Các biện pháp tăng khả năng đóng cắt của các khí cụ điện

Các biện pháp tăng khả năng đóng cắt của các khí cụ điện Các biện pháp tăng khả năng đóng cắt của các khí cụ điện Các biện pháp tăng khả năng đóng cắt của các khí cụ điện luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC CÁC BIỆN PHÁP TĂNG KHẢ NĂNG ĐĨNG CẮT CỦA CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 60.52.50.02 DUƠNG BÌNH MINH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM VĂN CHỚI HÀ NỘI 2009 LỜI MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Khí cụ điện thiết bị điện làm nhiệm vụ: đóng cắt, điều khiển, điều chỉnh, bảo vệ, chuyển đổi, khống chế kiểm tra hoạt động hệ thống lưới điện loại máy điện Khí cụ điện sử dụng phổ biến, có mặt hầu hết lĩnh vực sản xuất kinh tế, từ nhà máy điện, trạm biến áp, hệ thống truyền tải điện, đến máy phát động điện xí nghiệp cơng nghiệp, nơng nghiệp, giao thơng vận tải… lĩnh vực quốc phòng Các thiết bị điện khác chức có yêu cầu chung chúng phải ổn định nhiệt, ổn định động có dịng ngắn mạch chạy qua Đối với thiết bị đóng cắt, đóng cắt ln phát sinh hồ quang Đặc biệt trường hợp đóng cắt mạng điện bị ngắn mạch, dòng hồ quang lớn Trong đa số trường hợp, hồ quang có hại gây hư hỏng thiết bị q trình đóng cắt, để đảm bảo độ làm việc tin cậy thiết bị điện yêu cầu phải tiến hành dập tắt hồ quang nhanh tốt Hiện Việt Nam với phát triển mạnh mẽ công suất mạng điện, dòng điện ngắn mạch ngày lớn, đặt yêu cầu cấp thiết phải nâng cao khả cắt thiết bị đóng cắt Để tìm kiếm giải pháp kỹ thuật phù hợp với tình hình nước đóng góp cho việc chế tạo thiết bị đóng cắt Vì theo định hướng thầy giáo hướng dẫn khoa học: TS Phạm Văn Chới, em chọn đề tài: “Các biện pháp nâng cao khả đóng cắt khí cụ điện” Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu, phân tích biện pháp hạn chế dịng ngắn mạch nâng cao khả đóng cắt thiết bị đóng cắt hạ áp cao áp thực tế Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện Đối tượng nghiên cứu Nội dung luận văn biện pháp nâng cao khả đóng cắt khí cụ điện, phạm vi nghiên cứu luận văn bao gồm toàn thiết bị đóng cắt hạ áp cao áp Nhưng luận văn giới hạn xem xét thiết bị thực tế sử dụng phổ biến cầu chì, aptomat máy cắt khí SF6 máy cắt chân không Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tác hại dòng điện ngắn mạch tượng hồ quang điện thiết bị đóng cắt cao, hạ áp - Xây dựng phương pháp nghiên cứu giải toán nâng cao khả cắt thiết bị đóng cắt - Nghiên cứu phân tích biện pháp nâng cao khả cắt thiết bị đóng cắt sử dụng phổ biến thực tế - Mô hồ quang điện phần mềm Matlab - Kết luận Kết cấu luận văn Luận văn gồm chương, 59 hình vẽ, bảng Các chương luận văn với nội dung sau: Chương 1: Tổng quan khí cụ điện đóng cắt Chương 2: Các phương pháp nghiên cứu đề tài Chương 3: Cơ sở biện pháp tăng khả đóng cắt khí cụ điện Chương 4: Mô hồ quang điện Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN ĐĨNG CẮT 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG CẮT Từ người phát minh điện sử dụng cơng nghiệp dân dụng với tăng lên không ngừng sản lượng điện ứng dụng rộng rãi phát triển qua nhiều hệ thiết bị đóng cắt khác nhằm bảo vệ mạng lưới truyền tải phân phối điện Về lịch sử phát triển thiết bị đóng cắt khí cụ điện đơn giản có lẽ cầu chì, Thomas