HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN : MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP part 3 pps

43 Phương trình (3-5) cho phép tính cường độ phụ tải điện động tại điểm M x bất kì. Trên đoạn phải tính CD đánh dấu các điểm M xi tùy ý, kẻ những tia r 1i ; r 2i từ các đầu cuối của đoạn tác động AB đến các điểm M xi trên hình 3-2 đo các góc tương ứng α 1i , α 2i và xác định các giá trị hệ số mạch vòng K kh . Hình bao các véc tơ f xi cho ta biểu đồ phân bố phụ tải điện động dọc đoạn dây phải tính. Trị số tổng hợp lực điện động xác định từ: FmnS 00 2 = (3-6) Trong đó: S 0 : là diện tích của biểu đồ. m : là tỉ lệ xích cường độ phụ tải. n : là tỉ lệ xích độ dài. Hướng véc tơ lực tổng hợp vuông góc với trục dây dẫn và đi qua trọng tâm biểu đồ. Cũng áp dụng phương pháp đồ thị phân tích cho trường hợp các thành phần mạch vòng dẫn điện nằm trong không gian. Khi hai đoạn nằm song song hay vuông góc với nhau tính theo phương trình (3-5). Trong trường hợp hai đoạn song song (hình 3-1). Có x S const== ; cosα 1 1 = h r ; () 2 1 2 r hl cos − =− απ Hình 3-2.Sơ đồ phương pháp phân tích để tính tác động của lực điện động. F 02 f x1 f x3 f x2 C 1 2 3 D A B x 3 x 2 x 1 l 1 b 1 b 2 b 3 r 11 α 11 α 21 r 21 44 Vậy: ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − += 2 1 1 1 r hl r h S A f h (3-7) Trong trường hợp hai dây dẫn nằm vuông góc: r l . S A f h 1 1 = (3-8) Với những trường hợp chỉ yêu cầu tìm các giá trị của lực điện động trong các dây dẫn thẳng thì phương pháp G.B. Kholiapski là phù hợp. Phương pháp này gồm những phương trình tính hệ số mạch vòng K mV cho các trường hợp của đoạn thẳng dây dẫn nằm ở các vị trí khác nhau được đưa về dạng hệ thức đơn giản hơn của các tham số hình học đặc trưng. Ví dụ: 1) Khi hai đoạn thẳng song song (hình 3-3a) hệ mạch vòng tính theo: () ( ) 0 2121 S SSdd K CD/AB +−+ = (3-9) Bảng 3-1: Các công thức tính cường độ phụ tải điện động a) 2 α r 2 f 1h l 1 l 2 M h h 1 α r 1 S cm/kg, r h r hl S l ., h f ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + − − = 12 1 2 8 10021 1 b) f 1x x 2 2 π α = M x l 1 r 1 1 α cm/kg, r l . S l ., x f 1 1 2 8 10021 1 − = c) x f 1x b 2 α M x r 2 d) 2 α l 1 r 2 45 l 1 1 α r 1 cm/kg, r b r hl S l ., x f ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − + − = 21 1 2 8 10021 1 b 1 α M x r 1 x 1-Khi :, 22 21 π α π α >< cm/kg, r b r bl S l ., x f ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + − − = 12 1 2 8 10021 1 2-Khi :, 22 21 π α π α >> cm/kg, r b r bl S l ., x f ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − + − = 12 1 2 8 10021 1 Như vậy hệ số mạch vòng của hai đoạn thẳng song song bằng tỉ số của hiệu giữa tổng hai đường chéo và tổng hai cạnh trên khoảng cách giữa hai đoạn, không phụ thuộc vào chiều dài của chúng. 