may ngat dauBK.Doc

Máy ngắt đầu BK

Lời Nói Đầu

Để hòa nhập với nền kinh tế thế giới và để theo kịp các nớc phát triển.Đất nớc ta đang thúc đẩy mạnh quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa.Để thực hiện đợc quá công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa chúng ta đang chú ý phát triển nhiều nghành,trong đó nghành điện là nghành rất quan trọng.Có thể nói đất nớc muốn phát triển thì đầu tiên nghành năng lợng điện phải phát triển.Bởi vì mọi lĩnh vực sản suất đều rất cần đến điện.

Trong quá trình truyền tải vầ vận hành sử dụng điện không thể tránh khỏi các sự cố nh quá điện áp ,ngắn mạch dẫn đến sự quá dòng điện.Để đảm bảo an toàn khi vận hành và sử dụng điện chúng ta cần có các khí cụ điện tự động bảo vệ sự cố.Trong đó máy ngắt dầu là một khí cụ quan trọng.

Đợc sự hớng dẫn và chỉ bảo tận tình của thày giáo:Bùi Tín Hữu đã giúp em nghiên cứu máy ngắt dầu.Do kinh nghiệm thực tế còn thiếu nên không thể tránh khỏi các sai lầm thiếu sót nhng với sự hớng dẫn tận tình của thày em sẽ cố gắng hoàn thiện và

Phần I:khái quát về máy ngắt dầu

I)Khái quát và công dụng.

Máy ngắt dầu là thiết bị dùng đẻ đóng cắt trong các điều kiện bình thờng và tự động ngắt khi có sự cố ngắn mạch hoặc quá tải.Máy ngắt dầu làm việc ở dòng ngắn mạch hoặc quá tải là trạng thái làm việc nặng nề nhất của máy.tùy theo môi trờng dập hồ quang mà ta có thể phân thành các loại máy ngắt khác nhau.

[[[[[[[[{{{{{–máy ngắt dầu sử dụng dầu làm cách điện và làm tác nhân dập hồ quang máy ngắt dầu làm việc có độ tin cậy cao lên đợc sử dụng nhiều trong thực tế

Nguyên lý làm việc của máy ngắt dầu:

Trong quá trình ngắt hồ quang phát sinh ra giữa các tiếp điểm tiếp xúc trực tiếp với dầu dới tác dụng của nhiệt độ cao của dầu (khoảng 5000 đến 60000c)làm cho dầu nhanh tróng sôi và bốc hơi tạo thành hỗn hợp khí hơi gồm chủ yếu là hidro và hơi dầu ,làm cho nhiệt độ giảm xuống và dập tắt hồ quang

Bọc hỗn hợp khí hơi này có 40% hơi dầu ,60% là khí thành phần khí phụ thuộc vào thành phần của dầu gồm 70 đến 80% là hidro ,15 đến 20% là acetilen,5 đến 10% là mêtan và etilen.hidro có tính dẫn nhiệt cao nhất trong các loại khí và có độ bền điện cao cho nên hidrô có khả năng làm lạnh dầu và dập hồ quang tốt.

Hiệu quả dập hồ quang còn phụ thuộc vào tốc độ khí đợc thải ra ngoài khi khí đợc thải ra ngòai làm cho hỗn hợp khí nóng và khí lạnh bị xáo động tạo điều kiện làm lạnh và tăng quá trìng phản ion ,quán tính của dầu làm cản trở khi hơi nóng giãn nở nên làm cho áp suất tằng thúc đẩy quá trình đối lu làm lạnh thân hồ quang

Khi dập hồ quang thì năng lợng dập hồ quang bị tiêu hao trong các phần; -khoảng 77% năng lợng dùng để sinh khí và hơi dầu

-11% làm dầu chuyển động

-khoảng 7% nẳng lợng làm cho tiếp điểm bị nóng lên khoảng 5% làm cho vỏ thùng bị biến dạng.

(*) các bộ phận chính của máy ngắt ít dầu

máy ngắt ít dầu thì dầu chỉ làm nhiệm vụ dập hồ quang chứ không làm nhiệm vụ cách điện thờng phải dùng các chất rắn để cách điện nh là sứ hoặc bakêlít.chính vì vậy điện áp chịu đựng của máy ngắt ít dầu không cao do đó chỉ sử dụng làm máy ngắt phụ tải và máy ngắt đặt ở đầu cực máy phát điện

máy ngắt có rất nhiều loại kết cấu khác nhau.tùy theo mục đích sử dụng mà chọn sơ đồ kết cấu cho hợp lý.ở đây em chọn sơ đồ kết cấu theo hình 3-12 (sách khí cụ điện cao áp).

buồng đập hồ quang 6 đặt trong bình trụ tròn 3 chứa đầu biến áp 5 tiếp điểm cố định 1 nằm ở đáy bình

thanh tiếp điểm động 2 chuyển động lên suống trong sứ cách điện 7 sứ cách điện này co nhiệm vụ cách điên giữa tiếp điểm động và nắp 4

trong quá trình làm việc bình kim loại đợc cách điện với các chi tiết nối đất bằng sứ trụ 8 hoặc 9.