Edison (1847 – 1931) phát minh vào năm 1879 Cầu chì tự động cắt mạch điện có cố tải, ngắn mạch Cầu chì có đặc điểm đơn giản, kích thước nhỏ, khả cắt lớn giá thành hạ nên ngày sử dụng rộng rãi Loại cầu chì bao gồm dây bạc mỏng đựng vỏ bảo vệ gắn vào hai cực tiếp xúc mạch điện Nguyên lý dựa vào tượng dây bạc có tính chảy nhanh dây điện bình thường nên ngắt mạch nhanh chóng xảy cố đường dây Nhược điểm loại cầu chì dây đứt phải thời gian để thay Do thường sử dụng lưới điện có cơng suất bé lưới hạ áp, lưới trung áp 1.1.1.Các khí cụ điện đóng cắt hạ áp Các khí cụ điện đóng cắt phân loại theo đặc điểm chúng cấp điện áp, kiểu cấu trúc, kiểu cắt, đặc điểm cấu tạo Aptomat khí cụ điện phổ biến có khả tự động cắt mạch điện có cố: tải, ngắn mạch, điện áp thấp, công suất ngược…Trong mạch Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện điện hạ áp có điện áp định mức đến 660V xoay chiều 330V chiều, có dịng điện định mức tới 6300A Những máy cắt đại cắt dịng điện tới 300kA Các kiểu máy cắt hạ áp thường gặp phân loại theo ứng dụng dân dụng, thương mại cơng nghiệp bao gồm: - MCB (Aptomat loại nhỏ): Dịng điện định mức khơng lớn 100A Đặc tính cắt loại thường điều chỉnh Cơ cấu cắt loại theo nguyên lý nhiệt từ nhiệt [25] - MCCB (Aptomat vỏ đúc): Dòng điện định mức tới 1600A Đặc tính cắt loại điều chỉnh khoảng rộng Cơ cấu cắt theo nguyên lý từ- nhiệt nguyên lý nhiệt [2] Nguyên lý điện từ: Sử dụng cuộn dây nam châm điện mà lực tạo phụ thuộc vào độ lớn dịng điện Thơng thường nguyên lý điện từ sử dụng để cắt dòng ngắn mạch yêu cầu cắt nhanh Tiếp điểm máy cắt hạ áp giữ vị trí đóng nhờ chốt Khi dòng điện cuộn dây nam châm điện tăng lên vượt dòng điên định mức máy cắt, nam châm điện tạo lực điện từ hút chốt mở cho phép tiếp điểm mở nhờ tác động lò xo nhả Một vài kiểu máy cắt cịn kết hợp với tính trễ thủy lực sử dụng dung dịch nhớt Nguyên lý nhiệt: Sử dụng kim loại lưỡng kim, có độ dãn nở dài theo nhiệt độ khác Khi xảy tải lâu dài, dãn nở dài khác nhau, kim loại bị cong tác động vào cấu truyền động, mở máy cắt Các máy cắt hạ áp thường sử dụng kết hợp hai nguyên lý Các yêu cầu tiêu thiết bị đóng cắt hạ áp mà aptomat: - Chế độ làm việc định mức máy cắt hạ áp phải chế độ làm việc dài hạn, nghĩa trị số dòng điện định mức chảy qua máy cắt lâu Mặt khác mạch vịng dẫn điện phải chịu dịng điện ngắn mạch lớn có ngắn mạch lúc tiếp điểm đóng hay đóng Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện - Máy cắt hạ áp phải cắt trị số dịng điện ngắn mạch lớn đến vài chục kiloampe Sau cắt dòng điện ngắn mạch, máy cắt hạ áp phải đảm bảo làm việc tốt trị số dòng điện định mức - Để nâng cao tính ổn định nhiệt ổn định điện động thiết bị điện, hạn chế phá hoại dòng điện ngắn mạch gây ra, máy cắt hạ áp phải có thời gian cắt bé 1.1.2.Các khí cụ điện đóng cắt cao áp [1], [4] Các khí cụ điện đóng cắt cao áp gồm có: dao cách ly, máy cắt, dao phụ tải, dao nối đất, cầu chì Máy cắt thiết bị đóng cắt khí có khả dẫn, ngắt dịng điện mạch điều kiện bình thường, dẫn thời gian quy định ngắt dòng điện tăng lên mạch điện điều kiện khơng bình thường xác định (ngắn mạch) Máy cắt làm việc chế độ: chế độ không tải, chế độ tải định mức, chế độ cố, chế độ đóng cắt dịng ngắn mạch chế độ nặng nề Vì trình nghiên cứu thiết bị đóng cắt ta xem xét