở trong khe hở... cách của khe hở làm việc, m kδ . dòng đi n. Như vậy trong quá trình dập hồ quang thì đi n áp trên thân hồ quang tương đối lớn và đi u đó ảnh hưởng đến sự thay đổi dòng đi n trong mạch ngắt. 2) Sau khi dòng đi n hồ quang đi. đi n có thể rất khác hình sin còn góc lệch pha ϕ giảm xuống. Như vậy đi u kiện dập tắt hồ quang bắt đầu ở thời đi m t = 0(dòng đi n qua trị số 0) đi n áp trên hồ quang bằng đi n áp lưới đi n,. khí cũng giống như trong các thiết bị dập hồ quang có tự động thổi trong dầu (xem chương 5). Cho nên các phương trình (5-50), (5-52), (5-55), (5-57), đều đúng đối với thiết bị dập hồ quang tự