Máy đóng ngắt nhờ cơ cấu truyền động ,thanh tiếp điểm động đợc nối gián tiếp với đòn bẩy 12 qua sứ kéo 10 ,còn đầu kia của đòn bầy gắn với lò xo ngắt 13.đòn này đuợc

Mức độ cách điện phải phù hợp với tính chất nhà nớc hiện nay Mức độ này phải đảm bảo khoảng cách cách điện cần thiết và kích thớc chính của các chi tiết cách điện Vật liệu cách điện cos:không khí ,dầu ,chất rắn và phức hợp

Độ bền cách điện đợc thể hiện bằng điện áp chọc thủng ,điện áp phóng điện trên bề mặt và độ bền xung.Điện áp mà xảy ra chọc thủng gọi là điện áp chọc thủng ,còn điện áp mà điện.

Trong vận hành ngoài điện áp làm việc khí cụ điện còn chịu quá điện áp khí quyển và quá điện áp nội bộ.do vậy cần xách định chính xác các khoảng cách cách điện

Ta có :

Upđt=kdt.Upđ

Trong đó

Kdt là hệ số dự trữ

Upd là trị số tiêu chuẩn của điện áp phóng điện

Từ Uđm=22(kv) từ bảng 1-9 trong sách khí cụ điện cao áp và phơng pháp tuyến tính hóa

S2 khoảng cách giữa bình và tờng Coi phóng điện tromg không khí

Kdt=1,5 nên Upd=1,5.86=129(kv)

Phóng điện trong không khí thanh mặt

Đầu nối là phần tử rất quan trọng trong khí cụ điện,vì nó nối các bộ phận dẫn điện để đua điện vào do vậy cần chú ý chọn đầu nối sao cho phù hợp với yêu cầu thiết kế đặc biệt là trong cao áp

đầu nối Có hai phần:các đầu cực để nối với các dây dãn bên ngoàI và nôí với các bộ

nhiệt độ phát nóng cho phép của đồng ở là 750c nh vậy thỏa mãn ở chế độ dài hạn

.Kiểm tra thanh dẫn ở ché độ ngắn hạn.

chế độ ngắn hạn dòng điện tăng rất cao do đó tiếp điểm nóng mạnh có thể nóng chảy nh vậy thì rất nguy hiểm cho thiết bị điện do đó thanh dẫn phải đảm bảo ở chế độ ngắn hạn không đợc phát nóng quá trị số cho phép.vì quá trình ngắn xảy ra trong thời gian ngắn nên nhiệt độ phát nóng cho phép ở chế độ này cũng lớn hơn ở chế độ dài hạn.

vì thời gian ngắn mạch bé nen có thể coi quá trình nhiệt này là quá trình đoạn nhiệt.nghĩa là toàn bộ nhiệt lợng do thiết bị hấp thụ chứ không tỏa ra ngoài môi trờng xung quanh.do đó phơng trình cân bằng nhiệt có dạng.

ρ lµ ®iªn trë suÊt cña vËt liÖu ë 00c

l,F lµ chiÒu dµi vµ tiÕt diÖn cña thanh dÉn Ct lµ hÖ sè nhiÖt ®iÖn trë cña vË liÖu thanh dÉn Ct=C0(1+β.θ ).G

C0 lµ nhiÖt dung riªng cña vËt liÖu ë 00c.

β lµ hÖ sè nhiÖt cña nhiÖt dung riªng.

G lµ khèi lîng cña thanh dÉn.