loại thiết bị cụ thể máy cắt Đối với thiết bị đóng cắt trung áp cao áp cần có nhiều yêu cầu khắt khe độ tin cậy làm việc an toàn người Về lịch sử phát triển máy cắt cao áp, môi trường dập hồ quang sử dụng mơi trường khơng khí Những 40 năm sau bắt đầu xuất máy cắt sử dụng mơi trường dầu cách điện Một mơ hình ứng dụng máy nén khí để thổi hồ quang xây dựng vào năm 1920 Vào thập niên 40, khảo sát sử dụng khí nén SF6 làm môi trường cách điện thu kết thành công Các nghiên cứu ban đầu môi trường dập hồ quang khí SF6 bắt đầu vào năm 1950, vào năm 1959 máy cắt SF6 có khả ứng dụng thực tế giới Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện thiệu Westinghouse Mỹ Hiện máy cắt khí SF6 có vai trị quan trọng kiểu máy cắt Các thơng số máy cắt gồm: điện áp định mức, dòng điện định mức, dòng điện ổn định nhiệt ứng với thời gian tương ứng, dòng điện ổn định điện động, dòng điện cắt định mức, cơng suất cắt định mức, thời gian đóng, thời gian cắt Điện áp định mức điện áp dây đặt lên thiết bị điện với thời gian làm việc dài hạn mà cách điện máy cắt mà khơng bị hỏng hóc, tính theo trị số hiệu dụng Dòng điện định mức trị số hiệu dụng dòng điện chạy qua máy cắt thời gian làm việc dài hạn mà máy cắt khơng bị hỏng hóc Việc tính tốn dịng điện định mức dựa vào tốn cân nhiệt mạch vịng dẫn điện chế độ xác lập nhiệt Dòng điện ổn định nhiệt với thời gian tương ứng trị số hiệu dụng dòng điện ngắn mạch, chạy thiết bị với thời gian cho trước mà nhiệt độ mạch vòng dẫn điện không vượt nhiệt độ cho phép chế độ làm việc ngắn hạn Việc xác định dòng điện ổn định nhiệt gắn liền với toán cân nhiệt mạch vòng dẫn điện chế độ độ I nm tnm = const Thời gian đóng qng thời gian từ có tín hiệu đóng đưa vào máy cắt đến máy cắt đóng hồn tồn Thời gian phụ thuộc vào đặc tính cấu truyền động hành trình tiếp điểm động Thời gian cắt máy cắt qng thời gian từ có tín hiệu cắt đến hồ quang bị dập tắt hoàn toàn Thời gian phụ thuộc vào đặc tính cấu cắt (thường lị xo tích lượng q trình đóng) thời gian cháy hồ quang, tính tốn cho hồ quang dịng cắt định mức Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện Trong năm 70 kỷ 20 có xuất máy cắt khơng tiếp điểm tức sử dụng van bán dẫn công suất để thực việc đóng cắt Sự phát triển xuất Mỹ Liên Xô Các máy cắt điều khiển đóng cắt nhờ vào việc điều khiển van bán dẫn Máy cắt loại có điện áp lên đến 10kV Ưu điểm khơng phát sinh hồ quang Tuy nhiên máy cắt loại khơng tiếp điểm có nhược điểm tổn hao van bán dẫn lớn quan trọng làm việc không ổn định trình độ mạch điện Vì khơng phát triển 1.1.3 Xu hướng phát triển khí cụ điện đóng cắt [2], [12], [13] Các máy cắt đại sử dụng rộng rãi chiếm ưu máy cắt khí SF6 máy cắt chân khơng Trong máy cắt khí SF6 trải qua ba hệ ứng dụng cấp điện áp máy cắt chân khơng ứng dụng cho cấp điện áp 24 kV, dòng điện định mức từ 800 A đến 3150 A, dòng cắt đến 40 kA Nguyên nhân, buồng cắt chân không, kim loại tiếp điểm đóng cắt hay bị bay lắng đọng, bám vào thành buồng cắt làm giảm độ bền cách điện buồng cắt Thứ hai công nghệ vật liệu chế tạo buồng chân không phức tạp Thứ ba quan điểm phóng điện, máy cắt chân khơng có khoảng cách cách điện tối ưu với cấp điện áp đến 36 kV Với phát triển nhanh chóng cơng nghệ, từ năm 70 kỷ XX, máy cắt chân không chế tạo với số lượng tăng dần thị phần loại máy cắt ngày chiếm tỷ trọng lớn thị trường máy cắt điện cao áp Hiện máy cắt SF6 hệ thứ ba Nguyên lý thổi hồ quang buồng cắt kiểu hệ ba buồng cắt hệ hai thực nhờ hiệu ứng thổi hồ quang buồng cắt kiểu pittong Theo nguyên lý này, lượng cấp cho truyền động máy cắt khí SF6 hệ thứ ba Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện giảm nhiều, khoảng 20% hệ thứ hai với công suất cắt, giảm kích thước máy cắt, giảm động đóng cắt tăng tuổi thọ máy cắt Với buồng cắt có cơng suất cắt lớn, áp suất khí SF6 thường có trị số cao, khả rị rỉ khí xảy Vì buồng cắt có cấu thị áp suất khí có cấu nạp khí bổ sung Ưu điểm vượt trội máy cắt khí SF6 khả cắt lớn, thời gian cắt bé, kích thước nhỏ gọn, bảo trì đơn giản, chi phí vận hành thấp Hình 1.1: Buồng cắt SF6 hệ thứ ba a.Vị trí đóng; b.Cắt dịng lớn;c.Cắt dịng bé;d.Vị trí cắt 1-Tiếp điểm hồ quang tĩnh;2-Miệng thổi;3-Tiếp điểm tĩnh chính;4-Tiếp điểm động hồ quang;5-Tiếp điểm động;6-Buồng nén chính;7-Tiếp điểm trượt;8-Van trên;9-Buồng nén phụ;10-Xilanh;11-Van 1.2 CÁC TÁC HẠI CỦA DỊNG ĐIỆN NGẮN MẠCH Dịng điện cố mạch điện mà cụ thể dịng điện ngắn mạch có tác hại to lớn đến trình nhiệt, điện, mạch điện Ta xem xét ảnh hưởng cụ thể để nhận thấy việc giảm dòng ngắn mạch Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện xảy cố mạch điện có ý nghĩa cấp bách Việc nâng cao khả đóng cắt thiết bị đóng cắt thực chất việc hạn chế dòng điện ngắn mạch cách hiệu 1.2.1 Q trình phát nóng [1], [7] Khi bị ngắn mạch, dịng điện dây dẫn có trị số lớn, gấp vài chục lần dòng điện chế độ định mức Thời gian xảy ngắn mạch bé nên ta coi q trình đoạn nhiệt, nghĩa tồn nhiệt q trình hấp thụ thiết bị không tỏa mơi trường xung quanh Phương trình nhiệt viết sau: i Rt = CT dθ Trong đó: R điện trở dây dẫn tính theo công thức: R K ph ρ0 (1 / q )(1 + αTθ ) = K ph hệ số tổn hao phụ tính đến hiệu ứng mặt ngồi hiệu ứng gần ρ0 điện trở suất vật liệu 00C αT hệ số nhiệt điện trở vật liệu dây dẫn l , q chiều dài tiết diện dây dẫn CT nhiệt dung thiết bị = CT C0 (1 + βθ )G C0 nhiệt dung riêng vật liệu 00C β hệ số nhiệt dung riêng vật G khối lượng vật dẫn = G γ= lq γ V Thay đại lượng vào ta có: C0γ (1 + βθ ) dθ  I2    dt = K ph ρ0 (1 + αTθ ) q  Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện 98 công tắc giới hạn mở mạch động Trong trường hợp khẩn cấp lò xo nạp tay qua cần nạp Hình 3.49: Trường hợp lị xo nạp Nhận xét Trong cấu trình bày trên, cấu lị xo cấu sử dụng phổ biến máy cắt khí SF6 Cấu tạo cấu đơn giản, gồm lò xo trục dẫn động Do số phận giảm nhỏ nên vận hành máy cắt trở nên tin cậy Với cấu lị xo đóng mở máy cắt trục ta phân tích trên, thời gian đóng mở máy cắt giảm xuống nhỏ, góp phần tăng khả cắt máy cắt Các máy cắt với điện áp 110 kV dịng định mức 1250 A đạt đến dòng cắt đỉnh khoảng 40 kA với thời gian đóng cắt khoảng từ 40 đến 60 ms Kết luận chương Trên sở lượng cao dòng điện cắt, người ta sử dụng biện pháp khác để dập tắt hồ quang thiết bị đóng cắt Hiện dập hồ quang mơi trường khơng khí tự nhiên có kết hợp biện pháp đặc biệt giảm thời gian tnm, thổi hồ quang lực điện Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện 99 động, giảm nhiệt độ hồ quang thép kiểu dàn dập dùng thiết bị bảo vệ điều khiển hạ áp Máy cắt chân không sử dụng rộng rãi mạng điện trung