46 2) Khi hai đoạn thẳng nằm vuông góc trên một mặt phẳng (hình 3-3b) hệ số mạch vòng: ( ) ( ) ()( ) 222121 222121 CD/AB SSSS dddd lnK ++ + + = (3-9a) Trong đó: - d 1 , d 2 và S 1 , S 2 :là các đường chéo và các cạnh tương ứng của tứ giác được dựng bởi các đoạn thẳng phải tính. - d 12 và d 22 :là hình chiếu của các đường chéo tương ứng d 1 , d 2 trên hướng của đoạn bị tác động. - S 12 và S 22 :là hình chiếu của các cạnh trên hướng của đoạn bị tác động. Trong trường hợp đang xét: Hình 3-3.Sơ đồ để tính hệ số mạch vòng. S 0 A S 2 d 1 d 2 S 1 B C D a) 2 A S 2 d 1 d 2 S 1 B C D c) E 1 o F K L M l 2 A S 2 d 1 d 2 S 1 B C D b) b l 1 a o 47 bSd 1212 = = blSd 22222 + = = Từ cách dựng trên hình (3-3c) cũng với các đoạn thẳng đó thì tỉ số của phương trình (3-9a) thay đổi như sau: () ( ) ()() KE ME BF LE . KE BE SSSS dddd == ++ ++ 222121 222121 Như thế hệ số mạch vòng ở dạng đơn giản hơn: KE ME lnK CD/AB = (3-9b) Xét một ví dụ về cách tính lực điện động bằng phương pháp đồ thị phân tích tác động vào từng phần mạch vòng dẫn điện của máy ngắt dầu. Ví dụ: Sơ đồ mạch vòng dẫn điện của máy ngắt dầu điện áp 110kV với các kích thước và sứ bố trí tương hỗ của từng bộ phận (hình 3-4). Tính toán theo giá trị biên độ của dòng điện: A49000I m = Trong tính toán cần xác định: 1) Cách phân bố và tổng trị số phụ tải điện động cho đoạn 2 (xa tiếp điểm) khi tác động tương hỗ với các đoạn 1 và 3. 2) Cũng thế cho đoạn 1 khi tác động tương hỗ với các đoạn 2 và 3. Khoảng tiếp xúc của dòng điện từ chi tiết này sang chi tiết khác dưới 2 cm thì không tính đến lực điện động. Hình 3-5 là cách xây dựng đồ thị và k ết quả nêu ở bảng 3-2, 3-3 và 3-4. Các bảng đó giới thiệu cách tính cường độ phụ tải dọc từng phần của mạch vòng dựa trên các công thức trong bảng 3-1. Lấy tích phân đồ thị của các biểu đồ phụ tải (hình 3-5) cho giá trị lực tổng. Các véc tơ cũng được chỉ dẫn trong hình. Theo sự phân bố phụ tải dọc thanh và theo các giá trị lực tổng có thể xác định mô men lực đối vớ i điểm bất kì chỗ nối thanh dẫn, sau đó xác định độ bền cơ cần thiết của sứ cách điện và độ cứng của từng thanh dẫn. Hình 3-4. Sơ đồ mạch vòng dẫn điện của máy ngắt nhiều dầu. 1530 400 1040 1 2 3 48 Baớng 3-2: Tờnh lổỷc õióỷn õọỹng tổỡ õoaỷn 1 vaỡo õoaỷn 2(hỗnh 3-6a) Sọỳ caùc õióứm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 x, cm 2 6,35 10,7 15,05 19,45 23,8 28,2 32,6 3,7 b, cm 3 4 5 6 7 8 9 10 11 r 1 , cm 152 152,5 154 156 157 159 161 162 164 r 2 , cm 3,8 7 11 16 21 26 30 34 39 + 1 1 r bl 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 r b = 0,8 0,57 0,45 0,38 0,33 0,31 0,3 0,29 0,28 2 8 10021 I xx A ., = [kg/cm] 12,1 3,8 2,3 1,6 1,25 1,0 0,86 0,74 0,65 ]cm/kg[ , r b r bl x A + 21 1 2,42 1,63 1,27 1,0 0,68 0,65 0,6 0,52 0,48 Hỡnh 3-5. S tớnh lc in ng trong mch vũng ca mỏy ngt nhiu du . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 3 5 7 9 2 4 6 8 2 1 3 f 1 (3 1) f 1 f 1 (2 1) F 02 = 150k g 2 f 1 f 1 (1 2) 49 Baớng 3-3: Tờnh lổỷc õióỷn õọỹng tổỡ õoaỷn 2 vaỡo õoaỷn 1(hỗnh 3-6b) S cỏc im 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x, cm 2 11,1 20,2 38,5 56,8 75 93,2 111,5 129,7 148 b, cm 2 4,12 6,2 10,5 14,8 19 23,3 27,5 31,8 36 r 1 , cm 38 41 46 60 75 92 110 128 146 164 r 2 , cm 3 12,3 21,8 40,5 59,8 78 96,8 115,5 134,8 153 + 1 2 r bl 0,97 0,95 0,9 0,76 0,66 0,59 0,53 0,48 0,45 0,43 2 r b = 0,66 0,33 0,29 0,26 0,26 0,245 0,4 0,238 0,236 0,234 2 8 10021 I xx A ., = [kg/cm] 12,1 2,18 1,2 0,63 4,3 0,32 0,26 0,22 0,18 0,16 ]cm/kg[ , r b r bl x A + 21 2 3,75 1,64 0,73 0,315 0,175 0,11 0,075 0,055 0,04 0,03 S cõc im 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x, cm 2 11,1 20,2 38,5 56,8 75 93,2 111,5 129,7 148 b, cm 2 4,12 6,2 10,5 14,8 19 23,3 27,5 31,8 36 r 1 , cm 38 41 46 60 75 92 110 128 146 164 r 2 , cm 3 12,3 21,8 40,5 59,8 78 96,8 115,5 134,8 153 + 1 2 r bl 0,97 0,95 0,9 0,76 0,66 0,59 0,53 0,48 0,45 0,43 2 r b = 0,66 0,33 0,29 0,26 0,26 0,245 0,4 0,238 0,236 0,234 2 8 10021 I xx A ., = [kg/cm] 12,1 2,18 1,2 0,63 4,3 0,32 0,26 0,22 0,18 0,16 ]cm/kg[ , r b r bl x A + 21 2 3,75 1,64 0,73 0,315 0,175 0,11 0,075 0,055 0,04 0,03 50 Bảng 3-4: Tính lực điện động từ đoạn 3 vào đoạn 1(hình 3-6c) Số các điểm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x, cm 40 44 48 56 64 72 80 88 96 104 b, cm -9 0 8 25 42 59 76 92 110 126 r 1 , cm 40 45 49 60 75 92 110 127 145 163 r 2 , cm 163 156 150 136 125 115 108 105 104 103 ≈ + 2 3 r bl 0,98 0,96 0,95 0,92 0,86 0,79 0,68 0,55 0,38 0,23 1 r b = -0,22 0 0,16 0,42 0,56 0,64 0,69 0,72 0,76 0,77 2 8 10021 I xx A ., − = [kg/cm] 0,6 0,55 0,5 0,43 0,38 0,34 0,3 0,27 0,25 0,23 Hình 3-6. Sơ đồ để tính lực điện động trong các bảng 3-2(hình a), 3-3(hình b), 3-4(hình c) . x f 1x b l 1 1 2 r 2 r 1 M x α 1 α 2 a) x f x1 b l 2 1 2 r 2 r 1 M x α 1 α 2 b) x f x1 b l 3 =l 1 1 2 r 2 r 1 M x α 1 α 2 c) 51 ]cm/kg[ , r b r bl x A ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + − 12 3 0,45 0,53 0,56 0,57 0,54 0,48 0,41 0,34 0,28 0,25 3.3. TÍNH TOÁN NHIệT CủA MạCH VÒNG DẫN ĐIệN Tính toán nhiệt của mạch vòng dẫn điện gồm tính toán các phần tử dẫn và tiếp điểm riêng của nó ở các điều kiện làm việc khác nhau: 1) Tính sự phát nóng các phần dẫn điện do dòng điện định mức khi làm việc dài hạn gây ra. 2) Tính sự phát nóng các phần dẫn điện do dòng điện ngắn mạch gây ra (tính độ bền vững nhiệt). 