Khèi lîng vËt dÉn cã thÓ tÝnh theo thÓ tÝch vµ khèi lîng riªng

Cần phải kiểm tra điều kiện jnm<[jnm] trong thời gian là 1(s), 3(s), 5(s), 10(s) Với tnm=1(s) thì dòng điện ngắn mạch cho phép là

Tiếp điểm là một bộ phận rất quan trọng trong khí cụ điện Tiếp điểm bao gồm :tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh Yêu cầu:

+khi làm việc ở chế độ dài hạn với Iđm không đuợc phát nóng quá trị số cho phép +phảiổn định đối với tác động nhiệt và điện động của dòng ngắn mạch.Nghĩa là khi có dòng ngắn mạch khỗng xảy ra dập nát hay nóng chảy tiếp điểm

-Chọn dạng kết cáu tiếp điểm :kết cấu hệ tiếp phải đảm bảo các tiếp điểm chính phải có điện trở bé

Từ nhiệm vụ thiết kế có thể chọn hệ thống tiếp điểm có tiếp điểm dập hồ quang nối song song với tiếp điểm chính ,nó đóng trớc vì ngắt sau tiếp điểm chính,hồ quang chỉ sinh ra trên nó mà không sinh ra trên tiếp điểm chính.

+Dạng của tiếp điểm đợc chọn từ nhiệm vụ thiết dựa trên quan điểm mạch điện đóng ngắt.

+Số chỗ ngắt trong mạch xác định khi chọn dạng kết cấu và có thể chọn lạikhi thiết kế buồng dập hồ quang.

Với dòng điện lớn nên dùng hệ thống tiếp điểm có buồng dập hồ quang loại hai chỗ ngắt

Các dạng tiếp xúc của tiếp điểm :tiếp xúc điểm,tiếp xúc đờng ,tiếp xúc

-Tiếp xúc điểm :dùng với dòng điện bé không cần lực ép lớn,thờng dùng cho khối tiếp điểm phụ

-Tiếp xúc điểm loại mặt cầu-mặt phẳng dùng với dòng điện nhỏ khoảng vài chục ampe

-Tiếp xúc đờng:dùng với dòng điện lớn đến vài trăm ampe hoặc lớn hơn thì dùng các tiếp điểm nối song song VớiCùng một lực ép tiếp điểm tiếp xúc đờng có điện trở bé hơn loại tiếp xúc mặt 2-3 lần

-Tiếp xúc mặt dùng cho dòng điện lớn ,cần một lực ép tiếp điểm lớn nên có những nơi tiếp xúc vật liệu bị biến dạng Điều kiện làm sạch bề mặt tiếp xúc không tốt bằng dạng tiếp xúc đờng.

ở bài nay dòng điện Idm=400 (A) ta chọn dạng tiếp điểm kiều hoa huệ

tiếp điểm tĩnh ở trạng thái đóng

Chiều dày mỗi phiến là :b

Gần đúng ta coi diện tích tiếp xúc là :b*l

b1 b

coi tiếp xúc hoàn toàn nên:

mật độ dòng điện qua mỗi phiến

Chọn chiều cao phiến :h=l+h1=4+2=6(cm).

Nh vậy với chiều cao này có thể đảm bảo mật độ dòng điện đi qua tiếp điểm *.bề dày của tiếp điểm

ta có:tiết diện của thanh dẫn động là F=254,5 (mm2) tiết diện ngang của mỗi phiến là b.b1

tối thiểu thì tiết diện ngang của 6 phiếm hoa huệ phải bằng tiết diện của thanh dẫn

*.Tính toán lò xo tiếp điểm

Dòng điện đi từ tiếp điểm động sang tiếp điểm tĩnh qua bề mặt tiếp xúc.thực tế không phải là tiếp xúc hoàn toàn mà chỉ có một số điểm tiếp xúc.dòng điện đi qua các điểm đó có mật độ lớn làm tổn hao năng lợng và tổn hao điện áp.đặc biệt với dòng ngắn mạch,nhiệt độ ở chỗ điểm tiếp tăng cao làm giảm đàn hồi và cơ khí của tiếp điểm ,tiếp điểm có thể bị cháy do nhiệt độ của hồ quang.

-Lò xo tiếp điểm rất quan trọng trong máy ngắt vì lo xo phai sinh ra lực ép tiếp điểm cần thiết,để đảm bảo điện trở tiếp xúc đủ nhỏ và trống hàn dính tiếp điểm *.Lực nén cần thiết lên tiếp điểm tính theo công thức:

ở tiếp điểm ngoài lực điện động do sự tác động tơng hỗ giũa các phần tử dẫn điện (Fdd1) còn có sự tác động do dòng điện bị thu hẹp (Fdd2) Lực điện động này luôn nguợc chiều với lực ép lò xo Trị số lực điện động này đợc xác định từ công

a=7,5+2=9,5 mm=0,95 cm.(với hai thanh gần nhau)

Tổng lực điện động tác dụng lên một tấm tính theo phơng hớng kính : Ta chiếu các lực này theo phơng đó:

Ftđ là lực ép lên tiếp điểm tính bằng lực nén của lò xo :16(N )chọn ở trên) Ktx : hệ số kể đến sự ảnh hởng của vật liệu và trạng thái bề mặt của tiếp

ở trạng thái đóng của tiếp điểm, điện áp rơi trên mạch vòng dẫn điện chủ yếu là do điện trở tiếp xúc của các phần tử đầu nối, điện trở của các vật liệu làm tiếp

điểm là không đáng kể so với Rtx, vì vậy điện áp rơi trên tiếp điểm sẽ bằng : Utx = Iđmph.Rtx =86,7.8,1.10-5= 310,410-4 V =7 mV

So sánh với điện áp tiếp xúc cho phép[Utx]= = 2 ữ 30 mV thoả mãn điều kiện nhỏ hơn điện áp tiếp xúc

5.Kiểm nghiệm buồng dập hồ quang

-đối với máy ngắt cao áp,thiết bị dập hồ quang là bộ phận chính.khi ngắn mạch điện ở đó xảy ra các quá trình cơ bản sau:

-hồ quang phát sinh

-dập tắt hồ quang và tiếp theo là sự phục hồi độ bền điện giũa các khoảng trống tiếp điểm những quá trình đó xảy ra rất phức tạp,phụ thuộc vào từng loại thiết bị dập hồ quang

dập hồ quang của máy ngắt dầu đuợc thc hiện bằng cách làm lạnh thân hồ quang trong luồng hỗn hợp khí và hơi dầu sinh ra do sự phân ly và bốc hơi của dầu do chính năng lợng hồ quang

*.yêu cầu:

-dập tắt hồ quang điện chắc chắn và nhanh

-sau khi hồ quang bị dập tắt không sinh ra hiện tợng cháy lặp lại.

-làm việc ổn định không làm thay đổi đặc tính ban đầu đã quy định và số lần đóng ngắt quy định.

-hệ thống tiếp điểm phải đơn giản dễ kiểm tra và thay thế khi h hỏng

-kết cấu thiết bị dập hồ quang phải đơn giản,dễ gia công và thuận tiện trong vận hành.

-tiêu hao môi trờng dập hồ quang phải ít nhất (*).Chọn buồng dập hồ quang kiểu thổi ngang.

*Nguyên lý dập hồ quang

sơ đồ nguyên lý của buồng dập hồ quang nh hình sau:

tiếp điểm tĩnh đợc đặt trong buồng dập hồ quang bằng vật liệu cách điện,tiếp điểm động chuyển động qua lại buồng dập hồ quang buồng dập hồ quang chúa dầu máy biến áp và có khoảng trống không gian Vđ gọi là thể tích đệm sau khi hồ quang suất hiện tạo nên hỗn hợp khí hơi bao quanh hồ quang ,khi đó áp suất trong buồng dập hồ quang tăng dới áp suất này dầu và hỗn hợp khí

hơi thổi mạnh vào ngang thân hồ quang sau khi hồ quang tắt dầu tràn vào dập hồ quang

Buồng dập hồ quang có1 chỗ ngắt gồm có 13 tấm cách điện bằng bakelít,mỗi tấm có cấu tạo riêng biệt.

-các tấm 1,7,8,9,10,11,13 có chiều dày 10 mm,còn các tấm khác có chiều dày 7 (mm) các tấm này đợc xếp theo một thứ tự nhất định tạo thành 3 lỗ thổi khí ở 3 vị trí khác nhau.nếu kể từ dới lên lỗ thổi thứ nhất có độ sâu là 110 mm,lỗ thổi thứ hai có độ sâu là 90 mm ,lỗ thổi thứ ba có độ sâu là 70 mm.các tấm này đợc ghép với nhau bằng các bu lông cách điện.toàn bộ buồng dập cao khoảng 120 mm khi ngắt tiếp điểm động và tĩnh rời nhau và các rãnh thổi lần lợt đợc mở ra

5.Tính toán kiểm nghiệm buồng dậo hồ quang.

Tính toán kiểm nghiệm buồng dập hồ quang là xây dựng đặc tuyến p=f(t) qua đây ta thấy đợc sự biến thiên của áp suất trong quá trình dập hồ quang và kiểm nghiệm độ bền điện và độ bền cơ của thiết bị đã chọn.