áp với đặc tính vượt trội thời gian hồ quang bé, tuổi thọ hồ quang lớn, phải bảo dưỡng, kích thước nhỏ gọn Máy cắt khí SF6 sử dụng cho điện áp từ trung áp đến siêu cao áp với đặc tính vượt trội khả cắt Trong loại máy cắt này, người ta sử dụng biện pháp kết hợp tự thổi hồ quang áp suất khí SF6 giãn nở q trình cắt, cuộn thổi từ, phân đoạn hồ quang Để giảm thời gian tác động máy cắt, người ta sử dụng thiết bị giám sát cấu đặc biệt, có thời gian tác động nhanh Trên sở phương pháp ứng dụng thực tế trên, máy cắt có khả cắt lớn kích thước khơng tăng Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện 100 CHƯƠNG MÔ PHỎNG HỒ QUANG ĐIỆN 4.1 LÝ THUYẾT CHUNG Có nhiều thơng số ảnh hưởng trình phát sinh dập tắt hồ quang điện, chương ta khảo sát số thông số hồ quang là: vận tốc di chuyển hồ quang (vhq), đường kính hồ quang (dhq) chiều dài hồ quang (lhq) theo thời gian với giá trị dịng điện Sự biến thiên thơng số có ảnh hưởng lớn đến trình phát sinh dập tắt hồ quang, mặt khác hồ quang coi điện trở phi tuyến có hoạt động phức tạp nên thơng số với thời gian công thức gần đúng, nhiên thể đầy đủ chất hồ quang Khi tiếp điểm bắt đầu tách ra, phát sinh hồ quang (ở nghiên cứu với hồ quang điện với I hq ≤ 200A), thông số hồ quang tính cơng thức gần sau lập trình phần mềm Matlab để thể mối quan hệ chúng theo thời gian hồ quang cháy Đồng thời ta mô hồ quang cháy mơi trường khơng khí khơng sử dụng biện pháp dập hồ quang Từ ta đưa biện pháp để dập hồ quang cách nhanh chóng Mơ hồ quang dựa cơng thức: [3] - Vận tốc di chuyển hồ quang vhq (cm/s): vhq = 2,12.I hq v p t - Đường kính hồ quang d hq (cm): Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện 101 d hq = 1,12 I hq 20 + vhq - Chiều dài hồ quang lhq (cm): = lhq ( v t ) p 2 + 9.vhq t Trong đó: v p tốc độ tách tiếp điểm (cm/s) t thời gian cháy hồ quang (s) I hq dịng điện hồ quang (A) Vì thơng số hồ quang điện có mối liên hệ qua lại với tạo nên phức tạp trình tính tốn, theo cấu tạo cấu truyền động tiếp điểm động, ta đưa giả thiết vận tốc tách tiếp điểm v p tăng theo quy luật hàm bậc hai đến từ lúc hồ quang phát sinh đến tắt môi trường khơng khí tự nhiên Trong phần lập trình, ta giả sử thời gian để dập tắt hồ quang 0,05s, phương trình vận tốc tách tiếp điểm động −20000t + 2000t tiếp điểm tách ra, lực điện động kết cấu vp = mạch vịng dẫn điện tạo hồ quang có dạng cung tròn Trường hợp sau, giả sử vận tốc tách tiếp điểm tăng lên gấp lần v p = −1600000t + 8000t 4.2 PHẦN LẬP TRÌNH [8] %Chương trình nhập số liệu %Số liệu nhập vào phải khoảng cho phép chọn không âm function vao = nhapsolieu(x,y,s) vao = input(s); if x==y while (vao y) disp (‘Du lieu nam ngoai khoang cho phep!’); vao = input(s); end end % Chương trình clear all; clc; cla; clf; % Định nghĩa kích thước hai tiếp điểm d = 1; % Chiều dày hai tiếp điểm l =4; % Chiều dài hai tiếp điểm alpha = 0:pi/50:pi; % Tọa độ góc bên phải tiếp điểm (tiếp điểm cố định, nằm dọc) x1 = 0; y1 = 0; % Tọa độ góc bên trái tiếp điểm (tiếp điểm di động, nằm ngang) x2 = 0; y2 = 0; y0 = (y2 – y1)/2; ihq = nhapsolieu(1,200,’Nhap gia tri dong dien ho quang (tu 1- 200A):’); % Bước nhảy lần tăng khoảng cách tiếp điểm % Bước nhảy = 0.001 (cm) Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện 103 % Tập điểm thời gian t = 0.001:0.001:0.1 (s) buocnhaythoigian = 0.001; % Thay đổi bước nhảy thời gian t = 0.001:buocnhaythoigian:0.05; % Hàm vận tốc tách tiếp điểm vp = -20000.