3) Tính sự phát nóng các hệ thống tiếp điểm khi làm việc dài hạn ở dòng điện định mức. 4) Tính độ bền vững của các hệ thống tiếp điểm khi dòng điệ n ngắn mạch xuyên qua. Trong quá trình tính toán cần phải chọn các kích thước chính cho phù hợp, các hình dạng kết cấu từng phần của mạch dòng để đảm bảo sự làm việc bình thường không tăng quá nhiệt độ phát nóng giới hạn. Các tiêu chuẩn ΓOCT 8024-56 (bảng 3-5) là cơ sở tính toán nhiệt các phần dẫn điện khi làm việc dài hạn. Các phương pháp tính toán sự phát nóng các phần dẫn điện do dòng điện gây ra dựa trên cơ sở giải phương trình cân bằng nhiệt, có tính đến các điều kiện trao đổi nhiệt (điều kiện giới hạn và điều kiện ban đầu). Ở các phần dẫn điện tương đối dài khi phát nóng thì nhiệ t độ giảm ít theo tiết diện và thực tế có thể bỏ qua. Trong trường hợp này phương trình cân bằng nhiệt cho tiết diện x bất kì của dây dẫn có dạng: )( F kS J x v t C x x xx 0 2 2 2 θθρ ∂ ∂ λ ∂ ∂υ γ −−+= (3-10) C: là tỉ nhiệt của vật liệu dây dẫn, W.s/g.độ. γ : là khối lượng riêng của vật liệu, g/cm 3 . λ : là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu dây dẫn, W/cm.độ. J x : là mật độ dòng điện ở tiết diện F x , A/cm 2 . ρ x : là điện trở suất, Ω cm. k : là hệ số tản nhiệt từ bề mặt dây dẫn, W/cm 2 .độ. S x : là chu vi tiết diện ngang, cm. F x : là diện tích tiết diện ngang, cm 2 . θ 0 : là nhiệt độ môi trường chung quanh, o C. 52 Vế bên trái của phương trình biểu thị quá trình nhiệt hệ thống sinh ra ở trạng thái không cân bằng nhiệt. Thành phần thứ nhất của vế phải phương trình chỉ sự tồn tại nhiệt thông theo hướng trục x (nhiệt giáng trục). Hệ thống như vậy gọi là không đồng nhất. Trong thực tế thiết kế máy ngắt phải tính các phần dẫn điện có hình dạng khác nhau, làm việc ở điều kiện phát nóng và trao đổi nhiệt khác nhau với môi truờng xung quanh, và cả các phần tử bên cạnh của mạch dẫn điện. Sau đây giới thiệu các trường hợp chung nhất và các phương trình cân bằng năng lượng tương ứng với các trường hợp: 1) Quá trình phát nóng xác lập của phần dẫn điện đồng nhất: () ⎪ ⎭ ⎪ ⎬ ⎫ −= −= 0 2 0 2 θθ ρ θθρ kSF I F kS J (3-10) 2) Quá trình phát nóng xác lập của phần dẫn điện khi tồn tại nhiệt thông theo hướng trục: () 0 0 2 2 2 =−−+ θθρ θ λ F kS J d x d Hay: 0 2 2 2 1 2 2 =+− aa d x d θ θ (3-11) λ ρ θ λλ 2 021 J F kS a; F kS a +== 3) Quá trình phát nóng của phần dẫn điện đồng nhất: 0 0 2 = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +−+ θ ρ γ θ γ θ kS FJ FC kS FC kS dt d (3-12) 4) Sự phát nóng của phần dẫn điện đồng nhất do dòng điện ngắn mạch gây ra tính theo phương trình (3-10) áp dụng với: () 0 2 2 0 2 =−>> x ; F kS .J ∂ θ∂ θθρ ρ θ γ 2 J dt d C = Hay: ( ) () βθ αθρ γ θ + + = 1 1 0 0 2 C . J dt d (3-13) Bảng 3-5:Các tiêu chuẩn phát nóng các phần của thiết bị điện điện cao áp khi làm việc dài hạn (theo ΓOCT 8024-56) [...]... n s nh hng ca quỏ trỡnh i lu theo cụng thc sau: tõ = kk õl (3- 31) kk : l nhit dn xut ca khụng khớ khi khụng cú i lu õl : l h s i lu õl = A .4 (3- 32) Trong : = r1 r chiu dy lp khụng khớ, m : l chờnh nhit s b trong lp ú Cỏc tr s ca h s A i vi khụng khớ nh trong bng 3- 8 Nh vy, sau khi bin i h thng c xột n s tớnh toỏn n gin hỡnh 3- 13b Bng 3- 8: Cỏc tr s A i vi khụng khớ 0 C A 0 19,4 20 18,4... phn phng trỡnh (3- 22) v (3- 23) cú dng: 1 = A 1ea1x + A 2 e a1x 1y (3- 22) (3- 23) (3- 24) 1y : l nghim riờng xỏc nh nhit ca thanh dn di vụ tn on 1 a2 1y = 2 2 a1 2 = B1eb1x + B 2 e b1x + 2y (3- 25) b2 2 2 b1 T cỏc iu kin gii hn, tỡm cỏc h s hng s ca cỏc phng trỡnh ny: a2 a) x = ; 1 = 2 = 1y 2 a1 2y = b2 b) x = ; 2 = 2 = 2y 2 b1 d d c) x = 0; 1 = 2 = c ; 1 = 2 dx dx c : l nhit ranh gii gia... hỡnh 3- 9 thỡ phng trỡnh nhit thụng hng tõm l: m n n (3- 15) r 1 = J2.F = m R ri + 1 ln ri 1 i =n 2 i =1 i Trong : r1 : l nhit thụng hng tõm trờn mi on n v, W/cm J: l mt dũng in trong thanh dn, A/cm2 = 0 (1 + ) : l in tr sut ca vt liu thanh dn nhit , .cm F: l din tớch tit din ngang ca thanh dn in, cm2 m : l nhit phỏt núng thanh dn im C, 0C n : l nhit mt ngoi s vo ,0C i : l... Tip sau tin hnh tớnh s phõn b nhit , phng trỡnh tng quỏt cho mi on cú dng: d 2 2 a1 + a2 = 0 (3- 33) 2 2 dx k 1 Sm1 k Sm1 J2 a1 = ;a2 = 1 1 + 1 0 F1 F1 F1 : l tit din ca on 1 dõy dn in, cm2 : l nhit dn vt liu dõy dn in, W/cm. J : l mt dũng in i vi on ny 0 : l nhit ca mụi trng xung quanh d 2 2 b1 + b2 = 0 (3- 34) 2 2 dx 63 ... r1< r . vòng dẫn điện của máy ngắt dầu điện áp 110kV với các kích thước và sứ bố trí tương hỗ của từng bộ phận (hình 3- 4). Tính toán theo giá trị biên độ của dòng điện: A49000I m = Trong tính toán. 3. 3. TÍNH TOÁN NHIệT CủA MạCH VÒNG DẫN ĐIệN Tính toán nhiệt của mạch vòng dẫn điện gồm tính toán các phần tử dẫn và tiếp điểm riêng của nó ở các điều kiện làm việc khác nhau: 1) Tính sự. 0, 43 0 ,38 0 ,34 0 ,3 0,27 0,25 0, 23 Hình 3- 6. Sơ đồ để tính lực điện động trong các bảng 3- 2(hình a), 3- 3(hình b), 3- 4(hình