LÊy gi¸ trÞ trung b×nh ta cã: dt= ds

ta có đồ thị quan hệ giữa vận tốc và thời gian v=f(t)

(*)kiểm nghiệm buồng dập hồ quang

(*) tính thời gian hồ quang cháy ở giai đoạn I

vtb là vận tôc trung bình của tiếp điểm động thờng ta lấy vtb=2,5(m/s)

m là hệ số tính đến ảnh hởng của lực điện động m=0,15 ữ0,25

(1/s) ⇒chọn m=0,2 (1/s)

lhq là chiều dài của thân hồ quang trong giai đoạn 1 hồ quang cháy sứôt lên coi lhq bằng chiều cao của các tấm từ dới đến rãnh thổi thứ nhất do đó lhq=37 (mm)

tính thời gian hồ quang cháy ở giai đoạn I là t1=0,015 (s).

a)áp suất trong buồng dập hồ quang ở giai đọan I

dể chính xác ta tính áp suất tại ở một số thời điểm trong khoảng thời gian tính áp suất tại t=5 ,10,15 (ms).

đây là giai đoạn hồ quang cháy trong bọc khí hơi khép kín áp suất trong giai đoạn này phụ thuộc vào kết cấu của buồng dạp hồ quang và đợc tính theo công thức kinh nghiệm theo sách hớng dẫn thiết kế máy ngắt ít dầu.

Vd là thể tích đệm của không gian giảm xung thờng chọn Vd=120(cm3) vtd vận tốc của tiếp điểm

k0 hệ số trọng lợng tạo thành hỗn hợp khí dầu k0=0,2.10-3 (kg/kw.s) ta đổi sang cm3/kw.s

ta có :γ =890kg/m3=890.10-6(kg/cm3) k0=0,2.10-3/γ =0,225(cm3/kw.s)

Ftd diện tích cắt ngang của thanh dẫn tiếp điểm

B hệ số tạo thành hỗn hợp khí ở nhiệt độ và áp suất khí quyển

At là năng lợng dập hồ quang ở thời điểm t k0.At là trọng lợng dầu bốc hơi trong thời gian t

Ta có quãng đờng siêu hành trình ( là quãng đờng mà tiếp điểm động vẫn còn ngập trong tiếp điểm tĩnh ) Ssht=40(mm) tra đồ thị v=f(t) ta đợc tsht=59 (ms).

.tại thời điểm tI2=0,01 (s)

thời gian từ khi tiếp điểm chuyển động đến thời điểm này là

.tại thời điểm tI3=0,015 (s)

thời gian từ khi tiếp điểm chuyển động đến thời điểm này là

đây là giai đoạn kể từ khi tiếp điểm giải phóng lỗ thổi cho đến khi hồ quang dập tắt hoàn toàn đặc điểm của giai đoạn này là hỗn hợp khí hơi bắt đầu cháy từ bọc khí hơi ra ngoài buồng dập hồ quang giai đoạn này có tính chất rất phức tạp ,tại các rãnh thổi chỗ hồ quang cháy xảy ra hiện tợng ngăn cản luồng khí do hiệu ứng nhiệt động và hình thành nút dầu do đó áp suất trong buồng dập hồ quang tăng vọt và tiếp theo làm tăng đầu mút chủ trình mới lại lặp lại.trong giai đoạn này ta có một số giả thiết :

-tốc độ thổi của luồng khí bằng tốc độ giới hạn v=vth nếu kể tới hiệu ứng nhiệt độn thì vlụồng khí =m.vth với m=0,3 đến 0,5

-khi cháy chỉ có hỗn hợp khí hơi bị đẩy ra ngoài

-trong quá trình hỗn hợp khí hơi cháy thể tích trong buồng dập hồ quang

F tiết diện rãnh thổi khí vào thân hồ quang phụ thuộc vào kết cấu buồng dập hồ quang gần đúng coi cả 3 lỗ thổi cùng mở ta chọn

(*) kiểm nghiệm độ bền điện phục hồi giữa các tiếp điểm

sau khi hồ quang bị dập tắt để hồ quang không cháy lập lại tức đảm bảo độ bền điện của khoảng trống các tiếp điểm thì cần thỏa mãn điều kiện :

Tbd nhiệt độ cực đại ban đầu Tbd=35000k

τ hằng số thời gian theo kinh nhiệm chọn τ =2.10-4(s) kb hệ số tăng biên độ điện áp phục hồi 1 ≤kb≤2

chọn kb=1,5

Pt áp suất ở giai đoạn II ở thời điểm t , gần đúng ta có thể coi P =3,67 at

S khoảng cách giữa 2 tiếp điểm ứng với áp suất Pt⇒S=8(cm)

t :thời gian dao động riêng của máy ngắt t=