*((t).^2) + 2000.*t; %[cm/s] % Quan hệ vận tốc hồ quang với thời gian vhq = (2.12*ihq)./((vp.*t).^(0.5)); %[cm/s] % Quan hệ đường kính hồ quang với thời gian dhq = 1.12.*((ihq)./(20 + vhq)).^(0.5); %[cm] % Độ dày thân hồ quang phóng to lên 10 lần doday = abs(dhq.*10); x_2(1) = 0; for j = 1:1:length(t) x_2(j+1) = x_2(j) + vp(j)*buocnhaythoigian; end for j = 1:1:length(t) % Cập nhật tọa độ tiếp điểm thứ hai x2 = x2 + buocnhay x2 = x_2(j); % Cập nhật tọa độ tâm cung tròn – cung hồ quang điện x0 = (x2 – x1)/2; R = (x2 – x1)/2; % Chiều dài hồ quang lhq = ((vp(j).*t(j))^(2)+(3*t(j).*vhq(j))^(2))^(0.5); % beta = func(R/lhq) % alpha = -pi/2+beta:2*(pi-beta)/50:3*pi/2-beta % R = lhq/2/(pi-beta) Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện 104 % alpha = 0:lhq/R/50:lhq/R y = y0 + R*sin(alpha); x = x0 + R*cos(alpha); cla; % Vẽ cung hồ quang điện plot(x,y,’-r’,’linewidth’,doday(j)); axis([-d,8,-l-1,2]); % Vẽ hai tiếp điểm patch([x1-d x1 x1 x1-d],[y1 y1 y1-l y1-l],[0 0]); patch([x2 x2+l x2+l x2],[y2 y2 y2-d y2-d],[0 0]); F(j) = getframe; end cla; axis([-d,8,-l-1,2]); patch([x1-d x1 x1 x1-d],[y1 y1 y1-l,y1-l],[0 0]); patch([x2 x2+l x2+l x2],[y2 y2 y2-d y2-d],[0 0]); F(j+1) = getframe; % Chuyển thành dạng phim movie(F,1); movie2avi(F,’Mophonghoquangdien’,’compression’,’None’); Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện 105 Hình ảnh mơ hồ quang thu Kết luận Qua phần mô trên, ta rút số nhận xét trình cháy dập tắt hồ quang sau: - Cùng giá trị dòng điện tốc độ tách tiếp điểm lớn tốc độ di chuyển hồ quang thấp hơn, chiều dài hồ quang nhỏ thời gian dập hồ quang nhỏ - Độ mở tiếp điểm ảnh hưởng tới thời gian dập tắt hồ quang Khi độ mở tiếp điểm lớn đường kính thân hồ quang nhỏ, chiều dài hồ quang tăng lên việc dập hồ quang dễ dàng - Có thể coi hồ quang tập hợp sợi song song mang điện tích Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện 106 KẾT LUẬN CHUNG Việc nghiên cứu biện pháp nâng cao khả đóng cắt khí cụ điện cần thiết việc chế tạo ứng dụng khí cụ điện thực tế Những đóng góp luận văn: Luận văn tổng kết thiết bị đóng cắt phổ biến đại có khả cắt cao Luận văn đưa phương pháp nghiên cứu đại tốn kỹ thuật điện là: phương pháp giải tích, phương pháp mạch từ khơng gian thay thế, phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp sử dụng công cụ mô Luận văn biện pháp tăng khả đóng cắt thực theo hai hướng chủ yếu mơi trường dập hồ quang cải tiến mặt khí Trong ta thấy cải tiến mặt khí đóng vai trị quan trọng bao gồm cải tiến kết cấu buồng dập hồ quang, cải tiến cấu truyền động hệ thống mạch vịng dẫn điện Từ giúp ích cho việc cải tiến kết cấu cấu truyền động nhằm tăng khả đóng cắt khí cụ điện Mô hồ quang điện phần mềm Matlab mơi trường khơng khí tự nhiên với điều kiện ban đầu định Chương trình dùng làm phương tiện giảng dạy cho sinh viên nghiên cứu hồ quang điện Các hướng nghiên cứu mở rộng: Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện 107 Kết đề tài sở để mở rộng nghiên cứu môi trường dập hồ quang đặc biệt khác, tìm mơi trường dập hồ quang cải thiện tốt trình dập hồ quang, nhờ tăng khả đóng cắt khí cụ điện Thứ hai sở để thực việc mô hồ quang điện điều kiện phức tạp mô hồ quang điện buồng dập hồ quang máy cắt khí SF6 kiểu tự thổi Để thực điều cần có kỹ thuật mơ khơng gian ba chiều Thứ ba tiến hành nghiên cứu thực nghiệm thời gian cháy hồ quang khí cụ điện có khả cắt cao, so sánh để đánh giá tìm biện pháp tối ưu cho việc dập hồ quang thiết bị đóng cắt Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt Khí cụ điện Phạm Văn Chới, Bùi Tín Hữu, Nguyễn Tiến Tơn, NXB KHKT Hà Nội, 2002 Giáo trình Khí cụ điện Phạm Văn Chới - NXB Giáo dục, 2008 Thiết kế khí cụ điện hạ áp Phạm Văn Chới, Phạm Tố Nguyên, Lưu Mỹ Thuận, Bùi Tín Hữu - Trường ĐH BK Hà Nội, 1986 Cẩm nang thiết bị đóng cắt ABB Lê Văn Doanh (dịch) -NXB KHKT Hà Nội, 1998 Các phương pháp đại nghiên cứu tính tốn thiết kế kỹ thuật điện Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh, NXB KHKT Hà Nội, 2001 Thiết bị đóng cắt trung áp Siemens Huỳnh Bá Minh (dịch), NXB KHKT Hà Nội, 2002 Khí cụ điện - Lý thuyết, kết cấu, tính tốn, lựa chọn sử dụng Tô Đằng, Nguyễn Xuân Phú, NXB KHKT Hà Nội, 2001 Matlab & Simulink Nguyễn Phùng Quang - NXB KHKT Hà Nội, 2004 Hướng dẫn tính tốn thiết kế thiết bị điện Lê Thành Bắc, Võ Như Tiến, Lê Văn Quyên, Dương Ngọc Thọ, NXB Đà Nẵng, 2001 10 An toàn điện hệ thống điện dân dụng KF Neumayer, Lim Sayleong, ABB Việt Nam dịch 11 Catalog thiết bị đóng cắt hạ áp Seimens, LG, Mitsubishi, Legrand Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện 109 Tài liệu Tiếng Anh 12 Switching Phenomena in High Voltage Circuit Breaker Kunio Nakanishi (1991),Tokyo Denki University 13 High Voltage Circuit Breakers Design and Applications Ruben D.Garzon, New York, 2002 14 Electric arcs anh arc interruption Department Electric Power Engineering, Chalmers University of Technology, 2002 15 An electromagnectically actuated vacuum CB developed by electromagnetic couple with motion Kenichi Koyama, Takafumi Nakagawa, Toshie Takeuchi, Nobomuto Tohya, Mitsuru Tsukima, Tomotaka Yano, IEEE Trans, PE, Vol 124, No.2, 2004 16 Design and Use of MV Current Limitting Fuses Oliver Bouilliez, Juan Carlos Perez Quesada, Cahier techinque no.128/p6 17 Improvement in Breaking Performance of UL 489 Listed Compact Circuit Breakers Takao Mitsuhashi , IEEJ, Techniacl report, 2005 18 Investigation on the Interruption Process of MCCB Including the Influence of Blow Open Force Degui Chen, Ruicheng Dai, Xingwen Li, Quian Wang, Honggang Xiang , IEIEC, Trans.Electron, Vol E89C, No.8, 2006 19 Siprotec Numerical Protection Relays – Protect Systems Catalog SIP 2006 20 Technical Characteristic of HRC fuse – 36 kV Areva T & D Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện 110 21 Thermodynamic and Transport Properties of Arc Thermal Plasma with Polymer Ablated Vapour and Influence of Their Inclusions on Plasma Temperature Shuhei Kaneko, Toru Numada, Shigemitsu Okabe, Yasunori Tanaka, JSME International Journal, Series B, Vol 48, No.3, 2005 22 Live Tank Circuit Breakers Buyers Guide ABB Catalogue, Edition 2, 2003- 06 23 Live Tank Circuit Breakers AREVA T & D, 2004 25 Technical data of System Pro M series MCB ABB Technical Guide, 2005 Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện TÓM TẮT LUẬN VĂN Hiện Việt Nam với phát triển mạnh mẽ cơng suất mạng điện, dịng điện ngắn mạch ngày lớn, đặt yêu cầu cấp thiết phải nâng cao khả cắt thiết bị đóng cắt Vì theo định hướng thầy giáo hướng dẫn khoa học: TS Phạm Văn Chới, em chọn đề tài: “Các biện pháp nâng cao khả đóng cắt khí cụ điện” Chương luận văn trình bày cách tổng quan khí cụ điện đóng cắt bao gồm thiết bị đóng cắt hạ áp cao áp Trong phần này, đưa khái niệm, thơng số u cầu thiết bị đóng cắt tạo sở cho nghiên cứu sâu phần sau luận văn Chương luận văn trình bày phương pháp nghiên cứu giải vấn đề tăng khả đóng cắt khí cụ điện Mọi tượng điện từ xảy thiết bị điện nghiên cứu giải thích hệ phương trình Maxwell Việc giải vấn đề tăng khả đóng cắt khí cụ điện tìm lời giải hệ phương trình Maxwell với điều kiện cho trước Trong chương trình bày phương pháp nghiên cứu đại trình điện từ mạch phương pháp giải hệ phương trình Maxwell Chương luận văn nghiên cứu cách chi tiết cụ thể biện pháp nhằm tăng khả đóng cắt khí cụ điện Trong đặc biệt khí cụ điện sử dụng phổ biến cầu chì, aptomat, máy cắt khí SF6 máy cắt chân khơng Chương luận văn phần lập trình mô hồ quang điện cháy điều kiện tự nhiên kết cấu tiếp điểm có dạng hình chữ nhật Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện SUMMARY OF THESIS Currently in Vietnam with strong development capacity of the network power, short circuit current growing, so put out an urgent to enhance the ability of the switches So oriented guidance of science teacher: Doctor Pham Van Choi, I selected topics: “ Means to enhance the capacity of the switches” Chapter of the thesis presents an overview of the switches include low voltage and high voltage switches In this section, just launched the concept, the parameters and requirements for them This is the basis for further research in later thesis Chapter of the thesis presents the methodological problem of enhacing the capacity of the switches All electromagnetic phenomena occuring in electrical equipment are studied and explained by Maxwell system of equations Substantially finding means to enhance the capacity of the switches is to find solution to Maxwell system of equations with given conditions In this chapter also presents the research methods of modern electromagnetic processes in the circuit to find solution to Maxwell system of equations Chapter of the dissertation researches in detail and specific means to increase the capacity of switches In particular the switches are commonly used: fuse, MCCB, SF6 circuit breaker and vacuum circuit breaker Chapter of this thesis is a simulation programming electric arc burning in natural conditions and rectangle contacts Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành Kỹ thuật điện ... vẽ, bảng Các chương luận văn với nội dung sau: Chương 1: Tổng quan khí cụ điện đóng cắt Chương 2: Các phương pháp nghiên cứu đề tài Chương 3: Cơ sở biện pháp tăng khả đóng cắt khí cụ điện Chương... ổn định điện động thiết bị điện, hạn chế phá hoại dòng điện ngắn mạch gây ra, máy cắt hạ áp phải có thời gian cắt bé 1.1.2 .Các khí cụ điện đóng cắt cao áp [1], [4] Các khí cụ điện đóng cắt cao... độ bền khí, cấu tích trữ lượng khí cụ điện Kết luận chương Sau tổng kết phân tích khí cụ điện đóng cắt phổ biến ta rút nhận xét sau: Ở khí cụ điện đóng cắt, đóng cắt ln phát sinh hồ quang điện